JPH0530211B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は内燃機関排気中の酸素濃度を検出する
酸素濃度センサに備えられたヒータの制御装置に
関し、特に、内燃機関の燃料カツト運転中のセン
サエンドを補償する制御装置に関するものであ
る。

［従来技術］ 従来より車両用内燃機関の空燃比制御装置とし
て、三元触媒コンバータを用いて排気中のCO，
HC，NOxの３成分を効率よく浄化するために、
排気系に酸素濃度センサを備えて排気内の酸素濃
度を検出し、当該内燃機関の空燃比が理論空燃比
となるよう制御する、いわゆるフイードバツク制
御を実行するものが知られている。

そしてこの種の制御装置に使用される酸素濃度
センサの一つとして、近年、特開昭57−48648号
公報にて提案されているジコニア系の、検出素子
加熱用のヒータを内蔵した限界電流式の酸素濃度
センサが開発され、酸素濃度に対応した検出電流
を得ることができようになつた。

ところで、この種の酸素濃度センサにおいて
は、酸素濃度に対応した検出電流を得ることがで
きることから、例えばエンジンの低負荷運転時に
空燃比をリーン側に制御し、燃費を向上させると
いつた、いわゆるリーンバーン制御等、空燃比制
御をより緻密に実行することができるようになる
のであるが、その反面こういつた緻密な空燃比制
御を実行するためには、酸素濃度センサにより常
時良好な検出結果が得られるよう、ヒータを用い
て検出素子を加熱し活性化する必要がある。ま
た、検出素子を活性化するためには素子温度を所
定温度以上に加熱すればよいのであるが、余り加
熱し過ぎるとヒータが断線したり検出素子が破壊
してしまうといつた問題が生じることから、素子
温度を所定の温度範囲、例えば650℃〜750℃の温
度範囲に保持し得るよう、ヒータへの供給電力を
制御する必要がある。

そこで近年、実開昭58−112958号公報に示す如
く、内燃機関の高出力時や排気高温等にはヒータ
への通電を遮断することによつて、ヒータや検出
素子が高温になり過ぎないよう制御するヒータの
制御装置が提案され、排気の温度上昇に伴うヒー
タの断線や検出素子の破壊等を防止することが考
えられているが、内燃機関の燃料カツト運転に入
つた場合の排気温度低下に伴う素子温度の低下に
対しては何ら対策がなされておらず、良好な検出
結果を得ることができないといつた問題がある。
これは、内燃機関の燃料カツト運転時には、通
常、フイードバツク制御は実行されず問題となら
ないのであるが、内燃機関が燃料カツト運転から
復帰し、フイードバツク制御が再開された時点で
も素子温度が低下していることから、空燃比制御
が良好に行なえないといつた問題が生ずるのであ
る。

［発明の目的］ そこで本発明は内燃機関が燃料カツト運転に入
つたような場合にでも、常時検出素子温度を所定
温度範囲内に保持することのできる酸素温度セン
サ用ヒータの制御装置を提供することによつて、
内燃機関の空燃比制御がより緻密に実行できるよ
うにすることを目的としている。

［発明の構成］ かかる目的を達するための本発明の構成は、第
１図に示す如く、 内燃機関の排気系に設置され排気中の酸素
濃度を検出する酸素濃度センサに内蔵されたヒ
ータを制御する制御装置であつて、 当該内燃機関の燃料カツト運転を検知する検
知手段と、 該内燃機関が燃料カツト運転に入つてからの
経過状態を測定する測定手段と、 上記検知手段にて当該内燃機関の燃料カツ
ト運転が検知されている間、上記測定手段にて
測定された経過状態に応じて上記ヒータへの供
給電力を制御する制御手段と、 を備えたことを特徴とする酸素濃度センサ用ヒー
タの制御装置を要旨としている。

［実施例］ 以下本発明の実施例を図面と共に説明する。

まず第２図は本実施例の酸素濃度センサ用ヒー
タの制御装置が搭載された車両用内燃機関（以
下、エンジンと略す。）及びその周辺装置を表わ
す概略系統図である。

図において１はエンジン、２はピストン、３は
シリンダ、４はシリンダヘツドであり、シリンダ
ヘツド４の各気筒の排気ポート５には排気マニホ
ールド６が、シリンダヘツド４の各気筒の吸気ポ
ート７には吸気マニホールド８が夫々連結されて
いる。また吸気マニホールド８には吸入空気の脈
動を防止するためのサージタンク９が設けられ、
サージタンク９には吸気マニホールド８内の圧
力、即ち吸気管圧力Pmを検出する吸気圧センサ
１０が備えられている。

次に１１はサージタンク９を介して各気筒に送
られる吸入空気量を制御するスロツトルバルブ、
１２はスロツトルバルブ１１を迂回する吸入空気
のバイパス路、１３は吸入空気温度を検出する吸
気温センサであり、スロツトルバルブ１１には、
スロツトルバルブ１１の開度に応じた信号を出力
するスロツトルバルブ開度センサとエンジン１の
アイドリング時にON状態とされるアイドルスイ
ツチとを備えたスロツトルポジシヨンセンサ１４
が直結されている。また１５は排気マニホールド
６に取り付けられ、排気中の酸素濃度を検出する
検出素子と加熱用のヒータとを備えた酸素濃度セ
ンサ、１６はエンジン１の冷却水温を検出する水
温センサ、１７はエンジン１の点火プラグ１８に
所定タイミングでイグナイタ１９から出力される
高電圧を印加するデイストリビユータ、２０はデ
イストリビユータ１７に取り付けられ、エンジン
１の回転数に対応したパルス信号を発生する回転
数センサを夫々表わしている。

上記吸気圧センサ１０、吸気温センサ１３、ス
ロツトルポジシヨンセンサ１４、酸素濃度センサ
１５、水温センサ１６及び回転数センサ２０の各
種検出信号は制御回路２５に出力され、制御回路
２５にて上記各検出信号に基づき、燃料噴射弁２
６の燃料噴射量制御、点火プラグ１８の点火時期
制御、あるいは酸素濃度センサ１５のヒータの制
御等の種々の制御処理が実行される。

次に第３図に上述の制御回路２５の構成を表わ
すブロツク図を示す。図において３１は酸素濃度
センサ１５の検出素子１５ａに所定の電圧を印加
するための印加電源、３２は検出素子１５ａに流
れる電流を検出するための抵抗、３３は抵抗３２
における降下電圧を所定倍に増幅するための増幅
回路、３４は増幅回路３３からの出力信号、つま
り排気内の酸素濃度に対応するアナログ信号や、
吸気圧センサ１０、吸気温センサ１３、スロツト
ルポジシヨンセンサ１４、水温センサ１６等にて
検出されたアナログ信号を受け、デジタル信号に
変換するＡ／Ｄ変換器である。また３５はマイク
ロコンピユータ３７にて演算され、出力された制
御信号によつて制御される駆動回路を表わし、燃
料噴射弁２６によつて駆動し、マイクロコンピユ
ータ３７にて算出された所望量の燃料をエンジン
２に供給させるための駆動信号を出力する回路で
ある。イグナイタ１９もマイクロコンピユータ３
７にて、デイストリビユータ１７へ高電圧を所定
タイミングで出力するよう制御されている。

次に３８は酸素濃度センサ１５のヒータ１５ｂ
への供給電力を制御するための通電制御回路であ
つて、マイクロコンピユータ３７の制御信号に応
じてヒータ用電源３９からの通電を制御するもの
である。また４０はヒータ１５ｂ通電時にヒータ
電圧を検出するヒータ電圧検出回路、４１は同様
にヒータ電流を検出するヒータ電流検出回路であ
る。

このように構成された本実施例の制御回路にお
いては、上述の如く、燃料噴射量制御、点火時期
制御、酸素濃度センサのヒータ制御等種々の制御
が実行されることとなるのであるが、以下に本発
明にかかわる主要な制御処理である酸素濃度セン
サのヒータ制御について、第４図に示す制御プロ
グラムに従つて詳しく説明する。

第４図に示す酸素濃度センサのヒータ制御は、
所定時間間隔、例えば100［msec.］毎に実行さ
れ、ヒータ用電源３９からヒータ１５ｂへの通電
をエンジン１の運転状態に応じたデユーテイ比に
よつて制御する。

処理が開始されると、まずステツプ101にて上
記各センサや検出回路からの信号に基づく、エン
ジン回転数Ne、吸気管圧力Pm、酸素濃度センサ
１５の検出電流Is、エンジン１のアイドリング状
態を示すアイドルスイツチ信号Id、ヒータ電圧
Vh、ヒータ電流Ih等の各種パラメータを読み込
み、続くステツプ102に移行する。

ステツプ102においては、上記ステツプ101にて
読み込まれたヒータ電圧Vhとヒータ電流Ihとか
ら、所定時間、例えば100［msec.］の間、ヒータ
１５ｂを通電した場合の電力量、つまりデユーテ
イ比100％の電力量Ａを算出する処理が実行され
ステツプ103に移行する。以下、電力量の数値に
ついては全て100［msec.］当たりの電力量で表わ
す。

ステツプ103においては、現在エンジン１が燃
料カツト運転中であるか否かを判定する。そして
燃料カツト運転中である場合にはステツプ104に
移行し、一方燃料カツト運転中ではない場合には
ステツプ105に移行する。ここでエンジン１が燃
料カツト運転中であるか否かの判定は、図示しな
い別ルーチンで処理される燃料噴射量制御での燃
料噴射量を見ることによつて実行してもよいが、
本実施例では上記ステツプ101にて読み込まれた
アイドルスイツチ信号Idとエンジン回転数Neと
を基に、アイドルスイツチ信号Idが「ON」で、
かつエンジン回転数Neが所定回転数以上である
といつた燃料カツト条件が成立した場合に、エン
ジン１が燃料カツト運転中であると判定するもの
とする。

次にエンジン１が燃料カツト運転中でない場合
に実行されるステツプ105においては、後述の燃
料カツト運転中である場合に用いられるカウンタ
Ｂの値を「０」に設定し、続くステツプ106に移
行する。

そしてステツプ106においては上記ステツプ101
にて求められたエンジン回転数Neと吸気管圧力
Pmとをパラメータとする、例えば第５図に示す
如きマツプＭ１あるいは演算式からヒータ１５ｂ
の目標電力量Ｃを求め、続くステツプ107に移行
する。ここでマツプＭ１においては、第５図から
明らかな如く、エンジン回転数Neと吸気管圧力
Pmとをパラメータとして予め目標電力量Ｃが設
定されているのであるが、これは吸気管圧力Pm
が大きい場合、あるいはエンジン回転数Neが大
きい場合には、当然エンジン１への燃料噴射量が
多くなり、排気温度が上昇して排気によつて検出
素子１５ａが加熱できることから、ヒータ１５ｂ
への供給電力を小さくし、一方エンジン回転数
Neが小さい場合あるいは吸気管圧力Pmが小さい
場合には排気温度が下がり検出素子を加熱でなく
なることから、ヒータ１５ｂへの供給電力を大き
くするように設定されている。

ステツプ106にて目標電力量Ｃが求められると、
次にステツプ107において、この目標電力量Ｃと、
上記ステツプ102にて求められたデユーテイ比100
％の電力量Ａとをパラメータとして、次式 Ｄ＝（Ｃ／Ａ）×100 を用いてヒータ１５ｂに目標電力量Ｃを供給する
ためのデユーテイ比Ｄが算出される。

そしてステツプ108にて、上記求められたデユ
ーテイ比Ｄのパルス信号を通電制御回路３８に送
出し、ヒータ１５ｂへの供給電力を制御するヒー
タ通電制御が実行される。

ここで例えばデユーテイ比100％の電力量Ａが
50［Ｗ・100msec.］、エンジン回転数Neと吸気管
圧力PmとからマツプＭ１により求められた目標
電力量が25［Ｗ・100msec.］であるとすると、デ
ユーテイ比Ｄは50［％］となり、通電制御回路３
８に送出されるパルス信号は、第６図の実線で示
す如きものとなる。

一方、上記ステツプ103にてエンジン１が燃料
カツト運転中であると判断された場合には上述し
た如くステツプ104に移行することとなるのであ
るが、このステツプ104においてはカウンタＢの
値をインクリメントする処理がなされる。

そして次ステツプ109に移行し、上記インクリ
メントされたカウンタＢの値をパラメータするマ
ツプM2に基づき目標電力量Ｃを求める処理が実
行され、ステツプ107に移行する。

ここで、上記カウンタＢの値は、本制御処理が
所定時間間隔で実行されることから、エンジン１
が燃料カツト運転に入つてからの経過時間を表わ
す値とすることができ、ステツプ109においてこ
の燃料カツト運転の経過時間に応じて目標電力量
Ｃを設定しているのである。つまり、燃料カツト
運転中には燃料の燃焼がなく、排気温度が低下す
ることから、酸素濃度センサ１５の検出素子温度
Tsが、例えば第７図に示す如く、燃料カツト運
転の経過時間に応じて低下してしまい、良好な検
出結果が得られなくなつてしまうといつたことが
あるので、この検出素子温度の低下を補うため
に、例えば第８図に示す如く燃料カツト運転の経
過時間に応じて目標電力量Ｃを増加し、検出素子
温度Tsを、例えば第９図に示す如く、一定温度
に保持するよう制御しているのである。尚第７図
ないし第９図においてt₁はエンジン１が燃料カツ
ト運転に入つた時点を示しており、カウンタＢの
値が「１」となつた時点を表わしている。また
T₂は、エンジン１の燃料カツト運転が継続した
場合に検出素子温度が一定となつた時点、つまり
例えばステツプ106にて求められる目標電力量Ｃ
を供給している場合にその目標電力量Ｃでのヒー
タ１５ｂによる検出素子１５ａの加熱と、排気に
よる検出素子１５ａの冷却とのバランスがとれた
時点を示している。更に第８図には燃料カツト運
転の経過時間に応じた目標電力量Ｃの増加を示し
ているのであるが、図における斜線部分は上述の
マツプＭ２に示すものであり、時点t₂以降の目標
電力量Ｃが予め設定されたものである。そして図
においては、時点t₁から時点t₂の間に目標電力量
Ｃが25［Ｗ・100msec.］から45［Ｗ・100msec.］
となるよう、20［Ｗ・100msec.］上昇するように
設定されているが、この値としてはエンジン１の
運転状態、例えば吸入空気温度、エンジン回転数
Neにより補正するようにしてもよい。

このようにしてステツプ109にてエンジン１の
燃料カツト運転下での目標電力量Ｃが求められる
と、上記ステツプ107に移行し、この目標電力量
Ｃに応じたデユーテイ比Ｄが算出され、次ステツ
プ108にてヒータ１５ｂの通電制御が実行される。

以上詳述したように本実施例の酸素濃度センサ
用ヒータの制御装置においては、エンジン１が燃
料カツト運転中でない場合にはエンジン回転数
Neと吸気管圧力Pmとに基づき目標電力量Ｃを求
め、エンジン１が燃料カツト運転に入つた場合に
はその経過時間に応じて目標電力量Ｃを増加する
よう構成されており、前述の第９図に示した如
く、エンジン１が燃料カツト運転中であつても検
出素子温度を所定温度に保つことができ、酸素濃
度センサ１５を常時活性化することができる。従
つて本制御装置によれば、エンジン１が燃料カツ
ト運転から復帰してフイードバツク制御に入つた
時点であつても排気中の酸素濃度を良好に検出す
ることができ、運転状態に応じた緻密な空燃比制
御が実行できるようになる。

尚本実施例において、前述の検知手段に相当
するものとしては、上記ステツプ103にて燃料カ
ツト運転を判断する際に用いられるエンジン回転
数Ne及びアイルド信号Idを夫々検出するための
回転数センサ２０及びスロツトルポジシヨンセン
サ１５が挙げられ、測定手段に相当するものと
してはカウンタＢが挙げられる。また制御手段
に相当するものとしては上記制御プログラムのう
ちステツプ104、ステツプ109、ステツプ107及び
ステツプ108の一連の処理と、通電制御回路３２
とが挙げられる。

ここで上記実施例においては、上記制御プログ
ラム実行の際に用いられるマツプ等で、数値を表
わしたものがあるが、本発明はこれらの数値に何
ら限定されることはない。

また上記実施例においてはヒータの通電制御と
してデユーテイ比による電力制御を行なつている
が、例えばヒータ用電源の印加電圧を制御するよ
うにしてもよい。

更に、上記実施例においては測定手段として
所定時間（この場合は100［msec.］）毎にカウン
トされるカウンタＢを用い、エンジン１が燃料カ
ツト運転に入つてからの経過時間に応じて目標電
力量Ｃを設定するようにしているが、この他にも
例えばエンジン１が燃料カツト運転に入つてから
のエンジン回転数や点火信号等をカウンタ等を用
いて累積し、その積算されたエンジン１の回転量
に応じて目標電力量Ｃを設定するようにしてもよ
い。また上記実施例のように経過時間を計時する
場合、カウンタＢの他にも例えばタイマ等を用い
てもよく、経過時間を計時できるものであれば何
でもよい。

また上記実施例においては、エンジン１の燃料
カツト運転中には、エンジン回転数Neと吸気管
圧力Pmとをパラメータとするマツプより目標電
力量Ｃを求めるようにしているが、このエンジン
回転数Neや吸気管圧力Pmの他にも吸入空気量や
吸気温等を考慮して求めるようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明の酸素濃度センサ
用ヒータの制御装置においては、内燃機関の燃料
カツト運転中に、その経過状態に応じてヒータへ
の供給電力を制御するように構成されている。従
つて内燃機関が燃料カツト運転に入り、燃料の燃
焼がなく酸素濃度センサが冷却されるような場合
であつても、酸素濃度センサの検出能力が低下し
ないように素子温度を保持することができ、燃料
カツト運転復帰時のフイードバツク制御が良好に
実行できようになる。また燃料カツト運転中のヒ
ータへの供給電力は、単に増加するのではなく、
その経過状態に応じて徐々に増加することから、
ヒータの異常加熱によるヒータの断線や検出素子
の破壊等が発生することはなく、無駄な電力を消
費することもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロツク図、第２
図は本発明の実施例の酸素濃度センサ用ヒータの
制御装置が搭載されたエンジン及びその周辺装置
を表わす概略系統図、第３図は制御回路２５の構
成を示すブロツク図、第４図は制御回路２５にて
実行される酸素濃度センサのヒータ制御処理を表
わすフローチヤート、第５図はマツプＭ１を表わ
すグラフ、第６図は通電制御回路３８に出力され
る制御信号を表わすタイムチヤート、第７図は従
来の燃料カツト運転時の検出素子温度Tsの変化
を示すグラフ、第８図は燃料カツト運転時の目標
電力量Ｃを示すグラフ、第９図は本実施例の制御
による燃料カツト運転時の検出素子温度Tsを示
すグラフである。 １……エンジン、６……排気マニホールド、１
４……スロツトルポジシヨンセンサ、１５……酸
素濃度センサ、２０……回転数センサ、２５……
制御回路、３７……マイクロコンピユータ、３８
……通電制御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関の排気系に設置され排気中の酸素濃
   度を検出する酸素濃度センサに備えられたヒータ
   を制御する制御装置であつて、 当該内燃機関の燃料カツト運転を検知する検知
   手段と、 該内燃機関が燃料カツト運転に入つてからの経
   過状態を測定する測定手段と、 上記検知手段にて当該内燃機関の燃料カツト運
   転が検知されている間、上記測定手段にて測定さ
   れた経過状態に応じて上記ヒータへの供給電力を
   制御する制御手段と、 を備えたことを特徴とする酸素濃度センサ用ヒー
   タの制御装置。 ２ 経過状態が経過時間であつて、測定手段が内
   燃機関が燃料カツト運転に入つてからの経過時間
   を測定するよう構成された特許請求の範囲第１項
   記載の酸素濃度センサ用ヒータの制御装置。 ３ 経過状態が内燃機関の回転量であつて、測定
   手段が、内燃機関が燃料カツト運転に入つてから
   の回転量を測定するよう構成された特許請求の範
   囲第１項記載の酸素濃度センサ用ヒータの制御装
   置。