JP2000065780A - 酸素濃度センサのヒータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 酸素濃度センサのヒータ電力算出のための回
路を簡単化する。 【解決手段】 サブマイコン１８は、ヒータデューティ
Ｄｕｔｙを制御すると共に、ヒータ１５に電力を供給す
る電源の電圧ＶB をＡ／Ｄ変換器３４を介して取り込
み、ヒータ１５の印加電圧の代用情報として電源電圧Ｖ
B を用いて、次のいずれかの式でヒータ電力を算出す
る。 ヒータ電力＝ＶB ² ／Ｒ×Ｄｕｔｙ 又は、ヒータ電力
＝ＶB ² ×Ｄｕｔｙ ここで、Ｒはヒータ抵抗値である。ヒータ抵抗値Ｒは安
定領域でほぼ一定となるため、ヒータ抵抗値Ｒは定数と
見なせる。従って、ヒータ電力を算出するのに必要な未
知の情報（変数）は、ヒータ印加電圧Ｖの代用情報であ
る電源電圧ＶB とヒータデューティＤｕｔｙのみとな
る。ヒータデューティＤｕｔｙは、サブマイコン１８自
身が制御するため、その制御値をそのまま利用すれば良
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、酸素濃度センサの
センサ素子を加熱するヒータへの供給電力を算出する機
能を備えた酸素濃度センサのヒータ制御装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えば自動車の空燃比制御システ
ムでは、排気ガス中の酸素濃度を酸素濃度センサにより
検出し、この酸素濃度センサの検出値に基づいて、エン
ジンに吸入する混合気の空燃比をフィードバック制御す
るようにしている。一般に、酸素濃度センサは、その出
力電圧の温度依存性が大きいため、酸素濃度の検出精度
を良好に維持するには素子温度を適温（活性温度）に保
つ必要がある。そのため、酸素濃度センサにヒータを付
設し、このヒータの発熱により素子温度を活性温度（例
えば約７００℃以上）に保つようにヒータへの通電を制
御するようにしたものがある。

【０００３】このシステムでは、例えば、特開平８−２
７１４７５号公報に示すように、ヒータ印加電圧（ヒー
タの両端の電圧差）とヒータ電流を検出し、検出したヒ
ータ印加電圧とヒータ電流とを乗算してヒータへの供給
電力（以下「ヒータ電力」という）を算出し、このヒー
タ電力に基づいて酸素濃度センサの異常診断を実施する
ようにしたものがある。また、算出したヒータ電力を目
標電力に一致させるようにヒータの通電を制御すること
で、酸素濃度センサのセンサ素子温度を活性温度に保つ
ように制御するようにしたものもある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のシステムでは、ヒータ電力を算出するために、ヒー
タ印加電圧（ヒータ両端の電圧差）を検出する回路とヒ
ータ電流検出回路が必要となり、その分、回路構成が複
雑化してコスト高になるという欠点がある。しかも、ヒ
ータ電力を算出するマイクロコンピュータは、ヒータ印
加電圧とヒータ電流の信号をＡ／Ｄ変換して取り込むた
め、Ａ／Ｄ変換の回数が多くなり、その分、ヒータ電力
の演算速度が遅くなるという欠点もある。

【０００５】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、従ってその目的は、ヒータ電力の算出の
ための回路構成を簡単化できて、低コスト化の要求を満
たすことができると共に、ヒータ電力の演算速度も高速
化できる酸素濃度センサのヒータ制御装置を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１の酸素濃度センサのヒータ制御装
置は、ヒータの通電率をヒータ制御手段により制御する
と共に、前記ヒータに電力を供給する電源の電圧を電源
電圧検出手段により検出し、前記電源電圧と前記ヒータ
の通電率とに基づいてヒータ電力をヒータ電力算出手段
により算出するものである。

【０００７】一般に、ヒータ電力は、次式により算出さ
れる。 ヒータ電力＝Ｖ² ／Ｒ×Ｄｕｔｙ ……（１） Ｖ：ヒータ印加電圧 Ｒ：ヒータ抵抗値 Ｄｕｔｙ：ヒータ通電率（デューティ） ここで、ヒータ印加電圧Ｖは、電源電圧の変化に応じて
変化するため、ヒータ印加電圧Ｖを電源電圧で代用する
ことが可能である。また、ヒータ抵抗値Ｒは安定領域で
ほぼ一定となるため、ヒータ抵抗値Ｒは定数と見なせ
る。従って、ヒータ電力を算出するのに必要な未知の情
報（変数）は、ヒータ印加電圧Ｖの代用情報である電源
電圧ＶB とヒータ通電率Ｄｕｔｙのみとなり、これら２
つの情報から次式によりヒータ電力の情報を得ることが
できる。 ヒータ電力＝ＶB ² ×Ｄｕｔｙ ……（２）

【０００８】尚、上式のように、電源電圧ＶB とヒータ
通電率Ｄｕｔｙのみを用いて算出したヒータ電力は、実
際のヒータ電力と数値（絶対値）が異なるが、データ処
理上は、ヒータ電力のスケール（単位）をＶB ² ×Ｄｕ
ｔｙに換算して評価することで、前記（１）式で実際の
ヒータ電力を算出する場合と実質的に同じ制御を行うこ
とが可能である。

【０００９】一般に、ヒータ電力算出手段は、マイクロ
コンピュータによって構成され、従来より、このマイク
ロコンピュータには、他の処理を行うために、電源電圧
の情報も取り込まれる。従って、電源電圧の情報は、従
来より他の処理のために取り込んでいた電源電圧の情報
をそのまま利用すれば良い。また、ヒータ通電率はヒー
タ制御手段（マイクロコンピュータ）自身が制御するた
め、その制御値をそのまま利用すれば良い。この結果、
従来のヒータ電力算出方法と比較して、ヒータ印加電圧
検出回路やヒータ電流検出回路が不要となると共に、新
たな回路の追加を必要とせず、回路構成を簡単化でき
て、低コスト化の要求を満たすことができる。しかも、
ヒータ印加電圧とヒータ電流のＡ／Ｄ変換が不要となる
ため、従来と比較して、Ａ／Ｄ変換の回数を２回分、少
なくすることができて、ヒータ電力の演算速度を高速化
することができる。

【００１０】この場合、請求項２のように、電源電圧と
ヒータ通電率に加え、ヒータ抵抗値も考慮してヒータ電
力を算出するようにしても良い。これにより、ヒータ電
力をより精度良く算出することができる。この場合、ヒ
ータ抵抗値は、安定領域で一定となるため、予め設定し
た固定値を用いれば良く、勿論、ヒータ抵抗値を検出又
は算出するようにしても良い（具体的な算出方法の一例
を後述する）。

【００１１】また、請求項３のように、センサ素子温度
が一定の時に、ヒータ電力を算出すると良い。つまり、
センサ素子温度が一定の時（例えばアイドルが安定した
状態の時）には、ヒータ抵抗値も一定と推定できるた
め、センサ素子温度が一定の時に、ヒータ電力を算出す
れば、ヒータ抵抗値を用いなくても、或は、ヒータ抵抗
値を固定値としても、ヒータ電力の情報を精度良く算出
することができる。

【００１２】また、請求項４のように、ヒータ電力を所
定期間の平均値又は積算値で算出しても良い。このよう
にすれば、瞬時的な電源電圧変動やノイズ等の影響を少
なくして、精度の良いヒータ電力の情報を得ることがで
きる。尚、ヒータ電力の平均値又は積算値を算出する所
定期間は、一定期間（一定の算出回数）でも良いが、ヒ
ータ電力等に応じて変化させても良い。

【００１３】また、請求項５のように、ヒータ電力算出
手段で算出したヒータ電力を目標電力に一致させるよう
にヒータの通電率を制御するようにしても良い。つま
り、ヒータ電力に応じてヒータ発熱量、ヒータ温度が変
化し、ヒータ温度に応じてセンサ素子温度が変化するた
め、ヒータ電力を目標電力に一致させるように制御すれ
ば、センサ素子温度を目標とする活性温度に保つように
制御することができる。

【００１４】或は、請求項６のように、センサ素子のイ
ンピーダンス（抵抗値）を素子インピーダンス検出手段
により検出し、センサ素子のインピーダンスを目標イン
ピーダンスに一致させるようにヒータの通電率を制御
し、或は、該センサ素子のインピーダンスから算出した
センサ素子温度を目標温度に一致させるようにヒータの
通電率を制御するようにしても良い。つまり、センサ素
子温度に応じてセンサ素子のインピーダンスが変化する
ため、センサ素子のインピーダンス又はそれから算出し
たセンサ素子温度のいずれか一方を用いて、それを目標
値に一致させるように制御すれば、センサ素子温度を目
標とする活性温度に保つように制御することができる。

【００１５】また、請求項７のように、ヒータ電力に基
づいて、センサ素子のインピーダンス又は目標インピー
ダンスを補正し、或は、センサ素子のインピーダンスか
ら算出したセンサ素子の温度又は目標温度を補正するよ
うにしても良い。つまり、センサ素子が劣化すると、図
５に示すように、センサ素子温度とインピーダンスとの
関係がずれ、それに伴って、センサ素子温度を目標温度
に制御するのに必要なヒータ電力もずれる。従って、ヒ
ータ電力に基づいて、センサ素子のインピーダンス又は
目標インピーダンス、或はセンサ素子温度又は目標温度
を補正すれば、センサ素子の劣化による特性のずれを適
正に補正することができ、センサ素子の劣化の影響を排
除した信頼性の高いヒータ制御を行うことができる。

【００１６】また、請求項８のように、ヒータ電力が劣
化判定電力以上の時にセンサ素子の劣化と判断して、前
記補正を行うようにすると良い。このようにすれば、実
際にセンサ素子が劣化して補正が必要になった時のみ、
補正を行うことができ、補正の時期を適正化することが
できる。

【００１７】この場合、請求項９のように、酸素濃度セ
ンサが新品の時にヒータ電力算出手段で算出したヒータ
電力に基づいて劣化判定電力を算出するようにしても良
い。このようにすれば、酸素濃度センサが新品の時（つ
まり劣化のない状態の時）のヒータ電力を基準にして劣
化判定電力を設定することができるので、酸素濃度セン
サの特性ばらつきがあっても、酸素濃度センサ毎に適正
な劣化判定電力を設定することができる。

【００１８】また、請求項１０のように、酸素濃度セン
サが新品の時にヒータ電力算出手段で算出したヒータ電
力に関する情報（以下「新品時ヒータ電力」という）を
不揮発性メモリに記憶しておき、酸素濃度センサが新品
でない時にヒータ電力算出手段で算出したヒータ電力を
不揮発性メモリに記憶された新品時ヒータ電力と比較し
てその比較結果に応じてセンサ素子のインピーダンス又
は目標インピーダンスを補正するようにしても良い。つ
まり、新品時ヒータ電力とその後のヒータ電力との関係
からセンサ素子の劣化度合が推定できるため、新品時ヒ
ータ電力とその後のヒータ電力との比較結果に応じてセ
ンサ素子のインピーダンス又は目標インピーダンスを補
正すれば、酸素濃度センサの特性ばらつきがあっても、
酸素濃度センサ毎にセンサ素子の劣化度合に応じてイン
ピーダンス又は目標インピーダンスを適正に補正するこ
とができる。

【００１９】或は、請求項１１のように、酸素濃度セン
サが新品の時にヒータ電力算出手段で算出したヒータ電
力とセンサ素子のインピーダンス又は目標インピーダン
スとの関係を不揮発性メモリを記憶しておき、酸素濃度
センサが新品でない時にヒータ電力算出手段で算出した
ヒータ電力と不揮発性メモリに記憶されたデータとに基
づいてセンサ素子のインピーダンス又は目標インピーダ
ンスを補正するようにしても良い。このようにしても、
上述した請求項１０の場合と同じく、酸素濃度センサ毎
にセンサ素子の劣化度合に応じてインピーダンス又は目
標インピーダンスを適正に補正することができる。

【００２０】また、請求項１２のように、センサ素子の
インピーダンスを素子インピーダンス検出手段により検
出し、センサ素子のインピーダンスに基づいてヒータの
抵抗値をヒータ抵抗値算出手段により算出するようにし
ても良い。つまり、図６に示すように、ヒータ温度とセ
ンサ素子温度との間には相関関係があるため、ヒータ温
度に応じて変化するヒータ抵抗値と、センサ素子温度に
応じて変化するセンサ素子インピーダンスとの間にも相
関関係がある。従って、センサ素子インピーダンスに基
づいてヒータ抵抗値を算出することができ、このヒータ
抵抗値を用いてヒータ電力を算出すれば、ヒータ抵抗値
（ヒータ温度）が変化しても、ヒータ電力を精度良く算
出することができる。特に、酸素濃度センサとして、ヒ
ータをセンサ素子に密着させるように積層した、いわゆ
るヒータ積層型の酸素濃度センサを用いる場合は、セン
サ素子とヒータと間の伝熱性が極めて良いため、ヒータ
温度（ヒータ抵抗値）とセンサ素子温度（センサ素子イ
ンピーダンス）との相関性（温度追従性）が極めて良
く、センサ素子インピーダンスからヒータ抵抗値を精度
良く算出することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】［実施形態（１）］以下、本発明
を空燃比制御システムに適用した実施形態（１）を図１
乃至図６に基づいて説明する。

【００２２】まず、図１に基づいてシステムの概略構成
を説明する。エンジン１１の排気管１２には、酸素濃度
センサ１３が設置されている。この酸素濃度センサ１３
は、限界電流式の酸素濃度センサ（空燃比センサ）であ
り、排気ガス中の酸素濃度（空燃比）にほぼ比例する限
界電流を発生する。この酸素濃度センサ１３のセンサ素
子１４は、活性温度が高く（約７００℃以上）、しか
も、活性温度範囲が狭いため、排気ガスの熱のみでは、
活性温度範囲を維持することが困難である。そこで、こ
の酸素濃度センサ１３には、ヒータ１５を内蔵し、この
ヒータ１５の発熱によりセンサ素子１４の温度を活性温
度範囲に維持するようにヒータ１５への通電を制御す
る。

【００２３】本実施形態（１）では、ヒータ１５とセン
サ素子１４との間の伝熱性を良くするために、ヒータ１
５をセンサ素子１４に密着させるように積層した、いわ
ゆるヒータ積層型の酸素濃度センサ１３を用いている。
但し、本発明は、コップ状に形成されたセンサ素子の内
側に隙間を持たせてヒータを配置した、いわゆるコップ
型の酸素濃度センサを用いても良い。

【００２４】この酸素濃度センサ１３は、センサ制御回
路１６によって制御される。センサ制御回路１６には、
ホストマイクロコンピュータ（以下「ホストマイコン」
と略記する）１７との間でデータを送受信するサブマイ
クロコンピュータ１８（以下「サブマイコン」と略記す
る）が設けられている。ホストマイコン１７は、エンジ
ン１１全体の制御を行う主体となるマイクロコンピュー
タであり、そのＲＯＭ（図示せず）に記憶された点火・
噴射制御プログラムに従って演算した点火指令信号と噴
射指令信号を点火装置（図示せず）と燃料噴射弁（図示
せず）に出力して点火・噴射動作を制御する。

【００２５】一方、サブマイコン１８は、ＣＰＵ２１、
ＲＯＭ２２（記憶媒体）、ＲＡＭ２３、バックアップＲ
ＡＭ２４、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリ２５を内蔵
し、センサ素子１４の印加電圧を制御するために、印加
電圧指令信号をＤ／Ａ変換器２６を介して素子印加電圧
制御回路２７に出力し、通常の酸素濃度検出時には、こ
の素子印加電圧制御回路２７によってセンサ素子１４の
印加電圧（センサ素子１４の両端の電圧差）を所定電圧
で保持するように制御する。素子印加電圧制御回路２７
には、排気ガス中の酸素濃度に応じてセンサ素子１４に
生じる素子電流を検出する電流検出回路２８が内蔵さ
れ、この電流検出回路２８で検出された素子電流に応じ
た電圧がＡ／Ｄ変換器２９を介して酸素濃度検出信号と
してサブマイコン１８内に取り込まれる。また、センサ
素子１４の印加電圧もＡ／Ｄ変換器２９を介してサブマ
イコン１８内に取り込まれる。

【００２６】更に、センサ素子１４のインピーダンス
（素子抵抗）が素子温度に応じて変化することに着目
し、サブマイコン１８は、センサ素子１４のインピーダ
ンスを検出し、そのインピーダンスからセンサ素子温度
を算出する。尚、センサ素子１４のインピーダンス検出
方法は、センサ素子印加電圧Ｖo を酸素濃度検出時の電
圧（基準電圧）からインピーダンスを検出するための電
圧（掃引電圧）に切り換え、その時の電圧変化ΔＶo
と、その電圧変化ΔＶo によって生じる電流変化ΔＩに
応じた電圧変化ΔＶi とからインピーダンスＺ＝ΔＶo
／ΔＩを算出する（この検出方法の詳細は例えば特開平
９−２９２３６４号公報に記載されている）。この機能
が特許請求の範囲でいう素子インピーダンス検出手段に
相当する。

【００２７】また、サブマイコン１８は、Ｄｕｔｙ信号
をヒータ制御回路３０に入力して、このヒータ制御回路
３０によってヒータ１５の通電率Ｄｕｔｙ（発熱量）を
制御する。ヒータ制御回路３０は、図２に示すように、
ヒータ１５の一端とグランド側との間の通電路にスイッ
チング素子、例えばＭＯＳＦＥＴ３１を接続し、このＭ
ＯＳＦＥＴ３１のゲートとサブマイコン１８のＤｕｔｙ
信号出力ポートとを信号線３２で接続すると共に、この
信号線３２をプルダウン抵抗３２によってグランド側に
接続した構成となっている。ヒータ１５の他端は、電源
（バッテリ）に接続され、電源電圧ＶB が印加される。
この電源電圧ＶB は、Ａ／Ｄ変換器３４を介してサブマ
イコン１８内に取り込まれ、電源電圧ＶB が検出され
る。この機能が特許請求の範囲でいう電源電圧検出手段
に相当する。

【００２８】サブマイコン１８は、ＲＯＭ２２に記憶さ
れた図３のヒータ制御ルーチンをＣＰＵ２１により所定
時間毎又は所定クランク角毎に実行することで、ヒータ
電力を目標電力に一致させるようにヒータ１５の通電率
（以下「ヒータデューティ」という）Ｄｕｔｙを制御
し、特許請求の範囲でいうヒータ制御手段としての役割
を果たす。

【００２９】本ルーチンが起動されると、まずステップ
１０１で、センサ素子１４の温度又はインピーダンスに
応じて目標電力Ｐ１を算出する。ここで、目標電力Ｐ１
は、ヒータ１５の通電開始後に最大電力に設定され、セ
ンサ素子１４の温度を目標温度（活性温度）に速やかに
昇温させる。その後、センサ素子１４の温度が目標温度
に近付くと、センサ素子１４の過昇温を防ぐために、セ
ンサ素子１４の温度又はインピーダンスに応じて、目標
電力Ｐ１が徐々に低下する。そして、センサ素子１４の
温度が目標温度に到達して安定した後は、その状態を保
持するように、目標電力Ｐ１が設定される。

【００３０】次のステップ１０２で、電源電圧ＶB 、ヒ
ータ抵抗値Ｒ、ヒータ瞬時電力Ｐ０を次式により算出す
る。 Ｐ０＝ＶB ² ／Ｒ ……（３） ここで、ヒータ抵抗値Ｒは、図４及び図６に示すよう
に、安定領域でほぼ一定となるため、予め設定した固定
値を用いる。但し、このヒータ抵抗値Ｒを検出又は算出
するようにしても良い（具体的な算出方法の一例は後述
する実施形態（６）で説明する）。

【００３１】従来のヒータ電力の算出方法では、ヒータ
印加電圧（ヒータ両端の電圧差）とヒータ電流を用いて
ヒータ電力を算出したが、本実施形態（１）では、ヒー
タ印加電圧が電源電圧ＶB の変化に応じて変化する点に
着目し、ヒータ印加電圧の代用情報として電源電圧ＶB
を使用する。また、ヒータ抵抗値Ｒは安定領域でほぼ一
定となるため、ヒータ抵抗値Ｒは定数（固定値）として
取り扱う。従って、ヒータ電力を算出するのに必要な未
知の情報（変数）は、ヒータ印加電圧の代用情報である
電源電圧ＶB のみとなる。この場合、電源電圧ＶB は、
Ａ／Ｄ変換器３４を介してサブマイコン１８内に取り込
まれる。上記ステップ１０２の処理が特許請求の範囲で
いうヒータ電力算出手段としての役割を果たす。

【００３２】尚、ヒータ抵抗値Ｒは定数（固定値）であ
るため、ヒータ瞬時電力Ｐ０の算出式からヒータ抵抗値
Ｒを省略して、次式によりヒータ瞬時電力Ｐ０を算出し
ても良い。 Ｐ０＝ＶB ² ……（４） この式により算出したヒータ瞬時電力Ｐ０は、実際のヒ
ータ電力と数値（絶対値）が異なるが、データ処理上
は、ヒータ電力のスケール（単位）をＶB ² に換算して
評価することで、前記（３）式でヒータ電力を算出する
場合と実質的に同じ制御を行うことが可能である。尚、
上記ステップ１０２の処理が特許請求の範囲でいうヒー
タ電力算出手段としての役割を果たす。

【００３３】次のステップ１０３で、目標電力Ｐ１をス
テップ１０２で算出したヒータ瞬時電力Ｐ０で割り算し
て今回のヒータデューティＤｕｔｙ(i) を求める。 Ｄｕｔｙ(i) ＝Ｐ１／Ｐ０

【００３４】この後、ステップ１０４で、ヒータデュー
ティＤｕｔｙ(i) の信号をＭＯＳＦＥＴ３１のゲートに
出力し、ヒータ１５のデューティを制御して、ヒータ電
力を目標電力に一致させるように制御し、センサ素子１
４の温度を目標とする活性温度に保つように制御する。

【００３５】以上説明したヒータ制御ルーチンによって
ヒータデューティＤｕｔｙを制御した場合の一例が図４
に示されている。ヒータ１５の通電開始後、センサ素子
１４の温度が低い間は、ヒータデューティＤｕｔｙが最
大値（１００％）で制御され、センサ素子１４の温度を
目標温度（例えば７００℃）に速やかに昇温させる。そ
の後、センサ素子１４の温度が目標温度に近付くと、セ
ンサ素子１４の過昇温を防ぐために、ヒータデューティ
Ｄｕｔｙが徐々に低下する。そして、センサ素子１４の
温度が目標温度に到達して安定した後は、ヒータデュー
ティＤｕｔｙが一定となる。この安定領域では、図６に
示すように、センサ素子１４の温度、インピーダンス、
ヒータ温度、ヒータ抵抗値も一定となる。

【００３６】以上説明した実施形態（１）では、ヒータ
印加電圧の代用情報である電源電圧ＶB 、ヒータデュー
ティＤｕｔｙ及びヒータ抵抗値Ｒを用いてヒータ電力を
算出する際に、ヒータ抵抗値Ｒを定数（固定値）として
取り扱うので、ヒータ電力を算出するのに必要な未知の
情報（変数）は、電源電圧ＶB のみとなる。この電源電
圧ＶB の情報は、従来より他の処理のために取り込んで
いた電源電圧ＶB の情報をそのまま利用すれば良い。こ
の結果、本実施形態（１）では、従来のヒータ電力算出
方法と比較して、ヒータ印加電圧検出回路やヒータ電流
検出回路が不要となると共に、新たな回路の追加を必要
とせず、回路構成を簡単化できて、低コスト化の要求を
満たすことができる。しかも、ヒータ印加電圧とヒータ
電流のＡ／Ｄ変換が不要となるため（電源電圧ＶB のＡ
／Ｄ変換は従来も行っていた）、従来と比較して、Ａ／
Ｄ変換の回数を２回分、少なくすることができて、ヒー
タ電力の演算速度を高速化することができる。

【００３７】［実施形態（２）］ところで、図５及び図
６に示すように、センサ素子温度が高くなるほど、セン
サ素子インピーダンス（抵抗値）が低下する特性があ
る。この特性に着目し、センサ素子インピーダンスを検
出して、このセンサ素子インピーダンスを目標インピー
ダンスに一致させるようにヒータデューティＤｕｔｙを
制御すれば、センサ素子温度を目標とする活性温度に保
つように制御することができる。

【００３８】しかし、センサ素子１４が劣化すると、図
５に示すように、同じインピーダンス値でも、実際のセ
ンサ素子温度が新品（劣化無し）の時よりも高くなる。
従って、センサ素子１４が劣化した状態で、新品の時と
同じ目標インピーダンスで制御すると、センサ素子温度
が目標とする活性温度よりも高く制御されてしまい、酸
素濃度の検出精度が低下するばかりか、センサ素子１４
の過昇温により劣化が促進されて、センサ素子１４の寿
命が益々短くなるという悪循環に陥る。

【００３９】そこで、図７乃至図１１に示す本発明の実
施形態（２）では、センサ素子１４が劣化している時
に、その劣化の度合に応じて目標インピーダンスを補正
するようにしている。

【００４０】図７に示すセンサ素子劣化補正ルーチン
は、サブマイコン１８のＲＯＭ２２に記憶され、ＣＰＵ
２１により所定時間毎又は所定クランク角毎に実行さ
れ、特許請求の範囲でいう補正手段としての役割を果た
す。本ルーチンが起動されると、まずステップ２０１
で、ヒータ電力積算条件が成立しているか否かを判定す
る。ここで、ヒータ電力積算条件は、例えばアイドル安
定領域であることである。図４及び図６に示すように、
アイドル安定領域では、センサ素子１４の温度とヒータ
抵抗値も一定となり、ヒータデューティＤｕｔｙ、ヒー
タ電力も一定となる。従って、このアイドル安定領域
で、ヒータ電力を算出すれば、過渡変化の影響を受けな
い、信頼性の高いヒータ電力を算出することができる。
もし、アイドル安定領域でなければ、ヒータ電力積算条
件が不成立となり、以降の処理を行うことなく、本ルー
チンを終了する。

【００４１】一方、アイドル安定領域であれば、ヒータ
電力積算条件が成立し、ステップ２０２に進み、ヒータ
電力Ｐa を算出し、これを前回までのヒータ電力積算値
Ｐsに加算してヒータ電力積算値Ｐs を更新する。 Ｐs ＝Ｐs ＋Ｐa ここで、ヒータ電力Ｐa は、次の（５）式又は（６）式
のいずれかで算出すれば良い。両式において、ヒータデ
ューティＤｕｔｙは、サブマイコン１８自身が制御する
ため、その最新値であるヒータデューティＤｕｔｙを利
用すれば良い。 Ｐa ＝ＶB ² ／Ｒ×Ｄｕｔｙ ……（５） Ｐa ＝ＶB ² ×Ｄｕｔｙ ……（６） ＶB ：電源電圧 Ｒ：ヒータ抵抗値（固定値又は算出値） Ｄｕｔｙ：ヒータデューティ

【００４２】ヒータ電力積算後、ステップ２０３に進
み、積算回数Ｃをカウントする積算カウンタをカウント
アップして、ステップ２０４に進み、積算回数Ｃが予め
設定した所定回数Ｋに達したか否かを判定する。もし、
積算回数Ｃが所定回数Ｋに達していなければ、以降の処
理を行うことなく、本ルーチンを終了する。これによ
り、積算回数Ｃが所定回数Ｋになるまで、ヒータ電力Ｐ
a の積算を繰り返す。

【００４３】その後、積算回数Ｃが所定回数Ｋになった
時点で、ステップ２０５に進み、ヒータ電力積算値Ｐs
を積算回数Ｃで割り算して平均ヒータ電力Ｐav（＝Ｐs
／Ｃ）を算出した後、積算回数Ｃのカウンタをクリアす
る（ステップ２０６）。以上説明したステップ２０１〜
２０６の処理が特許請求の範囲でいうヒータ電力算出手
段としての役割を果たす。

【００４４】次のステップ２０７で、平均ヒータ電力Ｐ
avが劣化判定電力Ｐk 以上であるか否かによって、セン
サ素子１４が劣化しているか否かを判定する。ここで、
劣化判定電力Ｐk は、予め実験、シミュレーション等に
より設定された固定値が用いられる。このステップ２０
７で、平均ヒータ電力Ｐavが劣化判定電力Ｐk より小さ
い場合は、センサ素子１４が劣化無しと判断され、目標
インピーダンスを補正せずに本ルーチンを終了する。

【００４５】一方、平均ヒータ電力Ｐavが劣化判定電力
Ｐk 以上の場合は、センサ素子１４が劣化していると判
断され、ステップ３００に進み、図８に示す目標インピ
ーダンス補正ルーチンを実行し、次のようにして目標イ
ンピーダンスを補正する。

【００４６】図８の目標インピーダンス補正ルーチンで
は、まずステップ３０１で、センサ素子１４の劣化度合
を評価する指標として、平均ヒータ電力Ｐavと劣化判定
電力Ｐk との差分Ｓを算出し、次のステップ３０２で、
図９に示す、差分Ｓをパラメータとするインピーダンス
補正値Ｚs のマップを検索し、差分Ｓに応じてインピー
ダンス補正値Ｚs を算出する。尚、図９のマップは、予
め実験、シミュレーション等により設定され、サブマイ
コン１８のＲＯＭ２２に記憶されている。

【００４７】次のステップ３０３で、現在の目標インピ
ーダンスＺg にインピーダンス補正値Ｚs を加算するこ
とで、目標インピーダンスＺg をセンサ素子１４の劣化
度合（差分Ｓ）に応じて補正し、本ルーチンを終了す
る。

【００４８】尚、図８の目標インピーダンス補正ルーチ
ンでは、ステップ３０２で、インピーダンス補正値Ｚs
を図９のマップより算出するようにしたが、これに代え
て、図１０に示す目標インピーダンス補正ルーチンを用
い、予め実験、シミュレーション等により、差分Ｓ（劣
化度合）を変数とする補正関数Ｈ（Ｓ）を設定してお
き、ステップ３０２ａで、この補正関数Ｈ（Ｓ）にステ
ップ３０１で算出した差分Ｓ（劣化度合）を代入してイ
ンピーダンス補正値Ｚs を算出するようにしても良い。
尚、補正関数Ｈ（Ｓ）は、例えば次式で設定しても良
い。 Ｈ（Ｓ）＝Ｋ１×Ｓ＋Ｋ２ ここで、Ｋ１，Ｋ２は、予め実験、シミュレーション等
により設定された定数である。

【００４９】また、図８、図１０の目標インピーダンス
補正ルーチンでは、センサ素子１４の劣化度合を評価す
る指標として、平均ヒータ電力Ｐavと劣化判定電力Ｐk
との差分Ｓを算出したが、平均ヒータ電力Ｐavと劣化判
定電力Ｐk との比を劣化度合を評価する指標として算出
し、これに基づいて目標インピーダンスＺg を補正する
ようにしても良い。

【００５０】本実施形態（２）では、サブマイコン１８
のＲＯＭ２２に記憶された図１１のヒータ制御ルーチン
をＣＰＵ２１により所定時間毎又は所定クランク角毎に
実行することで、センサ素子インピーダンスＺを目標イ
ンピーダンスＺg に一致させるようにヒータデューティ
Ｄｕｔｙを制御する。本ルーチンが起動されると、まず
ステップ４０１で、センサ素子インピーダンスＺを算出
する。具体的には、センサ素子印加電圧Ｖo を酸素濃度
検出時の電圧（基準電圧）からインピーダンスを検出す
るための電圧（掃引電圧）に切り換え、その時の電圧変
化ΔＶo と、その電圧変化ΔＶo によって生じる電流変
化ΔＩに応じた電圧変化ΔＶi とからインピーダンスＺ
＝ΔＶo ／ΔＩを算出する。

【００５１】この後、ステップ４０２で、センサ素子イ
ンピーダンスＺと目標インピーダンスＺg との差分ΔＺ
（＝Ｚ−Ｚg ）に応じてマップ又は補正関数によりヒー
タデューティ補正値Ｄs を算出する。ここで用いるマッ
プ又は補正関数は、予め実験、シミュレーション等によ
り設定され、サブマイコン１８のＲＯＭ２２に記憶され
ている。

【００５２】次のステップ４０３で、現在のヒータデュ
ーティＤｕｔｙをヒータデューティ補正値Ｄs で補正す
る。尚、ヒータデューティＤｕｔｙの初期値は、イグニ
ッションスイッチのオン直後に起動される初期化ルーチ
ン（図示せず）により例えば１００％に設定される。こ
の後、ステップ４０４で、ヒータデューティＤｕｔｙの
信号をＭＯＳＦＥＴ３１のゲートに出力し、ヒータ１５
のデューティを制御して、センサ素子インピーダンスＺ
を目標インピーダンスＺg に一致させるように制御し、
センサ素子１４の温度を目標とする活性温度に保つよう
に制御する。以上説明した本実施形態（２）において
も、前記実施形態（１）と同様の効果を得ることができ
る。

【００５３】［実施形態（３）］上記実施形態（２）で
用いた図７のセンサ素子劣化補正ルーチンでは、ヒータ
電力Ｐa の積算を、積算回数Ｃが所定回数Ｋになるまで
繰り返すようにしたが、本発明の実施形態（３）で用い
る図１２のセンサ素子劣化補正ルーチンでは、ヒータ電
力積算値Ｐs が予め設定された所定値Ｐk1以上となるま
でヒータ電力Ｐaの積算を繰り返す（ステップ２０４
ａ）。その他のステップの処理は、図７の各ステップの
処理と同じである。

【００５４】前述した図５のインピーダンス特性から明
らかなように、センサ素子１４が劣化するに従って、セ
ンサ素子インピーダンスＺが高くなり、センサ素子温度
が実際よりも低く検出されて、ヒータ電力Ｐa が増加す
る傾向がある。このため、センサ素子１４が劣化するに
従って、ヒータ電力積算値Ｐs が所定値Ｐk1以上となる
までの期間が短くなり、目標インピーダンスＺg の更新
サイクル（更新の時間間隔）が短くなる。これにより、
センサ素子１４の劣化が進むに従って（換言すれば、目
標インピーダンスＺg のずれが大きくなるに従って）、
目標インピーダンスＺg が頻繁に更新されるようにな
り、センサ素子１４の劣化度合に応じた頻度で目標イン
ピーダンスＺg が更新される。

【００５５】［実施形態（４）］前記実施形態（２），
（３）では、図７のステップ２０７、図１２のステップ
２０７で用いる劣化判定電力Ｐk は、予め実験、シミュ
レーション等により設定された固定値を用いたが、本発
明の実施形態（４）では、図１３に示す劣化判定電力算
出ルーチンによって、酸素濃度センサ１３が新品の時
（つまり劣化のない状態の時）のヒータ電力を基準にし
て劣化判定電力Ｐk を設定する。

【００５６】図１３の劣化判定電力算出ルーチンは、図
７又は図１２のセンサ素子劣化補正ルーチンと同じく、
所定時間毎又は所定クランク角毎に実行される。本ルー
チンが起動されると、まずステップ５０１で、酸素濃度
センサ１３が新品であるか否かを判定する。ここで、新
品とは、新車時又は酸素濃度センサ１３の交換直後で且
つ劣化判定電力Ｐk が算出されていない状態の時を意味
する。従って、新品でない場合には、既に劣化判定電力
Ｐk が設定されているので、以降の処理を行わずに本ル
ーチンを終了する。

【００５７】これに対し、酸素濃度センサ１３が新品で
ある場合には、ステップ５０２に進み、ヒータ電力積算
条件が成立しているか否かを、例えばアイドル安定領域
であるか否かによって判定し、ヒータ電力積算条件が不
成立であれば、以降の処理を行うことなく、本ルーチン
を終了する。

【００５８】一方、ヒータ電力積算条件が成立していれ
ば、ステップ５０３に進み、新品時のヒータ電力Ｐa を
算出し、これを前回までのヒータ電力積算値Ｐn に加算
して新品時のヒータ電力積算値Ｐn を更新する。 Ｐn ＝Ｐn ＋Ｐaここで、新品時のヒータ電力Ｐa は、
前記実施形態（２）と同じく、次のいずれかの式で算出
すれば良い。 Ｐa ＝ＶB ² ／Ｒ×Ｄｕｔｙ 又は、Ｐa ＝ＶB ² ×Ｄ
ｕｔｙ ＶB ：電源電圧 Ｒ：ヒータ抵抗値（固定値又は算出値） Ｄｕｔｙ：ヒータデューティ

【００５９】新品時のヒータ電力積算後、ステップ５０
４に進み、積算回数Ｃn をカウントする積算カウンタを
カウントアップして、ステップ５０５に進み、積算回数
Ｃnが予め設定した所定回数Ｋn に達したか否かを判定
する。もし、積算回数Ｃn が所定回数Ｋn に達していな
ければ、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了
する。これにより、積算回数Ｃn が所定回数Ｋn になる
まで、新品時のヒータ電力Ｐa の積算を繰り返す。

【００６０】その後、積算回数Ｃn が所定回数Ｋn にな
った時点で、ステップ５０６に進み、新品時のヒータ電
力積算値Ｐn を積算回数Ｃn で割り算して新品時の平均
ヒータ電力Ｐkn（＝Ｐn ／Ｃn ）を算出する。この後、
ステップ５０７で、新品時の平均ヒータ電力Ｐknに余裕
電力Ａを加算して、劣化判定電力Ｐk を算出する。 Ｐk ＝Ｐkn＋Ａ

【００６１】ここで、余裕電力Ａは、新品時（劣化のな
い時）のヒータ電力のばらつきを考慮して、劣化の誤判
定を防止するように設定されている。尚、余裕電力Ａ
は、予め実験等により設定した固定値を用いても良い
が、新品時の平均ヒータ電力Ｐknに基づいて算出した
り、或は、ヒータ電力積算値Ｐn の積算期間中のヒータ
電力Ｐa のばらつきの程度（例えば最大値と最小値の差
分、標準偏差等）を算出して、それから余裕電力Ａを設
定するようにしても良い。劣化判定電力Ｐk の算出後
に、積算回数Ｃn のカウンタをクリアして（ステップ５
０８）、本ルーチンを終了する。

【００６２】このようにして算出された劣化判定電力Ｐ
k は、サブマイコン１８の不揮発性メモリ２５に記憶さ
れる。本実施形態（４）でも、図７又は図１２のセンサ
素子劣化補正ルーチンを所定時間毎又は所定クランク角
毎に実行して、ステップ２０７で、不揮発性メモリ２５
から劣化判定電力Ｐk を読み込み、この劣化判定電力Ｐ
k と平均ヒータ電力Ｐavとを比較してセンサ素子１４の
劣化判定を行い、劣化が検出された時には、図８又は図
１０の目標インピーダンス補正ルーチンによって、劣化
度合に応じて目標インピーダンスＺg を補正する。

【００６３】以上説明した本実施形態（４）では、酸素
濃度センサ１３が新品の時（つまり劣化のない状態の
時）の平均ヒータ電力Ｐknを基準にして劣化判定電力Ｐ
k を設定するので、酸素濃度センサ１３の特性ばらつき
があっても、酸素濃度センサ１３毎に適正な劣化判定電
力Ｐk を設定することができ、特性ばらつきによる劣化
の誤判定を防止できて、劣化判定精度を向上することが
できる。

【００６４】尚、本実施形態（４）では、新品時の平均
ヒータ電力Ｐknに基づいて設定した劣化判定電力Ｐk を
不揮発性メモリ２５に記憶し、その後は、この不揮発性
メモリ２５から読み込んだ劣化判定電力Ｐk と平均ヒー
タ電力Ｐavとを比較して目標インピーダンスＺg を補正
するようにしたが、新品時に算出した平均ヒータ電力Ｐ
knとセンサ素子インピーダンスＺとの関係を不揮発性メ
モリ２５に記憶しておき、その後は、算出した平均ヒー
タ電力Ｐavと不揮発性メモリ２５に記憶されたデータと
に基づいて目標インピーダンスＺg を補正するようにし
ても良い。

【００６５】［実施形態（５）］前記実施形態（２）〜
（４）は、いずれも平均ヒータ電力Ｐavを劣化判定電力
Ｐk と比較して劣化判定を行うようにしたが、本発明の
実施形態（５）では、センサ素子１４が劣化するに従っ
て、図５及び図６に示すように、センサ素子インピーダ
ンスＺが高くなるという特性に着目し、始動から所定期
間経過後のセンサ素子インピーダンスＺを劣化判定値Ｚ
k と比較して劣化判定を行う。

【００６６】この処理は、図１４に示すセンサ素子劣化
補正ルーチンによって次のようにして行われる。まず、
ステップ６０１で、センサ素子温度が所定温度に達する
タイミングを推定するために、始動から所定時間内か否
かを判定し、所定時間内でなければ、以降の処理を行う
ことなく、本ルーチンを終了する。

【００６７】始動から所定時間内であれば、ステップ６
０２に進み、前記実施形態と同様の方法でヒータ電力Ｐ
a を算出し、これを前回までのヒータ電力積算値Ｐs に
加算して始動後のヒータ電力積算値Ｐs を更新する。こ
の後、ステップ６０３で、始動後のヒータ電力積算値Ｐ
s が予め実験等で設定された所定値Ｐk 以上になったか
否かを判定し、始動後のヒータ電力積算値Ｐs が所定値
Ｐk 未満であれば、以降の処理を行うことなく、本ルー
チンを終了する。

【００６８】その後、始動後のヒータ電力積算値Ｐs が
所定値Ｐk 以上になった時点で、センサ素子１４の温度
が所定温度に達したと判断して、ステップ６０４に進
み、その時点のセンサ素子インピーダンスＺが劣化判定
値Ｚk 以上であるか否かで、センサ素子１４が劣化して
いるか否かを判定する。この際、センサ素子インピーダ
ンスＺは、前記実施形態（２）と同じ方法で算出され
る。このステップ６０４で、センサ素子インピーダンス
Ｚが劣化判定値Ｚk より小さい場合は、センサ素子１４
が劣化していないと判断され、目標インピーダンスを補
正せずに本ルーチンを終了する。

【００６９】一方、センサ素子インピーダンスＺが劣化
判定値Ｚk 以上の場合は、センサ素子１４が劣化してい
ると判断され、ステップ３００に進み、前述した図８又
は図１０に示す目標インピーダンス補正ルーチンを実行
し、目標インピーダンスを補正する。

【００７０】以上説明した本実施形態（５）では、始動
後に、センサ素子１４の温度が所定温度に達するタイミ
ングを判断するために、始動後のヒータ電力積算値Ｐs
が所定値Ｐk 以上になったか否かを判断するようにした
が、図４に示すように、始動からセンサ素子１４の温度
が活性温度（目標温度）付近に昇温するまでの間は、ヒ
ータデューティＤｕｔｙが１００％に保持されるため、
始動後の経過時間が設定時間Ｔに達した時点で、センサ
素子１４の温度が所定温度に達した判断して、劣化判定
を行うようにしても良い。

【００７１】尚、エンジン１１の停止時間が短く、酸素
濃度センサ１３が十分に冷えていない状態で再始動（温
間再始動）する場合には、始動後のヒータ電力積算値Ｐ
s や経過時間からはセンサ素子１４の温度が推測できな
いため、冷却水温等により温間再始動と判断される場合
は、劣化判定を中止するようにしても良い。また、セン
サ素子１４の初期温度は、外気温の影響を受けて変化
し、それに応じて、センサ素子１４の温度が所定温度に
達するまでの時間が変化するため、外気温に応じて所定
値Ｐk （又は前記設定時間Ｔ）を補正するようにしても
良い。或は、外気温が所定温度範囲内の時のみ、上述し
た劣化判定を行うようにしても良い。

【００７２】［実施形態（６）］前記各実施形態では、
ヒータ電力を算出する際に用いるヒータ抵抗値Ｒを固定
値としたが、本発明の実施形態（６）では、図１５に示
すヒータ抵抗値算出ルーチンによってヒータ抵抗値をセ
ンサ素子インピーダンスに基づいて算出する。つまり、
図６に示すように、ヒータ温度とセンサ素子温度との間
には相関関係があるため、ヒータ温度に応じて変化する
ヒータ抵抗値と、センサ素子温度に応じて変化するセン
サ素子インピーダンスとの間にも相関関係がある。従っ
て、センサ素子インピーダンスに基づいてヒータ抵抗値
を算出することが可能である。特に、酸素濃度センサ１
３として、ヒータ１５をセンサ素子１４に密着させるよ
うに積層した、いわゆるヒータ積層型の酸素濃度センサ
を用いる場合は、センサ素子１４とヒータ１５と間の伝
熱性が極めて良いため、ヒータ温度（ヒータ抵抗値）と
センサ素子温度（センサ素子インピーダンス）との相関
性が極めて良く、センサ素子インピーダンスからヒータ
抵抗値を精度良く算出することができる。

【００７３】図１５に示すヒータ抵抗値算出ルーチン
は、所定時間毎又は所定クランク角毎に実行され、特許
請求の範囲でいうヒータ抵抗値算出手段としての役割を
果たす。本ルーチンが起動されると、まずステップ７０
１で、センサ素子インピーダンスＺを前記実施形態
（２）と同じ方法で算出する。この後、ステップ７０２
で、図１６に示す、センサ素子インピーダンスＺをパラ
メータとするヒータ抵抗値Ｒのマップを検索し、センサ
素子インピーダンスＺに応じてヒータ抵抗値Ｒを算出す
る。図１６のマップは、予め実験、シミュレーション等
により設定され、サブマイコン１８のＲＯＭ２２に記憶
されている。尚、マップに代えて、予め実験、シミュレ
ーション等により、センサ素子インピーダンスＺを変数
とする関数を設定しておき、この関数にセンサ素子イン
ピーダンスＺを代入してヒータ抵抗値Ｒを算出するよう
にしても良い。

【００７４】以上のようにして算出したヒータ抵抗値Ｒ
は、前記（３）式又は（５）式でヒータ電力を算出する
のに用いられる。このようにすれば、ヒータ抵抗値Ｒ
（ヒータ温度）が変化しても、ヒータ電力を精度良く算
出することができる。従って、アイドル安定領域以外で
も、ヒータ電力を精度良く算出することができる。

【００７５】尚、センサ素子１４の劣化度合（平均ヒー
タ電力Ｐavと劣化判定電力Ｐk との差分Ｓ）に応じて、
マップ又は関数によりセンサ素子インピーダンスＺを補
正してから、該センサ素子インピーダンスＺに基づいて
ヒータ抵抗値Ｒを算出するようにしても良い。

【００７６】［その他の実施形態］前記各実施形態で
は、図８又は図１０のルーチンにより、センサ素子１４
の劣化度合（平均ヒータ電力Ｐavと劣化判定電力Ｐk と
の差分Ｓ）に応じて目標インピーダンスＺg を補正する
ようにしたが、目標インピーダンスＺg の補正に代え
て、センサ素子１４の劣化度合に応じてセンサ素子イン
ピーダンスＺを例えば次式により補正するようにしても
良い。 Ｚ＝Ｚ−Ｚs ここで、Ｚs は、図８又は図１０のステップ３０２，３
０２ａと同じ処理により算出されるインピーダンス補正
値である。このように、センサ素子インピーダンスＺを
補正すれば、目標インピーダンスＺg を補正するのと全
く同じ効果を得ることができる。

【００７７】また、センサ素子温度はセンサ素子インピ
ーダンスＺに基づいて算出することができるため、セン
サ素子インピーダンスＺから算出したセンサ素子温度を
目標温度に一致させるようにヒータデューティＤｕｔｙ
を制御するようにしても良い。この場合、センサ素子１
４の劣化度合に応じてセンサ素子温度又は目標温度を上
記の補正方法と同じ方法で補正するようにしても良い。

【００７８】また、図７、図１２の各センサ素子劣化補
正ルーチンでは、ヒータ電力積算値Ｐs を積算回数Ｃで
割り算して平均ヒータ電力Ｐavを求め、この平均ヒータ
電力Ｐavを劣化判定電力Ｐk と比較して劣化判定するよ
うにしたが、平均ヒータ電力Ｐavを算出する処理（ステ
ップ２０５）を省き、ヒータ電力積算値Ｐs を所定値
（Ｃ×Ｐk ）と比較して劣化判定するようにしても良
い。

【００７９】また、前記実施形態（２）〜（６）では、
センサ素子インピーダンスＺを目標インピーダンスＺg
に一致させるようにヒータデューティＤｕｔｙを制御す
るようにしたが、インピーダンスの逆数であるアドミタ
ンスを算出し、これを目標アドミタンスに一致させるよ
うにヒータデューティＤｕｔｙを制御するようにしても
良い。この場合も、センサ素子１４の劣化度合に応じて
アドミタンス又は目標アドミタンスを上記の補正方法と
同じ方法で補正するようにしても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態（１）における酸素濃度検出システム
の概略構成を示すブロック図

【図２】酸素濃度センサのヒータ制御回路の構成を示す
回路図

【図３】実施形態（１）のヒータ制御ルーチンの処理の
流れを示すフローチャート

【図４】（ａ）〜（ｃ）は始動後のセンサ素子温度、ヒ
ータ抵抗値、ヒータデューティＤｕｔｙの経時的変化の
一例を示すタイムチャート

【図５】センサ素子温度とセンサ素子インピーダンスと
の関係を示す特性図

【図６】（ａ）〜（ｄ）は始動後のセンサ素子温度、セ
ンサ素子インピーダンス、ヒータ温度、ヒータ抵抗値の
経時的変化の一例を示すタイムチャート

【図７】実施形態（２）のセンサ素子劣化補正ルーチン
の処理の流れを示すフローチャート

【図８】実施形態（２）の目標インピーダンス補正ルー
チン（その１）の処理の流れを示すフローチャート

【図９】インピーダンス補正値算出マップの一例を概念
的に示す図

【図１０】目標インピーダンス補正ルーチン（その２）
の処理の流れを示すフローチャート

【図１１】実施形態（２）のヒータ制御ルーチンの処理
の流れを示すフローチャート

【図１２】実施形態（３）のセンサ素子劣化補正ルーチ
ンの処理の流れを示すフローチャート

【図１３】実施形態（４）の劣化判定電力算出ルーチン
の処理の流れを示すフローチャート

【図１４】実施形態（５）のセンサ素子劣化補正ルーチ
ンの処理の流れを示すフローチャート

【図１５】実施形態（６）のヒータ抵抗値算出ルーチン
の処理の流れを示すフローチャート

【図１６】ヒータ抵抗値算出マップの一例を概念的に示
す図

【符号の説明】

１１…エンジン、１２…排気管、１３…酸素濃度セン
サ、１４…センサ素子、１５…ヒータ、１７…ホストマ
イコン、１８…サブマイコン（ヒータ制御手段，電源電
圧検出手段，ヒータ電力算出手段，素子インピーダンス
検出手段，補正手段）、２５…不揮発性メモリ、２９…
Ａ／Ｄ変換器、３０…ヒータ制御回路、３１…ＭＯＳＦ
ＥＴ（スイッチング素子）、３４…Ａ／Ｄ変換器。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸素濃度センサのセンサ素子を加熱する
   ヒータへの通電を制御することで、該センサ素子の温度
   を制御する酸素濃度センサのヒータ制御装置において、 前記ヒータの通電率を制御するヒータ制御手段と、 前記ヒータに電力を供給する電源の電圧を検出する電源
   電圧検出手段と、 前記電源電圧と前記ヒータの通電率とに基づいて該ヒー
   タへの供給電力（以下「ヒータ電力」という）を算出す
   るヒータ電力算出手段とを備えていることを特徴とする
   酸素濃度センサのヒータ制御装置。
2. 【請求項２】 前記ヒータ電力算出手段は、前記電源電
   圧と前記ヒータの通電率に加え、前記ヒータの抵抗値も
   考慮して前記ヒータ電力を算出することを特徴とする請
   求項１に記載の酸素濃度センサのヒータ制御装置。
3. 【請求項３】 前記ヒータ電力算出手段は、前記センサ
   素子の温度が一定の時に、前記ヒータ電力を算出するこ
   とを特徴とする請求項１又２に記載の酸素濃度センサの
   ヒータ制御装置。
4. 【請求項４】 前記ヒータ電力算出手段は、前記ヒータ
   電力を所定期間の平均値又は積算値で算出することを特
   徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の酸素濃度セ
   ンサのヒータ制御装置。
5. 【請求項５】 前記ヒータ制御手段は、前記ヒータ電力
   算出手段で算出したヒータ電力を目標電力に一致させる
   ように前記ヒータの通電率を制御することを特徴とする
   請求項１乃至４のいずれかに記載の酸素濃度センサのヒ
   ータ制御装置。
6. 【請求項６】 前記センサ素子のインピーダンスを検出
   する素子インピーダンス検出手段を備え、 前記ヒータ制御手段は、前記センサ素子のインピーダン
   スを目標インピーダンスに一致させるように前記ヒータ
   の通電率を制御し、或は、該センサ素子のインピーダン
   スから算出したセンサ素子温度を目標温度に一致させる
   ように前記ヒータの通電率を制御することを特徴とする
   請求項１乃至４のいずれかに記載の酸素濃度センサのヒ
   ータ制御装置。
7. 【請求項７】 前記ヒータ電力算出手段で算出したヒー
   タ電力に基づいて、前記センサ素子のインピーダンス又
   は目標インピーダンスを補正し、或は、前記センサ素子
   のインピーダンスから算出した前記センサ素子の温度又
   は目標温度を補正する補正手段を備えていることを特徴
   とする請求項６に記載の酸素濃度センサのヒータ制御装
   置。
8. 【請求項８】 前記補正手段は、前記ヒータ電力算出手
   段で算出したヒータ電力が劣化判定電力以上の時に、セ
   ンサ素子の劣化と判断して、前記補正を行うことを特徴
   とする請求項７に記載の酸素濃度センサのヒータ制御装
   置。
9. 【請求項９】 前記補正手段は、前記酸素濃度センサが
   新品の時に前記ヒータ電力算出手段で算出したヒータ電
   力に基づいて前記劣化判定電力を算出することを特徴と
   する請求項８に記載の酸素濃度センサのヒータ制御装
   置。
10. 【請求項１０】 前記酸素濃度センサが新品の時に前記
    ヒータ電力算出手段で算出したヒータ電力に関する情報
    （以下「新品時ヒータ電力」という）を記憶する不揮発
    性メモリと、 前記酸素濃度センサが新品でない時に前記ヒータ電力算
    出手段で算出したヒータ電力を前記不揮発性メモリに記
    憶された新品時ヒータ電力と比較してその比較結果に応
    じて前記センサ素子のインピーダンス又は目標インピー
    ダンスを補正する補正手段とを備えていることを特徴と
    する請求項６に記載の酸素濃度センサのヒータ制御装
    置。
11. 【請求項１１】 前記酸素濃度センサが新品の時に前記
    ヒータ電力算出手段で算出したヒータ電力と前記センサ
    素子のインピーダンス又は目標インピーダンスとの関係
    を記憶する不揮発性メモリと、 前記酸素濃度センサが新品でない時に前記ヒータ電力算
    出手段で算出したヒータ電力と前記不揮発性メモリに記
    憶されたデータとに基づいて前記センサ素子のインピー
    ダンス又は目標インピーダンスを補正する補正手段とを
    備えていることを特徴とする請求項６に記載の酸素濃度
    センサのヒータ制御装置。
12. 【請求項１２】 前記センサ素子のインピーダンスを検
    出する素子インピーダンス検出手段と、 前記素子インピーダンス検出手段で検出した前記センサ
    素子のインピーダンスに基づいて前記ヒータの抵抗値を
    算出するヒータ抵抗値算出手段とを備えていることを特
    徴とする請求項２に記載の酸素濃度センサのヒータ制御
    装置。