JP2000241381A - 空燃比センサのヒータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、内燃機関の始動前に空燃比センサ
のヒータ通電を行う機能を有する空燃比センサのヒータ
制御装置において、機関始動前のヒータ通電によるバッ
テリーの消耗を抑制することを目的とする。 【解決手段】 内燃機関１０の排気通路５４、５６に
は、それぞれ、触媒コンバータ６０、６２が設けられ、
また、排気通路５４、５６が合流する排気管５８には触
媒コンバータ６８が設けられる。触媒コンバータ６０、
６２の上流側には限界電流式酸素センサである第１空燃
比センサ６４、６６が設けられ、触媒コンバータ６８の
下流側には濃淡電池式酸素センサである第２空燃比セン
サ７０が設けられる。ＥＣＵ１２は、ドアのアンロック
等により機関始動が予想されると、活性化温度の低い第
２空燃比センサ７０について通電を開始する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空燃比センサのヒ
ータ制御装置に係り、特に、内燃機関の始動前に空燃比
センサのヒータへの通電を開始する機能を有する空燃比
センサのヒータ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関では、排気通路の空燃比に基づ
いて燃料噴射量を補正することにより、空燃比を理論空
燃比に向けて制御する空燃比フィードバック制御が実行
される。空燃比フィードバック制御によれば、触媒コン
バータによる排気ガスの浄化性能が高く維持されると共
に、燃費の悪化が防止される等の効果が得られる。かか
る空燃比フィードバック制御を実現すべく、排気通路に
は空燃比を検出する空燃比センサが設けられる。一般
に、空燃比センサは、数百度以上の活性化温度まで加熱
されて活性した状態で、酸素濃度に応じた信号を出力す
る特性を有している。このため、空燃比センサには、活
性化温度まで加熱するためのヒータが内蔵される。

【０００３】かかる空燃比センサへのヒータ通電を制御
するヒータ制御装置として、例えば、特開平１０−１０
０８３号公報に開示される構成が公知である。このヒー
タ制御装置は、排気通路の触媒コンバータの上流側及び
下流側に設けられた複数の空燃比センサへのヒータ通電
を制御するように構成されている。上流側の空燃比セン
サは、下流側よりも高温の排気ガスに曝されるため活性
化し易い。そこで、上記従来のヒータ制御装置では、上
流側の空燃比センサに対するヒータ通電を下流側の空燃
比センサに対するヒータ通電に先立って開始すること
で、ヒータ通電における消費電力を低減することとして
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、空燃比セン
サのヒータ通電が開始された後、空燃比センサが活性化
するまで、すなわち、空燃比センサの出力信号に基づく
空燃比フィードバック制御が可能となるまでには、ある
程度の時間が必要とされる。そこで、従来より、内燃機
関の始動直後から空燃比フィードバック制御を開始でき
るように、機関始動前にヒータへの通電を開始するプリ
ヒートが行われている。

【０００５】プリヒート中は内燃機関が休止しているた
め、排気ガスによる空燃比センサの温度上昇を期待する
ことはできない。従って、プリヒート中には、触媒コン
バータの上流側と下流側とで空燃比センサの活性化され
易さに差異は生じない。一方、空燃比センサとして、活
性化温度が異なる複数種類のセンサが用いられることが
ある。この場合、上流側に活性化温度の高い空燃比セン
サが設けられるものとすると、上流側の空燃比センサに
対するヒータ通電を先に開始したのでは、却って消費電
力が増大し、バッテリーの消耗を招いてしまう。

【０００６】本発明の上述の点に鑑みてなされたもので
あり、特性が互いに異なる複数の空燃比センサのヒータ
通電を制御する空燃比センサのヒータ制御装置におい
て、内燃機関始動前のヒータ通電に伴う消費電力を低減
し、バッテリーの消耗を抑制することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、請求項１
に記載する如く、特性が互いに異なる複数の空燃比セン
サと、各空燃比センサをヒータにより活性化温度に加熱
する加熱手段とを備える空燃比センサのヒータ制御装置
であって、内燃機関の始動前に、前記複数の空燃比セン
サのうち活性化温度に達するまでの前記ヒータの消費電
力に基づいて選択した空燃比センサに対してヒータ通電
を開始する始動前加熱手段を備える空燃比センサのヒー
タ制御装置により達成される。

【０００８】請求項１記載の発明において、始動前開始
手段は、複数の空燃比センサのうち活性化温度に達する
までのヒータの消費電力に基づいて選択した空燃比セン
サに対してヒータ通電を開始する。すなわち、ヒータの
消費電力を考慮して、機関始動前の空燃比センサへの通
電が選択的に行われることで、ヒータ通電に伴う消費電
力が低減される。また、機関始動前にヒータ通電が開始
された空燃比センサは、機関始動後、速やかに活性化す
るため、その空燃比センサに基づく空燃比フィードバッ
ク制御を早期に開始することができる。

【０００９】この場合、請求項２に記載する如く、請求
項１記載の空燃比センサのヒータ制御装置において、前
記始動前加熱手段は、前記消費電力が最小の空燃比セン
サに対してヒータ通電を開始することとしてもよい。ま
た、一般には、空燃比センサが活性化するまでの消費電
力は空燃比センサの活性化温度が高いほど大きいといえ
る。従って、請求項３に記載する如く、請求項１又は２
記載の空燃比センサのヒータ制御装置において、前記消
費電力の大小は、各空燃比センサの活性化温度に応じて
定められることとしてもよい。

【００１０】この場合、請求項４に記載する如く、請求
項３記載の空燃比センサのヒータ制御装置において、前
記複数の空燃比センサは、前記排気通路の排気浄化触媒
より上流に設けられた限界電流式酸素センサと、前記排
気浄化触媒より下流に設けられた濃淡電池式酸素センサ
とを含み、前記始動前加熱手段は、前記濃淡電池式酸素
センサに対してヒータ通電を開始することととしてもよ
い。

【００１１】本発明において、濃淡電池式酸素センサの
活性化温度は、限界電流式酸素センサの活性化温度に比
して低温である。従って、始動前加熱手段が濃淡電池式
酸素センサに対してヒータ通電を開始することにより、
機関始動前のヒータ通電に伴う消費電力が低減される。
また、始動直後の機関が暖機されていない状態では、排
気浄化触媒のＯ₂ ストレージ機能は生じないので、下流
側の濃淡電池式酸素センサによって高応答かつ正確に空
燃比を検出できる。従って、本発明によれば、機関始動
後、空燃比のフィードバック制御を早期に開始すること
ができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例である
空燃比センサのヒータ制御装置が適用されたシステムの
構成図を示す。本実施例のシステムにおいて、内燃機関
１０は例えば４気筒型内燃機関として構成されており、
電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）１２により制
御される。

【００１３】内燃機関１０は、シリンダブロック１４を
備えている。シリンダブロック１４の内部には、シリン
ダ１６およびウォータジャケット１８が形成されてい
る。ウォータジャケット１８には、水温センサ１９が配
設されている。水温センサ１９はウォータジャケット１
８の内部を流れる冷却水の温度に応じた信号をＥＣＵ１
２に向けて出力する。ＥＣＵ１２は水温センサ１９の出
力信号に基づいて冷却水温度を検出する。

【００１４】シリンダ１６の内部にはピストン２０が配
設されている。ピストン２０は、シリンダ１６の内部
を、図１における上下方向に摺動することができる。シ
リンダブロック１４の上部には、シリンダヘッド２２が
固定されている。シリンダヘッド２２には、吸気ポート
２４および排気ポート２６が形成されている。シリンダ
ヘッド２２の底面、ピストン２０の上面、およびシリン
ダ１６の側壁は、燃焼室２８を画成している。上述した
吸気ポート２４および排気ポート２６は、共に燃焼室２
８に開口している。燃焼室２８には、点火プラグ３０の
先端が露出している。点火プラグ３０はＥＣＵ１２から
点火信号を供給されることにより、燃焼室２８内の燃料
に点火する。

【００１５】内燃機関１０は、また、吸気弁３４及び排
気弁３６を備えている。吸気ポート２４及び排気ポート
２６の燃焼室２８への開口部には、それぞれ、吸気弁３
４及び排気弁３６に対する弁座が形成されている。吸気
弁３４及び排気弁３６は、各弁座に離着座することによ
り、それぞれ吸気ポート２４及び排気ポート２６を開閉
させる。

【００１６】吸気ポート２４には、吸気マニホールド３
８が連通している。吸気マニホールド３８には、燃料噴
射弁４０が配設されている。燃料噴射弁４０はＥＣＵ１
２から付与される指令信号に応じて燃料を吸気マニホー
ルド３８内に噴射する。吸気マニホールド３８の上流側
には、サージタンク４２が連通している。サージタンク
４２の更に上流側には、吸気管４４が連通している。吸
気管４４には、スロットルバルブ４６が配設されてい
る。スロットルバルブ４６の近傍には、スロットル開度
センサ４８が配設されている。スロットル開度センサ４
８の出力信号はＥＣＵ１２に供給されている。ＥＣＵ１
２はスロットル開度センサ４８の出力信号に基づいて、
スロットル開度を検出する。

【００１７】吸気管４４の上流側にはエアフローメータ
５０が連通している。エアフローメータ５０は、その内
部を通過する空気の流量に応じた信号をＥＣＵ１２に向
けて出力する。ＥＣＵ１２はエアフローメータ５０の出
力信号に基づいて、内燃機関１０の吸入空気量を検出す
る。エアフローメータ５０の更に上流側にはエアクリー
ナ５２が連通している。吸気管４４にはエアクリーナ５
２により濾過された外気が流入する。

【００１８】内燃機関１０の＃１気筒及び＃４気筒に対
応する排気ポート２６には排気通路５４が連通してい
る。また、内燃機関１０の＃２気筒及び＃３気筒に対応
する排気ポート２６には排気通路５６がそれぞれ連通し
ている。排気通路５４及び５６は、それらの下流側にお
いて排気管５８に合流している。排気通路５４、５６に
は、それぞれ、触媒コンバータ６０、６２が配設されて
いる。排気通路５４、５６の触媒コンバータ６０、６２
より上流側には、それぞれ、第１空燃比センサ６４及び
６６が配設されている。また、排気管５８には、触媒コ
ンバータ６８が配設されている。触媒コンバータ６０、
６２、６８は三元触媒であり、排気ガスに含まれる炭化
水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び酸化窒素（Ｎ
Ｏ_x ）を反応させることにより排気ガスを浄化する。排
気管５８の触媒コンバータ６８より下流側には第２空燃
比センサ７０が配設されている。

【００１９】上記した第１空燃比センサ６４、６６は、
限界電流式酸素センサとして構成されている。また、第
２空燃比センサ７０は、濃淡電池式酸素センサとして構
成されている。空燃比センサ６４、６６、７０は、それ
ぞれ、各センサを活性化温度に加熱するためのヒータ６
４ａ、６６ａ、７０ａを内蔵している。後述の如く、Ｅ
ＣＵ１２は、各ヒータへの通電制御を行うことにより、
各センサを活性化温度以上に維持する。

【００２０】内燃機関１０は、また、クランク角センサ
７２を備えている。クランク角センサ７２は、内燃機関
１０が所定のクランク角だけ回転する毎にパルス信号を
ＥＣＵ１２に向けて出力する。ＥＣＵ１２は、クランク
角センサ７２の出力信号に基づいて、内燃機関１０の回
転数（以下、機関回転数ＮＥと称す）を検出する。図２
は、限界電流式酸素センサである第１空燃比センサ６
４、６６の活性化状態における印可電圧Ｖと出力電流Ｉ
との関係を、空燃比がリーン、ストイキ（理論空燃
比）、及びリーンの場合について示す。図２に示す如
く、印可電圧ＥがＥ１近傍の所定領域内にある場合に
は、出力電流Ｉは空燃比がリーン側になるほど大きくな
る。ＥＣＵ１２は、上記電圧Ｅ１を第１空燃比センサ６
４、６６に印可すると共に、上記出力電流Ｉに応じた信
号を第１空燃比センサ６４、６６から受ける。なお、第
１空燃比センサ６４、６６の活性化温度Ｔ１は約６００
〜６５０゜Ｃである図３は、濃淡電池式酸素センサであ
る第２空燃比センサ７０の活性化状態にける空燃比と出
力電圧Ｖとの関係を示す。図３に示す如く、第２空燃比
センサ７０の出力電圧Ｖはストイキ近傍で急変し、リッ
チ側では例えば約１ボルト、リーン側では約０ボルトと
なるような特性を示す。ＥＣＵ１２には、第２空燃比セ
ンサ７０の出力電圧Ｖが入力される。なお、第２空燃比
センサ７０の活性化温度Ｔ２は約４００゜Ｃであり、第
１空燃比センサ６４、６６の活性化温度Ｔ１よりも低
い。

【００２１】上記のように、第１空燃比センサ６４、６
６、及び第２空燃比センサ７０は、それぞれの活性化温
度Ｔ１、Ｔ２以上に加熱された状態で、空燃比に応じた
信号をＥＣＵ１２に向けて出力する。ＥＣＵ１２は、内
燃機関１０の運転中に、各センサの温度が活性化温度以
上となるように各ヒータに対する通電制御を行うことに
より、各出力信号に基づいて空燃比を検出する。そし
て、検出された空燃比に基づいて燃料噴射量をフィード
バック制御する空燃比フィードバック制御を実行する。

【００２２】空燃比フィードバック制御において、ＥＣ
Ｕ１２は、空燃比が理論空燃比近傍の所定範囲内に維持
されるように燃料噴射量を増減させる。上記した触媒コ
ンバータ６０、６２、６８は、空燃比が理論空燃比近傍
である場合に、高い浄化性能を発揮する。従って、空燃
比フィードバック制御によれば、排気ガス中のＨＣ、Ｃ
Ｏ、及びＮＯｘを触媒コンバータ６０、６２、６８によ
り効率的に除去することができる。また、空燃比フィー
ドバック制御によれば、空燃比が過度にリッチ又はリー
ンになることがないため、燃費の悪化及び燃焼状態の不
安定化を共に防止することができる。

【００２３】上述の如く、本実施例では、触媒コンバー
タ６０、６２、６８より上流側に第１空燃比センサ６
４、６６が設けられ、下流側には第２空燃比センサ７０
が設けられている。かかる構成では、以下の（１）〜
（３）の理由により、下流側の第２空燃比センサ７０の
方が上流側の第１空燃比センサ６４、６６よりも正確に
空燃比を検出することができる。 （１）排気ガスに含まれる水素分子は、酸素分子よりも
分子量が小さく、空燃比センサ内で拡散し易い。このた
め、水素分子を多く含んだ排気ガスに曝される上流側の
第１空燃比センサ６４、６６はリッチ寄りの信号を出力
する傾向がある。一方、排気ガスに含まれる水素分子の
多くは、触媒コンバータ６０、６２、６８を通過する過
程で除去されるため、下流側の第２空燃比センサ７０で
は水素分子の影響は小さい。 （２）触媒コンバータ６０、６２、６８より上流側で
は、排気ガス中が不均一であり酸素濃度分布に偏りがあ
るが、触媒コンバータ６０、６２、６８を通過する過程
で排気ガスは均一化される。 （３）排気ガスに含まれていた有害物質が触媒コンバー
タ６０、６２、６８に捕捉されるため、上流側の第１空
燃比センサ６４、６６と比較して下流側の第２空燃比セ
ンサ７０は劣化し難い。

【００２４】その一方、触媒コンバータ６０、６２、６
８のＯ₂ ストレージ機能（触媒コンバータが所定量の酸
素分子を吸着する機能）に起因して、下流側の第２空燃
比センサ７０は上流側の第１空燃比センサ６４、６６よ
りも応答性が低い。すなわち、例えば空燃比がリーンか
らリッチに変化した場合、触媒コンバータ６０、６２、
６８に吸着されていた酸素分子が放出されることにより
下流側でリーンからリッチに変化するまでに時間遅れが
生ずる。また、空燃比がリッチからリーンに変化した場
合には、排気ガス中の酸素分子が触媒コンバータ６０、
６２、６８に吸着されることにより下流側でリッチから
リーンに変化するまでに時間遅れが生ずる。

【００２５】このように、下流側の第２空燃比センサ７
０は上流側の第１空燃比センサ６４、６６と比較して、
空燃比を正確に検出することができるが応答性は低い。
そこで、本実施例では、上流側の第１空燃比センサ６
４、６６の出力値を基本として空燃比フィードバック制
御を行い、下流側の第２空燃比センサ７０の出力値を用
いて空燃比を補正することにより、高応答、かつ、高精
度な空燃比制御を実現することとしている。

【００２６】ところで、内燃機関の冷間始動時には、第
１空燃比センサ６４、６６及び第２空燃比センサ７０の
温度はほぼ外気温まで低下しているため、各センサが活
性化温度Ｔ１又はＴ２まで加熱されるには、ある程度の
時間が必要となる。従って、内燃機関の始動後、空燃比
フィードバックを早期に開始できるようにするために、
内燃機関の始動が予想される場合（例えば、車両ドアが
アンロックされた場合）には、機関始動前から各センサ
のヒータ６４ａ、６６ａ、７０ａに対して通電を開始す
ることが望ましい。以下、機関始動前に行われるヒータ
通電をプリヒートと称する。しかしながら、ヒータ通電
は車載バッテリーを電源として行われ、また、機関始動
前にはバッテリーへの充電は行われないため、バッテリ
ーの消耗を抑制する観点からプリヒートにおける消費電
力を極力小さくすることが必要である。

【００２７】本実施例のシステムは、活性化温度が低い
第２空燃比センサ７０についてのみプリヒートを行うこ
とで、機関始動後、早期の空燃比フィードバック制御開
始と、バッテリーの消耗抑制とを両立させるものであ
る。すなわち、上記したＯ₂ ストレージ効果は触媒コン
バータ６０、６２、６８が所定温度以上まで暖められた
状態で現れる。このため、内燃機関の始動直後は触媒コ
ンバータ６０、６２、６８のＯ₂ ストレージ機能は生じ
ず、下流側の第２空燃比センサ７０によっても空燃比を
高い応答性で検出することができる。従って、第２空燃
比センサ７０についてのみプリヒートを行うことによ
り、バッテリーの消耗を抑制しつつ、機関始動直後から
空燃比フィードバック制御を開始することができるので
ある。

【００２８】以下、図４〜図８を参照して、本実施例に
おいてＥＣＵ１２が実行する具体的な処理の内容につい
て説明する。なお、図４〜図８に示す各ルーチンは所定
時間間隔で起動されるルーチンである。図４は、第２空
燃比センサ７０に対するプリヒートを実現すべくＥＣＵ
１２が実行するルーチンのフローチャートである。図４
に示すルーチンが起動されると、先ずステップ１００の
処理が実行される。

【００２９】ステップ１００では、プリヒートの実行が
許可されているか否かが判別される。具体的には、ステ
ップ１００では、例えば車両ドアのアンロックが検出さ
れた後、内燃機関１０の始動操作が行われる前である場
合に、プリヒートの実行が許可されていると判別され
る。ステップ１００において、プリヒートの実行が許可
されていなければ、次にステップ１０２において、変数
ＨＴdutyを「０」に設定する処理が行われた後、今回の
ルーチンは終了される。なお、本実施例において、各ヒ
ータへの通電制御はデューティ制御により行われ、上記
の変数ＨＴdutyは、ヒータ７０ａに対するデューティ制
御でのデューティ比として用いられる。ステップ１０２
の処理によれば、第２空燃比センサ７０へのプリヒート
は禁止される。従って、プリヒートが開始された後、内
燃機関１０の始動操作が行われた時点で、プリヒートは
中止されることになる。一方、上記ステップ１００にお
いて、プリヒートの実行が許可されていれば、次にステ
ップ１０４の処理が実行される。

【００３０】ステップ１０４では、第２空燃比センサ７
０の温度Ｔが検出される。温度Ｔは、例えば、ヒータ７
０ａの電圧と電流との関係から抵抗値を求め、ヒータ７
０ａの抵抗値を温度に換算することにより検出される。
ステップ１０４に続くステップ１０６では、温度Ｔが所
定の目標温度Ｔｃより大きいか否かが判別される。その
結果、Ｔ＞Ｔｃが成立する場合は、次にステップ１０８
において、上記デューティ比ＨＴdutyから所定値αが減
算され、ヒータ７０ａへの通電量が減少された後、今回
のルーチンは終了される。一方、ステップ１０６におい
て、Ｔ＞Ｔｃが不成立であれば、次にステップ１１０に
おいて、上記デューティ比ＨＴdutyに所定値αが加算さ
れ、ヒータ７０ａへの通電量が増加された後、今回のル
ーチンは終了される。ステップ１０６、１０８、１１０
の処理によれば、第２空燃比センサ７０の温度Ｔは目標
温度Ｔｃに向けて制御される。

【００３１】次に、図５に示すルーチンについて説明す
る。図５に示すルーチンは、空燃比フィードバック制御
を、第１空燃比センサ６４、６６及び第２空燃比センサ
７０の何れのセンサに基づいて行うかを決定すべくＥＣ
Ｕ１２が実行するルーチンである。図５に示すルーチン
が起動されると、先ずステップ１５０の処理が実行され
る。

【００３２】ステップ１５０では、機関回転数ＮＥが所
定値ＮＥ０（例えば６００ｒｐｍ）を上回っているか否
かが判別される。その結果、ＮＥ＞ＮＥ０が成立する場
合は、内燃機関の始動が完了したと判断されて、次にス
テップ１５２の処理が実行される。一方、ステップ１５
０において、ＮＥ＞ＮＥ０が不成立であれば、内燃機関
の始動は完了していないと判断されて今回のルーチンは
終了される。

【００３３】ステップ１５２では、第１空燃比センサ６
４、６６及び第２空燃比センサ７０のヒータ６４ａ、６
６ａ、７０ａへの通電制御が開始される。この通電制御
では、上記図４に示すルーチンのステップ１０６、１０
８、１１０と同様に、各センサの温度を所定の目標温度
に向けて制御する処理が行われる。なお、上記の如く、
第２空燃比センサ７０へのプリヒートは、内燃機関１０
の始動操作が行われた時点で中止されており、本ステッ
プ１５２でヒータ７０ａへの通電制御が再開されること
になる。

【００３４】ステップ１５２に続くステップ１５４で
は、第１空燃比センサ６４、６６が活性化しているか否
か、すなわち、第１空燃比センサ６４、６６の温度が活
性化温度Ｔ１に達しているか否かが判別される。その結
果、第１空燃比センサ６４、６６が活性化している場合
は、次にステップ１５６の処理が実行される。一方、ス
テップ１５４において第１空燃比センサ６４、６６が活
性化していなければ、次にステップ１５８の処理が実行
される。

【００３５】ステップ１５６では、第２空燃比センサ７
０が活性化しているか否か、すなわち、第２空燃比セン
サ７０の温度がその活性化温度Ｔ２に達しているか否か
が判別される。その結果、第２空燃比センサ７０が活性
化していれば、第１空燃比センサ６４、６６及び第２空
燃比センサ７０は共に活性化していることになる。この
場合、次にステップ１６０において、変数Ｆが「３」に
設定されることにより第１空燃比センサ６４、６６及び
第２空燃比センサ７０を共に用いた空燃比フィードバッ
ク制御が許可された後、今回のルーチンは終了される。
一方、ステップ１５６において、第２空燃比センサ７０
が活性化していなければ、第１空燃比センサ６４、６６
のみが活性化していることになる。この場合、次にステ
ップ１６２において、変数Ｆが「２」に設定されること
により、第１空燃比センサ６４、６６のみを用いた空燃
比フィードバック制御が許可された後、今回のルーチン
は終了される。

【００３６】ステップ１５８では、第２空燃比センサ７
０が活性化しているか否かが判別される。その結果、第
２空燃比センサ７０が活性化していれば、第２空燃比セ
ンサ７０のみが活性化していることになる。この場合、
次にステップ１６４において、変数Ｆが「１」に設定さ
れることにより、第２空燃比センサ７０のみを用いた空
燃比フィードバック制御が許可された後、今回のルーチ
ンは終了される。一方、ステップ１５８において第２空
燃比センサ７０が活性化していない場合は、第１空燃比
センサ６４、６６及び第２空燃比センサ７０は何れも活
性化していないことになる。この場合、次にステップ１
６６において、変数Ｆが「０」に設定されることによ
り、空燃比フィードバック制御の実行が禁止された後、
今回のルーチンは終了される。

【００３７】図６は、第２空燃比センサ７０のみを用い
て空燃比フィードバック制御を行うべくＥＣＵ１２が実
行するルーチンのフローチャートである。図６に示すル
ーチンが起動されると、先ずステップ２００の処理が実
行される。ステップ２００では、変数Ｆが「１」である
か否かが判別される。その結果、Ｆ＝１が成立する場合
は、第２空燃比センサ７０のみを用いた空燃比フィード
バック制御が許可されていることになり、次にステップ
２０１の処理が実行される。

【００３８】ステップ２０１では、第２空燃比センサ７
０の出力値に基づいて検出された空燃比ＡＦ２がリ−ン
であるか否かが判別される。その結果、空燃比ＡＦ２が
リーンであれば、次にステップ２０２の処理が実行され
る。一方、ステップ２００において、空燃比ＡＦ２がリ
ッチであれば、次にステップ２０４の処理が実行され
る。

【００３９】ステップ２０２では、ディレイカウンタＣ
ＤＬＹがデクリメントされ、次にステップ２０６、２０
８において、ＣＤＬＹの下限値が所定値ＴＤＲ（＜０）
となるようにガード処理が行われた後、ステップ２１０
の処理が実行される。なお、ディレイカウンタＣＤＬＹ
は第２空燃比センサ７０の出力値がリーンからリッチへ
変化した後、リーンであるとの判断を維持するための遅
延時間である。

【００４０】ステップ２０４では、ディレイカウンタＣ
ＤＬＹがインクリメントされ、次に、ステップ２１２、
２１４において、ＣＤＬＹの上限値が所定値ＴＤＬ（＞
０）となるようにガード処理が行われた後、ステップ２
１０の処理が実行される。ステップ２１０では、ディレ
イカウンタＣＤＬＹの符号が反転したか否か、すなわ
ち、遅延処理後の空燃比が反転したかが判別される。そ
の結果、ＣＤＬＹの符号が反転していれば、次にステッ
プ２１６において、リッチ側からリーン側への反転であ
るか否かが判別される。その結果、リッチ側からリーン
側への反転であれば、次にステップ２１８において補正
係数ＦＡＦが所定のスキップ値ＲＳＲだけ増加された
後、今回のルーチンは終了される。一方、リーン側から
リッチ側への反転であれば、次にステップ２２０におい
て、補正係数ＦＡＦが所定のスキップ値ＲＳＬだけ減少
された後、今回のルーチンは終了される。

【００４１】なお、補正係数ＦＡＦは空燃比フィードバ
ック制御において燃料噴射量を補正するための係数であ
る。すなわち、ＥＣＵ１２は、内燃機関１０の運転状態
に基づいて求めた基本噴射量に補正係数ＦＡＦを乗ずる
ことにより燃料噴射量を補正する。上記ステップ２１０
において、ＣＤＬＹの符号が反転していなければ、ステ
ップ２２２〜２２６において補正係数ＦＡＦの積分処理
が行われる。すなわち、ステップ２２２において、ＣＤ
ＬＹが負であるか否かが判別され、ＣＤＬＹ＜０が成立
する場合（つまりリーンである場合）は、次にステップ
２２４において補正係数ＦＡＦに所定値Ｋ１が加えられ
る。一方、ＣＤＬＹ＜０が不成立である場合（つまりリ
ッチである場合）は、ステップ２２６において、補正係
数ＦＡＦから所定値Ｋ１が減じられる。なお、積分定数
に相当するＫ１は、上記スキップ値ＲＳＲ、ＲＳＬより
も十分に小さな値に設定されている。従って、リーンで
ある場合には燃料噴射量が徐々に増加され、リッチであ
る場合には燃料噴射量が徐々に減少される。ステップ２
２４、２２６の処理が終了すると、今回のルーチンは終
了される。

【００４２】一方、上記ステップ２００でＦ＝１が不成
立であれば、次に、ステップ２２８において、変数Ｆが
「０」であるか否かが判別される。その結果、Ｆ＝０が
成立する場合は、何れのセンサに基づく空燃比フィード
バック制御も禁止されていることになる。この場合、次
にステップ２３０において、補正係数ＦＡＦに「１」が
代入された後、今回のルーチンは終了される。一方、ス
テップ２２８において、Ｆ＝１が不成立であれば、ステ
ップ２２８の処理は実行されることなく今回のルーチン
は終了される。

【００４３】図７は、少なくとも第１空燃比センサ６
４、６６を用いた空燃比フィードバック制御を行うべく
ＥＣＵ１２が実行するルーチンのフローチャートであ
る。図７に示すルーチンでは、上記図６に示すルーチン
のステップ２００に代えてステップ２４０において、Ｆ
＝２又はＦ＝３が成立するか否か、すなわち、少なくと
も第１空燃比センサ６４、６６に基づく空燃比フィード
バック制御が許可されているか否かが判別され、また、
図６に示すルーチンのステップ２０１に代えてステップ
２４２において、第１空燃比センサ６４、６６の出力値
がリーンであるか否かが判別される。更に、図７に示す
ルーチンでは、図６に示すルーチンのステップ２２８、
２３０は省略される。図７におけるその他のステップに
ついては、図６に示すルーチンと同様であるため、同一
の符号を付して説明を省略する。

【００４４】次に、図８に示すルーチンについて説明す
る。図８は、下流側の第２空燃比センサ７０の出力値に
基づいて空燃比を補正すべくＥＣＵ１２が実行するルー
チンのフローチャートである。図８に示すルーチンが起
動されると、先ずステップ２５０の処理が実行される。
ステップ２５０では、変数Ｆが「３」であるか否か、す
なわち、第１空燃比センサ６４、６６及び第２空燃比セ
ンサ７０の双方を用いた空燃比フィードバック制御が許
可されているか否かが判別される。その結果、Ｆ＝３が
不成立であれば、次にステップ２５２において、スキッ
プ値ＲＳＲ及びＲＳＬがそれぞれ所定値ＲＳＲ０及びＲ
ＳＬ０に設定された後、今回のルーチンは終了される。
一方、ステップ２５０においてＦ＝３が成立する場合
は、次にステップ２５４の処理が実行される。

【００４５】ステップ２５４では、第２空燃比センサ７
０の出力値がリーンであるか否かが判別される。その結
果、リーンであれば、次にステップ２５６の処理が実行
される。一方、ステップ２５４において第２空燃比セン
サ７０の出力値がリッチであれば、次にステップ２５８
の処理が実行される。ステップ２５６では、リッチ側へ
のスキップ値ＲＳＲが所定値ΔＲＳだけ増加されること
により、空燃比がリッチ側に移行される。ステップ２５
６の処理が終了すると、続くステップ２５９及び２６０
においてＲＳＲの上限値が所定値ＭＡＸとなるようにガ
ード処理が行われた後、ステップ２６２の処理が実行さ
れる。

【００４６】ステップ２６２では、リーン側へのスキッ
プ値ＲＳＬが所定値ΔＲＳだけ減少されることにより空
燃比がリッチ側に移行される。ステップ２６２の処理が
終了すると、続くステップ２６４及び２６６において、
ＲＳＬの下限値が所定値ＭＩＮとなるようにガード処理
が行われた後、今回のルーチンは終了される。ステップ
２５８では、リッチ側へのスキップ値ＲＳＲが所定値Δ
ＲＳだけ減少されることにより、空燃比がリーン側に移
行される。ステップ２５８の処理が終了すると、続くス
テップ２６８及び２７０においてＲＳＲの下限値が所定
値ＭＩＮとなるようにガード処理が行われた後、ステッ
プ２７２の処理が実行される。

【００４７】ステップ２７２では、リーン側へのスキッ
プ値ＲＳＬが所定値ΔＲＳだけ増加されることにより、
空燃比がリーン側に移行される。ステップ２７２の処理
が終了すると、続くステップ２７４及び２７６におい
て、ＲＳＬの上限値が所定値ＭＡＸとなるようにガード
処理が行われた後、今回のルーチンは終了される。この
ように、図８に示すルーチンによれば、第２空燃比セン
サ７０の出力値がリーンであれば、リッチ側へのスキッ
プ値ＲＳＲが徐々に増加されると共に、リーン側へのス
キップ値ＲＳＬが徐々に減少されることにより、空燃比
はリッチ側へ移行する。また、第２空燃比センサ７０の
出力値がリッチであれば、リッチ側へのスキップ値ＲＬ
Ｒが徐々に減少されると共に、リーン側へのスキップ値
ＲＳＬが徐々に増加されることにより、空燃比はリーン
側へ移行する。上述の如く、下流側の第２空燃比センサ
７０は、上流側の第１空燃比センサ６４、６６に比して
応答性は低いものの、空燃比をより正確に検出すること
ができる。従って、図７に示すルーチンにより、第２空
燃比センサ７０の出力値に基づいて空燃比が補正される
ことで、空燃比フィードバック制御を高い応答性で行い
つつ、その精度を向上させることが可能となっている。

【００４８】上述の如く、本実施例によれば、内燃機関
１０の始動が予想される場合に、活性化温度が低い第２
空燃比センサ７０についてのみプリヒートが実行される
ことで、プリヒートにおける消費電力が低減される。ま
た、内燃機関１０の始動直後は、触媒コンバータ６０、
６２、６８の温度が低く、Ｏ₂ ストレージ効果は現れな
いため、下流側の第２空燃比センサ７０によっても高い
応答性で空燃比を検出することができる。従って、本実
施例によれば、プリヒートに伴うバッテリーの消耗を抑
制しつつ、内燃機関１０の始動直後から空燃比フィード
バック制御を開始することができる。また、バッテリー
の消耗が抑制されることで、バッテリーの長寿命化や燃
費の向上を図ることができる等の効果も得られる。

【００４９】また、内燃機関の始動後には、第１空燃比
センサ６４、６６及び第２空燃比センサ７０の全てにつ
いてヒータ通電制御が実行されるため、触媒コンバータ
６０、６２、６８が暖まってＯ₂ ストレージ機能が現れ
るまでには、第１空燃比センサ６４、６６も活性化す
る。従って、以後、第１空燃比センサ６４、６６及び第
２空燃比センサ７０の双方に基づく空燃比フィードバッ
ク制御が行われることで、空燃比を高い応答性で、か
つ、正確に制御することができる。

【００５０】なお、上記実施例においては、排気通路５
４、５６にそれぞれ配置された触媒コンバータ６０、６
２の上流側にそれぞれ第１空燃比センサ６４、６６を設
けると共に、排気管５８の触媒コンバータ６８の下流側
に第２空燃比センサ７０を設けることとしたが、排気系
の構成及び各センサの配置はこれに限定されるものでは
ない。例えば、図９に示す如く、排気通路５８に触媒コ
ンバータが設けられない構成において、２つの第２空燃
比センサ７０_-1、７０_-2を、それぞれ、排気通路５４、
５６の触媒コンバータ６０、６２より下流側に設けても
よい。この場合は、第２空燃比センサ７０_-1、７０_-2の
何れか一方についてプリヒートを行うことにより、バッ
テリーの消耗を抑制することができる。

【００５１】また、上記実施例では、２種類の空燃比セ
ンサが設けられ、活性化温度が低い第２空燃比センサ７
０について機関始動前にヒータ通電を行うものとした。
しかしながら、センサ素子の熱容量が大きく異なる場合
など、活性化温度の高低と活性化までの消費電力の大小
とが一致しない場合には、熱容量を考慮して活性化まで
のヒータの消費電力が小さい空燃比センサに通電を行う
こととすればよい。また、３種類以上の空燃比センサが
設けられる場合には、各センサの活性化までの消費電力
に応じて、好ましくは上記消費電力が最小の空燃比セン
サに対してヒータ通電を行うこととすればよい。

【００５２】なお、上記実施例においては、ＥＣＵ１２
が図４に示すルーチンを実行することにより上記した
「始動前加熱手段」が、ＥＣＵ１２がヒータ６４ａ、６
６ａ、７０ａに対して通電制御を行うことにより上記し
た「加熱手段」が、それぞれ実現され、また、触媒コン
バータ６０、６２、６８が上記した「排気浄化触媒」に
相当している。

【００５３】

【発明の効果】請求項１乃至４記載の発明によれば、内
燃機関の始動前のヒータ通電に伴う消費電力を低減でき
る。従って、本発明によれば、機関始動前のバッテリー
の消耗を抑制しつつ、機関始動後、空燃比フィードバッ
ク制御を早期に開始することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である空燃比センサのヒータ
制御装置が適用されるシステムの構成図である。

【図２】限界電流式酸素センサである第１空燃比センサ
の印可電圧Ｅと出力電流Ｉとの関係を、空燃比がリー
ン、ストイキ、及びリッチの場合について示す図であ
る。

【図３】濃淡電池式酸素センサである第２空燃比センサ
の空燃比と出力電圧Ｖとの関係を示す図である。

【図４】本実施例において、第２空燃比センサのプリヒ
ートを実現すべくＥＣＵが実行するルーチンのフローチ
ャートである。

【図５】本実施例において、空燃比フィードバック制御
を、第１空燃比センサ及び第２空燃比センサのうち何れ
のセンサに基づいて行うかを決定すべくＥＣＵが実行す
るルーチンのフローチャートである。

【図６】本実施例において、第２空燃比センサのみを用
いた空燃比フィードバック制御を行うべくＥＣＵが実行
するルーチンのフローチャートである。

【図７】本実施例において、少なくとも第１空燃比セン
サを用いた空燃比フィードバック制御を行うべくＥＣＵ
が実行するルーチンのフローチャートである。

【図８】空燃比フィードバック制御において、第２空燃
比センサの出力値に基づいて空燃比を補正すべくＥＣＵ
が実行するルーチンのフローチャートである。

【図９】内燃機関の排気系構成及び空燃比センサの配置
の変形例を示す図である。

【符号の説明】

１０ 内燃機関 １２ 電子制御ユニット（ＥＣＵ） ６０、６２、６８ 触媒コンバータ ６４、６６ 第１空燃比センサ ７０、７０_-1、７０_-2 第２空燃比センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井手 宏二 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 2G004 BJ01 BL08 3G301 JA02 JA21 JB09 KA01 LC10 NA03 NA04 NA08 ND13 ND15 ND41 NE17 NE19 NE21 PA01Z PA11Z PD05A PD05B PD05Z PD09A PD13B PD13Z PE01Z PE08Z PF16Z

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 特性が互いに異なる複数の空燃比センサ
   と、各空燃比センサをヒータにより活性化温度に加熱す
   る加熱手段とを備える空燃比センサのヒータ制御装置で
   あって、 内燃機関の始動前に、前記複数の空燃比センサのうち活
   性化温度に達するまでの前記ヒータの消費電力の大小に
   基づいて選択した空燃比センサに対してヒータ通電を開
   始する始動前加熱手段を備えることを特徴とする空燃比
   センサのヒータ制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の空燃比センサのヒータ制
   御装置において、 前記始動前加熱手段は、前記消費電力が最小の空燃比セ
   ンサに対してヒータ通電を開始することを特徴とする空
   燃比センサのヒータ制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の空燃比センサのヒ
   ータ制御装置において、 前記消費電力の大小は各空燃比センサの活性化温度に応
   じて定められることを特徴とする空燃比センサのヒータ
   制御装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の空燃比センサのヒータ制
   御装置において、 前記複数の空燃比センサは、前記排気通路の排気浄化触
   媒より上流に設けられた限界電流式酸素センサと、前記
   排気浄化触媒より下流に設けられた濃淡電池式酸素セン
   サとを含み、 前記始動前加熱手段は、前記濃淡電池式酸素センサに対
   してヒータ通電を開始することを特徴とする空燃比セン
   サのヒータ制御装置。