JP2000292407A - Heater controller of air/fuel ratio sensor - Google Patents
Heater controller of air/fuel ratio sensorInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は空燃比センサのヒー
タ制御装置に関し、特に、冷間始動時の空燃比センサの
素子割れを防止する空燃比センサのヒータ制御装置に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heater control device for an air-fuel ratio sensor, and more particularly to a heater control device for an air-fuel ratio sensor for preventing a crack in an air-fuel ratio sensor during a cold start.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年の機関の空燃比制御においては、機
関の排気系に空燃比センサと触媒とを配設し、触媒によ
り排気ガス中の有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯx 等）を最
大限浄化するため、空燃比センサにより検出される機関
の排気空燃比が目標空燃比、例えば理論空燃比になるよ
うにフィードバック制御されている。この空燃比センサ
として、機関から排出される排気ガス中に含まれる酸素
濃度に比例して限界電流を出力する限界電流式の酸素濃
度検出素子（酸素センサ）が用いられている。限界電流
式酸素濃度検出素子は、酸素濃度から機関の排気空燃比
を広域かつリニアに検出するものであり、空燃比制御精
度を向上させたり、リッチ〜理論空燃比（ストイキ）〜
リーンの広域空燃比の間で機関の排気空燃比を目標空燃
比にするよう制御するために有用である。2. Description of the Related Art In recent years, in air-fuel ratio control of an engine, an air-fuel ratio sensor and a catalyst are provided in an exhaust system of the engine, and harmful components (HC, CO, NOx, etc.) in exhaust gas are maximized by the catalyst. For purification, feedback control is performed so that the exhaust air-fuel ratio of the engine detected by the air-fuel ratio sensor becomes a target air-fuel ratio, for example, a stoichiometric air-fuel ratio. As this air-fuel ratio sensor, a limiting current type oxygen concentration detecting element (oxygen sensor) that outputs a limiting current in proportion to the oxygen concentration contained in exhaust gas discharged from the engine is used. The limiting current type oxygen concentration detecting element detects the exhaust air-fuel ratio of the engine in a wide range and linearly from the oxygen concentration, and improves the air-fuel ratio control accuracy, and rich or stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric).
This is useful for controlling the engine exhaust air-fuel ratio to be the target air-fuel ratio between the lean wide-area air-fuel ratios.
【０００３】上記酸素濃度検出素子は、空燃比の検出精
度を維持するため活性状態に保たれることが不可欠であ
り、通常、機関始動時から同素子に付設されたヒータを
通電することにより同素子を加熱し、早期活性化させて
その活性状態を維持するようヒータの通電制御を行って
いる。特開平８−２７８２７９号公報開示の酸素センサ
のヒータ制御装置は、ヒータへの通電初期にセンサ素子
の早期活性化のためヒータ温度が所定温度に達するまで
は全電力をヒータに供給し、ヒータ温度が所定温度に達
するとヒータ温度に応じた電力をヒータに供給し、セン
サ素子の温度が所定温度温度に達すると酸素センサの素
子温度に応じた電力をヒータに供給する。[0003] It is essential that the oxygen concentration detecting element is kept in an active state in order to maintain the detection accuracy of the air-fuel ratio. Usually, the oxygen concentration detecting element is energized by turning on a heater attached to the element from the start of the engine. Heating of the element is controlled so that the element is heated and activated early to maintain the active state. The heater control device for an oxygen sensor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-278279 supplies all electric power to the heater until the heater temperature reaches a predetermined temperature for early activation of the sensor element at the beginning of energization of the heater. When the temperature of the sensor element reaches a predetermined temperature, the power corresponding to the heater temperature is supplied to the heater. When the temperature of the sensor element reaches the predetermined temperature, the power corresponding to the element temperature of the oxygen sensor is supplied to the heater.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平８−２７８２７９号公報開示の酸素センサのヒータ
制御装置は、特に機関の冷間始動時に、ヒータへの通電
初期に酸素センサの素子を早期活性化するため、ヒータ
へ電力供給するバッテリの電圧を考慮せずに全電力、す
なわち１００％デューティ比でヒータに電力供給するの
で、ヒータに大電流が流れてヒータを急激に加熱し、急
上昇したヒータ温度と酸素センサの素子温度との温度差
が急激に増大し、所謂サーマルショックによる酸素セン
サ（空燃比センサと称する）の素子割れが発生するとい
う問題がある。However, the heater control apparatus for an oxygen sensor disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-278279 activates the element of the oxygen sensor early in the initial stage of energizing the heater, especially at the time of cold start of the engine. Power is supplied to the heater without considering the voltage of the battery that supplies power to the heater, that is, power is supplied to the heater at a duty ratio of 100%. Therefore, a large current flows through the heater, rapidly heating the heater, and rapidly increasing the heater. There is a problem that the temperature difference between the temperature and the element temperature of the oxygen sensor rapidly increases, and element cracking of an oxygen sensor (referred to as an air-fuel ratio sensor) occurs due to a so-called thermal shock.
【０００５】それゆえ、本発明は上記問題を解決し、機
関の冷間始動時に、サーマルショックによる空燃比セン
サの素子割れを防止する空燃比センサのヒータ制御装置
を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a heater control device for an air-fuel ratio sensor which solves the above-mentioned problem and prevents the air-fuel ratio sensor from cracking due to a thermal shock during a cold start of the engine.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】前記問題を解決する本発
明による第１形態の空燃比センサのヒータ制御装置は、
内燃機関の排気通路に設けられた空燃比センサと、該空
燃比センサを加熱するヒータと、該空燃比センサが活性
化温度になるように該ヒータに供給する電力を制御する
ヒータ制御手段と、を備えた空燃比センサのヒータ制御
装置において、前記ヒータに電力を供給するバッテリの
電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、前記内燃機関
の始動に際し、前記ヒータに電力供給を開始してから所
定期間、前記バッテリ電圧検出手段により検出された前
記バッテリの電圧に基づいて、前記ヒータ制御手段によ
り制御される前記ヒータに供給する電力を設定する電力
設定手段と、を備えたことを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided a heater control device for an air-fuel ratio sensor, which solves the above-mentioned problems.
An air-fuel ratio sensor provided in an exhaust passage of the internal combustion engine, a heater for heating the air-fuel ratio sensor, heater control means for controlling electric power supplied to the heater so that the air-fuel ratio sensor becomes an activation temperature, A heater control device for an air-fuel ratio sensor comprising: a battery voltage detecting means for detecting a voltage of a battery for supplying electric power to the heater; and a predetermined period after starting electric power supply to the heater when starting the internal combustion engine. Power setting means for setting power to be supplied to the heater controlled by the heater control means based on the battery voltage detected by the battery voltage detection means.
【０００７】上記構成により、冷間始動時におけるヒー
タへの電力供給に際し、バッテリの電圧に応じてヒータ
に電力供給するので、ヒータが急激に加熱されず、サー
マルショックによる空燃比センサの素子割れが防止され
る。前記問題を解決する本発明による第２形態の空燃比
センサのヒータ制御装置は、内燃機関の排気通路に設け
られた空燃比センサと、該空燃比センサを加熱するヒー
タと、該空燃比センサが活性化温度になるように該ヒー
タに供給する電力を制御するヒータ制御手段と、を備え
た空燃比センサのヒータ制御装置において、前記ヒータ
の温度を検出するヒータ温検出手段と、前記空燃比セン
サの素子温度を検出する素子温検出手段と、前記内燃機
関の始動に際し、前記ヒータに電力供給を開始してから
所定期間、前記ヒータ温検出手段により検出されたヒー
タ温と前記素子温検出手段により検出された素子温との
温度差に基づき、前記ヒータ制御手段が制御する前記ヒ
ータに供給する電力を設定するヒータ電力設定手段と、
を備えたことを特徴とする。With the above configuration, when power is supplied to the heater during a cold start, the power is supplied to the heater in accordance with the voltage of the battery. Therefore, the heater is not rapidly heated, and element cracking of the air-fuel ratio sensor due to thermal shock is prevented. Is prevented. A heater control device for an air-fuel ratio sensor according to a second embodiment of the present invention that solves the above-described problems includes an air-fuel ratio sensor provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, a heater for heating the air-fuel ratio sensor, and an air-fuel ratio sensor. A heater control unit for controlling electric power supplied to the heater so as to reach an activation temperature; a heater control unit for an air-fuel ratio sensor, comprising: a heater temperature detection unit for detecting a temperature of the heater; and an air-fuel ratio sensor. Element temperature detecting means for detecting the element temperature of the heater, and for starting the internal combustion engine for a predetermined period from the start of power supply to the heater, the heater temperature detected by the heater temperature detecting means and the element temperature detecting means. Heater power setting means for setting electric power to be supplied to the heater controlled by the heater control means, based on a temperature difference from the detected element temperature;
It is characterized by having.
【０００８】上記構成により、冷間始動時におけるヒー
タ温と空燃比センサの素子温との温度差から空燃比セン
サの素子割れを予測して、その温度差に基づいてヒータ
に供給する電力を設定するので、サーマルショックによ
る空燃比センサの素子割れが防止される。上記第１形態
の空燃比センサのヒータ制御装置において、前記素子温
検出手段は、前記空燃比センサの素子インピーダンスか
ら前記空燃比センサの素子温度を検出する。[0008] With the above configuration, the element crack of the air-fuel ratio sensor is predicted from the temperature difference between the heater temperature and the element temperature of the air-fuel ratio sensor at the time of cold start, and the electric power supplied to the heater is set based on the temperature difference. Therefore, the element breakage of the air-fuel ratio sensor due to the thermal shock is prevented. In the heater control device for an air-fuel ratio sensor according to the first aspect, the element temperature detecting means detects an element temperature of the air-fuel ratio sensor from an element impedance of the air-fuel ratio sensor.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しつつ、本
発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明によ
る空燃比センサのヒータ制御装置の一実施形態の概略構
成図である。図１以降、同一のものは同一符号で示す。
図示しない内燃機関の排気通路に配設され機関の排気空
燃比を検出する空燃比センサ１は、空燃比センサ素子
（以下、センサ素子と記す）２とヒータ４とからなり、
センサ素子２には空燃比センサ回路（以下、センサ回路
と記す）３から電圧が印加され、ヒータ２にはバッテリ
５からヒータ制御回路６を介して電力が供給される。セ
ンサ回路３はマイクロコンピュータからなる空燃比制御
ユニット（Ａ／ＦＣＵ）１０からアナログの印加電圧を
ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７を介して受けセンサ素子
２に印加する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of one embodiment of a heater control device for an air-fuel ratio sensor according to the present invention. From FIG. 1 onward, the same components are denoted by the same reference numerals.
An air-fuel ratio sensor 1 disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine (not shown) for detecting an exhaust air-fuel ratio of the engine includes an air-fuel ratio sensor element (hereinafter, referred to as a sensor element) 2 and a heater 4,
A voltage is applied to the sensor element 2 from an air-fuel ratio sensor circuit (hereinafter, referred to as a sensor circuit) 3, and electric power is supplied to the heater 2 from a battery 5 via a heater control circuit 6. The sensor circuit 3 receives an analog application voltage from an air-fuel ratio control unit (A / FCU) 10 including a microcomputer via a low-pass filter (LPF) 7 and applies the voltage to the sensor element 2.
【００１０】Ａ／ＦＣＵ１０は、センサ回路３、ヒータ
制御回路６およびＬＰＦ７と共に電子制御ユニット（Ｅ
ＣＵ）１００の一部をなし、デジタルデータを内部に設
けられたＤ／Ａ変換器により矩形状のアナログ電圧に変
換した後ＬＰＦ７を介してセンサ回路３へ出力する。Ｌ
ＰＦ７は矩形状のアナログ電圧信号の高周波成分を除去
したなまし信号を出力し、高周波ノイズによるセンサ素
子２の出力電流の検出エラーを防止している。このなま
し信号の電圧のセンサ素子２への印加に伴いＡ／ＦＣＵ
１０は被検出ガス中、すなわち排気ガス中の酸素濃度に
比例して変化するセンサ素子２を流れる電流およびその
時のセンサ素子２への印加電圧を検出する。Ａ／ＦＣＵ
１０はこれらの電流および電圧を検出するため内部にＡ
／Ｄ変換器を設けており、これらのＡ／Ｄ変換器はセン
サ回路３からセンサ素子２を流れる電流に相当するアナ
ログ電圧およびセンサ素子２への印加電圧を受けデジタ
ルデータに変換する。The A / FCU 10 includes an electronic control unit (E) together with the sensor circuit 3, the heater control circuit 6, and the LPF 7.
CU) 100, which converts digital data into a rectangular analog voltage by a D / A converter provided therein and outputs the same to the sensor circuit 3 via the LPF 7. L
The PF 7 outputs a smoothed signal from which the high-frequency component of the rectangular analog voltage signal has been removed, thereby preventing a detection error of the output current of the sensor element 2 due to high-frequency noise. A / FCU with application of the voltage of the smoothing signal to the sensor element 2
Reference numeral 10 detects the current flowing through the sensor element 2 that changes in proportion to the oxygen concentration in the gas to be detected, that is, the exhaust gas, and the voltage applied to the sensor element 2 at that time. A / FCU
10 internally has A to detect these currents and voltages.
A / D converters are provided, and these A / D converters receive an analog voltage corresponding to a current flowing through the sensor element 2 from the sensor circuit 3 and a voltage applied to the sensor element 2 and convert the data into digital data.
【００１１】空燃比センサ１はセンサ素子２が活性状態
にならないとその出力を空燃比制御に使用できない。こ
のため、Ａ／ＦＣＵ１０は機関始動時にバッテリ５から
センサ素子２に内蔵されたヒータ４へ電力供給してヒー
タ４を通電し、センサ素子２を早期活性化し、センサ素
子２が活性化された後はその活性状態を維持するようヒ
ータ４へ電力供給する。バッテリ５の電圧はＡ／ＦＣＵ
１０の内部に設けられたＡ／Ｄ変換器によりデジタルデ
ータに変換される。The output of the air-fuel ratio sensor 1 cannot be used for air-fuel ratio control unless the sensor element 2 is activated. For this reason, the A / FCU 10 supplies electric power from the battery 5 to the heater 4 incorporated in the sensor element 2 at the time of starting the engine, energizes the heater 4, activates the sensor element 2 early, and after the sensor element 2 is activated. Supplies power to the heater 4 to maintain its active state. The voltage of the battery 5 is A / FCU
The data is converted into digital data by an A / D converter provided inside the device 10.
【００１２】しかるに、センサ素子２の抵抗がセンサ素
子２の温度に依存すること、すなわちセンサ素子温度の
増大に連れて減衰することに着目し、センサ素子２の抵
抗がセンサ素子２の活性状態を維持する温度に相当する
抵抗値、例えば３０Ωとなるようヒータ４へ電力供給す
ることによりセンサ素子２の温度を目標温度、例えば７
００°Ｃに維持する制御が行われている。また、空燃比
制御ユニット（Ａ／ＦＣＵ）１０は、センサ素子２を加
熱するヒータ制御回路６からヒータ４の電圧と電流に相
当するアナログ電圧を受けデジタルデータに変換するＡ
／Ｄ変換器を内部に設けている。これらのデジタルデー
タを用いて、例えばヒータ４の抵抗値を算出し、算出し
た抵抗値に基づき機関の運転状態に応じた電力供給をヒ
ータ４に行うとともにヒータ４の過昇温（ＯＴ）を防止
するようヒータ４の温度制御を行う。本発明の実施形態
では、空燃比センサ１として限界電流式酸素濃度検出素
子（酸素センサ）を使用する。しかしながら、本発明は
これに限定するものでなく、空燃比センサ１として、空
燃比がリッチかリーンを判定するＺ特性を有するλ型酸
素センサ（Ｏ2 センサと称する）を用いた場合にも適用
できる。However, focusing on the fact that the resistance of the sensor element 2 depends on the temperature of the sensor element 2, that is, the resistance of the sensor element 2 decreases with an increase in the temperature of the sensor element 2, the resistance of the sensor element 2 changes the activation state of the sensor element 2. By supplying power to the heater 4 so as to have a resistance value corresponding to the maintained temperature, for example, 30Ω, the temperature of the sensor element 2 is set to a target temperature, for example,
Control for maintaining the temperature at 00 ° C is performed. The air-fuel ratio control unit (A / FCU) 10 receives an analog voltage corresponding to the voltage and current of the heater 4 from the heater control circuit 6 for heating the sensor element 2 and converts the analog voltage into digital data.
A / D converter is provided inside. Using these digital data, for example, the resistance value of the heater 4 is calculated, and based on the calculated resistance value, power is supplied to the heater 4 according to the operating state of the engine, and the overheating (OT) of the heater 4 is prevented. The temperature of the heater 4 is controlled so as to perform the control. In the embodiment of the present invention, a limiting current type oxygen concentration detecting element (oxygen sensor) is used as the air-fuel ratio sensor 1. However, the present invention is not limited to this, and is also applicable to a case where a λ-type oxygen sensor (referred to as an O 2 sensor) having a Z characteristic for determining whether the air-fuel ratio is rich or lean is used as the air-fuel ratio sensor 1. it can.
【００１３】空燃比制御ユニット（Ａ／ＦＣＵ）１０
は、例えば図示しない双方向性バスにより相互に接続さ
れたＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｂ（バッテリバックアッ
プ）．ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート、Ａ／Ｄ変換器
およびＤ／Ａ変換器を具備し、後述する本発明の空燃比
センサ１のヒータ制御を行う。ここで、冷間始動時に空
燃比センサの素子割れが生ずる理由を説明する。Air-fuel ratio control unit (A / FCU) 10
Are, for example, CPU, ROM, RAM, B (battery backup). It includes a RAM, an input port, an output port, an A / D converter, and a D / A converter, and performs heater control of an air-fuel ratio sensor 1 of the present invention described later. Here, the reason why the element of the air-fuel ratio sensor is broken at the time of the cold start will be described.
【００１４】図２は図１に示す空燃比センサの断面図で
ある。空燃比センサのセンサ本体２０は、断面カップ状
の拡散抵抗層２１を有しており、この拡散抵抗層２１は
その開口端２１ａにて機関の排気管２７の取付け穴部内
に嵌め込まれて固定されている。拡散抵抗層２１はＺｒ
Ｏ2 等のプラズマ溶射法等により形成されている。また
センサ本体２０は固体電解質層２２を有しており、この
固体電解質層２２は酸素イオン伝導性酸化物焼結体によ
り断面カップ状の排気ガス側電極層２３を介し抵抗拡散
層２１の内周壁に一様に嵌め込まれて固定されている。
この固体電解質層２２の内表面には、大気側電極層２４
が断面カップ状に一様に固着されている。かかる場合、
排気側電極層２３および大気側電極層２４は、共に白金
（Ｐｔ）等の触媒活性の高い貴金属を化学メッキ等によ
り十分浸透性（porous）を有するように形成されてい
る。また、排気ガス側電極層２３の面積および厚さは１
０〜１００ｍｍ2 および０．５〜２．０μｍ程度となっ
ている。一方大気側電極層２４の面積および厚さは１０
ｍｍ2 以上および０．５〜２．０μｍ程度となってい
る。また、センサ本体２０は保護カバー２８により囲ま
れている。保護カバー２８はセンサ本体２０の排気ガス
との直接接触を防止しつつ、センサ本体２０の保温を確
保するために設けられている。保護カバー２８にはカバ
ーの内部と外部とを連通するため多数の小穴が設けられ
ている。FIG. 2 is a sectional view of the air-fuel ratio sensor shown in FIG. The sensor body 20 of the air-fuel ratio sensor has a diffusion resistance layer 21 having a cup-shaped cross section, and the diffusion resistance layer 21 is fitted and fixed in the mounting hole of the exhaust pipe 27 of the engine at its open end 21a. ing. The diffusion resistance layer 21 is made of Zr
It is formed by a plasma spraying method using O2 or the like. The sensor body 20 has a solid electrolyte layer 22. The solid electrolyte layer 22 is formed of an oxygen ion conductive oxide sintered body through an exhaust gas side electrode layer 23 having a cup-shaped cross section and an inner peripheral wall of the resistance diffusion layer 21. And is fixed uniformly.
On the inner surface of the solid electrolyte layer 22, an atmosphere-side electrode layer 24 is provided.
Are uniformly fixed in a cup shape in cross section. In such cases,
Both the exhaust-side electrode layer 23 and the atmosphere-side electrode layer 24 are formed so that a noble metal having high catalytic activity, such as platinum (Pt), has sufficient porosity by chemical plating or the like. The area and thickness of the exhaust gas side electrode layer 23 are 1
It is about 0 to 100 mm 2 and about 0.5 to 2.0 μm. On the other hand, the area and thickness of the atmosphere-side electrode layer 24 are 10
mm 2 or more and about 0.5 to 2.0 μm. The sensor body 20 is surrounded by a protective cover 28. The protection cover 28 is provided to ensure that the sensor body 20 is kept warm while preventing direct contact of the sensor body 20 with exhaust gas. The protective cover 28 is provided with a number of small holes for communicating the inside and the outside of the cover.
【００１５】機関の冷間始動時にはセンサ本体２０を早
期加熱するためヒータ２６に大電力を供給する必要があ
るので、従来技術によれば、バッテリ５からヒータ２６
にデューティ比１００％で電力供給をしている。する
と、ヒータ２６に大電流が流れてヒータ２６を急激に加
熱し、ヒータ２６の温度が急上昇し、ヒータ２６の温度
とセンサ本体２０の温度との温度差が急激に増大し、空
燃比センサの素子割れが生ずる。この素子割れには拡散
層のマイクロクラックも含まれている。本発明は、機関
の冷間始動時の空燃比センサの素子割れを防止するた
め、以下に説明するように冷間始動時にヒータ２６に過
大な電力を供給しないようヒータ制御を行う。In the cold start of the engine, it is necessary to supply a large amount of power to the heater 26 in order to heat the sensor body 20 at an early stage.
Is supplied with a duty ratio of 100%. Then, a large current flows through the heater 26 to rapidly heat the heater 26, the temperature of the heater 26 rises sharply, the temperature difference between the temperature of the heater 26 and the temperature of the sensor body 20 rapidly increases, and the air-fuel ratio sensor Element cracking occurs. This element crack includes a microcrack in the diffusion layer. According to the present invention, in order to prevent the element of the air-fuel ratio sensor from being cracked at the time of the cold start of the engine, the heater control is performed so as not to supply excessive electric power to the heater 26 at the time of the cold start as described below.
【００１６】図３はヒータ制御ルーチンのフローチャー
トである。本ルーチンおよび図４、図６、図７および図
８に示すフローチャートの処理は所定の処理周期、例え
ば６４ｍｓ毎に実行される。先ず、ステップ３０１で
は、図示しないイグニッションスイッチＩＧＳＷがオン
かオフかを判別し、ＩＧＳＷがオンのときはステップ３
０２に進み、ＩＧＳＷがオンのときは本ルーチンを終了
する。FIG. 3 is a flowchart of a heater control routine. This routine and the processing of the flowcharts shown in FIGS. 4, 6, 7 and 8 are executed at a predetermined processing cycle, for example, every 64 ms. First, in step 301, it is determined whether an ignition switch IGSW (not shown) is on or off.
The routine proceeds to step 02, and when the IGSW is on, this routine ends.
【００１７】ステップ３０２〜３１２の処理を簡単に説
明すると、空燃比センサ１の早期活性化のため、バッテ
リ５からヒータ４への電力供給を開始し、ヒータ温度が
所定温度に達するまでは始動時のデューティ制御にした
がって設定された電力をヒータ４に供給し（始動時ＤＵ
ＴＹ制御）、ヒータ温度が所定温度に達するとヒータ温
度に応じた電力をヒータ４に供給し（ヒータ上限抵抗Ｆ
／Ｂ制御）、空燃比センサ１の温度が所定温度温度に達
すると空燃比センサ１の素子温度に応じてセンサ素子２
を活性状態に維持するための電力をヒータ４に供給する
（素子温Ｆ／Ｂ制御）。The process of steps 302 to 312 will be briefly described. In order to activate the air-fuel ratio sensor 1 at an early stage, power supply from the battery 5 to the heater 4 is started, and until the heater temperature reaches a predetermined temperature. Is supplied to the heater 4 in accordance with the duty control of
When the heater temperature reaches a predetermined temperature, power corresponding to the heater temperature is supplied to the heater 4 (heater upper limit resistance F).
/ B control), when the temperature of the air-fuel ratio sensor 1 reaches a predetermined temperature, the sensor element 2 according to the element temperature of the air-fuel ratio sensor 1
Is supplied to the heater 4 to maintain the device in an active state (element temperature F / B control).
【００１８】ステップ３０２では、空燃比センサ１の素
子直流インピーダンスＺdcを算出する。このインピーダ
ンスＺdcは、センサ素子２に負の電圧Ｖneg を印加し、
その時の電流Ｉneg を検出し、Ｚdc＝Ｖneg ／Ｉneg を
算出して求める。一般に素子温が上昇するにつれて素子
直流インピーダンスは減衰するという相関関係があり、
例えばセンサ素子２が活性化温度７００°Ｃのとき素子
直流インピーダンスは３０Ωである。In step 302, the element DC impedance Zdc of the air-fuel ratio sensor 1 is calculated. This impedance Zdc applies a negative voltage Vneg to the sensor element 2,
The current Ineg at that time is detected, and Zdc = Vneg / Ineg is calculated and obtained. In general, there is a correlation that the element DC impedance attenuates as the element temperature rises,
For example, when the sensor element 2 has an activation temperature of 700 ° C., the element DC impedance is 30Ω.
【００１９】ステップ３０３では、空燃比センサ１の活
性フラグＦ１がセットされたか否かを判別し、Ｆ１＝１
のときはステップ３０４に進み、ステップ３０４で素子
温Ｆ／Ｂ制御を実行し、Ｆ１＝０のときはステップ３０
５に進む。ステップ３０５では、センサ素子２の活性判
定を素子直流インピーダンスに基づいて行う。すなわ
ち、Ｚdc＞３０のときセンサ素子２が活性化されたと判
断しステップ３０６で空燃比センサ１の活性フラグＦ１
を１にセットし、次いでステップ３０４で素子温Ｆ／Ｂ
制御を実行し、Ｚdc≦３０のときセンサ素子２は非活性
状態であると判断しステップ３０７に進み、センサ素子
２を活性化させるためのヒータ制御を行う。フラグＦ１
はイグニッションスイッチＩＧＳＷがオフからオンに切
換えられるときワンショットパルス信号でリセットされ
る。In step 303, it is determined whether or not the activation flag F1 of the air-fuel ratio sensor 1 has been set.
In step 304, the process proceeds to step 304. In step 304, the element temperature F / B control is executed.
Go to 5. In step 305, the activity of the sensor element 2 is determined based on the element DC impedance. That is, when Zdc> 30, it is determined that the sensor element 2 has been activated, and the activation flag F1 of the air-fuel ratio sensor 1 is determined in step 306.
Is set to 1 and then at step 304 the element temperature F / B
The control is executed, and when Zdc ≦ 30, it is determined that the sensor element 2 is in the inactive state, and the process proceeds to step 307 to perform heater control for activating the sensor element 2. Flag F1
Is reset by a one-shot pulse signal when the ignition switch IGSW is switched from off to on.
【００２０】ステップ３０７では、ヒータ４への印加電
圧Ｖn および電流Ｉn を検出する。ステップ３０８で
は、ヒータ４の抵抗Ｒh をＲh ＝Ｖn ／Ｉn から算出す
る。ステップ３０９では、ヒータ４の耐熱限界温度１２
００°Ｃより所定温度だけ低いヒータ上限温度１０２０
°Ｃに到達していないか否かを判定し、その判定結果が
ＹＥＳのときはステップ３１０に進み、ヒータ４にでき
るだけ大電力を供給するＤＵＴＹ制御を実行し、その判
定結果がＮＯのときはステップ３１１に進み、ヒータ４
をヒータ上限温度１０２０°Ｃに維持する制御を行う。
ステップ３１０、３１１については、図４〜図８を用い
て後で詳細に説明する。ここで、ヒータ上限温度をヒー
タ４の耐熱限界温度に設定しないのはヒータ４の抵抗温
度特性にばらつきがあるからである。ばらつきの中央値
を用いるとヒータ上限温度１０２０°Ｃに相当するヒー
タ抵抗Ｒh は２．１Ωであり、ヒータ抵抗Ｒh が２．１
Ωになるようにヒータ制御したとき、ヒータ温度のばら
つきは８７０〜１２００°Ｃの範囲内に収まり、ヒータ
４の耐熱限界温度を越えない。In step 307, a voltage Vn applied to the heater 4 and a current In are detected. In step 308, the resistance Rh of the heater 4 is calculated from Rh = Vn / In. In step 309, the heat-resistant limit temperature 12
Heater upper limit temperature 1020 lower than 00 ° C by a predetermined temperature
° C is determined, and if the determination is YES, the routine proceeds to step 310, where DUTY control for supplying as much electric power as possible to the heater 4 is executed, and if the determination is NO, Proceeding to step 311,
Is controlled to maintain the heater upper limit temperature at 1020 ° C.
Steps 310 and 311 will be described later in detail with reference to FIGS. Here, the reason why the heater upper limit temperature is not set to the heat-resistant limit temperature of the heater 4 is that the resistance temperature characteristics of the heater 4 vary. Using the median of the variation, the heater resistance Rh corresponding to the heater upper limit temperature of 1020 ° C. is 2.1Ω, and the heater resistance Rh is 2.1Ω.
When the heater is controlled to be Ω, the variation in the heater temperature falls within the range of 870 to 1200 ° C., and does not exceed the heat-resistant limit temperature of the heater 4.
【００２１】ステップ３１２では、ステップ３１０、３
１１で設定されたＤＵＴＹ比に応じてヒータにバッテリ
５の電圧を印加する。ここで、ＤＵＴＹ制御とは、ヒー
タ４にバッテリ５の電圧をオンオフする周期を、例えば
１００ｍｓとしたとき、ＤＵＴＹ比が２０％のときはオ
ン時間２０ｍｓオフ時間８０ｍｓ、ＤＵＴＹ比が５０％
のときはオン時間５０ｍｓオフ時間５０ｍｓ、ＤＵＴＹ
比が１００％のときはオン時間１００ｍｓの各周期でヒ
ータ４にバッテリ５の電圧を印加する制御を言う。次
に、図３のステップ３１１について、図４を用いて詳細
に説明する。In step 312, steps 310 and 3
The voltage of the battery 5 is applied to the heater in accordance with the duty ratio set in Step 11. Here, the DUTY control means that when the cycle of turning on and off the voltage of the battery 5 to the heater 4 is, for example, 100 ms, when the DUTY ratio is 20%, the ON time is 20 ms, the OFF time is 80 ms, and the DUTY ratio is 50%.
In the case of, ON time 50 ms, OFF time 50 ms, DUTY
When the ratio is 100%, this means control for applying the voltage of the battery 5 to the heater 4 in each cycle of the ON time of 100 ms. Next, step 311 in FIG. 3 will be described in detail with reference to FIG.
【００２２】図４はヒータ上限抵抗に基づくヒータ制御
を示す。先ず、ステップ４０１では、ヒータ電力制御実
行中を示すヒータ電力制御フラグＦ２がセットされてい
るか否かを判別し、Ｆ２＝１のときはステップ４０２に
進み、Ｆ１＝０のときはステップ４０３に進み、ステッ
プ４０３ではヒータ電力制御の初期デューティ比として
２０％を設定する。この２０％はヒータ電圧制御から電
力制御に移行した時に急激なヒータ温度変化が抑制され
るように選択された値である。次いでステップ４０４で
はＦ２をセットする。フラグＦ２はイグニッションスイ
ッチＩＧＳＷがオフからオンに切換えられるときワンシ
ョットパルス信号でリセットされる。FIG. 4 shows heater control based on the heater upper limit resistance. First, in step 401, it is determined whether or not the heater power control flag F2 indicating that the heater power control is being performed is set. When F2 = 1, the process proceeds to step 402, and when F1 = 0, the process proceeds to step 403. In step 403, 20% is set as the initial duty ratio of the heater power control. This 20% is a value selected so that a sudden change in the heater temperature is suppressed when shifting from the heater voltage control to the power control. Next, at step 404, F2 is set. The flag F2 is reset by a one-shot pulse signal when the ignition switch IGSW is switched from off to on.
【００２３】ステップ４０２では、機関運転条件の急変
に伴う排気温の上昇等によりヒータ４が異常加熱されな
いように保護するための制御を行うため、ヒータ抵抗Ｒ
h が２．５Ωより大か否かを判別し、Ｒh ＞２．５Ωの
ときはステップ４０５に進み、Ｒh ≦２．５Ωのときは
ステップ４０６に進む。ステップ４０６ではＤＵＴＹ＝
ＤＵＴＹ−１０を計算し、計算値を新たなＤＵＴＹ比に
設定する。ＤＵＴＹが負の値になったときはＤＵＴＹ＝
０に設定される。In step 402, the heater resistor R is controlled to protect the heater 4 from being abnormally heated due to a rise in exhaust gas temperature caused by a sudden change in engine operating conditions.
It is determined whether or not h is larger than 2.5Ω. When Rh> 2.5Ω, the process proceeds to step 405, and when Rh ≦ 2.5Ω, the process proceeds to step 406. In step 406, DUTY =
DUTY-10 is calculated, and the calculated value is set to a new DUTY ratio. When DUTY becomes a negative value, DUTY =
Set to 0.
【００２４】ステップ４０５では、ヒータ電力Ｗh を次
式から算出する。 Ｗh ＝Ｖn ×Ｉn ×ＤＵＴＹ／１００ ここで、Ｖn 、Ｉn は図３のステップ３０７で検出した
電圧値、電流値を示しＤＵＴＹは前回処理周期にステッ
プ４０３、４０６、４０８または４０９で設定されたＤ
ＵＴＹ比を示す。In step 405, the heater power Wh is calculated from the following equation. Wh = Vn × In × DUTY / 100 where Vn and In indicate the voltage value and the current value detected at step 307 in FIG. 3, and DUTY is the D set at step 403, 406, 408 or 409 in the previous processing cycle.
The UTY ratio is shown.
【００２５】ステップ４０７では、今回処理周期のヒー
タ電力Ｗh とヒータ４の耐熱限界温度１２００°Ｃに対
応するヒータ供給電力２１Ｗとを比較し、Ｗh ≦２１の
ときはヒータ４への供給電力が目標電力より低いと判定
してステップ４０８に進みステップ４０８でデューティ
比を３％加算（ＤＵＴＹ＝ＤＵＴＹ＋３を算出）してヒ
ータ４への供給電力を増大し、Ｗh ＞２１のときはヒー
タ４への供給電力が目標電力より高いと判定してステッ
プ４０９に進みステップ４０９でデューティ比を３％減
算（ＤＵＴＹ＝ＤＵＴＹ−３を算出）してヒータ４への
供給電力を減少する。In step 407, the heater power Wh in the current processing cycle is compared with the heater supply power 21W corresponding to the heat-resistant limit temperature 1200 ° C. of the heater 4, and when Wh ≦ 21, the supply power to the heater 4 is reduced to the target. It is determined that the power is lower than the power, and the process proceeds to step 408, where the duty ratio is added by 3% (DUTY = DUTY + 3 is calculated) at step 408 to increase the power supplied to the heater 4. When Wh> 21, the power supplied to the heater 4 is supplied. It is determined that the power is higher than the target power, and the routine proceeds to step 409, where the duty ratio is reduced by 3% (DUTY = DUTY-3 is calculated) at step 409 to reduce the power supplied to the heater 4.
【００２６】以上により設定されたＤＵＴＹに基づきヒ
ータ制御することで、ヒータ４への実供給電力を目標電
力２１（Ｗ）に制御できる。次に、ステップ３０４の素
子温Ｆ／Ｂ制御について説明する。ステップ３０３で検
出した素子直流インピーダンスＺdcをもとに、素子直流
インピーダンスＺdcが素子温７００°Ｃに相当する３０
（Ω）になるようにヒータ４へ印加する電圧のデューテ
ィ比を下記の方程式に基づき演算する。By controlling the heater based on the DUTY set as described above, the actual power supplied to the heater 4 can be controlled to the target power 21 (W). Next, the element temperature F / B control in step 304 will be described. Based on the element DC impedance Zdc detected in step 303, the element DC impedance Zdc corresponds to the element temperature 700 ° C.
The duty ratio of the voltage applied to the heater 4 is calculated based on the following equation so as to be (Ω).
【００２７】ＤＵＴＹ＝ＧＰ＋ＧＩ＋ｃ ＧＰ ＝ａ（Ｚdc−３０） … 比例項 ＧＩ ＝ＧＩ＋ｂ（Ｚdc−３０） … 積分項 ここで、ａ、ｂ、ｃは、例えばａ＝４．２、ｂ＝０．
２、ｃ＝２０の定数である。以上演算されたデューティ
比でヒータ４を制御することで、素子直流インピーダン
スＺdcを３０（Ω）付近に制御でき、センサ素子を常に
良好な活性状態に維持でき、異常加熱によるセンサ素子
の破損を防止できる。次に、図３のステップ３１０につ
いて、第１実施例を図５を用いて以下に説明する。DUTY = GP + GI + c GP = a (Zdc-30) Proportional term GI = GI + b (Zdc-30) ... Integral term Here, a, b and c are, for example, a = 4.2 and b = 0.
2, a constant of c = 20. By controlling the heater 4 with the duty ratio calculated as described above, the element DC impedance Zdc can be controlled to around 30 (Ω), the sensor element can always be maintained in a good active state, and damage to the sensor element due to abnormal heating can be prevented. it can. Next, a first embodiment of step 310 in FIG. 3 will be described below with reference to FIG.
【００２８】図５は機関始動時の第１実施例のヒータ制
御を示すフローチャートである。図３のステップ３０９
でヒータ温度がヒータ上限温度１０２０°Ｃに到達して
いないと判定されたとき、ステップ５０１、５０２を実
行し、ヒータ４にできるだけ大電力を供給するＤＵＴＹ
制御を行う。ステップ５０１では、バッテリ５の電圧を
読込む。ステップ５０２では、図６に示すマップによ
り、ステップ５０１で読込んだバッテリ電圧からヒータ
供給電力のＤＵＴＹ比を算出する。FIG. 5 is a flowchart showing the heater control of the first embodiment at the time of starting the engine. Step 309 in FIG.
When it is determined that the heater temperature has not reached the heater upper limit temperature of 1020 ° C., steps 501 and 502 are executed to supply the heater 4 with as much power as possible.
Perform control. In step 501, the voltage of the battery 5 is read. In step 502, the duty ratio of the heater supply power is calculated from the battery voltage read in step 501 using the map shown in FIG.
【００２９】この第１実施例のヒータ制御によれば、機
関始動時にバッテリ電圧ＶB が１２Ｖより高いときで
も、デューティ比を１００％より低く設定するので、ヒ
ータ温度が急上昇されず、それゆえサーマルショックに
よるセンサ素子の素子割れを防止できる。図６に示すマ
ップは、バッテリ電圧ＶB が１２ＶのときＤＵＴＹ＝１
００とすると、ヒータ抵抗Ｒｈ＝２．１（Ω）に１２Ｖ
の電圧が連続的に印加され、ヒータ４への平均供給電力
は、（ＶB ）2 ／Ｒで算出され、約６９（Ｗ）となる。
このときのヒータ４への平均供給電力を上限値に定める
ことによりセンサ素子割れを生じることなくヒータ４へ
の電力供給が可能となる。バッテリ電圧ＶB が１２Ｖを
越えたときは、ヒータ４への平均電力供給が６９（Ｗ）
を越えないようにＤＵＴＹ比を算出する。例えば、バッ
テリ電圧ＶB が１４Ｖのとき、このまま１００％デュー
ティで電力供給すると、平均供給電力は、（ＶB ）2 ／
Ｒ＝９３（Ｗ）となってしまうので、これを６９（Ｗ）
にするためには、ＤＵＴＹ比を６９／９３＝７４（％）
にすればよい。マップにおいて１２Ｖを越えるバッテリ
電圧Ｖ B に対するＤＵＴＹ比はこのように算出される。
なお、１２Ｖ以下のバッテリ電圧ＶB に対するＤＵＴＹ
比は、１００％デューティで電力供給しても平均供給電
力は６９（Ｗ）以下なのでセンサ素子２の早期活性化の
ため１００％に設定される。次に、図３のステップ３１
０について、第２実施例を図７を用いて以下に説明す
る。According to the heater control of the first embodiment,
When the battery voltage VB is higher than 12V
Since the duty ratio is set lower than 100%,
Data temperature does not rise rapidly,
Of the sensor element can be prevented. As shown in FIG.
Is the battery voltage VBDUTY = 1 when is 12V
Assuming 00, 12V is applied to the heater resistance Rh = 2.1 (Ω).
Is continuously applied, and the average power supply to the heater 4
Is (VB)Two/ R, which is approximately 69 (W).
At this time, the average power supply to the heater 4 is set to the upper limit value.
To heater 4 without cracking of sensor element
Power supply. Battery voltage VBIs 12V
If it exceeds, the average power supply to the heater 4 is 69 (W)
DUTY ratio is calculated so as not to exceed. For example,
Terri voltage VBIs 14V, 100% due
Power supply, the average supply power is (VB)Two/
Since R = 93 (W), this is changed to 69 (W).
DUTY ratio is set to 69/93 = 74 (%)
What should I do? Battery over 12V in map
Voltage V BIs calculated in this manner.
Note that a battery voltage V of 12 V or lessBDUTY for
The ratio is the average power supply even if power is supplied at 100% duty.
Since the force is 69 (W) or less, the early activation of the sensor element 2
Therefore, it is set to 100%. Next, step 31 in FIG.
0, the second embodiment will be described below with reference to FIG.
You.
【００３０】図７は機関始動時の第２実施例のヒータ制
御を示すフローチャートである。図３のステップ３０９
でヒータ温度がヒータ上限温度１０２０°Ｃに到達して
いないと判定されたＲh ＜２．１（Ω）とき、ステップ
７０１、７０２を実行し、ヒータ４にできるだけ大電力
を供給するＤＵＴＹ制御を行う。ステップ７０１では、
今回処理周期のＤＵＴＹ＝１００（％）でのヒータ４へ
のヒータ供給電力Ｗaを図３のステップ３０７で検出し
たヒータ電圧Ｖn とヒータ電流Ｉn から算出する（Ｗa
＝Ｖn ×Ｉn ）。ここで、注目すべきことはヒータ電圧
Ｖn がバッテリ電圧ＶB に相当することであり、Ｗa は
ＶB に応じて算出されることである。FIG. 7 is a flowchart showing the heater control of the second embodiment at the time of starting the engine. Step 309 in FIG.
When it is determined that the heater temperature has not reached the heater upper limit temperature of 1020 ° C., Rh <2.1 (Ω), steps 701 and 702 are executed to perform DUTY control for supplying as much power as possible to the heater 4. . In step 701,
The heater supply power Wa to the heater 4 at DUTY = 100 (%) in the current processing cycle is calculated from the heater voltage Vn and the heater current In detected in step 307 in FIG. 3 (Wa
= Vn × In). Here, it should be noted that the heater voltage Vn corresponds to the battery voltage VB, and that Wa is calculated according to VB.
【００３１】ステップ７０２では、ヒータ最大供給電力
Ｗhmとステップ７０１で算出した今回処理周期のヒータ
供給電力Ｗa とを用い次式からＤＵＴＹ比を算出する。 ＤＵＴＹ＝（Ｗhm／Ｗa ）×１００＝（１４４／Ｗa ）
×１００ ここで、ヒータ最大供給電力Ｗhmとは、ヒータ抵抗Ｒh
が１．０（Ω）、バッテリ電圧ＶB が１２（Ｖ）のとき
にセンサ素子割れを生じることなくヒータ４へ供給可能
な平均供給電力１４４（Ｗ）を言う。上式の計算結果、
ＤＵＴＹ＞１００のときはＤＵＴＹ＝１００に設定す
る。In step 702, the duty ratio is calculated from the following equation using the heater maximum supply power Whm and the heater supply power Wa of the current processing cycle calculated in step 701. DUTY = (Whm / Wa) × 100 = (144 / Wa)
× 100 Here, the heater maximum supply power Whm is the heater resistance Rh.
Is 1.0 (Ω) and the average supply power 144 (W) that can be supplied to the heater 4 without cracking the sensor element when the battery voltage VB is 12 (V). The calculation result of the above formula,
When DUTY> 100, DUTY = 100 is set.
【００３２】この第２実施例のヒータ制御によれば、機
関始動時にヒータ抵抗Ｒh が２．１（Ω）に至る前の小
さな抵抗値のときに、バッテリ電圧ＶB によってはヒー
タ供給電力Ｗa が上記ヒータ最大供給電力Ｗhm（＝１４
４（Ｗ））を越えてヒータ温度を急上昇し、サーマルシ
ョックによるセンサ素子割れを引き起こす恐れがあるの
で、このときヒータ供給電力Ｗa の上限をヒータ最大供
給電力Ｗhmとするようにヒータ４へ印加する電圧のＤＵ
ＴＹ比が設定される。According to the heater control of the second embodiment, when the heater resistance Rh has a small resistance value before reaching 2.1 (Ω) at the time of starting the engine, the heater supply power Wa depends on the battery voltage VB. Heater maximum supply power Whm (= 14
4 (W)), the heater temperature may rise sharply and the sensor element may be broken by thermal shock. At this time, the upper limit of the heater supply power Wa is applied to the heater 4 so as to be the maximum heater supply power Whm. Voltage DU
The TY ratio is set.
【００３３】図８は機関始動時の第３実施例のヒータ制
御を示すフローチャートである。図３のステップ３０９
でヒータ温度がヒータ上限温度１０２０°Ｃに到達して
いないと判定されたとき、ステップ８０１〜８０６を実
行し、ヒータ４にできるだけ大電力を供給するＤＵＴＹ
制御を行う。ステップ８０１では、図３のステップ３０
８で算出したヒータ抵抗Ｒh からヒータの温度を算出す
る。ステップ８０２では、図３のステップ３０２で算出
した素子直流インピーダンスＺdcからセンサ素子２の温
度を算出する。ステップ８０３では、ステップ８０１で
算出したヒータ温とステップ８０２で算出したセンサ素
子温との温度差を計算する。ステップ８０４では、上記
温度差が所定値、例えば５００℃を越えるか否かを判別
し、その判別結果がＹＥＳのときはステップ８０５に進
み、ステップ８０５ではヒータ温度を急上昇し、サーマ
ルショックによるセンサ素子の素子割れを引き起こさな
いＤＵＴＹ比、例えば２０％に設定する。ステップ８０
４の判別結果がＮＯのときは、バッテリ５の電圧に応じ
たＤＵＴＹ比を算出する。具体的には、前述した図５の
フローチャート（第１実施例）または図７のフローチャ
ート（第２実施例）の処理を実行する。上記所定値５０
０℃は、実験的に求めた値である。ヒータ上限温度は１
０２０℃、センサ活性温度は７００℃であるので、その
差３２０℃程度ではサーマルショックは生じない。セン
サ素子２が活性化されるまでの間、通常温度差が５００
℃を越えることは少なく、この設定でセンサ素子２の早
期活性化に及ぼす影響は少ない。FIG. 8 is a flow chart showing the heater control of the third embodiment when the engine is started. Step 309 in FIG.
When it is determined that the heater temperature has not reached the heater upper limit temperature of 1020 ° C., steps 801 to 806 are executed to supply the heater 4 with as much power as possible.
Perform control. In step 801, step 30 of FIG.
The heater temperature is calculated from the heater resistance Rh calculated in step 8. In step 802, the temperature of the sensor element 2 is calculated from the element DC impedance Zdc calculated in step 302 of FIG. In step 803, a temperature difference between the heater temperature calculated in step 801 and the sensor element temperature calculated in step 802 is calculated. In step 804, it is determined whether or not the temperature difference exceeds a predetermined value, for example, 500 ° C., and if the determination result is YES, the process proceeds to step 805. DUTY ratio that does not cause element cracking, for example, 20%. Step 80
If the determination result of No. 4 is NO, the duty ratio according to the voltage of the battery 5 is calculated. Specifically, the processing of the flowchart of FIG. 5 (first embodiment) or the flowchart of FIG. 7 (second embodiment) is executed. The predetermined value 50
0 ° C. is a value obtained experimentally. Heater upper limit temperature is 1
Since the temperature is 020 ° C. and the sensor activation temperature is 700 ° C., a thermal shock does not occur at a difference of about 320 ° C. Normally, the temperature difference is 500 until the sensor element 2 is activated.
In this case, the setting does not greatly affect the early activation of the sensor element 2.
【００３４】また、ステップ８０２ではセンサ素子２の
温度を素子直流インピーダンスＺdcから算出したが、こ
れに代えてセンサ素子２の温度を素子交流インピーダン
スＺacから算出してもよい。通常、センサ素子２には、
例えば０．３（Ｖ）が印加されており、所定の周期毎に
限界電流を検出し排気空燃比が算出されている。交流イ
ンピーダンスＺacは、所定の周期毎、例えば６４ｍｓ毎
にセンサ素子２に０．３±０．２（Ｖ）のパルス電圧を
印加し、その時のセンサ素子２の電圧Ｖacと電流Ｉacを
検出し、Ｚac＝Ｖac／Ｉacを算出して求める。一般に素
子交流インピーダンスは素子直流インピーダンスと同様
に素子温が上昇するにつれて減衰するという相関関係が
ある。素子交流インピーダンスを検出する場合は、素子
直流インピーダンスを検出する場合のようにセンサ素子
２に負極性の電圧を印加する必要がないので、制御回路
を簡素化できるという利点がある。In step 802, the temperature of the sensor element 2 is calculated from the element DC impedance Zdc. Alternatively, the temperature of the sensor element 2 may be calculated from the element AC impedance Zac. Usually, the sensor element 2 includes
For example, 0.3 (V) is applied, and a limit current is detected at predetermined intervals to calculate an exhaust air-fuel ratio. The AC impedance Zac is obtained by applying a pulse voltage of 0.3 ± 0.2 (V) to the sensor element 2 at a predetermined cycle, for example, at every 64 ms, and detecting the voltage Vac and the current Iac of the sensor element 2 at that time. It is determined by calculating Zac = Vac / Iac. In general, there is a correlation that the element AC impedance attenuates as the element temperature rises, similarly to the element DC impedance. When detecting the element AC impedance, there is no need to apply a negative voltage to the sensor element 2 as in the case of detecting the element DC impedance, so that there is an advantage that the control circuit can be simplified.
【００３５】[0035]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
冷間始動時におけるヒータへの電力供給に際し、バッテ
リの電圧に応じてヒータに電力供給するので、ヒータが
急激に加熱されず、サーマルショックによる空燃比セン
サの素子割れが防止される。以上説明したように、本発
明によれば、冷間始動時におけるヒータの温度とセンサ
素子の温度との温度差から空燃比センサの素子割れを予
測して、その温度差に基づいてヒータに供給する電力を
設定するので、サーマルショックによる空燃比センサの
素子割れが防止される。As described above, according to the present invention,
When power is supplied to the heater during a cold start, the power is supplied to the heater in accordance with the voltage of the battery, so that the heater is not rapidly heated, and element breakage of the air-fuel ratio sensor due to thermal shock is prevented. As described above, according to the present invention, the element crack of the air-fuel ratio sensor is predicted from the temperature difference between the temperature of the heater and the temperature of the sensor element at the time of the cold start, and the heater is supplied to the heater based on the temperature difference. Since the power to be applied is set, the element breakage of the air-fuel ratio sensor due to the thermal shock is prevented.
【図１】本発明による空燃比センサのヒータ制御装置の
一実施形態の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a heater control device for an air-fuel ratio sensor according to the present invention.
【図２】図１に示す空燃比センサの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the air-fuel ratio sensor shown in FIG.
【図３】ヒータ制御ルーチンのフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart of a heater control routine.
【図４】ヒータ上限抵抗に基づくヒータ制御を示すフロ
ーチャートである。FIG. 4 is a flowchart illustrating heater control based on a heater upper limit resistance.
【図５】機関始動時の第１実施例のヒータ制御を示すフ
ローチャートである。FIG. 5 is a flowchart illustrating heater control according to the first embodiment when the engine is started.
【図６】ヒータ供給電力のＤＵＴＹ比をバッテリ電圧か
ら算出するマップである。FIG. 6 is a map for calculating a duty ratio of heater supply power from a battery voltage.
【図７】機関始動時の第２実施例のヒータ制御を示すフ
ローチャートである。FIG. 7 is a flowchart illustrating heater control according to a second embodiment when the engine is started.
【図８】機関始動時の第３実施例のヒータ制御を示すフ
ローチャートである。FIG. 8 is a flowchart illustrating heater control according to a third embodiment when the engine is started.
１…Ａ／Ｆセンサ ２…センサ素子 ３…Ａ／Ｆセンサ回路 ４…ヒータ ５…バッテリ ６…ヒータ制御回路 ７…ＬＰＦ １０…Ａ／Ｆ制御ユニット １００…電子制御ユニット（ＥＣＵ） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... A / F sensor 2 ... Sensor element 3 ... A / F sensor circuit 4 ... Heater 5 ... Battery 6 ... Heater control circuit 7 ... LPF 10 ... A / F control unit 100 ... Electronic control unit (ECU)
Claims (3)
センサと、該空燃比センサを加熱するヒータと、該空燃
比センサが活性化温度になるように該ヒータに供給する
電力を制御するヒータ制御手段と、を備えた空燃比セン
サのヒータ制御装置において、 前記ヒータに電力を供給するバッテリの電圧を検出する
バッテリ電圧検出手段と、 前記内燃機関の始動に際し、前記ヒータに電力供給を開
始してから所定期間、前記バッテリ電圧検出手段により
検出された前記バッテリの電圧に基づいて、前記ヒータ
制御手段が制御する前記ヒータに供給する電力を設定す
る電力設定手段と、を備えたことを特徴とする空燃比セ
ンサのヒータ制御装置。1. An air-fuel ratio sensor provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, a heater for heating the air-fuel ratio sensor, and electric power supplied to the heater so that the air-fuel ratio sensor becomes an activation temperature. A heater control device for an air-fuel ratio sensor, comprising: a heater control unit; a battery voltage detection unit that detects a voltage of a battery that supplies power to the heater; and starting power supply to the heater when the internal combustion engine is started. Power setting means for setting power to be supplied to the heater controlled by the heater control means based on the battery voltage detected by the battery voltage detection means for a predetermined period thereafter. Heater control device for the air-fuel ratio sensor.
センサと、該空燃比センサを加熱するヒータと、該空燃
比センサが活性化温度になるように該ヒータに供給する
電力を制御するヒータ制御手段と、を備えた空燃比セン
サのヒータ制御装置において、 前記ヒータの温度を検出するヒータ温検出手段と、 前記空燃比センサの素子温度を検出する素子温検出手段
と、 前記内燃機関の始動に際し、前記ヒータに電力供給を開
始してから所定期間、前記ヒータ温検出手段により検出
されたヒータ温と前記素子温検出手段により検出された
素子温との温度差に基づき、前記ヒータ制御手段が制御
する前記ヒータに供給する電力を設定するヒータ電力設
定手段と、を備えたことを特徴とする空燃比センサのヒ
ータ制御装置。2. An air-fuel ratio sensor provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, a heater for heating the air-fuel ratio sensor, and electric power supplied to the heater so that the air-fuel ratio sensor becomes an activation temperature. A heater control unit for the air-fuel ratio sensor, comprising: a heater temperature detection unit for detecting a temperature of the heater; an element temperature detection unit for detecting an element temperature of the air-fuel ratio sensor; At the time of starting, for a predetermined period from the start of power supply to the heater, the heater control means based on a temperature difference between the heater temperature detected by the heater temperature detection means and the element temperature detected by the element temperature detection means. And a heater power setting means for setting power to be supplied to the heater controlled by the heater control device.
サの素子インピーダンスから前記空燃比センサの素子温
度を検出する請求項２に記載の空燃比センサのヒータ制
御装置。3. The heater control device for an air-fuel ratio sensor according to claim 2, wherein the element temperature detecting means detects an element temperature of the air-fuel ratio sensor from an element impedance of the air-fuel ratio sensor.
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