JP2007240169A - 酸素センサ用ヒータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】酸素センサが、非活性状態にあるのか活性状態にあるのかを、明確に判別して良好な空燃比制御をする。
【解決手段】加熱用の電気ヒータ１２が備えられた酸素センサ１１には、オフセット電圧印加回路２０によりオフセット電圧Ｖｏｆｆを印加している。このため、酸素センサ１１から出力されるセンサ電圧Ｖｓがオフセット電圧Ｖｏｆｆ以上になったら、酸素センサ１１の温度が活性温度以上になったと判定でき、このときには、電子制御ユニット１４は、センサ電圧Ｖｓを基に、燃料状態（リーンまたはリッチ）を判定して良好な空燃比制御をすることができる。また、センサ電圧Ｖｓがオフセット電圧Ｖｏｆｆ未満であるときには、酸素センサ１１の温度が活性温度未満であると判定でき、このときには、電子制御ユニット１４は、スイッチング素子１３のデューティーを大きくして電気ヒータ１２に流す電流値を増加し、酸素センサ１１を活性化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気管に設けられる酸素センサを活性化（加熱）するヒータの通電を制御する、酸素センサ用ヒータの制御装置に関するものである。

自動車の内燃機関（エンジン）の空燃比を制御するために、この内燃機関から排出される排気ガスの酸素濃度を酸素センサにより検出し、検出した酸素濃度に基づいて、空燃比をフィードバック制御することが行なわれている。

上述した酸素センサは、固体電解質などによりセンサ本体が構成されており、セラミックスにより外装が施されている。この酸素センサは、内燃機関に接続された排気管に備えられており、センサの一端が排気管の内部（排気側）に、センサの他端が排気管の外部（大気側）に臨んでおり、排気側と大気側との酸素濃度差に応じて起電力を発生するようになっている。

酸素センサから出力されるセンサ電圧は、理論空燃比を境にして急変し、リッチ側で高電圧、リーン側で低電圧となる。したがって、酸素センサから出力されるセンサ電圧から、空燃比が理論空燃比よりも大きいか小さいかという判定ができ、これにより酸素濃度を検出することができる。なお、空燃比が理論空燃比のときに生じるセンサ電圧を、本明細書中では、「ストイキオ電圧」と称する。

ところで、酸素センサは、ある温度（活性温度）以上にならないとセンサ電圧を発生せず、高温の排気ガス等により加熱されて活性温度以上になると、センサ電圧を発生する。

エンジン温度が低くなっているエンジンを始動したときには、排気ガスの温度は、始動直後では低く時間の経過と共に次第に上昇していく。この結果、エンジン始動時においては、酸素センサの温度が活性温度以上になるまでには、所定の時間を要していた。
このように、酸素センサの温度が活性温度以上にならない状態（期間）では、酸素濃度の検出ができず、この結果、この期間（例えば始動開始後の初期期間）では空燃比制御を行なうことができない。

そこで、エンジン始動時においても酸素センサの温度を速やかに活性温度以上にして、空燃比制御を速やかに開始することができるようにするため、酸素センサに電気ヒータを備えたものが開発され実用化されている。電気ヒータを備えた酸素センサでは、エンジン始動直後から電気ヒータに通電して発熱させることにより酸素センサを加熱し、酸素センサの温度が速やかに活性温度以上になるようにしている。

なお、電気ヒータを備えた酸素センサでは、酸素センサの温度が活性温度以上になった以降も、電気ヒータに通電をしている。
そして、エンジンの運転状況にかかわらず、酸素センサの温度を活性温度以上に保持するように、電気ヒータに供給する電流値を、例えば、機関負荷や機関回転数に応じて制御している。つまり機関負荷や機関回転数が低いほど電気ヒータに供給する電流値を上げ、機関負荷や機関回転数が高いほど電気ヒータに供給する電流値を下げるように制御している。

ここで酸素センサ用ヒータの制御装置の従来例を、図５を参照して説明する。
同図に示す酸素センサ１は、排気管に備えられるものであり、空燃比に応じた内部起電力ｅｏを発生するとともに、内部抵抗Ｒｉを有している。

内部抵抗Ｒｉは、図６に示すように、酸素センサ１の温度が高いと（例えば３００°Ｃ以上になると）小さくなるが、酸素センサ１の温度が低くなると急峻に増加する特性を有している。
また内部起電力ｅｏは、リッチ側で高電圧、リーン側で低電圧となる。
このような、内部抵抗特性及び内部起電力特性を有しているため、酸素センサ１から出力されるセンサ電圧Ｖｓは、図７に示すように、
（１）活性温度未満では、内部抵抗Ｒｉが極めて大きいので、零となり、
（２）活性温度以上になると、内部抵抗Ｒｉが小さくなるので、リッチ状態では高電圧となり、リーン状態では低電圧となる。

したがって、酸素センサ１の温度が活性温度以上になっているときには、図８に示すように、センサ電圧Ｖｓは、リッチ状態では高電圧、リーン状態では低電圧となる。

この酸素センサ１には電気ヒータ２が備えられている。この電気ヒータ２には、バッテリ電圧Ｖｂが印加され、電気ヒータ２のアース側は、スイッチング素子３を介して接地されている。

酸素センサ１から出力されるセンサ電圧Ｖｓは、入力抵抗ｒを介して、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４のアナログ入力ポートに入力される。このアナログ入力ポートに入力されたセンサ電圧Ｖｓは、Ａ／Ｄ変換されて、その電圧値がデジタル情報として電子制御ユニット４に取り込まれる。
この電子制御ユニット４には、エンジン負荷や、エンジン回転数や、エンジンの冷却水の温度などの情報も入力されている。

電子制御ユニット４は、スイッチング素子３のデューティー制御をしている。このため、デューティー制御により通電率を大きくすると、電気ヒータ２に流れる電流値が大きくなり、電気ヒータ２の発熱量が増加する。逆に、デューティー制御により通電率を小さくすると、電気ヒータ２に流れる電流値が小さくなり、電気ヒータ２の発熱量が減少する。

電子制御ユニット４による、スイッチング素子３の従来のデューティー制御は、次のようにしている。

まず、始動時から一定時間は、デューティー制御による通電率を小さくしている。始動時には、一般的には、酸素センサ１の温度が低くなっていることが多いため、電気ヒータ２に大電流を流して酸素センサ１の温度を急速に昇温させたいところであるが、敢えて通電率を小さくして（例えば通電率を３０％にして）、電気ヒータ２に流す電流値を抑制している。

これは、例えばエンジンを一旦停止させた後に、直ちに（例えば１０秒後に）エンジンを始動させたときには、酸素センサ１の温度は高温（例えば４００°Ｃ）になっている。ところがエンジンを一旦停止させると、排気管内に水が発生する。
このような状態において、電気ヒータ２に大電流を流して、既に高温になっている酸素センサ１を更に急昇温させた場合には、排気管内の水が高温の酸素センサ１に付着すると、セラミック外装となっている酸素センサ１が割れてしまう。
そこで、かかる不具合を防止するため、始動時から一定時間は、デューティー制御による通電率を敢えて小さくして、酸素センサ１の急激な温度上昇を抑制しているのである。

始動時から一定時間が経過すると、酸素センサ１の温度は、電気ヒータ２による加熱と、排気ガスによる熱により、活性温度以上となるため、電子制御ユニット４は、エンジン負荷やエンジン回転数に応じて、デューティー制御をしている。つまりエンジン負荷やエンジン回転数が低いほど通電力を大きくして電気ヒータ２に供給する電流値を上げ、機関負荷や機関回転数が高いほど通電率を小さくして電気ヒータ２に供給する電流値を下げるように制御している。
これにより、エンジンの運転状況にかかわらず、酸素センサ１の温度を活性温度以上に保持している。

また、電子制御ユニット４は、センサ電圧Ｖｓを基にして、排気ガスがリッチ状態かリーン状態かを判定して、エンジンの空燃比をフィードバック制御している。

図９は、横軸がエンジン始動後の経過時間を示しており、縦軸は電子制御ユニット４に入力されるセンサ電圧Ｖｓを示している。電子制御ユニット４は、入力されるセンサ電圧Ｖｓがストイキオ電圧（０．５Ｖ）以上であるときにはリッチ状態であると判定し、センサ電圧Ｖｓがストイキオ電圧（０．５Ｖ）未満であるときにはリーン状態であると判定して、エンジンの空燃比をフィードバック制御している。

図９に示すように、エンジン始動から一定の期間Ｉでは、酸素センサ１の温度が活性温度未満になっているので、センサ電圧Ｖｓは出力されない。この期間Ｉを経過した後では、酸素センサ１の温度が活性温度以上になるので、電子制御ユニット４は、センサ電圧Ｖｓがストイキオ電圧（０．５Ｖ）よりも大きいときにはリッチ状態であると判定してエンジンの空燃比をリーン側に制御し、センサ電圧Ｖｓがストイキオ電圧（０．５Ｖ）よりも小さいときにはリーン状態であると判定してエンジンの空燃比をリッチ側に制御することで、エンジンの空燃比を理論空燃比にフィードバック制御するのである。

次に、自動車のエンジンを始動した後において、空燃比制御を開始する従来の条件を説明する。
エンジン始動後における空燃比制御は、次の（１）〜（３）の何れかの条件を満足したときに開始している。
（１）酸素センサ１から出力されるセンサ電圧Ｖｓの値がストイキオ電圧（例えば、上記の従来例では０．５Ｖ）以上になったとき。
（２）エンジン始動後に予め決めた設定時間が経過したとき。
（３）エンジンに取り込んだ積算空気量が、始動時におけるエンジン水温で決まる所定積算空気量を越えたこと。
そして、一旦開始された空燃比制御は、エンジンキーがＯＦＦされるまで継続される。

特開昭６０−２３５０４７ 特開平５−１０７２９９

ところで上述した従来技術では、次のような問題があった。

［第１の問題点］
エンジンを一旦停止させた後に、比較的短い時間が経過したとき（例えばエンジン停止から１０分経過したとき）にエンジンを始動させる場合には、エンジンの暖機状態が維持されてエンジン水温が例えば８０°Ｃとなっているが、酸素センサ１は熱容量が小さいため素子冷えして外気温程度になっている。

このようにエンジンの暖機状態が維持されている場合には、直ちに空燃比制御を開始したいという要請がある。
しかし、前述したように、従来では、始動時から一定時間においては、電気ヒータ２に流す電流値を抑制しているため、酸素センサ１の温度上昇が鈍く、酸素センサ１の温度が活性温度以上になるまでには時間がかかっていた。
したがって、温度センサ１から出力されるセンサ電圧Ｖｓがストイキオ電圧以上となり空燃比制御が開始されるのは、エンジン始動から時間的に遅れた時となる。

このように、エンジンの暖機状態が維持されているときに、再度エンジンを始動するときには、直ちに空燃比制御を開始したいにもかかわらず、空燃比制御の開始時期が遅れる。しかも、エンジン始動時にはエンジン筒内の空燃比がバラツク。この結果、始動時における排気ガスの悪化を生じるおそれがあった。

［第２の問題点］
また、長い坂道を長時間にわたって下る走行をするときには、エンジンへの燃料をカットするエンジン制御が行なわれる。このように燃料カットが行なわれると、排気ガスの温度は低くなる。このとき、外気の温度が極めて低い時には、酸素センサ１が素子冷えして活性温度未満となってしまい、センサ電圧Ｖｓがストイキオ電圧（０．５Ｖ）よりも小さくなってしまう。

電子制御ユニット４では、センサ電圧Ｖｓのみを監視しているため、センサ電圧Ｖｓがストイキオ電圧（０．５Ｖ）よりも小さくなった場合には、空燃比がリーン状態になったのか、酸素センサ１の温度が活性温度未満になったのかを判断できない。
したがって、実際には空燃比がリッチ状態になっているにもかかわらず、燃料カットにより酸素センサ１が素子冷えして活性温度未満となってセンサ電圧Ｖｓがストイキオ電圧（０．５Ｖ）よりも小さくなったときには、電子制御ユニット４は、リーン状態であると誤判定してエンジンの空燃比を更にリッチ側に制御してしまうので、排ガスの悪化を招いてしまう。

このように、従来では、寒い時期にエンジンの燃料カットが行なわれる走行状態になると、空燃比を正確に判定できなくなることがあり、結果として排ガスの悪化を生じることがあった。

結局、従来技術では、酸素センサ１の温度が活性温度以上になっているかどうかを正確に判定することができなかったため、始動時における電気ヒータ２の割れを防止して安全を図るべく、始動時から一定時間においては、電気ヒータ２に流す電流値を抑制している。これを原因として、第１の問題が発生していた。
また従来技術では、酸素センサ１の温度が活性温度以上になっているかどうかを正確に判定することができなかったため、第２の問題点が発生していた。

本発明は、上記従来技術に鑑み、酸素センサの温度が活性温度以上になっているかどうかを正確に判断でき、酸素センサが活性温度以上になり活性化している状態において、酸素濃度がリッチであるかリーンであるかを正確に判定することができる、酸素センサ用ヒータの制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の酸素センサ用ヒータの制御装置の構成は、
内燃機関に接続された排気管に備えられると共に、活性温度以上になると排気ガスの酸素濃度に応じたセンサ電圧を出力する酸素センサと、
前記酸素センサに備えられており、バッテリ電圧が印加されるとともに接地側にスイッチング素子が接続され、前記スイッチング素子がデューティー制御されることにより流れる電流値が制御される電気ヒータと、
前記酸素センサの接地側に接続されており、前記酸素センサにオフセット電圧を印加するオフセット電圧印加回路と、
前記センサ電圧が入力されており、入力されたセンサ電圧がオフセット電圧以上であるときには、前記酸素センサの温度を活性温度以上に保持するように、前記スイッチング素子のデューティー制御をして前記電気ヒータに流れる電流値を調整し、入力されたセンサ電圧がオフセット電圧未満であるときには、前記電気ヒータに流れる電流値が、センサ電圧がオフセット電圧以上であるときに前記電気ヒータに流す電流値よりも大きな予め決めた電流値となるように、前記スイッチング素子のデューティー制御をする電子制御ユニットと、
を有することを特徴とする。

また本発明の酸素センサ用ヒータの制御装置の構成は、
内燃機関に接続された排気管に備えられると共に、活性温度以上になると排気ガスの酸素濃度に応じたセンサ電圧を出力する酸素センサと、
前記酸素センサに備えられており、バッテリ電圧が印加されるとともに接地側にスイッチング素子が接続され、前記スイッチング素子がデューティー制御されることにより流れる電流値が制御される電気ヒータと、
前記酸素センサの接地側に接続されており、前記酸素センサにオフセット電圧を印加するオフセット電圧印加回路と、
前記センサ電圧が入力されており、入力されたセンサ電圧がオフセット電圧以上であるときには、前記酸素センサの温度を活性温度以上に保持するように、前記スイッチング素子のデューティー制御をして前記電気ヒータに流れる電流値を調整し、入力されたセンサ電圧がオフセット電圧未満であるときには、前記電気ヒータに流れる電流値が、センサ電圧がオフセット電圧以上であるときに前記電気ヒータに流す電流値よりも大きな予め決めた電流値となるように、前記スイッチング素子のデューティー制御をし、更に、入力されたセンサ電圧がオフセット電圧以上になったら前記内燃機関の空燃比を前記酸素センサの出力に基づいてフィードバック制御をする電子制御ユニットと、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、オフセット電圧印加回路により酸素センサにオフセット電圧を印加している。このため、酸素センサから出力されるセンサ電圧がオフセット電圧以上になったら、酸素センサの温度が活性温度以上になったと判定でき、センサ電圧がオフセット電圧未満であるときには、酸素センサの温度が活性温度未満であると判定できる。
この結果、酸素センサの温度が活性温度未満であるためセンサ電圧がオフセット電圧未満となっているときには、電気ヒータに大きな電流を流して、迅速に酸素センサの温度を活性温度以上にすることができる。このため、迅速に空燃比制御を開始して、排気ガスの状態を良好に制御することができる。

また、本発明では、酸素センサの温度が活性温度以上になって酸素センサから出力されるセンサ電圧がオフセット電圧以上になったら、空燃比制御を開始する。したがって、センサ電圧がオフセット電圧以上になった場合には、酸素センサの検出電圧は、リーン状態であるかリッチ状態であるかを正確に表しているため、確実な空燃比フィードバック制御をすることができる。

以下に本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づき詳細に説明する。

本発明の実施例１にかかる、酸素センサ用ヒータの制御装置を、図１を参照して説明する。
同図に示すように、酸素センサ１１は、自動車のエンジンに接続された排気管に備えられるものであり、空燃比に応じた内部起電力ｅｏを発生するとともに、内部抵抗Ｒｉを有している。

内部抵抗Ｒｉは、酸素センサ１１の温度が高いと（例えば３００°Ｃ以上になると）小さくなるが、酸素センサ１１の温度が低くなると急峻に増加する特性を有している（図６参照）。
また内部起電力ｅｏは、リッチ側で高電圧、リーン側で低電圧となる。

この酸素センサ１１の出力側は入力抵抗ｒを介して電子制御ユニット１４に接続されており、接地側はオフセット電圧印加回路２０に接続されている。

オフセット電圧印加回路２０は、バッテリ電圧Ｖｂを分圧する分圧抵抗Ｒ２１，Ｒ２２と、バッファアンプ２３とで構成されている。このオフセット電圧印加回路２０は、酸素センサ１１の接地側に、オフセット電圧Ｖｏｆｆ（例えば０．５Ｖ）を印加している。

酸素センサ１１から出力されるセンサ電圧Ｖｓは、図２に示すように、
（１）活性温度未満では、内部抵抗Ｒｉが極めて大きいので、バイアス電圧Ｖｂが印加されていても、零となり、
（２）活性温度以上になると、内部抵抗Ｒｉが小さくなるので、排気ガスの酸素濃度に応じた電圧、つまり、リッチ状態では高電圧となり、リーン状態では低電圧となる。
図２のリッチ状態およびリーン状態の電圧値は、図７に示す従来のリッチ状態及びリーン状態の電圧値に、オフセット電圧Ｖｏｆｆ（０．５Ｖ）を加えた値となっている。

したがって、酸素センサ１の温度が活性温度以上になっているときには、図３に示すように、センサ電圧Ｖｓは、リッチ状態では高電圧、リーン状態では低電圧となる。
図３のリッチ状態およびリーン状態の電圧値は、図８に示す従来のリッチ状態及びリーン状態の電圧値に、オフセット電圧Ｖｏｆｆ（０．５Ｖ）を加えた値となっている。

図４は、横軸がエンジン始動後の経過時間を示しており、縦軸は電子制御ユニット１４に入力されるセンサ電圧Ｖｓを示している。図４のセンサ電圧Ｖｓは、図９に示す従来のセンサ電圧Ｖｓにオフセット電圧Ｖｏｆｆ（０．５Ｖ）を加えた値となっている。

この酸素センサ１１には電気ヒータ１２が備えられている。この電気ヒータ１２には、バッテリ電圧Ｖｂが印加され、電気ヒータ１２のアース側は、スイッチング素子１３を介して接地されている。

酸素センサ１１から出力されるセンサ電圧Ｖｓは、入力抵抗ｒを介して、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１４のアナログ入力ポートに入力される。このアナログ入力ポートに入力されたセンサ電圧Ｖｓは、Ａ／Ｄ変換されて、その電圧値がデジタル情報として電子制御ユニット１４に取り込まれる。
この電子制御ユニット１４には、エンジン負荷や、エンジン回転数や、エンジンの冷却水の温度などの情報も入力されている。

電子制御ユニット１４は、センサ電圧Ｖｓがオフセット電圧Ｖｏｆｆ（０．５Ｖ）以上になったら、空燃比フィードバック制御を開始する。
そして、電子制御ユニット１４は、入力されるセンサ電圧Ｖｓがストイキオ電圧（１．０Ｖ）以上になっているときにはリッチ状態であると判定し、センサ電圧Ｖｓがストイキオ電圧（１．０Ｖ）未満でオフセット電圧Ｖｏｆｆ（０．５Ｖ）以上になっているときには、リーン状態であると判定して、エンジンの空燃比のフィードバック制御を実行する。

更に電子制御ユニット１４は、センサ電圧Ｖｓが、オフセット電圧Ｖｏｆｆ（０．５Ｖ）未満であるときには、酸素センサ１１の温度が活性温度未満になっていると判定する。この状態のときには、空燃比フィードバック制御はしない。

電子制御ユニット１４は、スイッチング素子１３のデューティー制御をしている。このため、デューティー制御により通電率を大きくすると、電気ヒータ１２に流れる電流値が大きくなり、電気ヒータ１２の発熱量が増加する。逆に、デューティー制御により通電率を小さくすると、電気ヒータ１２に流れる電流値が小さくなり、電気ヒータ１２の発熱量が減少する。

電子制御ユニット１４による、本実施例における、スイッチング素子１３のデューティー制御は、次のようにしている。

（１）センサ電圧Ｖｓの電圧値が、オフセット電圧Ｖｏｆｆ（０．５Ｖ）以上である時。
このときには、電子制御ユニット１４は、エンジンの運転状況にかかわらず酸素センサ１１の温度を活性温度以上に保持するように、電気ヒータ１２に供給する電流値を、例えば、機関負荷や機関回転数に応じて調整するように、スイッチング素子１３のデューティー制御をする。
（２）センサ電圧Ｖｓの電圧値が、オフセット電圧Ｖｏｆｆ（０．５Ｖ）未満である時。
このときには、電子制御ユニット１４は、酸素センサ１１の温度を直ちに上昇させて活性温度以上になるようにするため、電気ヒータ１２に供給する電流値が予め決めた大きな急昇温電流値となるように、スイッチング素子１３のデューティー制御をする。
この「急昇温電流値」は、センサ電圧Ｖｓの電圧値がオフセット電圧Ｖｏｆｆ（０．５Ｖ）以上になっている時に電気ヒータ１２に流す電流値よりも大きい値に設定している。

［第１の状況における制御動作］
かかる本実施例では、エンジン始動後のセンサ電圧Ｖｓの電圧値が、オフセット電圧Ｖｏｆｆ（０．５Ｖ）未満となっている時には、電気ヒータ１２に供給する電流値が予め決めた大きな急昇温電流値となるように、スイッチング素子１３のデューティー制御をするため、活性温度未満となっていた酸素センサ１１の温度は、直ちに上昇して活性温度以上になる。

したがって、エンジン温度が低くなっているエンジンを始動したときには、酸素センサ１１の温度は速やかに活性温度以上になる。つまり、図４において、エンジン始動時点から、酸素センサ１１の温度が活性温度以上になる時点までの期間ｉが短くなる。
そして、期間ｉを過ぎ、センサ電圧Ｖｓがオフセット電圧Ｖｏｆｆ（０．５Ｖ）以上になることにより、空燃比フィードバック制御を開始することができる。

よって、冷態状態となっているエンジンを始動してから、空燃比フィードバック制御を開始するまでの期間（つまり期間ｉ）が、従来に比べて短くなる。このように空燃比フィードバック制御を早めに開始することができるので、冷態状態のエンジンを始動したときには、エンジン始動から短時間経過するだけで、排ガスの状態を良好に制御することができる。

［第２の状態における制御動作］
また、エンジンを一旦停止させた後に、直ちに（例えば１０秒後に）エンジンを始動させたため、酸素センサ１の温度が高温（例えば４００°Ｃ）になっている状態では、センサ電圧Ｖｓがオフセット電圧Ｖｏｆｆ（０．５Ｖ）以上になっている。
このため、電気ヒータ１２に流す電流値は、酸素センサ１１の温度が活性温度以上に保持される程度の電流値に抑えられるので、酸素センサ１１が必要以上に加熱されることはない。したがって、排気管内に発生した水が、酸素センサ１１に付着したとしても、酸素センサ１１が割れることはない。
また、センサ電圧Ｖｓがオフセット電圧Ｖｏｆｆ（０．５Ｖ）以上になっているため、直ちに空燃比フィードバック制御が開始される結果、エンジンを再始動をしたら直ちに、排ガスの状態を良好に制御することができる。

［第３の状態における制御動作］
また、エンジンを一旦停止させた後に、比較的短い時間が経過したとき（例えばエンジン停止から１０分経過したとき）にエンジンを始動させたため、エンジンの暖機状態が維持されてエンジン水温が例えば８０°Ｃとなっているが、酸素センサ１は熱容量が小さいため素子冷えして外気温程度になっている状態では、センサ電圧はオフセット電圧Ｖｏｆｆ（０．５Ｖ）未満になっている。

このように、センサ電圧Ｖｓの電圧値が、オフセット電圧Ｖｏｆｆ（０．５Ｖ）よりも小さい時には、電気ヒータ１２に供給する電流値が予め決めた大きな急昇温電流値となるように、スイッチング素子１３のデューティー制御をするため、活性温度未満となっていた酸素センサ１１の温度は、直ちに上昇して活性温度以上になる。このようにして、センサ電圧Ｖｓがオフセット電圧Ｖｏｆｆ（０．５Ｖ）以上になるため、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。

エンジンの暖機状態が維持されている場合には、直ちに空燃比制御を開始したいという要請があるが、本実施例では、このような要請を満足することができ、エンジン始動から短時間経過するだけで、排ガスの状態を良好に制御することができる。
よって従来技術の第１の問題点を解決することができる。

［第４の状態における制御動作］
更に、自動車が長い坂道を長時間にわたって下る走行をして、エンジンへの燃料をカットするエンジン制御が行なわれたため、酸素センサ１１が素子冷えして活性温度未満となってしまった状態では、センサ電圧Ｖｓがオフセット電圧Ｖｏｆｆ（０．５Ｖ）未満になってしまう（図４の期間ｉｉの状態）。

このように、センサ電圧Ｖｓの電圧値が、オフセット電圧Ｖｏｆｆ（０．５Ｖ）未満になった時には、電気ヒータ１２に供給する電流値が予め決めた大きな急昇温電流値となるように、スイッチング素子１３のデューティー制御をするため、活性温度未満となっていた酸素センサ１１の温度は、直ちに上昇して活性温度以上になる。このようにして、センサ電圧Ｖｓがオフセット電圧Ｖｏｆｆ（０．５Ｖ）以上になることにより、エンジンへの燃料カットをするエンジン制御を行なっている状態でも、空燃比フィードバック制御を早期に再開することができる。
よって従来技術の第２の問題点を解決することができる。

［断線検出の動作］
なお、電子制御ユニット１４は、センサ電圧Ｖｓを監視することにより、酸素センサ１１と電子制御ユニット１４とを接続する電線の断線検出をすることもできる。
つまり、酸素センサ１１の温度が活性温度以上の状態であるときには、
（１）断線が無い場合には、リーン状態やリッチ状態にかかわらず、センサ電圧Ｖｓは必ずオフセット電圧Ｖｏｆｆ（０．５Ｖ）以上となっているが、
（２）断線が発生した場合には、センサ電圧Ｖｓが零になる。
このように、酸素センサ１１の温度が活性温度以上の状態であるにもかかわらず、センサ電圧Ｖｓが零になると、断線と判定することができる。

本発明の実施例にかかる酸素センサ用ヒータの制御装置を示すブロック図。 本発明の実施例における酸素センサの、センサ温度とセンサ電圧との関係を示す特性図。 本発明の実施例における酸素センサの、空燃比とセンサ電圧との関係を示す特性図。 本発明の実施例における酸素センサの、エンジン始動時からの経過時間とセンサ電圧との関係を示す特性図。 従来技術にかかる酸素センサ用ヒータの制御装置を示すブロック図。 酸素センサの温度と内部抵抗との関係を示す特性図。 従来技術における酸素センサの、センサ温度とセンサ電圧との関係を示す特性図。 従来技術における酸素センサの、空燃比とセンサ電圧との関係を示す特性図。 従来技術における酸素センサの、エンジン始動時からの経過時間とセンサ電圧との関係を示す特性図。

符号の説明

１，１１ 酸素センサ
２，１２ 電気ヒータ
３，１３ スイッチング素子
４，１４ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２０ オフセット電圧印加回路
Ｒ２１，Ｒ２２ 分圧抵抗
２３ バッファアンプ
ｅｏ 内部起電力
Ｒｉ 内部抵抗
Ｖｓ センサ電圧
Ｖｏｆｆ オフセット電圧
Ｖｂ バッテリ電圧
ｒ 入力抵抗

Claims (2)

1. 内燃機関に接続された排気管に備えられると共に、活性温度以上になると排気ガスの酸素濃度に応じたセンサ電圧を出力する酸素センサと、
   前記酸素センサに備えられており、バッテリ電圧が印加されるとともに接地側にスイッチング素子が接続され、前記スイッチング素子がデューティー制御されることにより流れる電流値が制御される電気ヒータと、
   前記酸素センサの接地側に接続されており、前記酸素センサにオフセット電圧を印加するオフセット電圧印加回路と、
   前記センサ電圧が入力されており、入力されたセンサ電圧がオフセット電圧以上であるときには、前記酸素センサの温度を活性温度以上に保持するように、前記スイッチング素子のデューティー制御をして前記電気ヒータに流れる電流値を調整し、入力されたセンサ電圧がオフセット電圧未満であるときには、前記電気ヒータに流れる電流値が、センサ電圧がオフセット電圧以上であるときに前記電気ヒータに流す電流値よりも大きな予め決めた電流値となるように、前記スイッチング素子のデューティー制御をする電子制御ユニットと、
   を有することを特徴とする酸素センサ用ヒータの制御装置。
2. 内燃機関に接続された排気管に備えられると共に、活性温度以上になると排気ガスの酸素濃度に応じたセンサ電圧を出力する酸素センサと、
   前記酸素センサに備えられており、バッテリ電圧が印加されるとともに接地側にスイッチング素子が接続され、前記スイッチング素子がデューティー制御されることにより流れる電流値が制御される電気ヒータと、
   前記酸素センサの接地側に接続されており、前記酸素センサにオフセット電圧を印加するオフセット電圧印加回路と、
   前記センサ電圧が入力されており、入力されたセンサ電圧がオフセット電圧以上であるときには、前記酸素センサの温度を活性温度以上に保持するように、前記スイッチング素子のデューティー制御をして前記電気ヒータに流れる電流値を調整し、入力されたセンサ電圧がオフセット電圧未満であるときには、前記電気ヒータに流れる電流値が、センサ電圧がオフセット電圧以上であるときに前記電気ヒータに流す電流値よりも大きな予め決めた電流値となるように、前記スイッチング素子のデューティー制御をし、更に、入力されたセンサ電圧がオフセット電圧以上になったら前記内燃機関の空燃比を前記酸素センサの出力に基づいてフィードバック制御をする電子制御ユニットと、
   を有することを特徴とする酸素センサ用ヒータの制御装置。

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