JP2824311B2 - Oxygen sensor heater control device - Google Patents

Oxygen sensor heater control device

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JP2824311B2
JP2824311B2 JP2057455A JP5745590A JP2824311B2 JP 2824311 B2 JP2824311 B2 JP 2824311B2 JP 2057455 A JP2057455 A JP 2057455A JP 5745590 A JP5745590 A JP 5745590A JP 2824311 B2 JP2824311 B2 JP 2824311B2
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、感ガス素子を加熱するヒータを備えた酸素
センサのヒータ制御装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a heater control device for an oxygen sensor having a heater for heating a gas-sensitive element.

[従来の技術] 従来より、内燃機関等の排気中の酸素濃度を検出する
酸素センサとしては、例えばTiO2,CoO,NiOなどの遷移金
属元素の酸化物或はSnO等の様に、ガスが接触した場合
に電気抵抗が変化する感ガス性の金属酸化物(感ガス素
子)を使用したものがあり、通常、この様な感ガス素子
には、反応を促進するために白金等の触媒が担持されて
いる。
[Prior art] Conventionally, as an oxygen sensor for detecting the oxygen concentration in exhaust gas of an internal combustion engine or the like, a gas such as an oxide of a transition metal element such as TiO 2 , CoO, NiO or SnO is used. Some gas-sensitive metal oxides (gas-sensitive elements) whose electrical resistance changes when they come into contact with them. Usually, such gas-sensitive elements include a catalyst such as platinum to promote the reaction. It is carried.

この種の酸素センサでは、酸素濃度を正確にかつ安定
的に検出するために、ヒータに通電して感ガス素子を加
熱し活性化させており、更に、ヒータに印加する電圧を
調節して、感ガス素子の温度(以下、素子温度という)
を活性化に好適な温度範囲に保つ制御が行われている。
In this type of oxygen sensor, in order to accurately and stably detect the oxygen concentration, the heater is energized to heat and activate the gas-sensitive element, and the voltage applied to the heater is adjusted. Temperature of gas-sensitive element (hereinafter referred to as element temperature)
Is controlled to keep the temperature in a temperature range suitable for activation.

このため、従来より、ヒータの内部抵抗を測定し、そ
の抵抗の大きさが、一定になるようにヒータ印加電圧を
増減制御することで、素子温度を所定温度範囲に保つヒ
ータ通電制御装置が考えられている。
For this reason, a heater energization control device that measures the internal resistance of the heater and controls the heater applied voltage so that the magnitude of the resistance is constant to thereby keep the element temperature within a predetermined temperature range has been considered. Have been.

或は、内燃機関の吸気圧と回転数とに応じたヒータ電
力値を予め設定し、内燃機関の運転状態に応じて、その
運転状態に対応する設定電力値となるように、ヒータ印
加電圧を制御することで、素子温度を所定温度範囲に保
つヒータ通電制御装置も考えられている。
Alternatively, a heater power value corresponding to the intake pressure and the rotation speed of the internal combustion engine is set in advance, and the heater applied voltage is set according to the operation state of the internal combustion engine so as to have a set power value corresponding to the operation state. A heater energization control device that controls the element temperature within a predetermined temperature range by controlling the temperature is also considered.

[発明が解決しようとする課題] しかし、前者の装置には、ヒータ抵抗と素子温度との
相関特性についての酸素センサ間の個体差が大きいた
め、個々の酸素センサの特性に応じた適切なヒータ印加
電圧の制御が困難であった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the former device, since there is a large individual difference between the oxygen sensors in the correlation characteristic between the heater resistance and the element temperature, an appropriate heater according to the characteristics of each oxygen sensor is used. It was difficult to control the applied voltage.

一方、後者の装置には、ヒータ電力値の実測に多大な
労力が必要であるといった問題に加えて、設定したヒー
タ電力値も内燃機関の種別毎に補正しなければならない
という問題がある。
On the other hand, in the latter device, in addition to the problem that a great deal of labor is required for actually measuring the heater power value, there is a problem that the set heater power value must be corrected for each type of the internal combustion engine.

更に、被毒等によって酸素センサの触媒活性の能力が
変化した場合には、従来のヒータの制御では、好適に酸
素濃度を検出できないという問題がある。
Further, when the catalytic activity of the oxygen sensor changes due to poisoning or the like, there is a problem that the conventional heater control cannot detect the oxygen concentration appropriately.

そこで、本発明は、個々の酸素センサの特性に応じて
適切にヒータ印加電圧を制御できる酸素センサのヒータ
通電制御装置を提供することを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a heater energization control device for an oxygen sensor that can appropriately control a heater applied voltage according to the characteristics of each oxygen sensor.

[課題を解決するための手段] 前記問題点を解決するためになされた請求項1記載の
酸素センサのヒータ制御装置は、第1図に例示するよう
に、 内燃機関の排気系に備えられ、ガスが接触した場合に
電気抵抗が変化する感ガス素子と該感ガス素子を加熱す
るヒータHとを備えた酸素センサSのヒータ制御装置で
あって、 上記ヒータHに印加する電圧を調整できるヒータ通電
手段M1と、 上記酸素センサSが出力するリーン出力信号及びリッ
チ出力信号に基づき、該リーン出力信号とリッチ出力信
号との中央値を求める中央値算出手段M2と、 該中央値算出手段M2によって算出された中央値と、上
記酸素センサSの出力基準値として予め定められた設定
値とを比較し、該中央値と該設定値との大小を判定する
出力判定手段M3と、 該出力判定手段M3によって上記中央値が上記設定値を
上回ると判定された場合には、上記ヒータ通電手段M1に
よるヒータ印加電圧を減少させるヒータ印加電圧低減手
段M4と、 上記出力判定手段M3によって上記中央値が上記設定値
を下回ると判定された場合には、上記ヒータ通電手段M1
によるヒータ印加電圧を増加させるヒータ印加電圧増加
手段M5と、 を備えたことを特徴とする酸素センサのヒータ制御装
置にある。
[Means for Solving the Problems] A heater control device for an oxygen sensor according to claim 1, which has been made to solve the above problems, is provided in an exhaust system of an internal combustion engine, as exemplified in FIG. What is claimed is: 1. A heater control device for an oxygen sensor S, comprising: a gas-sensitive element whose electric resistance changes when gas comes in contact therewith; and a heater H for heating said gas-sensitive element, wherein said heater is capable of adjusting a voltage applied to said heater H An energizing means M1, a median calculating means M2 for obtaining a median between the lean output signal and the rich output signal based on the lean output signal and the rich output signal output from the oxygen sensor S, and a median calculating means M2 An output determining means M3 for comparing the calculated median value with a predetermined set value as an output reference value of the oxygen sensor S to determine the magnitude of the median value and the set value; M3 Therefore, when it is determined that the median value exceeds the set value, the heater application voltage reducing means M4 for reducing the heater applied voltage by the heater energizing means M1 and the output determining means M3 set the median value to the set value. If it is determined that the temperature is below the value, the heater energizing means M1
And a heater application voltage increasing means M5 for increasing the heater application voltage according to (1).

[作用] 以上のように構成された請求項1の酸素センサのヒー
タ制御装置によれば、 ヒータ通電手段M1が、酸素センサSのヒータに通電を
行い、ヒータHの発熱によりガスが接触した場合に電気
抵抗が変化する感ガス素子が活性化すると、酸素センサ
Sは、燃料混合気の空燃比がリーンのときにはリーン出
力信号を出力し、同空燃比がリッチのときにはリッチ出
力信号を出力する。
[Operation] According to the heater control device for an oxygen sensor according to claim 1 configured as described above, the heater energizing means M1 energizes the heater of the oxygen sensor S, and the gas is contacted by the heat generated by the heater H. When the gas sensing element whose electric resistance changes is activated, the oxygen sensor S outputs a lean output signal when the air-fuel ratio of the fuel mixture is lean, and outputs a rich output signal when the air-fuel ratio is rich.

ここで、中央値算出手段M2によって、リーン出力信号
及びリッチ出力信号に基づき、リーン出力信号とリッチ
出力信号との中央値を求める。次いで出力判定手段M3に
よって、その中央値と、酸素センサSの出力基準値とし
て予め定められた設定値とを比較して、中央値と設定値
との大小を判定する。
Here, the median value calculating means M2 calculates a median value between the lean output signal and the rich output signal based on the lean output signal and the rich output signal. Next, the output determination means M3 compares the median value with a set value predetermined as an output reference value of the oxygen sensor S, and determines the magnitude of the median value and the set value.

この判定により、中央値が設定値を上回ると判断され
た場合には、ヒータ印加電圧低減手段M4によって、ヒー
タ通電手段M1を駆動してヒータ印加電圧を減少させるの
で、ヒータの温度は下がる。
If it is determined that the median value is greater than the set value, the heater applied voltage is reduced by driving the heater energizing means M1 by the heater applied voltage reducing means M4, so that the temperature of the heater is decreased.

一方、中央値が設定値を下回ると判定された場合に
は、ヒータ印加電圧増加手段M5によって、ヒータ通電手
段M1を駆動してヒータ印加電圧を増加させるので、ヒー
タの温度は上がる。
On the other hand, when it is determined that the median value is lower than the set value, the heater applied voltage is increased by driving the heater energizing means M1 by the heater applied voltage increasing means M5, so that the temperature of the heater increases.

つまり、本発明では、中央値が設定値を上回るとヒー
タの温度を下げ、下回るとヒータの温度を上げるように
動作する。
That is, in the present invention, the operation is such that when the median value exceeds the set value, the temperature of the heater is decreased, and when the median value is less than the set value, the temperature of the heater is increased.

以下、この様に構成した理由について説明する。 Hereinafter, the reason for such a configuration will be described.

ガスが接触した場合に電気抵抗が変化する感ガス素子
を備えた酸素センサにおいては、ヒータにより加熱され
た感ガス素子の温度が適性範囲にあるときには、リッチ
出力信号及びリーン出力信号は、共に一定レベルに安定
している。しかし、素子温度が適性範囲を上回ると、リ
ッチ出力信号は一定レベルに安定しているが、リーン出
力信号は温度上昇に連れて上がる傾向にあり、また、素
子温度が適性範囲を下回ると、リーン出力信号は一定レ
ベルに安定しているが、リッチ出力信号は温度下降に連
れて下がる傾向にある。
In an oxygen sensor having a gas-sensitive element whose electric resistance changes when gas comes in contact, when the temperature of the gas-sensitive element heated by the heater is within an appropriate range, both the rich output signal and the lean output signal are constant. Level stable. However, when the element temperature exceeds the appropriate range, the rich output signal is stabilized at a constant level, but the lean output signal tends to increase as the temperature rises, and when the element temperature falls below the appropriate range, the lean output signal increases. The output signal is stable at a constant level, but the rich output signal tends to decrease as the temperature decreases.

倒えば、その一例を第5図に示す。第5図は、内燃機
関に取り付けられた酸素センサであり、例えばリーン時
の空気過剰率λ=0.9、リッチ時の空気過剰率λ=1.1の
雰囲気下で、ヒータ印加電圧を変えて、酸素センサのリ
ーン出力信号及びリッチ出力信号と素子温度をプロット
したものである。
If it falls down, an example is shown in FIG. FIG. 5 shows an oxygen sensor attached to an internal combustion engine. For example, in an atmosphere with an excess air ratio λ = 0.9 at the time of lean and an excess air ratio λ = 1.1 at the time of rich, the oxygen sensor is changed by changing the heater applied voltage. 3 is a plot of the lean output signal and the rich output signal of FIG.

図から判るように、素子温度が650℃前後の範囲で
は、リッチ出力信号とリーン出力信号との中央値は、ほ
ぼ一定である。よって、仮にこの中央値を設定値とすれ
ば、例えば、素子温度が700℃を上回ると、その領域に
おいては、温度上昇につれてリーン出力信号が上昇する
ので、中央値も上がり設定値を上回る。従って、このと
きには、ヒータ温度を下げて、即ち、ヒータ印加電圧を
下げて、素子温度を適性範囲に下げれば、リーン出力信
号が安定することになる。
As can be seen from the figure, when the element temperature is in the range of about 650 ° C., the median between the rich output signal and the lean output signal is substantially constant. Therefore, if the median value is set as a set value, for example, when the element temperature exceeds 700 ° C., in that region, the lean output signal increases as the temperature rises, so that the median value also increases and exceeds the set value. Therefore, at this time, if the heater temperature is lowered, that is, the heater applied voltage is lowered to lower the element temperature to an appropriate range, the lean output signal becomes stable.

一方、素子温度が600℃を下回ると、その領域におい
ては、温度下降につれてリッチ出力信号が下降するの
で、中央値も下がり設定値を下回る。従って、このとき
には、ヒータ温度を上げて、即ち、ヒータ印加電圧を上
げて、素子温度を適性範囲内に上げれば、リッチ出力信
号が安定することになる。
On the other hand, when the element temperature falls below 600 ° C., in that region, the rich output signal falls as the temperature falls, so that the median value also falls below the set value. Therefore, at this time, if the heater temperature is raised, that is, the heater applied voltage is raised, and the element temperature is raised within an appropriate range, the rich output signal becomes stable.

上述した様に、酸素センサの出力基準値として予め定
められた設定値と、リーン出力信号及びリッチ出力信号
の中央値とを比較し、中央値が設定値を上回るときには
ヒータ印加電圧を下げ、逆に中央値が設定値を下回ると
きには、ヒータ印加電圧を増加させることで、酸素セン
サの出力信号を常に安定させることが可能となる。
As described above, the preset value set as the output reference value of the oxygen sensor is compared with the median value of the lean output signal and the rich output signal, and when the median value exceeds the set value, the heater applied voltage is reduced, and When the median value is lower than the set value, the output signal of the oxygen sensor can always be stabilized by increasing the heater applied voltage.

[実施例] 以下、本発明を適用した実施例を図面に基づいて説明
する。第2図は実施例の酸素センサのヒータ制御装置の
システム構成図である。
[Example] Hereinafter, an example to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a system configuration diagram of a heater control device of the oxygen sensor according to the embodiment.

同図に示すように、酸素センサのヒータ制御装置1
は、エンジン2の状態を検出して空燃比等の各種の制御
を行う電子制御装置(以下単にECUと呼ぶ)3を備えて
いる。
As shown in FIG.
Is provided with an electronic control unit (hereinafter simply referred to as ECU) 3 for detecting various states of the engine 2 and performing various controls such as an air-fuel ratio.

エンジン2は、シリンダ4、ピストン5及びシリンダ
ヘッド6から構成される燃焼室7を備え、燃焼室7には
点火プラグ8が配置されている。
The engine 2 includes a combustion chamber 7 including a cylinder 4, a piston 5, and a cylinder head 6, and an ignition plug 8 is disposed in the combustion chamber 7.

エンジン2の吸気系は、吸気バルブ9、吸気ポート1
0、吸気管11、吸気空気の脈動を吸収するサージタンク1
2、吸入空気量を調節するスロットルバルブ14及びエア
クリーナ15から構成されている。エンジン2の排気系
は、排気バルブ16、排気ポート17、排気マニホールド1
8、三元触媒を充填した触媒コンバータ19及び排気管20
から構成されている。
The intake system of the engine 2 has an intake valve 9, an intake port 1
0, intake pipe 11, surge tank 1 to absorb pulsation of intake air
2. It is composed of a throttle valve 14 for adjusting the amount of intake air and an air cleaner 15. The exhaust system of the engine 2 includes an exhaust valve 16, an exhaust port 17, an exhaust manifold 1
8, catalytic converter 19 and exhaust pipe 20 filled with three-way catalyst
It is composed of

エンジン2の点火系は、点火に必要な高電圧を出力す
るイグナイタ21及び図示しないクランク軸に連動してイ
グナイタ21で発生した高電圧を点火プラグ8に分配供給
するディストリビュータ22から構成されている。
The ignition system of the engine 2 includes an igniter 21 that outputs a high voltage required for ignition and a distributor 22 that distributes and supplies the high voltage generated by the igniter 21 to the ignition plug 8 in conjunction with a crankshaft (not shown).

エンジン2の燃料系統は、フューエルタンク(図示
略)からの燃料を吸気ポート10近傍に噴射する電磁式の
燃料噴射弁25から構成されている。
The fuel system of the engine 2 includes an electromagnetic fuel injection valve 25 that injects fuel from a fuel tank (not shown) to the vicinity of the intake port 10.

また、エンジン2の運転状態を検出するセンサとし
て、吸入空気の圧力を検出する吸気圧センサ31、吸入空
気の温度を検出する吸気温センサ32、スロットルバルブ
14の開度を検出するスロットルポジションセンサ33、冷
却水温度を検出する水温センサ35、触媒コンバータ19に
流入する前の排ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ
としての酸素センサ36、ディストリビュータ22のカムシ
ャフトの1回転毎に基準信号を出力する気筒判別センサ
38、ディストリビュータ22のカムシャフト1/24回転毎に
回転角信号を出力する回転数センサ39等を備えている。
Further, as sensors for detecting the operating state of the engine 2, an intake pressure sensor 31 for detecting the pressure of the intake air, an intake temperature sensor 32 for detecting the temperature of the intake air, a throttle valve
A throttle position sensor 33 for detecting the opening of 14, a water temperature sensor 35 for detecting the temperature of the cooling water, an oxygen sensor 36 as an oxygen sensor for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas before flowing into the catalytic converter 19, and a cam for the distributor 22 Cylinder discrimination sensor that outputs a reference signal for each rotation of the shaft
38, a rotation speed sensor 39 for outputting a rotation angle signal every 1/24 rotation of the camshaft of the distributor 22 is provided.

前記各センサの検出信号はECU3に入力され、その信号
に基づいてエンジン2の回転数や空燃比等の制御が行わ
れる。このECU3は、周知のCPU3a、ROM3b、RAM3c、バッ
クアップRAM3d、タイマ3eを中心に論理演算回路として
構成され、コモンバス3fを介して入出力ポート3gに接続
されて外部との入出力を行う。
The detection signal of each sensor is input to the ECU 3, and the control of the engine speed, the air-fuel ratio, and the like is performed based on the signal. The ECU 3 is configured as a logical operation circuit centered on a known CPU 3a, ROM 3b, RAM 3c, backup RAM 3d, and timer 3e, and is connected to an input / output port 3g via a common bus 3f to perform input / output with the outside.

更に、ECU3は、吸気圧センサ31、吸気温センサ32、ス
ロットルポジションセンサ33、水温センサ35、酸素セン
サ36の検出信号を、A/D変換器3h及び入出力ポート3gを
介して入力する。また、気筒判別センサ38、回転数セン
サ39の検出信号を波形整形回路3i及び入出力ポート3gを
介して入力する。
Further, the ECU 3 inputs detection signals of the intake pressure sensor 31, the intake temperature sensor 32, the throttle position sensor 33, the water temperature sensor 35, and the oxygen sensor 36 via the A / D converter 3h and the input / output port 3g. Further, detection signals from the cylinder discrimination sensor 38 and the rotation speed sensor 39 are input via the waveform shaping circuit 3i and the input / output port 3g.

CPU3aは、入出力ポート3g及び駆動回路3jを介して、
前記イグナイタ21及び燃料噴射弁25の駆動を制御する。
また、入出力ポート3g及び出力電圧を調整可能な周知の
アプログラマブル電源3kを介して、酸素センサ36のヒー
タ印加電圧を制御する(後に詳述する)。
The CPU 3a, via the input / output port 3g and the drive circuit 3j,
The drive of the igniter 21 and the fuel injection valve 25 is controlled.
Further, the heater control voltage of the oxygen sensor 36 is controlled via the input / output port 3g and the well-known programmable power supply 3k capable of adjusting the output voltage (described later in detail).

酸素センサ36は、周囲のガスが接触したときに電気抵
抗が変化する。例えばTiO2等の感ガス性の金属酸化物
(感ガス素子)と、この感ガス素子を加熱するヒータ
(図示略)とを主要部として構成され、エンジン2の排
気中の酸素濃度に応じて、即ち空燃比に応じて電気信号
を出力する。
The electrical resistance of the oxygen sensor 36 changes when the surrounding gas comes into contact. For example, a gas-sensitive metal oxide such as TiO 2 (gas-sensitive element) and a heater (not shown) for heating the gas-sensitive element are configured as main parts, and according to the oxygen concentration in the exhaust gas of the engine 2. That is, an electric signal is output according to the air-fuel ratio.

尚、前記ECU3のバックアップRAM3dは、イグニッショ
ンスイッチ(図示略)を介することのない経路より電力
が供給され、後述するヒータ印加電圧VHのデータVHD等
が、イグニッションスイッチの状態にかかわらず保持さ
れる様に構成されている。
The backup RAM 3d of the ECU 3 is supplied with power from a path that does not pass through an ignition switch (not shown), and data VHD of a heater application voltage VH described later is held regardless of the state of the ignition switch. Is configured.

次に、第3図のフローチャートに基づいて、上記ECU3
の実行する酸素センサ36のヒータ通電制御の処理につい
て、順次説明する。尚、本処理は、酸素センサ36の出力
を用いて、空燃比のフィードバック制御を行う際に実施
される。
Next, based on the flowchart of FIG.
The process of the heater energization control of the oxygen sensor 36 executed by the above will be sequentially described. This process is performed when performing feedback control of the air-fuel ratio using the output of the oxygen sensor 36.

まず、ヒータの印加電圧VHに標準電圧VSTDを設定し
てヒータの通電を行う処理を実行し、感ガス素子の活性
化を行う(ステップ100)。
First, a process of setting the standard voltage VSTD to the applied voltage VH of the heater and energizing the heater is executed to activate the gas-sensitive element (step 100).

そして、空燃比をリッチ(例えば空気過剰率λ=0.
9)に設定し(ステップ105)、その状態で感ガス素子が
活性化したか否かを判断する(ステップ110)。即ち、
素子温が500℃以下の活性化していない状態では、リッ
チ雰囲気でも酸素センサ36の出力信号は500mV以下であ
るので、例えばその出力信号が500mVを上回る場合に
は、素子が活性と判定するものである。
Then, the air-fuel ratio is made rich (for example, the excess air ratio λ = 0.
9) is set (step 105), and it is determined whether or not the gas-sensitive element is activated in that state (step 110). That is,
In the state where the element temperature is not activated at 500 ° C. or less, the output signal of the oxygen sensor 36 is 500 mV or less even in a rich atmosphere.For example, if the output signal exceeds 500 mV, the element is determined to be active. is there.

ここで、素子が活性化していないと判定された場合に
は、ヒータ印加電圧VHをΔVだけ上昇させてより強く加
熱を行い(ステップ115)、再びステップ110で素子の活
性化の判定を行う。
Here, when it is determined that the element is not activated, the heater application voltage VH is increased by ΔV to perform heating more strongly (step 115), and the activation of the element is determined again in step 110.

一方、素子が活性化したと判定された場合には、酸素
センサ36の出力に基づいて、燃料噴射弁25等を駆動制御
して、空燃比のフィードバック制御を行う(ステップ12
0)。
On the other hand, when it is determined that the element has been activated, the fuel injection valve 25 and the like are drive-controlled based on the output of the oxygen sensor 36 to perform the air-fuel ratio feedback control (step 12).
0).

このフィードバック制御を行った状態で、酸素センサ
36の出力信号レベルの極大値及び極小値を検出する。即
ち、リーン時(例えばλ=1.02)の酸素センサ36の出力
信号レベル(以下、リーン出力信号という)VLを検出
し(ステップ130)、それとともに、リッチ時(例えば
λ=0.98)の酸素センサ36の出力信号レベル(以下、リ
ッチ出力信号という)VRを検出する(ステップ140)。
With this feedback control, the oxygen sensor
The maximum value and the minimum value of the output signal level of 36 are detected. That is, the output signal level (hereinafter, referred to as a lean output signal) VL of the oxygen sensor 36 at the time of lean operation (for example, λ = 1.02) is detected (step 130), and the oxygen sensor 36 at the time of rich operation (for example, λ = 0.98) is detected. (Hereinafter referred to as a rich output signal) VR (step 140).

次に、上記ステップ130及び140で検出したリーン出力
信号VLとリッチ出力信号VRとから、それらの中央値
(スライスレベル)VSLを算出する(VSL←(VL+V
R)/2、ステップ150)。続いて、その中央値VSLと酸素
センサ36の出力基準値として予め定められた設定値VST
Dとが等しいか否かを判断する(ステップ160)。
Next, from the lean output signal VL and the rich output signal VR detected in steps 130 and 140, a median value (slice level) VSL is calculated (VSL ← (VL + V
R) / 2, step 150). Subsequently, the median value VSL and a predetermined set value VST as an output reference value of the oxygen sensor 36 are determined.
It is determined whether or not D is equal (step 160).

そして、このステップ160で、中央値VSLと設定値VS
TDとが等しくないと判断されたときには、中央値VSLが
設定値VSTDを下回っているか否かを判断し(ステップ1
70)、ここで、中央値VSLが設定値VSTDを下回ってい
るときには、ヒータ印加電圧VHをΔVだけ増加した電圧
(VH+ΔV)をヒータ印加電圧VHとして設定してヒータ
の通電を行い(ステップ180)、ステップ130に戻る。
Then, in step 160, the median value VSL and the set value VS
When it is determined that TD is not equal, it is determined whether the median value VSL is lower than the set value VSTD (step 1).
70) Here, when the median value VSL is lower than the set value VSTD, a voltage (VH + ΔV) obtained by increasing the heater applied voltage VH by ΔV is set as the heater applied voltage VH, and the heater is energized (step 180). Then, the process returns to step 130.

一方、中央値VSLが設定値VSTDを上回っているとき
には、ヒータ印加電圧VHをΔVだけ低減した電圧(VH−
ΔV)をヒータ印加電圧VHとして設定してヒータの通電
を行い(ステップ190)、ステップ130に戻る。
On the other hand, when the median value VSL is higher than the set value VSTD, the voltage (VH−
ΔV) is set as the heater applied voltage VH, the heater is energized (step 190), and the process returns to step 130.

一方、ステップ160で、中央値VSLが設定値VSTDに等
しいと判断された場合には、リーン信号出力VLが予め
定められたリーン設定値VL0以上であるか否かを判定す
る(ステップ200)。
On the other hand, if it is determined in step 160 that the median value VSL is equal to the set value VSTD, it is determined whether the lean signal output VL is equal to or greater than a predetermined lean set value VL0 (step 200).

ステップ200で肯定判断されると、リッチ信号出力VR
が予め定められた設定値VR0以下であるか否かを判定す
る(ステップ210)。
If a positive determination is made in step 200, the rich signal output VR
Is determined to be equal to or less than a predetermined set value VR0 (step 210).

このステップ210で肯定判断されると、つまり、リー
ン信号出力VLとリッチ信号出力VRとが、VL≧VL0か
つVR≦VR0の場合には、ヒータ印加電圧VHをΔV増加
させて(ステップ220)、ステップ130に戻る。尚、上記
ステップ200,210で否定判断された場合にも、ステップ1
30に戻る。
If a positive determination is made in step 210, that is, if the lean signal output VL and the rich signal output VR are VL ≧ VL0 and VR ≦ VR0, the heater applied voltage VH is increased by ΔV (step 220). Return to step 130. Note that even if a negative determination is made in steps 200 and 210, step 1
Return to 30.

上記処理の結果、中央値VSLと設定値VSTDとが等し
くなるように、ヒータ印加電圧VHが増減制御される。従
って、前述したように、ヒータにより加熱された感ガス
素子の温度が適性範囲になり、リッチ出力信号VR及び
リーン出力信号VLは、共に一定レベルに安定する。
As a result of the above processing, the heater applied voltage VH is controlled to increase or decrease so that the median value VSL and the set value VSTD become equal. Therefore, as described above, the temperature of the gas-sensitive element heated by the heater falls within an appropriate range, and both the rich output signal VR and the lean output signal VL are stabilized at a constant level.

また、酸素センサ36の出力信号の振幅が小さいときに
は、ヒータに大きな電圧を印加して素子温を上昇させる
ので、触媒が十分に活性化し好適に空燃比の検出ができ
る。
Further, when the amplitude of the output signal of the oxygen sensor 36 is small, a large voltage is applied to the heater to increase the element temperature, so that the catalyst is sufficiently activated and the air-fuel ratio can be suitably detected.

次に、本実施例の酸素センサ36のヒータ制御装置1を
用いて、その効果を確認した実験例について説明する。
Next, an experimental example in which the effect is confirmed using the heater control device 1 of the oxygen sensor 36 of the present embodiment will be described.

(実施例) 本実験例では、酸素センサ36を、6気筒、2.0[l]
のエンジンに取り付けて行った実験例を示す。
(Example) In this experimental example, the oxygen sensor 36 is set to 6 cylinders, 2.0 [l].
The following shows an example of an experiment conducted by attaching to an engine.

第4図は、回転数2000[rpm]、Rc=50kΩ、空気過剰
率λ=1.0という条件で、ヒータ印加電圧VHの調整範囲
を5〜20[V]に設定して、素子温度を上昇させたとき
の制御空燃比をプロットしたものであり、そのうち第4
図(A)は本実施例であり、第4図(B)は従来の比較
例である。
FIG. 4 shows that the adjustment range of the heater applied voltage VH is set to 5 to 20 [V] under the conditions that the rotation speed is 2000 [rpm], Rc = 50 kΩ, and the excess air ratio λ = 1.0, and the element temperature is increased. Is a plot of the control air-fuel ratio when the
FIG. 4A shows this embodiment, and FIG. 4B shows a conventional comparative example.

第4図(A)から判るように、本実施例の酸素センサ
36のヒータ制御装置1を用いると、素子温度の広い範囲
にわたって、目標とする制御空燃比を、ほぼ一定に保つ
ことができる。それに対して、第4図(B)に示すよう
に、比較例では、素子温度が適性範囲を越えて上昇した
とき、あるいは適性範囲よりも下がったときには、制御
空燃比がずれていまう。
As can be seen from FIG. 4 (A), the oxygen sensor of the present embodiment
When the heater control device 36 is used, the target control air-fuel ratio can be kept almost constant over a wide range of the element temperature. On the other hand, as shown in FIG. 4 (B), in the comparative example, when the element temperature rises beyond the appropriate range or falls below the appropriate range, the control air-fuel ratio shifts.

以上説明したように、本実施例は、中央値VSLと設定
値VSTDとが等しくなるように、ヒータ印加電圧VHを増
減制御することで感ガス素子の温度を適性範囲に保つの
で、酸素センサ36の出力信号レベルは安定し、それによ
って正確に燃料混合気の空燃比を検出することができ
る。
As described above, in the present embodiment, the temperature of the gas sensing element is maintained in an appropriate range by controlling the increase / decrease of the heater applied voltage VH so that the median value VSL and the set value VSTD become equal. Output signal level is stabilized, whereby the air-fuel ratio of the fuel mixture can be accurately detected.

[発明の効果] 以上詳述したように、請求項1の発明は、ガスが接触
した場合に電気抵抗が変化する感ガス素子を備えた酸素
センサのヒータ制御装置において、酸素センサの出力基
準値として予め定められた設定値とリーン出力信号及び
リッチ出力信号の中央値とを比較して、中央値が設定値
を上回るときにはヒータ印加電圧を下げ、中央値が設定
値を下回るときには、ヒータ印加電圧を増加させるの
で、酸素センサの出力信号レベルを安定させることがで
き、正確に酸素濃度を検出することができる。
[Effects of the Invention] As described in detail above, the invention of claim 1 is a heater control device for an oxygen sensor having a gas-sensitive element whose electric resistance changes when gas comes into contact with the gas, the reference value of the oxygen sensor The preset value is compared with the median value of the lean output signal and the rich output signal. When the median value exceeds the set value, the heater applied voltage is decreased. When the median value is less than the set value, the heater applied voltage is decreased. Is increased, the output signal level of the oxygen sensor can be stabilized, and the oxygen concentration can be accurately detected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は請求項1記載の発明の基本的構成の例示図、第
2図は実施例のヒータ制御装置のシステム構成図、第3
図は電子制御装置で実行されるヒータ通電制御処理を示
すフローチャート、第4図はヒータ制御装置を用いた実
験における制御空燃比と素子温度との相関関係を示すグ
ラフ、第5図は従来の酸素センサの出力信号レベルと素
子温度との相関関係を示すグラフである。 M1……ヒータ通電手段 M2……中央値算出手段 M3……出力判定手段 M4……ヒータ印加電圧低減手段 M5……ヒータ印加電圧増加手段 1……ヒータ制御装置 2……エンジン 3……電子制御装置(ECU) 36……酸素センサ
FIG. 1 is a view showing an example of a basic configuration of the invention according to claim 1, FIG. 2 is a system configuration diagram of a heater control device according to an embodiment, FIG.
FIG. 4 is a flowchart showing a heater energization control process executed by the electronic control unit. FIG. 4 is a graph showing a correlation between a control air-fuel ratio and an element temperature in an experiment using the heater control unit. 5 is a graph showing a correlation between an output signal level of a sensor and an element temperature. M1 ... heater energizing means M2 ... median value calculating means M3 ... output determining means M4 ... heater applied voltage reducing means M5 ... heater applied voltage increasing means 1 ... heater control device 2 ... engine 3 ... electronic control Equipment (ECU) 36 ... Oxygen sensor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松浦 利孝 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊陶業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−157255(JP,A) 特開 昭57−13246(JP,A) 特開 昭57−122134(JP,A) 特開 昭58−8246(JP,A) 特開 昭63−106343(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F02D 41/14 F02D 45/00──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (72) Inventor Toshitaka Matsuura 14-18 Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya-shi, Aichi Japan Special Ceramics Co., Ltd. (56) References JP-A-62-157255 (JP, A) JP-A-57-13246 (JP, A) JP-A-57-122134 (JP, A) JP-A-58-8246 (JP, A) JP-A-63-106343 (JP, A) (58) Fields investigated (Int) .Cl. 6 , DB name) F02D 41/14 F02D 45/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】内燃機関の排気系に備えられ、ガスが接触
した場合に電気抵抗が変化する感ガス素子と該感ガス素
子を加熱するヒータとを備えた酸素センサのヒータ制御
装置であって、 上記ヒータに印加する電圧を調整できるヒータ通電手段
と、 上記酸素センサが出力するリーン出力信号及びリッチ出
力信号に基づき、該リーン出力信号とリッチ出力信号と
の中央値を求める中央値算出手段と、 該中央値算出手段によって算出された中央値と、上記酸
素センサの出力基準値として予め定められた設定値とを
比較し、該中央値と該設定値との大小を判定する出力判
定手段と、 該出力判定手段によって上記中央値が上記設定値を上回
ると判定された場合には、上記ヒータ通電手段によるヒ
ータ印加電圧を減少させるヒータ印加電圧低減手段と、 該出力判定手段によって上記中央値が上記設定値を下回
ると判定された場合には、上記ヒータ通電手段によるヒ
ータ印加電圧を増加させるヒータ印加電圧増加手段と、 を備えたことを特徴とする酸素センサのヒータ制御装
置。
1. An oxygen sensor heater control device provided in an exhaust system of an internal combustion engine, comprising: a gas-sensitive element whose electric resistance changes when gas comes into contact; and a heater for heating the gas-sensitive element. A heater energizing unit that can adjust a voltage applied to the heater; a median value calculating unit that calculates a median value between the lean output signal and the rich output signal based on the lean output signal and the rich output signal output by the oxygen sensor. Output determination means for comparing the median value calculated by the median value calculation means with a set value predetermined as an output reference value of the oxygen sensor, and determining the magnitude of the median value and the set value; A heater applied voltage reducing unit configured to reduce a heater applied voltage by the heater energizing unit when the output determining unit determines that the median value exceeds the set value; When the output determining means determines that the median value is lower than the set value, the heater applying voltage increasing means for increasing the heater applied voltage by the heater energizing means; and Heater control device.
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