JP2943508B2

JP2943508B2 - 空燃比センサのヒータ制御装置

Info

Publication number: JP2943508B2
Application number: JP4183459A
Authority: JP
Inventors: 克治稲野
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1992-07-10
Filing date: 1992-07-10
Publication date: 1999-08-30
Anticipated expiration: 2014-08-30
Also published as: JPH0626384A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの空燃比制御
に用いられる空燃比センサに付設されるヒータ制御装
置、特に、始動時における空燃比センサの活性化を促進
でき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】一般に、エンジンの燃料供給装置は吸気
系に供給される燃料量が理論空燃比（ストイキオ）に保
持されるように、その目標空燃比が空燃比制御装置によ
って制御されている。これは適正な空燃比での燃料供給
によって燃費の低下を防止すると共に排ガスの浄化効率
を向上させるためでもある。即ち、図１０に示すように
通常の三元触媒の浄化効率はストイキオ近傍の狭いウイ
ンド域Ｗａに排ガスの空燃比が保持されているときにの
みＣＯ，ＨＣ，ＮＯ_Xの浄化効率を高レベルに保持出
来、このウインド域Ｗａを外れた運転を継続すると排ガ
スの悪化が生じ、問題と成る。

【０００３】このように空燃比制御装置はエンジンの実
空燃比を目標値に制御する際に実空燃比を検出する必要
が有り、その実空燃比情報を空燃比センサ（Ｏ₂セン
サ）によって検出している。この空燃比センサは、酸素
濃淡電池作用というジルコニア特性を利用しており、図
１１に示すように空燃比（Ａ／Ｆ）がストイキオよりも
リッチ側、もしくはストイキオよりもリーン側に有るか
否かをセンサ出力Ｖstcのハイ、ローレベルに応じて検
出出来るように成っており、ストイキオ運転時には実空
燃比がハイとローに所定幅で交互に切り換わる状態が確
認されるように、空燃比制御が成されている。

【０００４】処で、このように用いられる空燃比センサ
は素子温度が所定温度以上に成らないと活性化せず、し
かも、素子温度が高温化しすぎると素子自体の熱劣化を
招き、耐久性に問題を生じることも知られている。この
ため、従来は空燃比センサの活性化促進のために、空燃
比センサを早期に高温化し易い排気マニホウルドに設け
る場合もあったが、近年のようにエンジンの比較的冷態
時から空燃比フィードバックが必要とされる場合には、
レイアウト面のみの改良では必ずしも十分とは言えなく
なってきた。又近年は排気浄化信頼性を更に向上させる
ため、触媒の上流と下流とに一対の空燃比センサを設
け、両者の空燃比に基づき検出空燃比を適宜算出し、こ
の検出空燃比に基づき空燃比制御を行うデュアル空燃比
センサタイプの空燃比制御装置が提案され（例えば特開
昭６４−５３０４３号公報）ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
デュアル空燃比センサタイプでは、触媒が排気ポートよ
りも大幅に下流に位置しており、エンジン始動後の一対
のセンサの活性化は遅れ易く、特に下流側のセンサの活
性化が遅くなる傾向に有る。そこで、これらセンサにヒ
ータを設け、始動時の活性化の促進を図ることも提案さ
れている。しかし、このような従来のヒータ制御では、
単に暖機完了時までヒータを駆動するものが多く、ヒー
タの電力消費量が比較的大きく問題と成っている。しか
もヒータ制御回路のセンサ故障時等には消費電力の過大
化や、逆に、活性化の遅れをも招き、この点でも問題と
成っている。本発明の目的は、ヒータの消費電力低減及
びセンサフェール回避が可能な空燃比センサのヒータ制
御装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項１の発明は、エンジンの排気路に設けられ
ると共にセンサ加熱用のヒータを備えた空燃比センサ
と、上記ヒータを制御するヒータ制御手段と、上記排気
路の温度が空燃比フィードバック開始温度以上であると
上記空燃比センサの空燃比情報に基づき目標空燃比を制
御する空燃比制御手段とを有し、上記ヒータ制御手段は
エンジン回転数又は吸気量が第１の設定値以下であり且
つエンジン温度が空燃比フィードバック開始温度又はそ
れ以下の温度で設定された設定温度を超えた際に上記ヒ
ータを作動させるとともに、ヒータ作動から所定期間経
過後は、エンジン回転数又は吸気量が上記第１の設定値
よりも低い第２の設定値を上回るとヒータをオフするこ
とを特徴とする。

【０００７】請求項２の発明は、エンジンの排気路に設
けられると共にセンサ加熱用のヒータを備えた空燃比セ
ンサと、上記ヒータを制御するヒータ制御手段と、上記
排気路の温度が空燃比フィードバック開始温度以上てあ
ると上記空燃比センサの空燃比情報に基づき目標空燃比
を制御する空燃比制御手段とを有し、上記ヒータ制御手
段はエンジン温度が空燃比フィードバック開始温度又は
それ以下の温度で設定された設定温度と該設定温度より
も高い第２設定温度の間にある時はエンジン回転数又は
吸気量が第１の設定値以下であることが検出された際に
上記ヒータを作動させるとともに、エンジン温度が上記
第２設定温度を上回った時はエンジン回転数又は吸気量
が上記第１の設定値よりも低い第２の設定値を上回ると
ヒータをオフすることを特徴とする。

【０００８】請求項３の発明は、エンジンの排気路に設
けられた触媒の上流側に設けられると共にセンサ加熱用
のフロントヒータを備えた前部空燃比センサと、前記触
媒の下流側に設けられると共にセンサ加熱用のりアヒー
タを備えた後部空燃比センサと、上記両ヒータを制御す
るヒータ制御手段と、上記排気路の温度が空燃比フィー
ドバック開始温度以上てあると上記空燃比センサの空燃
比情報に基づき目標空燃比を制御する空燃比制御手段と
を有し、上記ヒータ制御手段はエンジン回転数又は吸気
量がフロントヒータ用設定値以下であり且つエンジン温
度が空燃比フィードバック開始温度又はそれ以下の温度
で設定された設定温度を超えた際に上記フロントヒータ
を作動させるとともに、エンジン回転数又は吸気量が前
記フロントヒータ用設定値よりも大きいリアヒータ用設
定値以下であり且つエンジン温度が空燃比フィードバッ
ク開始温度又はそれ以下の温度で設定された設定温度を
超えた際に上記リアヒータを作動させることを特徴とす
る。

【０００９】請求項４の発明は、エンジンの排気路に設
けられた触媒の上流側に設けられると共にセンサ加熱用
のフロントヒータを備えた前部空燃比センサと、上記触
媒の下流側に設けられると共にセンサ加熱用のリアヒー
タを備えた後部空燃比センサと、上記両ヒータを制御す
るヒータ制御手段と、上記排気路の温度が空燃比フィー
ドバック開始温度以上であると上記両空燃比センサの各
空燃比情報に基づき目標空燃比を制御する空燃比制御手
段とを有し、上記ヒータ制御手段はエンジン回転数又は
吸気量が第ｌの設定値以下であり且つエンジン温度が空
燃比フィードバック開始温度又はそれ以下の温度で設定
された設定温度を超えた際に上記両ヒータを作動させる
とともに、ヒータ作動から所定期間経過後は、エンジン
回転数又は吸気量が上記第１の設定値よりも低いリアヒ
ータ用設定値を上回るとリヤヒータをオフし、上記リア
ヒータ設定値よりも低いフロントヒータ用設定値を上回
るとフロントヒータをオフすることを特徴とする。

【００１０】

【作用】第１の発明では、ヒータ制御手段が、エンジン
回転数又は吸気量が第１の設定値以下であり且つエンジ
ン温度が空燃比フィードバック開始温度又はそれ以下の
温度で設定された設定温度を超えたと判断すると、その
時点でヒータを作動させ、ヒータ作動から所定時間経過
後は、エンジン回転数又は吸気量が上記第１の設定値よ
りも低い第２の設定値を上回るとヒータをオフするの
で、空燃比センサの活性化のためのヒータを容易に切り
換えできる。

【００１１】第２の発明では、ヒータ制御手段が、エン
ジン温度が空燃比フィードバック開始温度又はそれ以下
の温度で設定された設定温度と該設定温度よりも高い第
２設定温度の間にある時であって、エンジン回転数又は
吸気量が比較的高い第１の設定値以下であるとヒータを
オンし、ヒータの作動後は、エンジン温度が第２設定温
度を上回った時であって、エンジン回転数又は吸気量が
第１の設定値よりも低い第２の設定値を上回るとヒータ
をオフするので、空燃比センサの活性化のためのヒータ
を容易に切り換えできる。

【００１２】第３の発明では、ヒータ制御手段が、エン
ジン回転数又は吸気量がフロントヒータ用設定値以下で
あり且つエンジン温度が空燃比フィードバック開始温度
又はそれ以下の温度で設定された設定温度を超えたと判
断すると、フロントヒータを作動させ、更に、エンジン
回転数又は吸気量がフロントヒータ用設定値よりも大き
いリアヒータ用設定値以下であり且つエンジン温度が空
燃比フィードバック開始温度又はそれ以下の温度で設定
された設定温度を超えたと判断すると、リアヒータを作
動させるので、前部、後部空燃比センサの活性化のため
のフロント、リアヒータを個々にオン、オフ切り換えで
きる。

【００１３】第４の発明では、ヒータ制御手段が、エン
ジン回転数又は吸気量が第ｌの設定値以下であり且つエ
ンジン温度が空燃比フィードバック開始温度又はそれ以
下の温度で設定された設定温度を超えた際に上記両ヒー
タを作動させるとともに、ヒータ作動から所定期間経過
後は、エンジン回転数又は吸気量が上記第１の設定値よ
りも低いリアヒータ用設定値を上回るとリヤヒータをオ
フし、上記リアヒータ設定値よりも低いフロントヒータ
用設定値を上回るとフロントヒータをオフするので、前
部、後部空燃比センサの活性化のためのフロント、リア
ヒータを同時にオンし、個々にオフできる。

【００１４】

【実施例】図１には本発明によるエンジンの空燃比制御
装置を装着したエンジン１が示されている。同エンジン
１は各気筒の吸気ポート（図１には１つのみ示した）２
毎に燃料噴射弁（以後インジェクタ３と記す）を備え
る。このエンジン１の吸気系はエアクリーナ４、延長管
５、同延長管５に続く吸気管９、同吸気管９と一体のサ
ージタンク６、サージタンク６とシリンダヘッド７を結
ぶインテークマニホールド（以後単にインマニと記す）
８及び吸気ポート２で構成される。他方、排気系は排気
ポート１３、エクゾーストマニホールド１０、及び、三
元触媒１１を備えた排気管１２とで構成されている。吸
気管９はその内部に図示しないアクセルペダルの踏み込
み量に応じて開閉作動されるスロットル弁１４を枢支
し、このスロットル弁１４の軸１４１は吸気路１５の外
部でスロットルレバー１６に連結されている。

【００１５】スロットルレバー１６はスロットル弁１４
を第１図中反時計回りの方向へ回動させるようにアクセ
ルペダル（図示せず）と図示しないリンク系を介し連結
され、スロットル弁１４には同弁の開度情報を出力する
スロットル開度センサ１７が装着されている。他方、ス
ロットル弁１４を迂回する吸気バイパス路１８にはアイ
ドル制御用のアイドル回転数制御（ＩＳＣ）バルブ１９
が装着され、同バルブ１９はステッパモータ２０によっ
て駆動される。なお、符号２１はアイドル時の暖機補正
を冷却水温に応じて自動的に行うファーストアイドルエ
アバルブを示す。

【００１６】更に、サージタンク６には吸気温度Ｔａ情
報を出力する吸気温センサ２２が設けられ、更にサージ
タンク６には吸気管圧情報を出力する負圧センサ２３が
装着されている。インマニ８にはエンジン１のウオータ
ジャケットに連通するヒートライザが形成され、同部に
はエンジン１の暖機温度情報としての冷却水温Ｗｔを検
出する水温センサ２４が設けられる。そして、エンジン
１にはエンジン回転数Ｎｅを点火パルスで検出するエン
ジン回転センサ２５が設けられ、これら各情報は後述の
エンジンコントロールユニット（以後単にＥＣＵと記
す）２６に出力される。更に、インマニ８の端部には燃
料を吸気ポート２に向けて噴霧するインジェクタ３が装
着される。

【００１７】各インジェクタ３は図示しない燃料ポンプ
からの燃料を定圧化して供給する燃料供給系２７に連通
され、所定時の開弁出力を受けると燃料を吸気ポート２
に噴射駆動できる。排気路２８には排気路温度Ｅｘｔ信
号を出力する排気温センサ４０が装着され、同信号はＥ
ＣＵ２６に出力されている。この排気路２８上の三元触
媒１１は図１１に示すような周知の浄化特性を示す。三
元触媒１１のケーシングの上流側に設けられるフロント
空燃比センサ２９と三元触媒１１の下流に設けられるリ
ア空燃比センサ３０とは周知のジルコニア特性を利用し
たもので、図２に示すように排気管１２に螺子止めされ
る本体金具２９２の先端に素子部２９１及びヒータ部３
１を取付、これらがキャップ状のプロテクタ３６で覆わ
れるという構成を採っている。

【００１８】これらフロント空燃比センサ２９とリア空
燃比センサ３０の各空燃比情報の出力用リード線３７は
後述のＥＣＵ２６の入力端にそれぞれ接続され、各ヒー
タ用リード線３８，３９はフロント及びリアヒータ３
１，３２をヒータ駆動回路３３，３４を介して電源３５
にそれぞれ接続している。なお、ヒータ駆動回路３３，
３４は共にスイッチ回路を備え、同部がＥＣＵ２６の出
力信号に応じてヒータ駆動電流を断続操作するように構
成されている。ＥＣＵ２６はマイクロコンピュータでそ
の要部が構成され、各検出信号を受けて適時にその情報
を取り込み、或いは適時に制御信号をヒータ駆動回路３
３，３４等に出力する入出力回路と、図８乃至図１０の
各制御プログラムや特性値等を書き込まれた記憶回路
と、各制御プログラムに沿って制御信号を発する制御回
路等で構成されている。ここで、請求項１乃至請求項４
の各発明の構成を図３乃至図４のブロック図と共に説明
する。

【００１９】まず、図３に示すように、第１の発明は、
エンジンの排気路に設けられると共にセンサ加熱用のヒ
ータＡ２（例えば、後述の３１，３２）を備えた空燃比
センサＡ１と、ヒータＡ２を制御するヒータ制御手段Ａ
３と、排気路の温度Ｅｘｔが空燃比フィードバック開始
温度ＦＢｔ以上であると空燃比センサＡ１の空燃比情報
に基づき目標空燃比（Ａ／Ｆ）_OBJを制御する空燃比制
御手段Ａ４とを有し、ヒータ制御手段Ａ３はエンジン回
転数Ｎｅ又は吸気量Ａ／Ｎが第１の設定値（例えば、後
述のＮｓ３）以下であり且つエンジン温度Ｅｔ（例え
ば、後述のＷｔ）が空燃比フィードバック開始温度ＦＢ
ｔ又はそれ以下の温度で設定された設定温度Ｈｓｔ（例
えば、後述のＷｔｓ１）を超えた際にヒータＡ２を作動
させるとともに、ヒータ作動から所定期間経過後は、エ
ンジン回転数Ｎｅ又は吸気量Ａ／Ｎが第１の設定値Ｎｓ
３よりも低い第２の設定値（例えば、後述のＮｓ１，Ｎ
ｓ２）を上回るとヒータＡ２をオフする。

【００２０】この構成によれば、エンジン温度が設定温
度Ｈｓｔに達しない間、即ち、暖気完了前のような低温
運転時、及び、センサ活性が安定化したと見做せる運転
域ではヒータＡ２を切る。このため暖気完了前の無駄な
電力消費を押えられ、しかも、暖気完了域や空燃比フィ
ードバック制御域に近づくとヒータを駆動し、センサの
活性化を図れ、しかも、センサ活性が安定化したと見做
せる運転域での無駄な電力消費を排除出来る。

【００２１】ここで、請求項１の発明をより具体的にし
た請求項２の発明は、同じく図３に示すように、エンジ
ンの排気路に設けられると共にセンサ加熱用のヒータＡ
２を備えた空燃比センサＡ１と、ヒータＡ２（例えば、
後述の３１，３２）を制御するヒータ制御手段Ａ３と、
排気路の温度Ｅｘｔが空燃比フィードバック開始温度Ｆ
Ｂｔ以上であると空燃比センサＡ１の空燃比情報に基づ
き目標空燃比（Ａ／Ｆ）_OBJを制御する空燃比制御手段
Ａ４とを有し、ヒータ制御手段Ａ３はエンジン温度Ｅｔ
（例えば、後述のＷｔ）が空燃比フィードバック開始温
度ＦＢｔ又はそれ以下の温度で設定された設定温度Ｈｓ
ｔ（例えば、後述のＷｔｓ１）と該設定温度よりも高い
第２設定温度Ｈｓｔ（例えば、後述のＷｔｓ２）の間に
ある時はエンジン回転数Ｎｅ又は吸気量Ａ／Ｎが第１の
設定値（例えば、後述のＮｓ３）以下であることが検出
された際にヒータＡ２を作動させるとともに、エンジン
温度が第２設定温度（例えば、後述のＷｔｓ２）を上回
った時はエンジン回転数又は吸気量が第１の設定値より
も低い第２の設定値（例えば、後述のＮｓ１，Ｎｓ２）
を上回るとヒータＡ２をオフする。

【００２２】この構成によれば、エンジン温度が設定温
度Ｈｓｔとしての第２設定温度（例えば、後述のＷｔｓ
２）に達しない間、即ち、暖気完了前のような低温運転
時、及び、センサ活性が安定化したと見做せる運転域で
はヒータＡ２を切る。このため暖気完了前の無駄な電力
消費を確実に押えられ、しかも、暖気完了域や空燃比フ
ィードバック制御域に近づくとヒータを駆動し、センサ
の活性化を図れ、しかも、センサの活性が安定化したと
見做せる運転域での無駄な電力消費を確実に排除出来
る。

【００２３】次に、図４に示すように、請求項３の発明
は、エンジンの排気路に設けられた触媒１１の上流側に
設けられると共にセンサ加熱用のフロントヒータＡ２
（例えば、後述の３１）を備えた前部空燃比センサＡ１
と、触媒１１の下流側に設けられると共にセンサ加熱用
のりアヒータＡ５（例えば、後述の３２）を備えた後部
空燃比センサＡ６と、両ヒータＡ２，Ａ５を制御するヒ
ータ制御手段Ａ３と、排気路の温度Ｅｘｔが空燃比フィ
ードバック開始温度ＦＢｔ以上てあると空燃比センサＡ
１，Ａ６の空燃比情報に基づき目標空燃比（Ａ／Ｆ）
_OBJを制御する空燃比制御手段Ａ４とを有し、ヒータ制
御手段Ａ３はエンジン回転数Ｎｅ又は吸気量Ａ／Ｎがフ
ロントヒータ用設定値（例えば、後述のＮｓ１）以下で
あり且つエンジン温度Ｅｔ（例えば、後述のＷｔ）が空
燃比フィードバック開始温度ＦＢｔ又はそれ以下の温度
で設定された設定温度Ｈｓｔ（例えば、後述のＷｔｓ
１）を超えた際にフロントヒータＡ２を作動させるとと
もに、エンジン回転数又は吸気量がフロントヒータ用設
定値（例えば、後述のＮｓ１）よりも大きいリアヒータ
用設定値（例えば、後述のＮｓ２）以下であり且つエン
ジン温度が空燃比フィードバック開始温度ＦＢｔ又はそ
れ以下の温度で設定された設定温度Ｈｓｔ（例えば、後
述のＷｔｓ１）を超えた際に上記リアヒータＡ５を作動
させる。

【００２４】この構成によれば、エンジン温度が設定温
度Ｈｓｔに達しない間、即ち、暖気完了前のような低温
運転時、及び、フロント及びリアセンサの活性が安定化
したと見做せる運転域ではフロント及びリアヒータＡ
２，Ａ５を切る。このため、暖気完了前の無駄な電力消
費を押えられ、暖気完了域や空燃比フィードバック制御
域に近づくと両ヒータを駆動し、フロント及びリアセン
サの活性化を確実に図れ、両センサの活性が安定化した
と見做せる運転域での無駄な電力消費を押えられる。特
に、フロントヒータより広い運転域でリアヒータを駆動
して低温化し易い後部空燃比センサの加熱域を拡大し、
後部空燃比センサの信頼性を向上させることができる。

【００２５】ここで、請求項３の発明をより具体的にし
た請求項４の発明は、同じく図４に示すように、エンジ
ンの排気路に設けられた触媒１１の上流側に設けられる
と共にセンサ加熱用のフロントヒータＡ２（例えば、後
述の３１）を備えた前部空燃比センサＡ１と、触媒１１
の下流側に設けられると共にセンサ加熱用のリアヒータ
Ａ５（例えば、後述の３２）を備えた後部空燃比センサ
Ａ６と、両ヒータＡ２，Ａ５を制御するヒータ制御手段
Ａ３と、排気路の温度Ｅｘｔが空燃比フィードバック開
始温度ＦＢｔ以上であると両空燃比センサＡ１，Ａ６の
空燃比情報に基づき目標空燃比（Ａ／Ｆ）_OBJを制御す
る空燃比制御手段Ａ４とを有し、ヒータ制御手段Ａ３は
エンジン回転数Ｎｅ又は吸気量Ａ／Ｎが第ｌの設定値
（例えば、後述のＮｓ３）以下であり且つエンジン温度
Ｅｔ（例えば、後述のＷｔ）が空燃比フィードバック開
始温度ＦＢｔ又はそれ以下の温度で設定された設定温度
Ｈｓｔ（例えば、後述のＷｔｓ１）を超えた際に両ヒー
タＡ２，Ａ５を作動させるとともに、ヒータ作動から所
定期間経過後は、エンジン回転数又は吸気量が第１の設
定値（例えば、後述のＮｓ３）よりも低いリアヒータ用
設定値（例えば、後述のＮｓ２）を上回るとリヤヒータ
Ａ５をオフし、リアヒータ設定値よりも低いフロントヒ
ータ用設定値（例えば、後述のＮｓ１）を上回るとフロ
ントヒータＡ２をオフする。

【００２６】この構成によれば、エンジン温度が設定温
度Ｈｓｔ（例えば、後述のＷｔｓ１）に達しない間、即
ち、暖気完了前のような低温運転時、及び、リアヒータ
用設定値（例えば、後述のＮｓ２）にリアセンサＡ５
が、フロントヒータ用設定値（例えば、後述のＮｓ１）
にフロントセンサＡ２がそれぞれ達っして各センサＡ
１，Ａ６の活性が安定化したと見做せる運転域ではフロ
ント及びリアヒータＡ２，Ａ５を切る。このため、暖気
完了前の無駄な電力消費を押えられ、暖気完了域や空燃
比フィードバック制御域に近づくと両ヒータを駆動し、
暖気促進を図れる。しかも、フロント及びリアセンサの
活性化を確実に図れ、両センサＡ２，Ａ５の活性が安定
化したと見做せる運転域での無駄な電力消費を押えられ
る。特に、フロントヒータより広い運転域でリアヒータ
を駆動して低温化し易い後部空燃比センサの加熱域を拡
大し、後部空燃比センサの信頼性を向上させることがで
きる。

【００２７】以下、図１の空燃比センサのヒータ制御装
置の作動を図７のＥＣＵメインルーチンや、図８の空燃
比センサ用ヒータ駆動制御ルーチンや図９のインジェク
タ駆動ルーチンに沿って説明する。

【００２８】メインルーチンでエンジン回転数Ｎｅ、ス
ロットル開度θｓ、エンジン温度Ｅｔとしての冷却水温
Ｗｔ、フロント及びリアの各空燃比センサからの空燃比
（Ａ／Ｆ）ｆ，（Ａ／Ｆ）ｒ情報、吸気温センサ２２か
らの吸気温Ｔａ情報、負圧センサ２３からの吸気管圧Ｐ
ｂ情報、排気温センサ４０からの排気温度Ｅｘｔ情報，
その他等の運転情報を取り込む。そして、ステップａ２
では下記の（１）式で表される吸入空気の状態方程式Ｐｂ×Ｖ＝Ｎ×Ｒ×Ｔａ・・・・・・・（１）に基づき吸入空気量Ａ／Ｎを算出し、所定の記憶エリア
にストアする。なお、Ｐｂは下死点でのシリンダ内の圧
力、Ｖはシリンダ容積、Ｎは空気のモル数、Ｒはガス定
数、Ｔａは吸入空気温度を示す。この後ステップａ３に
達すると、運転域を算出する図示しない運転域マップよ
り燃料カットゾーンを判定し、燃料カット域ではステッ
プａ４に進み、空燃比フィードバックＦＬＧをクリア
し、燃料カットＦＬＧを１としてステップａ１２に進
む。

【００２９】他方、ステップａ３で燃料カット域でない
としてステップａ６に達すると燃料カットＦＬＧをクリ
アし、続いてステップａ７では空燃比フィードバック条
件を満たしているか否かを排気温度Ｅｘｔがフィードバ
ック開始温度ＦＢｔを上回っているか否か判定する。満
たしていない、例えば、排気温度Ｅｘｔが低い場合や、
パワー運転域のような過渡運転域の時点や暖機完了前の
時点ではステップａ８に進み、そこで現運転情報（Ａ／
Ｎ，Ｎ）に応じた空燃比補正係数ＫＭＡＰの値をアドレ
スＫＡＦにストアし、ステップａ１１に進む。

【００３０】ステップａ７より空燃比フィードバック条
件を満たしているとしてステップａ９，ａ１０に達する
と、ここではフロント空燃比センサ２９とリア空燃比セ
ンサ３０とに基づいて燃料量補正係数Ｋ_FBを算出する。
なお、この算出については前述の特開昭６４−５３０４
３号公報等に詳細に開示されている。この後、ステップ
ａ９ではアドレスＫ_AFに燃料量補正係数Ｋ_FBをストア
し、ステップａ１１に進む。ここでは、その他の燃料噴
射パルス幅補正係数ＫＤＴや、燃料噴射弁のデッドタイ
ムの補正値ＴＤを運転条件に応じて設定し、ステップａ
１２に進む。ステップａ１２では空燃比センサ用ヒータ
駆動制御を行い、ステップａ１に戻る。

【００３１】空燃比センサ用ヒータ駆動制御ルーチンは
図８に示すように実行される。ここでは同ルーチンの説
明に先立ち、フロント空燃比センサ２９及びリア空燃比
センサ３０の運転時の温度特性を図５及び図６に沿って
説明する。ここでフロント空燃比センサ２９及びリア空
燃比センサ３０は共にヒータがオフ時にはｃ線で示すよ
うに２０００ｒｐｍあるいは２５００ｒｐｍ以上に達し
ないと活性化温度に達していない。他方、ヒータがオン
時にはフロント空燃比センサ２９及びリア空燃比センサ
３０は共にｂ線で示すように１３００ｒｐｍ以上で活性
化温度に達している。なお、黒丸の連続するａ線は排気
温度Ｅｘｔを示している。

【００３２】ここではこのような特性に基づき、始動判
定回転数Ｎstatを５００ｒｐｍ、第１判定回転数（第２
の設定値でフロントヒータ用設定値）Ｎｓ１を２０００
ｒｐｍ、第２判定回転数（第２の設定値でリアヒータ用
設定値）Ｎｓ２を２５００ｒｐｍ、第３判定回転数（第
１の設定値）Ｎｓ３を４５００ｒｐｍと設定した。空燃
比センサ用ヒータ駆動制御ルーチンでは、まずステップ
ｂ１において実際のエンジン回転数Ｎｅが始動判定回転
数Ｎstatを上回ったか否か判断し、始動前はステップｂ
３、ｂ４に進み、フロントヒータ３１及びリアヒータ３
２をオフに保持する。始動完了後はステップｂ２に達
し、ここでは、エンジン温度としての冷却水温Ｗｔが第
１判定水温Ｗｔｓ１（設定温度Ｈｓｔに相当する）を上
回ったか否か判断する。ここでの第１判定水温Ｗｔｓ１
はフィードバック開始温度ＦＢｔより若干低い温度に設
定されている。この第１判定水温Ｗｔｓ１を上回らない
間はステップｂ３，ｂ４に進み、上回るとステップｂ５
に進む。なお、フィードバック開始温度ＦＢｔは１５℃
〜３０℃の間のいずれかの温度で設定される。

【００３３】ここでの処理によれば、エンジン温度が第
１判定水温Ｗｔｓ１（設定温度Ｈｓｔ）に達しないとフ
ロントヒータＡ２とリアヒータＡ５を切るので無駄な電
力消費を押さえられる。ステップｂ５では冷却水温Ｗｔ
が第２判定水温Ｗｔｓ２を上回ったか否か判断する。こ
こでの第２判定水温Ｗｔｓ２は第１判定水温Ｗｔｓ１よ
り高く設定される。冷却水温Ｗｔを上回らない間はステ
ップｂ６に進み、更に第３判定回転数Ｎｓ３をエンジン
回転数Ｎｅが上回るか否かの判断を行う。この第３判定
回転数Ｎｓ３はエンジン温度がフィードバック開始温度
ＦＢｔを上回った後において、ヒータが熱劣化ゾーンに
達していると見做せる値（図５，図６参照）であり、こ
の値を上回るとステップｂ３に進み、両ヒータ３１，３
２を切る。ステップｂ６で第３判定回転数Ｎｓ３をエン
ジン回転数Ｎｅが下回る場合は、ステップｂ８，ｂ９で
両ヒータをオン処理し、メインルーチンにリターンす
る。

【００３４】ここでの処理によれば、特に第１判定水温
Ｗｔｓ１（設定温度Ｈｓｔ）と第２判定水温Ｗｔｓ２
（第２設定温度Ｈｓｔ）との間にある時は設定値Ｎｓ３
（第１設定値）を越えるまではヒータをオンするので、
センサが積極的に温められて活性化が促進される。他
方、冷却水温Ｗｔが第２判定水温Ｗｔｓ２を上回ったと
してステップｂ５よりステップｂ７に達すると、ここで
はエンジン回転数Ｎｅが第１判定回転数（フロントヒー
タ用設定値及び第２設定値）Ｎｓ１（２０００ｒｐｍ）
を上回ったか否か判断し、下回っている内は活性化が不
十分としてステップｂ８，ｂ９で両ヒータをオン処理
し、上回るとステップｂ１０に進む。ここでは更に、エ
ンジン回転数Ｎｅが第２判定回転数（リアヒータ用設定
値及び第２設定値）Ｎｓ２（２５００ｒｐｍ）を上回っ
たか否か判断し、上回った場合は十分な活性化が成され
ていると見做されてステップｂ３，ｂ４に進み、フロン
トヒータ３１及びリアヒータ３２をオフする。

【００３５】他方、ステップｂ１０でエンジン回転数Ｎ
ｅが第２判定回転数Ｎｓ２（３０００ｒｐｍ）を下回っ
ている間は、ステップｂ１１，ｂ１２に進み、フロント
空燃比センサ２９の温度が適正な範囲にあるものとし、
リア空燃比センサ３０はそのまま加熱を継続しメインル
ーチンにリターンする。ここでの処理によれば、フロン
トヒータ３１とリアヒータ３２とがそれぞれ必要最小限
の運転域でヒータの加熱を受けることになり、ヒータ電
力の節約が図られる。メインルーチンの途中でクランク
パルスの入力に応じ、インジェクタ駆動ルーチンが周知
の如くに行われる。即ち、図９に示すように、ステップ
ｃ１でクランクパルス周期からエンジン回転数Ｎeを算
出し、（１）式で求めた一吸気行程当たりの位置急機行
程吸入空気量Ａ／Ｎを取り込み、ステップｃでは燃料カ
ットフラグＦＣＦＬＧがオンではリターンし、オフでは
ステップｃ４に進む。ここで、基本燃料パルス幅Ｔｆを
設定し、メインパルス幅Ｔinj（＝Ｔｆ×ＫＡＦ×ＫＤ
Ｔ＋ＴＤ）を算出し、ステップｃ６に進む。

【００３６】ここで、Ｔinjを各インジェクタ駆動用ド
ライバーにセットし、各ドライバーをトリガする。この
結果、各インジェクタ３が所定噴射タイミングで燃料噴
射を行なうことと成る。このように図１の装置は吸入空
気量Ａ／Ｎを吸気管圧Ｐｂと、吸気温度Ｔａに応じて
（１）式より算出していた。このようなエアフローセン
サを持たない所謂Ｄジェトロ方式のエンジンにおいて、
ヒータの作動範囲を設定する運転パラメータとして直接
検出することの出来ない吸入空気量を用いずに、エンジ
ン回転数Ｎｅを選択し、このエンジン回転数検出に基づ
いて始動（始動判定回転数Ｎstatによって検出）、及び
ヒータ不要（またはフェイル発生）領域（第３判定回転
数Ｎｓ３等によって検出）におけるヒータの作動を禁止
するようにしたので、ヒータ制御に使用するセンサ及び
ロジックの省力化を図れる利点が有る。

【００３７】このように図１の装置はＤジェトロ方式の
エンジン１として説明したが、これに代えて吸入空気量
Ａ／Ｎをエアーフローセンサの吸入空気量とエンジン回
転数によって直接算出する方式を採っても良い。この場
合、負圧センサ２３を排除し、図示しない周知のエアフ
ローセンサを採用し、メインルーチンのステップａ２の
処理に代えて、吸入空気量Ａ／Ｎをエアーフローセンサ
の吸入空気量とエンジン回転数より算出することと成
る。この場合も、上述とほぼ同様の作用効果が得られ
る。又、上記実施例において、ヒータを積極的に作動さ
せる運転状態を設定する際に、ステップｂ５で冷却水温
が第２判定水温を上回ったか否かを検出したが、これは
冷却水温が第１判定水温を上回った時に作動を開始する
タイマを備え、ステップｂ５の判定の代わりに該タイマ
のカウント値が設定値に達したか否かを検出するステッ
プを設け、達した場合にステップｂ７に至り未達の場合
にステップｂ６に至ように構成しても良い。

【００３８】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、暖気完了に近い温度のような設定温度を超えたとき
は比較的高い第１の設定値以下でヒータをオンし、設定
温度を超えた後は比較的低い第２の設定値でヒータをオ
フに保持できる。このため、センサ非作動時の無駄なヒ
ータによる電力消費を押えられ、空燃比フィードバック
制御域に近づくとヒータを駆動し、空燃比センサの活性
化を図れ、しかも、センサ活性が安定化したと見做せる
運転域ではヒータの無駄な電力消費を排除出来る。

【００３９】請求項２の発明によれば、暖気完了に近い
温度のような設定温度を超えたときは比較的高い第１の
設定値以下でヒータをオンし、設定温度より高い第２設
定温度を超えた後は比較的低い第２の設定値でヒータを
オフに保持できる。このため、センサ非作動時の無駄な
ヒータによる電力消費をより確実に押えられ、暖気完了
後のような空燃比フィードバック制御域でヒータを駆動
し、空燃比センサの活性化を確実に図れ、しかも、セン
サの活性が安定化したと見做せる運転域ではヒータの無
駄な電力消費を押えられる。

【００４０】請求項３の発明によれば、暖気前のような
設定温度を超えないときはフロントヒータ用設定値以下
の運転域でフロントヒータをオンし、更に、フロントヒ
ータ用設定値よりも大きいリアヒータ用設定値以下の運
転域でリアヒータをオンさせることができる。このた
め、センサ非作動時の無駄なフロント及びリアヒータの
電力消費を押えられ、空燃比フィードバック制御域に近
づくと両ヒータを個々にオンし、フロント及びリアセン
サの活性化を個々に確実に図れる。

【００４１】請求項４の発明によれば、暖気前のような
設定温度を超えないときは比較的高い第ｌの設定値以下
でフロント及びリアヒータを共に駆動し、その後は、第
１の設定値よりも低いリアヒータ用設定値を上回るとリ
ヤヒータをオフし、リアヒータ設定値よりも低いフロン
トヒータ用設定値を上回るとフロントヒータをオフにそ
れぞれ保持できる。このため、センサ非作動時のフロン
ト及びリアヒータの無駄な電力消費を個々に押えられ、
空燃比フィードバック制御域に近づくと両ヒータをフロ
ント及びリアヒータ用設定値に応じて駆動し、フロント
及びリアセンサの活性化を確実に図れ、両センサの活性
が安定化したと見做せる運転域での無駄な電力消費を押
えられる。特に、低温化し易い後部空燃比センサのリア
ヒータによる加熱域を拡大し、後部空燃比センサの出力
の安定化を図り、信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空燃比センサのヒータ制御装置の概略
全体構成図である。

【図２】図１の装置で用いる空燃比センサの拡大要部断
面図である。

【図３】第１発明の構成ブロック図である。

【図４】第２発明の構成ブロック図である。

【図５】図１の装置で用いるフロント空燃比センサの温
度特性線図図である。

【図６】図１の装置で用いるリア空燃比センサの温度特
性線図である。

【図７】図１の装置で用いるＥＣＵメインルーチンのフ
ローチャートである。

【図８】図１の装置で用いる空燃比センサ用ヒータ駆動
ルーチンのフローチャートである。

【図９】図１の装置で用いるインジェクタ駆動ルーチン
のフローチャートである。

【図１０】通常の三元触媒の浄化効率特性線図である。

【図１１】空燃比制御装置で用いる空燃比センサの出力
特性線図である。

【符号の説明】

１エンジン１２排気路１５吸気路２２吸気温センサ２３負圧センサ２５エンジン回転数センサ２６ＥＣＵ２９フロント空燃比センサ３０リア空燃比センサ４０排気温センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 41/00 - 41/40 F02D 43/00 - 45/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの排気路に設けられると共にセン
サ加熱用のヒータを備えた空燃比センサと、上記ヒータを制御するヒータ制御手段と、上記排気路の温度が空燃比フィードバック開始温度以上
であると上記空燃比センサの空燃比情報に基づき目標空
燃比を制御する空燃比制御手段とを有し、上記ヒータ制御手段はエンジン回転数又は吸気量が第１
の設定値以下であり且つエンジン温度が空燃比フィード
バック開始温度又はそれ以下の温度で設定された設定温
度を超えた際に上記ヒータを作動させるとともに、ヒー
タ作動から所定期間経過後は、エンジン回転数又は吸気
量が上記第１の設定値よりも低い第２の設定値を上回る
とヒータをオフすることを特徴とする空燃比センサのヒ
ータ制御装置。
【請求項２】エンジンの排気路に設けられると共にセン
サ加熱用のヒータを備えた空燃比センサと、上記ヒータを制御するヒータ制御手段と、上記排気路の温度が空燃比フィードバック開始温度以上
てあると上記空燃比センサの空燃比情報に基づき目標空
燃比を制御する空燃比制御手段とを有し、上記ヒータ制御手段はエンジン温度が空燃比フィードバ
ック開始温度又はそれ以下の温度で設定された設定温度
と該設定温度よりも高い第２設定温度の間にある時はエ
ンジン回転数又は吸気量が第１の設定値以下であること
が検出された際に上記ヒータを作動させるとともに、エ
ンジン温度が上記第２設定温度を上回った時はエンジン
回転数又は吸気量が上記第１の設定値よりも低い第２の
設定値を上回るとヒータをオフすることを特徴とする空
燃比センサのヒータ制御装置。
【請求項３】エンジンの排気路に設けられた触媒の上流
側に設けられると共にセンサ加熱用のフロントヒータを
備えた前部空燃比センサと、前記触媒の下流側に設けられると共にセンサ加熱用のり
アヒータを備えた後部空燃比センサと、上記両ヒータを制御するヒータ制御手段と、上記排気路の温度が空燃比フィードバック開始温度以上
てあると上記空燃比センサの空燃比情報に基づき目標空
燃比を制御する空燃比制御手段とを有し、上記ヒータ制御手段はエンジン回転数又は吸気量がフロ
ントヒータ用設定値以下であり且つエンジン温度が空燃
比フィードバック開始温度又はそれ以下の温度で設定さ
れた設定温度を超えた際に上記フロントヒータを作動さ
せるとともに、エンジン回転数又は吸気量が前記フロン
トヒータ用設定値よりも大きいリアヒータ用設定値以下
であり且つエンジン温度が空燃比フィードバック開始温
度又はそれ以下の温度で設定された設定温度を超えた際
に上記リアヒータを作動させることを特徴とする空燃比
センサのヒータ制御装置。
【請求項４】エンジンの排気路に設けられた触媒の上流
側に設けられると共にセンサ加熱用のフロントヒータを
備えた前部空燃比センサと、上記触媒の下流側に設けられると共にセンサ加熱用のリ
アヒータを備えた後部空燃比センサと、上記両ヒータを制御するヒータ制御手段と、上記排気路の温度が空燃比フィードバック開始温度以上
であると上記両空燃比センサの各空燃比情報に基づき目
標空燃比を制御する空燃比制御手段とを有し、上記ヒータ制御手段はエンジン回転数又は吸気量が第ｌ
の設定値以下であり且つエンジン温度が空燃比フィード
バック開始温度又はそれ以下の温度で設定された設定温
度を超えた際に上記両ヒータを作動させるとともに、ヒ
ータ作動から所定期間経過後は、エンジン回転数又は吸
気量が上記第１の設定値よりも低いリアヒータ用設定値
を上回るとリヤヒータをオフし、上記リアヒータ設定値
よりも低いフロントヒータ用設定値を上回るとフロント
ヒータをオフすることを特徴とする空燃比センサのヒー
タ制御装置。