JP3054506B2 - 酸素センサ用ヒータ制御方法 - Google Patents

酸素センサ用ヒータ制御方法

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JP3054506B2
JP3054506B2 JP4334058A JP33405892A JP3054506B2 JP 3054506 B2 JP3054506 B2 JP 3054506B2 JP 4334058 A JP4334058 A JP 4334058A JP 33405892 A JP33405892 A JP 33405892A JP 3054506 B2 JP3054506 B2 JP 3054506B2
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heater
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oxygen sensor
transistor
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俊夫 山本
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Daihatsu Motor Co Ltd
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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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
のための酸素センサを所定温度に保持するための酸素セ
ンサ用ヒータ制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の酸素センサ用ヒータ制御
方法としては、例えば特開平3−229142号に記載
の酸素濃度センサのヒータ制御装置のように、酸素濃度
センサのヒータに流れる電流を検出し、検出した電流が
所定電流値より大きい場合に所定時間ごとに間欠的に通
電するものが知られている。このような間欠的な通電制
御の場合、その通電制御回路は、酸素センサのヒータに
トランジスタを接続し、燃料噴射制御等を行うを電子制
御装置からの信号によりトランジスタをスイッチング制
御して、ヒータの通電を断続するものが一般的である。
このヒータは、温度が上昇するにつれてその自己抵抗値
が大きくなる性質を有するものが使用されている。した
がって、ヒータの抵抗値を検出すればその時のヒータ温
度が検出できるものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、トランジス
タのオン/オフ動作すなわちベースに入力される信号H
TCの変化と、ヒータに電流が流れた場合のヒータ電圧
HT1の変化との間には、図7に示すように、時間的な
ずれがあるため、ベース信号HTCに基づいて通電時の
ヒータ電圧を検出することはできない。一般的には、ベ
ース信号HTCを基に通電時のヒータ電圧HT1をA/
D変換した変換値を、ノイズ除去を目的として例えば1
/4なまし処理した数値を用いて、温度制御を行ってい
る。しかしながら、トランジスタがオンしている場合の
ヒータ電圧HT1のなまし値HT1Nは、図7に示すよ
うに、上記した時間的なずれのためになまし処理をした
ところで、ノイズレベル以上の電圧変動であるので、な
まし処理が不完全なものとなり、処理後の電圧値の変動
が大きくなる傾向にあった。
【0004】本発明は、このような不具合を解消するこ
とを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、次のような手段を講じたものであ
る。すなわち、本発明に係る酸素センサ用ヒータ制御方
法は、酸素センサに内蔵されるヒータへの通電をデュー
ティを調整して行う酸素センサ用ヒータ制御方法であっ
て、通電時のヒータに発生する電圧を前記デューティの
通電周期にあわせて検出し、前記検出した電圧が目標温
度に対応する電圧以上の所定値以下に降下した場合にそ
の電圧をなまし処理し、前記なまし処理した電圧に基づ
いて該ヒータの温度を所定温度に制御することを特徴と
する。
【0006】
【作用】このような構成のものであれば、デューティの
通電周期と、通電時にヒータに発生する電圧との時間的
なずれがあっても、前記電圧は、所定値以下に降下する
までなまし処理されない。つまり、前記時間的なずれの
ために前記電圧が大きく変動している場合は、前記所定
値以下になることはない。それゆえに、変動の大きい期
間の電圧をなまし処理しないので、なまし処理した電圧
が変動することが少なくなり、その電圧値が安定する。
したがって、このようになまし処理した電圧に基づいて
ヒータ温度を制御するので、ヒータ温度が不安定になる
ことがなく、安定したセンサ動作を保障する。
【0007】
【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面を参照して
説明する。
【0008】図1に示す酸素センサ1は、取付フランジ
21を有するハウジング2と、そのハウジング2内に装
着されハウジング2の先端部に取り付けられる保護カバ
ー22によりセンサとなる先端部分が保護される素子部
3と、素子部3内に非接触状態に取り付けられるセラミ
ックヒータ4とで、主として構成されている。
【0009】素子部3は、2枚の白金電極間にジルコニ
ア層を設け、排気ガスに接触する外側の白金電極をセラ
ミックの保護層により被覆した、内部が中空になってい
る棒状形状のものである。その中空部分にはセラミック
ヒータ4が内側の白金電極に接触しない状態で取り付け
られ、かつハウジング2の後部より外気が流入し得るよ
うになっている。素子部3のそれぞれの白金電極には、
電極リード線31が接続されており、通常のO2 センサ
として使用した場合の電圧信号を、またリーンバーン時
における酸素濃度に応じて出力される電流信号をそれぞ
れ外部へ導出するものである。電流信号を得る場合は、
2枚の白金電極間に電圧が印加される。セラミックヒー
タ4は、素子部3の内空部分の形状に対応して形成され
ており、電極リード線31より内部に導入されるヒータ
用リード線41により、後述する方法に基づいて電圧が
印加される。このセラミックヒータ4は、図2に示すよ
うに、そのヒータ抵抗が温度に対して略正比例する特性
を有しており、印加する電圧と温度との関係も、図3に
示すように、略正比例するものである。したがって、セ
ラミックヒータ4の温度を目標温度に維持する場合に
は、印加する電圧を図3に示す特性に基づいて設定すれ
ばよい。セラミックヒータ4の通電を制御する制御回路
5は、図4に示すように、エンジンの燃料噴射等の制御
を行う電子制御装置の中央演算処理装置51と、中央演
算処理装置51から出力される駆動信号HTCが入力す
るベースを有するトランジスタTrと、トランジスタT
rのエミッタに接続される接地抵抗R1とで構成され、
トランジスタTrのコレクタと電源ラインPLとの間に
セラミックヒータ4が接続される。そして、トランジス
タTrのコレクタからセラミックヒータ4の通電時の電
圧変化を検出するために、電圧信号HT1が中央演算処
理装置51に入力される。このような回路構成におい
て、図5に示すような、デューティの駆動信号HTCが
トランジスタTrのベースに入力され、中央演算処理装
置51にトランジスタTrのコレクタから電圧信号TH
1が入力されると、図6に示す内容のプログラムによ
り、信号処理が行われる。
【0010】図6において、先ずステップ61では、駆
動信号HTCがオンであるか否かを判定し、オンであれ
ばステップ62に移行し、そうでない場合はサブルーチ
ンに戻る。すなわち、駆動信号HTCがオンの場合はト
ランジスタTrはオンとなり、セラミックヒータ4に電
流が流れる。駆動信号HTCのオン時間の割合は、図3
に示した特性に基づいて、セラミックヒータ4の温度に
応じて変更される。ステップ62では、電圧信号HT1
、なまし処理の実行を判定するための所定値である
定レベルLVHT以下であるか否かを判定し、以下であ
ればステップ63に移行し、判定レベルLVHTより大
きい場合はサブルーチンに戻る。電圧信号HT1は、ト
ランジスタTrがオンしている場合は、電流がセラミッ
クヒータ4に流れ、かつトランジスタTrと接地抵抗R
1とに流れるので、トランジスタTrのオン時の抵抗と
接地抵抗R1との合成抵抗値に比例した大きさとなる。
また、トランジスタTrがオフしている場合には、電圧
信号HT1は略電源電圧に等しい値となる。この電圧信
号HT1は、駆動信号HTCがオフしている期間を除い
て、所定の期間ごとにA/D変換されて中央演算処理装
置51に入力される。判定レベルLVHTは、図5に示
すように、トランジスタTrがオンしている間の電圧信
号HT1の電圧すなわち目標温度に対応する電圧以上に
設定する。この判定レベルLVHTは、電圧信号HT1
が目標温度に対応する電圧未満であると、なまし処理し
た電圧に基づくセラミックヒータ4の温度を所定温度に
制御することができない状態となることを回避するとと
もに、トランジスタTrがオンからオフに反転した際に
応答が遅れて目標温度に対応する電圧を大幅に上回る電
圧となった電圧信号HT1を除外するためである。ステ
ップ63では、次式により、電圧信号HT1のA/D変
換値をなまし処理してなまし値HT1Nとして順次記憶
する。 HT1Nn =(3×HT1Nn-1 +HT1n )/4 (1) このような構成において、駆動信号HTCがオンした直
後においては、図5に示すように、応答速度の違いから
電圧信号HT1が判定レベルLVHTより大きい状態に
あるので、制御は、ステップ61→62と進み、この後
サブルーチンに戻る。つまり、トランジスタTrのベー
スに印加される駆動信号HTCがオフからンに反転し
ても、トランジスタTrはそれに一致して反転せず、ト
ランジスタTr固有の遅延時間の後にオン状態となる。
したがって、駆動信号HTCが反転の後トランジスタT
rが実際にオンになるまでの期間は、電圧信号HT1が
判定レベルLVHTより大きくなっている。そして、ト
ランジスタTrのオンの後、電圧信号HT1が判定レベ
ルLVHT以下となると、制御は、ステップ61→62
→63と進み、なまし値HT1Nが演算される。トラン
ジスタTrがオンして電圧信号HT1が所定レベルLV
HT以下になった時点では、トランジスタTrがオンし
た定常状態での電圧信号HT1に比べて若干大きな値で
あるので、なまし値HT1Nはわずかながら変動する
が、この時点以降電圧信号HT1は小さくなるので問題
にはならない。なまし値HT1Nの演算は、駆動信号H
TCがオフになるまで継続される。
【0011】駆動信号HTCがオフになっている期間
は、なまし値HT1Nの演算は停止しており、その間は
オフ直前のなまし値HT1Nを保持して、セラミックヒ
ータ4の温度制御を継続する。このなまし値HT1N
は、図3に示すように、セラミックヒータ4の温度と略
正比例の関係にあるので、中央演算処理装置51でなま
し値HT1Nをモニタしながら、駆動信号HTCのデュ
ーティを調整して、常時セラミックヒータ4の温度が素
子部3を活性状態に維持するのに十分な所定温度になる
ように制御する。なお、なまし値HT1Nに基づいて駆
動信号HTCのデューティを調整する方法及び必要な電
気回路については、当該分野で公知のものを広く用いる
ことができる。
【0012】以上の構成によれば、電圧信号HT1が
標温度に対応する電圧以上で、しかも所定レベルLVH
T以下の場合にのみなまし処理を実行しているので、な
まし値HT1Nの変動を小さく抑えることができ、安定
したセラミックヒータ4の温度制御が行える。
【0013】なお、本発明は以上説明した実施例に限定
されるものではない。例えば、セラミックヒータ4以外
に、ヒータとしてPTCヒータなどの正の温度特性を有
する発熱体を使用するものであってよい。
【0014】その他、各部の構成は図示例に限定される
ものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変
形が可能である。
【0015】
【発明の効果】本発明は、以上に詳述したように、通電
時のヒータ電圧が目標温度に対応する電圧以上の所定値
以下である場合になまし処理を行って、そのなまし処理
をした電圧に基づいて温度制御を行うので、なまし処理
後の電圧の変動が抑制され、安定した温度制御が可能と
なり、酸素センサの酸素検出性能を安定させることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の酸素センサの内部構造を示
す概略構成説明図。
【図2】同実施例のセラミックヒータの温度特性を示す
グラフ。
【図3】同実施例のセラミックヒータの温度特性を示す
グラフ。
【図4】同実施例のセラミックヒータの制御回路を示す
電気回路図。
【図5】同実施例の各信号の関係を示すタイミングチャ
ート。
【図6】同実施例の制御手順を示すフローチャート。
【図7】従来例の各信号の関係を示すタイミングチャー
ト。
【符号の説明】
1…酸素センサ 3…素子部 4…セラミックヒータ 51…中央演算処理装置 Tr…トランジスタ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】酸素センサに内蔵されるヒータへの通電を
    デューティを調整して行う酸素センサ用ヒータ制御方法
    であって、 通電時のヒータに発生する電圧を前記デューティの通電
    周期にあわせて検出し、 前記検出した電圧が目標温度に対応する電圧以上の所定
    値以下に降下した場合にその電圧をなまし処理し、 前記なまし処理した電圧に基づいて該ヒータの温度を所
    定温度に制御することを特徴とする酸素センサ用ヒータ
    制御方法。
JP4334058A 1992-12-15 1992-12-15 酸素センサ用ヒータ制御方法 Expired - Lifetime JP3054506B2 (ja)

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