JP3941256B2 - 酸素濃度センサのヒータ制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素濃度センサのセンサ素子を加熱するヒータの制御方法を改善した酸素濃度センサのヒータ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の空燃比制御システムでは、排気ガス中の酸素濃度を酸素濃度センサにより検出し、この酸素濃度センサの検出値に基づいて、エンジンに吸入する混合気の空燃比をフィードバック制御することで、触媒による排気ガス浄化性能を高めるようにしている。一般に、酸素濃度センサは、その出力電圧の温度依存性が大きいため、酸素濃度の検出精度を良好に維持するには素子温度を適温（活性温度）に保つ必要がある。そのため、酸素濃度センサにヒータを付設し、このヒータの発熱により素子温度を活性温度（例えば約６００〜７００℃以上）に保つようにヒータへの通電を制御するようにしたものがある。この場合、素子温度に応じてセンサ素子のインピーダンス（抵抗値）が変化することに着目し、素子温度の代用情報として素子インピーダンスを検出し、この素子インピーダンスを目標インピーダンスに一致させるように制御することで、素子温度を活性温度に保つように制御するようにしたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種の空燃比制御システムは、四輪車に搭載されていたが、最近の二輪車の排気ガス規制の強化に伴って、二輪車にも搭載されるようになってきている。一般に、二輪車は四輪車よりも排気温が低い上に、排気管が走行風や雨水により冷却されやすいため、排気ガスが酸素濃度センサの周辺に到達するまでに排気温が更に低くなる。このため、二輪車では、センサ素子を活性化するのに、ヒータ電力を多く供給する必要があり、四輪車よりもヒータ温度が高くなる。更に、酸素濃度センサが経時劣化するに従って、図８に示すように、同じ素子温度でも素子インピーダンスが新品時よりも増加し、素子温度が実際よりも低く検出されてしまう。このため、酸素濃度センサの劣化に伴って、目標インピーダンス（目標温度）に制御するためのヒータ電力が益々増加し、ヒータ温度が益々高温になる傾向がある。
【０００４】
以上のような事情から、二輪車では、センサ素子を活性温度に保つのに、四輪車よりもヒータ温度を上昇させる必要があり、ヒータの許容温度に対して余裕度が少ない。このため、雨天走行時の排気管被水や減速等により排気温が急低下した時に、ヒータ温度が過昇温して許容温度を越えてしまうおそれがあり、これが度重なると、ヒータが破損してしまうおそれがある。特に、酸素濃度センサが劣化していると、素子温度が実際よりも低く検出されるため、ヒータ温度の過昇温が発生しやすくなり、ヒータ破損が発生しやすくなる。また、ヒータ温度の過昇温は、素子温度の過昇温を招き、センサ素子の劣化を早めることにもなる。
【０００５】
尚、四輪車においても、排気温が低くなる車種や、酸素濃度センサが劣化している場合に、ヒータ温度の過昇温が発生するおそれがあり、ヒータの寿命が短くなる。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、酸素濃度センサのヒータ温度を許容温度内に安定して制御することができ、ヒータの破損やセンサ素子の早期劣化を防止することができる酸素濃度センサのヒータ制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の酸素濃度センサのヒータ制御装置は、ヒータへの供給電力（以下「ヒータ電力」という）をヒータ制御手段により制御すると共に、電力ガード値設定手段により内燃機関の運転状態に基づいてヒータ電力の許容電力値を求め、この許容電力値をなまし処理して電力ガード値を求める。そして、この電力ガード値を用いて電力制限手段によりヒータ電力を制限する。
【０００８】
このようにすれば、排気管被水、減速等による排気温低下やセンサ素子の劣化が発生しても、運転状態を反映した適正な電力ガード値によりヒータ電力が制限されるため、ヒータ温度の過昇温を防ぐことができて、ヒータの破損やセンサ素子の早期劣化を防止することができる。しかも、運転状態の変化が酸素濃度センサ周辺の排気温の変化をもたらすまでに若干の時間遅れがあることを考慮して、運転状態に基づいて求めた許容電力値をなまし処理して電力ガード値を求めるようにしたので、運転状態の変化を少しずつ遅らせて電力ガード値に反映させることができ、排気系の排気温伝達遅れを考慮して適正な電力ガード値を設定することができる。
【０００９】
この場合、請求項２のように、電力ガード値を増加させる時の増加率が、該電力ガード値を減少させる時の減少率よりも小さくなるように前記なまし処理に用いるなまし係数を切り換えるようにしても良い。このようにすれば、電力ガード値を増加させる時に、ヒータの許容温度に対する余裕度を持たせるように少しずつ電力ガード値を増加させることができ、ヒータ温度を更に安定して許容温度内に制御することが可能となる。このような制御は、特に減速時に有効である。
【００１０】
また、請求項３のように、ヒータの通電率を１００％に維持する１００％通電制御と、ヒータ電力を素子インピーダンスに応じて制御する電力制御と、素子インピーダンスを目標インピーダンスに一致させるようにヒータの通電率を制御する素子インピーダンスフィードバック制御とを素子温度の上昇に応じて順番に切り換えて実施する場合、素子インピーダンスフィードバック制御の実行中に電力ガード値によるヒータ電力の制限を実施するようにすると良い。
【００１１】
この場合、ヒータの通電開始後、素子温度の上昇（素子インピーダンスの低下）に応じて、ヒータの制御を１００％通電制御→電力制御の順に実施することで、素子温度を活性温度付近まで上昇させる。その後、素子インピーダンスフィードバック制御に切り換えて素子インピーダンスを目標インピーダンスに制御することで、素子温度を活性温度に維持する。１００％通電制御と電力制御の実行中は、素子温度が活性温度よりも低いため、電力ガード値によるヒータ電力の制限を行わずにセンサ素子の活性化を促進させ、素子インピーダンスフィードバック制御に移行してから電力ガード値によるヒータ電力の制限を実施してヒータ温度を確実に許容温度範囲内に制御する。
【００１２】
ヒータの通電開始後、素子温度が順調に上昇すれば、電力制御の実行時間はあまり長くならないため、電力制御中には、電力ガード値によるヒータ電力の制限を行わなくても、ヒータに負担が掛かることがない。しかし、雨天走行時や低外気温時等のように、エンジン始動後に排気温が低い状態が比較的長く続く場合には、素子温度の昇温が遅れるため、電力制御の時間が長引いて、素子インピーダンスフィードバック制御への移行が遅れる。電力制御では、素子温度を活性温度付近まで上昇させるために、ヒータ電力を比較的大きな電力に制御するため、電力制御が長時間に渡って継続されると、ヒータが高温状態に長時間、保持され続けることになり、ヒータに負担が掛り過ぎるばかりか、この状態で、例えば加速等により排気温が急上昇すると、ヒータが過昇温状態となり、最悪の場合は、ヒータが破損してしまうおそれもある。
【００１３】
そこで、請求項４のように、電力制御が所定時間以上続いた時、又はヒータへの通電開始から所定期間が経過した時に、素子インピーダンスフィードバック制御が開始されていなくても、電力ガード値によるヒータ電力の制限を開始するようにしても良い。つまり、通常であれば、電力制御から素子インピーダンスフィードバック制御に移行するであろう時期が過ぎても、電力制御が継続されているような場合は、センサ素子の活性化促進よりもヒータの保護を重視した方が良いと判断して、電力ガード値によるヒータ電力の制限を開始する。これにより、電力制御が長時間に渡って継続された場合でも、ヒータ温度の過昇温を防止でき、ヒータの破損を防止できる。
【００１４】
ところで、ヒータ電力が電力ガード値にかかっている時には、素子温度が活性温度から外れているため、空燃比（酸素濃度）の変化に対して酸素濃度センサの応答に遅れが出たり、酸素濃度の検出精度が低下する。この状態で、酸素濃度センサの検出値に基づく空燃比フィードバック制御を通常と同じ条件で行っていたのでは、空燃比フィードバック制御が不安定となり、ハンチングが発生するおそれがある。
【００１５】
この対策として、請求項５のように、ヒータ電力が電力ガード値にかかっている時に、空燃比フィードバック制御のフィードバックゲインを通常より小さくし、又は空燃比フィードバック制御を停止すると良い。つまり、空燃比フィードバック制御のフィードバックゲインを通常より小さくすれば、空燃比フィードバック制御に反映させる酸素濃度センサの検出値の比率を小さくして、安定性重視の空燃比フィードバック制御を行うことができ、ハンチングを防止できる。また、空燃比フィードバック制御を停止しても、ハンチングを防止できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
［実施形態（１）］
以下、本発明を二輪車の空燃比制御システムに適用した実施形態（１）を図１乃至図１４に基づいて説明する。
【００１７】
まず、図１に基づいてシステム全体の概略構成を説明する。エンジン１１の排気管１２には、酸素濃度センサ１３が設置されている。この酸素濃度センサ１３は、限界電流式の酸素濃度センサ（空燃比センサとも呼ばれている）であり、排気ガス中の酸素濃度（空燃比）にほぼ比例する限界電流を発生する。この酸素濃度センサ１３のセンサ素子１４は、活性温度が高く（約６００〜７００℃以上）、しかも、活性温度範囲が狭いため、排気ガスの熱のみでは、活性温度範囲を維持することが困難である。そこで、この酸素濃度センサ１３には、ヒータ１５を内蔵し、このヒータ１５の発熱によりセンサ素子１４の温度を活性温度範囲に維持するようにヒータ１５への通電を制御する。
【００１８】
この酸素濃度センサ１３は、センサ制御回路１６によって制御される。センサ制御回路１６には、ホストマイクロコンピュータ（以下「ホストマイコン」と略記する）１７との間でデータを送受信するサブマイクロコンピュータ（以下「サブマイコン」と略記する）１８が設けられている。ホストマイコン１７は、エンジン１１全体の制御を行う主体となるマイクロコンピュータであり、そのＲＯＭ（図示せず）に記憶された点火・噴射制御プログラムに従って演算した点火指令信号と噴射信号を点火装置（図示せず）と燃料噴射弁（図示せず）に出力して点火・噴射動作を制御する。
【００１９】
一方、サブマイコン１８は、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２（記憶媒体）、ＲＡＭ２３、バッテリ（図示せず）でバックアップされたバックアップＲＡＭ２４等を内蔵し、センサ素子１４の印加電圧を制御するために、印加電圧指令信号をＤ／Ａ変換器２６を介して素子印加電圧制御回路２７に出力し、通常の酸素濃度検出時には、この素子印加電圧制御回路２７によってセンサ素子１４の印加電圧（センサ素子１４の両端の電圧差）を所定電圧で保持するように制御する。素子印加電圧制御回路２７には、排気ガス中の酸素濃度に応じてセンサ素子１４に生じる素子電流（限界電流）を検出する電流検出回路２８が内蔵され、この電流検出回路２８で検出された素子電流に応じた電圧がＡ／Ｄ変換器２９を介して酸素濃度検出信号としてサブマイコン１８内に取り込まれる。
【００２０】
また、サブマイコン１８は、デューティ信号をヒータ制御回路３０に入力して、このヒータ制御回路３０によってヒータ１５の通電率（デューティ比）を制御する。図２に示すように、ヒータ１５の一端はバッテリ電源（＋Ｂ）に接続され、他端はスイッチング素子、例えばＭＯＳＦＥＴ３１のドレインに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ３１のゲートはサブマイコン１８によりオン／オフされるスイッチ３２に接続され、該ＭＯＳＦＥＴ３１のソースはヒータ電流検出用抵抗３３を介してアース側に接続されている。
【００２１】
ヒータ１５の両端の電位差（ヒータ電圧Ｖｈ）がオペアンプ３４により検出され、このオペアンプ３４の出力電圧がヒータ電圧検出信号としてＡ／Ｄ変換器３５を介してサブマイコン１８に入力される。また、ヒータ電流検出用抵抗３３の両端の電位差（ヒータ電流Ｉｈに応じた電圧）がオペアンプ３６によって検出され、このオペアンプ３６の出力電圧がヒータ電流検出信号としてＡ／Ｄ変換器３５を介してサブマイコン１８に入力される。
【００２２】
次に、限界電流式の酸素濃度センサ１３の構造を図３に基づいて説明する。酸素濃度センサ１３は、排気管１２内に突出するように取り付けられている。この酸素濃度センサ１３は、空燃比リーン領域における酸素濃度又は空燃比リッチ領域における一酸化炭素（ＣＯ）濃度に対応する限界電流を発生するセンサ素子１４と、このセンサ素子１４を内側から加熱するヒータ１５と、センサ素子１４を覆うカバー３７とから構成され、カバー３７の周壁に、排気ガスが流入する多数の小孔３８が形成されている。
【００２３】
センサ素子１４は、有底筒状に形成された固体電解質層３９と、この固体電解質層３９の内外周面にそれぞれ固着された大気側電極層４０と排気ガス側電極層４１と、排気ガス側電極層４１の外周面にプラズマ溶射法等で形成された拡散抵抗層４２とから構成されている。上記固体電解質層３４は、ＺｒＯ2 、ＨｆＯ2 、ＴｈＯ2 、Ｂｉ2 Ｏ3 等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 等を安定剤として配合した酸素イオン伝導性酸化物焼結体により形成されている。また、拡散抵抗層４２は、アルミナ、マグネシア、ケイ石質、スピネル、ムライト等の耐熱性無機物質により形成されている。そして、排気ガス側電極層４１及び大気側電極層４０は、共に、白金等の触媒活性の高い貴金属により形成され、その表面には多孔質の化学メッキ等が施されている。
【００２４】
一方、ヒータ１５はセンサ素子１４内に収容されており、その発熱によりセンサ素子１４（大気側電極層４０、固体電解質層３９、排気ガス側電極層４１及び拡散抵抗層４２）を加熱して該センサ素子１４を活性化する。
【００２５】
以上のように構成された酸素濃度センサ１３のセンサ素子１４は、理論空燃比点にて濃淡起電力を発生し、理論空燃比点よりリーン領域の酸素濃度に応じた限界電流を発生する。この場合、酸素濃度に対応する限界電流は、排気ガス側電極層４１の面積、拡散抵抗層４２の厚さ、気孔率及び平均孔径により決定される。また、センサ素子１４は酸素濃度を直線的特性にて検出し得るものであるが、このセンサ素子１４を活性化するのに約６００〜７００℃以上の温度が必要とされる。尚、理論空燃比よりもリッチ側の領域では、未燃ガスである一酸化炭素（ＣＯ）の濃度が空燃比に対してほぼリニアに変化し、センサ素子１４はＣＯ濃度に応じた限界電流を発生する。
【００２６】
次に、図４を用いて酸素濃度センサ１３の電圧−電流特性について説明する。酸素濃度センサ１３の電圧−電流特性は、検出空燃比にほぼ比例する固体電解質層３９への流入電流と、この固体電解質層３９への印加電圧との関係がほぼリニアな特性となっている。この場合、特性線の電圧軸Ｖ（横軸）に平行な直線部分が限界電流を示している。この限界電流の増減は空燃比の増減に対応しており、空燃比がリーン側になるほど限界電流は増大し、空燃比がリッチ側になるほど限界電流は減少する。
【００２７】
また、この電圧−電流特性において、電圧軸Ｖに平行な直線部分よりも小さい電圧域は抵抗支配域となっており、その抵抗支配域における特性線の傾きは固体電解質層３９の内部抵抗Ｚｄｃにより決定される（以下、この内部抵抗を「素子インピーダンス」という）。この素子インピーダンスＺｄｃは、センサ素子１４の温度に依存し、センサ素子１４の温度が上昇するに従って、素子インピーダンスＺｄｃが低下する。
【００２８】
一方、サブマイコン１８のＲＯＭ２２には、図５、図９及び図１０に示すヒータ制御用の各ルーチンが記憶されている。以下、サブマイコン１８によって実行される各ルーチンの処理内容を説明する。
【００２９】
図５に示すヒータ制御ルーチンは、所定の周期（例えば１２８ｍｓ周期）でタイマ割り込み処理にて起動され、特許請求の範囲でいうヒータ制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、素子インピーダンスＺｄｃが所定の判定値（例えば２００Ω）以下に低下したか否かにより、センサ素子１４が半活性状態に達したか否かを判定する。この際、素子インピーダンスＺｄｃは、次のようにして検出される。図６に示すように、素子インピーダンスＺｄｃの検出時に酸素濃度センサ１３の印加電圧を一時的に正方向に変化させた後、負方向に変化させる。そして、印加電圧を正方向（又は負方向）に変化させた時の電圧変化量ΔＶと電流変化量ΔＩとから素子インピーダンスＺｄｃを次式により算出する。
Ｚｄｃ＝ΔＶ／ΔＩ
【００３０】
この機能が特許請求の範囲でいう素子インピーダンス検出手段に相当する。尚、この検出方法は一例であって、正負両側の電圧及び電流の変化量に基づき素子インピーダンスＺｄｃを検出したり、負の印加電圧Ｖｎｅｇを印加した時のセンサ電流Ｉｎｅｇから素子インピーダンスＺｄｃ（＝Ｖｎｅｇ／Ｉｎｅｇ）を算出しても良い。
【００３１】
上記ステップ１０１で、Ｚｄｃ＞２００Ωと判定された場合、つまり、センサ素子１４が半活性状態に達していない場合は、ステップ１０２に進み、ヒータ１５の通電を「１００％通電制御」で制御する。この１００％通電制御は、ヒータ１５の通電率（デューティ比）を１００％に維持してセンサ素子１４の温度上昇を促進する制御である。センサ素子１４が半活性状態に達していない（Ｚｄｃ＞２００Ω）期間中は、この１００％通電制御が継続して実施される。
【００３２】
その後、ヒータ１５の加熱によりセンサ素子１４の温度が上昇し、ステップ１０１でＺｄｃ≦２００Ωと判定されたときに、センサ素子１４が半活性状態に達したと判断して、ステップ１０３に進み、素子インピーダンスＺｄｃが素子インピーダンスフィードバック制御（以下「素子インピーダンスＦ／Ｂ制御」と表記する）を開始するための所定の判定値以下であるか否かを判定する。ここで、素子インピーダンスＦ／Ｂ制御開始の判定値は、センサ素子１４の温度が活性温度付近まで昇温したか否かを判定するものであり、バックアップＲＡＭ２４内に記憶保持されている目標インピーダンスＺｄｃＴＧに対して「＋１０Ω」程度の値である。例えば、目標インピーダンスＺｄｃＴＧの初期値（センサ劣化前の値）が「３０Ω」である場合、素子インピーダンスＦ／Ｂ制御開始の判定値は「４０Ω」に設定される。
【００３３】
このステップ１０３で「Ｎｏ」と判定された場合、酸素濃度センサ１３の温度が活性温度付近まで昇温していないと判断して、ステップ１０４に進み、ヒータ１５の通電を「電力制御」により制御する。この際、素子インピーダンスＺｄｃに応じて図７に示すマップより電力指令値が決定され、その電力指令値に応じてヒータ１５のデューティ比Ｄｕｔｙが算出される。この電力制御は、センサ素子１４が半活性状態で且つ活性化が完了する前の期間に、継続して実施される。
【００３４】
次のステップ１０８で、電力指令値が所定の電力ガード値ＷＨＧＤ以上であるか否かを判定する。この電力ガード値ＷＨＧＤは後述する図１０の電力ガード値設定ルーチンで算出される。もし、電力指令値が電力ガード値ＷＨＧＤ以上であれば、ステップ１０９に進み、電力指令値を電力ガード値ＷＨＧＤでガード処理して（電力指令値＝ＷＨＧＤ）、本ルーチンを終了する。一方、電力指令値が電力ガード値ＷＨＧＤよりも小さければ、ステップ１０４で算出した電力指令値をそのまま採用して本ルーチンを終了する。
【００３５】
その後、センサ素子１４の温度が活性温度付近まで昇温すると、本ルーチンが起動されたときに、ステップ１０３で「Ｙｅｓ」と判定され、ステップ１０５に進み、後述する図９の目標インピーダンス設定ルーチンを実行して、目標インピーダンスＺｄｃＴＧを設定する。この後、ステップ１０６に進み、「素子インピーダンスＦ／Ｂ制御」を実施する。この素子インピーダンスＦ／Ｂ制御では、例えばＰＩＤ制御を用いてヒータ１５の通電率であるデューティ比Ｄｕｔｙを次のようにして算出する。
【００３６】
まず、次の（１）〜（３）式により比例項ＧＰ、積分項ＧＩ、微分項ＧＤを算出する。
ＧＰ＝ＫＰ・（Ｚｄｃ−ＺｄｃＴＧ） ……（１）
ＧＩ＝ＧＩ(i-1) ＋ＫＩ・（Ｚｄｃ−ＺｄｃＴＧ） ……（２）
ＧＤ＝ＫＤ・｛Ｚｄｃ−Ｚｄｃ(i-1) ｝ ……（３）
ここで、ＫＰは比例定数、ＫＩは積分定数、ＫＤは微分定数であり、ＧＩ(i-1) 及びＺｄｃ(i-1) は前回処理時の値である。
【００３７】
そして、上記比例項ＧＰ、積分項ＧＩ、微分項ＧＤを積算してヒータ１５のデューティ比Ｄｕｔｙを算出する（Ｄｕｔｙ＝ＧＰ＋ＧＩ＋ＧＤ）。また、このとき、算出したデューティ比Ｄｕｔｙに対応する電力指令値を算出する。尚、デューティ比Ｄｕｔｙの制御は、上記ＰＩＤ制御に限定されるものではなく、ＰＩ制御やＰ制御を用いても良い。
【００３８】
次のステップ１０７で、素子インピーダンスＦ／Ｂ実行フラグＸＦＢを「１」にセットする。このフラグＸＦＢは素子インピーダンスＦ／Ｂ制御が実施されているか否かを示すものであり、ＸＦＢ＝１は素子インピーダンスＦ／Ｂ制御の実施を意味し、ＸＦＢ＝０は素子インピーダンスＦ／Ｂ制御の未実施を意味する（但し、このＸＦＢは、イグニッションキーのオン操作時に「０」にリセットされる）。
【００３９】
素子インピーダンスＦ／Ｂ制御期間中も、後述する図１０の電力ガード値設定ルーチンで電力ガード値ＷＨＧＤが算出され、電力指令値のガード処理が行われる（ステップ１０８，１０９）。このとき、電力指令値が電力ガード値ＷＨＧＤに達している場合には、上記ステップ１０６で算出したデューティ比Ｄｕｔｙが電力ガード値ＷＨＧＤに応じて修正される。これらステップ１０８，１０９の処理が特許請求の範囲でいう電力制限手段としての役割を果たす。
【００４０】
以上のようにして、センサ素子１４の温度上昇（素子インピーダンスＺｄｃの低下）に応じて、１００％通電制御→電力制御の順に実施してセンサ素子１４の温度を活性温度付近まで上昇させ、その後は、素子インピーダンスＦ／Ｂ制御により素子インピーダンスＺｄｃを目標インピーダンスＺｄｃＴＧに維持することで、センサ素子１４の温度を活性温度に保持する。
【００４１】
ところで、センサ素子１４の温度の目標値（最適活性温度）を例えば７００℃とした場合、図８に示すように、酸素濃度センサ１３の劣化前には目標インピーダンスＺｄｃＴＧを３０Ωに設定すると、センサ素子１４の温度が最適活性温度７００℃程度に維持されるが、酸素濃度センサ１３が劣化すると、ＺｄｃＴＧ＝３０Ωでは、素子温度が最適活性温度７００℃を大きく越えてしまう（このときの素子温度は、劣化が進むほど上昇する）。
【００４２】
そこで、本実施形態（１）では、図９に示す目標インピーダンス設定ルーチンを実行することで、酸素濃度センサ１３が劣化したときでも、センサ素子１４の温度を最適活性温度７００℃付近に維持できるように、目標インピーダンスＺｄｃＴＧをセンサ素子１４の劣化度合に応じて増加側に補正する。
【００４３】
図９の目標インピーダンス設定ルーチンは、図５のヒータ制御ルーチンのステップ１０５で実行されるサブルーチンである。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１１１で、素子インピーダンスＦ／Ｂ制御の実施中（ＸＦＢ＝１）か否かを判定する。素子インピーダンスＦ／Ｂ制御が開始されていない場合（ＸＦＢ＝０の場合）、ステップ１１２に進み、バックアップＲＡＭ２４から目標インピーダンスＺｄｃＴＧを読み出し、それを初期値として設定する。この目標インピーダンスＺｄｃＴＧの初期値は、前記ステップ１０６の素子インピーダンスＦ／Ｂ制御の開始時に使用される。
【００４４】
その後、素子インピーダンスＦ／Ｂ制御（ＸＦＢ＝１）に切り換えられたときに、ステップ１１３に進み、その時のヒータ電圧Ｖｈとヒータ電流Ｉｈとから実ヒータ電力ＷＨ（＝Ｖｈ×Ｉｈ）を算出し、次のステップ１１４で、算出した実ヒータ電力ＷＨが電力ガード値ＷＨＧＤ以上であるか否かを判定する。もし、ＷＨ＜ＷＨＧＤと判定されれば、ステップ１１５に進み、「ＷＨ≧ＷＨＧＤ」の状態の継続時間を計測するカウンタを「０」にクリアし、続くステップ１１６で、目標インピーダンスＺｄｃＴＧをその時の値（例えばセンサ劣化前の初期状態であれば、３０Ω）に保持して本ルーチンを終了する。
【００４５】
一方、上記ステップ１１４でＷＨ≧ＷＨＧＤと判定されれば、ステップ１１７に進み、「ＷＨ≧ＷＨＧＤ」の状態の継続時間を計測するカウンタの値をカウントアップする。そして、次のステップ１１８で、前記カウンタ値に基づき、「ＷＨ≧ＷＨＧＤ」の状態の継続時間が所定時間（例えば５分間）以上になったか否かを判定する。もし、「ＷＨ≧ＷＨＧＤ」の状態の継続時間が所定時間未満であれば、酸素濃度センサ１３が劣化していないと判断して、ステップ１１６に進み、目標インピーダンスＺｄｃＴＧの値をそのまま保持する。これに対し、「ＷＨ≧ＷＨＧＤ」の状態の継続時間が所定時間以上の場合は、酸素濃度センサ１３が劣化していると判断して、ステップ１１９に進み、目標インピーダンスＺｄｃＴＧを所定値αだけ増加側に補正して本ルーチンを終了する。
【００４６】
上記ステップ１１９で補正した目標インピーダンスＺｄｃＴＧは、バックアップＲＡＭ２４に格納され、エンジンの停止中も記憶保持される。そして、この補正後の目標インピーダンスＺｄｃＴＧは、次のエンジン始動後に本ルーチンを起動したときに、前記ステップ１１２で読み込まれる。
【００４７】
次に、電力ガード値を設定する図１０の電力ガード値設定ルーチンの処理の流れを説明する。本ルーチンは、例えば６４ｍｓ毎に実行され、まず、ステップ２０１で、１００％通電制御中か否かを判定し、１００％通電制御中であれば、電力ガード値を設定せずに、ステップ２０２に進み、電力ガード開始判定カウンタＣＷＨＧＤのカウント値を０にリセットして本ルーチンを終了する。この電力ガード開始判定カウンタＣＷＨＧＤは、電力制御開始後にステップ２０４を通過する毎にカウントアップして電力制御の継続時間を計測し、電力制御中の電力ガード値の切り換えタイミングの判定に使用される。
【００４８】
その後、１００％通電制御から電力制御に移行すると、ステップ２０１で「Ｎｏ」と判定され、ステップ２０３に進み、素子インピーダンスＦ／Ｂ制御実行中（ＸＦＢ＝１）か否かを判定する。電力制御中は、ステップ２０３で「Ｎｏ」と判定され、ステップ２０４に進む毎に、電力ガード開始判定カウンタＣＷＨＧＤを１だけカウントアップし、次のステップ２０５で、電力ガード開始判定カウンタＣＷＨＧＤのカウント値が所定値Ｔ1 以上か否かを判定する。ここで、所定値Ｔ1 は、通常の排気温であれば、電力制御が開始されてから素子インピーダンスＦ／Ｂ制御に移行するのに十分な時間に相当する値に設定されている。
【００４９】
このステップ２０５で、電力ガード開始判定カウンタＣＷＨＧＤのカウント値が所定値Ｔ1 未満であれば、ステップ２０６に進み、図１１に示す第１の電力ガード値マップを検索し、現在の素子インピーダンスＺｄｃに応じた第１の電力ガード値ＷＨＧＤを求めて本ルーチンを終了する。ここで使用する第１の電力ガード値マップの特性は、素子インピーダンスＺｄｃが大きくなるほど（素子温度が低くなるほど）、第１の電力ガード値ＷＨＧＤがリニアに大きくなり、素子インピーダンスＺｄｃが例えば２００Ω以上になると、第１の電力ガード値ＷＨＧＤが一定になる。
【００５０】
その後、電力制御から素子インピーダンスＦ／Ｂ制御に移行すると、ステップ２０３でＸＦＢ＝１と判定され、ステップ２０７に進み、電力ガード開始判定カウンタＣＷＨＧＤのカウント値を０にリセットして、ステップ２０８に進み、エンジン運転状態に応じた第２の電力ガード値の設定処理（ステップ２０８〜２１５）を実行する。
【００５１】
また、前記ステップ２０５で、電力ガード開始判定カウンタＣＷＨＧＤのカウント値が所定値Ｔ1 以上と判定された場合、つまり、通常の排気温であれば、電力制御から素子インピーダンスＦ／Ｂ制御に移行するのに十分な時間が経過しても、電力制御が継続されているような場合も、センサ素子１４の活性化促進よりヒータ１５の保護を重視した方が良いと判断して、ステップ２０８に進み、エンジン運転状態に応じた第２の電力ガード値の設定処理を次のように実行する。
【００５２】
まず、ステップ２０８で、図１２に示すエンジン回転数ＮＥと負荷（スロットル開度ＶＴＴＰ）とをパラメータとする第２の電力ガード値マップを検索して、現在のエンジン回転数ＮＥと負荷（スロットル開度ＶＴＴＰ）に応じた仮の電力ガード値ＫＷＨＧＤＭ（許容電力値）を求める。尚、関数式を用いて仮の電力ガード値ＫＷＨＧＤＭを算出しても良い。
【００５３】
通常、エンジン回転数ＮＥ、負荷が大きいほど排気温が高くなり、排気温が高くなるほどヒータ温度を上げる必要がない。この点を考慮して、図１２の第２の電力ガード値マップ特性は、エンジン回転数ＮＥ、負荷（スロットル開度ＶＴＴＰ）が大きくなるほど仮の電力ガード値ＫＷＨＧＤＭが小さくなるように設定されている。
【００５４】
尚、この第２の電力ガード値マップのパラメータとして用いる負荷は、スロットル開度に代えて、吸気管圧力又は吸入空気量を用いても良い。更に、エンジン回転数ＮＥと負荷のいずれか一方のみから仮の電力ガード値ＫＷＨＧＤＭを設定しても良く、要は、排気温に影響を及ぼすエンジン運転パラメータに基づいてマップ又は関数式により仮の電力ガード値ＫＷＨＧＤＭを設定すれば良い。
【００５５】
次のステップ２０９で、電力ガードなまし値ＫＷＨＧＳＭの算出が初回か否かを判定し、もし、初回であれば、ステップ２１０に進み、電力ガードなまし値ＫＷＨＧＳＭの初期値として、前記ステップ２０８で検索した仮の電力ガード値ＫＷＨＧＤＭを設定して（ＫＷＨＧＳＭ＝ＫＷＨＧＤＭ）、ステップ２１５に進み、仮の電力ガード値ＫＷＨＧＳＭをそのまま電力ガード値ＷＨＧＤとする。
【００５６】
電力ガードなまし値ＫＷＨＧＳＭの初期値設定後は、ステップ２０９からステップ２１１に進み、今回の仮の電力ガード値ＫＷＨＧＤＭが前回の電力ガードなまし値ＫＷＨＧＳＭよりも大きいか否かを判定する。今回の仮の電力ガード値ＫＷＨＧＤＭが前回のなまし値ＫＷＨＧＳＭよりも大きい場合には、ステップ２１２に進み、なまし係数ＫＳＭを比較的小さい係数ＫＳＭＬに設定する。
【００５７】
一方、今回の仮の電力ガード値ＫＷＨＧＤＭが前回の電力ガードなまし値ＫＷＨＧＳＭ以下である場合には、ステップ２１３に進み、なまし係数ＫＳＭを比較的大きい係数ＫＳＭＨに設定する。ここで、なまし係数ＫＳＭに用いるＫＳＭＬとＫＳＭＨを、ＫＳＭＬ＜ＫＳＭＨの関係に設定することで、後述するステップ２１４のなまし処理において、電力ガードなまし値ＫＷＨＧＳＭの増加率が減少率よりも小さくなるようなっている。
【００５８】
次のステップ２１４で、仮の電力ガード値ＫＷＨＧＤＭを、なまし係数ＫＳＭを用いて次式によりなまし処理し、電力ガードなまし値ＫＷＨＧＳＭを求める。ＫＷＨＧＳＭ＝ＫＷＨＧＳＭＯ＋ＫＳＭ×（ＫＷＨＧＤＭ−ＫＷＨＧＳＭＯ）
ここで、ＫＷＨＧＳＭＯは前回の電力ガードなまし値である。
【００５９】
その後、ステップ２１５に進み、算出した電力ガードなまし値ＫＷＨＧＳＭで第２の電力ガード値ＷＨＧＤを更新して本ルーチンを終了する。尚、第２の電力ガード値が特許請求の範囲でいう電力ガード値に相当し、上記ステップ２０８〜２１５の処理が特許請求の範囲でいう電力ガード値設定手段としての役割を果たす。
【００６０】
以上説明した実施形態（１）のヒータ制御の実行例を図１３及び図１４のタイムチャートを用いて説明する。図１３及び図１４は、共に、エンジン始動後にセンサ素子１４を活性化し、素子温度を活性温度に制御する過程を示している。エンジン始動後、センサ素子１４が半活性状態に達するまでの期間（素子インピーダンスＺｄｃ＞２００Ωの期間）は、１００％通電制御を実施してセンサ素子１４の昇温を促進する。この１００％通電制御により、センサ素子１４が半活性状態になった時点で、電力制御に移行し、センサ素子１４の活性化が完了するまでの期間（２００Ω≧素子インピーダンスＺｄｃ＞４０Ωの期間）は、この電力制御によりセンサ素子１４の温度を活性温度付近まで上昇させる。これにより、センサ素子１４の活性化が完了した時点で、素子インピーダンスＦ／Ｂ制御に移行し、素子インピーダンスＺｄｃを目標インピーダンス３０Ω（劣化のない場合）に維持するようにＦ／Ｂ制御してセンサ素子１４の温度を活性温度に保持する。
【００６１】
図１３の例では、電力ガード開始判定カウンタＣＷＨＧＤのカウント値が所定値Ｔ1 に達する前に、電力制御から素子インピーダンスＦ／Ｂ制御に切り換えられる。このため、電力制御の期間中は、図１１の第１の電力ガード値マップにより設定した第１の電力ガード値を用いてヒータ電力がガード処理される。その後、素子インピーダンスＦ／Ｂ制御に切り換えられると同時に、電力ガード値が第２の電力ガード値に切り換えられる。つまり、素子インピーダンスＦ／Ｂ制御の開始後は、図１２の第２の電力ガード値マップを用いてエンジン回転数ＮＥと負荷（スロットル開度ＶＴＴＰ）から仮の電力ガード値を求め、これをなまし処理して第２の電力ガード値を設定する。
【００６２】
これにより、素子インピーダンスＦ／Ｂ制御期間中は、雨天走行時の排気管被水や減速により排気温が低下して素子温度が低下（素子インピーダンスが増大）しても、エンジン運転状態を反映した第２の電力ガード値によりヒータ電力が制限されるため、ヒータ温度の過昇温を防ぐことができて、ヒータ１５の破損やセンサ素子１４の過昇温による早期劣化を防止することができる。しかも、エンジン運転状態の変化が酸素濃度センサ１３周辺の排気温の変化をもたらすまでに若干の時間遅れがあることを考慮して、エンジン運転状態に基づいて求めた仮の電力ガード値をなまし処理して第２の電力ガード値を求めるようにしたので、エンジン運転状態の変化を少しずつ遅らせて第２の電力ガード値に反映させることができ、排気系の排気温伝達遅れを考慮して適正な第２の電力ガード値を設定することができる。
【００６３】
また、減速走行時等、エンジン回転数や負荷が低下する時には、図１２のマップ特性により第２の電力ガード値が増加方向に変化するが、本実施形態（１）では、第２の電力ガード値の増加方向と減少方向との間で、なまし処理に用いるなまし係数を切り換えて、第２の電力ガード値の増加率が減少率よりも小さくなるようにしているので、第２の電力ガード値を増加させる時に、ヒータ１５の許容温度に対する余裕度を持たせるように少しずつ第２の電力ガード値を増加させることができ、より確実にヒータ温度を許容温度内に制御することができる。しかしながら、なまし係数の切り換えを行わずに、なまし係数を固定値としても良く、この場合でも、なまし係数を適宜設定することで、本発明の所期の目的は十分に達成することができる。
【００６４】
更に、本実施形態（１）では、図９の目標設定ルーチンを実行することで、センサ素子１４の劣化に応じて目標インピーダンスを補正するので、センサ素子１４の劣化によってセンサ素子１４の温度が活性温度からずれることを防止することができる利点もある。但し、本発明は、センサ素子１４の劣化に応じた目標インピーダンスの補正を行わないようにしても良く、この場合でも、第２の電力ガード値によりヒータ温度の過昇温を防止することができる。
【００６５】
ところで、ヒータ１５の通電開始後、素子温度が順調に上昇すれば、電力制御の実行時間はあまり長くならないため、電力制御中には、第２の電力ガード値によるヒータ電力の制限を行わなくても、ヒータ１５に負担が掛かることがない。しかし、雨天走行時や低外気温時等のように、エンジン始動後に排気温が低い状態が比較的長く続く場合には、素子温度の昇温が遅れるため、電力制御の時間が長引いて、素子インピーダンスＦ／Ｂ制御への移行が遅れる。電力制御では、素子温度を活性温度付近まで上昇させるために、ヒータ電力を比較的大きな電力に制御するため、電力制御が長時間に渡って継続されると、ヒータ１５が高温状態に長時間、保持され続けることになり、ヒータ１５に負担が掛り過ぎるばかりか、この状態で、例えば加速等により排気温が急上昇すると、ヒータ１５が過昇温状態となり、最悪の場合は、ヒータ１５が破損してしまうおそれもある。
【００６６】
その点、本実施形態（１）では、図１４に示すように、電力制御中に電力ガード開始カウンタＣＷＨＧＤのカウント値が所定値Ｔ1 に達した時点、つまり、通常であれば、電力制御から素子インピーダンスＦ／Ｂ制御に移行するであろう所定時間が経過した時点で、ヒータ１５の保護を重視した方が良いと判断して、第２の電力ガード値によるヒータ電力のガード処理が開始される。これにより、電力制御が長い時間、継続されても、ヒータ１５の負担を軽減してヒータ１５の過昇温を防止できると共に、加速等により排気温が急上昇してもヒータ１５の破損を防止することができる。
【００６７】
尚、本実施形態（１）では、電力ガード開始判定カウンタＣＷＨＧＤを電力制御開始からカウントアップさせるようにしたが、図１３、図１４中に二点鎖線で示すように、電力ガード開始判定カウンタＣＷＨＧＤを１００％通電制御開始からカウントアップさせて、電力ガード開始判定カウンタＣＷＨＧＤのカウント値が所定値Ｔ2 に達した時点で、第２の電力ガード値によるヒータ電力のガード処理を開始するようにしても良い。この場合、所定値Ｔ2 は、通常の排気温であれば、１００％通電制御が開始されてから素子インピーダンスＦ／Ｂ制御に移行するのに十分な時間に相当する値に設定されている。
【００６８】
或は、１００％通電制御開始からのヒータ電力の積算値、又は、電力制御開始からのヒータ電力の積算値が所定値に達した時に、素子インピーダンスＦ／Ｂ制御に移行するようにしても良い。
【００６９】
また、本実施形態（１）では、図５、図９及び図１０に示すヒータ制御用の各ルーチンをサブマイコン１８で実行するようにしたが、これら各ルーチンをホストマイコン１７で実行するようにしても良い。
【００７０】
［実施形態（２）］
ところで、ヒータ電力が第２の電力ガード値にかかっている時には、センサ素子１４の温度が活性温度から外れるため、空燃比（酸素濃度）の変化に対して酸素濃度センサ１３の応答に遅れが出たり、酸素濃度の検出精度が低下する。この状態で、酸素濃度センサ１３の検出値に基づく空燃比フィードバック制御を通常と同じ条件で行っていたのでは、空燃比フィードバック制御が不安定となり、ハンチングが発生して、ドライバビリティや排気エミッションに悪影響を及ぼすおそれがある。
【００７１】
そこで、本発明の実施形態（２）では、図１５の空燃比制御ルーチンを実行することで、ヒータ電力が第２の電力ガード値にかかっている時には、フィードバックゲインを通常より小さくして安定性重視にするか又は空燃比フィードバック制御を停止するようにしている。図１５の空燃比制御ルーチンは、ホストマイコン１７のＲＯＭ（図示せず）に記憶され、所定クランク角（例えば１８０℃Ａ）毎に実行されることで、特許請求の範囲でいう空燃比フィードバック制御手段としての役割を果たす。
【００７２】
本ルーチンが起動されると、まず、ステップ３０１で、各種センサからの検出信号を読み込んで、冷却水温、始動後経過時間、エンジン回転数等から空燃比フィードバック条件が成立しているか否かを判定する。もし、空燃比フィードバック条件が不成立と判定された場合には、ステップ３０２に進み、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを「１．０」に設定して、ステップ３１１に進む。この場合は、空燃比フィードバック制御が停止され、オープンループ制御で空燃比が制御される。
【００７３】
一方、上記ステップ３０１で、空燃比フィードバック条件成立と判定された場合には、ステップ３０３に進み、ヒータ電力が第２の電力ガード値にかかっているか否かを判定する。ヒータ電力が第２の電力ガード値にかかっていると判定された場合は、酸素濃度センサ１３の素子温度が活性温度から外れているため、センサ応答性が低下していると判断して、ステップ３０４に進み、素子インピーダンスＺｄｃが判定値αΩ（図１３参照）よりも大きいか否かを判定する。ここで、判定値αΩは、空燃比フィードバック制御を実施するのに必要な最低のセンサ応答性、酸素濃度検出精度を確保できる素子温度に相当する素子インピーダンスに設定されている。
【００７４】
このステップ３０４で、素子インピーダンスＺｄｃが判定値αΩよりも大きいと判定された場合は、センサ素子１４の温度が活性温度から大きく外れていて、空燃比フィードバック制御を実施するのに必要な最低のセンサ応答性、酸素濃度検出精度を確保できないため、ステップ３０２に進み、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを「１．０」に設定して空燃比フィードバック制御を停止し、ステップ３１１に進む。
【００７５】
これに対して、素子インピーダンスＺｄｃが判定値αΩ以下と判定された場合には、素子温度の活性温度からの外れが比較的小さいため、空燃比フィードバック制御を実施可能と判断して、ステップ３０５に進み、通常よりも小さい安定性重視のフィードバックゲインＫ1 〜Ｋ6 を読み込んで、次のようにして空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを算出する。
【００７６】
まず、ステップ３０６で、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの算出が初回か否かを判定し、もし、初回であれば、ステップ３０７に進み、積分項の初期値ＦＡＦＩＡ(1) を次式により算出して、ステップ３０９に進む。
ここで、ＬＡＦＳＥＮは、酸素濃度センサ１３で検出した現在の空燃比である。
【００７７】
一方、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの算出が２回目以降であれば、ステップ３０６からステップ３０８に進んで、今回の積分項ＦＡＦＩＡ(i) を次式により算出して、ステップ３０９に進む。
ＦＡＦＩＡ(i) ＝ＦＡＦＩＡ(i-1) ＋（ＴＧＡＦ−ＬＡＦＳＥＮ）×ＫＡ
ここで、ＴＧＡＦはエンジン回転数と負荷から求められる目標空燃比、ＫＡは積分定数である。
【００７８】
以上のようにしてステップ３０７又は３０８で積分項ＦＡＦＩＡ(i) を算出した後、ステップ３０９に進み、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを次式により算出する。
ここで、添字の(i) 〜(i-5) はサンプリング時期を示す。
【００７９】
この後、ステップ３１０に進み、算出した空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの上下限を、上限ガード値（１．２５）と下限ガード値（０．７５）でガード処理する。
【００８０】
そして、次のステップ３１１で、基本燃料噴射量Ｔｐ、補正係数ＦＡＬＬ、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦ及び無効噴射時間Ｔｖを用いて、次式により燃料噴射量ＴＡＵを算出して本プログラムを終了する。
ＴＡＵ＝Ｔｐ×ＦＡＬＬ×ＦＡＦ＋Ｔｖ
ここで、補正係数ＦＡＬＬは、例えば、冷却水温による暖機増量補正係数、スロットル開度や吸気管圧力の変動による加減速補正係数、吸気温補正係数、大気圧補正係数等である。
【００８１】
一方、前記ステップ３０３で、ヒータ電力が第２の電力ガード値にかかっていないと判定された場合は、素子温度が活性温度に維持され、センサ応答性や酸素濃度検出精度が十分に確保されている判断して、ステップ３１２に進み、通常時の大きいフィードバックゲインを読み込んで、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを算出し（ステップ３０６〜３１０）、ステップ３１１で燃料噴射量ＴＡＵを算出して本プログラムを終了する。
【００８２】
以上説明した本実施形態（２）によれば、ヒータ電力が第２の電力ガード値にかかっている時に、フィードバックゲインを通常より小さくするか又は空燃比フィードバック制御を停止するようにしたので、ヒータ電力のガード処理によりセンサ応答性、酸素濃度検出精度が低下した時には、空燃比フィードバック制御に反映させる酸素濃度センサ１３の検出値の比率を小さくして、安定性重視の空燃比フィードバック制御を行ったり、空燃比フィードバック制御を停止することができ、空燃比フィードバック制御のハンチングを未然に防止できる。
【００８３】
尚、本実施形態（２）では、ヒータ電力が第２の電力ガード値にかかっている時に、素子インピーダンスＺｄｃが判定値αΩよりも大きいか否かによって、空燃比フィードバック制御の停止と安定性重視の空燃比フィードバック制御とを切り換えるようにしているが、空燃比フィードバック制御の停止と安定性重視の空燃比フィードバック制御のどちらか一方のみを実施するようにしても良い。また、ヒータ電力が第２の電力ガード値にかかっている時に、素子インピーダンスＺｄｃに応じてフィードバックゲインを複数段階又は連続的に切り換えるようにしても良い。
【００８４】
その他、本発明は、二輪車の空燃比制御システムのヒータ制御装置に限定されず、四輪車の空燃比制御システムや空燃比制御システム以外の酸素濃度センサのヒータ制御装置に適用して実施できる等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態（１）における酸素濃度検出システムの概略構成を示すブロック図
【図２】ヒータ制御回路の構成を示す回路図
【図３】酸素濃度センサの拡大断面図
【図４】酸素濃度センサの電圧−電流特性を示す図
【図５】ヒータ制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図６】素子インピーダンスの検出方法を説明するための図
【図７】素子インピーダンスと電力指令値との関係を規定するマップを概念的に示す図
【図８】素子温度と素子インピーダンスとセンサ素子の劣化との関係を示す特性図
【図９】目標インピーダンス設定ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図１０】電力ガード値設定ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図１１】素子インピーダンスと第１の電力ガード値との関係を規定する第１の電力ガードマップを概念的に示す図
【図１２】エンジン回転数とスロットル開度と仮の電力ガード値との関係を規定する第２の電力ガード値マップを概念的に示す図
【図１３】実施形態（１）のヒータ制御を行った場合の実行例を示すタイムチャート（その１）
【図１４】実施形態（１）のヒータ制御を行った場合の実行例を示すタイムチャート（その２）
【図１５】本発明の実施形態（２）における空燃比制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【符号の説明】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…排気管、１３…酸素濃度センサ、１４…センサ素子、１５…ヒータ、１７…ホストマイコン（空燃比フィードバック制御手段）、１８…サブマイコン（ヒータ制御手段，電力ガード値設定手段，電力制限手段，素子インピーダンス検出手段）、３０…ヒータ制御回路。
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素濃度センサのセンサ素子を加熱するヒータの制御方法を改善した酸素濃度センサのヒータ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の空燃比制御システムでは、排気ガス中の酸素濃度を酸素濃度センサにより検出し、この酸素濃度センサの検出値に基づいて、エンジンに吸入する混合気の空燃比をフィードバック制御することで、触媒による排気ガス浄化性能を高めるようにしている。一般に、酸素濃度センサは、その出力電圧の温度依存性が大きいため、酸素濃度の検出精度を良好に維持するには素子温度を適温（活性温度）に保つ必要がある。そのため、酸素濃度センサにヒータを付設し、このヒータの発熱により素子温度を活性温度（例えば約６００〜７００℃以上）に保つようにヒータへの通電を制御するようにしたものがある。この場合、素子温度に応じてセンサ素子のインピーダンス（抵抗値）が変化することに着目し、素子温度の代用情報として素子インピーダンスを検出し、この素子インピーダンスを目標インピーダンスに一致させるように制御することで、素子温度を活性温度に保つように制御するようにしたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種の空燃比制御システムは、四輪車に搭載されていたが、最近の二輪車の排気ガス規制の強化に伴って、二輪車にも搭載されるようになってきている。一般に、二輪車は四輪車よりも排気温が低い上に、排気管が走行風や雨水により冷却されやすいため、排気ガスが酸素濃度センサの周辺に到達するまでに排気温が更に低くなる。このため、二輪車では、センサ素子を活性化するのに、ヒータ電力を多く供給する必要があり、四輪車よりもヒータ温度が高くなる。更に、酸素濃度センサが経時劣化するに従って、図８に示すように、同じ素子温度でも素子インピーダンスが新品時よりも増加し、素子温度が実際よりも低く検出されてしまう。このため、酸素濃度センサの劣化に伴って、目標インピーダンス（目標温度）に制御するためのヒータ電力が益々増加し、ヒータ温度が益々高温になる傾向がある。
【０００４】
以上のような事情から、二輪車では、センサ素子を活性温度に保つのに、四輪車よりもヒータ温度を上昇させる必要があり、ヒータの許容温度に対して余裕度が少ない。このため、雨天走行時の排気管被水や減速等により排気温が急低下した時に、ヒータ温度が過昇温して許容温度を越えてしまうおそれがあり、これが度重なると、ヒータが破損してしまうおそれがある。特に、酸素濃度センサが劣化していると、素子温度が実際よりも低く検出されるため、ヒータ温度の過昇温が発生しやすくなり、ヒータ破損が発生しやすくなる。また、ヒータ温度の過昇温は、素子温度の過昇温を招き、センサ素子の劣化を早めることにもなる。
【０００５】
尚、四輪車においても、排気温が低くなる車種や、酸素濃度センサが劣化している場合に、ヒータ温度の過昇温が発生するおそれがあり、ヒータの寿命が短くなる。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、酸素濃度センサのヒータ温度を許容温度内に安定して制御することができ、ヒータの破損やセンサ素子の早期劣化を防止することができる酸素濃度センサのヒータ制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の酸素濃度センサのヒータ制御装置は、ヒータへの供給電力（以下「ヒータ電力」という）をヒータ制御手段により制御すると共に、電力ガード値設定手段により内燃機関の運転状態に基づいてヒータ電力の許容電力値を求め、この許容電力値をなまし処理して電力ガード値を求める。そして、この電力ガード値を用いて電力制限手段によりヒータ電力を制限する。
【０００８】
このようにすれば、排気管被水、減速等による排気温低下やセンサ素子の劣化が発生しても、運転状態を反映した適正な電力ガード値によりヒータ電力が制限されるため、ヒータ温度の過昇温を防ぐことができて、ヒータの破損やセンサ素子の早期劣化を防止することができる。しかも、運転状態の変化が酸素濃度センサ周辺の排気温の変化をもたらすまでに若干の時間遅れがあることを考慮して、運転状態に基づいて求めた許容電力値をなまし処理して電力ガード値を求めるようにしたので、運転状態の変化を少しずつ遅らせて電力ガード値に反映させることができ、排気系の排気温伝達遅れを考慮して適正な電力ガード値を設定することができる。
【０００９】
この場合、請求項２のように、電力ガード値を増加させる時の増加率が、該電力ガード値を減少させる時の減少率よりも小さくなるように前記なまし処理に用いるなまし係数を切り換えるようにしても良い。このようにすれば、電力ガード値を増加させる時に、ヒータの許容温度に対する余裕度を持たせるように少しずつ電力ガード値を増加させることができ、ヒータ温度を更に安定して許容温度内に制御することが可能となる。このような制御は、特に減速時に有効である。
【００１０】
また、請求項３のように、ヒータの通電率を１００％に維持する１００％通電制御と、ヒータ電力を素子インピーダンスに応じて制御する電力制御と、素子インピーダンスを目標インピーダンスに一致させるようにヒータの通電率を制御する素子インピーダンスフィードバック制御とを素子温度の上昇に応じて順番に切り換えて実施する場合、素子インピーダンスフィードバック制御の実行中に電力ガード値によるヒータ電力の制限を実施するようにすると良い。
【００１１】
この場合、ヒータの通電開始後、素子温度の上昇（素子インピーダンスの低下）に応じて、ヒータの制御を１００％通電制御→電力制御の順に実施することで、素子温度を活性温度付近まで上昇させる。その後、素子インピーダンスフィードバック制御に切り換えて素子インピーダンスを目標インピーダンスに制御することで、素子温度を活性温度に維持する。１００％通電制御と電力制御の実行中は、素子温度が活性温度よりも低いため、電力ガード値によるヒータ電力の制限を行わずにセンサ素子の活性化を促進させ、素子インピーダンスフィードバック制御に移行してから電力ガード値によるヒータ電力の制限を実施してヒータ温度を確実に許容温度範囲内に制御する。
【００１２】
ヒータの通電開始後、素子温度が順調に上昇すれば、電力制御の実行時間はあまり長くならないため、電力制御中には、電力ガード値によるヒータ電力の制限を行わなくても、ヒータに負担が掛かることがない。しかし、雨天走行時や低外気温時等のように、エンジン始動後に排気温が低い状態が比較的長く続く場合には、素子温度の昇温が遅れるため、電力制御の時間が長引いて、素子インピーダンスフィードバック制御への移行が遅れる。電力制御では、素子温度を活性温度付近まで上昇させるために、ヒータ電力を比較的大きな電力に制御するため、電力制御が長時間に渡って継続されると、ヒータが高温状態に長時間、保持され続けることになり、ヒータに負担が掛り過ぎるばかりか、この状態で、例えば加速等により排気温が急上昇すると、ヒータが過昇温状態となり、最悪の場合は、ヒータが破損してしまうおそれもある。
【００１３】
そこで、請求項４のように、電力制御が所定時間以上続いた時、又はヒータへの通電開始から所定期間が経過した時に、素子インピーダンスフィードバック制御が開始されていなくても、電力ガード値によるヒータ電力の制限を開始するようにしても良い。つまり、通常であれば、電力制御から素子インピーダンスフィードバック制御に移行するであろう時期が過ぎても、電力制御が継続されているような場合は、センサ素子の活性化促進よりもヒータの保護を重視した方が良いと判断して、電力ガード値によるヒータ電力の制限を開始する。これにより、電力制御が長時間に渡って継続された場合でも、ヒータ温度の過昇温を防止でき、ヒータの破損を防止できる。
【００１４】
ところで、ヒータ電力が電力ガード値にかかっている時には、素子温度が活性温度から外れているため、空燃比（酸素濃度）の変化に対して酸素濃度センサの応答に遅れが出たり、酸素濃度の検出精度が低下する。この状態で、酸素濃度センサの検出値に基づく空燃比フィードバック制御を通常と同じ条件で行っていたのでは、空燃比フィードバック制御が不安定となり、ハンチングが発生するおそれがある。
【００１５】
この対策として、請求項５のように、ヒータ電力が電力ガード値にかかっている時に、空燃比フィードバック制御のフィードバックゲインを通常より小さくし、又は空燃比フィードバック制御を停止すると良い。つまり、空燃比フィードバック制御のフィードバックゲインを通常より小さくすれば、空燃比フィードバック制御に反映させる酸素濃度センサの検出値の比率を小さくして、安定性重視の空燃比フィードバック制御を行うことができ、ハンチングを防止できる。また、空燃比フィードバック制御を停止しても、ハンチングを防止できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
［実施形態（１）］
以下、本発明を二輪車の空燃比制御システムに適用した実施形態（１）を図１乃至図１４に基づいて説明する。
【００１７】
まず、図１に基づいてシステム全体の概略構成を説明する。エンジン１１の排気管１２には、酸素濃度センサ１３が設置されている。この酸素濃度センサ１３は、限界電流式の酸素濃度センサ（空燃比センサとも呼ばれている）であり、排気ガス中の酸素濃度（空燃比）にほぼ比例する限界電流を発生する。この酸素濃度センサ１３のセンサ素子１４は、活性温度が高く（約６００〜７００℃以上）、しかも、活性温度範囲が狭いため、排気ガスの熱のみでは、活性温度範囲を維持することが困難である。そこで、この酸素濃度センサ１３には、ヒータ１５を内蔵し、このヒータ１５の発熱によりセンサ素子１４の温度を活性温度範囲に維持するようにヒータ１５への通電を制御する。
【００１８】
この酸素濃度センサ１３は、センサ制御回路１６によって制御される。センサ制御回路１６には、ホストマイクロコンピュータ（以下「ホストマイコン」と略記する）１７との間でデータを送受信するサブマイクロコンピュータ（以下「サブマイコン」と略記する）１８が設けられている。ホストマイコン１７は、エンジン１１全体の制御を行う主体となるマイクロコンピュータであり、そのＲＯＭ（図示せず）に記憶された点火・噴射制御プログラムに従って演算した点火指令信号と噴射信号を点火装置（図示せず）と燃料噴射弁（図示せず）に出力して点火・噴射動作を制御する。
【００１９】
一方、サブマイコン１８は、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２（記憶媒体）、ＲＡＭ２３、バッテリ（図示せず）でバックアップされたバックアップＲＡＭ２４等を内蔵し、センサ素子１４の印加電圧を制御するために、印加電圧指令信号をＤ／Ａ変換器２６を介して素子印加電圧制御回路２７に出力し、通常の酸素濃度検出時には、この素子印加電圧制御回路２７によってセンサ素子１４の印加電圧（センサ素子１４の両端の電圧差）を所定電圧で保持するように制御する。素子印加電圧制御回路２７には、排気ガス中の酸素濃度に応じてセンサ素子１４に生じる素子電流（限界電流）を検出する電流検出回路２８が内蔵され、この電流検出回路２８で検出された素子電流に応じた電圧がＡ／Ｄ変換器２９を介して酸素濃度検出信号としてサブマイコン１８内に取り込まれる。
【００２０】
また、サブマイコン１８は、デューティ信号をヒータ制御回路３０に入力して、このヒータ制御回路３０によってヒータ１５の通電率（デューティ比）を制御する。図２に示すように、ヒータ１５の一端はバッテリ電源（＋Ｂ）に接続され、他端はスイッチング素子、例えばＭＯＳＦＥＴ３１のドレインに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ３１のゲートはサブマイコン１８によりオン／オフされるスイッチ３２に接続され、該ＭＯＳＦＥＴ３１のソースはヒータ電流検出用抵抗３３を介してアース側に接続されている。
【００２１】
ヒータ１５の両端の電位差（ヒータ電圧Ｖｈ）がオペアンプ３４により検出され、このオペアンプ３４の出力電圧がヒータ電圧検出信号としてＡ／Ｄ変換器３５を介してサブマイコン１８に入力される。また、ヒータ電流検出用抵抗３３の両端の電位差（ヒータ電流Ｉｈに応じた電圧）がオペアンプ３６によって検出され、このオペアンプ３６の出力電圧がヒータ電流検出信号としてＡ／Ｄ変換器３５を介してサブマイコン１８に入力される。
【００２２】
次に、限界電流式の酸素濃度センサ１３の構造を図３に基づいて説明する。酸素濃度センサ１３は、排気管１２内に突出するように取り付けられている。この酸素濃度センサ１３は、空燃比リーン領域における酸素濃度又は空燃比リッチ領域における一酸化炭素（ＣＯ）濃度に対応する限界電流を発生するセンサ素子１４と、このセンサ素子１４を内側から加熱するヒータ１５と、センサ素子１４を覆うカバー３７とから構成され、カバー３７の周壁に、排気ガスが流入する多数の小孔３８が形成されている。
【００２３】
センサ素子１４は、有底筒状に形成された固体電解質層３９と、この固体電解質層３９の内外周面にそれぞれ固着された大気側電極層４０と排気ガス側電極層４１と、排気ガス側電極層４１の外周面にプラズマ溶射法等で形成された拡散抵抗層４２とから構成されている。上記固体電解質層３４は、ＺｒＯ2 、ＨｆＯ2 、ＴｈＯ2 、Ｂｉ2 Ｏ3 等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 等を安定剤として配合した酸素イオン伝導性酸化物焼結体により形成されている。また、拡散抵抗層４２は、アルミナ、マグネシア、ケイ石質、スピネル、ムライト等の耐熱性無機物質により形成されている。そして、排気ガス側電極層４１及び大気側電極層４０は、共に、白金等の触媒活性の高い貴金属により形成され、その表面には多孔質の化学メッキ等が施されている。
【００２４】
一方、ヒータ１５はセンサ素子１４内に収容されており、その発熱によりセンサ素子１４（大気側電極層４０、固体電解質層３９、排気ガス側電極層４１及び拡散抵抗層４２）を加熱して該センサ素子１４を活性化する。
【００２５】
以上のように構成された酸素濃度センサ１３のセンサ素子１４は、理論空燃比点にて濃淡起電力を発生し、理論空燃比点よりリーン領域の酸素濃度に応じた限界電流を発生する。この場合、酸素濃度に対応する限界電流は、排気ガス側電極層４１の面積、拡散抵抗層４２の厚さ、気孔率及び平均孔径により決定される。また、センサ素子１４は酸素濃度を直線的特性にて検出し得るものであるが、このセンサ素子１４を活性化するのに約６００〜７００℃以上の温度が必要とされる。尚、理論空燃比よりもリッチ側の領域では、未燃ガスである一酸化炭素（ＣＯ）の濃度が空燃比に対してほぼリニアに変化し、センサ素子１４はＣＯ濃度に応じた限界電流を発生する。
【００２６】
次に、図４を用いて酸素濃度センサ１３の電圧−電流特性について説明する。酸素濃度センサ１３の電圧−電流特性は、検出空燃比にほぼ比例する固体電解質層３９への流入電流と、この固体電解質層３９への印加電圧との関係がほぼリニアな特性となっている。この場合、特性線の電圧軸Ｖ（横軸）に平行な直線部分が限界電流を示している。この限界電流の増減は空燃比の増減に対応しており、空燃比がリーン側になるほど限界電流は増大し、空燃比がリッチ側になるほど限界電流は減少する。
【００２７】
また、この電圧−電流特性において、電圧軸Ｖに平行な直線部分よりも小さい電圧域は抵抗支配域となっており、その抵抗支配域における特性線の傾きは固体電解質層３９の内部抵抗Ｚｄｃにより決定される（以下、この内部抵抗を「素子インピーダンス」という）。この素子インピーダンスＺｄｃは、センサ素子１４の温度に依存し、センサ素子１４の温度が上昇するに従って、素子インピーダンスＺｄｃが低下する。
【００２８】
一方、サブマイコン１８のＲＯＭ２２には、図５、図９及び図１０に示すヒータ制御用の各ルーチンが記憶されている。以下、サブマイコン１８によって実行される各ルーチンの処理内容を説明する。
【００２９】
図５に示すヒータ制御ルーチンは、所定の周期（例えば１２８ｍｓ周期）でタイマ割り込み処理にて起動され、特許請求の範囲でいうヒータ制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、素子インピーダンスＺｄｃが所定の判定値（例えば２００Ω）以下に低下したか否かにより、センサ素子１４が半活性状態に達したか否かを判定する。この際、素子インピーダンスＺｄｃは、次のようにして検出される。図６に示すように、素子インピーダンスＺｄｃの検出時に酸素濃度センサ１３の印加電圧を一時的に正方向に変化させた後、負方向に変化させる。そして、印加電圧を正方向（又は負方向）に変化させた時の電圧変化量ΔＶと電流変化量ΔＩとから素子インピーダンスＺｄｃを次式により算出する。
Ｚｄｃ＝ΔＶ／ΔＩ
【００３０】
この機能が特許請求の範囲でいう素子インピーダンス検出手段に相当する。尚、この検出方法は一例であって、正負両側の電圧及び電流の変化量に基づき素子インピーダンスＺｄｃを検出したり、負の印加電圧Ｖｎｅｇを印加した時のセンサ電流Ｉｎｅｇから素子インピーダンスＺｄｃ（＝Ｖｎｅｇ／Ｉｎｅｇ）を算出しても良い。
【００３１】
上記ステップ１０１で、Ｚｄｃ＞２００Ωと判定された場合、つまり、センサ素子１４が半活性状態に達していない場合は、ステップ１０２に進み、ヒータ１５の通電を「１００％通電制御」で制御する。この１００％通電制御は、ヒータ１５の通電率（デューティ比）を１００％に維持してセンサ素子１４の温度上昇を促進する制御である。センサ素子１４が半活性状態に達していない（Ｚｄｃ＞２００Ω）期間中は、この１００％通電制御が継続して実施される。
【００３２】
その後、ヒータ１５の加熱によりセンサ素子１４の温度が上昇し、ステップ１０１でＺｄｃ≦２００Ωと判定されたときに、センサ素子１４が半活性状態に達したと判断して、ステップ１０３に進み、素子インピーダンスＺｄｃが素子インピーダンスフィードバック制御（以下「素子インピーダンスＦ／Ｂ制御」と表記する）を開始するための所定の判定値以下であるか否かを判定する。ここで、素子インピーダンスＦ／Ｂ制御開始の判定値は、センサ素子１４の温度が活性温度付近まで昇温したか否かを判定するものであり、バックアップＲＡＭ２４内に記憶保持されている目標インピーダンスＺｄｃＴＧに対して「＋１０Ω」程度の値である。例えば、目標インピーダンスＺｄｃＴＧの初期値（センサ劣化前の値）が「３０Ω」である場合、素子インピーダンスＦ／Ｂ制御開始の判定値は「４０Ω」に設定される。
【００３３】
このステップ１０３で「Ｎｏ」と判定された場合、酸素濃度センサ１３の温度が活性温度付近まで昇温していないと判断して、ステップ１０４に進み、ヒータ１５の通電を「電力制御」により制御する。この際、素子インピーダンスＺｄｃに応じて図７に示すマップより電力指令値が決定され、その電力指令値に応じてヒータ１５のデューティ比Ｄｕｔｙが算出される。この電力制御は、センサ素子１４が半活性状態で且つ活性化が完了する前の期間に、継続して実施される。
【００３４】
次のステップ１０８で、電力指令値が所定の電力ガード値ＷＨＧＤ以上であるか否かを判定する。この電力ガード値ＷＨＧＤは後述する図１０の電力ガード値設定ルーチンで算出される。もし、電力指令値が電力ガード値ＷＨＧＤ以上であれば、ステップ１０９に進み、電力指令値を電力ガード値ＷＨＧＤでガード処理して（電力指令値＝ＷＨＧＤ）、本ルーチンを終了する。一方、電力指令値が電力ガード値ＷＨＧＤよりも小さければ、ステップ１０４で算出した電力指令値をそのまま採用して本ルーチンを終了する。
【００３５】
その後、センサ素子１４の温度が活性温度付近まで昇温すると、本ルーチンが起動されたときに、ステップ１０３で「Ｙｅｓ」と判定され、ステップ１０５に進み、後述する図９の目標インピーダンス設定ルーチンを実行して、目標インピーダンスＺｄｃＴＧを設定する。この後、ステップ１０６に進み、「素子インピーダンスＦ／Ｂ制御」を実施する。この素子インピーダンスＦ／Ｂ制御では、例えばＰＩＤ制御を用いてヒータ１５の通電率であるデューティ比Ｄｕｔｙを次のようにして算出する。
【００３６】
まず、次の（１）〜（３）式により比例項ＧＰ、積分項ＧＩ、微分項ＧＤを算出する。
ＧＰ＝ＫＰ・（Ｚｄｃ−ＺｄｃＴＧ） ……（１）
ＧＩ＝ＧＩ(i-1) ＋ＫＩ・（Ｚｄｃ−ＺｄｃＴＧ） ……（２）
ＧＤ＝ＫＤ・｛Ｚｄｃ−Ｚｄｃ(i-1) ｝ ……（３）
ここで、ＫＰは比例定数、ＫＩは積分定数、ＫＤは微分定数であり、ＧＩ(i-1) 及びＺｄｃ(i-1) は前回処理時の値である。
【００３７】
そして、上記比例項ＧＰ、積分項ＧＩ、微分項ＧＤを積算してヒータ１５のデューティ比Ｄｕｔｙを算出する（Ｄｕｔｙ＝ＧＰ＋ＧＩ＋ＧＤ）。また、このとき、算出したデューティ比Ｄｕｔｙに対応する電力指令値を算出する。尚、デューティ比Ｄｕｔｙの制御は、上記ＰＩＤ制御に限定されるものではなく、ＰＩ制御やＰ制御を用いても良い。
【００３８】
次のステップ１０７で、素子インピーダンスＦ／Ｂ実行フラグＸＦＢを「１」にセットする。このフラグＸＦＢは素子インピーダンスＦ／Ｂ制御が実施されているか否かを示すものであり、ＸＦＢ＝１は素子インピーダンスＦ／Ｂ制御の実施を意味し、ＸＦＢ＝０は素子インピーダンスＦ／Ｂ制御の未実施を意味する（但し、このＸＦＢは、イグニッションキーのオン操作時に「０」にリセットされる）。
【００３９】
素子インピーダンスＦ／Ｂ制御期間中も、後述する図１０の電力ガード値設定ルーチンで電力ガード値ＷＨＧＤが算出され、電力指令値のガード処理が行われる（ステップ１０８，１０９）。このとき、電力指令値が電力ガード値ＷＨＧＤに達している場合には、上記ステップ１０６で算出したデューティ比Ｄｕｔｙが電力ガード値ＷＨＧＤに応じて修正される。これらステップ１０８，１０９の処理が特許請求の範囲でいう電力制限手段としての役割を果たす。
【００４０】
以上のようにして、センサ素子１４の温度上昇（素子インピーダンスＺｄｃの低下）に応じて、１００％通電制御→電力制御の順に実施してセンサ素子１４の温度を活性温度付近まで上昇させ、その後は、素子インピーダンスＦ／Ｂ制御により素子インピーダンスＺｄｃを目標インピーダンスＺｄｃＴＧに維持することで、センサ素子１４の温度を活性温度に保持する。
【００４１】
ところで、センサ素子１４の温度の目標値（最適活性温度）を例えば７００℃とした場合、図８に示すように、酸素濃度センサ１３の劣化前には目標インピーダンスＺｄｃＴＧを３０Ωに設定すると、センサ素子１４の温度が最適活性温度７００℃程度に維持されるが、酸素濃度センサ１３が劣化すると、ＺｄｃＴＧ＝３０Ωでは、素子温度が最適活性温度７００℃を大きく越えてしまう（このときの素子温度は、劣化が進むほど上昇する）。
【００４２】
そこで、本実施形態（１）では、図９に示す目標インピーダンス設定ルーチンを実行することで、酸素濃度センサ１３が劣化したときでも、センサ素子１４の温度を最適活性温度７００℃付近に維持できるように、目標インピーダンスＺｄｃＴＧをセンサ素子１４の劣化度合に応じて増加側に補正する。
【００４３】
図９の目標インピーダンス設定ルーチンは、図５のヒータ制御ルーチンのステップ１０５で実行されるサブルーチンである。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１１１で、素子インピーダンスＦ／Ｂ制御の実施中（ＸＦＢ＝１）か否かを判定する。素子インピーダンスＦ／Ｂ制御が開始されていない場合（ＸＦＢ＝０の場合）、ステップ１１２に進み、バックアップＲＡＭ２４から目標インピーダンスＺｄｃＴＧを読み出し、それを初期値として設定する。この目標インピーダンスＺｄｃＴＧの初期値は、前記ステップ１０６の素子インピーダンスＦ／Ｂ制御の開始時に使用される。
【００４４】
その後、素子インピーダンスＦ／Ｂ制御（ＸＦＢ＝１）に切り換えられたときに、ステップ１１３に進み、その時のヒータ電圧Ｖｈとヒータ電流Ｉｈとから実ヒータ電力ＷＨ（＝Ｖｈ×Ｉｈ）を算出し、次のステップ１１４で、算出した実ヒータ電力ＷＨが電力ガード値ＷＨＧＤ以上であるか否かを判定する。もし、ＷＨ＜ＷＨＧＤと判定されれば、ステップ１１５に進み、「ＷＨ≧ＷＨＧＤ」の状態の継続時間を計測するカウンタを「０」にクリアし、続くステップ１１６で、目標インピーダンスＺｄｃＴＧをその時の値（例えばセンサ劣化前の初期状態であれば、３０Ω）に保持して本ルーチンを終了する。
【００４５】
一方、上記ステップ１１４でＷＨ≧ＷＨＧＤと判定されれば、ステップ１１７に進み、「ＷＨ≧ＷＨＧＤ」の状態の継続時間を計測するカウンタの値をカウントアップする。そして、次のステップ１１８で、前記カウンタ値に基づき、「ＷＨ≧ＷＨＧＤ」の状態の継続時間が所定時間（例えば５分間）以上になったか否かを判定する。もし、「ＷＨ≧ＷＨＧＤ」の状態の継続時間が所定時間未満であれば、酸素濃度センサ１３が劣化していないと判断して、ステップ１１６に進み、目標インピーダンスＺｄｃＴＧの値をそのまま保持する。これに対し、「ＷＨ≧ＷＨＧＤ」の状態の継続時間が所定時間以上の場合は、酸素濃度センサ１３が劣化していると判断して、ステップ１１９に進み、目標インピーダンスＺｄｃＴＧを所定値αだけ増加側に補正して本ルーチンを終了する。
【００４６】
上記ステップ１１９で補正した目標インピーダンスＺｄｃＴＧは、バックアップＲＡＭ２４に格納され、エンジンの停止中も記憶保持される。そして、この補正後の目標インピーダンスＺｄｃＴＧは、次のエンジン始動後に本ルーチンを起動したときに、前記ステップ１１２で読み込まれる。
【００４７】
次に、電力ガード値を設定する図１０の電力ガード値設定ルーチンの処理の流れを説明する。本ルーチンは、例えば６４ｍｓ毎に実行され、まず、ステップ２０１で、１００％通電制御中か否かを判定し、１００％通電制御中であれば、電力ガード値を設定せずに、ステップ２０２に進み、電力ガード開始判定カウンタＣＷＨＧＤのカウント値を０にリセットして本ルーチンを終了する。この電力ガード開始判定カウンタＣＷＨＧＤは、電力制御開始後にステップ２０４を通過する毎にカウントアップして電力制御の継続時間を計測し、電力制御中の電力ガード値の切り換えタイミングの判定に使用される。
【００４８】
その後、１００％通電制御から電力制御に移行すると、ステップ２０１で「Ｎｏ」と判定され、ステップ２０３に進み、素子インピーダンスＦ／Ｂ制御実行中（ＸＦＢ＝１）か否かを判定する。電力制御中は、ステップ２０３で「Ｎｏ」と判定され、ステップ２０４に進む毎に、電力ガード開始判定カウンタＣＷＨＧＤを１だけカウントアップし、次のステップ２０５で、電力ガード開始判定カウンタＣＷＨＧＤのカウント値が所定値Ｔ1 以上か否かを判定する。ここで、所定値Ｔ1 は、通常の排気温であれば、電力制御が開始されてから素子インピーダンスＦ／Ｂ制御に移行するのに十分な時間に相当する値に設定されている。
【００４９】
このステップ２０５で、電力ガード開始判定カウンタＣＷＨＧＤのカウント値が所定値Ｔ1 未満であれば、ステップ２０６に進み、図１１に示す第１の電力ガード値マップを検索し、現在の素子インピーダンスＺｄｃに応じた第１の電力ガード値ＷＨＧＤを求めて本ルーチンを終了する。ここで使用する第１の電力ガード値マップの特性は、素子インピーダンスＺｄｃが大きくなるほど（素子温度が低くなるほど）、第１の電力ガード値ＷＨＧＤがリニアに大きくなり、素子インピーダンスＺｄｃが例えば２００Ω以上になると、第１の電力ガード値ＷＨＧＤが一定になる。
【００５０】
その後、電力制御から素子インピーダンスＦ／Ｂ制御に移行すると、ステップ２０３でＸＦＢ＝１と判定され、ステップ２０７に進み、電力ガード開始判定カウンタＣＷＨＧＤのカウント値を０にリセットして、ステップ２０８に進み、エンジン運転状態に応じた第２の電力ガード値の設定処理（ステップ２０８〜２１５）を実行する。
【００５１】
また、前記ステップ２０５で、電力ガード開始判定カウンタＣＷＨＧＤのカウント値が所定値Ｔ1 以上と判定された場合、つまり、通常の排気温であれば、電力制御から素子インピーダンスＦ／Ｂ制御に移行するのに十分な時間が経過しても、電力制御が継続されているような場合も、センサ素子１４の活性化促進よりヒータ１５の保護を重視した方が良いと判断して、ステップ２０８に進み、エンジン運転状態に応じた第２の電力ガード値の設定処理を次のように実行する。
【００５２】
まず、ステップ２０８で、図１２に示すエンジン回転数ＮＥと負荷（スロットル開度ＶＴＴＰ）とをパラメータとする第２の電力ガード値マップを検索して、現在のエンジン回転数ＮＥと負荷（スロットル開度ＶＴＴＰ）に応じた仮の電力ガード値ＫＷＨＧＤＭ（許容電力値）を求める。尚、関数式を用いて仮の電力ガード値ＫＷＨＧＤＭを算出しても良い。
【００５３】
通常、エンジン回転数ＮＥ、負荷が大きいほど排気温が高くなり、排気温が高くなるほどヒータ温度を上げる必要がない。この点を考慮して、図１２の第２の電力ガード値マップ特性は、エンジン回転数ＮＥ、負荷（スロットル開度ＶＴＴＰ）が大きくなるほど仮の電力ガード値ＫＷＨＧＤＭが小さくなるように設定されている。
【００５４】
尚、この第２の電力ガード値マップのパラメータとして用いる負荷は、スロットル開度に代えて、吸気管圧力又は吸入空気量を用いても良い。更に、エンジン回転数ＮＥと負荷のいずれか一方のみから仮の電力ガード値ＫＷＨＧＤＭを設定しても良く、要は、排気温に影響を及ぼすエンジン運転パラメータに基づいてマップ又は関数式により仮の電力ガード値ＫＷＨＧＤＭを設定すれば良い。
【００５５】
次のステップ２０９で、電力ガードなまし値ＫＷＨＧＳＭの算出が初回か否かを判定し、もし、初回であれば、ステップ２１０に進み、電力ガードなまし値ＫＷＨＧＳＭの初期値として、前記ステップ２０８で検索した仮の電力ガード値ＫＷＨＧＤＭを設定して（ＫＷＨＧＳＭ＝ＫＷＨＧＤＭ）、ステップ２１５に進み、仮の電力ガード値ＫＷＨＧＳＭをそのまま電力ガード値ＷＨＧＤとする。
【００５６】
電力ガードなまし値ＫＷＨＧＳＭの初期値設定後は、ステップ２０９からステップ２１１に進み、今回の仮の電力ガード値ＫＷＨＧＤＭが前回の電力ガードなまし値ＫＷＨＧＳＭよりも大きいか否かを判定する。今回の仮の電力ガード値ＫＷＨＧＤＭが前回のなまし値ＫＷＨＧＳＭよりも大きい場合には、ステップ２１２に進み、なまし係数ＫＳＭを比較的小さい係数ＫＳＭＬに設定する。
【００５７】
一方、今回の仮の電力ガード値ＫＷＨＧＤＭが前回の電力ガードなまし値ＫＷＨＧＳＭ以下である場合には、ステップ２１３に進み、なまし係数ＫＳＭを比較的大きい係数ＫＳＭＨに設定する。ここで、なまし係数ＫＳＭに用いるＫＳＭＬとＫＳＭＨを、ＫＳＭＬ＜ＫＳＭＨの関係に設定することで、後述するステップ２１４のなまし処理において、電力ガードなまし値ＫＷＨＧＳＭの増加率が減少率よりも小さくなるようなっている。
【００５８】
次のステップ２１４で、仮の電力ガード値ＫＷＨＧＤＭを、なまし係数ＫＳＭを用いて次式によりなまし処理し、電力ガードなまし値ＫＷＨＧＳＭを求める。ＫＷＨＧＳＭ＝ＫＷＨＧＳＭＯ＋ＫＳＭ×（ＫＷＨＧＤＭ−ＫＷＨＧＳＭＯ）
ここで、ＫＷＨＧＳＭＯは前回の電力ガードなまし値である。
【００５９】
その後、ステップ２１５に進み、算出した電力ガードなまし値ＫＷＨＧＳＭで第２の電力ガード値ＷＨＧＤを更新して本ルーチンを終了する。尚、第２の電力ガード値が特許請求の範囲でいう電力ガード値に相当し、上記ステップ２０８〜２１５の処理が特許請求の範囲でいう電力ガード値設定手段としての役割を果たす。
【００６０】
以上説明した実施形態（１）のヒータ制御の実行例を図１３及び図１４のタイムチャートを用いて説明する。図１３及び図１４は、共に、エンジン始動後にセンサ素子１４を活性化し、素子温度を活性温度に制御する過程を示している。エンジン始動後、センサ素子１４が半活性状態に達するまでの期間（素子インピーダンスＺｄｃ＞２００Ωの期間）は、１００％通電制御を実施してセンサ素子１４の昇温を促進する。この１００％通電制御により、センサ素子１４が半活性状態になった時点で、電力制御に移行し、センサ素子１４の活性化が完了するまでの期間（２００Ω≧素子インピーダンスＺｄｃ＞４０Ωの期間）は、この電力制御によりセンサ素子１４の温度を活性温度付近まで上昇させる。これにより、センサ素子１４の活性化が完了した時点で、素子インピーダンスＦ／Ｂ制御に移行し、素子インピーダンスＺｄｃを目標インピーダンス３０Ω（劣化のない場合）に維持するようにＦ／Ｂ制御してセンサ素子１４の温度を活性温度に保持する。
【００６１】
図１３の例では、電力ガード開始判定カウンタＣＷＨＧＤのカウント値が所定値Ｔ1 に達する前に、電力制御から素子インピーダンスＦ／Ｂ制御に切り換えられる。このため、電力制御の期間中は、図１１の第１の電力ガード値マップにより設定した第１の電力ガード値を用いてヒータ電力がガード処理される。その後、素子インピーダンスＦ／Ｂ制御に切り換えられると同時に、電力ガード値が第２の電力ガード値に切り換えられる。つまり、素子インピーダンスＦ／Ｂ制御の開始後は、図１２の第２の電力ガード値マップを用いてエンジン回転数ＮＥと負荷（スロットル開度ＶＴＴＰ）から仮の電力ガード値を求め、これをなまし処理して第２の電力ガード値を設定する。
【００６２】
これにより、素子インピーダンスＦ／Ｂ制御期間中は、雨天走行時の排気管被水や減速により排気温が低下して素子温度が低下（素子インピーダンスが増大）しても、エンジン運転状態を反映した第２の電力ガード値によりヒータ電力が制限されるため、ヒータ温度の過昇温を防ぐことができて、ヒータ１５の破損やセンサ素子１４の過昇温による早期劣化を防止することができる。しかも、エンジン運転状態の変化が酸素濃度センサ１３周辺の排気温の変化をもたらすまでに若干の時間遅れがあることを考慮して、エンジン運転状態に基づいて求めた仮の電力ガード値をなまし処理して第２の電力ガード値を求めるようにしたので、エンジン運転状態の変化を少しずつ遅らせて第２の電力ガード値に反映させることができ、排気系の排気温伝達遅れを考慮して適正な第２の電力ガード値を設定することができる。
【００６３】
また、減速走行時等、エンジン回転数や負荷が低下する時には、図１２のマップ特性により第２の電力ガード値が増加方向に変化するが、本実施形態（１）では、第２の電力ガード値の増加方向と減少方向との間で、なまし処理に用いるなまし係数を切り換えて、第２の電力ガード値の増加率が減少率よりも小さくなるようにしているので、第２の電力ガード値を増加させる時に、ヒータ１５の許容温度に対する余裕度を持たせるように少しずつ第２の電力ガード値を増加させることができ、より確実にヒータ温度を許容温度内に制御することができる。しかしながら、なまし係数の切り換えを行わずに、なまし係数を固定値としても良く、この場合でも、なまし係数を適宜設定することで、本発明の所期の目的は十分に達成することができる。
【００６４】
更に、本実施形態（１）では、図９の目標設定ルーチンを実行することで、センサ素子１４の劣化に応じて目標インピーダンスを補正するので、センサ素子１４の劣化によってセンサ素子１４の温度が活性温度からずれることを防止することができる利点もある。但し、本発明は、センサ素子１４の劣化に応じた目標インピーダンスの補正を行わないようにしても良く、この場合でも、第２の電力ガード値によりヒータ温度の過昇温を防止することができる。
【００６５】
ところで、ヒータ１５の通電開始後、素子温度が順調に上昇すれば、電力制御の実行時間はあまり長くならないため、電力制御中には、第２の電力ガード値によるヒータ電力の制限を行わなくても、ヒータ１５に負担が掛かることがない。しかし、雨天走行時や低外気温時等のように、エンジン始動後に排気温が低い状態が比較的長く続く場合には、素子温度の昇温が遅れるため、電力制御の時間が長引いて、素子インピーダンスＦ／Ｂ制御への移行が遅れる。電力制御では、素子温度を活性温度付近まで上昇させるために、ヒータ電力を比較的大きな電力に制御するため、電力制御が長時間に渡って継続されると、ヒータ１５が高温状態に長時間、保持され続けることになり、ヒータ１５に負担が掛り過ぎるばかりか、この状態で、例えば加速等により排気温が急上昇すると、ヒータ１５が過昇温状態となり、最悪の場合は、ヒータ１５が破損してしまうおそれもある。
【００６６】
その点、本実施形態（１）では、図１４に示すように、電力制御中に電力ガード開始カウンタＣＷＨＧＤのカウント値が所定値Ｔ1 に達した時点、つまり、通常であれば、電力制御から素子インピーダンスＦ／Ｂ制御に移行するであろう所定時間が経過した時点で、ヒータ１５の保護を重視した方が良いと判断して、第２の電力ガード値によるヒータ電力のガード処理が開始される。これにより、電力制御が長い時間、継続されても、ヒータ１５の負担を軽減してヒータ１５の過昇温を防止できると共に、加速等により排気温が急上昇してもヒータ１５の破損を防止することができる。
【００６７】
尚、本実施形態（１）では、電力ガード開始判定カウンタＣＷＨＧＤを電力制御開始からカウントアップさせるようにしたが、図１３、図１４中に二点鎖線で示すように、電力ガード開始判定カウンタＣＷＨＧＤを１００％通電制御開始からカウントアップさせて、電力ガード開始判定カウンタＣＷＨＧＤのカウント値が所定値Ｔ2 に達した時点で、第２の電力ガード値によるヒータ電力のガード処理を開始するようにしても良い。この場合、所定値Ｔ2 は、通常の排気温であれば、１００％通電制御が開始されてから素子インピーダンスＦ／Ｂ制御に移行するのに十分な時間に相当する値に設定されている。
【００６８】
或は、１００％通電制御開始からのヒータ電力の積算値、又は、電力制御開始からのヒータ電力の積算値が所定値に達した時に、素子インピーダンスＦ／Ｂ制御に移行するようにしても良い。
【００６９】
また、本実施形態（１）では、図５、図９及び図１０に示すヒータ制御用の各ルーチンをサブマイコン１８で実行するようにしたが、これら各ルーチンをホストマイコン１７で実行するようにしても良い。
【００７０】
［実施形態（２）］
ところで、ヒータ電力が第２の電力ガード値にかかっている時には、センサ素子１４の温度が活性温度から外れるため、空燃比（酸素濃度）の変化に対して酸素濃度センサ１３の応答に遅れが出たり、酸素濃度の検出精度が低下する。この状態で、酸素濃度センサ１３の検出値に基づく空燃比フィードバック制御を通常と同じ条件で行っていたのでは、空燃比フィードバック制御が不安定となり、ハンチングが発生して、ドライバビリティや排気エミッションに悪影響を及ぼすおそれがある。
【００７１】
そこで、本発明の実施形態（２）では、図１５の空燃比制御ルーチンを実行することで、ヒータ電力が第２の電力ガード値にかかっている時には、フィードバックゲインを通常より小さくして安定性重視にするか又は空燃比フィードバック制御を停止するようにしている。図１５の空燃比制御ルーチンは、ホストマイコン１７のＲＯＭ（図示せず）に記憶され、所定クランク角（例えば１８０℃Ａ）毎に実行されることで、特許請求の範囲でいう空燃比フィードバック制御手段としての役割を果たす。
【００７２】
本ルーチンが起動されると、まず、ステップ３０１で、各種センサからの検出信号を読み込んで、冷却水温、始動後経過時間、エンジン回転数等から空燃比フィードバック条件が成立しているか否かを判定する。もし、空燃比フィードバック条件が不成立と判定された場合には、ステップ３０２に進み、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを「１．０」に設定して、ステップ３１１に進む。この場合は、空燃比フィードバック制御が停止され、オープンループ制御で空燃比が制御される。
【００７３】
一方、上記ステップ３０１で、空燃比フィードバック条件成立と判定された場合には、ステップ３０３に進み、ヒータ電力が第２の電力ガード値にかかっているか否かを判定する。ヒータ電力が第２の電力ガード値にかかっていると判定された場合は、酸素濃度センサ１３の素子温度が活性温度から外れているため、センサ応答性が低下していると判断して、ステップ３０４に進み、素子インピーダンスＺｄｃが判定値αΩ（図１３参照）よりも大きいか否かを判定する。ここで、判定値αΩは、空燃比フィードバック制御を実施するのに必要な最低のセンサ応答性、酸素濃度検出精度を確保できる素子温度に相当する素子インピーダンスに設定されている。
【００７４】
このステップ３０４で、素子インピーダンスＺｄｃが判定値αΩよりも大きいと判定された場合は、センサ素子１４の温度が活性温度から大きく外れていて、空燃比フィードバック制御を実施するのに必要な最低のセンサ応答性、酸素濃度検出精度を確保できないため、ステップ３０２に進み、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを「１．０」に設定して空燃比フィードバック制御を停止し、ステップ３１１に進む。
【００７５】
これに対して、素子インピーダンスＺｄｃが判定値αΩ以下と判定された場合には、素子温度の活性温度からの外れが比較的小さいため、空燃比フィードバック制御を実施可能と判断して、ステップ３０５に進み、通常よりも小さい安定性重視のフィードバックゲインＫ1 〜Ｋ6 を読み込んで、次のようにして空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを算出する。
【００７６】
まず、ステップ３０６で、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの算出が初回か否かを判定し、もし、初回であれば、ステップ３０７に進み、積分項の初期値ＦＡＦＩＡ(1) を次式により算出して、ステップ３０９に進む。
【００７７】
一方、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの算出が２回目以降であれば、ステップ３０６からステップ３０８に進んで、今回の積分項ＦＡＦＩＡ(i) を次式により算出して、ステップ３０９に進む。
ＦＡＦＩＡ(i) ＝ＦＡＦＩＡ(i-1) ＋（ＴＧＡＦ−ＬＡＦＳＥＮ）×ＫＡ
ここで、ＴＧＡＦはエンジン回転数と負荷から求められる目標空燃比、ＫＡは積分定数である。
【００７８】
以上のようにしてステップ３０７又は３０８で積分項ＦＡＦＩＡ(i) を算出した後、ステップ３０９に進み、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを次式により算出する。
【００７９】
この後、ステップ３１０に進み、算出した空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの上下限を、上限ガード値（１．２５）と下限ガード値（０．７５）でガード処理する。
【００８０】
そして、次のステップ３１１で、基本燃料噴射量Ｔｐ、補正係数ＦＡＬＬ、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦ及び無効噴射時間Ｔｖを用いて、次式により燃料噴射量ＴＡＵを算出して本プログラムを終了する。
ＴＡＵ＝Ｔｐ×ＦＡＬＬ×ＦＡＦ＋Ｔｖ
ここで、補正係数ＦＡＬＬは、例えば、冷却水温による暖機増量補正係数、スロットル開度や吸気管圧力の変動による加減速補正係数、吸気温補正係数、大気圧補正係数等である。
【００８１】
一方、前記ステップ３０３で、ヒータ電力が第２の電力ガード値にかかっていないと判定された場合は、素子温度が活性温度に維持され、センサ応答性や酸素濃度検出精度が十分に確保されている判断して、ステップ３１２に進み、通常時の大きいフィードバックゲインを読み込んで、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを算出し（ステップ３０６〜３１０）、ステップ３１１で燃料噴射量ＴＡＵを算出して本プログラムを終了する。
【００８２】
以上説明した本実施形態（２）によれば、ヒータ電力が第２の電力ガード値にかかっている時に、フィードバックゲインを通常より小さくするか又は空燃比フィードバック制御を停止するようにしたので、ヒータ電力のガード処理によりセンサ応答性、酸素濃度検出精度が低下した時には、空燃比フィードバック制御に反映させる酸素濃度センサ１３の検出値の比率を小さくして、安定性重視の空燃比フィードバック制御を行ったり、空燃比フィードバック制御を停止することができ、空燃比フィードバック制御のハンチングを未然に防止できる。
【００８３】
尚、本実施形態（２）では、ヒータ電力が第２の電力ガード値にかかっている時に、素子インピーダンスＺｄｃが判定値αΩよりも大きいか否かによって、空燃比フィードバック制御の停止と安定性重視の空燃比フィードバック制御とを切り換えるようにしているが、空燃比フィードバック制御の停止と安定性重視の空燃比フィードバック制御のどちらか一方のみを実施するようにしても良い。また、ヒータ電力が第２の電力ガード値にかかっている時に、素子インピーダンスＺｄｃに応じてフィードバックゲインを複数段階又は連続的に切り換えるようにしても良い。
【００８４】
その他、本発明は、二輪車の空燃比制御システムのヒータ制御装置に限定されず、四輪車の空燃比制御システムや空燃比制御システム以外の酸素濃度センサのヒータ制御装置に適用して実施できる等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態（１）における酸素濃度検出システムの概略構成を示すブロック図
【図２】ヒータ制御回路の構成を示す回路図
【図３】酸素濃度センサの拡大断面図
【図４】酸素濃度センサの電圧−電流特性を示す図
【図５】ヒータ制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図６】素子インピーダンスの検出方法を説明するための図
【図７】素子インピーダンスと電力指令値との関係を規定するマップを概念的に示す図
【図８】素子温度と素子インピーダンスとセンサ素子の劣化との関係を示す特性図
【図９】目標インピーダンス設定ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図１０】電力ガード値設定ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図１１】素子インピーダンスと第１の電力ガード値との関係を規定する第１の電力ガードマップを概念的に示す図
【図１２】エンジン回転数とスロットル開度と仮の電力ガード値との関係を規定する第２の電力ガード値マップを概念的に示す図
【図１３】実施形態（１）のヒータ制御を行った場合の実行例を示すタイムチャート（その１）
【図１４】実施形態（１）のヒータ制御を行った場合の実行例を示すタイムチャート（その２）
【図１５】本発明の実施形態（２）における空燃比制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【符号の説明】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…排気管、１３…酸素濃度センサ、１４…センサ素子、１５…ヒータ、１７…ホストマイコン（空燃比フィードバック制御手段）、１８…サブマイコン（ヒータ制御手段，電力ガード値設定手段，電力制限手段，素子インピーダンス検出手段）、３０…ヒータ制御回路。
Claims (5)
- 内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサに適用され、該酸素濃度センサのセンサ素子を加熱するヒータへの通電を制御することで、該センサ素子の温度を制御する酸素濃度センサのヒータ制御装置において、
前記ヒータへの供給電力（以下「ヒータ電力」という）を制御するヒータ制御手段と、 前記内燃機関の運転状態に基づいて前記ヒータ電力の許容電力値を求め、この許容電力値をなまし処理して電力ガード値を求める電力ガード値設定手段と、
前記ヒータ電力を前記電力ガード値で制限する電力制限手段と
を備えていることを特徴とする酸素濃度センサのヒータ制御装置。 - 前記電力ガード値設定手段は、前記電力ガード値を増加させる時の増加率が、該電力ガード値を減少させる時の減少率よりも小さくなるように前記なまし処理に用いるなまし係数を切り換えることを特徴とする請求項１に記載の酸素濃度センサのヒータ制御装置。
- 前記センサ素子のインピーダンスを検出する素子インピーダンス検出手段を備え、
前記ヒータ制御手段は、前記ヒータの通電率を１００％に維持する１００％通電制御と、前記ヒータ電力を前記センサ素子のインピーダンスに応じて制御する電力制御と、前記センサ素子のインピーダンスを目標インピーダンスに一致させるように前記ヒータの通電率を制御する素子インピーダンスフィードバック制御とを前記センサ素子の温度上昇に応じて順番に切り換えて実施し、
前記電力制限手段は、前記素子インピーダンスフィードバック制御の実行中に前記電力ガード値によるヒータ電力の制限を実施することを特徴とする請求項１又は２に記載の酸素濃度センサのヒータ制御装置。 - 前記電力制限手段は、前記電力制御が所定時間以上続いた時、又は前記ヒータへの通電開始から所定期間が経過した時に、前記電力ガード値によるヒータ電力の制限を開始することを特徴とする請求項３に記載の酸素濃度センサのヒータ制御装置。
- 前記酸素濃度センサの検出値に基づいて前記内燃機関に吸入する混合気の空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段を備え、
前記空燃比フィードバック制御手段は、前記ヒータ電力が前記電力ガード値にかかっている時に、前記空燃比フィードバック制御のフィードバックゲインを通常より小さくし、又は前記空燃比フィードバック制御を停止することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の酸素濃度センサのヒータ制御装置。
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