JP4545215B2 - Heater control device for exhaust gas sensor - Google Patents

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Description

この発明は、内燃機関の排気ガス中に含まれる酸素濃度を検出する酸素濃度センサ加熱用のヒータ制御装置に関するものである。   The present invention relates to a heater control device for heating an oxygen concentration sensor that detects an oxygen concentration contained in exhaust gas of an internal combustion engine.

内燃機関の排気ガス中に含まれる酸素濃度を検出し、検出された酸素濃度に応じて内燃機関に供給する混合気の空燃比をフィードバック制御することにより、排気ガスの浄化と燃費の改善とを行う技術はよく知られており、車両用内燃機関には広く用いられている。酸素濃度を検出する排気ガスセンサは、温度を活性化領域に維持することにより酸素濃度の検出特性を安定化させる必要があり、このためにセンサに内蔵されたヒータに通電し、通電電流を制御してセンサの温度を所定値に保つヒータ制御装置が用いられ、この制御法には様々な技術が開示されている。   By detecting the oxygen concentration contained in the exhaust gas of the internal combustion engine and performing feedback control of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine in accordance with the detected oxygen concentration, purification of exhaust gas and improvement of fuel consumption are achieved. The technique to perform is well known and widely used in vehicular internal combustion engines. Exhaust gas sensors that detect oxygen concentration need to stabilize the oxygen concentration detection characteristics by maintaining the temperature in the activation region.To this end, the heater built in the sensor is energized to control the energization current. A heater control device that maintains the temperature of the sensor at a predetermined value is used, and various techniques are disclosed for this control method.

例えば、特許文献1には、ヒータの電圧と電流値とからヒータの抵抗値を検出し、この抵抗値からヒータの温度を演算して排気ガスセンサの活性化状態を知ると共に、温度管理のために通電電流をデューティ制御し、内燃機関の始動時など低温時には連続通電にて活性化を速めるようにした技術が開示されている。また、特開平9−292364号公報には、排気ガスセンサ自体の抵抗値を精度良く検出して温度を検出すると共に、この検出時間を短縮するために、酸素濃度検出時に排気ガスセンサに印可していた電圧を所定の時定数で抵抗検出用電圧に切り替え、そのときの電圧と電流の変化状態から排気ガスセンサの内部抵抗値を検出する技術が開示されている(特許文献1参照。   For example, in Patent Document 1, the heater resistance value is detected from the heater voltage and current value, the heater temperature is calculated from the resistance value, and the activation state of the exhaust gas sensor is known. A technique is disclosed in which the energization current is duty-controlled and activation is accelerated by continuous energization at low temperatures such as when the internal combustion engine is started. Japanese Patent Laid-Open No. 9-292364 discloses that the resistance value of the exhaust gas sensor itself is accurately detected to detect the temperature, and in order to shorten the detection time, it is applied to the exhaust gas sensor at the time of detecting the oxygen concentration. A technique is disclosed in which the voltage is switched to a resistance detection voltage with a predetermined time constant, and the internal resistance value of the exhaust gas sensor is detected from the change state of the voltage and current at that time (see Patent Document 1).

さらに、特許文献2には、ヒータをオン・オフさせて排気ガスセンサの温度管理を行うに際し、オン・オフ制御に遅延時間を設け、回転速度など内燃機関の運転状態をパラメータとして遅延時間を操作してヒータのオン・オフ動作回数を低減させることにより、ヒータの寿命を延長すると共に排気ガスセンサの素子温度の安定化と空燃比制御の精度を向上させる技術が開示されている。また、特開平1−172746号公報には、ヒータの消費電力と排気ガス流量とに応じたヒータ抵抗の目標値を設定し、ヒータの抵抗値がこの目標値に等しくなるように印可電圧を制御することにより、ヒータ温度の精度を保ち、耐久性と酸素濃度検出精度とを向上させる技術が開示されている。   Further, in Patent Document 2, when the temperature of the exhaust gas sensor is controlled by turning on / off the heater, a delay time is provided for the on / off control, and the delay time is manipulated using the operating state of the internal combustion engine such as the rotational speed as a parameter. A technique for extending the life of the heater, stabilizing the element temperature of the exhaust gas sensor, and improving the accuracy of air-fuel ratio control by reducing the number of heater on / off operations is disclosed. In JP-A-1-172746, a target value of the heater resistance is set according to the heater power consumption and the exhaust gas flow rate, and the applied voltage is controlled so that the heater resistance value becomes equal to the target value. Thus, a technique for maintaining the accuracy of the heater temperature and improving the durability and the oxygen concentration detection accuracy is disclosed.

特開平8−313476号公報JP-A-8-31476 特公平7−119736号公報Japanese Patent Publication No.7-119736

以上の各従来例に示したように、ヒータに対する通電管理を行うことにより温度を制御して耐久性と酸素濃度検出精度とを向上させると共に、始動時に活性化を速める技術は多々開示されているが、車両に使用される排気ガスセンサのヒータを加熱する電源は車両に搭載されたバッテリであり、車両の運転中においてはこのバッテリの電圧変動が大であるため、低電圧時には初期加熱に時間を要することになり、これに対処するために加熱能力を向上させると高電圧時にはヒータや駆動素子の焼損を招いたり、従来の通電制御による温度管理ではトラブルが避けられなかった。特に、バッテリとこれを充電する充電用発電機との接続状態が悪化した場合には過渡的に充電発電機の電圧が上昇し、この充電発電機からの比較的高い電圧がヒータに加わる場合があり、このような場合にはヒータや駆動素子の焼損事故は避けきれないものであった。   As shown in each of the above conventional examples, many techniques have been disclosed for improving the durability and the accuracy of detecting the oxygen concentration by controlling the temperature by performing energization management to the heater and at the same time accelerating the activation at the time of starting. However, the power source for heating the heater of the exhaust gas sensor used in the vehicle is a battery mounted on the vehicle, and the voltage fluctuation of the battery is large during operation of the vehicle. Therefore, if the heating capacity is improved in order to cope with this, the heater and the drive element are burned out at a high voltage, and troubles cannot be avoided in the temperature management by the conventional energization control. In particular, when the connection state between the battery and the charging generator for charging it deteriorates, the voltage of the charging generator rises transiently, and a relatively high voltage from this charging generator may be applied to the heater. In such a case, burnout accidents of the heater and the drive element have been unavoidable.

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、加熱能力の高いヒータを使用しても過電圧時に焼損などのトラブルを生じない、充分な予防安全処置の施された小型で安価な排気ガスセンサ用ヒータ制御装置を得ることを目的とするものである。   The present invention has been made in order to solve such a problem, and is a small size with sufficient preventive safety measures that does not cause troubles such as burnout at the time of overvoltage even when a heater having a high heating capacity is used. An object of the present invention is to obtain an inexpensive heater control device for an exhaust gas sensor.

この発明に係る排気ガスセンサ用ヒータ制御装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガス中の酸素濃度を検出する排気ガスセンサ、前記排気ガスセンサを所定の温度に加熱するヒータ、前記ヒータに加熱電力を供給するバッテリと前記バッテリを充電する充電発電機とからなる電源、前記電源から前記ヒータに電力を供給する回路に挿入された第一の開閉素子、前記排気ガスセンサの温度を所定値に維持するように前記第一の開閉素子を通電制御するマイクロプロセッサよりなる制御手段、前記ヒータに対する通電回路回路異常を検出して異常検出信号を出力する回路異常検出手段、記充電発電機の電圧が上昇して所定値を越えたとき、異常検出信号を出力する過電圧検出素子、前記電源から前記ヒータに電力供給する回路に挿入され、前記回路異常検出手段の異常検出信号に応動すると共に、前記過電圧検出素子の異常検出信号に応動して前記ヒータに流れる電流を遮断する第二の開閉素子、前記過電圧検出素子による異常検出信号が前記制御手段を介することなく直接加えられて、前記第一の開閉素子又は前記第二の開閉素子を駆動停止させるゲート素子を備え、前記マイクロプロセッサは、前記回路異常検出手段の異常検出信号と前記過電圧検出素子の異常検出信号に応動して前記第一の開閉素子及び前記第二の開閉素子に対する通電指令を解除し、前記ゲート素子は、前記過電圧検出素子からの前記異常検出信号が前記制御手段を介することなく直接加えられることにより、前記第一の開閉素子又は前記第二の開閉素子を駆動停止させて前記ヒータに対する通電を遮断するように構成したものである。 An exhaust gas sensor heater control device according to the present invention is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, detects an oxygen concentration in exhaust gas, a heater that heats the exhaust gas sensor to a predetermined temperature, and heating power to the heater A power supply comprising a battery for supplying the battery and a charging generator for charging the battery, a first switching element inserted in a circuit for supplying power from the power supply to the heater, and the temperature of the exhaust gas sensor are maintained at a predetermined value. said first control means the switching element consists of a microprocessor which controls energization to the circuit abnormality detecting means for outputting an abnormality detection signal by detecting a circuit abnormality of the current supply circuit to said heater, the voltage of the pre-Symbol charging generator An overvoltage detection element that outputs an abnormality detection signal when it rises and exceeds a predetermined value, and is inserted into a circuit that supplies power to the heater from the power source Are, together responsive to the abnormality detection signal of the circuit fault detecting means, the second switching element for interrupting the current flowing the in response to the abnormality detection signal of the overvoltage detection element to the heater, the abnormality detection signal from the overvoltage detecting element Is added directly without going through the control means, and includes a gate element that stops driving the first opening / closing element or the second opening / closing element, and the microprocessor includes an abnormality detection signal of the circuit abnormality detection means and In response to the abnormality detection signal of the overvoltage detection element, the energization command to the first switching element and the second switching element is canceled, and the abnormality detection signal from the overvoltage detection element is controlled by the gate element. By applying directly without going through the means, driving of the first switching element or the second switching element is stopped and the heater is energized. It is obtained by configured to block.

以上に説明したようにこの発明の排気ガスセンサ用ヒータ制御装置によれば、内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガス中の酸素濃度を検出する排気ガスセンサ、前記排気ガスセンサを所定の温度に加熱するヒータ、前記ヒータに加熱電力を供給するバッテリと前記バッテリを充電する充電発電機とからなる電源、前記電源から前記ヒータに電力を供給する回路に挿入された第一の開閉素子、前記排気ガスセンサの温度を所定値に維持するように前記第一の開閉素子を通電制御するマイクロプロセッサよりなる制御手段、前記ヒータに対する通電回路回路異常を検出して異常検出信号を出力する回路異常検出手段、記充電発電機の電圧が上昇して所定値を越えたとき、異常検出信号を出力する過電圧検出素子、前記電源から前記ヒータに電力供給する回路に挿入され、前記回路異常検出手段の異常検出信号に応動すると共に、前記過電圧検出素子の異常検出信号に応動して前記ヒータに流れる電流を遮断する第二の開閉素子、前記過電圧検出素子による異常検出信号が前記制御手段を介することなく直接加えられて、前記第一の開閉素子又は前記第二の開閉素子を駆動停止させるゲート素子を備え、前記マイクロプロセッサは、前記回路異常検出手段の異常検出信号と前記過電圧検出素子の異常検出信号に応動して前記第一の開閉素子及び前記第二の開閉素子に対する通電指令を解除し、前記ゲート素子は、前記過電圧検出素子からの前記異常検出信号が前記制御手段を介することなく直接加えられることにより、前記第一の開閉素子又は前記第二の開閉素子を駆動停止させて前記ヒータに対する通電を遮断するように構成したので、ヒータは確実に保護され、正常時にはヒータを最大限の能力で使用することができ、焼損などのトラブルを生じず、加熱能力の高いヒータを使用して排気ガスセンサの活性化を速め得るヒータ制御装置を得ることができるものである。 As described above, according to the exhaust gas sensor heater control apparatus of the present invention, the exhaust gas sensor provided in the exhaust passage of the internal combustion engine for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas, and heating the exhaust gas sensor to a predetermined temperature. A power source comprising a heater, a battery for supplying heating power to the heater and a charging generator for charging the battery, a first switching element inserted in a circuit for supplying power from the power source to the heater, and an exhaust gas sensor control means consisting of a microprocessor to energization control the first switching element so as to maintain the temperature at a predetermined value, the circuit abnormality detecting means detects the abnormal circuit outputs an abnormality detection signal of the energizing circuit for the heater, before When the voltage of the charging generator rises and exceeds a predetermined value, an overvoltage detection element that outputs an abnormality detection signal, from the power supply to the heater Is inserted into the power supply circuit, as well as responsive to the abnormality detection signal of the circuit fault detecting means, the second switching element for interrupting a current flowing through the heater in response to the abnormality detection signal of the overvoltage detection element, the overvoltage An abnormality detection signal from a detection element is directly applied without going through the control means, and includes a gate element that stops driving the first switching element or the second switching element, and the microprocessor detects the circuit abnormality In response to the abnormality detection signal of the means and the abnormality detection signal of the overvoltage detection element, the energization command to the first switching element and the second switching element is canceled, and the gate element is supplied from the overvoltage detection element. When the abnormality detection signal is directly applied without going through the control means, the driving of the first switching element or the second switching element is stopped. And then, is cut off the power supply to serial heater, the heater is reliably protected, the normal may be used a heater at full capacity, without causing troubles such as burning, using the high heat capacity heater Thus, a heater control device capable of accelerating the activation of the exhaust gas sensor can be obtained.

この発明の実施の形態1による排気ガスセンサ用ヒータ制御装置の回路図である。1 is a circuit diagram of a heater control device for an exhaust gas sensor according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. この発明の実施の形態1による排気ガスセンサ用ヒータ制御装置の動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining operation | movement of the heater control apparatus for exhaust gas sensors by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1による排気ガスセンサ用ヒータ制御装置の動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining operation | movement of the heater control apparatus for exhaust gas sensors by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2による排気ガスセンサ用ヒータ制御装置の回路図である。It is a circuit diagram of the heater control apparatus for exhaust gas sensors by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2による排気ガスセンサ用ヒータ制御装置の動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining operation | movement of the heater control apparatus for exhaust gas sensors by Embodiment 2 of this invention.

実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による排気ガスセンサ用ヒータ制御装置の回路図、図2と図3はその動作を説明するフローチャートである。図1において、1はヒータ制御装置、2はキースイッチ3を介してヒータ制御装置1などに電力を供給するバッテリ、4はバッテリ2を充電する車載用の充電発電機、5はヒータ制御装置1に通電制御されるヒータ、6はヒータ5と一体化または近接配置されて加熱されるように構成されると共に、内部抵抗7を有する排気ガスセンサ、8は抵抗9を介してヒータ制御装置1から駆動される表示手段としての発光ダイオードである。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a circuit diagram of a heater control apparatus for an exhaust gas sensor according to Embodiment 1 of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are flowcharts for explaining the operation thereof. In FIG. 1, 1 is a heater control device, 2 is a battery that supplies power to the heater control device 1 and the like via a key switch 3, 4 is an in-vehicle charging generator that charges the battery 2, and 5 is a heater control device 1. The heater 6 is controlled to be energized, 6 is configured to be integrated with or adjacent to the heater 5 and heated, and an exhaust gas sensor having an internal resistance 7, 8 is driven from the heater control device 1 via the resistor 9. It is a light emitting diode as a display means.

10はヒータ制御装置1の回路内の電源線、11は制御手段としてのマイクロプロセッサ(以下CPUと称す)12に定電圧(例えばDC5V)を供給する定電圧電源、13は電源線10からヒータ5の一方の端子5aに接続された第二の開閉素子を構成するトランジスタであり、第二の開閉素子13はCPU12の出力端子DR3から抵抗14とトランジスタ15とを介して駆動され、トランジスタ15のオンにより第二の開閉素子13もオンするように構成されている。16はトランジスタ15のコレクタと第二の開閉素子13のベースとを接続する抵抗であり、17は第二の開閉素子13のベースとエミッタ間を接続する安定抵抗、18はトランジスタ15のベースとエミッタ間を接続する安定抵抗である。   10 is a power supply line in the circuit of the heater control device 1, 11 is a constant voltage power supply for supplying a constant voltage (for example, DC 5V) to a microprocessor (hereinafter referred to as CPU) 12 as a control means, and 13 is a power supply line 10 to the heater 5. The second open / close element 13 is driven from the output terminal DR3 of the CPU 12 via the resistor 14 and the transistor 15 so that the transistor 15 is turned on. Thus, the second opening / closing element 13 is also turned on. Reference numeral 16 denotes a resistor that connects the collector of the transistor 15 and the base of the second switch element 13, reference numeral 17 denotes a stable resistor that connects the base and emitter of the second switch element 13, and reference numeral 18 denotes a base and emitter of the transistor 15. It is a stable resistor that connects between the two.

19はヒータ5の他方の端子5bと電流検出抵抗20との間に接続され、ヒータ5に対する通電をオン・オフ制御する第一の開閉素子としてのトランジスタであり、CPU12の出力端子DR4からゲート素子21と抵抗22とを介して駆動されるように構成されている。なお、23は第一の開閉素子19のベースに接続された安定抵抗である。また、24は電源線10からの電圧が抵抗25と26とにより分圧されて(−)端子に入力され、(+)端子にはヒータ5の他方の端子5bに接続されたプルダウン抵抗27の電圧、および、電流検出抵抗20の電圧を入力する回路異常検出素子であり、その出力はCPU12の入力端子EM1に入力される。   A transistor 19 is connected between the other terminal 5b of the heater 5 and the current detection resistor 20, and serves as a first opening / closing element that controls on / off of the energization of the heater 5, from the output terminal DR4 of the CPU 12 to the gate element. 21 and a resistor 22 to be driven. Reference numeral 23 denotes a stable resistor connected to the base of the first switching element 19. The voltage 24 from the power supply line 10 is divided by resistors 25 and 26 and input to the (−) terminal. The (+) terminal has a pull-down resistor 27 connected to the other terminal 5 b of the heater 5. This is a circuit abnormality detection element that inputs the voltage and the voltage of the current detection resistor 20, and its output is input to the input terminal EM 1 of the CPU 12.

28は電源線10からの電圧が抵抗29と30とにより分圧されて(−)端子に入力され、電源線10から抵抗31を介して接続された定電圧ダイオード32の電圧を(+)端子に入力する過電圧検出素子であり、その出力端子はゲート素子21の一方の入力端子に接続されると共に、高抵抗33を介してCPU12の入力端子EM2に接続されている。また、このEM2端子にはコンデンサ34が接続されており、コンデンサ34は過電圧検出素子28がHレベルのとき高抵抗33を介して充電されると共に、Lレベルに転じたときには高抵抗33とは並列に接続されたダイオード35と低抵抗36の直列接続よりなる
放電経路を通じて放電されるように構成されている。
28, the voltage from the power supply line 10 is divided by the resistors 29 and 30 and inputted to the (−) terminal, and the voltage of the constant voltage diode 32 connected from the power supply line 10 through the resistor 31 is changed to the (+) terminal. The output terminal is connected to one input terminal of the gate element 21 and is connected to the input terminal EM2 of the CPU 12 via the high resistance 33. A capacitor 34 is connected to the EM2 terminal. The capacitor 34 is charged via the high resistance 33 when the overvoltage detection element 28 is at the H level, and is parallel to the high resistance 33 when the overvoltage detection element 28 is turned to the L level. The diode 35 and the low resistance 36 connected in series are discharged through a discharge path composed of a series connection.

また、37は増幅器であり、排気ガスセンサ6の出力電圧を増幅してCPU12のA/D変換用入力端子AD2に入力する。トランジスタ38はCPU12の出力端子DR1からの信号電圧により抵抗39を介して駆動され、排気ガスセンサ6に負荷抵抗40を接続する。41はトランジスタ38のベースとエミッタ間に接続された安定抵抗である。42と43とは分圧抵抗であり、バッテリ2から供給される電源電圧を分圧してCPU12のA/D変換用入力端子AD1に入力する。また、発光ダイオード8はCPU12の出力端子DR2からの信号により抵抗9を介して駆動される。   An amplifier 37 amplifies the output voltage of the exhaust gas sensor 6 and inputs the amplified output voltage to the A / D conversion input terminal AD2 of the CPU 12. The transistor 38 is driven via a resistor 39 by a signal voltage from the output terminal DR 1 of the CPU 12, and connects the load resistor 40 to the exhaust gas sensor 6. Reference numeral 41 denotes a stable resistor connected between the base and emitter of the transistor 38. Reference numerals 42 and 43 denote voltage dividing resistors, which divide the power supply voltage supplied from the battery 2 and input it to the A / D conversion input terminal AD1 of the CPU 12. The light emitting diode 8 is driven through a resistor 9 by a signal from the output terminal DR2 of the CPU 12.

このように構成されたこの発明の実施の形態1による排気ガスセンサ用ヒータ制御装置において、CPU12は図2および図3のフローチャートに示すように動作する。図2において、ステップ200にて動作を開始すると、ステップ201においてCPU12は出力端子DR1の信号によりトランジスタ38を所定の時間オフさせ、排気ガスセンサ6の無負荷時出力電圧を増幅器37を介してCPU12の入力端子AD2に取り込む。このAD2の入力電圧は排気ガスに含まれた酸素濃度に対応した電圧となる。   In the thus configured exhaust gas sensor heater control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, the CPU 12 operates as shown in the flowcharts of FIGS. In FIG. 2, when the operation starts in step 200, in step 201, the CPU 12 turns off the transistor 38 for a predetermined time based on the signal of the output terminal DR 1, and outputs the no-load output voltage of the exhaust gas sensor 6 via the amplifier 37. Capture to input terminal AD2. The input voltage of AD2 is a voltage corresponding to the oxygen concentration contained in the exhaust gas.

続いてステップ202では出力端子DR1の信号によりトランジスタ38を所定の時間オンさせ、排気ガスセンサ6の内部抵抗7と負荷抵抗40とにより分圧された負荷時出力電圧を増幅器37を介して入力端子AD2に取り込み、内部抵抗7の抵抗値を演算する。ここで、ステップ201での排気ガスセンサ6の無負荷時出力電圧をE0、ステップ202での排気ガスセンサ6の負荷時出力電圧をE1、負荷抵抗40の抵抗値をR1、排気ガスセンサ6の内部抵抗7の抵抗値をR0とすると、E1=E0×R1/(R1+R0)の関係が得られ、R0が演算される。なお、このR0の値は、排気ガスセンサ6の絶対温度の逆数の指数関数として変化するものであり、排気ガスセンサ6の製品間バラツキや経年変化により変動するものである。   Subsequently, at step 202, the transistor 38 is turned on for a predetermined time by the signal at the output terminal DR1, and the output voltage at load divided by the internal resistance 7 of the exhaust gas sensor 6 and the load resistance 40 is input via the amplifier 37 to the input terminal AD2. And the resistance value of the internal resistor 7 is calculated. Here, the unloaded output voltage of the exhaust gas sensor 6 at step 201 is E0, the loaded output voltage of the exhaust gas sensor 6 at step 202 is E1, the resistance value of the load resistor 40 is R1, and the internal resistance 7 of the exhaust gas sensor 6 is. If the resistance value of R1 is R0, the relationship E1 = E0 × R1 / (R1 + R0) is obtained, and R0 is calculated. Note that the value of R0 changes as an exponential function of the reciprocal of the absolute temperature of the exhaust gas sensor 6, and varies due to variations in products of the exhaust gas sensor 6 and aging.

次に、ステップ203ではこのルーチンの動作が初回であるかどうかを判定する。このステップで初回動作であると判定されるとステップ204に進み、ここでは内燃機関が長時間にわたって停止されており、排気ガスセンサ6の温度が外気温まで低下しているかどうかを図示しない外気温センサなどと比較して判定する。ステップ204で排気ガスセンサ6の温度が外気温まで低下していると判定されるとステップ205に進み、ステップ202で得た内部抵抗7の抵抗値R0を記憶し、外気温センサによる外気温を読み込んで記憶する。ステップ205での処理が完了するとステップ206に進み、ここでは記憶された内部抵抗7の抵抗値R0と外気温度とから内部抵抗値対温度のテーブルを作成し、ステップ201に戻ってこのルーチンを繰り返す。   Next, in step 203, it is determined whether or not this routine is the first operation. If it is determined in this step that the operation is the first time, the routine proceeds to step 204 where the internal combustion engine has been stopped for a long time and whether or not the temperature of the exhaust gas sensor 6 has decreased to the outside temperature is not shown. Judgment by comparison with If it is determined in step 204 that the temperature of the exhaust gas sensor 6 has decreased to the outside air temperature, the routine proceeds to step 205, where the resistance value R0 of the internal resistance 7 obtained in step 202 is stored, and the outside air temperature is read by the outside air temperature sensor. Remember me. When the processing in step 205 is completed, the process proceeds to step 206, where an internal resistance value vs. temperature table is created from the stored resistance value R0 of the internal resistance 7 and the outside air temperature, and the routine returns to step 201 to repeat this routine. .

第二回目以降はステップ203にて初回動作でないと判定されるので、ステップ203からステップ207に進むことになる。また、ステップ204にて排気ガスセンサ6の温度が低下しきるほどの停止時間でないと判定された場合もステップ207に進み、ここではステップ202で得た内部抵抗7の抵抗値R0の最新情報と、ステップ206にて作成した内部抵抗値対温度のテーブルとから排気ガスセンサ6の現在の温度を算出する。この温度が算出されるとステップ208に進み、ルーチンを終了するが、ここから再びステップ201に戻り、ステップ201からステップ208までのルーチンを所定時間毎に繰り返すことにより、常に排気ガスセンサ6の現時点での温度を算出し、この値は後述する図3のステップ303に与えられる。   Since it is determined in step 203 that the operation is not the first time after the second time, the process proceeds from step 203 to step 207. Further, if it is determined in step 204 that the stop time is not long enough to reduce the temperature of the exhaust gas sensor 6, the process proceeds to step 207, where the latest information on the resistance value R0 of the internal resistance 7 obtained in step 202 and the step The current temperature of the exhaust gas sensor 6 is calculated from the internal resistance value versus temperature table created in 206. When this temperature is calculated, the routine proceeds to step 208 and the routine is terminated. From this point, the routine returns to step 201 again, and the routine from step 201 to step 208 is repeated every predetermined time. The temperature is calculated, and this value is given to step 303 in FIG.

図3の動作では、まずステップ300にて動作を開始すると、ステップ301においてCPU12は出力端子DR3の信号によりトランジスタ15をオンさせることにより、第二の開閉素子であるトランジスタ13を導通させ、続いてステップ302ではCPU12
の入力端子AD1に入力された信号から電源電圧を測定する。次にステップ303に進んで上記のステップ207で得た排気ガスセンサ6の現時点での温度と、ステップ302で得た電源電圧とからヒータ5に対する通電のオン・オフ時間比率、所謂デューティ比を演算し決定する。ここでは排気ガスセンサ6の現時点での温度が低いほどデューティが高く、また、電源電圧が低いほどデューティが高く設定され、加熱時間の短縮が図られる。さらに、ステップ304ではこの演算された通電のオン時間幅によりCPU12のDR4から信号を出力し、ゲート素子21を介して第一の開閉素子であるトランジスタ19を導通させる。
In the operation of FIG. 3, when the operation is first started in step 300, in step 301, the CPU 12 turns on the transistor 15 by the signal of the output terminal DR3, thereby causing the transistor 13 as the second opening / closing element to become conductive. In step 302, the CPU 12
The power supply voltage is measured from the signal input to the input terminal AD1. Next, the routine proceeds to step 303, where an on / off time ratio of energization to the heater 5, a so-called duty ratio, is calculated from the current temperature of the exhaust gas sensor 6 obtained at step 207 and the power supply voltage obtained at step 302. decide. Here, the duty is set higher as the current temperature of the exhaust gas sensor 6 is lower, and the duty is set higher as the power supply voltage is lower, thereby shortening the heating time. Further, in step 304, a signal is output from the DR4 of the CPU 12 according to the calculated ON time width of the energization, and the transistor 19 as the first opening / closing element is made conductive through the gate element 21.

以上までのステップで第一の開閉素子19と第二の開閉素子13とが導通することにより、ヒータ5には通電がなされ、電流検出抵抗20の両端には電圧が発生する。ステップ305は、回路異常検出素子24からの信号をCPU12の入力端子EM1が入力して判定を行うステップであり、ヒータ5や外部配線の短絡事故などにより、電流検出抵抗20の電圧が過大になれば回路異常検出素子24の(+)端子電圧が大となり、回路異常検出素子24の出力、すなわち、EM1端子に対する入力がHレベルとなり、ステップ305ではNOと判定され、短絡事故などがなくて電流値が正常であれば回路異常検出素子24の(+)端子電圧は小であり、EM1端子の入力はLレベルとなってステップ305ではYESと判定される。   When the first switching element 19 and the second switching element 13 are conducted through the above steps, the heater 5 is energized and a voltage is generated across the current detection resistor 20. Step 305 is a step in which the signal from the circuit abnormality detection element 24 is inputted to the input terminal EM1 of the CPU 12 for determination. The voltage of the current detection resistor 20 becomes excessive due to a short circuit accident of the heater 5 or external wiring. For example, the (+) terminal voltage of the circuit abnormality detecting element 24 becomes large and the output of the circuit abnormality detecting element 24, that is, the input to the EM1 terminal becomes H level. If the value is normal, the (+) terminal voltage of the circuit abnormality detection element 24 is small, the input to the EM1 terminal is L level, and YES is determined in step 305.

ステップ305での判定がNOであれば、すなわち、過電流が検出されればステップ306に進み、CPU12のDR3とDR4との出力が停止され、第一の開閉素子19と第二の開閉素子13とがオフ状態となってヒータ5に対する通電が停止されると共に、DR2端子から信号が出力されて発光ダイオード8が動作し、異常警報がなされる。ここで、第一の開閉素子19と第二の開閉素子13とは、いずれか一方が過電流により短絡破損状態になっていても他方の動作で通電停止ができ、二重安全対策が講じられており、さらに、このステップでは異常状態に対するコード番号がCPU12の記憶手段に記憶され、必要に応じて異常原因を読み出すことを可能にする。   If the determination in step 305 is NO, that is, if an overcurrent is detected, the process proceeds to step 306 where the output of DR3 and DR4 of the CPU 12 is stopped and the first switching element 19 and the second switching element 13 are stopped. Is turned off and the energization of the heater 5 is stopped, and a signal is output from the DR2 terminal, the light emitting diode 8 is operated, and an abnormality alarm is given. Here, even if one of the first switching element 19 and the second switching element 13 is in a short-circuit damaged state due to an overcurrent, the current can be stopped by the other operation, and double safety measures are taken. Furthermore, in this step, the code number for the abnormal state is stored in the storage means of the CPU 12, and the cause of the abnormality can be read out as necessary.

ステップ305での判定がYESであればステップ307に進み、ステップ303にて設定した通電のオン時間幅が経過したかどうかを判定し、この時間幅が経過していなければステップ304に戻り、ステップ307までのルーチンを繰り返す。ステップ307で所定のオン時間が経過しておればステップ308に進み、CPU12のDR4の信号を停止して第一の開閉素子19をオフする。第一の開閉素子19がオフされると回路異常検出素子24の(+)端子電圧には電源電圧を受けたプルダウン抵抗27の電圧が加わり、正常であれば出力電圧はHレベルになるが、ヒータ5や外部回路に断線や接触不良など、異常があれば回路異常検出素子24の出力電圧はLレベルとなる。   If the determination in step 305 is YES, the process proceeds to step 307, where it is determined whether or not the energization on-time width set in step 303 has elapsed. If this time width has not elapsed, the process returns to step 304, and step The routine up to 307 is repeated. If the predetermined on-time has elapsed in step 307, the process proceeds to step 308, where the DR4 signal of the CPU 12 is stopped and the first opening / closing element 19 is turned off. When the first switching element 19 is turned off, the voltage of the pull-down resistor 27 receiving the power supply voltage is added to the (+) terminal voltage of the circuit abnormality detection element 24. If the voltage is normal, the output voltage becomes H level. If there is an abnormality such as disconnection or poor contact in the heater 5 or the external circuit, the output voltage of the circuit abnormality detection element 24 becomes L level.

ステップ309はこれを判定するもので、異常がある場合にはステップ310にてCPU12のDR2端子から信号が出力されて発光ダイオード8が動作し、異常警報がなされると共に断線トラブルに対するコード番号が記憶され、必要に応じて異常原因を読み出すことを可能にする。このように回路異常検出素子24は第一の開閉素子19のオン時とオフ時との双方の異常監視機能を有している。ステップ311はステップ303にて演算した第一の開閉素子19のデューティ制御のオン・オフ合計時間が経過したかどうかを判定し、経過していなければステップ308からのルーチンを繰り返し、時間が経過しておればステップ312からステップ300に戻って次のルーチンに入る。   In step 309, this is determined. If there is an abnormality, a signal is output from the DR2 terminal of the CPU 12 in step 310, the light emitting diode 8 operates, an abnormality alarm is given, and a code number for a disconnection trouble is stored. It is possible to read out the cause of the abnormality as necessary. As described above, the circuit abnormality detection element 24 has an abnormality monitoring function both when the first switching element 19 is on and when it is off. In step 311, it is determined whether the on / off total time of the duty control of the first switching element 19 calculated in step 303 has elapsed. If not, the routine from step 308 is repeated, and the time has elapsed. If so, the process returns from step 312 to step 300 to enter the next routine.

ステップ313は定期割り込みルーチンであり、CPU12の入力端子EM2の論理レベルを判定するものである。過電圧検出素子28の(+)入力端子の電圧は定電圧ダイオード32の電圧が分圧抵抗29と30により分圧された電圧より高電圧に設定されており、通常時には過電圧検出素子28の出力はHレベルである。バッテリ2の端子に緩みなどが発生した場合、充電発電機4が軽負荷となるため、電圧制御に要する過渡時間の間には発電電圧が異常上昇する。このような過電圧がヒータ制御装置1やヒータ5に加わった場合、分圧抵抗29と30による分圧電圧が定電圧ダイオード32の電圧より高くなり、EM2端子の入力がLレベルに転じ、ステップ314にてDR3とDR4との信号により直ちに第一の開閉素子19と第二の開閉素子13とがオフ状態となってヒータ5と第一の開閉素子19と第二の開閉素子13とに過大電流が流れることを防止する。また、このルーチンとは別に過電圧検出素子28の出力がゲート素子21に加わり、第一の開閉素子19は時間遅れなく直ちに遮断され、回路を保護する。   Step 313 is a periodic interrupt routine for determining the logic level of the input terminal EM2 of the CPU 12. The voltage at the (+) input terminal of the overvoltage detection element 28 is set to a voltage higher than the voltage obtained by dividing the voltage of the constant voltage diode 32 by the voltage dividing resistors 29 and 30. H level. When the terminal of the battery 2 is loosened, the charging generator 4 becomes a light load, so that the generated voltage abnormally rises during the transient time required for voltage control. When such an overvoltage is applied to the heater control device 1 or the heater 5, the divided voltage by the voltage dividing resistors 29 and 30 becomes higher than the voltage of the constant voltage diode 32, the input of the EM2 terminal is changed to the L level, and step 314 In response to the signals DR3 and DR4, the first switching element 19 and the second switching element 13 are immediately turned off, and the heater 5, the first switching element 19 and the second switching element 13 have excessive current. To prevent the flow. In addition to this routine, the output of the overvoltage detection element 28 is applied to the gate element 21, and the first switching element 19 is immediately shut off without a time delay to protect the circuit.

EM2端子に接続されたコンデンサ34は、充電回路が高抵抗33にて構成され、放電回路が低抵抗36にて構成されているため、過電圧検出素子28の論理レベルがHからLに転じた場合には直ちに電圧が低下し、LからHに転じた場合には電圧上昇に所定の時間を要することになり、短時間の異常にも反応して通電は停止され、回復時間には所定の時定数を持たせることにより安全性を保っている。なお、この論理判定は電源投入後、所定の時間は解除され、電源投入時の誤動作を防いでいる。また、ステップ313による過電圧異常の検知時にはステップ314にてDR2端子から信号が出力されて発光ダイオード8が動作し、異常状態に対するコード番号が記憶される。   In the capacitor 34 connected to the EM2 terminal, the charging circuit is composed of the high resistance 33 and the discharging circuit is composed of the low resistance 36, so that the logic level of the overvoltage detection element 28 changes from H to L. When the voltage drops immediately and changes from L to H, it takes a predetermined time for the voltage to rise, the energization is stopped in response to a short time abnormality, and the recovery time is at a predetermined time. The safety is maintained by giving a constant. Note that this logic determination is canceled for a predetermined time after the power is turned on to prevent a malfunction when the power is turned on. When an overvoltage abnormality is detected in step 313, a signal is output from the DR2 terminal in step 314, the light emitting diode 8 operates, and a code number for the abnormal state is stored.

実施の形態2.
図4は、この発明の実施の形態2による排気ガスセンサ用ヒータ制御装置の回路図、図5は、動作を説明するフローチャートであり、上記実施の形態1と同一部品には同一符号を付与している。図4において、50はヒータ制御装置、2はキースイッチ3を介してヒータ制御装置50などに電力を供給するバッテリ、4はバッテリ2を充電する車載用の充電発電機、5はヒータ制御装置50に通電制御されるヒータで、図4には図示しない排気ガスセンサと一体化または近接配置されている。8は抵抗9を介してヒータ制御装置50から駆動される表示手段としての発光ダイオードである。
Embodiment 2. FIG.
4 is a circuit diagram of a heater control apparatus for an exhaust gas sensor according to Embodiment 2 of the present invention, and FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation. The same reference numerals are given to the same components as those in Embodiment 1 above. Yes. In FIG. 4, 50 is a heater control device, 2 is a battery that supplies power to the heater control device 50 and the like via the key switch 3, 4 is an in-vehicle charging generator that charges the battery 2, and 5 is a heater control device 50. The heater is energized and is integrated with an exhaust gas sensor not shown in FIG. Reference numeral 8 denotes a light emitting diode as display means driven from the heater control device 50 via a resistor 9.

10はヒータ制御装置50の回路内の電源線、11はCPU51に定電圧(例えばDC5V)を供給する定電圧電源、13は電源線10からヒータ5の一方の端子5aに直列接続された第二の開閉素子を構成するトランジスタであり、この実施の形態では第二の開閉素子13はCPU12の出力端子DR3からゲート素子21と抵抗14とトランジスタ15とを介して駆動され、トランジスタ15のオンにより抵抗16を介して第二の開閉素子13もオンするように構成されている。また、17と18とは安定抵抗である。   10 is a power line in the circuit of the heater control device 50, 11 is a constant voltage power source for supplying a constant voltage (for example, DC 5V) to the CPU 51, and 13 is a second connected in series from the power line 10 to one terminal 5a of the heater 5. In this embodiment, the second switching element 13 is driven from the output terminal DR3 of the CPU 12 via the gate element 21, the resistor 14, and the transistor 15, and the transistor 15 is turned on so that the resistance is turned on. The second opening / closing element 13 is also turned on via 16. Reference numerals 17 and 18 are stable resistors.

19はヒータ5の他方の端子5bと電流検出抵抗20との間に接続され、ヒータ5に対する通電をオン・オフ制御する第一の開閉素子を構成するトランジスタであり、この実施の形態ではCPU51の出力端子DR4から抵抗22を介して駆動されるように構成されている。なお、23は安定抵抗である。28は電源線10からの電圧が抵抗29と30とにより分圧されて(−)端子に入力され、電源線10から抵抗31を介して接続された定電圧ダイオード32の電圧を(+)端子に入力する過電圧検出素子であり、その出力はゲート素子21の一方の入力端子に接続されると共に、高抵抗33を介してCPU51の入力端子EM2に接続され、また、EM2端子にはコンデンサ34が接続されており、コンデンサ34は過電圧検出素子28がHレベルのときには高抵抗33を介して充電されると共に、Lレベルに転じたときには高抵抗33とは並列に接続されたダイオード35と低抵抗36の直列接続よりなる放電経路を通じて放電されるように構成されている。   Reference numeral 19 denotes a transistor which is connected between the other terminal 5b of the heater 5 and the current detection resistor 20 and constitutes a first opening / closing element that controls on / off of the energization of the heater 5. In this embodiment, the CPU 51 It is configured to be driven from the output terminal DR4 via the resistor 22. Reference numeral 23 denotes a stable resistance. 28, the voltage from the power supply line 10 is divided by the resistors 29 and 30 and input to the (−) terminal, and the voltage of the constant voltage diode 32 connected from the power supply line 10 through the resistor 31 is the (+) terminal. Is connected to one input terminal of the gate element 21 and connected to the input terminal EM2 of the CPU 51 through the high resistance 33, and a capacitor 34 is connected to the EM2 terminal. The capacitor 34 is charged via the high resistance 33 when the overvoltage detecting element 28 is at the H level, and when the voltage is turned to the L level, the diode 35 and the low resistance 36 connected in parallel with the high resistance 33 are connected. It is comprised so that it may discharge through the discharge path which consists of serial connection.

52は第一の開閉素子を構成するトランジスタ19のコレクタとエミッタ間に接続された分圧抵抗53と54との中間接続点から抵抗55を介して入力され、出力がCPU51のA/D変換用入力端子AD3に与えられる増幅器であり、分圧抵抗53と54は抵抗53がヒータ5の抵抗値より充分大きな値とされ、抵抗53の値と抵抗54の値との比がヒータ5の抵抗値と電流検出抵抗20の抵抗値との比とほぼ等しくなるように選定されている。また、後述するように、これらでヒータ5に対する通電回路の回路異常検出手段をも構成している。   52 is input via a resistor 55 from an intermediate connection point between voltage dividing resistors 53 and 54 connected between the collector and emitter of the transistor 19 constituting the first switching element, and the output is for A / D conversion of the CPU 51. This is an amplifier applied to the input terminal AD3. The voltage dividing resistors 53 and 54 have a resistance 53 sufficiently larger than the resistance value of the heater 5, and the ratio of the value of the resistor 53 to the value of the resistor 54 is the resistance value of the heater 5. And the resistance value of the current detection resistor 20 are selected to be substantially equal. Further, as will be described later, these also constitute circuit abnormality detection means of the energization circuit for the heater 5.

以上のように構成されたこの発明の実施の形態2の排気ガスセンサ用ヒータ制御装置において、CPU51は図5のフローチャートに示すように動作する。まず、ステップ500にて動作を開始すると、ステップ501においてCPU51は出力端子DR3の信号によりゲート素子21を介してトランジスタ15をオンさせることにより第二の開閉素子であるトランジスタ13を導通させる。続いてステップ502ではCPU51の入力端子AD3に入力された信号から電源電圧を測定する。この電源電圧の測定は第二の開閉素子13がオンし、第一の開閉素子19がオフの状態においては、分圧抵抗53と54との中間接続点に電源電圧に比例した電圧が加わることになり、この電圧が増幅器52を介してAD3端子に入力されることにより得られる。   In the exhaust gas sensor heater control apparatus according to Embodiment 2 of the present invention configured as described above, the CPU 51 operates as shown in the flowchart of FIG. First, when the operation starts in step 500, in step 501, the CPU 51 turns on the transistor 15 via the gate element 21 by the signal of the output terminal DR3, thereby turning on the transistor 13 as the second switching element. In step 502, the power supply voltage is measured from the signal input to the input terminal AD3 of the CPU 51. In the measurement of the power supply voltage, when the second switch element 13 is turned on and the first switch element 19 is turned off, a voltage proportional to the power supply voltage is applied to the intermediate connection point between the voltage dividing resistors 53 and 54. This voltage is obtained by inputting the voltage to the AD3 terminal via the amplifier 52.

続いてステップ503にて上記のステップ502で得た電源電圧と後述するステップ509により得られるヒータ5の温度とからヒータ5に対する通電のオン・オフ時間比率が演算されるが、ここでも実施の形態1と同様、排気ガスセンサの温度と電源電圧値とからヒータ5に対する通電のデューティ比が決定される。さらにステップ504ではこの演算された通電のオン時間幅によりCPU51のDR4から信号を出力し、抵抗22を介して第一の開閉素子であるトランジスタ19を導通させる。以上までのステップで第一の開閉素子19と第二の開閉素子13とが導通することにより、ヒータ5には通電がなされ、電流検出抵抗20の両端には電圧が発生する。ステップ505ではこの電流検出抵抗20の両端電圧を分圧抵抗53と54との中間接続点から得、増幅器52を介してCPU51の入力端子AD3に取り込むことにより、ヒータ5に流れる電流値を測定する。   Subsequently, in step 503, the on / off time ratio of energization to the heater 5 is calculated from the power supply voltage obtained in the above step 502 and the temperature of the heater 5 obtained in step 509 described later. 1, the duty ratio of energization to the heater 5 is determined from the temperature of the exhaust gas sensor and the power supply voltage value. Further, in step 504, a signal is output from DR4 of the CPU 51 based on the calculated ON time width of the energization, and the transistor 19 as the first switching element is made conductive through the resistor 22. When the first switching element 19 and the second switching element 13 are conducted through the above steps, the heater 5 is energized and a voltage is generated across the current detection resistor 20. In step 505, the voltage across the current detection resistor 20 is obtained from an intermediate connection point between the voltage dividing resistors 53 and 54, and is taken into the input terminal AD3 of the CPU 51 via the amplifier 52, thereby measuring the value of the current flowing through the heater 5. .

次にステップ506に進み、ステップ505で得たヒータ5の電流が適正であるかどうかを判定する。ここではヒータ5や外部回路の短絡事故などによりヒータ5の電流が増加し、電流検出抵抗20の電圧が所定値より大であれば適正電流でないと判断してステップ507に進み、適正電流であると判断すればステップ508に進む。ステップ507ではCPU51のDR3とDR4の出力端子の信号を停止し、第一の開閉素子19と第二の開閉素子13とをオフしてヒータ5の電流を遮断すると共に、DR2端子から信号を出力して発光ダイオード8を動作させ、異常警報を行う。ここで、第一の開閉素子19と第二の開閉素子13は、いずれか一方が短絡破損状態になっていても他方の動作で通電停止ができ、二重安全対策が講じられており、さらに、このステップでは異常状態に対するコード番号がCPU51の記憶手段に記憶され、必要に応じて異常原因を読み出すことを可能にする。   Next, the process proceeds to step 506, where it is determined whether or not the current of the heater 5 obtained in step 505 is appropriate. Here, the current of the heater 5 increases due to a short circuit accident of the heater 5 or an external circuit, and if the voltage of the current detection resistor 20 is larger than a predetermined value, it is determined that the current is not appropriate, and the process proceeds to step 507, where the current is appropriate. If it is determined, step 508 follows. In step 507, the signals at the output terminals DR3 and DR4 of the CPU 51 are stopped, the first opening / closing element 19 and the second opening / closing element 13 are turned off to cut off the current of the heater 5, and the signal is output from the DR2 terminal. Then, the light emitting diode 8 is operated to give an abnormality alarm. Here, even if one of the first switching element 19 and the second switching element 13 is in a short-circuit damaged state, the current can be stopped by the operation of the other, and double safety measures are taken. In this step, the code number for the abnormal state is stored in the storage means of the CPU 51, and the cause of the abnormality can be read out if necessary.

また、電流値が正常であればステップ508に進み、ステップ503にて設定した通電のオン時間幅が経過したかどうかを判定し、この時間幅が経過するまではステップ504に戻り、ステップ508までのルーチンを繰り返す。所定の時間幅が経過したと判断されるとステップ509に進み、ステップ502で得た電源電圧とステップ505で得た電流値とからヒータ5の抵抗値を算出し、予め記憶されたヒータ5の抵抗値対温度特性テーブルによりヒータ5の現時点での温度を演算すると共に、このヒータ5の温度から所定の関数に基づいて排気ガスセンサの温度を演算する。そして所定のオン時間幅が経過しているのでステップ510にてCPU51のDR4端子の出力を停止して第一の開閉素子19をオフさせる。   If the current value is normal, the process proceeds to step 508, where it is determined whether or not the energization ON time width set in step 503 has elapsed. Until this time width elapses, the process returns to step 504, and until step 508 Repeat the routine. When it is determined that the predetermined time width has elapsed, the process proceeds to step 509, where the resistance value of the heater 5 is calculated from the power supply voltage obtained in step 502 and the current value obtained in step 505, and the heater 5 stored in advance is stored. The current temperature of the heater 5 is calculated from the resistance value versus temperature characteristic table, and the temperature of the exhaust gas sensor is calculated from the temperature of the heater 5 based on a predetermined function. Since the predetermined on-time width has elapsed, in step 510, the output of the DR4 terminal of the CPU 51 is stopped and the first opening / closing element 19 is turned off.

続いてステップ511に進み、CPU51のAD3入力端子に増幅器52からの信号があるかどうかを判定する。ヒータ5や外部配線に断線事故が発生すれば第一の開閉素子19のオフ状態においても分圧抵抗53と54との中間接続点に電圧が発生しないため、A
D3入力端子には信号が入力されず、この信号入力がなければステップ512に進み、DR2端子から信号を出力して発光ダイオード8を動作させて断線警報を出力すると共に、断線異常に対するコード番号を記憶し、必要に応じて異常原因の読み出しを可能にする。このようにCPU51のAD3端子に対する増幅器52からの信号入力は、第一の開閉素子19のオン時とオフ時との双方での異常監視機能を有しており、回路異常検出手段としても機能する。
In step 511, it is determined whether or not there is a signal from the amplifier 52 at the AD3 input terminal of the CPU 51. If a disconnection accident occurs in the heater 5 or the external wiring, no voltage is generated at the intermediate connection point between the voltage dividing resistors 53 and 54 even when the first switching element 19 is in the OFF state.
If no signal is input to the D3 input terminal and this signal is not input, the process proceeds to step 512, where a signal is output from the DR2 terminal, the light emitting diode 8 is operated to output a disconnection alarm, and a code number for the disconnection abnormality is set. Memorize and enable reading of the cause of abnormality as required. Thus, the signal input from the amplifier 52 to the AD3 terminal of the CPU 51 has an abnormality monitoring function both when the first switching element 19 is on and when it is off, and also functions as a circuit abnormality detecting means. .

ステップ511にて増幅器52からの信号があればステップ513に進み、ここではステップ503にて演算した第一の開閉素子19に対するデューティ制御のオン・オフ合計時間が経過したかどうかを判定し、経過していなければステップ513からステップ510に戻ってルーチンを繰り返し、時間が経過しておればステップ514からステップ500に戻って次のルーチンに入る。   If there is a signal from the amplifier 52 in step 511, the process proceeds to step 513, where it is determined whether or not the total on / off time of duty control for the first switching element 19 calculated in step 503 has elapsed. If not, the routine returns from step 513 to step 510 to repeat the routine. If the time has elapsed, the routine returns from step 514 to step 500 to enter the next routine.

ステップ515は定期割り込みルーチンであり、CPU51の入力端子EM2の論理レベルを判定するものである。過電圧検出素子28の(+)入力端子に入力される定電圧ダイオード32の電圧は、(−)入力端子に入力される分圧抵抗29と30とによる電圧より高電圧に設定されており、通常時には過電圧検出素子28の出力はHレベルである。実施の形態1の場合と同様に、バッテリ2の端子に緩みなどが発生した場合、過渡時間の間には充電発電機4の発生電圧が異常上昇し、ヒータ制御装置1やヒータ5に異常電圧が加わるが、このような場合には分圧抵抗29と30による電圧が定電圧ダイオード32の電圧より高くなるため、EM2端子の入力がLレベルに転じ、このLレベルが検出されるとステップ516においてDR3とDR4との信号停止により直ちに第一の開閉素子19と第二の開閉素子13とがオフされてヒータ5と第一の開閉素子19と第二の開閉素子13とに過大電流が流れることを防止する。また、実施の形態1の場合と同様に、このルーチンとは別に過電圧検出素子28の出力がゲート素子21に加わり、第二の開閉素子13は時間遅れなく直ちに遮断され、回路を保護するように構成されている。   Step 515 is a periodic interrupt routine for determining the logic level of the input terminal EM2 of the CPU 51. The voltage of the constant voltage diode 32 input to the (+) input terminal of the overvoltage detection element 28 is set to a voltage higher than the voltage generated by the voltage dividing resistors 29 and 30 input to the (−) input terminal. Sometimes the output of the overvoltage detection element 28 is at H level. As in the case of the first embodiment, when the terminal of the battery 2 is loosened, the generated voltage of the charging generator 4 rises abnormally during the transient time, and the abnormal voltage is applied to the heater control device 1 and the heater 5. However, in such a case, since the voltage by the voltage dividing resistors 29 and 30 becomes higher than the voltage of the constant voltage diode 32, the input of the EM2 terminal changes to L level, and when this L level is detected, step 516 In FIG. 1, the first switching element 19 and the second switching element 13 are immediately turned off by stopping the signals of DR3 and DR4, and an excessive current flows through the heater 5, the first switching element 19 and the second switching element 13. To prevent that. Further, as in the case of the first embodiment, the output of the overvoltage detection element 28 is added to the gate element 21 separately from this routine, and the second switching element 13 is immediately shut off without a time delay to protect the circuit. It is configured.

また、CPU51のEM2端子に接続されたコンデンサ34に対する動作も実施の形態1と同様であり、充電経路が高抵抗33により、放電経路が低抵抗36により構成されているため、過電圧検出素子28の論理レベルがHからLに転じた場合には直ちに電圧が低下し、LからHに転じた場合には電圧上昇に所定の時間を要することになり、短時間の異常にも反応して通電停止し、回復時間には所定の時定数を持たせることにより安全性を保っている。また、この論理判定は電源投入後所定の時間は解除されて電源投入時の誤動作を防ぎ、ステップ515による過電圧異常の検知時にはステップ516にてDR2端子から信号が出力されて発光ダイオード8が動作し、異常状態に対するコード番号が記憶される。   Further, the operation for the capacitor 34 connected to the EM2 terminal of the CPU 51 is the same as that of the first embodiment, and the charging path is constituted by the high resistance 33 and the discharging path is constituted by the low resistance 36. When the logic level changes from H to L, the voltage immediately decreases. When the logic level changes from L to H, the voltage increase requires a predetermined time. In addition, safety is maintained by giving a predetermined time constant to the recovery time. This logic determination is canceled for a predetermined time after the power is turned on to prevent a malfunction at the time of power-on. When an overvoltage abnormality is detected at step 515, a signal is output from the DR2 terminal at step 516 and the light emitting diode 8 operates. The code number for the abnormal state is stored.

なお、以上に示した実施の形態1および実施の形態2の排気ガスセンサ用ヒータ制御装置では、排気ガスセンサ6あるいはその近傍の温度を検出し、排気ガスセンサ6の温度が所定値になるようにフィードバック制御したものであるが、例えば、内燃機関の始動後、排気ガスセンサの出力が所定値に達するまでの間において、冷却水温の低い状態では100%通電にてヒータを加熱し、冷却水温が所定値以上で軽負荷運転時にはデューティ比30%で加熱し、内燃機関の高負荷時には加熱を停止するように、内燃機関の運転状態に応じて加熱制御するようにCPUをプログラムすることもでき、また、第一、第二の開閉素子にはバイポーラ型トランジスタを使用して説明したが、ドレーン/ソース/ゲートを有するMOSトランジスタを使用することもできるものである。   In the exhaust gas sensor heater control apparatus of the first and second embodiments described above, the temperature of the exhaust gas sensor 6 or the vicinity thereof is detected, and feedback control is performed so that the temperature of the exhaust gas sensor 6 becomes a predetermined value. For example, after the start of the internal combustion engine until the output of the exhaust gas sensor reaches a predetermined value, the heater is heated by 100% energization when the cooling water temperature is low, and the cooling water temperature is equal to or higher than the predetermined value. The CPU can also be programmed to control the heating according to the operating state of the internal combustion engine so that it is heated at a duty ratio of 30% during light load operation and is stopped when the internal combustion engine is high load. The bipolar switch is used for the first and second switching elements, but MOS transistors with drain / source / gate are used. It is those that can be Rukoto.

1、50 ヒータ制御装置、2 バッテリ、3 キースイッチ、
4 充電発電機、5 ヒータ、6 排気ガスセンサ、
8 発光ダイオード(表示手段)、
12、51 マイクロプロセッサ(制御手段)、
13 第二の開閉素子、19 第一の開閉素子、20 電流検出抵抗、
21 ゲート素子、24 回路異常検出素子(回路異常検出手段)、
28 過電圧検出素子、32 定電圧ダイオード、52 増幅器。
1, 50 heater control device, 2 battery, 3 key switch,
4 charging generator, 5 heater, 6 exhaust gas sensor,
8 Light emitting diode (display means),
12, 51 microprocessor (control means),
13 Second switching element, 19 First switching element, 20 Current detection resistor,
21 gate element, 24 circuit abnormality detection element (circuit abnormality detection means),
28 Overvoltage detection element, 32 constant voltage diode, 52 amplifier.

Claims (5)

内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガス中の酸素濃度を検出する排気ガスセンサ、
前記排気ガスセンサを所定の温度に加熱するヒータ、
前記ヒータに加熱電力を供給するバッテリと前記バッテリを充電する充電発電機とからなる電源、
前記電源から前記ヒータに電力を供給する回路に挿入された第一の開閉素子、
前記排気ガスセンサの温度を所定値に維持するように前記第一の開閉素子を通電制御するマイクロプロセッサよりなる制御手段、
前記ヒータに対する通電回路回路異常を検出して異常検出信号を出力する回路異常検出手段、
記充電発電機の電圧が上昇して所定値を越えたとき、異常検出信号を出力する過電圧検出素子、
前記電源から前記ヒータに電力供給する回路に挿入され、前記回路異常検出手段の異常検出信号に応動すると共に、前記過電圧検出素子の異常検出信号に応動して前記ヒータに流れる電流を遮断する第二の開閉素子、
前記過電圧検出素子による異常検出信号が前記制御手段を介することなく直接加えられて、前記第一の開閉素子又は前記第二の開閉素子を駆動停止させるゲート素子、
を備え、
前記マイクロプロセッサは、前記回路異常検出手段の異常検出信号と前記過電圧検出素子の異常検出信号に応動して前記第一の開閉素子及び前記第二の開閉素子に対する通電指令を解除し、
前記ゲート素子は、前記過電圧検出素子からの前記異常検出信号が前記制御手段を介することなく直接加えられることにより、前記第一の開閉素子又は前記第二の開閉素子を駆動停止させて前記ヒータに対する通電を遮断する、
ことを特徴とする排気ガスセンサ用ヒータ制御装置。
An exhaust gas sensor provided in the exhaust passage of the internal combustion engine for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas;
A heater for heating the exhaust gas sensor to a predetermined temperature;
A power source comprising a battery for supplying heating power to the heater and a charging generator for charging the battery;
A first switching element inserted in a circuit for supplying power from the power source to the heater;
Control means comprising a microprocessor for controlling energization of the first switching element so as to maintain the temperature of the exhaust gas sensor at a predetermined value;
Circuit abnormality detection means for detecting a circuit abnormality of the energization circuit for the heater and outputting an abnormality detection signal;
When the voltage of the previous SL charging generator exceeds a predetermined value rises, the overvoltage detecting element for outputting an abnormality detection signal,
A second power supply is inserted into a circuit for supplying power to the heater from the power source, and responds to an abnormality detection signal of the circuit abnormality detection means and interrupts a current flowing through the heater in response to an abnormality detection signal of the overvoltage detection element. Opening and closing element,
A gate element that directly applies an abnormality detection signal from the overvoltage detection element without going through the control means, and stops driving the first switching element or the second switching element;
With
The microprocessor cancels the energization command to the first switching element and the second switching element in response to the abnormality detection signal of the circuit abnormality detection means and the abnormality detection signal of the overvoltage detection element;
The gate element applies the abnormality detection signal from the overvoltage detection element directly without passing through the control means, thereby stopping the driving of the first opening / closing element or the second opening / closing element to the heater. Cut off the power,
A heater control device for an exhaust gas sensor.
前記制御手段が、電源電圧の値に応じた開閉比率で前記第一の開閉素子を通電制御することを特徴とする請求項1に記載の排気ガスセンサ用ヒータ制御装置。   The exhaust gas sensor heater control device according to claim 1, wherein the control means controls the energization of the first opening / closing element at an opening / closing ratio corresponding to a value of a power supply voltage. 前記制御手段が、前記排気ガスセンサの無負荷時の内部抵抗値と負荷時の内部抵抗値とを計測して、この両抵抗値の比から前記排気ガスセンサの温度を演算し、この温度に応じた開閉比率で前記第一の開閉素子を通電制御することを特徴とする請求項1に記載の排気ガスセンサ用ヒータ制御装置。   The control means measures the internal resistance value when the exhaust gas sensor is unloaded and the internal resistance value when the load is applied, calculates the temperature of the exhaust gas sensor from the ratio of both resistance values, and according to the temperature The heater control apparatus for an exhaust gas sensor according to claim 1, wherein the first opening / closing element is energized and controlled with an opening / closing ratio. 前記制御手段が、前記第一の開閉素子の開路時における前記第一の開閉素子の両端電圧値と、閉路時に前記第一の開閉素子に流れる電流値とを時分割読み込みし、この電圧値と電流値とから前記ヒータの抵抗値を演算し、このヒータの抵抗値の関数として前記排気ガスセンサの温度を演算して、このセンサの温度に応じた開閉比率で前記第一の開閉素子を通電制御することを特徴と
する請求項1に記載の排気ガスセンサ用ヒータ制御装置。
The control means time-divisionally reads a voltage value between both ends of the first switching element when the first switching element is opened and a current value flowing through the first switching element when the first switching element is closed. The resistance value of the heater is calculated from the current value, the temperature of the exhaust gas sensor is calculated as a function of the resistance value of the heater, and the energization control of the first switching element is performed with the switching ratio according to the temperature of the sensor The heater control apparatus for an exhaust gas sensor according to claim 1.
前記過電圧検出素子または前記回路異常検出手段が異常検出信号を出力したとき、この
異常検出信号の信号内容をコード化して記憶する記憶手段と、前記異常検出信号が出力さ
れたことを表示する表示手段とが付加されたことを特徴とする請求項1乃至4のうち何れ
か1項に記載の排気ガスセンサ用ヒータ制御装置。
When the overvoltage detection element or the circuit abnormality detection means outputs an abnormality detection signal, a storage means for encoding and storing the signal content of the abnormality detection signal, and a display means for displaying that the abnormality detection signal has been output. The heater control device for an exhaust gas sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein
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