JPH02285245A - 酸素センサ用ヒータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明（瓢　車両用内燃機関の空燃比制御のために機関
排気系に取り付けられる酸素センサに関し、特に、セン
サ素子の温度制御を行う装置に関する。

［従来の技術］ 従来より車両用内燃機関において（表　出力向土燃費低
減　排気浄化等のために種々の制御装置が開発されてい
るが、その制御に欠かせないのが排気中の酸素濃度を測
定する酸素センサである。酸素センサは固体電解質又は
半導体等で構成されるが、その出力はそれら電解質等の
温度に依存する。

例えばチタニア（ＴｉＯ２）を用いた酸素センサで（よ
　その温度により作動空燃比（Ａ／Ｆ比）が第８図の曲
線のように変化することが知られている。

第８図の縦軸はＡ／Ｆ比であるが、理論空燃比の値をは
さんで、Ａ／Ｆ比がａｔ以下である（燃料がリッチであ
る）と排気中の炭化水素（ＨＣ）成分が過多になり、逆
にＡ／Ｆ比が８２以上である（燃料がリーンである）と
酸化窒素（Ｎｏ、）が増加する。この酸素センサの作動
空燃比を理論空燃比近くの狭い範囲（ａｌ〜ａ２）内に
しておくために（よ　センサの；星度を狭い範囲Ｔ１〜
Ｔ２内に保つように制御しておかねばならない。

このため、従来より、酸素センサにヒータを設け、その
ヒータの抵抗値が所定の抵抗値になるようにヒータへの
供給電力を制御することにより、センサの温度を制御す
る装置が知られている（例え（ｉ　特開昭５７−１９７
４５９号、６０−１６４２４１号、６０−２０２３４８
号等）。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来のセンサの温度制御（よ　ヒータの抵抗値がセ
ンサの温度により変化することを利用するものであるが
、より詳しく検討すると、ヒータの抵抗値が所定値とな
るように制御するのみで（上必ずしも酸素センサの検出
部の温度を正確に制御することにならない場合がある。

例えｌ′Ｌ　　次のような場合である。

酸素センサ（よ　排気中に晒されて酸素濃度の検出を行
う検出部と、排気管に取り付けられる取付部とから成る
。ヒータの抵抗線は検出部の方を加熱するように配設さ
れているが、取付部の方にも抵抗線のリード部が必要で
ある。従って、正確に言え（瓜　ヒータの全抵抗Ｒｅｆ
ｉｔ、　　検出部の抵抗ＲＨにリード部の抵抗Ｒ１１２
を加えたものとなり、上記従来のヒータ制御は、この全
抵抗ＲＨが所定の目標値ＲＴになるように行われる。

ところが例えば内燃機関が高負荷で長時間運転された場
合に１山　排気管の温度が上昇し、そこに取り付けられ
た酸素センサの取付部の温度が上昇する。すると検出部
の温度は変化しなくても、リド部の抵抗ＲＨ２の上昇に
より、ヒータの全抵抗Ｒ１１が上昇する。この場合、従
来のヒータ制御で（表ヒータへ供給される電力Ｉが減少
し、検出部の温度が低下するという好ましくない結果と
なる。

一方車両が長時間高速運転された場合に１よ　走行風に
より排気管の温度が低下し、そこに取り付けられた酸素
センサの取付部の温度が低下する。

すると検出部の温度は変化しなくても、リード部の抵抗
ＲＨ２の低下により、ヒータの全抵抗ＲＨが低下する。

この場合、従来のヒータ制御で（上　ヒータへ供給され
る電力量が増加し、検出部の温度が上昇するという好ま
しくない結果となる。

本発明はこのような課題を解決するために成されたもの
である。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために成された本発明に係る酸素セ
ンサ用ヒータの制御装置（友　第１図にその構成を例示
するように、内燃機関ＥＧの排気中の酸素濃度を検出す
るセンサＯ３に設けられたヒータＨ，Ｔの抵抗値Ｒ）ｌ
を検出し、その抵抗値ＲＨが目標抵抗値ＲＴとなるよう
にヒータＨＴへ供給する電力ＰＷを制御する装置におい
て、次のような各手段を備えたことを特徴とする。

（Ｍｌ）ヒータＨＴに供給されている電力ＰＷを検出す
るヒータ電力検出手曵 （Ｍｌ）少なくとも内燃機関ＥＧを含む当該車両の運転
状態を検出する運転状態検出手段 （Ｍ３）運転状態検出手段Ｍ２にて検出された内燃機関
ＥＧの運転状態に応じて目標ヒーター供給電力値を設定
する目標電力値設足手「先 （Ｍ４）運転状態検出手段Ｍ２により当該車両の高速運
転又は内燃機関ＥＧの高負荷運転が検出されたとき、目
標ヒータ抵抗値ＲＴを目標ヒータ供給電力値ＰＯと実電
力ＰＷとの差に応じて補正する目標抵抗値補正子「ｔ ［作用］ 通常（友　酸素センサＯ３へ供給する電力ＰＷｆｔ、　
　センサＯ３のヒータ）ＩＴの抵抗値ＲＨが所定の目標
値ＲＴとなるように制御される。従って、通常の運転状
態で（友　センサＯ３の温度は一定の値に保た托　正確
な作動が保証される。

また運転状態検出手段Ｍ２により車両の高速運転又は内
燃機関ＥＧの高速荷運転が検出されたときには、目標抵
抗値補正手段Ｍ４が、目標値ＲＴを目標ヒータ供給電力
値ＰＯと実電力値ＰＷとの差に応じて補正する。尚目標
ヒータ供給電力値ＰＯ（Ｉ、　　目標電力値設定手段Ｍ
３により、そのときの内燃機関ＥＧの運転状態に応じて
設定されるものであり、また、実電力値ＰＷｌ′Ｌ　　
ヒータ電力検出手段Ｍ１により検呂されるそのときの実
際のヒータＨＴへの供給電力値である。

従って内燃機関ＥＧの高負荷運転時に　排気管の温度が
上昇してセンサＯ３の取付部の温度が上昇するか、或は
車両の高速運転時に、排気管の温度が低下してセンサＯ
５の取付部の湿度が低下して、センサＯ３の検出部と取
付部とに温度誤差が生じたとしても、目標電力値設定手
段Ｍ３において、目標抵抗値ＲＴを内燃機関ＥＣの運転
状態に応じて最適な値に定めることができるため、検出
部の温度制御を良好に行なうことが可能となる。

［実施例］ 本発明に係るヒータ制御装置の実施例を第２図〜第７図
により説明する。

車両用内燃機関の排気管に取り付けられた酸素センサの
ヒータ１０に１上　イグニションスイッチ１１を介して
、自動車のメインバッテリ１２が接続される。ヒータｌ
Ｏには更に直列に、スイッチングくパワー）トランジス
タ１４及び比較抵抗１６が接続される。トランジスタ１
４と比較抵抗１６との間の（接地電位に対する）電位Ａ
Ｄはオペアンプ１８により増幅さ札　＾１０コンバータ
（八ｏｃ）２４を介して電子制御装置（ＥＣＩＩ）２６
１：入力される。バッテリ電位Ｖｔｌ　ＡＤＣ２４を介
してＥＣＵ２６に入力される。なお、ヒータ１０及び比
較抵抗１６の抵抗値を各々ＲＨ，Ｒ１とする。

ＥＣＵ２６１友　第３図に示すよう慝　周知のＣＰＵ３
０、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３４、バックアップＲＡＭ３Ｓ
、入力部３６、出力部３８等を備えたマイクロコンピュ
ータである。

第２図には示さなかったが、内燃機関のスロットルバル
ブが閉じたときにＯＮ信号を出力するアイドルスイッチ
（ＬＬ　ＳＷ、）４０、車速センサ（ＳＰＤ）４２、冷
却水の温度センサ（Ｔ）ＩＷ）４４、回転速度センサ（
Ｎε）４６、吸入空気量を測定するエアフロメータ（Ｑ
　）４８からの信号も入力部３６を介してＥＣＵ２６に
入力される。ＥＣＵ２６はそれら入力信号に基づき、次
のようなヒータ制御処理を行う。

°、゛第４図はそのヒータ制御処理ルーチンのフローチ
ャートであるが、ＥＣｔ１２６はこのルーチンを６４　
ｍ５ｅＣ毎に実行する１本ルーチンがスタートすると、
最初１ニステツプ１００で、現在の運転状態はヒータｌ
Ｏに通電してもよい状態か否かを判定する。具体的に（
ｔ、、スタータモータが作動していないこと、バッチ１
月２の電圧が所定値以上あること、気温が所定値以上あ
ること、という条件を満たした場合に、ヒータｌＯへ通
電が可能と判定される。ここで、通電してはいけない（
ＮＯ）と判定されると、ステップ１１０で変数ＹＨＴに
０（ゼロ）を代入する。この変数ＹＨＴｆ＆　　ＣＰＵ
３０により実行される別のルーチンでスイッチングトラ
ンジスタ！４への出力ポートに出力さ札　これによりス
イッチングトランジスタ１４は非導通となって、　ヒー
タｌＯへの通電が停止される。

ステップ１００の判定がＹＥＳの場合に（友　ステップ
１２０へ進み、ヒータｌＯの抵抗ＲＨを算出する。ヒー
タ抵抗値Ｒ）ｌは次の式によって算出される。

ＲＨ＝　　ＶＢ／１）ＩＴ　　−Ｒ１ ここで、ｖ８はＡＤＣ２４からの入力により求められる
バッテリ１２の電圧であり、　ＩＨＴはヒータｌＯを流
れる電流値である。　　１）ｌＴｌ友　　オペアンプ１
８から出力される比較抵抗１６の電位ＡＤから、第５図
のようなグラフを参照することにより求められる。そし
て、ステップ１３０で（上　ヒータ抵抗値ＲＨがバック
アップＲＡＭ３５に記憶されている目標抵抗値ＲＴ以上
か否かを判定する。ＲＨ＞ＲＴのとき（表　センサの温
度が目標値よりも高いということであるから、ステップ
１４０でｙＨＴＩ：Ｏを代入して、ヒータｌＯへの通電
を停止する。

逆にＲＨ≦ＲＴのとき（表　ステップ１５０でＹＨＴに
１を代入してスイッチングトランジスタ１４を通電状態
とし、ヒータｌＯに通電する。これらステップ１３０〜
１５０の処理によりヒータ１０の抵抗Ｒ）ｌが目標値Ｒ
Ｔになるように制御さ札　センサの温度が一定に保たれ
る。

次にステップ１６０〜１８０で、内燃機関の運転状態が
、所定時間以上の高負荷運転状態にあるか否かが判定さ
れる。具体的には、ステップ１６０でアイドノング状態
にあるか否かが判定さね　ステップ１７０で吸入空気量
が所定値ＯＡ以上であるか否かが判定さ札　そしてステ
ップ１８０で、Ｑ＞ＱＡとなった後所定時間７８以上経
過したか否かが判定される。所定時間ＴＢ待つこととし
たの（表　酸素センサの取付部の温度が上昇して、ヒー
タｌＯのリード部の抵抗が変化し始めるまでの時間を考
慮したものである。

ステップ１８０の条件を満足した場合に（上　ステップ
１９０〜２４０で内燃機関の運転状態に応じて目標ヒー
タ抵抗値ＲＴを補正する。このような運転状態でないと
判定された場合に（表　ステップ２５０〜２７０でヒー
タ１０の個体差・経時変化に起因する抵抗値誤差を補償
するための目標抵抗値ＲＴの更新を行う。

まず、現在内燃機関が所定運転状態にある場合（所定時
間ＴＢ以上高負荷が継続した場合）の処理について説明
する。このように判定されたとき１友ステツプ１９０で
、まず、現在の運転状態に応じて目標ヒータ供給電力値
ＰＯを定める。具体的に（表　吸入空気量Ｑおよび内燃
機関の回転速度ＮＥをパラメータとして、ＲＯＭ３２中
のマツプを検索して定める。

次１ミ　ステップ２００で、現在ヒータｌＯに供給され
ている電力値ＰＮを算出しく算出方法は後述）、ステッ
プ２１０〜２４０でこの実供給電力ＰＮと目標値ＰＯと
の差異に応じて目標ヒータ抵抗値ＲＴを補正する。すな
わち、ＰＮ：　ＰＯのときにはＲＴは変化させず、ＰＮ
＞ＰＯのときにはステップ２３０でＲＴがら予め定めら
れた値Ｃを減じ、ＰＮ≦ＰＯのときにはステップ２４０
でＲＴに予め定められた値りを加える（ＣとＤは同じ値
であってもかまわない）。すなわち、ステップ１６０〜
１８０の条件を満たす高負荷運転状態で（表　標準的な
ヒータｌＯへの供給電力量ＰＯを基準に、実供給電力Ｐ
Ｎがそれ以下のときにはヒータ目標抵抗値ＲＴを上げ、
以上のときにはヒータ目標抵抗値ＲＴを下げる。

これにより、酸素センサの排気管への取付部のヒータの
抵抗値Ｒ）１２のみが上昇することによる誤ったヒータ
抵抗値ＲＨ変化に依存した制御が防止でき、酸素センサ
の検出部の温度は正しく最適作動温度に保たれる。

一方、ステップ１６０〜１８０で現在の運転状態が高負
荷運転状態ではないと判定されると、ステップ２５０で
現在　ヒータｌＯの（個体差・経時変化に起因する抵抗
値誤差を補償するために）目標抵抗値ＲＴを更新するた
めの条件が整っているか否かを判定する。具体的に（よ
　現在アイドリング状態であること、そして、それ以前
の内燃機関の運転状態が中負荷・中回転で所定時間以上
継続していたこと、の条件が満たされたときｌ；　　Ｒ
Ｔを更新する。ステップ２６０で１上　所定時間（例え
ｔ′Ｌ　数秒程度）の間のヒータ供給電力の平均値ＰＮ
を求め、ステップ２７０でその運転状態（アイドリング
）時の標準電力値ＰＮＯと実供給値ＰＮとの差に応じて
目標抵抗値ＲＴを補正する。本実施例で（飄　ヒータｌ
Ｏは第４図のルーチンの実行サイクル（６４ｍ５ｅｃ）
毎にＯＮ又はＯＦＦとなっているため、平均電力ＰＮの
算出１飄ＰＮ＝Σ（Ｐ　−ＹＨＴ）／　ｎ。

Ｐ　：　（ＶＢ−ＩＨＴ　−１）ＩＴ２−Ｒ１）により
行える。

本実施例によりヒータ供給電力を制御したときの各種パ
ラメータの変化を第６図により説明する。

時刻ｔ１で、それまでのアイドリング状態（ＬＬ＝″１
つから急加速に移り、内燃機関への吸入空気量Ｑが急激
に増加するとする。Ｑが所定値ＯＡを超えた時点ｔ２か
ら継続時間の計数が開始さ札　継続時間がＴＢｆ：超え
た時点ｔ３から、目標供給電力ＰＯがマツプにより定め
られるようになる。そして、酸素センサ取付部のヒータ
抵抗ＰＨ２の増大によ吠　実供給電力ＰＮが目標供給電
力ＰＯよりも下回ると、目標ヒータ抵抗ＲＴが増加補正
される。これにより、酸素センサの検出部の温度・はほ
ぼ一定に保たれる。

次！：、第７図（＾）、（Ｂ）に示す、別のフローチャ
ートを用いてヒータ供給電力を制御する実施例を説明す
る。このフローチャート（表　第４図のフローチャート
よりも詳しく記述したものであるが、基本的には同様の
処理を行っており、類似処理のステップには２００を加
えた番号を付しであるので、処理の概要は第４図のフロ
ーチャートに対して説明したと同様である。本ルーチン
の特徴（飄　■実電力値ＰＮの算出をステップ４００〜
４０４で共通化したことぐ前の実施例で（よ　ステップ
２００と２６０で別々に行っていた）、それ１：、■高
負荷運転状態からアイドリング状態に戻７た場合、目標
ヒータ抵抗値ＲＴの補正を引続きＮ回だけ行い（ステッ
プ４７０．４７５８よび４１０以降）、酸素センサの取
付部の温度が低下してくるのに対応して、目標抵抗値Ｒ
Ｔの補正の機会を増やしていることである。Ｎ回だけに
限定したの（友　あまり長くアイドリング状態が続くと
、逆に取付部の温度が下がりすぎるためである。

なお、ステップ３５２，３５４は前の実施例で説明した
、アイドリングの前の運転状態が所定状態（中負荷・中
回転で所定時間以上）であるか否かを判定するものであ
り、ステップ４８０以降は各種変数のリセットを行って
いるものである。また、　ｒｌＮｃＪ（ステップ３７５
．４０２．４７０）は次に記載された変数を１だけ増加
することを表す記号である。

ここで上記実施例で（よ　内燃機関の高負荷運転時に排
気管の温度が上昇することにより生ずるセンサ温度の誤
制御を防止するものについて説明したが、車両の高速運
転時に走行風によって排気管が冷却されることにより生
ずるセンサ温度の誤制御を防止する際に（友　上記第４
図（又は第７図）のステップ１７０（又はステップ３７
０）において、車速センサ（ＳＰＤ）４２により検出さ
れた車速が所定車速以上か否か（即ち車両が高速運転さ
れているか否か）を判断するようにすればよい。即ち、
こうすることによって車両が所定時間以上高速運転され
た場合に、標準的なヒータへの供給電力量を基準に、実
供給電力がそれ以下のときにはヒータ目標抵抗値を上げ
、以上のときにはヒータ目標抵抗値ＲＴを下げるように
することができ、これによってヒータへの供給電力が大
きくなって検出部が高温になるのを防止することができ
る。

また上記ステップ１７０（又はステップ３７０）　ｌ二
おいて車速及び高負荷運転を各々判断するようにし、何
れかの運転条件下で、標準的なヒータへの供給電力量を
基準１：、実供給電力がそれ以下のときにはヒータ目標
抵抗値を上げ、以上のときにはヒータ目標抵抗値ＲＴを
下げるようにすれ（Ｌ　高負荷運転時及び高速走行時に
各々生ずるセンサ温度の誤制御を共に防止することがで
きる。

［発明の効果］ 本発明に係る酸素センサ用ヒータの制御装置で１表　ヒ
ータ抵抗値が目標抵抗値になるようにヒータへ供給する
電力の制御を行う、また内燃機関が高負荷運転状態にあ
るか、或は車両が高速運転状態にあるときに１瓢　その
目標抵抗値を、内燃機関の運転状態に応じて定まる目標
ヒータ供給電力値と実供給電力値との差に応じて補正す
る。そのため、内燃機関の高負荷運転時、或は車両の高
速運転時１：、酸素センサの検出部と吸気管への取付部
との温度変化の違いにより生ずる温度制御不良を防止で
きる。従って酸素センサの温度を、広い運転状態の下で
一定に保つことができ、常に正確な空燃比制御を行うこ
とができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概略構成は　第２図は本発明の実施例
の電気回路伝来すブロック医　第３図はその電子制御装
置のブロックは　第４図はその電子制御装置により行わ
れる第１実施例であるヒータ制御処理のフローチャート
、第５図は比較抵抗の電圧からヒータ電流を求めるため
のグラフ、第６図は過渡運転時の各種パラメータの変化
を示すタイミングチャート、第７図（＾）、（Ｂ）は第
２実施例であるヒータ制御処理のフローチャート、第８
図は酸素センサの温度と作動空燃比との関係を示すグラ
フである。 Ｏ３・・・酸素センサ、 ２６・・・電子制御装置 ＨＴ、１０・・・ヒータ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 車両用内燃機関の排気中の酸素濃度を検出するセンサに
   設けられたヒータの抵抗値を検出し、その抵抗値が目標
   ヒータ抵抗値となるようにヒータへ供給する電力を制御
   する酸素センサ用ヒータの制御装置において、 ヒータに供給されている実電力を検出するヒータ電力検
   出手段と、 少なくとも上記内燃機関を含む当該車両の運転状態を検
   出する運転状態検出手段と、 該運転状態検出手段にて検出された内燃機間の運転状態
   に応じて目標ヒータ供給電力値を設定する目標電力値設
   定手段と、 上記運転状態検出手段により当該車両の高速運転又は上
   記内燃機関の高負荷運転が検出されたとき、上記目標ヒ
   ータ抵抗値を目標ヒータ供給電力値と実電力との差に応
   じて補正する目標抵抗値補正手段と を備えたことを特徴とする酸素センサ用ヒータの制御装
   置