JPH0236342A - 酸素センサ用ヒータ制御装置 - 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］ 本発明は主に自動車に搭載される内燃機関の排気ガス中
の酸素濃度を検出する酸素センサのヒータ制御装置に関
する。

〔従来の技術］ 酸素センサは、センサ温度が所定値以上上昇しないと、
信号を出力せず、特に、チタニア酸素センサは、その出
力特性がセンサ温度によって著しく影響を受けるため、
ジルコニア酸素センサに比べ、正確なヒータ制御が必要
である。そこで、従来、エンジンの運転状態に合わせて
、ヒータの通電をオープン制御するものが考えられてい
た（例えば、特開昭５８−８３２４１号公報）。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上述した従来のものでは、エンジン機種（車
種）により細かいマンチングが必要であり、工数がかか
る。そこで、ヒータの抵抗値を測定し、一定の抵抗値と
なるようにフィードバック制御するとよ（、制で■性を
考えると、ブリッジ回路を用いた検出が考えられるが、
ヒータの抵抗値は１００程度であり、通常のブリッジ回
路で制御を行った場合、ブリッジ回路を構成する抵抗の
発熱が非常に大きく、問題である。

そこで、本発明は抵抗の発熱を小さくして、フィードバ
ンク制御を良好に行うことができることを目的とする。

〔課題を解決するための手段］ そのため、本発明は第１図に示すごとく、酸素センサ用
ヒータと直列に抵抗を接続し、その接続点の電圧を検出
して前記ヒータの発熱を制御するようにした酸素センサ
用ヒータ制御装置において、前記ヒータと前記抵抗との
直列回路に対し測定用の電圧を供給及び遮断するための
測定電圧供給遮断用スイッチ手段と、この測定電圧供給
遮断用スイッチ手段を周期的に断続するための断続器＜
３１手段と、この断続制御手段によって前記測定電圧供
給遮断スイッチ手段が導通している間に検出された前記
接続点の電圧に応して前記ヒータへの発熱用電力の制御
をする電力制御手段とを備える酸素センサ用ヒータ制御
装置を提供するものである。

〔作用〕

これにより、断続制御手段によって酸素センサヒータと
抵抗との直列回路に対し測定用の電圧を供給及び遮断す
るための測定電圧供給遮断用スイッチ手段を周期的に断
続し、酸素センサヒータと抵抗との直列回路に対し測定
用の電圧が供給されている時間を少な（する。そして、
この断続制御手段によって測定電圧供給遮断スイッチ手
段が導通している間に検出されたヒータ温度に応した接
続点の電圧に応じて電力制御手段によりヒータへの発熱
用電力の制御をする。

（実施例〕 以下本発明を図に示す実施例について説明する。

第２図に示す第１実施例において、ｌは燃料噴射制御を
行うマイクロコンピュータで、図示はされていないが、
冷却水温、吸入空気温、エンジン回転数等を取り込み、
さらに酸素（０□）センサよりなる排気ガスセンサ（本
例の場合、特にチタニア０□センサ）２の信号により、
排気ガス、燃費等が最適になるように、周知のごとく燃
料の供給を制御する。０２センサヒータ３は、（チタニ
ア）０□センサ２の温度を、活性化し、さらに、安定な
状態に制御するためのヒータであって、０□センサ２に
内蔵しである。バッテリ４は、０□センサヒータ３に電
源を供給する。抵抗値ＲＬ（例えば１．５にΩ）、Ｒ２
（例えばＩＯＫΩ）、Ｒ３（例えば１００Ω）の抵抗５
，６．７は、０□センサヒータ３の抵抗値を測定するた
めの、ブリッジ回路を形成するのに用いられている。本
実施例では、０□センサヒータ３の抵抗値をＲＯ，（約
１５Ωで、発熱による温度によって変化する）とすると
、Ｒ１／Ｒ２＝ＲＯｚ　／Ｒｉ　となった時に、０、Ｌ
センサヒータ３の温度が、目（票値になるように各抵抗
５，６．７の抵抗値Ｒ１，Ｒ２，ｒンご（が決定しであ
る。８，９は、上記ブリッジ回路による抵抗値測定を行
うために電圧を供給する端子であり、ＣＰＵ　１の第１
の出力ポート１５４ごまり、測定電圧供給遮断用スイッ
チ手段をなす測定用トランジスタ１１がオンしている場
合にのみブリッジ回路に電圧が供給される。比較器１２
は、上記ブリッジ回路による、０□センサヒータ３の抵
抗値が、制御目標値より大きいか小さいかを判別するた
めに用いられ、その比較結果が、ＣＰ　ｔＪ　ｌの入力
ボート１３に接続される。１４は、上記比較器結果によ
り、０□センサヒータ３に通電または非通電の制御を行
うための電力制御手段をなす電力制御用トランジスタで
あり、ＣＰＵＩの第２の出力ポート１０により制御され
る。

次に、上記構成において、その作動を説明する。

第２図にかＡで、０□センサヒータ３の抵抗値を測定す
るために、電力制御用トランジスタ１４をオフさせ、か
つ、測定用トランジスタ１１をオンさせて、ブリッジ回
路に測定用電圧を供給する。

この結果を、比較２３Ｉ２により、ＣＰＵＩの入力ボー
ト１３から取込む。この結果、０□センサヒータ３の抵
抗値が小さい（すなわち、温度が低い）時は測定用トラ
ンジスタ１１をオフして、ブリッジ回路を切離した後、
電力制御用トランジスタ１４をオンさせて、０２センサ
ヒータ３に通電を行う。逆に、０□センサヒータ３の抵
抗値が大きい（すなわち、温度が高い）時は、測定用ト
ランジスタ１１をオフするのみで、０２センサヒータ３
には、通電を行わない。このようにして、ヒータ３の抵
抗値が一定となるように制御を行うが、第３図のタイミ
ングチャートに示すように、制御周期Ｔ（本実施例では
、約６５ｍ５）に比べ、測定用トランジスタ１１をオン
して、ブリッジ回路を形成している時間、すなわち、検
出時間１＋　　（本実施例では、約３００μｓ）が十分
小さくなるようにして、発熱の大きな抵抗７の消費電力
を低減することが出来る。従って、ブリッジ回路を常時
形成している場合に比べ、抵抗７の発熱を低くおさえる
ことが出来、抵抗の温度上昇による、測定精度の悪化を
防止することが可能となる。この様に、本実施例では、
測定用トランジスタ１１により、ブリッジ回路を、所望
の時間のみ形成できるようになっているため、測定時の
み、測定用トランジスタ１１をオンさせることにより、
回路の発熱を低くおさえることができる。

また、特開昭５９−１６３５５６号公報のように、素子
インピーダンスの高いものの抵抗値を測定する場合に比
べ、本例の様に、ヒータ抵抗値が１００程度の、低い抵
抗値を測定する場合は、回路の発熱が非常に大きくなる
ことをさけるために有効である。

第４図は本発明の第２実施例を示すものであり、第２図
図示の第１実施例に対し、抵抗Ｉ６、トランジスタ１７
およびインバータ１８を追加することにより、測定用ト
ランジスタ１１がオフしている時（すなわち、０２セン
サヒータ３の抵抗値測定を行っていない時）には、トラ
ンジスタ１７がＯＮＬ、抵抗５と、抵抗１６とで、新た
な比較電圧を作り、この電圧と、電力制御用トランジス
タＩ４のコレクタ電圧（−ヒータ電圧）とを比較するこ
とにより、従来から行っていた、ｏ２センサヒータ３の
、オープン・ショートのダイアグノーシス回路に、比較
器１２を兼用するようにしたものである。

第５図は本発明の第３実施例を示すもので、第２図の実
施例に対し、比較電圧（制御目標電圧）を形成する抵抗
５，６、および比較器１２の代わりに、Ａ／Ｄ変換器１
９を用いて、端子８、端子９、およびヒータ３と抵抗７
との接続点の電圧をそれぞれ取込み、あらかじめ決めら
れた目標値に制御するようにしたものである。この場合
も、各トランジスタ１１．１４の動作のタイミングは、
前述した、第１実施例と同様である。

第６図は第２図図示装置におけるＣＰ（Ｊｌのフローチ
ャートを示すもので、６５ｍ５毎に起動されるタイマー
ルーチンを示している。まず、タイマールーチンが起動
されると、ステップ２１で電力制御用トランジスタ１４
をオフした後ステップ２２で測定用トランジスタ１１を
オンする。そし−で、ステップ２３に進んで判定回数カ
ウンタＣＯＸ　ＨＴをクリアする。その後、ブリッジ回
路が安定化するまでの数十８８間、他の処理を実行した
後、ステップ２４に進んで、比較器１２の出力によりヒ
ータ抵抗値が基準値より大きいかの判断をし、大きい時
にはステップ２５へ進んで判定回数カウンタＣ０ＸＨＴ
に１を加える。このステップ２４．２５を５回繰り返し
てノイズ取りを行った後ステップ３０に進んで、測定用
トランジスタ１１をオフした後、判定回数カウンタＣＯ
Ｘ　ＩＩ　Ｔが３以」二かの判断をし、３以上の時には
ステップ３２へ進んで電力制御用トランジスタ１４をオ
フし、３未満のときにはステップ３３に進んで、電力制
御用トランジスタ１４をオンしてタイマールーチンを終
了する。これによって、タイマールーチンが起動されて
ステップ２１が実行されてからステップ３０が実行され
るまでに必要とする時間（約３００ＩＩＳ）が第３図の
検出時間ｔ１に該当し、タイマールーチンの起動周期で
ある６５ｍ５が第３図の制御周朋Ｔに該当する。

第７図は第４図図示装置におけるＣＰｔＪ　１のフロー
チャートを示すもので、第６図のステップ２１の前に実
行される部分のみが示されている。まず、タイマールー
チンが起動されると、ステップ４１で電力制御用トラン
ジスタ１４をオンするための指令がでているかの判断を
し、オンする指令がでている時にはステップ４２へ進ん
で比較器１２の出力により電力制御用トランジスタ１４
のコレクタ電圧が低レベルかを判断し、低レベルのとき
には正常であるとして第６図のステップ２１へ進み、ス
テップ４２で低レベルでないと判断した時にはステップ
４３へ進んで、電力制御用トランジスタ１４がオフ故障
していることを記憶した後第６図のステップ２１へ進む
。また、ステップ４１で電力制御用トランジスタ１４を
オンする指令がでていない時にはステップ４４へ進んで
比較器１２の出力により電力制御用トランジスタＩ４の
コレクタ電圧が高レベルかを判断し、高レベルのときに
は正常であるとして第６図のステップ２１へ進み、ステ
ップ４４で高レベルでないと判断した時にはステップ４
５へ進んで、電力制御用トランジスタ１４がオン故障し
ていることを記憶した後第６図のステップ２１へ進む。

第８図は第５図図示装置におけるＣＰＵＩのフローチャ
ートを示すもので、まず、タイマールーチンが起動され
ると、ステップ５１で電力制御用トランジスタ１４をオ
フした後ステップ５２で測定用トランジスタ１１をオン
する。そして、ステップ５３へ進んでバッテリ４の正極
側端子８の電圧ＶＢをＡ／Ｄ変換した後、ステップ５４
で抵抗７のグランド側端子９の電圧ＶＧをＡ／Ｄ変換し
てステップ５５に進み、ヒータ３と抵抗７との接続点の
電圧ＶＩＩＴをＡ／Ｄ変換する。その後、ステップ５６
へ進んで、比較電圧■ＳをＡＸ（ＶＢＶＧ　）＋ＶＧに
より求めた後、ステップ５７に進んで、測定用トランジ
スタ１１をオフした後、ステップ５８に進んで、ＶＩＩ
Ｔが■Ｓ以上かの判断をし、以上の時にはステップ５９
へ進んで電力制御用トランジスタ１４をオンし、未満の
ときにはステ・ノブ６０に進んで、電力制御用トランジ
スタ１４をオフしてタイマールーチンを終了する。

なお、第８図において、ＩＴと■Ｓとの偏差に応して電
力制御用トランジスタ１４のデユーティ制御を行うよう
にしてもよい。

装置の作動説明に供するフローチャートである。

１・・・マイクロコンピュータ、２・・・酸素センサ、
３・・・酸素センサヒータ、７・・・抵抗、１１・・・
測定用トランジスタ、１２・・・比較器、１４・・・電
力制御用トランジスタ。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明においては、酸素センサヒータ
と抵抗との直列回路に対し測定用の電圧が供給されてい
る時間を少なくすることができるから、抵抗の発熱を小
さくして、フィードバック制御を良好に行うことができ
るという優れた効果がある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸素センサ用ヒータと直列に抵抗を接続し、その
   接続点の電圧を検出して前記ヒータの発熱を制御するよ
   うにした酸素センサ用ヒータ制御装置において、前記ヒ
   ータと前記抵抗との直列回路に対し測定用の電圧を供給
   及び遮断するための測定電圧供給遮断用スイッチ手段と
   、この測定電圧供給遮断用スイッチ手段を周期的に断続
   するための断続制御手段と、この断続制御手段によって
   前記測定電圧供給遮断スイッチ手段が導通している間に
   検出された前記接続点の電圧に応じて前記ヒータへの発
   熱用電力の制御をする電力制御手段とを備える酸素セン
   サ用ヒータ制御装置。
2. （２）前記電力制御手段は前記抵抗をバイパスして前記
   ヒータに電力を供給する請求項１記載の酸素センサ用ヒ
   ータ制御装置。