JPH04248456A - 酸素濃度検出センサのヒータ制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は酸素濃度検出センサのヒ
ータ制御装置に係り、特に酸化物半導体型酸素濃度検出
センサに設置されたヒータの抵抗値を目標抵抗値となる
ようにヒータ供給電力を可変制御するヒータ制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】電子制御式燃料噴射装置では、吸入空気
量（又は吸気管負圧）と機関回転数とから算出した基本
燃料噴射時間を、内燃機関の排気通路内に設けた酸素濃
度検出センサ（以下、Ｏ２　センサともいう）の出力検
出信号に基づいて補正することにより、機関燃焼室内に
供給される混合気が予め定められた目標空燃比（例えば
理論空燃比）になるよう、空燃比フィードバック制御を
行なうことにより、ドライバビリティの向上、燃費の向
上、排気ガス浄化を図っている。このような制御を実行
する上で使用する酸素濃度検出センサとして、酸化物半
導体（例えばＴｉＯ２　）の抵抗値が酸素濃度に応じて
変化する特性を利用した所謂酸化物半導体型酸素濃度検
出センサやジルコニア素子の両表面間に酸素濃度差があ
るとそのジルコニア素子は電圧を発生するという特性を
利用した所謂濃淡電池型酸素濃度検出センサが知られて
いる。

【０００３】ここで、酸化物半導体型酸素濃度検出セン
サの抵抗値ＲＴ　は図１３に示すように、酸素濃度が低
い時即ち空燃比がリッチの時にはＩのような低抵抗特性
を示し、逆に、空燃比がリーンの時にはＩＩのような高
抵抗特性を示す。そして、その抵抗値の変化の検出方法
の一例としては、後述の図４の等価回路図に示すように
、酸化物半導体の抵抗ＲＴ　の変化を直接検出するので
はなく、定抵抗Ｒ０　の分圧変化として検出し、空燃比
がリッチのときはリーンのときに比べて大レベルの検出
電圧ＶＯＸを取り出す構成のものがある。

【０００４】この場合、センサ出力電圧ＶＯＸは次式で
表わされる。 　　ＶＯＸ＝ＶＢ　・Ｒ０　／（Ｒ０　＋ＲＴ　）　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　（１）従って、空燃比がリッチのとき
はＲＴ　≪Ｒ０　であるためＶＯＸ＝ＶＢ　（Ｈレベル
）となり、 逆に空燃比がリーンのときはＲＴ　≫Ｒ０　であるため
ＶＯＸ＝０（Ｖ）　（Ｌレベル）となる。

【０００５】前述の２タイプのＯ２　センサのうち、後
者のタイプのＯ２　センサは、ジルコニア素子の両表面
間の酸素濃度差を検出するものであるため、素子の片面
の酸素濃度を固定する為に、Ｏ２　センサ内に大気導入
部が設けられている。

【０００６】それに対して、前者のタイプのＯ２　セン
サはこのような大気導入部が必要ないため、低コストで
あるという利点がある反面、酸化物半導体の抵抗値は酸
素濃度のみだけでなく、前述した図１３から分かるよう
に、それ自体の温度（センサ温度）によっても変化する
という特性を持っている為、センサ温度を適温に正確に
制御する必要がある。従って、通常Ｏ２　センサ内部に
酸化物半導体を加熱するためのヒータを設けると共に、
そのヒータの抵抗値がヒータ温度と一対の関係にあるこ
とを利用して、ヒータ抵抗値が所定の目標抵抗値となる
ようにヒータへの供給電力を制御することにより、セン
サ温度を所望の温度に制御している。

【０００７】しかし、このようなヒータ制御では、ヒー
タ抵抗値が目標抵抗値となったとしても、ヒータ抵抗の
固体差により、目標抵抗値となったときのヒータ温度が
ヒータ毎に異なってしまうという問題がある。

【０００８】そのため、本出願人は所定運転状態のとき
にヒータ抵抗値を目標抵抗値に一致させた時のヒータ供
給電力を検出し、そのヒータ供給電力の大きさの違いか
らヒータ抵抗値の温度特性のバラツキを把握し、そのバ
ラツキによるセンサ温度の目標値からのズレを無くすよ
う、目標抵抗値を学習制御するヒータ制御装置を提案し
た（例えば、実願昭６３−１３２１９５　号、実願平１
−８８２２７　号）。

【０００９】しかし、上記の本出願人の提案になるヒー
タ制御装置では、例えば目標抵抗値学習後、バッテリ交
換等によりバッテリが一旦外されると、目標抵抗学習値
を記憶しているメモリの記憶内容が破壊されるため、バ
ッテリ装着後、所定運転状態での学習が完了するまでの
学習期間中、ヒータ抵抗値の温度特性のバラツキ等に起
因するセンサ温度の目標値からの極端なズレが発生し、
空燃比が目標空燃比からずれ、エミッション悪化などを
もたらしてしまう。

【００１０】そこで、本出願人は本出願と同日付け出願
の特願平３−１３５６５号にて、メモリの記憶内容が破
壊されたときは、ヒータ供給電力を一定とする制御を所
定運転条件となるまで実行し、その期間に算出したヒー
タ抵抗値のなまし値に基づいた値を目標抵抗値の初期値
としてヒータ抵抗の定抵抗制御を開始するようにした酸
素濃度検出センサのヒータ制御装置を提案した。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記本出願
人の提案になるヒータ制御装置では、メモリの記憶内容
破壊時は負荷状態に関係なくヒータ供給電力を一定とし
ているため、通常の所定運転状態以外の例えば高負荷，
高回転で走行し続けたような場合には、ヒータ供給電力
一定制御が実行され続け、その結果酸化物半導体型Ｏ２
　センサのセンサ温度がどんどん上昇し、空燃比が目標
空燃比に対して変動し、甚だしい場合にはＯ２　センサ
の素子破壊をもたらしてしまう可能性がある。

【００１２】本発明は以上の点に鑑みなされたもので、
前記メモリの記憶内容破壊時には所定期間のみヒータ供
給電力を、排気温パラメータに応じて可変した値とした
後、定抵抗制御へ移行することにより、上記の課題を解
決した酸素濃度検出センサのヒータ制御装置を提供する
ことを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、本
発明は図１の原理構成図に示すように、内燃機関１１の
排気通路１２に設置された、酸素濃度に応じて抵抗が変
化する酸化物半導体１３ａと、その酸化物半導体１３ａ
を加熱するヒータ１３ｂとを備えた酸化物半導体型酸素
濃度検出センサ１３と、検出したヒータ１３ｂの抵抗値
が目標抵抗値となるようにヒータ１３ｂへの供給電力を
可変制御するヒータ制御手段１４と、上記目標抵抗値を
格納している読み書き可能なメモリ１５と、ヒータ制御
手段１４によるヒータ供給電力の値に応じてメモリ１５
内の目標抵抗値を学習して更新する学習手段１６とを有
するヒータ制御装置において、メモリ１５の記憶内容が
破壊されているか否かを検出する検出手段１７と、制御
手段１８及びヒータ供給電力可変手段１９とを備えるよ
う構成したものである。

【００１４】ここで、上記の制御手段１８はメモリ１５
の記憶内容が破壊されていることが検出されたときは所
定期間ヒータ制御手段１４からヒータ１３ｂへの供給電
力を設定値とすると共に、前記ヒータ抵抗値のなまし値
を算出し、上記所定期間経過後に上記なまし値に基づい
た値を前記目標抵抗値の初期値として前記ヒータ制御手
段１４の定抵抗制御を開始させる。

【００１５】また、上記のヒータ供給電力可変手段１９
は前記所定期間における前記設定値のヒータ供給電力を
、排気ガス温度に関係するパラメータに従って可変とす
る。

【００１６】

【作用】メモリ１５内に格納されているはずの目標抵抗
値の学習値が消失している場合は、検出手段１７により
制御手段１８へメモリ１５の記憶内容の破壊が通知され
、これにより制御手段１８がヒータ制御手段１４による
定抵抗制御を所定期間中止してヒータ制御手段１４より
所定のヒータ供給電力を出力させると共に、ヒータ供給
電力を排気ガス温度に関係するパラメータに応じて可変
する。このため、この所定期間は、センサ温度が排気ガ
ス温度（排気温）に応じて補正された適切な温度に制御
される。

【００１７】また、上記所定期間後に定抵抗制御へ切換
わる時点では、上記所定期間中に算出したセンサ温度が
適温である時のヒータ抵抗値のなまし値に基づいた値を
定抵抗制御の目標抵抗値の初期値とすることができる。

【００１８】

【実施例】図２は本発明の一実施例の構成図を示す。本
実施例は内燃機関１１として自動車用エンジンに適用し
た例で、マイクロコンピュータによる電子制御装置２１
により各部の動作が制御される。また、図１に示したヒ
ータ制御手段１４は後述する如くヒータ制御回路２２と
電子制御装置２１のソフトウェア動作により、また学習
手段１６，検出手段１７及び制御手段１８は後述の電子
制御装置２１のソフトウェア動作によって実現される。

【００１９】図２において、エアフローメータ２３の下
流側にはスロットルバルブ２４を介してサージタンク２
５が設けられている。スロットルポジションセンサ３９
はスロットルボデーに取付けられ、スロットルバルブ２
４の動きを各種接点により検出する構造となっており、
スロットルバルブ２４が全閉状態（アイドル位置）のと
きにそのＩＤＬ接点がオンとなる。

【００２０】サージタンク２５はインテークマニホルド
２６を介してエンジンの燃焼室２７に連通されている。 また、燃焼室２７には吸気弁２８，排気弁２９が設けら
れ、また燃焼室２７はエキゾーストマニホルド３０（前
記排気通路１２に相当）に連通している。３１は燃料噴
射弁で、インテークマニホルド２６を通る空気流中に電
子制御装置２１により指示された時間、燃料を噴射する
。３２は点火プラグで、一部が燃焼室２７内に突出する
ように設けられている。３３はピストンで、図中、上下
方向に往復運動する。

【００２１】かかる概略構成のエンジンには回転角セン
サ３４，水温センサ３５，吸気温センサ３６，ヒータ付
酸素濃度検出センサ３７，車速センサ３８その他種々の
センサが設けられ、それらの出力検出信号は電子制御装
置２１に夫々供給される。

【００２２】回転角センサ３４はディストリビュータの
シャフトの回転数を検出してエンジン回転数を検出する
。また、水温センサ３５はエンジンブロックを貫通して
一部がウォータジャケット内に突出するように設けられ
ており、エンジン冷却水の水温を検出する。

【００２３】吸気温センサ３６はエアフローメータ２３
の上流側の吸入空気温を測定する。車速センサ３８は車
軸に連動し、車速に応じたパルス信号を出力する。更に
、後述するヒータ付酸素濃度検出センサ（Ｏ２　センサ
）３７はその一部がエキゾーストマニホルド３０を貫通
突出するように配置され、三元触媒装置（図示せず）に
入る前の排気ガス中の酸素濃度を検出する。

【００２４】電子制御装置２１のハードウェア構成は従
来と同様であり、図３に示す如き構成とされている。同
図中、図２と同一構成部分には同一符号を付し、その説
明を省略する。図３において、電子制御装置２１は中央
処理装置（ＣＰＵ）４０を有し、これに処理プログラム
を格納したリード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）４１，作
業領域として使用されるランダム・アクセス・メモリ（
ＲＡＭ）４２，エンジン停止後もデータを保持するバッ
クアップＲＡＭ４３，入出力インタフェース回路４５及
びＡ／Ｄ変換器４６などが双方向のバスライン４７を介
して接続されている。

【００２５】上記のバックアップＲＡＭ（Ｂ−ＲＡＭ）
４３は前記したメモリ１５を構成している。このＢ−Ｒ
ＡＭ４３は揮発性メモリであるが、イグニッションスイ
ッチのオン、オフに関係なく常時バッテリから電源電圧
が印加されているため、イグニッションスイッチをオフ
とすることによりＣＰＵ４０，ＲＯＭ４１，ＲＡＭ４２
などに電源電圧が印加されない機関停止中も記憶データ
を保持している。しかし、バッテリが交換などにより、
一旦外されるとＢ−ＲＡＭ４３への電源電圧が印加され
なくなるので、その後にバッテリが装着されてもＢ−Ｒ
ＡＭ４３の記憶内容は消失してしまう。

【００２６】水温センサ３５，吸気温センサ３６，ヒー
タ付Ｏ２　センサ３７，エアフローメータ２３及びスロ
ットルポジションセンサ３９からの各検出信号は、入力
インタフェース回路４４を介してマルチプレクサ付Ａ／
Ｄ変換器４６に供給され、ここでティジタルデータに変
換され、順次バスライン４７へ供給される。

【００２７】一方、回転角センサ３４からのエンジン回
転数検出信号、車速センサ３８からの車速信号及び後述
するＡ／Ｄ変換器５１からのヒータ抵抗値検出電圧は入
出力インタフェース回路４５を介してバスライン４７へ
送出される。また、ＣＰＵ４０からバスライン４７及び
入出力インタフェース回路４５を介して燃料噴射弁３１
及び後述のスイッチングトランジスタ５２の夫々へ制御
信号が送出される。

【００２８】次に図２及び図３に示すヒータ付酸素濃度
検出センサ（Ｏ２　センサ）３７について説明する。ヒ
ータ付Ｏ２　センサ３７は、例えばアルミナを材質とす
る絶縁基板の表面に膜状に形成されたチタニア（酸化チ
タン；ＴｉＯ２　）からなる酸化物半導体（図１酸化物
半導体１３ａに相当）と、チタニアを加熱するヒータ３
７ｂ（図１のヒータ１３ｂに相当）とからなる。チタニ
アの電気抵抗値はチタニアに接触する排気ガス中の酸素
濃度に応じて変化するので、このチタニアの電気抵抗値
の変化を利用して酸素濃度を検出することができる。

【００２９】すなわち、排気ガス中の酸素濃度が希薄で
空燃比がリッチのときは酸化物半導体であるチタニアの
Ｏ２　分子が外部へ放出される結果、チタニア内部の自
由電子が増加するため図１３にＩで示す如くチタニアの
抵抗値は小になり、逆に空燃比がリーンのときは図１３
にＩＩで示す如くチタニアの抵抗値は大になる。

【００３０】図４は上記のチタニアＯ２　センサ３７の
等価回路図で、ＲＴ　は上記チタニアの抵抗値で、酸素
濃度に応じて抵抗値が変化する。上記のチタニアの抵抗
値ＲＴ　は定抵抗Ｒ０　を直列に介して電源電圧ＶＢ　
が印加される構成とされており、これにより、定抵抗Ｒ
０　の両端から前記（１）　式で表わされる酸素濃度検
出信号（電圧）ＶＯＸが取り出される。このヒータ付Ｏ
２　センサ３７のヒータの供給電力はヒータ制御回路２
２からのパルス信号により制御される。

【００３１】図５はヒータ制御回路２２の一実施例の回
路図を示す。同図中、５０はバッテリで、その出力電圧
ＶＢ　をヒータ付Ｏ２　センサ３７のヒータ３７ｂの一
端に印加すると共に、Ａ／Ｄ変換器５１を介して電子制
御装置２１に動作電源電圧として印加する。

【００３２】また、ヒータ３７ｂはその抵抗値Ｒｈがヒ
ータ温度に対応して変化する。ヒータ３７ｂの他端はス
イッチングトランジスタ５２のコレクタ、エミッタを介
して抵抗５３の一端に接続されている。抵抗５３の他端
は接地されており、またその抵抗値は所定の抵抗値ＲＣ
　に設定されている。５４は増幅器で、抵抗５３に生じ
た電圧ＶＣ　を増幅し、Ａ／Ｄ変換器５１へ供給する。

【００３３】かかる構成のヒータ制御回路２２において
、スイッチングトランジスタ５２のベースに電子制御装
置２１からパルス信号が供給され、スイッチングトラン
ジスタ５２がスイッチング制御され、これによりヒータ
３７ｂの供給電力が制御される。

【００３４】次に電子制御装置２１によるヒータ付Ｏ２
　センサ３７のヒータ制御動作について説明する。図６
乃至図８はヒータ抵抗制御のメインルーチンの一実施例
のフローチャートを示す。図６において、まずステップ
６１でヒータ３７ｂがオンか否か判定され、オフのとき
は後述のステップ７８へ進み、オンのときはステップ６
２へ進んでＡ／Ｄ変換器５１からのバッテリ電圧ＶＢ，
図５のスイッチングトランジスタ５２のエミッタ電圧Ｖ
Ｃ　の各値と既知の抵抗値ＲＣ　とに基づいて、図５か
らわかるように、 　　　　　　　　Ｒｈ＝ＲＣ　・｛（ＶＢ　／ＶＣ　）
−１｝　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　（２）なる式に従ってヒータ抵抗値Ｒｈを算
出する。

【００３５】次にステップ６３において内燃機関が所定
の運転状態（例えばアイドル運転状態）が２秒継続して
いるか否かの判定が行なわれ、所定運転状態が２秒継続
しているときはステップ６４へ進みヒータ供給電力Ｐｈ
が次式に従って算出される。 　　Ｐｈ＝｛ＶＣ　・（ＶＢ　−ＶＣ　）／ＲＣ　｝・
｛ａ／（ａ＋ｂ）｝　　　　　　　　　　　（３）上式
中、バッテリ電圧ＶＢ　，抵抗値ＲＣ　は夫々一定であ
るが、後述の図９（Ｂ）のパルス信号のデューティ比ａ
／（ａ＋ｂ）は変化する。ここでは後述の如く（ａ＋ｂ
）は一定周期で５１２ｍｓであり、ａは後述するフロー
カウンタの値Ｃが０からデューティカウンタの値Ｄに達
するまでの時間で、補正量に応じて変化する。このヒー
タ供給電力Ｐｈは前回の値Ｐｈｎに加算されてヒータ供
給電力積算値Ｐｈｎが更新される。なお、Ｐｈｎはこの
制御ルーチン始動時に予めゼロにリセットされている。

【００３６】続いて、このヒータ抵抗制御ルーチンが２
５６回起動されたか判定され（ステップ６５）、２５６
回起動されたときはその時点のヒータ供給電力積算値Ｐ
ｈｎを“２５６”で除算してヒータ供給電力の平均値Ｐ
ｈｍを算出し（ステップ６６）、この平均値Ｐｈｍから
ＲＯＭ４１に記憶されている図１０に実線で示すマップ
を参照して△Ｒｔを算出する（ステップ６７）。この△
Ｒｔは所定の内燃機関運転状態に対応するヒータ供給電
力平均値Ｐｈｍの偏差から求められる、ヒータ抵抗値の
目標抵抗値Ｒｔに対する修正値である。

【００３７】このようにＰｈｍがＰｈｏより大きくなる
程△Ｒｔはより大きい負の値とされる。これはヒータ３
７ｂへの供給電力が標準値より大きくなる程ヒータ抵抗
の目標値Ｒｔを下げ、ヒータへの電力の供給過剰を打消
す作用をなす。

【００３８】なお、Ｐｈｍに対する△Ｒｔの変化率は、
図１０に示すようにＰｈｏの近傍にてのみ実線の如く比
較的低率とされ、ＰｈｍがＰｈｏより大きく隔っている
時には図中破線にて示す如く大きくなるように修正され
てもよい。またこの場合特にＰｈｍがＰｈｏより小さ過
ぎる領域での変化率をＰｈｍがＰｈｏより大き過ぎる領
域での変化率より更に大きくし、ヒータの発熱不足が生
じないようにするのが好ましい。

【００３９】次に図６のステップ６８において前回のヒ
ータ目標抵抗値Ｒｔｎ−１　に上記修正値△Ｒｔを加算
して今回のヒータ目標抵抗値Ｒｔｎの更新が行なわれる
。このヒータ目標抵抗値Ｒｔｎ　はＢ−ＲＡＭ４３に格
納される。上記のステップ６６〜６８が前記学習手段１
６に相当する。

【００４０】続いてＢ−ＲＡＭ４３の記憶内容が破壊さ
れているか否かの判定がＣＰＵ４０により行なわれる（
ステップ６９）。ここで、Ｂ−ＲＡＭ４３は２バイトの
出力データのうち上位バイト又は下位バイトのデータが
例えば目標抵抗値を示すデータとして用いられ、データ
として用いられない方の残りの１バイトのデータはデー
タとして用いられる１バイトのデータと常に各ビット反
転した値として取り出されるようになされている。従っ
て、Ｂ−ＲＡＭ４３が正常なデータを出力しているとき
には、上記のデータとして用いられる１バイトのデータ
とデータとして用いられない方の残りの１バイトのデー
タとを加算すると１６進数で「ＦＦ」なる値が得られる
。そこで、上記ステップ６９では上記の上位バイトと下
位バイトの加算を行なって「ＦＦ」なる加算結果が得ら
れないときＢ−ＲＡＭ４３の記憶内容が破壊されたと判
定し、「ＦＦ」が得られるときは破壊されていないと判
定する。

【００４１】Ｂ−ＲＡＭ４３の記憶内容が破壊されてい
ないと判定されたときは図７のステップ７０以降の定抵
抗制御ルーチンが実行され、他方、上記記憶内容が破壊
されていると判定されたときは図８のステップ８４以降
の制御ルーチンが実行される。このステップ６９が前記
検出手段１７に相当する。なお、ステップ６３で所定運
転状態が２秒継続していないと判定されたとき、及びス
テップ６５で２５６回未満と判定されたときにはジャン
プしてステップ６９へ進む。図７の定抵抗制御ルーチン
は、図６のステップ６１〜６５と共に前記ヒータ制御手
段１４を実現し、ヒータ抵抗値Ｒｈが目標抵抗値Ｒｔｎ
　に一致するように、ヒータ３７ｂへの供給電力を可変
デューティ比のパルスに基づいて可変制御する。

【００４２】すなわち、いまＢ−ＲＡＭ４３の記憶内容
が破壊されていないものとすると、図７のステップ７０
，７１により上記更新後のヒータ目標抵抗値Ｒｔｎ　と
現在のヒータ抵抗値Ｒｈとの大小比較が行なわれる。Ｒ
ｈ＞Ｒｔのときはデューティカウンタ値Ｄを“１”減算
し（ステップ７２）、Ｒｈ＜Ｒｔのときはデューティカ
ウンタ値Ｄを“１”加算し（ステップ７３）、Ｒｈ＝Ｒ
ｔのときは後述のステップ７８へ進む。

【００４３】ステップ７２，７３によるデューティカウ
ンタ値Ｄの加減算処理後は、デューティカウンタ値Ｄが
“２５６”より大きければ上限値“２５６”とし（ステ
ップ７４，７５）、“８”より小さければ下限値“８”
とする（ステップ７６，７７）。

【００４４】デューティカウンタ値Ｄは図９（Ａ）に一
点鎖線で示すように、後述のステップ７９でのフローカ
ウンタ値Ｃとの大小比較によってヒータ制御回路２２に
供給されるパルス信号（図９（Ｂ）に示す）のデューテ
ィ比を定める値であって、フローカウンタ値Ｃの最大値
が“２５６”であるから上限値は“２５６”に制限され
、また実用的なヒータ制御を目的として下限値が“８”
に制限されるのである。

【００４５】次にステップ７８へ進みフローカウンタ値
Ｃは値が“８”だけ増加された後、ステップ７９でデュ
ーティカウンタ値Ｄと大小比較され、Ｃ＜Ｄのときはヒ
ータ３７ｂをオンとするハイレベルの信号を送出し（ス
テップ８０）、Ｃ≧Ｄのときはヒータ３７ｂをオフとす
るローレベルの信号を送出する（ステップ８１）。

【００４６】しかる後に、フローカウンタ値Ｃが最大値
“２５６”に達したか否かの判定が行なわれ（ステップ
８２）、“２５６”に達したときはゼロに戻され（ステ
ップ８３）、“２５６”未満のときはこのヒータ抵抗制
御ルーチンを終了する（ステップ９２）。このようにし
て、フローカウンタ値Ｃは１６ｍｓ毎にこの制御ルーチ
ンが起動される度に“８”ずつ増加され、その値が“２
５６”に達するとゼロに戻るよう、図９（Ａ）に実線で
示す如く周期的に（５１２ｍｓ毎に）変化する。そして
、デューティカウンタ値Ｄとフローカウンタ値Ｃとの大
小比較に応じて図９（Ｂ）に示すパルス信号が取り出さ
れ、図５のスイッチングトランジスタ５２のベースに印
加される。

【００４７】上記のデューティカウンタ値Ｄはステップ
７０〜７３で説明したように、測定ヒータ抵抗値Ｒｈが
ヒータ目標抵抗値Ｒｔｎ　に近付くように、それらの差
に応じて増減制御される結果、図９（Ａ），（Ｂ）から
わかるようにパルス信号のデューティ比ａ／（ａ＋ｂ）
がＲｈ＞Ｒｔのときは小に、Ｒｈ＜Ｒｔのときは大に、
そしてＲｈ＝Ｒｔのときは前回と同じ値に制御され、ヒ
ータ供給電力が前記（３）　式に基づいて制御される（
この通常のヒータ定抵抗制御のときのＯ２　センサ３７
の素子温度は例えば７００℃程度である）。

【００４８】この実施例におけるヒータ制御は、一般に
金属の電気抵抗値がその金属の温度によって変化するた
め、電気抵抗を一定に制御することがその金属の温度を
一定に制御することと等価であることに鑑み、ヒータ抵
抗値を目標抵抗値とするようにヒータ供給電力を制御す
ることによりなされている。

【００４９】そのうえ本実施例においては、Ｂ−ＲＡＭ
４３の記憶内容が破壊されているとステップ６９で判定
されたときは、図８のステップ８４〜９１の処理により
ヒータ供給電力を制御するものである。この図８のルー
チンのステップ８４，８９，９０，９１によって前記制
御手段１８を実現できる。ステップ８４ではＢ−ＲＡＭ
４３の記憶内容の破壊後例えば９０秒経過したか否か判
定される。９０秒経過していない時には前記回転角セン
サ３４からの検出信号に基づいて機関回転数ＮＥがＣＰ
Ｕ４０に読み込まれた後（ステップ８５）、エアフロー
メータ２３からの吸入空気量検出信号に基づき吸入空気
量ＱがＣＰＵ４０に読み込まれる（ステップ８６）。Ｃ
ＰＵ４０はこれらのＮＥ及びＱに基づいて、ＲＯＭ４１
に記憶されている図１１に示す如き２次元マップを参照
し、必要な場合には参照した２次元マップのデータを補
間計算して、現時点のＮＥ及びＱに対応したデューティ
比とそれに相当するデューティカウンタ値Ｄとを算出す
る（ステップ８７）。

【００５０】図１１は機関回転数ＮＥと吸入空気量Ｑと
によりデューティ比が索引される２次元マップを示して
いる。上記のデューティカウンタ値Ｄはデューティ比に
比例した値である。前記したように、デューティ比は図
９（Ｂ）のａ／（ａ＋ｂ）で表わされ、またＤ／２５６
で表わされるから、デューティ比が例えば約６０％のと
きはＤが“１５２”に設定される。

【００５１】この２次元マップからわかるように、同じ
吸入空気量Ｑ（単位ｍ３　／ｈｒ）では機関回転数ＮＥ
（単位ｒｐｍ）が高くなるほどデューティ比が小とされ
、また同じ機関回転数ＮＥでは吸入空気量Ｑが大きくな
るほどデューティ比が小とされる。従って、排気温が高
くなる高負荷，高回転時にはデューティ比及びデューテ
ィカウンタ値Ｄが中負荷運転時に比べて小とされ、一方
、排気温が低い低負荷，低回転時には中負荷運転時に比
べてデューティ比及びデューティカウンタ値Ｄが大とさ
れる。

【００５２】次に図８のステップ８８へ進み、その時点
の電源電圧に応じてＲＯＭ４１に記憶されている図１２
の２次元マップを参照してデューティ比補正係数ＫＤを
算出し、更にこのＫＤを上記ステップ８７で算出したデ
ューティカウンタ値Ｄに乗じてデューティカウンタ値Ｄ
を補正する（ステップ８８）。電源電圧によって図５に
示したようにヒータ３７ｂへの供給電力が変化し、それ
によりＯ２　センサ３７のセンサ温度やヒータ抵抗が目
標値からずれるのを補正するためである。ここでは、図
１２からわかるように、電源電圧が１４Ｖ〜１５Ｖ程度
を標準値とし、これより電源電圧が高いときはデューテ
ィカウンタ値Ｄを小にしてデューティ比を小とし、電源
電圧が標準値より低いときはデューティカウンタ値Ｄを
大にしてデューティ比を大とすることにより、常に電源
電圧が標準値と異なる場合でも、標準値のときと同じよ
うにセンサ温度やヒータ抵抗を目標値にすることができ
る。ステップ８５〜８８が前記したヒータ供給電力可変
手段１９に相当する。

【００５３】ステップ８８でのデューティカウンタ値Ｄ
の補正が終了すると、続いてステップ８９へ進み、ヒー
タ抵抗のなまし値（平均値）ＲｈＡＶｎ　が次式に基づ
いて算出される。

【００５４】

【数１】

【００５５】ただし、上式中ＲｈＡＶｎ−１　は前回算
出したなまし値で、その初期値はステップ６２で算出し
たヒータ抵抗値Ｒｈである。上記のなまし値ＲｈＡＶｎ
　算出後、前記したステップ７８〜８３の可変デューテ
ィ比制御が行なわれる。

【００５６】これにより、Ｂ−ＲＡＭ４３の記憶内容破
壊後、９０秒間はヒータ３７ｂにはステップ８８で補正
されたデューティカウンタ値Ｄに応じたデューティ比の
パルス信号による電力が供給されるデューティ比制御が
行なわれ続け、かつ、その期間中、ステップ８９により
なまし値ＲｈＡＶｎ　が算出され続ける。

【００５７】ここで、デューティ比を固定として走行し
続けると、走行中に何らかの原因でＯ２　センサ３７の
センサ温度が変化した場合、これに対応して空燃比を最
適値に可変できないため、排気エミッションの悪化や触
媒排気臭が発生する可能性がある。また、上記センサ温
度は排気温の影響を受け易い。

【００５８】しかしながら、本実施例ではＢ−ＲＡＭ４
３の記憶内容破壊後、９０秒間は排気温に応じた可変デ
ューティ比制御が行なわれるため、Ｏ２　センサ３７の
センサ温度は適切な温度とすることができる。

【００５９】また、Ｂ−ＲＡＭ４３の記憶内容破壊後９
０秒経過すると、ステップ８４を経由して図８のステッ
プ９０へ進んで直前にステップ８９で算出されたなまし
値ＲｈＡＶｎ　を目標抵抗値ＲｔｎとしてＢ−ＲＡＭ４
３に格納する。その後制御の安定のためにステップ９１
で２秒間の遅延時間をとってから図７のステップ７０へ
進み、ヒータ抵抗の定抵抗制御に移行する。

【００６０】このように、本実施例によれば、Ｂ−ＲＡ
Ｍ４３の記憶内容破壊後９０秒経過すると、排気温に関
連したデューティ比制御からヒータ抵抗が目標抵抗値に
一致するような定抵抗制御に切換わる。この時、ヒータ
抵抗が公差限界（上限又は下限）である場合などでは目
標抵抗値の学習値が大きく変化して前記パルス信号のデ
ューティ比が急変し、それによりヒータ供給電力が急変
してセンサ温度のオーバーシュート又はアンダーシュー
トが発生し、空燃比にも影響が出る可能性がある。

【００６１】しかし、本実施例ではヒータ抵抗の定抵抗
制御に移行した際の目標抵抗値Ｒｔｎ　の初期値が、排
気温に応じたディーティ比制御における前記なまし値Ｒ
ｈＡＶｎ　であり、ヒータ温度（センサ温度）が適切な
温度となっているときの値であるため、上記定抵抗制御
への移行の際の前記パルス信号のデューティ比の急変を
抑制することができ、その結果、Ｏ２　センサ３７のセ
ンサ温度の制御性を向上することができる。

【００６２】しかも、本実施例ではＢ−ＲＡＭ破壊後、
高負荷，高回転走行がずっと続いたとしても、９０秒経
過後に定抵抗制御に移行するため、Ｏ２　センサ３７の
センサ温度が素子破壊をもたらすほど上昇してしまうこ
とを防止することができる。

【００６３】なお、本発明は上記の実施例に限定される
ものではなく、例えば排気温に関するパラメータとして
吸気管負圧から求めてもよく、また排気温センサを触媒
装置中に設けるなどして直接に排気温を検出するように
してもよい。また、ヒータ抵抗のなまし値ＲｈＡＶｎ　
は前記（４）式に限定されるものではないことは勿論で
ある。

【００６４】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、目標抵抗
値を格納しているメモリの記憶内容が破壊されているこ
とを検出した場合には、ヒータ抵抗の定抵抗制御を中止
して排気温に関連したデューティ比によるヒータ制御を
行ない、目標抵抗値の大きな変動を抑制するようにした
ため、メモリの記憶内容が破壊されている場合でもＯ２
　センサ温度を適切な値とすることができ、従ってその
時のヒータ抵抗値のなまし値はセンサ温度が適温である
時の値であるため、定抵抗制御に移行した際の目標抵抗
値の初期値として使用しても、温度制御性が悪化するこ
とが防止でき、よってセンサ温度のオーバーシュートや
アンダーシュートを防止することができる等の特長を有
するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理構成図である。

【図２】本発明の一実施例の構成図である。

【図３】図２中の電子制御装置のハードウェア構成を示
す図である。

【図４】酸化物半導体型酸素濃度検出センサの等価回路
図である。

【図５】図２中のヒータ制御回路の一例の回路図である
。

【図６】本発明の要部をなすヒータ抵抗制御ルーチンの
一実施例を示すフローチャート（その１）である。

【図７】本発明の要部をなすヒータ抵抗制御ルーチンの
一実施例を示すフローチャート（その２）である。

【図８】本発明の要部をなすヒータ抵抗制御ルーチンの
一実施例を示すフローチャート（その３）である。

【図９】図７のフローチャートの動作説明用タイムチャ
ートである。

【図１０】図６のフローチャート中にて用いられるマッ
プの説明図である。

【図１１】図８のフローチャート中のデューティ比及び
デューティカウンタ値の算出のためのマップの説明図で
ある。

【図１２】図８のフローチャート中の補正係数ＫＤ算出
に用いられるマップの説明図である。

【図１３】酸化物半導体型酸素濃度検出センサのセンサ
温度とセンサ抵抗との関係を示す特性図である。

【符号の説明】

１１　　内燃機関 １２　　排気通路 １３　　酸化物半導体型酸素濃度検出センサ１３ａ　　
酸化物半導体 １３ｂ，３７ｂ　　ヒータ １４　　ヒータ制御手段 １５　　メモリ １６　　学習手段 １７　　検出手段 １８　　制御手段 １９　　ヒータ供給電力可変手段 ２１　　電子制御装置 ２２　　ヒータ制御回路 ３７　　チタニアＯ２　センサ ４０　　中央処理装置（ＣＰＵ） ４３　　バックアップ・ランダム・アクセス・メモリ（
Ｂ−ＲＡＭ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　内燃機関の排気通路に設置された、酸
   素濃度に応じて抵抗が変化する酸化物半導体と、その酸
   化物半導体を加熱するヒータとを備えた酸素濃度検出セ
   ンサと、目標抵抗値を格納している読み書き可能なメモ
   リと、前記ヒータの抵抗値を検出し、その検出ヒータ抵
   抗値が該メモリから読み出した目標抵抗値となるように
   該ヒータへの供給電力を可変制御するヒータ制御手段と
   、該ヒータ制御手段によるヒータ供給電力の値に応じて
   前記メモリ内の目標抵抗値を学習して更新する学習手段
   とを有するヒータ制御装置において、前記メモリの記憶
   内容が破壊されているか否かを検出する検出手段と、該
   検出手段により該破壊が検出されたときは所定期間前記
   ヒータ制御手段から取り出される前記ヒータへの供給電
   力を設定値とすると共に、前記ヒータ制御手段により検
   出されるヒータ抵抗値のなまし値を算出し、該所定期間
   経過後に該なまし値に基づいた値を前記目標抵抗値の初
   期値として該ヒータ制御手段の定抵抗制御を開始させる
   制御手段と、前記所定期間は前記設定値のヒータ供給電
   力を、排気ガス温度に関係するパラメータに従って可変
   とするヒータ供給電力可変手段とを具備することを特徴
   とする酸素濃度検出センサのヒータ制御装置。