JPH0544984B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、内燃機関のフイードバツク制御等
のために、排気ガス中に含まれる酸素の濃度を検
出する手段に係るものであり、特に酸素濃度検出
センサを加熱制御するヒータに対する加熱電力を
制御状態に対応して、上記内燃機関のフイードバ
ツク制御状態の設定制御を実行させる酸素濃度検
出制御装置に関する。

［背景技術］ 例えば、車両に搭載される内燃機関にあつて
は、その排気ガスを浄化制御するために、排気ガ
ス中に含まれる酸素の濃度を検出し、その検出情
報に基づき理論空燃比を算出して、例えば燃料噴
射量、点火時期等を制御して空燃比をフイードバ
ツク制御することが知られている。

すなわち、このような内燃機関の制御装置にあ
つては、排気ガス中の酸素濃度を検出するため
に、上記機関の排気ガス通路に対して酸素濃度検
出センサを設定するようにしている。このように
して使用される酸素濃度センサとしては、例えば
特開昭57−48648号公報に示されるようにジルコ
ニア系の限界電流式のものが知られている。

このように構成される酸素濃度センサは、任意
の空燃比状態に精密にフイードバツク制御できる
ものであり、内燃機関の制御装置として効果的に
利用できるものであるが、常時良好な酸素濃度計
測出力信号が得られるようにするためには、上記
センサの検出素子部を活性化状態とするために、
ヒータを用いて常に加熱制御する必要がある。こ
のため、例えば特開昭58−83241号公報に示され
るように、検出素子に対応して設定されるヒータ
に対して供給される加熱電力を制御し、検出素子
の温度が適切に保たれるようにすることが提案さ
れている。

このように検出素子を加熱設定するヒータに対
して、所定の加熱電力が供給されない状態にある
と、上記検出素子の温度が低下し、内燃機関のフ
イードバツク制御が効果的に実行されない状態と
なるものであり、このような状態でフイードバツ
ク制御を実行すると、空燃比が理論空燃比から大
きくずれるようになり、ドライバビリテイや排出
ガスが悪化する原因となる。

［発明が解決しようとする問題点］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもの
で、酸素濃度検出素子が活性化状態に設定される
状態に加熱制御されていないような場合に、特に
上記検出素子の温度が低下している可能性のある
状態で、すなわち内燃機関のフイードバツク制御
が精密に行われず空燃比がずれる状態となる可能
性のある状態で、このようなフイードバツク制御
が実行されないようにして、内燃機関制御が円滑
に継続実行されるようにする酸素濃度検出制御装
置を提供しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ すなわち、この発明に係る酸素濃度検出制御装
置にあつては、酸素濃度検出素子を加熱制御する
ヒータに対する100％の基本電力量Ａを算出する
と共に、内燃機関の運転状態に対応して上記検出
素子を所定の温度状態に設定するに必要な目標電
力量Ｂを算出し、さらにこの基本電力量Ａと目標
電力量Ｂとからヒータに対する加熱電力量Ｃを算
出するもので、この加熱電力量Ｃが上記基本電力
量Ａに対して100％以上になる状態が、例えば特
定される範囲で継続するような状態となつた場合
に、内燃機関に対するフイードバツク制御状態を
停止して、オープン制御状態に設定制御するもの
である。

［作用］ 上記のように構成される酸素濃度検出制御装置
にあつては、算出された加熱電力量Ｃが基本電力
量Ａに対して100％を越える状態にある場合は、
ヒータを加熱制御する基本電力が不足している状
態であり、したがつて酸素濃度検出素子の温度
が、この検出素子を活性化状態に保つ温度以下に
低下している可能性がある。したがつて、この状
態ではフイードバツク制御状態が停止され、オー
プン制御状態が設定されるものであり、酸素濃度
検出素子が正常に作動しない状態における空燃比
のずれの発生が確実に防止されるものであり、内
燃機関の空燃比制御が円滑に実行されるようにな
るものである。

［実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説
明する。第１図は酸素濃度検出制御手段を含む、
例えば車両に搭載される内燃機関１１の制御シス
テムの構成を示すもので、この内燃機関１１に対
しては、図示されないエアクリーナ部分から空気
を吸入する吸気管１２が設定されている。この吸
気管１２に対しては、アクセルペダル等で制御さ
れるスロツトル弁１３、さらにサージタンク１４
が設定されているものであり、また、上記スロツ
トル弁１３部分をバイパスする状態で空気流量が
制御されるようになるバイパス通路１５が形成さ
れている。ここで、上記吸気管１２に対しては、
吸入空気の温度状態を検出する吸気温センサ１６
が取付け設定され、サージタンク１４に対しては
吸気圧センサ１７が取付け設定されている。そし
て、上記スロツトル弁１３に対しては、その開度
に対応した信号を発生すると共に、スロツトル弁
１３がアイドル運転状態に設定された場合にアイ
ドルスイツチ信号を発生するスロツトルポジシヨ
ンセンサ１８を設定する。

上記内燃機関１１の排気管１９に対しては、酸
素濃度検出装置を構成する酸素濃度センサ２０が
取付け設定されるもので、このセンサ２０は上記
排気管１９の内部に設定され、排気管１９内を流
れる排気ガスに対して接触設定されるようにす
る。

そして、上記内燃機関１１のヘツド部分には、
その各気筒に対応する状態で点火プラグ２１が取
付け設定され、また機関１１の冷却水温を検出す
るように水温センサ２２が設定されている。

このような内燃機関１１の運転状態は、吸気温
センサ１６、吸気圧センサ１７、スロツトルポジ
シヨンセンサ１８、水温センサ２２、さらに酸素
濃度センサ２０からの検出信号によつて検出され
るものであり、これら検出信号は制御回路２３に
対して供給設定されるようになる。この制御回路
２３に対しては、さらに内燃機関１１の回転速度
に対応した情報が要求されるものであるが、この
情報はデイストリビユータ２４に対して設定され
る回転数センサ２５から検出する。上記デイスト
リビユータ２４に対しては、上記制御回路２３か
らの指令によつて制御されるイグナイタ２６から
の点火信号が供給されている。

すなわち、制御回路２３にあつては、内燃機関
１１の運転状態に対応して、燃料噴射量さらに点
火時期等を演算するもので、燃料噴射弁２７を制
御し、またイクナイタ２６を制御することによつ
て点火プラグに対する点火制御を実行するもので
ある。

第２図は上記制御回路２３の具体的構成を説明
するもので、酸素濃度センサ２０は排気ガス中に
含まれる酸素濃度状態に応じて電流量が設定され
る検出素子２０ａと、この検出素子２０ａを活性
化状態に設定するためのヒータ２０ｂとによつて
構成されるもので、上記検出素子２０ａに対して
は電源３１が設定されている。そして、上記検出
素子２０ａに対して流れる検出酸素濃度に対応し
た電流値は抵抗３２の回路によつて電圧値に変換
され、増幅器３３で適宜増幅してＡ／Ｄ変換器３
４でデイジタルデータに変換し、制御回路２３に
対する入力検出信号の１つとするものである。

上記Ａ／Ｄ変換器３４に対しては、その他に吸
気温センサ１６、吸気圧センサ１７、スロツトル
ポジシヨンセンサ１８、水温センサ２２、および
回転数センサ２５からの検出信号が供給されてい
る。この場合、Ａ／Ｄ変換器３４はマルチプレク
サの機能をも含み構成され、上記各センサからの
検出信号は、順次デイジタルデータに変換され
て、マイクロコピユータ３５に対して入力データ
として供給されるようになる。このマイクロコン
ピユータ３５では、上記各センサからの入力デー
タに基づき例えば燃料噴射量、点火時期等を演算
するもので、上記燃料噴射量に対応する演算結果
によつて駆動回路３６を制御し、噴射弁２７の開
弁時間、すなわち燃料噴射量を設定制御する。ま
た、演算された点火時期信号はイグナイタ２６に
供給し、デイスクビユータ２４を制御して点火プ
ラグ２１を制御するようになる。

上記酸素濃度センサ２０のヒータ２０ｂに対し
ては、上記マイクロコンピユータ３５の指令によ
つて制御される通電制御回路３７によつて、電源
３８からの加熱電流が供給制御されるもので、こ
のヒータ２０ｂに対する加熱電力は、ヒータ電圧
検出回路３９およびヒータ電流検出回路４０によ
つて検出され、この検出出力はマイクロコンピユ
ータ３５に対して供給設定される。そして、ヒー
タ２０ｂの温度が設定された温度状態に制御され
るようにするものである。

このような制御回路２３にあつては、上記した
ように燃料噴射量、点火時期等の演算制御と共
に、酸素濃度センサ２０の特にヒータ２０ｂに対
する加熱電流制御を実行すもので、この加熱電流
制御は内燃機関１１の運転状態に対応して実行さ
れる。

第３図はその加熱電力制御を実行する制御ルー
チンを示すもので、この制御ルーチンは所定時間
間隔、例えば100ｍＳ毎に実行されるもので、ヒ
ータ２０ｂに対する電源３８からの電力供給を、
内燃機関１１の運転状態に対応して例えばデユー
テイ比に制御するものである。

すなわち、この制御ルーチンがスタートされる
と、まずステツプ101で前記各センサからの検出
信号によつて、機関１１の回転数Ne、吸気圧
Pm、酸素濃度センサ２０の検出素子２０ａの検
出電流Is、ヒータ２０ｂに対する電圧Vh、ヒー
タ電流Ih等の各種パラメータを読み込む。

次に、ステツプ102では上記ステツプ101で読み
込まれたヒータ電圧Vhおよびヒータ電流Ihから、
所定時間例えば100ｍＳの間にヒータ２０ｂに対
して加熱電力を供給した場合の電力量、すなわち
デユーテイ比100％の基本電力量Ａを算出する処
理を実行する。ここで、以下の電力量に対する数
値は、全て100ｍＳ当りの電力量で表現する。

このようにして基本電力量Ａが算出されると、
次のステツプ103に移行し、上記ステツプ101で読
み込まれた回転数Neと、吸気管圧Pmとをパラメ
ータとして、例えば第４図に示すようなマツプＭ
１、あるいは演算式から目標電力量Ｂを求める。
上記第４図のマツプは、適宜マイクロコンピユー
タ３５に関連して設定される記憶装置に対して記
憶設定されているものである。このマツプＭ１に
おいては、第４図から明らかなように機関１１の
回転数Neと吸気圧Pmとをパラメータとして予め
目標電力量Ｂが設定されている。ここで、吸気圧
Pmが大きい場合、あるいは回転数Neが大きい場
合には、当然燃料噴射量が多くなり、排気温度が
上昇するようになる。したがつて、この排気ガス
によつて検出素子２０ａが加熱される状態となる
もので、この状態ではヒータ２０ｂに対する目標
電力量は小さな状態とされる。そして、回転数
Neの小さい場合および吸気圧Pmの小さい場合
は、上記場合とは逆に目標電力量は大きい状態に
設定される。

このようにして目標電力量Ｂが求められると、
次のステツプ104で上記目標電力量Ｂに対応する
デユーテイ比Ｃが算出される。このデユーテイ比
Ｃはヒータ２０ｂに対する加熱電力量とされるよ
うになるもので、デユーテイ比100％の電力量Ａ
と目標電力量Ｂをパラメータとして、次の式によ
つて計算される。

Ｃ＝（Ｂ／Ａ）×100 ここで、例えばデユーテイ比100％の電力量Ａ
が50W／100ｍＳ、機関１１の回転数Neと吸気圧
Pmとに基づいて、マツプＭ１で求められた目標
電力量Ｂが25W／100ｍＳであるとすると、デユ
ーテイ比Ｃは50％となるものであり、通電制御回
路３７に送出される制御パルス信号は第５図に実
線で示すような状態となる。

上記デユーテイ比100％の基本電力量Ａは、内
燃機関１１の回転数や車両のヘツドライト等の電
気系の使用状態によつて変化する。したがつて、
この基本電気量Ａが「Ａ＝20W／100ｍＳ」のよ
うな場合も存在する。このような場合にあつて
は、上記演算されたデユーテイ比Ｃは125％の状
態となり、これでは連続通電状態を設定しても
「5W／100ｍＳ」の電力不足の状態となる。した
がつて、このような場合にあつては、酸素濃度セ
ンサ２０のヒータ２０ｂに対して連続的に通電し
ても、検出素子２０ａの温度はこの素子２０ａを
所定温度（例えば700℃）まで上昇させることが
できないよう状態となり、この検出素子２０ａの
活性化状態が設定されないような場合も生ずるお
それがでてくる。

したがつて、次のステツプ105では、上記デユ
ーテイ比Ｃが100％より大きい状態にあるか否か
を判別するもので、上記Ｃの値が100％以上の状
態にあるとき、すなわち基本電力量Ａが通常状態
より小さい状態にあると判別されたときには、ス
テツプ106に進む。そして、このステツプ106では
上記Ｃの値が100％を越える状態の継続時間を判
定するもので、所定時間例えば100％を越える状
態が５秒以上連続していることが判別されたなら
ば、ステツプ107に進んでオープンフラグを「１」
にセツトする。そして、内燃機関１１の制御状態
においてフイードバツク制御を停止し、オープン
制御状態が切換え設定されるようにするものであ
る。

また、上記ステツプ105でデユーテイ比Ｃが100
％を越える状態ではないと判別された場合には、
ステツプ108に進むもので、このステツプ108にあ
つては上記演算値Ｃが100％より小さい状態が所
定時間、例えば10秒以上継続した状態にあるか否
かを判別する。このような値Ｃが所定時間以上継
続した状態が検知されるような状態では、基本電
力量Ａが定常状態であることが認定されるもので
あり、このような場合には、次のステツプ109で
オープンフラグをリセツト制御し、内燃機関１１
がフイードバツク制御されるように設定する。

ステツプ110では、上記演算されたデユーテイ
比Ｃによつて、酸素濃度センサ２０のヒータ２０
ｂの通電制御を実行するものである。この場合、
上記オープンフラグが「１」にセツトされていな
い状態で、酸素濃度センサ２０の検出出力信号に
対応したフイードバツク制御が実行されるもので
ある。

上記実施例の説明にあつては、デユーテイ比Ｃ
によつて基本電力量の不足状態を判別するように
しているものであるが、直接的に基本電力の量の
不足状態を判別するようしてもよい。例えば、
（目標電力量Ｂ／基本電力量Ａ）の演算を実行す
ればよいものである。また、上記実施例にあつて
は、供給燃料のリーン状態を検出するような酸素
濃度センサ（リーンセンサ）を対象として説明し
たが、これは理論空燃比へ制御する酸素センサの
場合であつても、そのヒータ電力をデユーテイ比
制御する場合に同様に適用できるものである。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る酸素濃度検出制御
装置によれば、例えばフイードバツク制御を実行
するために使用される酸素濃度センサにおいて、
このセンサを活性化状態に設定するヒータに対し
て、適切な加熱電力を供給できないような状態、
すなわち基本電力が不足するような状態となつた
場合には、酸素濃度が正確に測定検出できない可
能性があるとしてこれを検出することができる。
そして、このような可能性の生じた状態で、内燃
機関に対するフイードバツク制御が停止制御さ
れ、オープン制御状態が設定されるものであり、
したがつてフイードバツク制御を実行する内燃機
関の制御状態が円滑に行われるようになり、空燃
比が安定状態に制御されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る酸素濃度検
出制御装置を説明する構成図、第２図は上記実施
例の制御回路部分を説明する構成図、第３図は上
記制御回路の動作状態を説明するフローチヤー
ト、第４図は上制御回路の動作で使用されるマツ
プを示す図、第５図は上記制御回路によつて発生
される酸素濃度センサ加熱用の電力のデユーテイ
の状態を示す図である。 １１……内燃機関、１２……吸気管、１３……
スロツトル弁、１６……吸気温センサ、１７……
吸気圧センサ、１８……スロツトルポジシヨンセ
ンサ、１９……排気管、２０……酸素濃度セン
サ、２０ａ……検出素子、２０ｂ……ヒータ、２
３……制御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関のフイードバツク制御用の情報を出
   力する酸素濃度センサと、このセンサを加熱制御
   するヒータと、このヒータを加熱制御するための
   100％の基本電力量Ａを算出する手段と、上記内
   燃機関の運転状態に対応して上記ヒータに対する
   加熱用目標電力量Ｂを算出する手段と、上記基本
   電力量Ａと目標電力量Ｂとから上記ヒータに対す
   る加熱電力量Ｃを算出する手段と、この手段で算
   出された加熱電力量Ｃが上記基本電力量Ａに対し
   て100％以上となる基本電力量の不足状態を検出
   する手段と、この検出手段で加熱電力量Ｃが上記
   100％以上にある状態を検出する状態で上記内燃
   機関のフイードバツク制御を停止する指令を発生
   するオープン制御設定手段とを具備したことを特
   徴とする酸素濃度検出制御装置。 ２ 上記オープン制御設定手段は、上記加熱電力
   量Ｃが上記基本電力量Ａに対して100％以上とな
   る状態が、特定される時間範囲で継続されたこと
   を判別する手段を含み構成されるようにした特許
   請求の範囲第１項記載の酸素濃度検出制御装置。