JPH06103283B2 - 酸素センサの制御装置 - Google Patents

酸素センサの制御装置

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JPH06103283B2
JPH06103283B2 JP63269203A JP26920388A JPH06103283B2 JP H06103283 B2 JPH06103283 B2 JP H06103283B2 JP 63269203 A JP63269203 A JP 63269203A JP 26920388 A JP26920388 A JP 26920388A JP H06103283 B2 JPH06103283 B2 JP H06103283B2
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    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関の空燃比を制御するために用いられ
る酸素センサの制御装置に関し、特に酸素濃度に応じて
抵抗が変化するガス検出素子の高温判定を行なう酸素セ
ンサの制御装置に関する。
［従来の技術］ 従来より、一酸化炭素（CO），窒素酸化物（NOx），炭
化水素（HC）等を含んだ排ガスを浄化するために、酸素
センサ及び三元触媒コンバータを用いて空燃比フィード
バック制御が行われていた。即ち、三元触媒コンバータ
は、理論空燃比近傍では上記三成分（CO,NOx,HC）を効
率よく低減できるので、酸素センサの出力に基づいて、
空燃比を理論空燃比にフィードバック制御することによ
り排ガスの浄化が行われていた。
上記フィードバック制御に用いられた酸素センサは、例
えば酸素濃度に応じて抵抗が変化するチタニア素子等の
ガス検出素子を用いて、酸素濃度の変化を出力電圧とし
て取り出すものである。
ところが上記チタニア素子は温度によっても抵抗が大き
く変化するので、第17図の縦軸に出力電圧（Ｖ）をとり
横軸に空燃比（A/F）をとったグラフに示すように、酸
素センサの出力電圧の特性も温度によって大きく変化し
ていた。従って正確な酸素濃度を検出するためには、チ
タニア素子の温度制御や出力電圧の温度補正が必要であ
った。
特にチタニア素子が高温（例えば800℃）の場合には、
チタニア素子の抵抗が低下して酸素センサの出力電圧が
上昇し、空燃比がリーンの場合でも出力電圧が基準電圧
VLよりも高くなってリッチであると判定されることがあ
った。そしてリッチの判定に基づいてフィードバック制
御されると、内燃機関は理論空燃比よりリーン側に制御
されてしまい、NOxが増大したりノッキングや失火等が
発生することがあった。
従って、従来はこの様な問題の解決策として、第17図に
示すように高温では酸素センサの出力電圧の極小値が大
きく上昇する性質を利用して、その極小値が所定値V2以
上になった場合にはチタニア素子が高温状態であると判
定し、温度補償等の各種の制御を行っていた（特開昭57
−105529号公報及び特開昭57−143143号公報参照）。
［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記のように極小値だけでチタニア素子が高温
状態であると判定するものでは、低温状態の場合に誤判
定を生じることがあった。即ち、酸素センサが低温状態
（例えば450〜550℃）では、その出力特性は上記第17図
に示す様に、緩やかなカーブとなるので、基準電圧VLを
下回った出力は、下限値V1に至る前にフィードバック制
御によって切り換えられて上昇する。従って、低温状態
のときにフィードバック制御が行われると、実際に出力
される信号は第18図に示すように振幅が小さくなり、そ
の極小値は高温判定で用いられる所定値V2以上となるこ
とがあり、その結果、チタニア素子が低温状態であるに
もかかわらず高温状態であると誤判定されてしまうとい
う問題があった。
従って、この様な誤った判定に基づいてヒータの制御を
行なうと、チタニア素子の温度を好適な範囲に制御でき
ないことがあった。
そこで、本発明は、チタニア素子等のガス検出素子の高
温状態を適切に判定できる酸素センサの制御装置を提供
することを目的としてなされた。
［課題を解決するための手段］ 即ち上記目的を達するためになされた請求項１の発明の
構成は、第１図に例示する如く、 内燃機関の排気ガス中の酸素濃度に応じて抵抗値が変化
するガス検出素子M1を備えた酸素センサの制御装置にお
いて、 上記酸素センサM2の出力電圧の電気信号又は出力電圧に
相当する電気信号を検出する出力検出手段M3と、 空燃比がリッチである場合における上記電気信号の第１
の極値を検出するリッチ側極値検出手段M4と、 空燃比がリーンである場合における上記電気信号の第２
の極値を検出するリーン側極値検出手段M5と、 上記第１の極値が、空燃比がリッチである場合における
上記ガス検出素子M1高温時の第１の基準値よりも高温側
を示すか否かを判定するリッチ側極値判定手段M6と、 上記第２の極値が、空燃比がリーンである場合における
上記ガス検出素子M1高温時の第２の基準値よりも高温側
を示すか否かを判定するリーン側極値判定手段M7と、 上記リッチ側極値判定手段M6によって、上記第１の極値
が空燃比がリッチである場合における上記ガス検出素子
M1高温時の第１の基準値よりも高温側を示すと判断さ
れ、かつ上記リーン側極値判定手段M7によって、上記第
２の極値が空燃比がリーンである場合における上記ガス
検出素子M1高温時の第２の基準値よりも高温側を示すと
判断された場合には、上記ガス検出素子M1が高温状態で
あると判定する高温判定手段M8と、 を備えたことを特徴とする酸素センサの制御装置を要旨
とする。
また、請求項２の発明は、 上記請求項１記載の酸素センサの制御装置において、 上記ガス検出素子M1を加熱するヒータM9と、 上記高温判定手段M8によって上記ガス検出素子M1が高温
状態であると判定された場合には、上記ヒータM9の通電
量を減少させる通電減少手段M10と、 上記第２の極値が上記第２の基準値よりも低温側を示す
場合には、上記ガス検出素子M1が低温状態であると判定
する低温判定手段M11と、 該低温判定手段M11によって上記ガス検出素子M1が低温
状態であると判定された場合には、上記ヒータM9の通電
量を増加させる通電増加手段M12と、 を備えたことを特徴とする酸素センサの制御装置を要旨
とする。
［作用］ 請求項１の発明では、内燃機関の排気ガス中の酸素濃度
に応じて抵抗値が変化するガス検出素子M1を備えた酸素
センサの制御装置において、出力検出手段M3によって、
酸素センサM2の出力電圧の電気信号又は出力電圧に相当
する電気信号を検出する。そして、リッチ側極値検出手
段M4によって、空燃比がリッチである場合における上記
電気信号の第１の極値を検出し、リーン側極値検出手段
M5によって、空燃比がリーンである場合における上記電
気信号の第２の極値を検出する。更に、リッチ側極値判
定手段M6によって、第１の極値が、空燃比がリッチであ
る場合におけるガス検出素子M1高温時の第１の基準値よ
りも高温側を示すか否かを判定し、リーン側極値判定手
段M7によって、第２の極値が、空燃比がリーンである場
合におけるガス検出素子M1高温時の第２の基準値よりも
高温側を示すか否かを判定する。そして、リッチ側極値
判定手段M6によって、第１の極値が空燃比がリッチであ
る場合におけるガス検出素子M1高温時の第１の基準値よ
りも高温側を示すと判断され、かつリーン側極値判定手
段M7によって、第２の極値が空燃比がリーンである場合
におけるガス検出素子M1高温時の第２の基準値よりも高
温側を示すと判断された場合には、高温判定手段M8によ
って、ガス検出素子M1が高温状態であると判定する。
つまり、本発明では、第１の極値（例えば極大値）が第
１の基準値よりも高温側を示し（例えば上回り）、かつ
第２の極値（例えば極小値）が第２の基準値（例えば第
１の基準値を下回る基準値）よりも高温側を示す（例え
ば上回る）場合には、ガス検出素子M1が高温状態である
と判定するものであり、これによって、低温状態で空燃
比フィードバック制御を行なう場合に発生し易い素子温
度の誤判定を防止し、的確にガス検出素子M1の高温状態
の判定を行なうことができる。
また、請求項２の発明では、上記請求項１の高温判定手
段M8によって、ガス検出素子M1が高温状態であると判定
された場合には、通電減少手段M10によって、ヒータM9
の通電量を減少させる。それとともに、第２の極値（例
えば極小値）が第２の基準値よりも低温側を示す（例え
ば下回る）ことにより、低温判定手段M11によってガス
検出素子M1が低温状態であると判定された場合には、通
電増加手段M12によって、ヒータM9の通電量を増加させ
る。
つまり、本発明では、この様な制御を行なうことによっ
て、ガス検出素子M1の素子温自体を変化させて、センサ
出力を精度のよいものにする。更に、素子温を変更する
ことによって素子の抵抗値を変化させることができるの
で、酸素センサM2のリーンからリッチ或はリッチからリ
ーンへの応答時間を一定に維持すること、或は酸素セン
サM2の個体差及び経時変化等の補正を行なうことができ
る。それによって、この酸素センサM2を用いて空燃比フ
ィードバック制御を行った場合に、制御空燃比のストイ
キからのずれを防止して、触媒浄化率を向上することが
可能となる。
［実施例］ 以下に本発明の各実施例を図面と共に説明する。
（Ｉ）まず第１実施例について説明する。
第３図は第１実施例のブロック図であり、図において、
１はチタニア素子２を用いた酸素センサであり、この酸
素センサ１にはチタニア素子２を加熱するヒータ３が備
えられている。上記チタニア素子２及びヒータ３の端子
4,6には、所定電圧が供給される。８は電子制御装置（E
CU）、10は燃料噴射弁を示している。ECU8には酸素セン
サ１からの信号の他に、吸気圧センサ11及び水温センサ
14からのアナログ信号が、更に回転速度センサ16,スロ
ットルポジションセンサ18及びスタータスイッチ20から
の出力信号が印加される。
酸素センサ１の定電圧供給側の端子４と反対側の端子
（出力端子）22は、50kΩ程度の基準抵抗24を介して接
地されており、これにより酸素センサ１の抵抗値変化が
上記出力端子22に現れる電圧（出力電圧）の変化となっ
て取り出される。この電圧はバッファアンプ26を介して
アナログマルチプレクサ（MPX）28に印加される。このM
PX28には、前述の吸気圧センサ12からの吸気圧を表す信
号や水温センサ14からの冷却水温を表す信号、及び他の
運転状態を表す各種のアナログ信号が印加される。これ
らのアナログ信号はコントロールバス30を介して中央処
理装置（CPU）32から与えられる制御信号により時分割
的にアナログデジタル変換器（A/D）34に送り込まれ、
順次デジタル化される。
一方、回転速度センサ16からの機関の回転速度を示すデ
ジタル信号、スロットルポジションセンサ18からのスロ
ットル弁の開度状態を表す信号、スタータスイッチ20か
らの機関が始動状態であることを示す信号は入力インタ
ーフェイス（入力I/F）36に印加される。
A/D変換器34及びI/F36は、アドレスバス38を介してCPU3
2,周知のROM及びRAMからなるメモリ40、更に出力インタ
ーフェイス（出力I/F）42に接続されている。
次に上記酸素センサ１をより詳細に説明する。第４図に
示すように、酸素センサ１に備えられたチタニア素子２
は、基準抵抗24と直列に接続されており、酸素センサ１
の出力はチタニア素子２と基準抵抗24との出力端子22か
ら取り出される。一方、チタニア素子２に近接して設け
られたヒータ３は、CPU32からの信号を受けたヒータ制
御部44によって酸素センサ１の温度を一定に保つよう
に、例えばヒータ印加電圧をオン又はオフに制御され
る。
この回路構成により酸素センサ１の出力電圧Voxは、チ
タニア素子２の抵抗値をRT,基準抵抗24の抵抗値をRC,定
電圧源の電圧をVGとすると、下記（１）式により表され
る。
Vox＝VG×RC/（RT＋RC） …（１） 従って、チタニア素子２の温度が上昇して抵抗値RTが低
下すると、出力電圧Voxは上昇して定電圧源の電圧VGに
近づく。
本実施例では、上記のように出力される出力電圧Voxの
極大値及び極小値を検出し、予め定めた判定のための電
圧と比較することにより、チタニア素子２が高温か否か
を判断するものである。即ち、極大値が第１の所定値LV
1を上回り、かつ極小値が第１の所定値LV1より低い第２
の所定値LV2を上回る場合には、チタニア素子２が高温
であると判断するものである。
（II）次に、上記構成を備えた第１実施例の高温判定装
置の動作について、第５図及び第６図のフローチャート
に基づいて説明する。尚、第５図は極大値及び極小値を
検出する処理を示し、第６図は極大値及び極小値に基づ
いて高温の判定及びその判定後の制御の処理を示してお
り、各々例えば4msec毎に実行される。
まず、第５図に基づいて、空燃比がリッチの場合の極大
値VoxMAXの設定の処理について説明する。
ステップ100では、A/D変換された酸素センサ１の出力電
圧Voxを読み込む。
続くステップ110では、出力電圧Voxが空燃比を判定する
基準電圧VL（例えば0.45V）以上か否かを判断する。即
ち、空燃比がリッチか否かを判定し、ここでリッチと判
断されるとステップ120に進む。
ステップ120では、前回の出力電圧VoxOLDが基準電圧VL
以上か否かを判定することにより、前回検出した空燃比
がリッチか否かを判定する。ここで前回もリッチである
と判断されるとステップ130に進む。
このステップ110及びステップ120の処理により、前回の
空燃比と今回の空燃比が同じリッチであるか否か、即ち
空燃比が切り替わったか否かを判定する。
ステップ130では、出力電圧Voxが仮の極大値VoxMAX1を
上回るか否かを判定し、上回る場合には続くステップ14
0で、出力電圧Voxを仮の極大値VoxMAX1として設定して
ステップ150に進み、一方、上記ステップ130で、出力電
圧Voxが仮の極大値VoxMAX1を上回らないと判断された場
合は同じくステップ150に進む。即ち、出力電圧Voxと仮
の極大値VoxMAX1を比較して、出力電圧Voxの方が大きい
ときは、その出力電圧Voxを仮の極大値VoxMAX1として設
定する。
ステップ150では、出力電圧Voxを前回の出力電圧VoxOLD
として設定し、一旦本処理を終了する。
即ち、上記ステップ110ないしステップ150の処理によっ
て、空燃比のリッチの状態が持続する間は、大きな出力
電圧Voxを用いて仮の極大値VoxMAX1を逐次更新する処理
を行うものである。
次に仮の極大値VoxMAX1を用いて、極大値VoxMAXを設定
する処理を説明する。
上記ステップ110で、出力電圧Voxが基準電圧VLを下回る
ことにより空燃比がリーンであると判断されると、ステ
ップ160に進む。
ステップ160では、前回の出力電圧VoxOLDが基準電圧VL
を下回るか否かを判定して、下回らない、即ち前回の空
燃比はリッチであると判断すると、ステップ170に進
む。
即ち、ステップ110及びステップ160の判定により空燃比
がリッチからリーンに切り替わったか否かを判定し、切
り替わった場合にはステップ170に進む。
ステップ170では、仮の極大値VoxMAX1を極大値VoxMAXと
して設定する。
続くステップ180では、仮の極大値VoxMAX1を基準電圧VL
で初期化してステップ190に進む。
次に空燃比がリーンの場合の極小値VoxMINの設定の処理
について説明する。
まず、上記ステップ110で、出力電圧Voxが基準電圧VL以
上ではないと判断された場合、即ち今回の空燃比がリー
ンであると判断された場合には、ステップ160に進む。
ステップ160では、前回の出力電圧VoxOLDが基準電圧VL
を下回るか否かを判定することにより、前回検出した空
燃比がリーンか否かを判定する。ここでリーンであると
判断されるとステップ190に進む。
即ち、上記ステップ110及びステップ160の判定により、
前回の空燃比と今回の空燃比が同じリーンであるか否か
が判断され、同じである場合にはステップ190に進むも
のである。
続くステップ190では、出力電圧Voxが仮の極小値Vox
MIN1を下回るか否かを判定し、下回る場合には、続くス
テップ200で、出力電圧Voxを仮の極小値VoxMIN1として
設定してから上記ステップ150に進み、一方、上記ステ
ップ190で、出力電圧Voxが仮の極小値VoxMAX1を下回ら
ないと判断された場合は、そのままステップ150に進
む。
即ち、出力電圧Voxと仮の極小値VoxMIN1とを比較するこ
とにより、仮の極小値VoxMIN1としてより小さな出力電
圧Voxを設定してゆく。
次に、この様にして求めた仮の極小値VoxMIN1を極小値V
oxMINとして設定する処理について説明する。
上記ステップ110で今回の空燃比がリッチであると判断
され、かつステップ120で前回の空燃比がリーンである
と判断された場合は、空燃比が切り替わったと判断され
て、ステップ210に進む。
ステップ210では、出力電圧Voxの仮の極小値VoxMIN1を
出力電圧Voxの極小値VoxMINとして設定する。
続くステップ220では、仮の極小値VoxMIN1を基準電圧VL
で初期化して上記ステップ130に進み、上述したステッ
プ130ないしステップ150の処理を行う。
この様な処理を行うことにより、空燃比のリッチ及びリ
ーンに応じて、以下の高温判定に用いる出力電圧Voxの
極大値VoxMAX及び極小値VoxMINを適切に設定することが
できる。
次に、第６図のフローチャートに基づいて、高温判定の
処理について説明する。
まず、ステップ300では、第５図の処理で設定した出力
電圧Voxの極大値VoxMAX及び極小値VoxMINを読み込む。
続くステップ310では、極大値VoxMAXが第１の所定値LV1
（例えば0.75V）を上回るか否かを判定する。ここで上
回ると判定されるとステップ320に進む。即ち、一般に
チタニア素子２が高温の場合には、酸素センサ１の出力
電圧Voxの極大値VoxMAXが高い値となるので、この判定
により高温の条件のうちの１つが満たされたと判断する
ものである。
ステップ320では、極小値VoxMINが上記第１の所定値LV1
より低く設定されている第２の所定値LV2（例えば0.25
V）を上回るか否かを判定する。ここで上回ると判定さ
れるとステップ330に進む。即ち、一般にチタニア素子
２が高温の場合には、酸素センサ１の出力電圧Voxの極
小値VoxMINが高い値となるので、この判定により高温を
示す他の条件が満たされたと判断するものである。
即ち、上記ステップ300ないしステップ320で、出力電圧
Voxの極大値VoxMAX及び極小値VoxMINが、各々第１の所
定値LV1及び第２の所定値LV2を上回ると判定された場合
に、チタニア素子２が高温であると判断するものであ
る。尚、上記２つの条件を満たした場合にチタニア素子
２が高温と判定する理由は、チタニア素子２が常温の場
合にも出力電圧Voxの極大値VoxMAXが高くなり、また低
温の場合にも極小値VoxMINが高くなることがあるからで
あり、両条件が満たされた場合にチタニア素子２の高温
を的確に判別できる。
そして高温状態であると判断された場合には、ステップ
330にて、高温状態であることを示す高温異常フラグFL
をセットし、一旦本処理を終了する。
一方、上記ステップ310及びステップ320にて、出力電圧
Voxの極大値VoxMAX及び極小値VoxMINが、各々第１の所
定値LV1及び第２の所定値LV2のどちらか一方でも上回ら
ないと判断された場合には、高温状態ではないと判断さ
れ、ステップ340にて高温異常フラグFLをリッセトして
一旦本処理を終了する。
即ち、上記処理を行うことにより、チタニア素子２の高
温状態を適切に検出することができ、その状態に応じた
ヒータ３の制御及び空燃比制御等の温度補正の制御を正
確に行うことができる。
このフラグFLに基づく制御としては、例えばヒータ３の
通電をオフすることにより、チタニア素子２の温度を下
げる制御を行うことができるが、後に詳述する様に、そ
のオンオフの制御をヒータ３のデューティー比を調整し
て行ってもよく、またヒータ３の印加電圧を低下させて
もよい。更に、チタニア素子２が高温の場合にフィード
バック制御を行うと、空燃比はリーン側にずれるので、
その空燃比のずれを修正するために、燃料の増量補正を
行って空燃比をリッチ側の方向に移動させる制御を行っ
てもよい。
次に、本実施例の効果を確認するために行った実験例に
ついて、第７図に基づいて説明する。
第７図は縦軸にフィードバック（F/B）制御空燃比（A/
F）を取り、横軸にチタニア素子２の温度を取り、理論
空燃比にフィードバック制御した場合の実際の空燃比と
のずれを示したグラフである。この図から明らかなよう
に、従来例として高温判定装置を用いずに空燃比フィー
ドバック行うものでは、ヒータ３の制御が適切に行われ
ないので700℃以上の高温状態においては制御中心がリ
ーン側にずれる。一方、本実施例では正確な高温判定が
できるので、その判定に基づいてヒータ３の制御を行っ
たり空燃比をリッチ側の方向に制御することにより、理
論空燃比に好適に制御することができる。
（III）次に、第２実施例について第８図の説明図及び
第９図のフローチャートに基づいて説明する。本実施例
は上記第１実施例の構成とほぼ同様であるが、異なる点
は、第８図に示す様に、基準電圧VLと極小値VoxMINとの
差の電圧△Ｖを用い、第１実施例の極小値VoxMINの上昇
を、上記差の電圧△Ｖの減少として表現したことであ
る。
まず、第９図のステップ500では、第５図の処理で設定
した出力電圧Voxの極大値VoxMAX及び極小値VoxMINを読
み込む。
続くステップ510では、基準電圧VLから極小値VoxMINを
引き、基準電圧VLからの差の電圧△Ｖを求める。
ステップ520では、この差の電圧△Ｖが第４の所定値LV4
（例えば0.1V）を下回るか否かを判定する。この処理は
極小値VoxMINが上昇しているか否かを判定する処理に相
当する。ここで肯定判断されるとステップ530に進む。
ステップ530では、極大値VoxMAXが上記第１の所定値LV1
を上回るか否かを判定し、ここで肯定判断されるとステ
ップ540に進む。
即ち、上記ステップ500ないしステップ530の処理によっ
て、差の電圧△Ｖが第４の所定値LV4を下回りかつ極大
値VoxMAXが第１の所定値LV1を上回る場合には、チタニ
ア素子２が高温状態と判定する。
そして、高温状態であると判断されると、続くステップ
540で高温異常フラグFLをセットし、一旦本処理を終了
する。
一方、上記ステップ520及びステップ530のどちらか一方
で否定判断され、高温状態でないと判定されると、ステ
ップ550に進み高温異常フラグFLをリセットして一旦本
処理を終了する。
尚、上記各実施例では、酸素センサ１の出力として基準
抵抗24の電圧を取り出す電気回路を用いた例について説
明したが、他の例として第10図に示すような回路を用い
て、チタニア素子２の電圧VTを取り出して用いてもよ
い。この場合には上記各実施例の極大値VoxMAXが極小値
VoxMINとして、また極小値VoxMINが極大値VoxMAXとして
出力される。従って、例えば第１実施例の高温の判定条
件もこの回路を用いると逆になる。即ち、極大値VoxMAX
及び極小値VoxMINが各々所定値を上回る場合に高温であ
ると判定するのではなく、極大値VoxMAX及び極小値Vox
MINが各々所定値以下の場合に高温であると判定する。
また、第２実施例に適用する場合の判定条件も異なり、
極小値VoxMINが所定値以下でかつ基準電圧VLと極大値Vo
xMAXとの差の電圧△Ｖが所定値以下の場合には高温と判
定する。
また、チタニア素子２の抵抗の変化を、酸素センサ１の
出力として取り出す場合に、酸素センサ１の電気回路の
構成等を変えることにより例えば電流値等のように様々
な値として取り出すことができる。従って、上記各実施
例の出力電圧Voxの極大値VoxMAX及び極小値VoxMINに相
当する値、及びそれらの値を用いた高温判定の条件に相
当する種々の構成は、本発明に含まれることは勿論であ
る。
（IV）次に、上述した第１実施例におけるチタニア素子
２の高温状態の判定等に基づいて行われる制御として、
酸素センサ１のヒータ３のデューティー比制御について
詳細に説明する。
このデューティー比とは、第11図に示すように、ヒータ
３をオフからオンに切り換える１周期ａで、ヒータ３の
通電時間ｂ（ヒータ３のオンの時間）を割ったもの（デ
ューティー比＝b/a）であり、デューティー比が大きい
ほど通電時間ｂが長く、それだけチタニア素子２が長時
間加熱されることを示している。本実施例では、１周期
を512msと設定して、後述するデューティー比カウンタC
DUTYが256に達したときにヒータ３をオンにし、デュー
ティー比カウンタCDUTYがデューティー比設定値DUTYに
達したときにヒータ３をオフしている。従って、上記デ
ューティー比設定値DUTYを制御することによってヒータ
３の通電時間b,即ちヒータ印加平均電圧が調節され、こ
のヒータ印加平均電圧を調節することによって、チタニ
ア素子２の温度を適正温度に保つようにしている。
次に、その制御について第12図及び第13図のフローチャ
ート、更に第14図の説明図に基づいて詳しく説明する。
この第12図は、第２の所定値LV2（例えば今回0.08V）及
び第１の所定値LV1（例えば今回0.8V）と出力電圧Voxと
を比較してデューティー比を制御する処理を示し、4ms
毎に実行される。また第13図は、デューティー比カウン
タCDUTYによってヒータ３の通電をオンオフする処理を
示し、16ms毎に実行される。尚、ここで出力電圧Voxの
極大値VoxMAX及び極小値VoxMINの設定の処理は、上述し
た第１実施例の処理と同様であるので説明を省略する。
まず、第12図のステップ600では、出力電圧Voxの極小値
VoxMINが第２の所定値LV2を上回るか否かを判定し、上
回る場合はステップ610に進む。
ステップ610では、極大値VoxMAXが第１の所定値LV1を上
回るか否かを判定して、上回る場合はステップ620に進
む。
即ち、第14図（ａ）に示すように、上記ステップ600及
びステップ610で、極小値VoxMIN及び極大値VoxMAXが各
々第２及び第１の所定値LV2,LV1を上回ると判断された
場合は、上記第１実施例で説明したごとく、チタニア素
子２が高温であると判断する。
続くステップ620では、デューティー比を減少させてヒ
ータ３への通電時間ｂを少なくするために、デューティ
ー比設定値DUTYを１減じ、一旦本処理を終了する。この
デューティー比設定値DUTYを１減することにより、ヒー
タ３の通電時間ｂが減少するが、その処理については、
後述する第13図に示す処理で説明する。
一方、上記ステップ600で、出力電圧Voxの極小値VoxMIN
が第２の所定値LV2を上回らないと判定された場合に
は、ステップ630に進む。
ステップ630では、極大値VoxMAXが第１の所定値LV1を下
回るか否かを判定する。ここで下回わらないと判断され
ると、一旦本処理を終了する。
即ち、第14図（ｂ）に示すように、上記ステップ600で
極小値VoxMINが第２の所定値LV2を上回らず、かつステ
ップ630で極大値VoxMAXが第１の所定値LV1を下回らない
と判定されると、チタニア素子２の温度が好適な範囲に
あると判断されるので、デューティー比の変更を行わず
にその制御の状態を維持するものである。
また、上記ステップ630で極大値VoxMAXが第１の所定値L
V1を下回ると判断された場合は、ステップ640に進む
が、このステップ640では、デューティー比を増加させ
てヒータ３への通電時間ｂを多くするために、デューテ
ィー比設定値DUTYを１増やし、一旦本処理を終了する。
即ち、第14図（ｃ）に示すように、ステップ600で極小
値VoxMINが第２の所定値LV2を上回らず、ステップ630で
極大値VoxMAXが第１の所定値LV1を下回ると判定された
場合は、チタニア素子２が低温であると判断されるの
で、ステップ640でヒータ３の通電時間ｂを長くする処
理を行う。
一方、上記ステップ610で極大値VoxMAXが第１の所定値L
V1を上回らないと判断された場合には、ステップ610に
進み、ヒータ３の通電時間ｂを長くする処理を行う。
即ち、第14図（ｄ）に示すように、ステップ600で極小
値VoxMINが第２の所定値LV2を上回り、かつステップ610
で極大値VoxMAXが第１の所定値LV1を上回らないと判定
された場合は、酸素センサ１の出力電圧Voxの振幅が少
ないので、チタニア素子２が低温であると判断して、ヒ
ータ３の通電時間ｂを長くする処理を行う。
次に、第13図に基づいて、上述したデューティー比設定
値DUTYの増減によるヒータ３のオンオフの制御について
説明する。
第13図のステップ700では、デューティー比カウンタCDU
TYに８を加算する。このデューティー比カウンタCDUTY
は、本処理が16ms毎に行われるたびに８ずつ加算される
ものである。
ステップ710では、第11図に示すように、ヒータ３のオ
ンオフの１周期である512msを経過したか否かを判断す
るために、デューティー比カウンタCDUTYが（512/16）
×８＝256のカウンタ数に達したか否か判定する。ここ
でカウンタ数が256に達した判断されると、ステップ720
に進み、一方、カウンタ数が256に達しないと判断され
ると、ステップ730に進む。
ステップ720では、デューティー比カウンタCDUTYをクリ
アし、ステップ740に進む。
続くステップ740では、ヒータ３をオンして一旦本処理
を終了する。
一方、上記ステップ710で、ヒータ３の１周期未満であ
ると判断されて進むステップ730では、上記デューティ
ー比カウンタCDUTYがデューティー比設定値DUTYを下回
るか否かを判定する。ここで下回ると判定されると、ス
テップ750に進み、ヒータ３をオンして一旦本処理を終
了する。一方、下回らないと判断されるとステップ760
に進み、ヒータ３をオフして一旦本処理を終了する。
即ち、上記ステップ730では、上述した第12図のステッ
プ620又はステップ640において酸素センサ１の出力電圧
Voxに応じて増減されるデューティー比設定値DUTYと、
デューティー比カウンタCDUTYとを比較することによ
り、所定のヒータ３の通電時間ｂに至ったか否かを判定
して、ヒータ３をオン又はオフする制御を行う。従っ
て、デューティー比設定値DUTYが高く設定されている
と、ヒータ３の通電時間ｂが長くなり、逆に低く設定さ
れていると通電時間ｂが短くなる。
次に、上述したヒータ３のデューティー比制御の原理及
びその作用効果について説明する。
酸素センサ１の出力電圧Voxが所定の範囲にある場合、
即ち出力電圧Voxの極小値VoxMINが第２の所定値LV2を上
回らず、かつ極大値VoxMAXが第１の所定値LV1を下回ら
ない場合には、チタニア素子２の温度が高温でも低温で
もない好適な範囲にあり、この様な温度範囲では酸素セ
ンサ１の出力が正確で安定したものとなる。
ここで、酸素センサ１の出力電圧Voxの極大値VoxMAX及
び極小値VoxMINは、チタニア素子２の抵抗値RT,基準電
圧VL,及び基準抵抗24の値RCによって、（２）式のごと
くに定まるので、 基準電圧VL及び基準抵抗24の値RCを固定して、上記チタ
ニア素子２の抵抗値RTを調節することにより、上述した
所定の極大値VoxMAX及び極小値VoxMINとなるように制御
可能であり、一方、上記チタニア素子２の抵抗値RTは、
温度によって大きく変動するので、ヒータ３の通電時間
ｂを調節して加熱温度を変えることによりこの抵抗値RT
を制御することができる。
従って、本実施例では、酸素センサ１の出力電圧Voxの
極大値VoxMAX及び極小値VoxMINが、上記所定の範囲にな
るように、ヒータ３の通電時間ｂを調節するデューティ
ー比制御を行うので、チタニア素子２の温度を常に好適
な範囲に維持することができる。それによって、正確な
酸素センサ１の出力が得られるので適切な空燃比フィー
ドバック制御を行うことができる。
また、本実施例では、上述した様にチタニア素子２の抵
抗値RTを調節するので、上記温度の制御とともに、酸素
センサ１のリーンからリッチ或はリッチからリーンへの
応答時間を一定に維持する制御も同時に行われる。
すなわち、第15図の横軸にチタニア素子２の温度をと
り、縦軸にチタニア素子２の抵抗値RTを対数でとったグ
ラフに示すように、チタニア素子２の抵抗値RTは温度だ
けではなく空燃比によって変化し、一方、酸素センサ１
の応答時間は、チタニア素子２の抵抗値RTに依存する。
従って、チタニア素子の抵抗値RTが、下記（３）式、 RT1:極小値VoxMINに対応するチタニア素子の抵抗値 RT2:極大値VoxMINに対応するチタニア素子の抵抗値 を満たすように、チタニア素子２の温度を調節すること
により、応答時間を一定に制御できる。
この応答時間を一定にすることによって得られる触媒浄
化率に対する効果を第16図に示す。
第16図は、横軸にヒータ印加平均電圧をとり、横軸にHC
及びNOxの触媒浄化率と酸素センサ１の出力電圧Voxとを
とったものである。この図から明らかなように、出力電
圧Voxの極小値VoxMINが第２の所定値LV2を下回り、かつ
極大値VoxMAXが第２の所定値LV2より大きな第１の所定
値LV1を上回るように、ヒータ印加平均電圧を酸素セン
サ１の好適な範囲（第16図のA,B,Cの範囲）に調節した
場合には、酸素センサ１の応答時間が一定となるため制
御空燃比をストイキに好適に制御でき、その結果、HCや
NOxの触媒浄化率が90％以上の高い値となる。
この様に、本実施例では酸素センサ１の応答時間を一定
に調節できるので、空燃比フィードバック制御を行った
場合に、制御空燃比のストイキからのずれを抑制でき
る。
更に、本実施例では、酸素センサ１の出力電圧Voxに応
じて、チタニア素子２の抵抗値RTを制御することによ
り、チタニア素子２やヒータ３等の個体差が補正され
る。
すなわち、チタニア素子２は製造時のばらつきや経年変
化によって温度による変動に個体差があるが、酸素セン
サ１の出力電圧Voxが制御上好ましい範囲の値となるよ
うに、チタニア素子２の温度を調節して抵抗値RT自身を
変化させるので個体差が補正される。また、例えば、ヒ
ータ３の能力が低い場合には、酸素センサ１の出力電圧
Voxが所定の範囲になるように、ヒータ３の通電時間ｂ
を長くする制御を行うので、ヒータ３の個体差が補正さ
れる。更に、バッテリ電圧やエンジン運転条件の変化に
対しても同様に補正することができる。
以上説明した様に、本実施例では、酸素センサ１の出力
電圧Voxを検出し、その出力電圧Voxの極小値VoxMINが第
２の所定値LV2を下回り、かつ極大値VoxMAXが第１の所
定値LV1を上回るように、ヒータ３のデューティー比制
御を行うので、チタニア素子２の温度を好適な範囲に保
つことができ、また応答時間を一定にできる。更に、チ
タニア素子２、ヒータ等の個体差の補正や、各種の運動
変動の補正も行うことができる。これによって、HCやNO
xを低減することができ、エミッションの悪化、触媒排
気臭の発生等を効果的に防止することができる。
尚、本実施例では空燃比をストイキに好適に制御できる
が、種々の運転状態に応じて、空燃比のフィードバック
制御の制御中心をリーン又はリッチにずらして適切に制
御することができる。
［発明の効果］ 以上詳述した様に、請求項１の発明では、酸素センサの
出力電圧及び出力電圧に相当する電気信号を用いて、空
燃比のリッチ及びリーンにおける電気信号の各々の極値
を検出し、それらの値が高温側を示す場合には、酸素セ
ンサのガス検出素子が高温状態であると判定している。
従って、ガス検出素子の温度状態を誤判定することな
く、常に的確にガス検出素子の高温状態を検出すること
ができる。また、請求項２の発明では、ガス検出素子が
高温状態であると判定された場合にはヒータの通電量を
減少させるとともに、ガス検出素子が低温状態であると
判定された場合にはヒータの通電量を増加させる。
従って、ガス検出素子の素子温を変化させて、センサ出
力の精度を向上させることができるので、適切な空燃比
フィードバック制御を行なうことができる。更に、素子
温を変更することによって素子の抵抗値を変化させるこ
とができるので、酸素センサの応答時間を一定に維持す
ることができる。それによって、この酸素センサを用い
て空燃比フィードバック制御を行った場合に、制御空燃
比のストイキからのずれを防止して、触媒浄化率を向上
することができる。更に、ガス検出素子，ヒータ等の個
体差の補正や、各種の運転変動の補正も行うことができ
る。
その結果、HCやNOxを低減することができ、エミッショ
ンの悪化，触媒排気臭の発生等を効果的に防止すること
ができるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第１図は請求項１の発明の基本的構成図、第２図は請求
項２の発明の基本的構成図、第３図は第１実施例のブロ
ック図、第４図は酸素センサの回路図、第５図は極大値
及び極小値の設定を表わすフローチャート、第６図は第
１実施例の高温判定を示すフローチャート、第７図は第
１実施例の効果を示すグラフ、第８図は第２実施例の説
明図、第９図は第２実施例の高温判定を示すフローチャ
ート、第10図は他の酸素センサの回路図、第11図はデュ
ーティー比の説明図、第12図はデューティー比の設定の
処理を示すフローチャート、第13図はヒータの通電の制
御を示すフローチャート、第14図はヒータの通電の制御
の説明図、第15図はチタニア素子の抵抗値を示すグラ
フ、第16図は触媒浄化率の説明図、第17図は酸素センサ
の出力特性を示すグラフ、第18図は酸素センサの低温に
おける出力を示すグラフである。 M1……ガス検出素子 M2……酸素センサ M3……出力検出手段 M4……リッチ側極値検出手段 M5……リーン側極値検出手段 M6……リッチ側極値判定手段 M7……リーン側極値判定手段 M8……高温判定手段 M9……ヒータ M10……通電減少手段 M11……低温判定手段 M12……通電増加手段 １……酸素センサ ２……チタニア素子 ８……ECU 24……基準抵抗

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関の排気ガス中の酸素濃度に応じて
    抵抗値が変化するガス検出素子を備えた酸素センサの制
    御装置において、 上記酸素センサの出力電圧の電気信号又は出力電圧に相
    当する電気信号を検出する出力検出手段と、 空燃比がリッチである場合における上記電気信号の第１
    の極値を検出するリッチ側極値検出手段と、 空燃比がリーンである場合における上記電気信号の第２
    の極値を検出するリーン側極値検出手段と、 上記第１の極値が、空燃比がリッチである場合における
    上記ガス検出素子高温時の第１の基準値よりも高温側を
    示すか否かを判定するリッチ側極値判定手段と、 上記第２の極値が、空燃比がリーンである場合における
    上記ガス検出素子高温時の第２の基準値よりも高温側を
    示すか否かを判定するリーン側極値判定手段と、 上記リッチ側極値判定手段によって、上記第１の極値が
    空燃比がリッチである場合における上記ガス検出素子高
    温時の第１の基準値よりも高温側を示すと判断され、か
    つ上記リーン側極値判定手段によって、上記第２の極値
    が空燃比がリーンである場合における上記ガス検出素子
    高温時の第２の基準値よりも高温側を示すと判断された
    場合には、上記ガス検出素子が高温状態であると判定す
    る高温判定手段と、 を備えたことを特徴とする酸素センサの制御装置。
  2. 【請求項２】上記請求項１記載の酸素センサの制御装置
    において、 上記ガス検出素子を加熱するヒータと、 上記高温判定手段によって上記ガス検出素子が高温状態
    であると判定された場合には、上記ヒータの通電量を減
    少させる通電減少手段と、 上記第２の極値が上記第２の基準値よりも低温側を示す
    場合には、上記ガス検出素子が低温状態であると判定す
    る低温判定手段と、 該低温判定手段によって上記ガス検出素子が低温状態で
    あると判定された場合には、上記ヒータの通電量を増加
    させる通電増加手段と、 を備えたことを特徴とする酸素センサの制御装置。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5291673A (en) * 1992-12-21 1994-03-08 Ford Motor Company Oxygen sensor system with signal correction
US6409969B1 (en) 1999-06-01 2002-06-25 Cummins, Inc. System and method for controlling a self-heated gas sensor based on sensor impedance
JP4070961B2 (ja) * 2001-01-24 2008-04-02 本田技研工業株式会社 可変気筒内燃機関の故障判定装置
US6837233B1 (en) * 2002-11-04 2005-01-04 Michael Spencer-Smith System for enhancing performance of an internal combustion engine
JP2006112420A (ja) * 2004-09-17 2006-04-27 Hitachi Ltd 空燃比制御装置及び排気センサの活性状態判定装置
CN100462535C (zh) * 2004-09-17 2009-02-18 株式会社日立制作所 排气传感器激活判断和空气燃料比率控制系统/方法
JP5065720B2 (ja) * 2007-03-22 2012-11-07 ユーテック株式会社 ガス検出装置及びガス検出方法
JP7437341B2 (ja) * 2021-03-26 2024-02-22 日立Astemo株式会社 空燃比制御装置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5382927A (en) * 1976-12-28 1978-07-21 Nissan Motor Co Ltd Air-fuel ratio controlling apparatus
US4324218A (en) * 1978-05-30 1982-04-13 Nippon Soken, Inc. Air-fuel ratio detecting system
JPS5713246A (en) * 1980-06-30 1982-01-23 Toyota Motor Corp Method of controlling air fuel ratio of internal combustion engine
US4491921A (en) * 1980-12-23 1985-01-01 Toyota Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Method and apparatus for controlling the air fuel ratio in an internal combustion engine
JPS57105529A (en) * 1980-12-23 1982-07-01 Toyota Motor Corp Air-fuel ratio controlling method for internal combustion engine
JPS57143143A (en) * 1981-02-26 1982-09-04 Toyota Motor Corp Air-to-fuel ratio control device
JPS6133127A (ja) * 1984-07-21 1986-02-17 Daikin Ind Ltd 医薬活性化合物の包接化方法
JPS61129444A (ja) * 1984-11-28 1986-06-17 Toyota Motor Corp 電子制御エンジンの空燃比フイ−ドバツク制御方法
GB2167883A (en) * 1984-11-30 1986-06-04 Suzuki Motor Co Apparatus for controlling an air-fuel ratio in an internal combustion engine
JPS61135950A (ja) * 1984-12-05 1986-06-23 Toyota Motor Corp 電子制御エンジンの空燃比フイ−ドバツク制御方法
US4739614A (en) * 1985-02-22 1988-04-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Double air-fuel ratio sensor system in internal combustion engine
JPH0737776B2 (ja) * 1986-03-04 1995-04-26 本田技研工業株式会社 内燃エンジンの空燃比制御方法
JPH0730728B2 (ja) * 1987-05-30 1995-04-10 マツダ株式会社 エンジンのアイドル回転数制御装置

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