JPH0626384A

JPH0626384A - 空燃比センサのヒータ制御装置

Info

Publication number: JPH0626384A
Application number: JP4183459A
Authority: JP
Inventors: Katsuharu Inano; 克治稲野
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1992-07-10
Filing date: 1992-07-10
Publication date: 1994-02-01
Anticipated expiration: 2014-08-30
Also published as: JP2943508B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ヒータの消費電力低減及びセンサフェール回
避が可能な空燃比センサのヒータ制御装置を提供するこ
とにある。【構成】センサ過熱用のヒータ３１，３２を備えた空
燃比センサ２９，３０と、ヒータを制御するヒータ制御
手段２６と、排気路の温度Ｅｘｔが空燃比フィードバッ
ク開始温度ＦＢｔ以上であると空燃比Ａ／Ｆ情報に基づ
き目標空燃比（Ａ／Ｆ）_OBJを制御する空燃比制御手段
２６とを有し、空燃比フィードバック開始温度又はそれ
以下の温度でヒータ駆動用の設定温度Ｗｔｓ１を設定
し、ヒータ制御手段２６がエンジン温度Ｗｔ（Ｅｔ）が
設定温度Ｗｔｓ１以上であり且つエンジン回転数Ｎｅが
設定値Ｎｓ３以下であることが検出された際に、上記ヒ
ータを作動することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの空燃比制御
に用いられる空燃比センサに付設されるヒータ制御装
置、特に、始動時における空燃比センサの活性化を促進
できる空燃比センサのヒータ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、エンジンの燃料供給装置は吸気
系に供給される燃料量が理論空燃比（ストイキオ）に保
持されるように、その目標空燃比が空燃比制御装置によ
って制御されている。これは適正な空燃比での燃料供給
によって燃費の低下を防止すると共に排ガスの浄化効率
を向上させるためでもある。即ち、図１１に示すように
通常の三元触媒の浄化効率はストイキオ近傍の狭いウイ
ンド域Ｗａに排ガスの空燃比が保持されているときにの
みＣＯ，ＨＣ，ＮＯ_Xの浄化効率を高レベルに保持出
来、このウインド域Ｗａを外れた運転を継続すると排ガ
スの悪化が生じ、問題と成る。

【０００３】このように空燃比制御装置はエンジンの実
空燃比を目標値に制御する際に実空燃比を検出する必要
が有り、その実空燃比情報を空燃比センサ（Ｏ₂セン
サ）によって検出している。この空燃比センサは、酸素
濃淡電池作用というジルコニア特性を利用しており、図
１２に示すように空燃比（Ａ／Ｆ）がストイキオよりも
リッチ側、もしくはストイキオよりもリーン側に有るか
否かをセンサ出力Ｖstcのハイ、ローレベルに応じて検
出出来るように成っており、ストイキオ運転時には実空
燃比がハイとローに所定幅で交互に切り換わる状態が確
認されるように、空燃比制御が成されている。

【０００４】処で、このように用いられる空燃比センサ
は素子温度が所定温度以上に成らないと活性化せず、し
かも、素子温度が高温化しすぎると素子自体の熱劣化を
招き、耐久性に問題を生じることも知られている。この
ため、従来は空燃比センサの活性化促進のために、空燃
比センサを早期に高温化し易い排気マニホウルドに設け
る場合もあったが、近年のようにエンジンの比較的冷態
時から空燃比フィードバックが必要とされる場合には、
レイアウト面のみの改良では必ずしも十分とは言えなく
なってきた。又近年は排気浄化信頼性を更に向上させる
ため、触媒の上流と下流とに一対の空燃比センサを設
け、両者の空燃比に基づき検出空燃比を適宜算出し、こ
の検出空燃比に基づき空燃比制御を行うデュアル空燃比
センサタイプの空燃比制御装置が提案され（例えば特開
昭６４−５３０４３号公報）ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
デュアル空燃比センサタイプでは、触媒が排気ポートよ
りも大幅に下流に位置しており、エンジン始動後の一対
のセンサの活性化は遅れ易く、特に下流側のセンサの活
性化が遅くなる傾向に有る。そこで、これらセンサにヒ
ータを設け、始動時の活性化の促進を図ることも提案さ
れている。しかし、このような従来のヒータ制御では、
単に暖機完了時までヒータを駆動するものが多く、ヒー
タの電力消費量が比較的大きく問題と成っている。しか
もヒータ制御回路のセンサ故障時等には消費電力の過大
化や、逆に、活性化の遅れをも招き、この点でも問題と
成っている。本発明の目的は、ヒータの消費電力低減及
びセンサフェール回避が可能な空燃比センサのヒータ制
御装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、第１の発明は、エンジンの排気路に設けられると
共にセンサ加熱用のヒータを備えた空燃比センサと、上
記ヒータを制御するヒータ制御手段と、上記排気路の温
度が空燃比フィードバック開始温度以上であると上記空
燃比センサの空燃比情報に基づき目標空燃比を制御する
空燃比制御手段とを有し、上記空燃比フィードバック開
始温度又はそれ以下の温度でヒータ駆動用の設定温度を
設定し、上記ヒータ制御手段がエンジン温度が上記設定
温度以上であり且つエンジン回転数又は吸気量が設定値
以下であることが検出された際に、上記ヒータを作動す
ることを特徴とする。

【０００７】第２の発明はエンジンの排気路に設けられ
た触媒の上流側に設けられると共にセンサ加熱用のフロ
ントヒータを備えた前部空燃比センサと、上記触媒の下
流に設けられると共にセンサ加熱用のリアヒータを備え
た後部空燃比センサと、上記両ヒータを制御するヒータ
制御手段と、上記エンジンの温度が空燃比フィードバッ
ク開始温度以上であると上記両空燃比センサの各空燃比
情報に基づき目標空燃比を制御する空燃比制御手段とを
有し、上記空燃比フィードバック開始温度又はそれ以下
の温度でヒータ駆動用の設定温度を設定し、上記ヒータ
制御手段がエンジン温度が上記設定温度以上であり且つ
エンジン回転数又は吸気量が設定値以下であることが検
出された際に、上記両ヒータを作動することを特徴とす
る。

【０００８】第３の発明はエンジンの燃焼室の吸入空気
量を吸気管内の圧力情報に基づき算出するエンジンに装
着され、上記エンジンの排気路に設けられると共にセン
サ加熱用のヒータを備えた空燃比センサと、上記ヒータ
を制御するヒータ制御手段と、上記排気路の温度が空燃
比フィードバック開始温度以上であると上記空燃比セン
サの空燃比情報に基づき目標空燃比を制御する空燃比制
御手段とを有し、上記空燃比フィードバック開始温度又
はそれ以下の温度でヒータ駆動用の設定温度を設定し、
上記ヒータ制御手段がエンジン温度が上記設定温度以上
であり且つエンジン回転数が始動判定回転数と同始動判
定回転数より高い設定回転数との間の回転数であること
が検出された際に、上記ヒータを作動することを特徴と
する。

【０００９】

【作用】第１の発明では、空燃比フィードバック開始温
度又はそれ以下の温度でヒータ駆動用の設定温度を設定
しておき、ヒータ制御手段がエンジン温度が設定温度以
上であり且つエンジン回転数又は吸気量が設定値以下で
あることが検出された際にのみヒータを作動するので、
空燃比フィードバック開始時に確実にセンサの活性化を
図れ、不要な出力消費を排除出来る。

【００１０】第２の発明では、空燃比フィードバック開
始温度又はそれ以下の温度でヒータ駆動用の設定温度を
設定しておき、ヒータ制御手段がエンジン温度が設定温
度以上であり且つエンジン回転数又は吸気量が設定値以
下であることが検出された際にのみ、前部空燃比センサ
のフロントヒータと後部空燃比センサのリアヒータとを
作動するので、空燃比フィードバック開始時に確実に両
センサの活性化を図れ、不要な出力消費を排除出来る。

【００１１】第３の発明では、燃焼室の吸入空気量を吸
気管内の圧力情報に基づき算出するエンジンに装着さ
れ、その空燃比フィードバック開始温度又はそれ以下の
温度でヒータ駆動用の設定温度を設定しておき、ヒータ
制御手段がエンジン温度が上記設定温度以上であり且つ
エンジン回転数が始動判定回転数と同始動判定回転数よ
り高い設定回転数以下であることが検出された際にのみ
ヒータを作動するので、Ｄジェトロ方式のエンジンのエ
ンジン回転数によって設定域の判断が出来、空燃比フィ
ードバック開始時に確実にセンサの活性化を図れ、不要
な出力消費を排除出来る。

【００１２】

【実施例】図１には本発明によるエンジンの空燃比制御
装置を装着したエンジン１が示されている。同エンジン
１は各気筒の吸気ポート（図１には１つのみ示した）２
毎に燃料噴射弁（以後インジェクタ３と記す）を備え
る。このエンジン１の吸気系はエアクリーナ４、延長管
５、同延長管５に続く吸気管９、同吸気管９と一体のサ
ージタンク６、サージタンク６とシリンダヘッド７を結
ぶインテークマニホールド（以後単にインマニと記す）
８及び吸気ポート２で構成される。他方、排気系は排気
ポート１３、エクゾーストマニホールド１０、及び、三
元触媒１１を備えた排気管１２とで構成されている。吸
気管９はその内部に図示しないアクセルペダルの踏み込
み量に応じて開閉作動されるスロットル弁１４を枢支
し、このスロットル弁１４の軸１４１は吸気路１５の外
部でスロットルレバー１６に連結されている。

【００１３】スロットルレバー１６はスロットル弁１４
を第１図中反時計回りの方向へ回動させるようにアクセ
ルペダル（図示せず）と図示しないリンク系を介し連結
され、スロットル弁１４には同弁の開度情報を出力する
スロットル開度センサ１７が装着されている。他方、ス
ロットル弁１４を迂回する吸気バイパス路１８にはアイ
ドル制御用のアイドル回転数制御（ＩＳＣ）バルブ１９
が装着され、同バルブ１９はステッパモータ２０によっ
て駆動される。なお、符号２１はアイドル時の暖機補正
を冷却水温に応じて自動的に行うファーストアイドルエ
アバルブを示す。

【００１４】更に、サージタンク６には吸気温度Ｔａ情
報を出力する吸気温センサ２２が設けられ、更にサージ
タンク６には吸気管圧情報を出力する負圧センサ２３が
装着されている。インマニ８にはエンジン１のウオータ
ジャケットに連通するヒートライザが形成され、同部に
はエンジン１の暖機温度情報としての冷却水温Ｗｔを検
出する水温センサ２４が設けられる。そして、エンジン
１にはエンジン回転数Ｎｅを点火パルスで検出するエン
ジン回転センサ２５が設けられ、これら各情報は後述の
エンジンコントロールユニット（以後単にＥＣＵと記
す）２６に出力される。更に、インマニ８の端部には燃
料を吸気ポート２に向けて噴霧するインジェクタ３が装
着される。

【００１５】各インジェクタ３は図示しない燃料ポンプ
からの燃料を定圧化して供給する燃料供給系２７に連通
され、所定時の開弁出力を受けると燃料を吸気ポート２
に噴射駆動できる。排気路２８には排気路温度Ｅｘｔ信
号を出力する排気温センサ４０が装着され、同信号はＥ
ＣＵ２６に出力されている。この排気路２８上の三元触
媒１１は図１１に示すような周知の浄化特性を示す。三
元触媒１１のケーシングの上流側に設けられるフロント
空燃比センサ２９と三元触媒１１の下流に設けられるリ
ア空燃比センサ３０とは周知のジルコニア特性を利用し
たもので、図２に示すように排気管１２に螺子止めされ
る本体金具２９２の先端に素子部２９１及びヒータ部３
１を取付、これらがキャップ状のプロテクタ３６で覆わ
れるという構成を採っている。

【００１６】これらフロント空燃比センサ２９とリア空
燃比センサ３０の各空燃比情報の出力用リード線３７は
後述のＥＣＵ２６の入力端にそれぞれ接続され、各ヒー
タ用リード線３８，３９はフロント及びリアヒータ３
１，３２をヒータ駆動回路３３，３４を介して電源３５
にそれぞれ接続している。なお、ヒータ駆動回路３３，
３４は共にスイッチ回路を備え、同部がＥＣＵ２６の出
力信号に応じてヒータ駆動電流を断続操作するように構
成されている。ＥＣＵ２６はマイクロコンピュータでそ
の要部が構成され、各検出信号を受けて適時にその情報
を取り込み、或いは適時に制御信号をヒータ駆動回路３
３，３４等に出力する入出力回路と、図８乃至図１０の
各制御プログラムや特性値等を書き込まれた記憶回路
と、各制御プログラムに沿って制御信号を発する制御回
路等で構成されている。

【００１７】ここで、各発明の構成を図３乃至図５の主
要のブロック図と共に説明する。

【００１８】まず、第１の発明はエンジンの排気路に設
けられると共にセンサ加熱用のヒータＡ２を備えた空燃
比センサＡ１と、ヒータＡ２を制御するヒータ制御手段
Ａ３と、排気路の温度Ｈｓｔが空燃比フィードバック開
始温度ＦＢｔ以上であると空燃比センサＡ１の空燃比情
報に基づき目標空燃比（Ａ／Ｆ）_OBJを制御する空燃比
制御手段Ａ４とを有し、空燃比フィードバック開始温度
ＦＢｔ又はそれ以下の温度でヒータ駆動用の設定温度Ｈ
ｓｔが設定され、ヒータ制御手段Ａ３がエンジン温度が
設定温度Ｈｓｔ以上であり且つエンジン回転数Ｎｅ又は
吸気量Ａ／Ｎが設定値以下であることが検出された際
に、ヒータＡ２を作動する。

【００１９】この構成によれば、エンジン温度が設定温
度Ｈｓｔに達しない間はヒータを切るので無駄な電力消
費を押さえられる。ここで、第１の発明を特に、エンジ
ン温度Ｅｔが設定温度Ｈｓｔを超えた当初において、ヒ
ータ制御手段Ａ３がエンジン回転数Ｎｅ又は吸気量Ａ／
Ｎが設定値の内でヒータオフ用の第１設定値Ｎｓ２を上
回るとヒータＡ２をオフし、その後時間が経過した後は
エンジン回転数Ｎｅ又は吸気量Ａ／Ｎがヒータオフ用の
第１設定値Ｎｓ２より低いヒータオフ用の第２設定値Ｎ
ｓ１を上回るとヒータＡ２をオフすることが考えられ
る。この構成によれば、エンジン温度が設定温度Ｈｓｔ
に達しない間はヒータを切るので無駄な電力消費を押さ
えられ、その後設定温度に達してからは、積極的にヒー
タによる加熱が行なわれ、更に、暖機が進んでからはヒ
ータによる必要最低限の加熱が行なわれる。

【００２０】これをより具体的に達成する手段として、
第１の発明を特に、エンジン温度Ｅｔが設定温度Ｈｓｔ
を超えた時点から間における設定値の内でヒータオフ用
の設定値Ｎｓ３を、設定期間の経過後における上記ヒー
タオフ用の設定値Ｎｓ２より高く設定したことが考えら
れる。この構成によれば、特に設定期間Ｅｔ内では設定
値Ｎｓ３で、期間後には設定値Ｎｓ２で必ずヒータを切
り、無駄な電力消費を押さえ、空燃比出力の安定化を図
ることが出来る。

【００２１】又、設定温度に達したときにヒータの積極
作動の後にヒータを最小限作動に切り換える構成とし
て、第１の発明を特に、エンジン温度Ｅｔが設定温度Ｈ
ｓｔとこの設定温度より高く設定される第２設定温度Ｈ
ｓｔ２との間に有るときは、設定値の内でヒータオフ用
の設定値Ｎｓ３を、第２設定温度Ｈｓｔ２を上回った時
のヒータオフ用の設定値Ｎｓ２より高く設定することが
考えられる。この構成によれば、特に設定温度Ｈｓｔと
第２設定温度Ｈｓｔ２との間に有る時は設定値Ｎｓ３
で、第２設定温度Ｈｓｔ２を超えると設定値Ｎｓ２でヒ
ータを切り、無駄な電力消費を押さえ、空燃比出力の安
定化を図ることが出来る。

【００２２】第２の発明は、エンジンの排気路に設けら
れた触媒の上流側に設けられると共にセンサ加熱用のフ
ロントヒータＡ２を備えたフロント空燃比センサＡ１
と、触媒の下流に設けられると共にセンサ加熱用のリア
ヒータＡ５を備えたリア空燃比センサＡ６と、両ヒータ
Ａ２，Ａ５を制御するヒータ制御手段Ａ３と、エンジン
温度が空燃比フィードバック開始温度ＦＢｔ以上である
と両空燃比センサＡ１，Ａ６の各空燃比情報に基づき目
標空燃比を制御する空燃比制御手段Ａ４とを有し、空燃
比フィードバック開始温度ＦＢｔ又はそれ以下の温度で
ヒータ駆動用の設定温度Ｈｓｔを設定し、ヒータ制御手
段Ａ３がエンジン温度Ｅｔが設定温度Ｈｓｔ以上であり
且つエンジン回転数Ｎｅ又は吸気量Ａ／Ｎが設定値以下
であることが検出された際に、両ヒータＡ２，Ａ５を作
動することを特徴とする。

【００２３】この構成によれば、エンジン温度が設定温
度Ｈｓｔに達しないと両ヒータＡ２，Ａ５を切るので無
駄な電力消費を押さえられる。ここで、第２の発明を、
特にエンジン回転数Ｎｅ又は吸気量Ａ／Ｎの設定値がフ
ロントヒータＡ２用とリアヒータＡ５用とで別々に設定
され、前者用設定値Ｎｓ２よりも後者用設定値Ｎｓ１の
方が高く設定されることを特徴とする。この構成によれ
ば、フロントヒータＡ２よりリアヒータＡ５の作動域を
拡大出来、空燃比制御要センサ出力の安定化を図れる。

【００２４】ここで、第２の発明を、特にエンジン温度
Ｅｔが設定温度Ｈｓｔを超えた後において、当初はヒー
タ制御手段Ａ３はエンジン回転数Ｎｅ又は吸気量Ａ／Ｎ
が設定値の内でヒータオフ用の第１設定値Ｎｓ２を上回
るとヒータＡ２，Ａ５をオフし、その後時間が経過して
からはエンジン回転数Ｎｅ又は吸気量Ａ／Ｎがヒータオ
フ用の第１設定値Ｎｓ２より低いヒータオフ用の第２設
定値Ｎｓ１を上回るとヒータＡ２，Ａ５をオフし、しか
も、ヒータオフ用の第１設定値Ｎｓ２及び第２設定値Ｎ
ｓ１の内少なくとも第２設定値Ｎｓ１はフロントヒータ
Ａ２とリアヒータＡ５とで別々に設定され前者の設定値
より後者の設定値の方が高く成るように設定されること
を特徴とする。この構成によれば、特に、ヒータの駆動
をヒステリシス制御出来、しかもフロントヒータＡ２よ
りより冷えやすいリアヒータＡ５の作動域を拡大出来、
空燃比制御用センサ出力の安定化を図れる。

【００２５】第３の発明は、エンジンの燃焼室の吸入空
気量Ａ／Ｎを吸気管内の圧力情報に基づき算出するエン
ジンに装着され、エンジンの排気路に設けられると共に
センサ加熱用のヒータＡ２を備えた空燃比センサＡ１
と、ヒータＡ２を制御するヒータ制御手段Ａ３と、排気
路の温度が空燃比フィードバック開始温度ＦＢｔ以上で
あると空燃比センサＡ１の空燃比情報に基づき目標空燃
比を制御する空燃比制御手段Ａ４とを有し、空燃比フィ
ードバック開始温度ＦＢｔ又はそれ以下の温度でヒータ
駆動用の設定温度Ｈｓｔを設定し、ヒータ制御手段Ａ３
がエンジン温度Ｅｔが設定温度Ｈｓｔ以上であり且つエ
ンジン回転数Ｎｅが始動判定回転数Ｎｓｔと同始動判定
回転数より高い設定回転数Ｎｓ１以下であることが検出
された際に、ヒータＡ２を作動することを特徴とする。
この構成によれば、Ｄジェトロ方式のエンジンのエンジ
ン回転数によって設定域の判断が出来、構成の簡素化を
図りやすく、エンジン温度が設定温度Ｈｓｔに達しない
とヒータを切り、特に、エンジン回転数Ｎｅが始動判定
回転数Ｎｓｔと設定回転数Ｎｓ１の間に有る時のみヒー
タをオンするので無駄な電力消費を押さえられる。

【００２６】以下、図１の空燃比センサのヒータ制御装
置の作動を図８のＥＣＵメインルーチンや、図９の空燃
比センサ用ヒータ駆動制御ルーチンや図１０のインジェ
クタ駆動ルーチンに沿って説明する。メインルーチンで
エンジン回転数Ｎｅ、スロットル開度θｓ、エンジン温
度Ｅｔとしての冷却水温Ｗｔ、フロント及びリアの各空
燃比センサからの空燃比（Ａ／Ｆ）ｆ，（Ａ／Ｆ）ｒ情
報、吸気温センサ２２からの吸気温Ｔａ情報、負圧セン
サ２３からの吸気管圧Ｐｂ情報、排気温センサ４０から
の排気温度Ｅｘｔ情報，その他等の運転情報を取り込
む。

【００２７】そして、ステップａ２では下記の（１）式
で表される吸入空気の状態方程式Ｐｂ×Ｖ＝Ｎ×Ｒ×Ｔａ・・・・・・・（１）に基づき吸入空気量Ａ／Ｎを算出し、所定の記憶エリア
にストアする。なお、Ｐｂは下死点でのシリンダ内の圧
力、Ｖはシリンダ容積、Ｎは空気のモル数、Ｒはガス定
数、Ｔａは吸入空気温度を示す。

【００２８】この後ステップａ３に達すると、運転域を
算出する図示しない運転域マップより燃料カットゾーン
を判定し、燃料カット域ではステップａ４に進み、空燃
比フィードバックＦＬＧをクリアし、燃料カットＦＬＧ
を１としてステップａ１２に進む。他方、ステップａ３
で燃料カット域でないとしてステップａ６に達すると燃
料カットＦＬＧをクリアし、続いてステップａ７では空
燃比フィードバック条件を満たしているか否かを排気温
度Ｅｘｔがフィードバック開始温度ＦＢｔを卯埋まって
いるか否か判定する。満たしていない、例えば、排気温
度Ｅｘｔが低い場合や、パワー運転域のような過渡運転
域の時点や暖機完了前の時点ではステップａ８に進み、
そこで現運転情報（Ａ／Ｎ，Ｎ）に応じた空燃比補正係
数ＫＭＡＰの値をアドレスＫＡＦにストアし、ステップ
ａ１１に進む。

【００２９】ステップａ７より空燃比フィードバック条
件を満たしているとしてステップａ９，ａ１０に達する
と、ここではフロント空燃比センサ２９とリア空燃比セ
ンサ３０とに基づいて燃料量補正係数Ｋ_FBを算出する。
なお、この算出については前述の特開昭６４−５３０４
３号公報等に詳細に開示されている。この後、ステップ
ａ９ではアドレスＫＡＦに燃料量補正係数Ｋ_FBをストア
し、ステップａ１１に進む。ここでは、その他の燃料噴
射パルス幅補正係数ＫＤＴや、燃料噴射弁のデッドタイ
ムの補正値ＴＤを運転条件に応じて設定し、ステップａ
１２に進む。ステップａ１２では空燃比センサ用ヒータ
駆動制御を行い、ステップａ１に戻る。

【００３０】空燃比センサ用ヒータ駆動制御ルーチンは
図９に示すように実行される。ここでは同ルーチンの説
明に先立ち、フロント空燃比センサ２９及びリア空燃比
センサ３０の運転時の温度特性を図６及び図７に沿って
説明する。ここでフロント空燃比センサ２９及びリア空
燃比センサ３０は共にヒータがオフ時にはｃ線で示すよ
うに２０００ｒｐｍあるいは２５００ｒｐｍ以上に達し
ないと活性化温度に達していない。他方、ヒータがオン
時にはフロント空燃比センサ２９及びリア空燃比センサ
３０は共にｂ線で示すように１３００ｒｐｍ以上で活性
化温度に達している。なお、黒丸の連続するａ線は排気
温度Ｅｘｔを示している。

【００３１】ここではこのような特性に基づき、始動判
定回転数Ｎstatを５００ｒｐｍ、第１判定回転数Ｎｓ１
を２０００ｒｐｍ、第２判定回転数Ｎｓ２を２５００ｒ
ｐｍ、第３判定回転数Ｎｓ３を４５００ｒｐｍと設定し
た。空燃比センサ用ヒータ駆動制御ルーチンでは、まず
ステップｂ１において実際のエンジン回転数Ｎｅが始動
判定回転数Ｎstatを上回ったか否か判断し、始動前はス
テップｂ３、ｂ４に進み、フロントヒータ３１及びリア
ヒータ３２をオフに保持する。始動完了後はステップｂ
２に達し、ここでは、エンジン温度としての冷却水温Ｗ
ｔが第１判定水温Ｗｔｓ１（設定温度Ｈｓｔに相当す
る）を上回ったか否か判断する。ここでの第１判定水温
Ｗｔｓ１はフィードバック開始温度ＦＢｔより若干低い
温度に設定されている。この第１判定水温Ｗｔｓ１を上
回らない間はステップｂ３，ｂ４に進み、上回るとステ
ップｂ５に進む。なお、フィードバック開始温度ＦＢｔ
は１５℃〜３０℃の間のいずれかの温度で設定される。

【００３２】ここでの処理によれば、エンジン温度が第
１判定水温Ｗｔｓ１（設定温度Ｈｓｔ）に達しないとフ
ロントヒータＡ２とリアヒータＡ５を切るので無駄な電
力消費を押さえられる。ステップｂ５では冷却水温Ｗｔ
が第２判定水温Ｗｔｓ２を上回ったか否か判断する。こ
こでの第２判定水温Ｗｔｓ２は第１判定水温Ｗｔｓ１よ
り高く設定される。冷却水温Ｗｔがを上回らない間はス
テップｂ６に進み、更に第３判定回転数Ｎｓ３をエンジ
ン回転数Ｎｅが上回るか否かの判断を行う。この第３判
定回転数Ｎｓ３はエンジン温度がフィードバック開始温
度ＦＢｔを上回った後において、ヒータが熱劣化ゾーン
に達していると見做せる値（図６，図７参照）であり、
この値を上回るとステップｂ３に進み、両ヒータ３１，
３２を切る。ステップｂ６で第３判定回転数Ｎｓ３をエ
ンジン回転数Ｎｅが下回る場合は、ステップｂ８，ｂ９
で両ヒータをオン処理し、メインルーチンにリターンす
る。

【００３３】ここでの処理によれば、特に第１判定水温
Ｗｔｓ１（設定温度Ｈｓｔ）と第２判定水温Ｗｔｓ２
（第２設定温度Ｈｓｔ２）との間にある時は設定値Ｎｓ
３を越えるまではヒータをオンするので、センサが積極
的に温められて活性化が促進される。他方、冷却水温Ｗ
ｔが第２判定水温Ｗｔｓ２を上回ったとしてステップｂ
５よりステップｂ７に達すると、ここではエンジン回転
数Ｎｅが第１判定回転数Ｎｓ１（２０００ｒｐｍ）を上
回ったか否か判断し、下回っている内は活性化が不十分
としてステップｂ８，ｂ９で両ヒータをオン処理し、上
回るとステップｂ１０に進む。ここでは更に、エンジン
回転数Ｎｅが第２判定回転数Ｎｓ２（２５００ｒｐｍ）
を上回ったか否か判断し、上回った場合は十分な活性化
が成されていると見做されてステップｂ３，ｂ４に進
み、フロントヒータ３１及びリアヒータ３２をオフす
る。

【００３４】他方、ステップｂ１０でエンジン回転数Ｎ
ｅが第２判定回転数Ｎｓ２（３０００ｒｐｍ）を下回っ
ている間は、ステップｂ１１，ｂ１２に進み、フロント
空燃比センサ２９の温度が適正な範囲にあるものとし、
リア空燃比センサ３０はそのまま加熱を継続しメインル
ーチンにリターンする。ここでの処理によれば、フロン
トヒータ３１とリアヒータ３２とがそれぞれ必要最小限
の運転域でヒータの加熱を受けることになり、ヒータ電
力の節約が図られる。メインルーチンの途中でクランク
パルスの入力に応じ、インジェクタ駆動ルーチンが周知
の如くに行われる。即ち、図１０に示すように、ステッ
プｃ１でクランクパルス周期からエンジン回転数Ｎeを
算出し、（１）式で求めた一吸気行程当たりの位置急機
行程吸入空気量Ａ／Ｎを取り込み、ステップｃでは燃料
カットフラグＦＣＦＬＧがオンではリターンし、オフで
はステップｃ４に進む。ここで、基本燃料パルス幅Ｔｆ
を設定し、メインパルス幅Ｔinj（＝Ｔｆ×ＫＡＦ×Ｋ
ＤＴ＋ＴＤ）を算出し、ステップｃ６に進む。

【００３５】ここで、Ｔinjを各インジェクタ駆動用ド
ライバーにセットし、各ドライバーをトリガする。この
結果、各インジェクタ３が所定噴射タイミングで燃料噴
射を行なうことと成る。このように図１の装置は吸入空
気量Ａ／Ｎを吸気管圧Ｐｂと情報、吸気温度Ｔａに応じ
て（１）式より算出していた。このようなエアフローセ
ンサを持たない所謂Ｄジェトロ方式のエンジンにおい
て、ヒータの作動範囲を設定する運転パラメータとして
直接検出することの出来ない吸入空気量を用いずに、エ
ンジン回転数Ｎｅを選択し、このエンジン回転数検出に
基づいて始動（始動判定回転数Ｎstatによって検出）、
及びヒータ不要（またはフェイル発生）領域（第３判定
回転数Ｎｓ３等によって検出）におけるヒータの作動を
禁止するようにしたので、ヒータ制御に使用するセンサ
及びロジックの省力化を図れる利点が有る。

【００３６】このように図１の装置はＤジェトロ方式の
エンジン１として説明したが、これに代えて吸入空気量
Ａ／Ｎをエアーフローセンサの吸入空気量とエンジン回
転数によって直接算出する方式を採っても良い。この場
合、負圧センサ２３を排除し、図示しない周知のエアフ
ローセンサを採用し、メインルーチンのステップａ２の
処理に代えて、吸入空気量Ａ／Ｎをエアーフローセンサ
の吸入空気量とエンジン回転数より算出することと成
る。この場合も、上述とほぼ同様の作用効果が得られ
る。又、上記実施例において、ヒータを積極的に作動さ
せる運転状態を設定する際に、ステップｂ５で冷却水温
が第２判定水温を上回ったか否かを検出したが、これは
冷却水温が第１判定水温を上回った時に作動を開始する
タイマを備え、ステップｂ５の判定の代わりに該タイマ
のカウント値が設定値に達したか否かを検出するステッ
プを設け、達した場合にステップｂ７に至り未達の場合
にステップｂ６に至ように構成しても良い。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、第１の発明によれば、エ
ンジン温度が設定温度Ｈｓｔに達しない間はヒータを切
るので無駄な電力消費を押さえられ、空燃比フィードバ
ック開始時に確実にセンサの活性化を図れ、ヒータの無
駄な電力消費を押さえられる。特に、設定期間内では比
較的大きな設定値で、設定期間後には比較的小さな設定
値でヒータを切るので、無駄な電力消費を押さえ、空燃
比制御用センサ出力の安定化を図ることが出来る。特
に、第２設定温度以下では比較的大きな設定値で、第２
の設定温度を越えると比較的小さな設定値でヒータを切
るように構成数ことにより、無駄な電力消費を押さえる
一方で早期のセンサ活性化が図られ、空燃比制御用セン
サ出力の安定化を図ることが出来る。

【００３８】第２の発明によれば、エンジン温度が設定
温度Ｈｓｔに達しない間はフロント及びリアの両ヒータ
を切るので無駄な電力消費を押さえられ、空燃比フィー
ドバック開始時に確実にセンサの活性化を図れ、両ヒー
タの無駄な電力消費を押さえられる。特に、請求項６の
構成によると、フロントヒータより冷えやすいリアヒー
タの作動域を拡大出来、空燃比出力の安定化を図れる。
更に、請求項７の構成によると、電力消費の低減に加
え、センサの早期活性化をも図れ、空燃比制御用センサ
出力の安定化を図ることもできる。第３の発明によれ
ば、Ｄジェトロ方式のエンジンにおいて、エンジン温度
が設定温度Ｈｓｔに達しない間はヒータを切るので無駄
な電力消費を押さえられ、特に、ヒータの作動範囲を設
定する運転パラメータとしてエンジン回転数が採用され
るので、ヒータ制御に使用するセンサ及びロジックの省
力化を図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空燃比センサのヒータ制御装置の概略
全体構成図である。

【図２】図１の装置で用いる空燃比センサの拡大要部断
面図である。

【図３】第１発明の構成ブロック図である。

【図４】第２発明の構成ブロック図である。

【図５】第３発明の構成ブロック図である。

【図６】図１の装置で用いるフロント空燃比センサの温
度特性線図図である。

【図７】図１の装置で用いるリア空燃比センサの温度特
性線図である。

【図８】図１の装置で用いるＥＣＵメインルーチンのフ
ローチャートである。

【図９】図１の装置で用いる空燃比センサ用ヒータ駆動
ルーチンのフローチャートである。

【図１０】図１の装置で用いるインジェクタ駆動ルーチ
ンのフローチャートである。

【図１１】通常の三元触媒の浄化効率特性線図である。

【図１２】空燃比制御装置で用いる空燃比センサの出力
特性線図である。

【符号の説明】

１エンジン１２排気路１５吸気路２２吸気温センサ２３負圧センサ２５エンジン回転数センサ２６ＥＣＵ２９フロント空燃比センサ３０リア空燃比センサ４０排気温センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの排気路に設けられると共にセン
サ加熱用のヒータを備えた空燃比センサと、上記ヒータ
を制御するヒータ制御手段と、上記排気路の温度が空燃
比フィードバック開始温度以上であると上記空燃比セン
サの空燃比情報に基づき目標空燃比を制御する空燃比制
御手段とを有し、上記空燃比フィードバック開始温度又
はそれ以下の温度でヒータ駆動用の設定温度を設定し、
上記ヒータ制御手段がエンジン温度が上記設定温度以上
であり且つエンジン回転数又は吸気量が設定値以下であ
ることが検出された際に、上記ヒータを作動することを
特徴とする空燃比センサのヒータ制御装置。
【請求項２】上記エンジン温度が上記設定温度を超えた
後において、その直後しばらくの間はヒータ制御手段
が、上記エンジン回転数又は吸気量が上記設定値の内で
ヒータオフ用の第１設定値を上回ると上記ヒータをオフ
し、その後は上記エンジン回転数又は吸気量が上記ヒー
タオフ用の設定値より低いヒータオフ用の第２設定値を
上回ると上記ヒータをオフすることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の空燃比センサのヒータ制御装置。
【請求項３】上記エンジン温度が上記設定温度を超えた
時点から設定期間の間における上記設定値の内でヒータ
オフ用の設定値を、上記設定期間の経過後における上記
ヒータオフ用の設定値より高く設定したことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の空燃比センサのヒータ制
御装置。
【請求項４】上記エンジン温度が上記設定温度とこの設
定温度より高く設定される第２設定温度との間に有ると
きは、上記設定値の内でヒータオフ用の設定値を、上記
第２設定温度を上回った時の上記ヒータオフ用の設定値
より高く設定したことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の空燃比センサのヒータ制御装置。
【請求項５】エンジンの排気路に設けられた触媒の上流
側に設けられると共にセンサ加熱用のフロントヒータを
備えた前部空燃比センサと、上記触媒の下流に設けられ
ると共にセンサ加熱用のリアヒータを備えた後部空燃比
センサと、上記両ヒータを制御するヒータ制御手段と、
上記エンジンの温度が空燃比フィードバック開始温度以
上であると上記両空燃比センサの各空燃比情報に基づき
目標空燃比を制御する空燃比制御手段とを有し、上記空
燃比フィードバック開始温度又はそれ以下の温度でヒー
タ駆動用の設定温度を設定し、上記ヒータ制御手段がエ
ンジン温度が上記設定温度以上であり且つエンジン回転
数又は吸気量が設定値以下であることが検出された際
に、上記両ヒータを作動することを特徴とする空燃比セ
ンサのヒータ制御装置。
【請求項６】上記エンジン回転数又は吸気量の設定値が
上記フロントヒータ用と上記リアヒータ用とで別々に設
定され、前者用設定値よりも後者用設定値の方が高く設
定されることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の
エンジンの空燃比制御装置。
【請求項７】上記エンジン温度が上記設定温度を超えた
後において、その直後しばらくの間は上記ヒータ制御手
段が、上記エンジン回転数又は吸気量が上記設定値の内
でヒータオフ用の第１設定値を上回ると上記ヒータをオ
フし、その後は上記エンジン回転数又は吸気量が上記ヒ
ータオフ用の設定値より低いヒータオフ用の第２設定値
を上回ると上記ヒータをオフすると共に、上記ヒータオ
フ用の第１設定値及び第２設定値の内少なくとも上記第
２設定値は上記フロントヒータとリアヒータとで別々に
設定され前者の設定値より後者の設定値の方が高く成る
ように設定することを特徴とする特許請求の範囲第５項
記載の空燃比センサのヒータ制御装置。
【請求項８】エンジンの燃焼室の吸入空気量を吸気管内
の圧力情報に基づき算出するエンジ２ンに装着され、上
記エンジンの排気路に設けられると共にセンサ加熱用の
ヒータを備えた空燃比センサと、上記ヒータを制御する
ヒータ制御手段と、上記排気路の温度が空燃比フィード
バック開始温度以上であると上記空燃比センサの空燃比
情報に基づき目標空燃比を制御する空燃比制御手段とを
有し、上記空燃比フィードバック開始温度又はそれ以下
の温度でヒータ駆動用の設定温度を設定し、上記ヒータ
制御手段がエンジン温度が上記設定温度以上であり且つ
エンジン回転数が始動判定回転数と同始動判定回転数よ
り高い設定回転数との間の回転数であることが検出され
た際に、上記ヒータを作動することを特徴とする空燃比
センサのヒータ制御装置。