JPH06331498A - 負荷制御装置における異常検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 負荷の劣化に伴う異常を判定可能にするとと
もに、異常の判定精度を向上させる。 【構成】 ＥＣＵ２４はマイコン２８とバッファ２９と
ヒータ通電回路３０とを備え、ヒータ通電回路３０には
酸素センサのヒータ１６が接続される。ヒータ通電回路
３０において、バッテリ２５とヒータ１６と保護抵抗Ｒ
P とトランジスタＴr1とが直列に接続されるとともに、
ヒータ１６に直列に且つ保護抵抗ＲP 及びトランジスタ
Ｔr1に並列にシャント抵抗ＲT が接続される。ヒータ１
６はトランジスタＴr1のオン・オフ動作に応じて通電制
御される。シャント抵抗ＲT はヒータ１６の電流値を電
圧値として検出する。又、コンパレータ３３，３４は接
続点Ｐにおける検出電圧ＶHDとしきい値ＶTH1 ，ＶTH2
とを比較判定し、その判定結果を出力する。マイコン２
８はコンパレータ３３，３４の出力信号Ｃ１，Ｃ２に応
じて、ヒータ１６の劣化に伴う異常やヒータ制御系の異
常を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、酸素センサ
に用いられるヒータ等の抵抗型負荷や、燃料噴射弁に用
いられる電磁弁等のコイル型負荷といった負荷を制御す
るための装置において、負荷の劣化や、負荷の制御系に
生じる異常を検出するための負荷制御装置における異常
検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、負荷制御系の異常を検出する
ための異常検出装置として、例えば特開平３−１６５２
４５号公報や、実開昭６２−１５３５６６号公報が開示
されている。

【０００３】特開平３−１６５２４５号公報に開示され
ている異常検出装置では、トランジスタ（スイッチング
素子）のオン・オフ動作に応じて、酸素センサを加熱す
るためのヒータ（負荷）を通電制御するとともに、ヒー
タのオン時における電流値を検出し、そのヒータの電流
値に基づいてヒータ制御系の異常を判定していた。

【０００４】一方、実開昭６２−１５３５６６号公報に
開示されている異常検出装置では、酸素センサのヒータ
（負荷）をコントローラにてデューティ制御するととも
に、ヒータの接地側電圧を平滑回路を用いて平滑化して
いた。そして、コントローラは、制御デューティにより
想定されるヒータ電圧と平滑回路から出力される実際の
平均ヒータ電圧との比較に基づいてヒータ制御系の異常
を検出していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
異常検出装置では、以下のような問題が生じていた。つ
まり、特開平３−１６５２４５号公報では、ヒータのオ
ン時にヒータの異常を検出する構成としているために、
スイッチング素子の損失（オン抵抗，サチュレーション
電圧）の影響を受けてヒータに流れる電流が大きく変化
する。特に、ヒータの劣化レベルが小さい時には、ヒー
タの電流が前述のスイッチング素子の損失に大きく左右
されるために電流値の検出精度が低下し、それに伴い異
常判定の精度も低下するおそれがあった。

【０００６】さらに、実開昭６２−１５３５６６号公報
では、ヒータへの駆動デューティ１００％の状態が長時
間続くと、ヒータ異常の検出ができなくなるという問題
があり、又、平滑回路は充分な平滑機能を持たせるため
に大きな時定数にする必要があり応答性の点でも問題が
あった。

【０００７】さらに加えて、上記従来の異常検出装置の
構成では、単に負荷の正常・異常を検出するのみで負荷
の劣化に伴う異常検出が不可能であり、劣化異常をも検
出できる装置が望まれていた。

【０００８】この発明は、上記問題に着目してなされた
ものであって、その目的とするところは、負荷の劣化に
伴う異常を判定可能にするとともに、異常の判定精度を
向上させることができる負荷制御装置における異常検出
装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は、電源と負荷とスイッチング素子とを
直列に接続し、前記スイッチング素子のオン・オフ動作
に応じて前記負荷を通電又は遮断するようにした負荷制
御装置に用いられるものであって、前記負荷に直列に、
且つ、前記スイッチング素子に並列に接続された電流検
出用抵抗と、前記負荷の通電の遮断時において、前記電
流検出用抵抗により検出された前記負荷の電流値が所定
のしきい値以下であれば、前記負荷に異常が発生したと
判定する異常判定手段とを備えたことを要旨とするもの
である。

【００１０】又、第２の発明は、電源と負荷とスイッチ
ング素子とを直列に接続し、前記スイッチング素子のオ
ン・オフ動作に応じて前記負荷を通電又は遮断するよう
にした負荷制御装置に用いられるものであって、前記負
荷に直列に、且つ、前記スイッチング素子に並列に接続
された電流検出用抵抗と、前記負荷の通電の遮断時にお
いて、前記電流検出用抵抗により検出された前記負荷の
電流値が所定のしきい値以下であれば、前記負荷に異常
が発生したと判定するとともに、前記負荷の通電時にお
いて、前記負荷の電流値が所定のしきい値以上であれ
ば、前記負荷の制御系に異常が発生したと判定する異常
判定手段とを備えたことを要旨とするものである。

【００１１】さらに、上記第１又は第２の発明におい
て、前記負荷の電流値を判定するためのしきい値を、複
数段に設けるようにしてもよい。さらに、前記電源の電
圧値が所定値以下では異常検出を禁止するようにしても
よい。

【００１２】

【作用】上記第１の発明によれば、スイッチング素子の
オン動作により負荷が通電され、同スイッチング素子の
オフ動作により負荷の通電が遮断される。又、負荷に直
列に、且つ、スイッチング素子に並列に接続された電流
検出用抵抗により、負荷の通電遮断時における負荷の電
流値が検出される。そして、異常判定手段は、負荷の通
電の遮断時において、負荷の電流値が所定のしきい値以
下であれば、負荷に異常が発生したと判定する。

【００１３】つまり、例えば、経時変化に伴い負荷の劣
化が進行すると、負荷の内部抵抗が増大し、電流値の減
少を招く。そこで、異常判定手段にて負荷の電流値の低
下を検出することにより、劣化に伴う異常が判定され
る。又、この異常判定は、負荷の通電の遮断時（スイッ
チング素子のオフ時）に行われるため、スイッチング素
子のオン抵抗等の損失による影響を受けることなく負荷
の電流値が検出され、電流値の検出精度が向上するとと
もに、異常判定の精度が向上する。

【００１４】又、第２の発明によれば、異常判定手段
は、負荷の通電の遮断時において、電流検出用抵抗によ
り検出された負荷の電流値が所定のしきい値以下であれ
ば、負荷に異常が発生したと判定するとともに、負荷の
通電時において、負荷の電流値が所定のしきい値以上で
あれば、負荷の制御系に異常が発生したと判定する。

【００１５】つまり、この第２の発明では、上記第１の
発明と同様に負荷の通電の遮断時において、負荷の劣化
に伴う異常判定が可能となるとともに、負荷の通電時に
おいて、負荷の制御系に発生する異常判定が可能とな
る。

【００１６】さらに、負荷の電流値を判定するためのし
きい値を、複数段に設けることにより、負荷の劣化や制
御系の異常の程度をも判定できる。さらに、電源の電圧
値が所定値以下では異常検出を禁止することにより、誤
検出の防止が図られる。

【００１７】

【実施例】以下、この発明の負荷制御装置における異常
検出装置を具体化した一実施例を図面に従って説明す
る。

【００１８】図２は、車両に搭載される多気筒火花点火
式ガソリンエンジンの概略構成を示す図である。図２に
おいて、シリンダヘッド２及びシリンダブロック３から
なるエンジン本体１には、気筒４が設けられており、気
筒４にはピストン５が嵌挿されている。又、エンジン本
体１には、吸気弁６及び排気弁７を介して吸気通路８及
び排気通路９が接続されている。気筒４内にはシリンダ
ヘッド２、シリンダブロック３、ピストン５、吸気弁６
及び排気弁７等に包囲されて燃焼室１０が形成され、こ
の燃焼室１０には点火プラグ１１が設けられている。シ
リンダブロック３に設けられたウォータジャケット２７
には水温センサ２６が配設されており、水温センサ２６
はウォータジャケット２７内の冷却水の温度に応じた水
温信号ＴW を出力する。

【００１９】吸気通路８には、その上流側から、順次、
吸入空気を浄化するエアフィルタ１２、吸入空気量を検
出するエアフロメータ１３、アクセルペダルに連動して
吸気通路８を開閉するスロットル弁１４、及び、燃料供
給部から圧送される燃料を吸気通路８の下流部分を形成
する吸気ポート部に向けて噴射する燃料噴射弁１５がぞ
れぞれ設けられている。

【００２０】排気通路９には、その上流側から、順次、
酸素センサ１７、排気ガス浄化作用の三元触媒コンバー
タ１８、及び、排気音を消音するためのサイレンサ１９
が設けられている。酸素センサ１７には、本実施例にお
ける負荷としてのヒータ１６が付設されている。酸素セ
ンサ１７は、同センサ１７の温度が概ね６５０℃を越え
た場合には活性状態となる。そして、この活性状態で正
常に作動し、燃焼室１０での燃焼に供される混合気の空
燃比が理論空燃比近傍となる状態を境界として、リッチ
側にある場合とリーン側にある場合とで互いに異なるレ
ベルをとる二値の酸素濃度信号ＶO2を出力する。

【００２１】又、エンジン本体１には、クランクシャフ
トによりその回転軸が回転駆動されるディストリビュー
タ２０が取り付けられている。このディストリビュータ
２０にはクランク角センサ２１が設けられており、同ク
ランク角センサ２１はエンジンの回転速度に応じたクラ
ンク角信号ＳC を出力する。さらに、ディストリビュー
タ２０には、点火時期制御部２２と一体化された点火コ
イル部２３が接続されている。

【００２２】電子制御装置（以下、ＥＣＵという）２４
は、燃料噴射弁１５による燃料噴射、及び点火プラグ１
１による点火のそれぞれに対する制御を行うものであっ
て、電源であるバッテリ２５からのバッテリ電圧ＶB
（１２Ｖ）にて駆動する。ＥＣＵ２４には、エアフロメ
ータ１３からの吸入空気量信号ＳM 、クランク角センサ
２１からのクランク角信号ＳC 、酸素センサ１７からの
酸素濃度信号ＶO2、及び、水温センサ２６からの水温信
号ＴW 等が入力される。そして、ＥＣＵ２４は、各種セ
ンサからの出力信号（ＳM ，ＳC ，ＶO2，ＴW ）に基づ
いて、燃料噴射制御及び点火時期制御を実施する。さら
に、本実施例においては、ＥＣＵ２４により、酸素セン
サ１７に付設されたヒータ１６の通電制御及び異常判定
が実施されるようになっている（詳しくは、後述す
る）。

【００２３】ここで、ＥＣＵ２４による燃料噴射制御に
ついて説明する。ＥＣＵ２４は、エンジンの運転状態が
所定の条件を満たすとき、例えば、その運転状態が、加
速状態及び減速状態でなく、高負荷高回転状態でもな
く、且つ、始動状態でもないときには、吸入空気量信号
ＳM とクランク角信号ＳC とに応じて基本燃料噴射量を
算出する。さらに、ＥＣＵ２４は、同基本燃料噴射量を
酸素センサ１７からの酸素濃度信号ＶO2に基づいて補正
し、その燃料噴射量に応じたパルス幅を有する噴射パル
ス信号ＣP を生成する。この補正に際し、ＥＣＵ２４
は、酸素濃度信号ＶO2により、混合気の空燃比が理論空
燃比に対してリーン側にあることが検知される場合には
基本燃料噴射量を所定量だけ増量し、リッチ側にあるこ
とが検知される場合には基本燃料噴射量を所定量だけ減
量する。これにより、空燃比のフィードバック制御が行
われて実際の空燃比が目標空燃比とされる理論空燃比に
収束するものとなる。そして、燃料噴射弁１５が噴射パ
ルス信号ＣP のパルス幅に応じた期間だけ開弁し、エン
ジンの運転状態に応じた量の燃料が吸気ポート部に噴射
される。

【００２４】又、ＥＣＵ２４による点火時期制御につい
て説明すると、ＥＣＵ２４は、吸入空気量信号ＳM ，ク
ランク角信号ＳC 等に基づいてエンジンの運転状態に応
じた点火時期（通常点火時期）を設定し、この通常点火
時期に対応するものとされた点火制御信号Ｃq を点火時
期制御部２２に供給する。これにより、点火コイル部２
３から点火制御信号Ｃq に対応するタイミングを有する
二次側高電圧パルスが得られ、それがディストリビュー
タ２０を介して点火プラグ１１に供給される。そして、
点火プラグ１１はＥＣＵ２４により設定された点火時期
に従って火花を発し、燃焼室１０内の混合気を点火す
る。

【００２５】点火された混合気は排気ガスとなって燃焼
室１０から排気通路９に排出され、三元触媒コンバータ
１８で浄化された後、外部に排出される。次に、ＥＣＵ
２４の電気的構成について図１を用いて説明する。な
お、図１は、ヒータ１６の通電制御及び異常判定に係わ
る構成のみを示し、図２で示した燃料噴射制御や点火時
期制御に係わる構成を省略したものである。

【００２６】図１に示すように、ＥＣＵ２４は、マイク
ロコンピュータ（以下、マイコンと略す）２８と、バッ
ファ２９と、ヒータ通電回路３０とを備えており、ヒー
タ通電回路３０には前述したヒータ１６が接続されてい
る。マイコン２８は、各種センサからの信号を入力する
Ａ／Ｄ変換器、後述の処理ルーチン等を含む種々のプロ
グラムを記憶したＲＯＭ、及び、自己診断結果を記憶し
電源によりバックアップされるＲＡＭ等を備えている。
又、本実施例では、マイコン２８により異常判定手段が
構成されており、同マイコン２８はヒータ１６に流れる
電流に応じて、ヒータ１６の劣化に伴う異常や、ヒータ
制御系の異常（バッテリ短絡等）を判定する。

【００２７】ヒータ通電回路３０は、ヒータ１６の通電
を制御するためのヒータ通電部３１と、電流検出用抵抗
としてのシャント抵抗ＲT と、接続点Ｐ（ヒータ１６と
シャント抵抗ＲT との接続点）における検出電圧ＶHDの
レベルを判定するための電圧レベル判定部３２とから構
成されている。

【００２８】詳しくは、ヒータ通電部３１は、スイッチ
ング素子としてのＭＯＳ型トランジスタ（以下、トラン
ジスタと略す）Ｔr1と保護抵抗ＲP とを備えており、ト
ランジスタＴr1のオン・オフ動作に応じてヒータ１６の
通電を制御する。又、シャント抵抗ＲT は、トランジス
タＴr1側の抵抗値（トランジスタＴr1の抵抗値と保護抵
抗ＲP との抵抗値）の数〜数十倍の抵抗値を有するもの
であり、このシャント抵抗ＲT によりヒータ１６の通電
時、又は通電遮断時における電流値が電圧値として検出
される。

【００２９】つまり、図１の構成によれば、バッテリ２
５とヒータ１６と保護抵抗ＲP とトランジスタＴr1とが
直列に接続されるとともに、ヒータ１６に直列に、且
つ、保護抵抗ＲP 及びトランジスタＴr1に並列にシャン
ト抵抗ＲT が接続されている。従って、ヒータ１６の通
電時（トランジスタＴr1のオン時）には、トランジスタ
Ｔr1、保護抵抗ＲP 、及びシャント抵抗ＲT の抵抗値に
応じて検出電圧ＶHDが検出され、ヒータ１６の通電遮断
時（トランジスタＴr1のオフ時）には、シャント抵抗Ｒ
T の抵抗値に応じて検出電圧ＶHDが検出されることにな
る。

【００３０】又、電圧レベル判定部３２は、コンパレー
タ３３，３４と、抵抗Ｒ11〜Ｒ14，Ｒ21〜Ｒ24とを備え
ている。そして、コンパレータ３３，３４は、接続点Ｐ
における検出電圧ＶHDと、抵抗Ｒ11〜Ｒ14，Ｒ21〜Ｒ24
により設定されるしきい値ＶTH1 ，ＶTH2 とを比較判定
し、その判定結果に応じた出力信号Ｃ１，Ｃ２を出力す
る。詳しくは、ＶHD≧ＶTH1 であれば、一方のコンパレ
ータ３３の出力信号Ｃ１がＬレベル（低レベル）とな
り、ＶHD＜ＶTH1 であれば、同出力信号Ｃ１がＨレベル
（高レベル）となる。又、ＶHD≧ＶTH2 であれば、他方
のコンパレータ３４の出力信号Ｃ２がＬレベルとなり、
ＶHD＜ＶTH2 であれば、同出力信号Ｃ２がＨレベルとな
る。ここで、しきい値ＶTH1 ，ＶTH2 の関係は、ＶTH1
＞ＶTH2 となっている（図７参照）。

【００３１】なお、抵抗型負荷であるヒータ１６は、経
時変化などの要因により劣化を生じ、ここではヒータ１
６の劣化について説明する。つまり、図３に示すよう
に、ヒータ１６の劣化が進むと、その内部抵抗が増加
し、ヒータ１６を流れる電流値が減少する。そして、こ
のヒータ１６の劣化は、同ヒータ１６の加熱温度の低下
を招き、引いては、酸素センサ１７の活性不良という問
題を生じるおそれがある。そこで、本実施例では、ヒー
タ１６の劣化を検出電圧ＶHDの減少として検出するもの
である。

【００３２】次いで、本実施例の作用について図４〜図
９に基づいて説明する。図４〜図６はマイコン２８によ
り実行される処理ルーチンであり、図４のヒータ制御ル
ーチンは１６ｍｓ周期で、図５のヒータ制御系異常判定
ルーチンは１２８ｍｓ周期で、さらに、図６のヒータ劣
化検出ルーチンは６４ｍｓ周期で実行される。なお、各
ルーチンでは、種々の異常の状態を示すためにフラグＦ
１〜Ｆ６を用いている。このうち、フラグＦ１〜Ｆ３は
ヒータ制御系の異常に関するフラグ（Ｆ１：バッテリ短
絡フラグ，Ｆ２：ヒータ制御系異常フラグ，Ｆ３：正常
フラグ）を示し、フラグＦ４〜Ｆ６はヒータ１６の劣化
に伴う異常に関するフラグ（Ｆ４：ヒータ劣化大フラ
グ，Ｆ５：ヒータ劣化小フラグ，Ｆ６：正常フラグ）を
示している。

【００３３】さて、図４のヒータ制御ルーチンが起動さ
れると、マイコン２８は、先ずステップ１０１にてバッ
テリ短絡フラグＦ１，ヒータ制御系異常フラグＦ２，ヒ
ータ劣化大フラグＦ４がセット（Ｆ１＝１，Ｆ２＝１，
Ｆ４＝１）されているか否かを判別する。そして、各フ
ラグが全てクリア（Ｆ１＝０，Ｆ２＝０，Ｆ４＝０）さ
れていれば、マイコン２８はステップ１０２に移行す
る。なお、各フラグＦ１，Ｆ２，Ｆ４に関する処理につ
いては後述する。

【００３４】マイコン２８は、ステップ１０２でマイコ
ン２８内に設けられたカウンタ値Ｋを「１」インクリメ
ントする。このカウンタ値Ｋにより本ルーチンの実行回
数が計測される。

【００３５】その後、マイコン２８は、ステップ１０３
でその時のクランク角信号ＳC に基づいて算出されるエ
ンジン回転数Ｎｅが６０００ｒｐｍ以下であるか否かを
判別する。この判別処理は、ヒータ１６の通電条件が成
立していることを確認するためのものであり、Ｎｅ≦６
０００ｒｐｍであれば、マイコン２８は通電条件が成立
しているものとみなしてステップ１０４に移行する。

【００３６】マイコン２８は、ステップ１０４で前記ス
テップ１０２で計測されたカウンタ値Ｋが所定値Ｋ0 以
上であるか否かを判別する。そして、Ｋ＜Ｋ0 であれ
ば、マイコン２８はステップ１０５に移行し、ヒータ１
６をオン（通電）させる。このヒータ１６の通電により
酸素センサ１７が加熱される。

【００３７】一方、前記ステップ１０１でＦ１，Ｆ２，
Ｆ４のいすれかがセット状態（Ｆ１＝１，Ｆ２＝１，Ｆ
４＝１）であるか、前記ステップ１０３でＮｅ＞６００
０ｒｐｍであるか、又、前記ステップ１０４でＫ≧Ｋ0
であれば、マイコン２８はステップ１０６に移行する。
そして、マイコン２８は、ステップ１０６でヒータ１６
をオフ（通電遮断）させる。

【００３８】このように、カウンタ値Ｋに応じてヒータ
１６のオン（通電）時期とオフ（通電遮断）時期とが設
定される。そして、以下のマイコン２８の動作におい
て、ヒータ１６のオン時期にヒータ制御系の異常判定処
理が実行され、オフ時期にヒータ劣化検出処理が実行さ
れる。

【００３９】一方、図５のヒータ制御系異常判定ルーチ
ンが起動されると、マイコン２８は、先ずステップ２０
１で現在、ヒータ１６がオン（通電）であるか否かを判
別し、ヒータオンであればステップ２０２に移行し、以
降の制御系異常判定処理を実施する。

【００４０】つまり、マイコン２８は、ステップ２０２
でヒータ劣化大フラグＦ４がセット（Ｆ４＝１）されて
いるか否かを判別する。そして、マイコン２８は、Ｆ４
＝１であればヒータ劣化が大であるとみなしてルーチン
を終了し、Ｆ４＝０であればヒータ劣化が小であるとみ
なしてステップ２０３に移行する。

【００４１】その後、マイコン２８は、ステップ２０３
でバッテリ電圧ＶB が所定電圧（本実施例では、１０ボ
ルト）以上であるか否かを判別する。この判別処理は、
検出電圧ＶHDの検出条件が成立していることを確認する
ためのものであり、ＶB ≧１０ボルトであれば、マイコ
ン２８は検出条件が成立しているとみなしてステップ２
０４に移行する。さらに、マイコン２８は、ステップ２
０４でＮｅ≦６０００ｒｐｍであるか否かを判別し、Ｎ
ｅ≦６０００ｒｐｍであればステップ２０５に移行す
る。

【００４２】続くステップ２０５，２０６では、マイコ
ン２８は、コンパレータ３３，３４の出力信号Ｃ１，Ｃ
２の出力レベルを判別する。詳しくは、マイコン２８
は、ステップ２０５でＣ１＝”Ｈ”、且つ、Ｃ２＝”
Ｈ”であるか否か、即ち、接続点Ｐにおける検出電圧Ｖ
HDがしきい値ＶTH2 未満であるか否かを判別する。又、
マイコン２８は、ステップ２０６でＣ１＝”Ｈ”、且
つ、Ｃ２＝”Ｌ”であるか否か、即ち、検出電圧ＶHDが
しきい値ＶTH2 〜ＶTH1 の範囲内であるか否かを判別す
る。

【００４３】そして、Ｃ１＝”Ｈ”，Ｃ２＝”Ｈ”（Ｖ
HD＜ＶTH2 ）であれば、マイコン２８はヒータ１６の制
御系が正常であるとみなしてステップ２０９に移行し、
正常フラグＦ３をセット（Ｆ３＝１）した後、ルーチン
を終了する。

【００４４】一方、Ｃ１＝”Ｈ”，Ｃ２＝”Ｌ”（ＶTH
2 ≦ＶHD≦ＶTH1 ）であれば、マイコン２８はステップ
２０８に移行し、ヒータ制御系に異常が発生していると
みなしてヒータ制御系異常フラグＦ２をセット（Ｆ２＝
１）する。又、Ｃ１＝”Ｌ”，Ｃ２＝”Ｌ”（ＶHD＞Ｖ
TH1 ）であれば、マイコン２８はステップ２０７に移行
し、バッテリ２５に短絡が発生したとみなしてバッテリ
短絡フラグＦ１をセット（Ｆ１＝１）する。

【００４５】そして、ステップ２０７，２０８の処理
後、マイコン２８はステップ２１０に移行し、ヒータ１
６をオフ（通電遮断）状態に固定した後、ルーチンを終
了する。つまり、フラグＦ１，Ｆ２がセットされた場合
には、バッテリ短絡、又はヒータ制御系異常が発生しヒ
ータ１６が制御不可能となったとみなされ、ヒータ制御
が強制的に停止される。

【００４６】一方、図６のヒータ劣化検出ルーチンが起
動されると、マイコン２８は、先ずステップ３０１で現
在、ヒータ１６がオフ（通電遮断）であるか否かを判別
する。そして、ヒータオフであれば、マイコン２８はス
テップ３０２に移行し、以降のヒータ劣化検出処理を実
施する。

【００４７】つまり、マイコン２８は、ステップ３０２
でバッテリ短絡フラグＦ１、又はヒータ制御系異常フラ
グＦ２がセット（Ｆ１＝１、又はＦ２＝１）されている
か否かを判別する。そして、フラグＦ１，Ｆ２がいずれ
もクリア（Ｆ１＝０，Ｆ２＝０）されていれば、マイコ
ン２８はバッテリ２５の短絡、及びヒータ制御系の異常
がないとみなしてステップ３０３に移行する。

【００４８】その後、マイコン２８は、ステップ３０３
でＶB ≧１０ボルトであるか否かを判別するとともに、
ステップ３０４でＮｅ≦６０００ｒｐｍであるか否かを
判別し、上記両条件が成立すればステップ３０５に移行
する。

【００４９】続いて、マイコン２８は、ステップ３０５
で図４のステップ１０２で計測されたカウンタ値Ｋが所
定値Ｋ0 以上であるか否かを判別するとともに、ステッ
プ３０６でカウンタ値Ｋが制限値（Ｋ0 ＋１０）以上で
あるか否かを判別する。そして、Ｋ0 ≦Ｋ＜（Ｋ0 ＋１
０）であれば、マイコン２８はステップ３０７に移行す
る。

【００５０】つまり、Ｋ≧Ｋ0 となると図４のステップ
１０６でヒータ１６がオフ（通電遮断）されるが、その
直後にＮｅ＞６０００ｒｐｍになると、図４においてス
テップ１０１→１０２→１０３→１０６の処理が繰り返
し実行されることになり、ヒータ１６のオフ状態が継続
される。そして、ヒータオフによりヒータ温度が低下
し、その状態でコンパレータ３３，３４の出力を判定し
たのでは誤検出のおそれが生じる。従って、ヒータオフ
が所定時間以上継続した場合には、ステップ３０６の処
理により劣化検出処理を停止させる。

【００５１】又、続くステップ３０７，３０８では、マ
イコン２８は、コンパレータ３３，３４の出力信号Ｃ
１，Ｃ２の出力レベルを判別する。詳しくは、マイコン
２８は、ステップ３０６でＣ１＝”Ｌ”、且つ、Ｃ２
＝”Ｌ”であるか否か、即ち、検出電圧ＶHDがしきい値
ＶTH1 を越えるか否かを判別する。又、マイコン２８
は、ステップ３０７でＣ１＝”Ｈ”、且つ、Ｃ２＝”
Ｌ”であるか否か、即ち、検出電圧ＶHDがしきい値ＶTH
2 〜ＶTH1 の範囲内であるか否かを判別する。

【００５２】そして、Ｃ１＝”Ｌ”，Ｃ２＝”Ｌ”（Ｖ
HD＞ＶTH1 ）であれば、マイコン２８はステップ３１１
に移行し、ヒータ１６が正常（劣化なし）とみなして正
常フラグＦ６をセット（Ｆ６＝１）する。又、Ｃ１＝”
Ｈ”，Ｃ２＝”Ｌ”（ＶTH2≦ＶHD≦ＶTH1 ）であれ
ば、マイコン２８はステップ３１０に移行し、ヒータ１
６の劣化が小であるとみなしてヒータ劣化小フラグＦ５
をセット（Ｆ５＝１）する。

【００５３】そして、ステップ３１０，３１１の処理
後、マイコン２８はステップ３１３でヒータ１６をオン
（通電）させるとともに、ステップ３１４でカウンタ値
Ｋを「０」にクリアする。なお、ヒータ劣化小フラグＦ
５がセットされる場合、即ち、程度の小さい劣化が確認
された場合には、所定の警告手段（例えば、警告灯、ブ
ザー等）によりヒータ１６の交換を促す。

【００５４】一方、Ｃ１＝”Ｈ”，Ｃ２＝”Ｈ”（ＶHD
＜ＶTH2 ）であれば、マイコン２８はステップ３０９に
移行し、ヒータ１６の劣化が大であるとみなしてヒータ
劣化大フラグＦ４をセット（Ｆ４＝１）し、続くステッ
プ３１２でヒータ１６をオフ（通電遮断）状態に固定す
る。つまり、ヒータ１６の劣化の程度が大きい場合に
は、ヒータ制御が強制的に停止されることになる。

【００５５】次に、マイコン２８の動作について図７〜
図９のタイミングチャートを用いて説明する。図７は、
上記図６のヒータ劣化検出ルーチンに対応して示すタイ
ミングチャートであって、図７のｔ11〜ｔ12，ｔ13〜ｔ
14，ｔ15〜ｔ16のタイミングは、それぞれヒータオフ期
間（図６のルーチン実行期間）を示している。

【００５６】検出電圧ＶHDは、ヒータ１６のオン・オフ
状態により変化する。つまり、ヒータ１６の劣化がない
場合には、ｔ11〜ｔ12のタイミングに示すように、ヒー
タオフ時における検出電圧ＶHDはしきい値ＶTH1 よりも
大きくなり、コンパレータ３３，３４の出力信号Ｃ１，
Ｃ２は共にＬレベルとなる。このとき、ヒータ劣化大フ
ラグＦ４，ヒータ劣化小フラグＦ５がリセット状態（Ｆ
４＝０，Ｆ５＝０）に、正常フラグＦ６がセット状態
（Ｆ６＝１）に保持される。

【００５７】又、ヒータ１６の劣化とともにその内部抵
抗が次第に大きくなると、ｔ13〜ｔ14のタイミングに示
すように、コンパレータ３３の出力信号Ｃ１がＨレベル
に、コンパレータ３４の出力信号Ｃ２がＬレベルとな
る。このとき、図７に示すようにヒータ１６の劣化レベ
ルが大と小との間にあり、ヒータ劣化小フラグＦ５がセ
ットされる（Ｆ５＝１）。

【００５８】さらに、ヒータ１６の劣化が進み、その内
部抵抗が所定の許容値以上（図７の劣化レベル大、以
上）となると、ｔ15〜ｔ16のタイミングに示すように、
コンパレータ３３，３４の出力信号Ｃ１，Ｃ２が共にＨ
レベルとなる。このとき、ヒータ劣化大フラグＦ４がセ
ットされ（Ｆ４＝１）、Ｆ４＝１となるｔ15のタイミン
グ以降でヒータ１６がオフ固定となる。

【００５９】又、図８，９は、前記図５のヒータ制御系
異常判定ルーチンに対応して示すタイミングチャートで
ある。このうち、図８は異常の程度が小さい場合（例え
ば、トランジスタＴr1又は保護抵抗ＲP の半田付け部分
の接触不良等）における異常判定動作を示し、図９は異
常の程度が大きい場合（例えば、バッテリ２５の短絡
等）における異常判定動作を示すものである。

【００６０】さて、図８において、ｔ21のタイミング以
前（正常時）には、ヒータオン時における検出電圧ＶHD
がしきい値ＶTH2 よりも小さくなっており、コンパレー
タ３３，３４の出力信号Ｃ１，Ｃ２は共にＨレベルとな
っている。従って、制御系異常を示すフラグＦ１，Ｆ２
は共にクリアされている（Ｆ１は図示せず）。

【００６１】そして、ｔ21のタイミングでトランジスタ
Ｔr1又は保護抵抗ＲP の半田付け部分の接触不良が生じ
たりして、ＶTH2 ≦ＶHD≦ＶTH1 となると、コンパレー
タ３３の出力信号Ｃ１がＨレベルに、コンパレータ３４
の出力信号Ｃ２がＬレベルとなる。このとき、ヒータ制
御系異常フラグＦ２がセットされ（Ｆ２＝１）、ヒータ
１６がオフ固定となる。

【００６２】一方、図９において、ｔ31のタイミング以
前（正常時）には、図８と同様にヒータオン時における
コンパレータ３３，３４の出力信号Ｃ１，Ｃ２が共にＨ
レベルとなっている。従って、制御系異常を示すフラグ
Ｆ１，Ｆ２は共にクリアされている（Ｆ２は図示せ
ず）。

【００６３】そして、ｔ31のタイミングでバッテリ２５
が短絡したりして、ＶHD＞ＶTH1 となると、コンパレー
タ３３，３４の出力信号Ｃ１，Ｃ２が共にＬレベルとな
る。このとき、バッテリ短絡フラグＦ１がセットされ
（Ｆ１＝１）、ヒータ１６がオフ固定となる。

【００６４】以上詳述したように、本実施例の負荷制御
装置における異常検出装置では、ヒータ１６のオフ（通
電遮断）時において、ヒータ１６の電流値に相当する検
出電圧ＶHDが所定のしきい値ＶTH1 ，ＶTH2 以下であれ
ば、ヒータ１６の劣化に伴う異常が発生したと判定する
ようにした。又、ヒータ１６のオン（通電）時におい
て、ヒータ１６の電流値に相当する検出電圧ＶHDが所定
のしきい値ＶTH1 ，ＶTH2 以上であれば、ヒータ１６の
制御系に短絡等の異常が発生したと判定するようにし
た。

【００６５】この構成により、ヒータ１６（負荷）の劣
化に伴う異常が判定可能となる。又、その劣化の判定は
ヒータ１６の通電の遮断時（トランジスタＴr1のオフ
時）に行われるため、トランジスタＴr1のオン抵抗等の
損失による影響を受けることなくヒータ１６の電流値が
検出され、電流値の検出精度が向上するとともに、異常
判定の精度が向上する。

【００６６】又、本実施例では、ヒータ１６の電流値に
相当する検出電圧ＶHDを判定するためのしきい値ＶTH1
，ＶTH2 を２つ設定した。それにより、ヒータ１６の
劣化の程度や、ヒータ１６の制御系異常の内容（トラン
ジスタＴr1の異常、バッテリ２５の短絡等）をも判定す
ることができる。さらに、バッテリ電圧ＶB により検出
電圧ＶHDの検出条件を設定した。それにより、検出電圧
ＶHDの誤検出が防止され、異常検出精度の向上が図られ
る。

【００６７】さらに、従来の異常検出装置のような時定
数の大きな平滑回路の構成をなくしたため、応答性の遅
れ等の問題を招くこともない。なお、本発明は上記実施
例に限定されるものではなく、以下の様態にて具体化し
てもよい。

【００６８】例えば、電圧レベル判定部３２のコンパレ
ータを３つ以上設けることにより、しきい値を３つ以上
設定するようにしてもよい。この場合、各しきい値に応
じて劣化等の異常の程度が細かく判定することができ、
判定感度が向上する。

【００６９】又、上記実施例では、ヒータ１６の電流値
に相当する検出電圧ＶHDのレベルをコンパレータ３３，
３４にて比較判別し、その比較結果をバッファ２９を介
してマイコン２８に取り込んだが、検出電圧ＶHDをＡ／
Ｄ変換器を介してマイコンに取り込んみソフト処理にて
レベルの大小を判別してもよい。

【００７０】又、制御系の異常（バッテリ短絡等）の要
因が少ない場合には、ヒータ１６の劣化に伴う異常のみ
を検出する構成としてもよい。この場合、構成の簡略化
が可能となる。

【００７１】さらに、上記実施例では、負荷として抵抗
負荷の酸素センサ用ヒータに適用したが、他の抵抗負荷
に対する異常検出にも適用可能であり、例えば、ＬＥＤ
の異常検出も可能である。

【００７２】加えて、負荷としてコイル型負荷（誘導型
負荷）に具体化することもできる。つまり、燃料噴射弁
等の電磁弁に代表されるコイル型負荷に対する異常検出
にも適用できる。但し、コイル型負荷の場合は、通電遮
断直後のサージ解消後の電流を検出する構成となる。

【００７３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
負荷の劣化に伴う異常を判定可能にするとともに、異常
の判定精度を向上させることができるという優れた効果
を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＥＣＵの電気的構成を示すブロック図である。

【図２】多気筒火花点火式ガソリンエンジンの概略を示
す構成図である。

【図３】ヒータの劣化を説明するための線図である。

【図４】ヒータ制御ルーチンを示すフローチャートであ
る。

【図５】ヒータ制御系異常判定ルーチンを示すフローチ
ャートである。

【図６】ヒータ劣化検出ルーチンを示すフローチャート
である。

【図７】ヒータの劣化検出に関するタイミングチャート
である。

【図８】ヒータ制御系の異常判定に関するタイミングチ
ャートである。

【図９】図８に同じく、ヒータ制御系の異常判定に関す
るタイミングチャートである。

【符号の説明】

１６…負荷としてのヒータ、２５…電源としてのバッテ
リ、２８…異常判定手段としてのマイクロコンピュータ
（マイコン）、Ｔr1…スイッチング素子としてのトラン
ジスタ、ＲT …電流検出用抵抗としてのシャント抵抗。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｎ 27/409

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源と負荷とスイッチング素子とを直列
   に接続し、前記スイッチング素子のオン・オフ動作に応
   じて前記負荷を通電又は遮断するようにした負荷制御装
   置に用いられるものであって、 前記負荷に直列に、且つ、前記スイッチング素子に並列
   に接続された電流検出用抵抗と、 前記負荷の通電の遮断時において、前記電流検出用抵抗
   により検出された前記負荷の電流値が所定のしきい値以
   下であれば、前記負荷に異常が発生したと判定する異常
   判定手段とを備えたことを特徴とする負荷制御装置にお
   ける異常検出装置。
2. 【請求項２】 電源と負荷とスイッチング素子とを直列
   に接続し、前記スイッチング素子のオン・オフ動作に応
   じて前記負荷を通電又は遮断するようにした負荷制御装
   置に用いられるものであって、 前記負荷に直列に、且つ、前記スイッチング素子に並列
   に接続された電流検出用抵抗と、 前記負荷の通電の遮断時において、前記電流検出用抵抗
   により検出された前記負荷の電流値が所定のしきい値以
   下であれば、前記負荷に異常が発生したと判定するとと
   もに、前記負荷の通電時において、前記負荷の電流値が
   所定のしきい値以上であれば、前記負荷の制御系に異常
   が発生したと判定する異常判定手段とを備えたことを特
   徴とする負荷制御装置における異常検出装置。
3. 【請求項３】 前記負荷の電流値を判定するためのしき
   い値を、複数段に設けた請求項１又は２に記載の負荷制
   御装置における異常検出装置。
4. 【請求項４】 前記電源の電圧値が所定値以下では異常
   検出を禁止する請求項１又は２に記載の負荷制御装置に
   おける異常検出装置。