JPH07325066A - 空燃比センサー用加熱手段の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヒーター電圧の制御データを格納するメモリ
ー容量とマッチングの工数を低下させるとともに制御量
の演算時間を短縮させる。 【構成】 空燃比センサー４１は排気中の酸素濃度に応
じた信号を出力する検出素子４１ａおよびこの検出素子
４１ａを加熱するヒーター４１ｂを備えており、ヒータ
ー４１ｂに加える電圧を調整手段４２が制御量に応じて
調整する。検出手段４３では電源電圧を検出し、この電
源電圧に応じこの値が低下するほど大きくなる値の基本
制御量を算出手段４４が算出すると、この制御量をヒー
ター電圧調整手段４２に出力手段４５が出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は空燃比センサー用加熱
手段の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｏ₂センサーと相違して、リーン側の空
燃比まで検出可能な、いわゆる空燃比センサーが排気中
の空燃比を正確に検出するには、センサーの素子温度を
所定の温度範囲に維持させることが要求されることか
ら、センサー素子を加熱する手段としてのヒーターを設
け、このヒーター電力を制御するようにしたものがある
（特開平１−１５８３３６号公報参照）。

【０００３】これについて説明すると、エンジンの回転
数Ｎと吸気管圧力Ｐｍが同じであっても、空燃比の相違
で排気温度が図２５のように変化し、理論空燃比付近で
排気温度が最も高くなっている。このため、空燃比が理
論空燃比よりリーン側の値（たとえば２０）のときにヒ
ーターへの供給電力を設定していると、目標空燃比の切
換で２０から理論空燃比の１４．７へと変化したとき
は、排気温度の上昇によりセンサーの素子温度が許容温
度の上限を上回ってしまうことが考えられる。

【０００４】そこで、図２６に示した流れ図にしたがっ
てヒーター電力（具体的にはパルス電圧のデューティー
値）を制御する。

【０００５】まず、ステップ５０１でエンジン回転数
Ｎ、吸気管圧力Ｐｍ、ヒーター電圧Ｖｈ、ヒーター電流
Ｉｈを読み込む。

【０００６】ステップ５０２ではヒーター電圧Ｖｈとヒ
ーター電流Ｉｈから所定時間（たとえば１００ｍｓｅ
ｃ）当たりのヒーター電力量（デューティー値が１００
％のときの電力量）Ａを算出する。

【０００７】ステップ５０３ではフラグＸＳＴＩの値を
みてＸＳＴＩ＝１のときは理論空燃比への制御時である
と判断し、ステップ５０４でエンジン回転数Ｎと吸気管
圧力Ｐｍから図２７を内容とするマップを参照して補正
電力量ｂを求める。ＸＳＴＩ＝０のときはリーン条件と
判断しステップ５０５で補正電力量ｂを０とする。

【０００８】ステップ５０６ではエンジン回転数Ｎと吸
気管圧力Ｐｍから図２８を内容とするマップを参照して
ヒーターの基本電力量Ｂを求め、ステップ５０７で目標
電力量Ｃを、 Ｃ＝Ｂ−ｂ の式で計算する。

【０００９】ステップ５０８では目標電力量Ｃと上記の
電力量Ａからヒーター電力制御用のデューティー値Ｄ
〔％〕を Ｄ＝（Ｃ／Ａ）×１００ の式で求め、これをステップ５０９でパルス電圧に変え
て出力する。

【００１０】さて、空燃比が上記の２０というリーン側
の空燃比から１４．７の理論空燃比へと変化するとき
は、補正電力量ｂにより基本電力量Ｂが減量補正される
ことになり、ヒーター発熱量が減らされる。上記のよう
に、理論空燃比への切換時は、排気温度の上昇によりセ
ンサーの素子温度が上昇するのであるから、ヒーター発
熱量を減らすことで、素子温度が上昇しないようにする
わけである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の装置
では、基本電力量Ｂ、補正電力量ｂの各データとも回転
数Ｎと吸気管圧力Ｐｍをパラメーターとするマップで与
えているため、メモリー容量とマッチングの工数が増大
し、演算時間も長くなる。

【００１２】また、バッテリー電流とバッテリー電圧の
読み込み誤差により、これらの積である電力量Ａがばら
ついてしまい、デューティー値Ｄの算出精度が悪くな
る。

【００１３】そこでこの発明は、電源電圧に応じてヒー
ター電圧を制御することにより、制御データを格納する
メモリー容量とマッチングの工数を低下させるとともに
制御量の演算時間を短縮することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、図２９に
示すように、排気中の酸素濃度に応じた信号を出力する
検出素子４１ａおよびこの検出素子４１ａを加熱するヒ
ーター４１ｂを備える空燃比センサー４１と、制御量
（たとえばデューティー値）に応じて前記ヒーター４１
ｂに加える電圧を調整する手段４２と、電源電圧（たと
えばバッテリー電圧ＶＢ）を検出する手段４３と、この
電源電圧に応じこの値が低下するほど大きくなる値の基
本制御量（たとえば基本デューティー値Ｏ２ＨＶＢ）を
算出する手段４４と、この基本制御量を前記ヒーター電
圧調整手段４２に出力する手段４５とを設けた。

【００１５】第２の発明は、図３０に示すように、排気
中の酸素濃度に応じた信号を出力する検出素子４１ａお
よびこの検出素子４１ａを加熱するヒーター４１ｂを備
える空燃比センサー４１と、制御量（たとえばデューテ
ィー値）に応じて前記ヒーター４１ｂに加える電圧を調
整する手段４２と、電源電圧（たとえばバッテリー電圧
ＶＢ）を検出する手段４３と、この電源電圧に応じこの
値が低下するほど大きくなる値の基本制御量（たとえば
基本デューティー値Ｏ２ＨＶＢ）を算出する手段４４
と、エンジン回転数Ｎを検出する手段５２と、このエン
ジン回転数Ｎに応じこの値が低くなるほど大きくなる値
の回転補正量Ｏ２ＨＮを算出する手段５３と、この回転
補正量Ｏ２ＨＮで前記基本制御量Ｏ２ＨＶＢを増量補正
する手段５４、この増量補正された制御量を前記ヒータ
ー電圧調整手段４２に出力する手段４５とを設けた。

【００１６】第３の発明は、図３１に示すように、排気
中の酸素濃度に応じた信号を出力する検出素子４１ａお
よびこの検出素子４１ａを加熱するヒーター４１ｂを備
える空燃比センサー４１と、制御量（たとえばデューテ
ィー値）に応じて前記ヒーター４１ｂに加える電圧を調
整する手段４２と、電源電圧（たとえばバッテリー電圧
ＶＢ）を検出する手段４３と、この電源電圧に応じこの
値が低下するほど大きくなる値の基本制御量（たとえば
基本デューティー値Ｏ２ＨＶＢ）を算出する手段４４
と、エンジン負荷相当量（たとえば基本パルス幅Ｔｐ）
を検出する手段６１と、この負荷相当量に応じこの値が
小さくなるほど大きくなる値の負荷補正量Ｏ２ＨＴＰを
算出する手段６２と、この負荷補正量Ｏ２ＨＴＰで前記
基本制御量Ｏ２ＨＶＢを増量補正する手段６３と、この
増量補正された制御量を前記ヒーター電圧調整手段４２
に出力する手段４５とを設けた。

【００１７】第４の発明は、図３２に示すように、排気
中の酸素濃度に応じた信号を出力する検出素子４１ａお
よびこの検出素子４１ａを加熱するヒーター４１ｂを備
える空燃比センサー４１と、制御量（たとえばデューテ
ィー値）に応じて前記ヒーター４１ｂに加える電圧を調
整する手段４２と、電源電圧（たとえばバッテリー電圧
ＶＢ）を検出する手段４３と、この電源電圧に応じこの
値が低下するほど大きくなる値の基本制御量（たとえば
基本デューティー値Ｏ２ＨＶＢ）を算出する手段４４
と、空燃比（空燃比センサー４１の検出値あるいは燃空
比相当量Ｄｍｌ）に応じこの値が理論空燃比よりリーン
側に向かうほど大きくなる値の空燃比補正量Ｏ２ＨＤＭ
Ｌを算出する手段７２と、この空燃比補正量Ｏ２ＨＤＭ
Ｌで前記基本制御量Ｏ２ＨＶＢを増量補正する手段７３
と、この増量補正された制御量を前記ヒーター電圧調整
手段４２に出力する手段４５とを設けた。

【００１８】第５の発明は、図３３に示すように、排気
中の酸素濃度に応じた信号を出力する検出素子４１ａお
よびこの検出素子４１ａを加熱するヒーター４１ｂを備
える空燃比センサー４１と、制御量（たとえばデューテ
ィー値）に応じて前記ヒーター４１ｂに加える電圧を調
整する手段４２と、電源電圧（たとえばバッテリー電圧
ＶＢ）を検出する手段４３と、この電源電圧に応じこの
値が低下するほど大きくなる値の基本制御量（たとえば
基本デューティー値Ｏ２ＨＶＢ）を算出する手段４４
と、エンジン回転数Ｎを検出する手段５２と、このエン
ジン回転数Ｎに応じこの値が低くなるほど大きくなる値
の回転補正量Ｏ２ＨＮを算出する手段５３と、この回転
補正量Ｏ２ＨＮと１との和で前記基本制御量Ｏ２ＨＶＢ
を増量補正する手段８１と、この増量補正された制御量
を前記ヒーター電圧調整手段４２に出力する手段４５と
を設けた。

【００１９】第６の発明は、図３４に示すように、排気
中の酸素濃度に応じた信号を出力する検出素子４１ａお
よびこの検出素子４１ａを加熱するヒーター４１ｂを備
える空燃比センサー４１と、制御量（たとえばデューテ
ィー値）に応じて前記ヒーター４１ｂに加える電圧を調
整する手段４２と、電源電圧（たとえばバッテリー電圧
ＶＢ）を検出する手段４３と、この電源電圧に応じこの
値が低下するほど大きくなる値の基本制御量（たとえば
基本デューティー値Ｏ２ＨＶＢ）を算出する手段４４
と、エンジン負荷相当量（たとえば基本パルス幅Ｔｐ）
を検出する手段６１と、この負荷相当量に応じこの値が
小さくなるほど大きくなる値の負荷補正量Ｏ２ＨＴＰを
算出する手段６２と、この負荷補正量Ｏ２ＨＴＰと１と
の和で前記基本制御量Ｏ２ＨＶＢを増量補正する手段９
１と、この増量補正された制御量を前記ヒーター電圧調
整手段４２に出力する手段４５とを設けた。

【００２０】第７の発明は、図３５に示すように、排気
中の酸素濃度に応じた信号を出力する検出素子４１ａお
よびこの検出素子４１ａを加熱するヒーター４１ｂを備
える空燃比センサー４１と、制御量（たとえばデューテ
ィー値）に応じて前記ヒーター４１ｂに加える電圧を調
整する手段４２と、電源電圧（たとえばバッテリー電圧
ＶＢ）を検出する手段４３と、この電源電源に応じこの
値が低下するほど大きくなる値の基本制御量（たとえば
基本デューティー値Ｏ２ＨＶＢ）を算出する手段４４
と、空燃比（空燃比センサー４１の検出値あるいは燃空
比相当量Ｄｍｌ）に応じこの値がリーン側に向かうほど
大きくなる値の空燃比補正量Ｏ２ＨＤＭＬを算出する手
段７２と、この空燃比補正量Ｏ２ＨＤＭＬと１との和で
前記基本制御量Ｏ２ＨＶＢを増量補正する手段１０１
と、この増量補正された制御量を前記ヒーター電圧調整
手段４２に出力する手段４５とを設けた。

【００２１】第８の発明は、第３の発明または第６の発
明において、エンジン回転数Ｎに応じ低回転域と高回転
域で小さく、中回転域で大きくなる値の回転補正率Ｏ２
ＨＮ２で前記負荷補正量Ｏ２ＨＴＰを増量補正する。

【００２２】第９の発明は、第１の発明から第８の発明
のいずれかひとつにおいて、エンジン始動直後の前記ヒ
ーターへの初回通電時は所定時間ＴＭＯ２ＨＳのあいだ
大きな値の制御量を前記ヒーター電圧調整手段４２に出
力する。

【００２３】第１０の発明は、第１の発明から第８の発
明のいずれかひとつにおいて、エンジン始動直後の前記
ヒーターへの初回通電時に所定時間ＴＭＯ２ＨＳのあい
だ出力する制御量を、前記基本制御量Ｏ２ＨＶＢを一定
倍率大きくした値とする。

【００２４】第１１の発明は、第９の発明または第１０
の発明において、前記所定時間ＴＭＯ２ＨＳを始動時水
温ＴＷＫＩＮＴが低くなるほど長くする。

【００２５】

【作用】第１の発明では、電源電圧に応じこの値が低下
するほど大きくなる値で基本制御量が算出され、この基
本制御量でヒーター電圧が制御されるので、電源電圧が
低下したときでも、検出素子温度が一定に保たれる。

【００２６】また、基本制御量のデータはパラメーター
を１つ（つまり電源電圧）とするテーブルから求められ
るので、メモリー容量とマッチングの工数が低下し、演
算時間が短くなる。

【００２７】また、電源電圧を読み込む必要があること
から、従来例と同様に読み込み誤差の影響を受けるもの
の、もう１つの読み込み誤差の大きなバッテリー電流に
ついては読み込む必要がないため、従来より読み込み誤
差の影響が小さくなる。

【００２８】第２の発明では回転補正量Ｏ２ＨＮにより
回転数Ｎが低くなるほどヒーター発熱量が多くなる側に
基本制御量が補正されるので、エンジン回転数に関係な
く、素子温度を目標温度範囲に収めることができる。

【００２９】また、回転補正量Ｏ２ＨＮのデータも、パ
ラメーターを１つとするテーブルから求められるので、
メモリー容量とマッチングの工数が低下し、演算時間が
短くなる。

【００３０】第３の発明では負荷補正量Ｏ２ＨＴＰによ
り負荷相当量が小さくなるほどヒーター発熱量が多くな
る側に基本制御量が補正されるので、負荷相当量に関係
なく、素子温度を目標温度範囲に収めることができる。

【００３１】また、負荷補正量Ｏ２ＨＴＰのデータも、
パラメーターを１つとするテーブルから求められるの
で、メモリー容量とマッチングの工数が低下し、演算時
間が短くなる。

【００３２】第４の発明では空燃比補正量Ｏ２ＨＤＭＬ
により空燃比が理論空燃比よりリーン側に向かうほどヒ
ーター発熱量が多くなる側に基本制御量が補正されるの
で、空燃比に関係なく、素子温度を目標温度範囲に収め
ることができる。

【００３３】また、空燃比補正量Ｏ２ＨＤＭＬのデータ
も、パラメーターを１つとするテーブルから求められる
ので、メモリー容量とマッチング工数が低下し、また演
算時間が短くなる。

【００３４】第５の発明では、回転補正量Ｏ２ＨＮと１
との和で基本制御量Ｏ２ＨＶＢを増量補正するので、回
転補正量Ｏ２ＨＮから電源電圧の影響を除くことができ
る。

【００３５】第６の発明でも、負荷補正量Ｏ２ＨＴＰと
１との和で基本制御量Ｏ２ＨＶＢを増量補正するので、
負荷補正量Ｏ２ＨＴＰから電源電圧の影響を除くことが
できる。

【００３６】第７の発明でも、空燃比補正量Ｏ２ＨＤＭ
Ｌと１との和で基本制御量Ｏ２ＨＶＢを増量補正するの
で、空燃比補正量Ｏ２ＨＤＭＬから電源電圧の影響を除
くことができる。

【００３７】第８の発明では回転補正率Ｏ２ＨＮ２によ
り中回転域でそれ以外の回転域（低回転域と高回転域）
より相対的にヒーター発熱量が多くなる側に負荷補正量
Ｏ２ＨＴＰを補正しているので、中回転域での素子温度
の低下を防止することができる。

【００３８】第９の発明では、ヒーターへの初回通電時
に所定時間ＴＭＯ２ＨＳのあいだ大きな値の制御量を出
力するので、低回転域での空燃比センサーの活性化直後
に急発進したときでもヘジテーションを生じることがな
い。

【００３９】第１０の発明では、ヒーターへの初回通電
時に所定時間ＴＭＯ２ＨＳのあいだ出力する制御量を、
基本制御量Ｏ２ＨＶＢを一定倍率大きくした値とするの
で、ヒーターの耐久性を損なうことなく素子温度が早期
に上昇する。

【００４０】第１１の発明では、所定時間ＴＭＯ２ＨＳ
を始動時水温ＴＷＫＩＮＴが低いほど長くしているの
で、始動時水温が低いときであっても、空燃比センサー
の活性化直後の急発進により生ずるヘジテーションが防
がれる。

【００４１】

【実施例】図１において、エンジンにはエアクリーナー
１１から吸気ダクト、スロットル弁５の設けられるスロ
ットルチャンバーおよび吸気マニホールドからなる吸気
管１２を介して空気が吸入される。

【００４２】吸気マニホールドの各ブランチ部１２ａに
は、ソレノイドコイルへの通電で開弁し、通電の停止で
閉弁する電磁式の開閉弁からなる燃料インジェクター３
が設けられ、後述するＥＣＵ２からのパルス信号がハイ
レベルにあるあいだだけ、プレッシャーレギュレーター
により吸気管との差圧が一定となるように調整された燃
料を、エンジンの回転に同期して間欠的に噴射供給す
る。

【００４３】この噴射燃料は空気とともに混合気を形成
してシリンダー内で火花点火により着火燃焼したあと、
排気管１８に設けた三元触媒１９を介して排出される。

【００４４】４はエアクリーナーのすぐ下流に設けられ
る熱線式のエアフローメーターで、吸入空気流量Ｑに応
じた信号を出力する。７はクランク角度センサーでＲｅ
ｆ信号（４気筒の場合、クランク角度で１８０°ごとの
信号のこと）と、Ｐｏｓ信号（クランク角度で１°また
は２°ごとの単位信号のこと）を出力する。８はエンジ
ンのウォータージャケットの冷却水温Ｔｗを検出する水
温センサーである。

【００４５】これらセンサーからの信号が、排気中の酸
素濃度に応じた信号を出力する空燃比センサー９からの
信号とともに、主にマイクロコンピューターからなるＥ
ＣＵ（エレクトロニックコントロールユニットの略であ
る）２に入力され、ＥＣＵ２では、空燃比のフィードバ
ック制御（あるいはこれに加えて空燃比学習制御）を実
行しつつエンジンへの燃料供給を制御する。

【００４６】ＥＣＵ２での空燃比制御は次の通りであ
る。

【００４７】燃料インジェクター３はＲｅｆ信号に同期
して駆動される。シーケンシャル噴射方式ではエンジン
２回転ごとに１回、各気筒ごとに Ｔｉ＝２×Ｔｅ＋Ｔｓ …（１） ただし、Ｔｅ：有効パルス幅 Ｔｓ：バッテリー電圧に応じた無効パルス幅 の式で与えられる噴射パルス幅Ｔｉでインジェクター３
を作動する。Ｔｓはインジェクターの作動に伴う実際の
噴射量との誤差を補償するための補正値である。なお、
同時噴射方式のときはエンジン１回転ごとに１回、全気
筒同時に Ｔｉ＝Ｔｅ＋Ｔｓ …（２） の式で与えられる噴射パルス幅Ｔｉでインジェクター３
を作動する。

【００４８】図２は上記（１）式の燃料噴射パルス幅Ｔ
ｉを算出するための流れ図で、一定周期（たとえば１０
ｍｓｅｃ）で実行する。

【００４９】ステップ１ではエアフローメーター４で検
出した空気流量Ｑとクランク角度センサ７で検出したエ
ンジン回転数Ｎから基本パルス幅Ｔｐを、 Ｔｐ＝（Ｑ／Ｎ）×Ｋ …（３） ただし、Ｋ：定数 の式で計算する。このＴｐで決まる空燃比がベース空燃
比といわれている。

【００５０】ステップ２では目標燃空比相当量Ｔｆｂｙ
ａを計算し（後述する）、ステップ３でこの目標燃空比
相当量Ｔｆｂｙａと基本パルス幅Ｔｐを用いて、燃料噴
射パルス幅Ｔｉを、 Ｔｅ＝Ｔｐ×（Ｔｆｂｙａ／１００）×（α／１００）×２＋Ｔｓ …（４） ただし、Ｔｆｂｙａ：目標燃空比相当量〔％〕 α：空燃比フィードバック補正係数〔％〕 の式で計算し、これを図３で示したように噴射タイミン
グで出力レジスターに転送する。４気筒エンジンにおけ
る点火順序を＃１−＃３−＃４−＃２として、今回のＲ
ｅｆ信号の入力で、たとえば１番気筒にＴｉに対応する
燃料が供給されたとすれば、次回（つまり１回後）のＲ
ｅｆ信号の入力で３番気筒に、２回後のＲｅｆ信号の入
力で４番気筒に、３回後のＲｅｆ信号の入力で２番気筒
にＴｉの燃料が供給されるわけである。

【００５１】（４）式の空燃比フィードバック補正係数
αは空燃比センサー９の出力にもとづく比例積分制御
（フィードバック制御の一種）によってＲｅｆ信号に同
期して求められる値で、αの値が１００％を越えると
（４）式より空燃比がリッチ側へ、１００％を下回ると
空燃比がリーン側へと戻される。このαにより、実際の
空燃比がほぼ１〜２Ｈｚの周期で変化することになり、
平均の空燃比がウインドウ（理論空燃比を中心とする所
定の空燃比範囲）内に維持されるわけである。

【００５２】一方、一定の条件が成立すると、コントロ
ールユニット２では、空燃比目標値を理論空燃比からリ
ーン側の空燃比に切換える、。空燃比目標値を理論空燃
比とリーン側の空燃比とで切換えるシステムを一般にリ
ーンバーンシステムといっているが、このリーンバーン
システムを、本願装置と出願人が同じである先願の装置
（特願平５−２１３８９号参照）について以下に概説す
る。

【００５３】図４は目標燃空比相当量Ｔｆｂｙａを求め
るための流れ図で、１０ｍｓｅｃ周期で実行する。

【００５４】ステップ２１ではリーン条件かどうかみ
て、リーン条件になると、ステップ２２で図５を内容と
するリーンマップを参照して目標燃空比相当量のマップ
値ＭＤＭＬＬ〔％〕を、またリーン条件でなければステ
ップ２３で図６の非リーンマップを参照して目標燃空比
相当量のマップ値ＭＤＭＬＳ〔％〕をそれぞれ求め、こ
れをステップ２４でマップ値を表す変数Ｔｄｍｌに入れ
る。

【００５５】図５，図６のように目標燃空比相当量の各
マップ値は理論空燃比のときを１００％とする相対値で
ある。これは、燃料制御が目標空燃比をめざして行い、
空気流量の検出値から最終的に供給燃料量を求めている
ことを考えると、（空気流量）×（燃空比）＝（供給燃
料量）の関係が成立することから、燃空比のほうが空燃
比より扱いやすいためである。たとえば、空燃比がリー
ン側の２０に相当する目標燃空比相当量はほぼ６６％と
いった値である。

【００５６】ステップ２５で目標燃空比相当量のランプ
応答値Ｄｍｌ〔％〕を計算し（後述する）、ステップ２
６，２７では水温増量補正係数Ｋｔｗ〔％〕と始動後増
量補正係数Ｋａｓ〔％〕を求め、ステップ２８で目標燃
空比Ｔｆｂｙａ〔％〕を Ｔｆｂｙａ＝Ｄｍｌ＋Ｋａｓ＋Ｋｔｗ …（５） の式により計算する。

【００５７】（５）式の始動後増量補正係数Ｋａｓは、
クランキング中はその値が冷却水温に応じて定まり、エ
ンジン始動直後より時間とともに徐々に減少する値、水
温増量補正係数Ｋｔｗは冷却水温からテーブルを参照し
て求める値で、いずれも公知である。

【００５８】図７は目標燃空比相当量のランプ応答値Ｄ
ｍｌを算出するための流れ図で、Ｒｅｆ信号に同期して
実行する。

【００５９】ランプ応答値Ｄｍｌの波形はその名のとお
り、図８に示したように、空燃比の切換時にステップ変
化するマップ値（Ｔｄｍｌ）に対してランプ応答にした
もので、これをマップ値（Ｔｄｍｌ）とリッチ方向への
燃空比変化速度Ｄｍｌｒ、リーン方向への燃空比変化速
度Ｄｍｌｌとから作ることになる。

【００６０】ステップ４１、４２では次の条件〈ア〉ス
タートスイッチがＯＮであること、〈イ〉Ｔｄｍｌ≧上
限値ＴＤＭＬＲ＃のときが成立するかどうかみて、いず
れか一方の条件が成立したときは空燃比の切換中でない
と判断し、ステップ４３で変数Ｔｄｍｌの値をそのまま
ランプ応答値を表す変数Ｄｍｌに入れる。

【００６１】２つの条件とも成立しないときはステップ
４４に進み、変数Ｄｍｌｏｌｄ（前回のＤｍｌの値が入
っている）と変数Ｔｄｍｌの値を比較する。この比較で
いずれの方向への空燃比変化であるかがわかる。図８に
おいて、たとえばリッチ方向への切換時（つまり理論空
燃比への切換時）はＤｍｌｏｌｄ＜Ｔｄｍｌとなり、こ
の逆にリーン方向への切換時になると、Ｄｍｌｏｌｄ≧
Ｔｄｍｌとなるからである。

【００６２】比較の結果Ｄｍｌｏｌｄ＜Ｔｄｍｌであれ
ばリッチ方向への切換であると判断して、ステップ４５
で変数Ｔｄｍｌの値と（Ｄｍｌｏｌｄ＋Ｄｍｌｒ）の値
の小さいほうを変数Ｄｍｌに入れ、この逆にＤｍｌｏｌ
ｄ≧Ｔｄｍｌのときはリーン方向への切換であるとして
ステップ４６で変数Ｔｄｍｌと（Ｄｍｌｏｌｄ−Ｄｍｌ
ｌ）の値の大きいほうを変数Ｄｍｌに入れる。

【００６３】図１に戻り、吸気絞り弁５をバイパスする
補助空気通路２１に設けた流量制御弁２２を用い、理論
空燃比からリーン側の空燃比への切換時に補助空気流量
を増量補正（理論空燃比への切換時は減量補正）するこ
とによって、切換の前後でトルクが同一となるようにト
ルク制御を行っている。制御弁２２はアイドル回転数制
御にも共用される。また、リーン空燃比域での燃焼不安
定により増加するＣＯ，ＨＣを抑えるため、燃焼室内に
流れ込む吸気にスワールが与えられるよう、吸気ポート
１２ａの近くに、一部に切欠き（図示せず）を有するス
ワールコントロールバルブ１３を設けている。リーン空
燃比域でスワールコントロールバルブ１３を全閉位置に
して吸気を絞ることにより吸気の流速を高め、燃焼室内
にスワールを生じさせるのである。

【００６４】以上で先願装置の概説を終える。

【００６５】さて、理論空燃比を境にして２値的に変化
するＯ₂センサーと異なり、空燃比センサー９で空燃比
を正確に検出するには、センサーの素子温度を狭い所定
温度範囲（たとえば７５０〜９００℃）に維持させるこ
とが要求される。

【００６６】この場合に、センサー素子を加熱するヒー
ターの電力量を制御する一方で、制御量としての基本電
力量や補正電力量のデータを、エンジン回転数とエンジ
ン負荷をパラメーターとするマップで与えたのでは、メ
モリー容量とマッチングの工数が増大し、演算時間も長
くなる。

【００６７】これに対処するためコントロールユニット
２では、ヒーターの電圧制御を実行する。

【００６８】図９において、空燃比センサー９は検出素
子９ａとこの検出素子９ａを加熱するヒーター９ｂを備
え、検出素子９ａの一端にはバッテリー電圧（電源電
圧）２１が加えられ、他端は抵抗２２を介して接地され
る。この抵抗２２は検出素子９ａに流れる電流を検出す
るためのものであり、この抵抗２２の両端に生じる電圧
が増幅回路２３、Ａ／Ｄ変換器２４を介してマイクロコ
ンピューター２５に入力される。

【００６９】一方、セラミックからなるヒーター９ｂに
は、図１０に示したパルス電圧が与えられる。図１０に
おいて、一定周期当たりのＯＮ時間割合（つまりデュー
ティー値Ｏ２ＨＤＴＹ）を調整することで、ヒーター電
力量を調整することができる。ヒーター電力量はヒータ
ー電流とヒーター電圧の積により定まるので、定電流回
路を設けてヒーター電流を一定に保っておけば、デュー
ティー値とヒーター電力量が比例するわけである。

【００７０】図９に戻り、マイクロコンピューター２５
により算出されるこのデューティー値はＰＷＭ調整器２
６により一定周期（たとえば４０ｍｓｅｃ）のパルスに
変換され、このパルスを入力としてヒーター駆動回路２
７がバッテリー電圧を断続すると、図１０のパルス電圧
が得られる。図１０においてＯＮ時の電圧がバッテリー
電圧ＶＢである。

【００７１】さて、定電力の条件でもセンサー素子温度
は、 〈１〉バッテリー電圧の差（たとえば１２〜１４．５
Ｖ） 〈２〉エンジン回転数の差（たとえばアイドル回転〜５
０００ｒｐｍ程度） 〈３〉負荷の差（Ｔｐでたとえば１〜５ｍｓｅｃ） 〈４〉空燃比の差（１４．７からたとえば２３程度） により変動し、その変動幅は〈１〉の場合が最も大き
く、次に〈２〉の場合、その次に〈３〉，〈４〉の場合
と小さくなることが実験の結果わかった。

【００７２】ここで、バッテリー電圧を一定に保ったと
き〈２〉、〈３〉、〈４〉により素子温度がどのように
変動するかを横軸を負荷相当量にして示すと、図１１に
示したようになる。図１１より低回転のときのほうが高
回転のときより素子温度が大きく低下し、回転を一定に
保ったときは、低負荷になるほど素子温度が低下してピ
ークを迎えふたたび素子温度が上昇している。また、回
転数Ｎと基本パルス幅Ｔｐが同一でもリーン空燃比にな
ると、理論空燃比のときより素子温度が低下している。

【００７３】こうした図１１の実験結果よりヒーター素
子温度が一定になるように考慮しようとすれば、ヒータ
ー電圧制御用のデューティー値Ｏ２ＨＤＴＹ〔％〕を、 Ｏ２ＨＤＴＹ＝ｆ₁（ＶＢ）＋ｆ₂（Ｎ）＋ｆ₃（Ｔｐ）＋ｆ₄（Ｄｍｌ） …（６） ただし、ｆ₁（ＶＢ）：基本デューティー値〔％〕 ｆ₂（Ｎ）：回転補正量〔％〕 ｆ₃（Ｔｐ）：負荷補正量〔％〕 ｆ₄（Ｄｍｌ）：空燃比補正量〔％〕 の式で与えることがまず考えられる。ただし、（６）式
のｆ₁，ｆ₂，ｆ₃，ｆ₄は関数（たとえばｆ₁（ＶＢ）は
ＶＢの関数）である。

【００７４】ここで、（６）式の回転補正量ｆ₂、負荷
補正量ｆ₃、空燃比補正量ｆ₄は、実はバッテリー電圧Ｖ
Ｂの影響を大きく受ける値である。どういうことかとい
うと、バッテリー電圧ＶＢが１４Ｖのときにｆ₂が５％
であったとして、ＶＢが１２Ｖに低下すると、そのぶん
ヒーター電力量が減るので、回転数が同じであればｆ₂
はたとえば７％と大きくならなければ素子温度を一定に
保つことができない。つまり、バッテリー電圧の影響を
無くすには、 Ｏ２ＨＤＴＹ＝ｆ₁（ＶＢ）＋ｆ₂′（Ｎ，ＶＢ） ＋ｆ₃′（Ｔｐ，ＶＢ）＋ｆ₄′（Ｄｍｌ，ＶＢ） …（７） の式でなければならないのである。

【００７５】しかしながら、ｆ₂′、ｆ₃′、ｆ₄′を求
めるためのパラメーターが２つになると、データを格納
するメモリーがマップ構成となってしまう。

【００７６】そこで、この例ではヒーター制御デューテ
ィー値Ｏ２ＨＤＴＹを、 Ｏ２ＨＤＴＹ＝ｆ₁（ＶＢ） ×（１＋ｇ₂（Ｎ）＋ｇ₃（Ｔｐ）＋ｇ₄（Ｄｍｌ）） …（８） ただし、ｆ₁（ＶＢ）：基本デューティー値〔％〕 ｇ₂（Ｎ）：回転補正量〔無名数〕 ｇ₃（Ｔｐ）：負荷補正量〔無名数〕 ｇ₄（Ｄｍｌ）：空燃比補正量〔無名数〕 の式で構成する。（８）式のｇ₂、ｇ₃、ｇ₄も関数であ
る。

【００７７】（８）式によれば、（７）式より精度は若
干落ちるものの、バッテリー電圧ＶＢの影響を小さくす
ることができ、かつｇ₂、ｇ₃、ｇ₄を与えるためのパラ
メーターが１つになり、データを格納するメモリーはテ
ーブル構成でよい。

【００７８】図１２はヒーター制御デューティー値Ｏ２
ＨＤＴＹを算出するための流れ図で、一定周期（たとえ
ば１０ｍｓｅｃ）で実行する。

【００７９】ステップ５１では通電開始条件であるかど
うかをみる。通電開始条件には、始動後あること、
バッテリー電圧が正常範囲にあること、空燃比センサ
ーが故障していないこと、があり、これら条件のひとつ
でも満足しないときは、図１２のルーチンを終了する。

【００８０】３つの条件のすべてを満足するときは通電
開始条件になったと判断し、ステップ５２でバッテリー
電圧ＶＢ、回転数Ｎ、基本パルス幅Ｔｐ、目標燃空比相
当量のランプ応答値Ｄｍｌを読み込む。

【００８１】ステップ５３ではバッテリー電圧ＶＢから
図１３を内容とするテーブルを参照して基本デューティ
ー値Ｏ２ＨＶＢ〔％〕を求める。

【００８２】図１３のようにＯ２ＨＶＢの値はバッテリ
ー電圧ＶＢが低下するほど大きくなる値である。これ
は、ヒーター電力＝（バッテリー電圧）²／（ヒーター
抵抗）より、バッテリー電圧ＶＢの低下でヒーター電力
（ヒーター発熱量）が低下することになるので、素子温
度が低下しないようにデューティー値を大きくすること
によってヒーターに与える平均電圧を上昇させるためで
ある。なお、約１０Ｖ以下でＯ２ＨＶＢの値を１００％
としているのは、約１０Ｖ以下では素子温度を要求値ま
で上昇させることができないからである。

【００８３】ステップ５４では回転数Ｎから図１４を内
容とするテーブルを参照して回転補正量ＯＨ２Ｎ〔無名
数〕を、ステップ５５では基本パルス幅Ｔｐから図１５
を内容とするテーブルを参照して負荷補正量Ｏ２ＨＴＰ
〔無名数〕を、ステップ５６では回転数Ｎから図１６を
内容とするテーブルを参照して負荷補正量の回転補正率
Ｏ２ＨＮ２〔無名数〕を、ステップ５７では（１００％
−ＤＭＬ）の値から図１７を内容とするテーブルを参照
して空燃比補正量Ｏ２ＨＤＭＬ〔無名数〕をそれぞれ求
める。

【００８４】図１４のように回転補正量Ｏ２ＨＮの値は
回転数Ｎが低下するほど大きくなる値である。これは、
図１１にも示したように、低回転のほうが素子温度の低
下が大きいので、低回転のときは高回転のときよりヒー
ター発熱量が相対的に大きくなるようにするわけであ
る。

【００８５】図１５のように負荷補正量Ｏ２ＨＴＰの値
は基本パルス幅Ｔｐが小さくなるほど大きくなってピー
クをとりふたたび小さくなる値である。これも、図１１
に示した実験データから得られるものである。図１１よ
り、基本パルス幅Ｔｐが小さくなるほど素子温度が低下
し、やがてピークをとりふたたび素子温度が上昇してい
るので、この特性と上下が逆の特性としたわけである。

【００８６】図１６については後述する。

【００８７】図１７においては横軸が１００−Ｄｍｌに
なっているが、ランプ応答値Ｄｍｌは空燃比の切換時以
外でマップ値Ｔｄｍｌに一致する値であるから、簡単に
は横軸を１００−Ｔｄｍｌに置き換えて考えてもかまわ
ない。このとき、理論空燃比ではマップ値（Ｔｄｍｌ）
は１００％、リーン側の空燃比でマップ値（Ｔｄｍｌ）
は６３％や７０％といった値になるので（図５、図６参
照）、１００−Ｔｄｍｌは、この差の値が０のとき理論
空燃比に相当し、１００−Ｔｄｍｌが正の値で大きくな
るなるほどリーン側の空燃比であることを表す。したが
って、空燃比補正量Ｏ２ＨＤＭＬの値は、理論空燃比
（つまり１００−Ｄｍｌが０のときに相当）を基準にし
てリーン側になるほど大きくなる値である。図１７の特
性とした理由も、図１１の実験データから得られるもの
である。空燃比が理論空燃比よりリーン側になるほど、
排気温度の低下により素子温度が低下するので、リーン
側になるほど空燃比補正量Ｏ２ＨＤＭＬを大きくするこ
とによってヒーター発熱量を高めるのである。

【００８８】なお、図１７において、１００−Ｄｍｌが
所定値（空燃比でほぼ２０ぐらいの値に相当）よりリー
ン側で一定値としているのは、リーンになるほど空燃比
に対する素子温度の感度が鈍くなるからである（補正の
効果あまり得られないので補正しない）。

【００８９】このようにして求めた値を用いステップ５
８では Ｏ２ＨＤＴＹ＝Ｏ２ＨＶＢ×（１＋Ｏ２ＨＮ＋Ｏ２ＨＴＰ×Ｏ２ＨＮ２ ＋Ｏ２ＨＤＭＬ） …（９） の式でヒーター制御デューティー値Ｏ２ＨＤＴＹを計算
し、これをステップ５９で出力レジスターに転送する。

【００９０】負荷補正量の回転補正率Ｏ２ＨＮ２は、他
の３つの補正量（Ｏ２ＨＮ、Ｏ２ＨＴＰ、Ｏ２ＨＤＭ
Ｌ）と異なり、追試験の結果必要となったものである。
というのも、 Ｏ２ＨＤＴＹ＝Ｏ２ＨＶＢ×（１＋Ｏ２ＨＮ＋Ｏ２ＨＴＰ＋Ｏ２ＨＤＭＬ） …（１０） の式でヒーター制御デューティー値Ｏ２ＨＤＴＹを与え
て追試験を行ってみると、目標素子温度からのずれを生
じ、低回転域と高回転域とでは素子温度の低下が小さか
ったのに対し、中回転域で素子温度の低下が大きかった
のである。そこで、負荷補正量Ｏ２ＨＴＰに対して回転
補正率Ｏ２ＨＮ２を導入し、その特性を、図１６に示し
たように中回転域での値が大きくなるようにしたのであ
る。

【００９１】ここで、この例の作用を説明する。

【００９２】この例では、ヒーター制御デューティー値
Ｏ２ＨＤＴＹによりヒーター電圧を制御するものであ
り、バッテリー電圧ＶＢが低下するほど大きくなる値で
基本デューティー値Ｏ２ＨＶＢを与えているので、バッ
テリー電圧ＶＢが低下したときでも、素子温度を一定に
保つことができる。

【００９３】また、基本デューティー値Ｏ２ＨＶＢのデ
ータはパラメーターを１つとする図１３のテーブルから
求められるので、メモリー容量とマッチングの工数が低
下し、演算時間も短くなる。

【００９４】また、この例でもバッテリー電圧を読み込
む必要があることから、従来例と同様に読み込み誤差の
影響を受けるものの、読み込み誤差の生じるもう１つの
バッテリー電流については読み込む必要がないため、従
来より読み込み誤差の影響を小さくできる。

【００９５】一方、バッテリー電圧ＶＢが一定に保た
れ、かつ回転数、負荷、空燃比が所定値のときセンサー
素子温度が望みの温度範囲に維持されていても、回転
数、負荷、空燃比のいずれか一つが所定値から変化する
と、排気温度が高くなったり低くなったりするので、そ
の影響を受けて素子温度が変動し、目標温度範囲を外れ
ることがある。

【００９６】この場合に、排気温度は、回転数が低くな
るほど、負荷が低下するほど、また空燃比が理論空燃比
よりリーン側になるほど低下するので、この温度特性に
合わせて、この例で回転補正量Ｏ２ＨＮにより回転数Ｎ
が低くなるほどヒーター発熱量が多くなる側に、負荷補
正量Ｏ２ＨＴＰにより負荷相当量としてのＴｐが低下す
るほどヒーター発熱量が多くなる側に、また空燃比補正
量Ｏ２ＨＤＭＬにより空燃比が理論空燃比よりリーン側
になるほどヒーター発熱量が多くなる側にそれぞれヒー
ター電圧が補正されるので、回転数、負荷、空燃比に関
係なく、素子温度を目標温度範囲に収めることができ
る。

【００９７】また、補正量Ｏ２ＨＮ、Ｏ２ＨＴＰ、Ｏ２
ＨＤＭＬの各データもすべて、パラメーターを１つとす
るテーブルから求められるので、メモリー容量とマッチ
ングの工数が低下し、演算時間も短くなる。

【００９８】さらに、３つの補正量Ｏ２ＨＮ、Ｏ２ＨＴ
Ｐ、Ｏ２ＨＤＭＬは、基本デューティー値Ｏ２ＨＶＢと
同じ単位のデューティー値でなく、（１＋Ｏ２ＨＮ＋Ｏ
２ＨＴＰ＋Ｏ２ＨＤＭＬ）を基本デューティー値Ｏ２Ｈ
ＶＢに掛ける形で与えているので、各補正量からバッテ
リー電圧ＶＢの影響を小さなものに抑えることができ
る。

【００９９】また、回転補正率Ｏ２ＨＮ２により中回転
域でそれ以外の回転域（低回転域と高回転域）より相対
的にヒーター発熱量が多くなる側に負荷補正量Ｏ２ＨＴ
Ｐを補正しているので、中回転域での素子温度の低下を
防止することができる。

【０１００】図１８は上記の（９）式によりヒーター電
圧を制御したときの実験データであり、常用域でバッテ
リー電圧、回転数、負荷、空燃比がそれぞれ変化して
も、目標温度範囲内において素子温度がほぼ一定に保た
れていることがわかる。

【０１０１】図１９は第２実施例で、これはコントロー
ルユニットの通電開始後に１回だけ実行する。

【０１０２】さて、エンジンの暖機完了前の空燃比目標
値は理論空燃比であり、この条件では冷却水温が４０〜
６０℃程度でも空燃比センサー９が活性化したと判断し
て空燃比のフィードバック制御を開始している。これ
は、エンジンの始動後は一刻も早く空燃比フィードバッ
ク制御を開始して三元触媒１９を働かせるほうが、排気
性能がよくなるからである。

【０１０３】しかしながら、低回転での空燃比センサー
の活性化直後に急発進させたときは、ヘジテーションを
生じるおそれがある。その原因は、空燃比を正確に検出
するには素子温度が図２１に示した目標温度範囲になけ
ればならないところ、低温始動後すぐに急発進するとき
は、冷たい排気でセンサー素子が冷やされることによ
り、図２１において最下段に示した特性のように、セン
サーが故障しない範囲内に素子温度が収まっているが目
標温度範囲内にはないため、空燃比を正確に検出できて
いないことにあると思われる。

【０１０４】そこで、この例では図２２に示したよう
に、コントロールユニットの通電開始（冷間始動にかぎ
らない）直後だけは所定時間のあいだ大きな値のヒータ
ー制御デューティー値を出力することによってヒーター
電圧を高くし、センサー素子温度が応答よく立ち上がる
ようにしている。

【０１０５】具体的には、図１９において、ステップ６
１でコントロールユニットの初回通電時であるかどうか
をフラグＦの値からみて、Ｆ＝０であれば初回通電時で
あると判断し、ステップ６２に進む。なお、フラグＦの
初期値は“０”である。

【０１０６】ステップ６２ではこのステップ６２に進む
のが初めてであるかどうかみて、初めてであればステッ
プ６３で始動時水温ＴＷＫＩＮＴ〔℃〕から図２０を内
容とするテーブルを参照して所定時間ＴＭＯ２ＨＳ〔ｓ
ｅｃ〕を求める。初めてでなければステップ６３を飛ば
してステップ６４に進む。

【０１０７】ステップ６４では所定時間ＴＭＯ２ＨＳと
コントロールユニット通電開始からの経過時間を表すタ
イマー値ＴＭ〔ｓｅｃ〕を比較し、ＴＭ＜ＴＭＯ２ＨＳ
であれば、ステップ６５に進み、このステップ６５に進
むのが初めてかどうかみる。初めてであればステップ６
６で所定値（一定値）Ｏ２ＨＳＴＤ＃〔％〕をヒーター
制御デューティー値を表す変数Ｏ２ＨＤＴＹに入れ、こ
のＯ２ＨＤＴＹの値をステップ６７で出力レジスターに
移す。

【０１０８】ステップ６５に進むのが２回目からはステ
ップ６８でタイマー値ＴＭのインクリメントを続け、や
がてＴＭ≧ＴＭＯ２ＨＳになると、ステップ６９，７０
に進んで後処理を行う（ステップ６９でタイマー値ＴＭ
を初期値の０にリセットし、ステップ７０でフラグＦに
“１”を入れる）。

【０１０９】Ｆ＝１であることは、通常時における通電
開始条件（図１２のステップ５１）のひとつであり、コ
ントロールユニットの通電開始後フラグＦが“１”とな
るまで、図１２においてステップ５２以降に進むことは
ない。

【０１１０】この例では、コントロールユニットの通電
開始から所定時間ＴＭＯ２ＨＳのあいだ大きな値のヒー
ター制御デューティー値を出力しているので、低回転で
の空燃比センサーの活性化直後に急発進したときでもヘ
ジテーションを生じることがない。

【０１１１】また、所定時間ＴＭＯ２ＨＳを始動時水温
ＴＷＫＩＮＴが低いほど長くしているので、始動時水温
が低いときであっても、空燃比センサーの活性化直後の
急発進により生ずるヘジテーションを防ぐことができ
る。なお、所定時間ＴＭＯ２ＨＳは一定とし、始動時水
温が低いほど所定値Ｏ２ＨＳＴＤ＃を大きくすることに
より、始動時水温を反映させるようにしてもかまわな
い。

【０１１２】図２３は第３実施例で、図１９に対応す
る。図１９とはステップ７１，７２が相違し、コントロ
ールユニットの通電開始から所定時間経過までに出力す
るヒーター制御デューティー値Ｏ２ＨＤＴＹを、 Ｏ２ＨＤＴＹ←Ｏ２ＨＶＢ×Ｏ２ＨＳＴＤ２＃ …（１１） ただし、Ｏ２ＨＳＴＤ２＃：ゲインで１を越える値〔無
名数〕の式で求めるようにしたものである。

【０１１３】この例は、図１９の例によりコントロール
ユニットの通電開始直後だけは所定時間のあいだで大き
な値のデューティー値にしたとき、当初の見積もりと異
なり、以下の問題が生ずることがわかったための改良案
である。

【０１１４】というのも、図１９の例では、バッテリー
電圧が低下したときでも、センサー素子温度が急速に立
ち上がるように、比較的低いバッテリー電圧に対して所
定値Ｏ２ＨＳＴＤ＃をマッチングしていた。このため、 バッテリー電圧ＶＢがもともと高いときにも、同じ値
の所定値Ｏ２ＨＳＴＤ＃を用いたのでは、ヒーター寿命
の大半を消費してしまい、ヒーターの耐久性を保証でき
ず、 かといって、所定値Ｏ２ＨＳＴＤ＃を大きな値に設定
できなければ、バッテリー電圧ＶＢが低下しているとき
に低電力しかヒーターに供給できないために素子温度を
急激に立ち上げることができない、 という問題が生じたのである。

【０１１５】そこで、コントロールユニットの通電開始
から所定時間ＴＭＯ２ＨＳが経過するまでは、基本デュ
ーティー値Ｏ２ＨＶＢを一定倍率アップした値（つまり
Ｏ２ＨＶＢ×Ｏ２ＨＳＴＤ２＃）を出力させることで、
ヒーターの耐久性を損なうことなく素子温度を早期に上
昇させることができる。

【０１１６】実施例では、図１７にも示したように、横
軸の１００−Ｄｍｌが０または負のとき（つまり理論空
燃比またはこれよりリーン側のとき）だけであり、理論
空燃比よりもリッチ側のときについては説明しなかった
が、このときについても考慮するときは次のようにすれ
ばよい。リッチ側空燃比（たとえば出力空燃比のとき）
での排気温度が理論空燃比のときより高いと、そのぶん
素子温度が上昇してしまうので、図２４に示したように
１００−Ｄｍｌの値が負で大きくなるほど空燃比補正量
Ｏ２ＨＤＭＬの値を負で大きくする（つまり基本デュー
ティー値Ｏ２ＨＶＢを減量補正する）のである。

【０１１７】実施例では空燃比補正量（Ｏ２ＨＤＭＬ）
を求めるための変数としてＤｍｌ（目標燃空比相当量の
ランプ応答値）を用いているが、これに代えて、Ｔｄｍ
ｌ（目標燃空比相当量のマップ値）、Ｔｆｂｙａ（目標
燃空比相当量）を用いることも、また空燃比センサー９
により検出される実際の空燃比を用いることもできる。
負荷補正量（Ｏ２ＨＴＰ）を求めるための変数としての
負荷についても、Ｔｐのほか、吸入空気流量Ｑ、吸気管
負圧、スロットル弁開度などの負荷相当量を用いること
ができる。

【０１１８】

【発明の効果】第１の発明は、排気中の酸素濃度に応じ
た信号を出力する検出素子およびこの検出素子を加熱す
るヒーターを備える空燃比センサーと、制御量に応じて
前記ヒーターに加える電圧を調整する手段と、電源電圧
を検出する手段と、この電源電圧に応じこの値が低下す
るほど大きくなる値の基本制御量を算出する手段と、こ
の基本制御量を前記ヒーター電圧調整手段に出力する手
段とを設けたので、電源電圧が低下したときでも、検出
素子温度が一定に保たれるほか、基本制御量のデータを
格納するためのメモリー容量とマッチングの工数が低下
し、演算時間が短くなるとともに、従来より読み込み誤
差の影響を小さくできる。

【０１１９】第２の発明は、排気中の酸素濃度に応じた
信号を出力する検出素子およびこの検出素子を加熱する
ヒーターを備える空燃比センサーと、制御量に応じて前
記ヒーターに加える電圧を調整する手段と、電源電圧を
検出する手段と、この電源電圧に応じこの値が低下する
ほど大きくなる値の基本制御量を算出する手段と、エン
ジン回転数を検出する手段と、このエンジン回転数に応
じこの値が低くなるほど大きくなる値の回転補正量を算
出する手段と、この回転補正量で前記基本制御量を増量
補正する手段と、この増量補正された制御量を前記ヒー
ター電圧調整手段に出力する手段とを設けたので、エン
ジン回転数に関係なく、素子温度を目標温度範囲に収め
ることができるほか、回転補正量のデータを格納するた
めのメモリー容量とマッチングの工数が低下し、演算時
間が短くなる。

【０１２０】第３の発明は、排気中の酸素濃度に応じた
信号を出力する検出素子およびこの検出素子を加熱する
ヒーターを備える空燃比センサーと、制御量に応じて前
記ヒーターに加える電圧を調整する手段と、電源電圧を
検出する手段と、この電源電圧に応じこの値が低下する
ほど大きくなる値の基本制御量を算出する手段と、エン
ジン負荷相当量を検出する手段と、この負荷相当量に応
じこの値が小さくなるほど大きくなる値の負荷補正量を
算出する手段と、この負荷補正量で前記基本制御量を増
量補正する手段と、この増量補正された制御量を前記ヒ
ーター電圧調整手段に出力する手段とを設けたので、負
荷相当量に関係なく、素子温度を目標温度範囲に収める
ことができるほか、負荷補正量のデータを格納するため
のメモリー容量とマッチングの工数が低下し、演算時間
が短くなる。

【０１２１】第４の発明は、排気中の酸素濃度に応じた
信号を出力する検出素子およびこの検出素子を加熱する
ヒーターを備える空燃比センサーと、制御量に応じて前
記ヒーターに加える電圧を調整する手段と、電源電圧を
検出する手段と、この電源電圧に応じこの値が低下する
ほど大きくなる値の基本制御量を算出する手段と、空燃
比に応じこの値が理論空燃比よりリーン側に向かうほど
大きくなる値の空燃比補正量を算出する手段と、この空
燃比補正量で前記基本制御量を増量補正する手段と、こ
の増量補正された制御量を前記ヒーター電圧調整手段に
出力する手段とを設けたので、空燃比に関係なく、素子
温度を目標温度範囲に収めることができるほか、空燃比
補正量のデータを格納するためのメモリー容量とマッチ
ングの工数が低下し、また演算時間が短くなる。

【０１２２】第５の発明は、排気中の酸素濃度に応じた
信号を出力する検出素子およびこの検出素子を加熱する
ヒーターを備える空燃比センサーと、制御量に応じて前
記ヒーターに加える電圧を調整する手段と、電源電圧を
検出する手段と、この電源電圧に応じこの値が低下する
ほど大きくなる値の基本制御量を算出する手段と、エン
ジン回転数を検出する手段と、このエンジン回転数に応
じこの値が低くなるほど大きくなる値の回転補正量を算
出する手段と、この回転補正量と１との和で前記基本制
御量を増量補正する手段と、この増量補正された制御量
を前記ヒーター電圧調整手段に出力する手段とを設けた
ので、回転補正量から電源電圧の影響を除くことができ
る。

【０１２３】第６の発明は、排気中の酸素濃度に応じた
信号を出力する検出素子およびこの検出素子を加熱する
ヒーターを備える空燃比センサーと、制御量に応じて前
記ヒーターに加える電圧を調整する手段と、電源電圧を
検出する手段と、この電源電圧に応じこの値が低下する
ほど大きくなる値の基本制御量を算出する手段と、エン
ジン負荷相当量を検出する手段と、この負荷相当量に応
じこの値が小さくなるほど大きくなる値の負荷補正量を
算出する手段と、この負荷補正量と１との和で前記基本
制御量を増量補正する手段と、この増量補正された制御
量を前記ヒーター電圧調整手段に出力する手段とを設け
たので、負荷補正量から電源電圧の影響を除くことがで
きる。

【０１２４】第７の発明は、排気中の酸素濃度に応じた
信号を出力する検出素子およびこの検出素子を加熱する
ヒーターを備える空燃比センサーと、制御量に応じて前
記ヒーターに加える電圧を調整する手段と、電源電圧を
検出する手段と、この電源電圧に応じこの値が低下する
ほど大きくなる値の基本制御量を算出する手段と、空燃
比に応じこの値がリーン側に向かうほど大きくなる値の
空燃比補正量を算出する手段と、この空燃比補正量と１
との和で前記基本制御量を増量補正する手段と、この増
量補正された制御量を前記ヒーター電圧調整手段に出力
する手段とを設けたので、空燃比補正量から電源電圧の
影響を除くことができる。

【０１２５】第８の発明は、第３の発明または第６の発
明において、エンジン回転数Ｎに応じ低回転域と高回転
域で小さく、中回転域で大きくなる値の回転補正率で前
記負荷補正量を増量補正するので、中回転域での素子温
度の低下を防止することができる。

【０１２６】第９の発明は、第１の発明から第８の発明
のいずれかひとつにおいて、エンジン始動直後の前記ヒ
ーターへの初回通電時は所定時間のあいだ大きな値の制
御量を前記ヒーター電圧調整手段に出力するので、低回
転域での空燃比センサーの活性化直後に急発進したとき
でもヘジテーションを生じることがない。

【０１２７】第１０の発明は、第１の発明から第８の発
明のいずれかひとつにおいて、エンジン始動直後の前記
ヒーターへの初回通電時に所定時間のあいだ出力する制
御量を、前記前記基本制御量を一定倍率大きくした値と
するので、ヒーターの耐久性を損なうことなく素子温度
を目標温度に向けて早期に上昇させることができる。第
１１の発明は、第９の発明または第１０の発明におい
て、前記所定時間を始動時水温が低くなるほど長くする
ので、始動時水温が低いときであっても、空燃比センサ
ーの活性化直後の急発進により生ずるヘジテーションを
防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例のシステム図である。

【図２】燃料噴射パルス幅Ｔｉの算出を説明するための
流れ図である。

【図３】燃料噴射パルス幅Ｔｉの出力を説明するための
流れ図である。

【図４】目標燃空比相当量Ｔｆｂｙａの算出を説明する
ための流れ図である。

【図５】リーンマップの内容を説明するための特性図で
ある。

【図６】非リーンマップの内容を説明するための特性図
である。

【図７】目標燃空比相当量のランプ応答値Ｄｍｌの算出
を説明するための流れ図である。

【図８】目標燃空比相当量のランプ応答値Ｄｍｌの波形
図である。

【図９】空燃比センサー用のヒーター制御装置のシステ
ム図である。

【図１０】ヒーター制御デューティー値Ｏ２ＨＤＴＹを
説明するための波形図である。

【図１１】バッテリー電圧が一定の条件下で回転数Ｎ、
負荷、空燃比を変化させたときの素センサー素子温度Ｔ
ｓの変動を示す実験データである。

【図１２】通常時のヒーター制御デューティー値Ｏ２Ｈ
ＤＴＹの算出を説明するための流れ図である。

【図１３】基本デューティー値Ｏ２ＨＶＢの特性図であ
る。

【図１４】回転補正量Ｏ２ＨＮの特性図である。

【図１５】負荷補正量Ｏ２ＨＴＰの特性図である。

【図１６】負荷補正量の回転補正率Ｏ２ＨＮ２の特性図
である。

【図１７】空燃比補正量Ｏ２ＨＤＭＬの特性図である。

【図１８】第１実施例の作用を説明するための素子温度
の特性である。

【図１９】第２実施例でのコントロールユニットの通常
開始直後のヒーター制御デューティー値Ｏ２ＨＤＴＹの
算出を説明するための流れ図である。

【図２０】所定時間ＴＭＯ２ＨＳの特性図である。

【図２１】実ヒーター電力に対する素子温度の特性図で
ある。

【図２２】第２実施例の作用を説明するための波形図で
ある。

【図２３】第３実施例でのコントロールユニットの通常
開始直後のヒーター制御デューティー値Ｏ２ＨＤＴＹの
算出を説明するための流れ図である。

【図２４】第４実施例の空燃比補正量Ｏ２ＨＤＭＬの特
性図である。

【図２５】従来例の空燃比に対する排気温度の特性図で
ある。

【図２６】従来例のヒーター電力の制御を説明するため
の流れ図である。

【図２７】従来例の補正電力量ｂのマップ内容を説明す
るための特性図である。

【図２８】従来例の基本電力量Ｂのマップ内容を説明す
るための特性図である。

【図２９】第１の発明のクレーム対応図である。

【図３０】第２の発明のクレーム対応図である。

【図３１】第３の発明のクレーム対応図である。

【図３２】第４の発明のクレーム対応図である。

【図３３】第５の発明のクレーム対応図である。

【図３４】第６の発明のクレーム対応図である。

【図３５】第７の発明のクレーム対応図である。

【符号の説明】

２ コントロールユニット ３ 燃料インジェクター ４ エアフローメーター ７ クランク角度センサー（回転数検出手段） ９ 空燃比センサー ９ａ 検出素子 ９ｂ ヒーター ４１ 空燃比センサー ４１ａ 検出素子 ４１ｂ ヒーター ４２ ヒーター電圧調整手段 ４３ 電源電圧検出手段 ４４ 基本制御量算出手段 ４５ 制御量出力手段 ５２ 回転数検出手段 ５３ 回転補正量算出手段 ５４ 増量補正手段 ６１ 負荷相当量算出手段 ６２ 負荷補正量算出手段 ６３ 増量補正手段 ７２ 空燃比補正量算出手段 ７３ 増量補正手段 ８１ 増量補正手段 ９１ 増量補正手段 １０１ 増量補正手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｎ 27/12 Ｂ 27/41

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排気中の酸素濃度に応じた信号を出力する
   検出素子およびこの検出素子を加熱するヒーターを備え
   る空燃比センサーと、 制御量に応じて前記ヒーターに加える電圧を調整する手
   段と、 電源電圧を検出する手段と、 この電源電圧に応じこの値が低下するほど大きくなる値
   の基本制御量を算出する手段と、 この基本制御量を前記ヒーター電圧調整手段に出力する
   手段とを設けたことを特徴とする空燃比センサー用加熱
   手段の制御装置。
2. 【請求項２】排気中の酸素濃度に応じた信号を出力する
   検出素子およびこの検出素子を加熱するヒーターを備え
   る空燃比センサーと、 制御量に応じて前記ヒーターに加える電圧を調整する手
   段と、 電源電圧を検出する手段と、 この電源電圧に応じこの値が低下するほど大きくなる値
   の基本制御量を算出する手段と、 エンジン回転数を検出する手段と、 このエンジン回転数に応じこの値が低くなるほど大きく
   なる値の回転補正量を算出する手段と、 この回転補正量で前記基本制御量を増量補正する手段
   と、 この増量補正された制御量を前記ヒーター電圧調整手段
   に出力する手段とを設けたことを特徴とする空燃比セン
   サー用加熱手段の制御装置。
3. 【請求項３】排気中の酸素濃度に応じた信号を出力する
   検出素子およびこの検出素子を加熱するヒーターを備え
   る空燃比センサーと、 制御量に応じて前記ヒーターに加える電圧を調整する手
   段と、 電源電圧を検出する手段と、 この電源電圧に応じこの値が低下するほど大きくなる値
   の基本制御量を算出する手段と、 エンジン負荷相当量を検出する手段と、 この負荷相当量に応じこの値が小さくなるほど大きくな
   る値の負荷補正量を算出する手段と、 この負荷補正量で前記基本制御量を増量補正する手段
   と、 この増量補正された制御量を前記ヒーター電圧調整手段
   に出力する手段とを設けたことを特徴とする空燃比セン
   サー用加熱手段の制御装置。
4. 【請求項４】排気中の酸素濃度に応じた信号を出力する
   検出素子およびこの検出素子を加熱するヒーターを備え
   る空燃比センサーと、 制御量に応じて前記ヒーターに加える電圧を調整する手
   段と、 電源電圧を検出する手段と、 この電源電圧に応じこの値が低下するほど大きくなる値
   の基本制御量を算出する手段と、 空燃比に応じこの値が理論空燃比よりリーン側に向かう
   ほど大きくなる値の空燃比補正量を算出する手段と、 この空燃比補正量で前記基本制御量を増量補正する手段
   と、 この増量補正された制御量を前記ヒーター電圧調整手段
   に出力する手段とを設けたことを特徴とする空燃比セン
   サー用加熱手段の制御装置。
5. 【請求項５】排気中の酸素濃度に応じた信号を出力する
   検出素子およびこの検出素子を加熱するヒーターを備え
   る空燃比センサーと、 制御量に応じて前記ヒーターに加える電圧を調整する手
   段と、 電源電圧を検出する手段と、 この電源電圧に応じこの値が低下するほど大きくなる値
   の基本制御量を算出する手段と、 エンジン回転数を検出する手段と、 このエンジン回転数に応じこの値が低くなるほど大きく
   なる値の回転補正量を算出する手段と、 この回転補正量と１との和で前記基本制御量を増量補正
   する手段と、 この増量補正された制御量を前記ヒーター電圧調整手段
   に出力する手段とを設けたことを特徴とする空燃比セン
   サー用加熱手段の制御装置。
6. 【請求項６】排気中の酸素濃度に応じた信号を出力する
   検出素子およびこの検出素子を加熱するヒーターを備え
   る空燃比センサーと、 制御量に応じて前記ヒーターに加える電圧を調整する手
   段と、 電源電圧を検出する手段と、 この電源電圧に応じこの値が低下するほど大きくなる値
   の基本制御量を算出する手段と、 エンジン負荷相当量を検出する手段と、 この負荷相当量に応じこの値が小さくなるほど大きくな
   る値の負荷補正量を算出する手段と、 この負荷補正量と１との和で前記基本制御量を増量補正
   する手段と、 この増量補正された制御量を前記ヒーター電圧調整手段
   に出力する手段とを設けたことを特徴とする空燃比セン
   サー用加熱手段の制御装置。
7. 【請求項７】排気中の酸素濃度に応じた信号を出力する
   検出素子およびこの検出素子を加熱するヒーターを備え
   る空燃比センサーと、 制御量に応じて前記ヒーターに加える電圧を調整する手
   段と、 電源電圧を検出する手段と、 この電源電圧に応じこの値が低下するほど大きくなる値
   の基本制御量を算出する手段と、 空燃比に応じこの値がリーン側に向かうほど大きくなる
   値の空燃比補正量を算出する手段と、 この空燃比補正量と１との和で前記基本制御量を増量補
   正する手段と、 この増量補正された制御量を前記ヒーター電圧調整手段
   に出力する手段とを設けたことを特徴とする空燃比セン
   サー用加熱手段の制御装置。
8. 【請求項８】エンジン回転数に応じ低回転域と高回転域
   で小さく、中回転域で大きくなる値の回転補正率で前記
   負荷補正量を増量補正することを特徴とする請求項３ま
   たは６に記載の空燃比センサー用加熱手段の制御装置。
9. 【請求項９】エンジン始動直後の前記ヒーターへの初回
   通電時は所定時間のあいだ大きな値の制御量を前記ヒー
   ター電圧調整手段に出力することを特徴とする請求項１
   から８のいずれか一つに記載の空燃比センサー用加熱手
   段の制御装置。
10. 【請求項１０】エンジン始動直後の前記ヒーターへの初
    回通電時に所定時間のあいだ出力する制御量を、前記前
    記基本制御量を一定倍率大きくした値とすることを特徴
    とする請求項１から８のいずれか一つに記載の空燃比セ
    ンサー用加熱手段の制御装置。
11. 【請求項１１】前記所定時間を始動時水温が低くなるほ
    ど長くすることを特徴とする請求項９または１０に記載
    の空燃比センサー用加熱手段の制御装置。