JPH09152417A - Heater electric energization control method for oxygen sensor - Google Patents

Heater electric energization control method for oxygen sensor

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JPH09152417A
JPH09152417A JP7313318A JP31331895A JPH09152417A JP H09152417 A JPH09152417 A JP H09152417A JP 7313318 A JP7313318 A JP 7313318A JP 31331895 A JP31331895 A JP 31331895A JP H09152417 A JPH09152417 A JP H09152417A
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JP
Japan
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heater
temperature
metal material
energization
opening
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Application number
JP7313318A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomoshi Kikuchi
智志 菊池
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Publication of JPH09152417A publication Critical patent/JPH09152417A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To maintain an oxygen concentration detector at a specified temperature through the control of electric energization of a heater by determining the temperature of the heater accurately even when an electrical resistivity changes. SOLUTION: Pads 18 and 19 comprising a conductive first metal material are arranged on the surface of a heater 16 and leads 25 and 26 comprising second metal material different in type from the first metal material are kept being pressed in contact with the pads 18 and 19. A voltage detector 29 is connected to the leads 25 and 26 and furthermore, a power source 27 is connected to the leads 25 and 26 through an opening/closed means 28. The power of the power source 27 is supplied to the heater 16 by a closed path of the opening/closing means 28 while an electromotive force generated at contact parts 44 and 45 between the pads 18 and 19 and the leads 25 and 26 is measured by the voltage detector 29 as factor corresponding to the temperature of the heater 16 in the closed path of the opening/closing means 28. The results of the measurement are reflected on the control of the electric energization of the heater 16.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、酸素濃度検出素子
及びヒータを備えた酸素センサにおいて、そのヒータへ
の通電を制御することにより同ヒータを発熱させて、酸
素濃度検出素子を所定温度に維持するようにした酸素セ
ンサのヒータ通電制御方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an oxygen sensor provided with an oxygen concentration detecting element and a heater, which controls the energization of the heater to heat the heater to keep the oxygen concentration detecting element at a predetermined temperature. And a heater energization control method for the oxygen sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の車両においては、内燃機関から排
出される排気ガス中の酸素濃度を酸素センサの酸素濃度
検出素子によって検出し、その検出値を用いて空燃比
(空気と燃料の重量比)を制御することが広く行われて
いる。通常、この酸素センサでは酸素濃度検出素子の特
性が温度に依存するので、作動を安定させるためにヒー
タを設け、このヒータによって酸素濃度検出素子を所定
温度に維持するようにしている。
2. Description of the Related Art In recent vehicles, the oxygen concentration in exhaust gas discharged from an internal combustion engine is detected by an oxygen concentration detecting element of an oxygen sensor, and the detected value is used to determine the air-fuel ratio (the weight ratio of air and fuel). ) Is widely practiced. Normally, in this oxygen sensor, the characteristics of the oxygen concentration detecting element depend on temperature, so a heater is provided to stabilize the operation, and this heater is used to maintain the oxygen concentration detecting element at a predetermined temperature.

【0003】このような酸素センサとしては、例えば特
開昭60−239664号公報に開示されたものがあ
る。この技術では、ヒータの温度と抵抗値との間に密接
な相関関係があることに着目し、ヒータに供給される電
流と印加電圧とから同ヒータの抵抗値を求める。所定の
演算式に従い、前記抵抗値に応じたヒータ温度を算出
し、その算出値に基づいてヒータの通電を制御するよう
にしている。
An example of such an oxygen sensor is disclosed in JP-A-60-239664. In this technique, paying attention to the close correlation between the heater temperature and the resistance value, the resistance value of the heater is obtained from the current supplied to the heater and the applied voltage. The heater temperature is calculated according to the resistance value according to a predetermined arithmetic expression, and the energization of the heater is controlled based on the calculated value.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところが、例えば、金
属粉末を主成分とするペーストを印刷することによって
形成したヒータでは、金属粒子が一体化せず、粒子間の
接触部位にて密度的に粗となった部分を有する場合があ
る。この場合、酸素センサの使用にともないヒータに通
電されると、電気抵抗の高い箇所(密度が粗である箇
所)にて局部的に発熱を生ずる。そして、発熱温度が金
属粒子の融点付近まで上昇すると、金属粒子の焼結が進
行して凝集し、ヒータの抵抗率が変化する。従って、こ
のようなヒータを有する酸素センサに従来技術を適用す
ると、算出されたヒータの温度と実際のヒータ温度との
間にずれが生ずるおそれがある。その結果、ヒータの通
電制御によって、酸素濃度検出素子を所定の温度に維持
することが困難となる。
However, for example, in a heater formed by printing a paste containing a metal powder as a main component, metal particles are not integrated, and a coarse contact is generated at a contact portion between particles. May have a portion that has become. In this case, when the heater is energized due to the use of the oxygen sensor, heat is locally generated at a portion having a high electric resistance (a portion having a coarse density). When the heat generation temperature rises to near the melting point of the metal particles, the sintering of the metal particles progresses and agglomerates, and the resistivity of the heater changes. Therefore, if the conventional technique is applied to the oxygen sensor having such a heater, there is a possibility that a difference may occur between the calculated heater temperature and the actual heater temperature. As a result, it becomes difficult to maintain the oxygen concentration detection element at a predetermined temperature by controlling the energization of the heater.

【0005】本発明は前述した事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的はヒータの抵抗率が変動した場合で
あってもヒータ温度を正確に把握し、そのヒータの通電
制御によって酸素濃度検出素子を所定の温度に確実に維
持することである。
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and an object thereof is to accurately detect the heater temperature even when the resistivity of the heater fluctuates, and detect the oxygen concentration by controlling the energization of the heater. To ensure that the element is maintained at a given temperature.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、ヒータへの通電を制御することにより同ヒ
ータを発熱させて、酸素濃度検出素子を所定温度に維持
するための方法であって、導電性を有する第1の金属材
料を前記ヒータの表面に配置し、同金属材料とは異なる
種類の第2の金属材料を第1の金属材料に押圧状態にて
接触させ、同第2の金属材料に電圧検出器を接続し、さ
らに同第2の金属材料に開閉手段を介してヒータ電力供
給源を接続し、前記開閉手段の閉路にて前記ヒータ電力
供給源の電力を前記ヒータに供給するとともに、前記開
閉手段の開路時には前記両金属材料の接触部分で発生す
る起電力を、前記電圧検出器によりヒータの温度に対応
する要素として測定し、その測定結果を前記ヒータの通
電制御に反映させるようにしている。
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for maintaining the oxygen concentration detecting element at a predetermined temperature by controlling the energization of the heater to cause the heater to generate heat. A first metal material having conductivity is disposed on the surface of the heater, and a second metal material of a different type from the same metal material is brought into contact with the first metal material in a pressed state. A voltage detector is connected to the second metal material, a heater power supply source is connected to the second metal material via an opening / closing means, and the heater power supply source is connected to the heater by closing the opening / closing means. And the electromotive force generated at the contact portion of the two metal materials when the opening / closing means is opened, is measured by the voltage detector as an element corresponding to the temperature of the heater, and the measurement result is controlled to control the energization of the heater. Reflected in It is way.

【0007】上記発明によると、開閉手段の閉路時に
は、ヒータ電力供給源の電力がヒータに供給される。ヒ
ータが発熱し、その発熱により酸素濃度検出素子が加熱
される。一方、開閉手段の開路時には、第1の金属材料
と第2の金属材料との接触部分で発生する起電力が電圧
検出器によって測定される。この起電力はヒータの抵抗
率とは関係がなく、そのヒータの実際の温度のみに対応
している。そして、この起電力が通電制御に反映され
る。この際、前記のように実際のヒータ温度に対応した
起電力が、目的とするヒータ温度に対応した電圧値とな
るようにヒータの通電が制御されれば、ヒータの温度が
目的値に収束し、酸素濃度検出素子が所定温度に維持さ
れる。
According to the above invention, the electric power from the heater power supply source is supplied to the heater when the opening / closing means is closed. The heater generates heat, and the heat generation heats the oxygen concentration detection element. On the other hand, when the opening / closing means is open, the electromotive force generated at the contact portion between the first metal material and the second metal material is measured by the voltage detector. This electromotive force has nothing to do with the resistivity of the heater and corresponds only to the actual temperature of the heater. Then, this electromotive force is reflected in the energization control. At this time, if the energization of the heater is controlled so that the electromotive force corresponding to the actual heater temperature becomes the voltage value corresponding to the target heater temperature as described above, the temperature of the heater converges to the target value. The oxygen concentration detecting element is maintained at a predetermined temperature.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
の形態について説明する。図2は、本実施の形態の制御
方法が適用される酸素センサ11の概略構成を示してい
る。酸素センサ11は、内燃機関の排気通路に配置され
るケース12、そのケース12内に装着された素子保持
ユニット13、前記ケース12内において素子保持ユニ
ット13の上方に配置されたターミナルホルダ14等か
ら構成されている。素子保持ユニット13は、排気通路
を流れる排気ガス中の酸素濃度を検出するための酸素濃
度検出素子15と、その検出素子15を所定温度に維持
するためのヒータ16とを備えている。酸素濃度検出素
子15及びヒータ16はいずれも長尺状をなしており、
互いに接合されている。酸素濃度検出素子15の側面上
部には一対のパッド17(一方のみ図示)が印刷、メッ
キ等によって形成され、ヒータ16の側面上部には一対
のパッド18,19が印刷、メッキ等によって形成され
ている。ここでは、特にヒータ16側面の二つのパッド
18,19を区別するために、一方を第1パッド18と
し、他方を第2パッド19とする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below. FIG. 2 shows a schematic configuration of the oxygen sensor 11 to which the control method of the present embodiment is applied. The oxygen sensor 11 includes a case 12 arranged in an exhaust passage of an internal combustion engine, an element holding unit 13 mounted in the case 12, a terminal holder 14 arranged in the case 12 above the element holding unit 13, and the like. It is configured. The element holding unit 13 includes an oxygen concentration detection element 15 for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas flowing through the exhaust passage, and a heater 16 for maintaining the detection element 15 at a predetermined temperature. The oxygen concentration detection element 15 and the heater 16 are both elongated,
Are joined together. A pair of pads 17 (only one is shown) are formed on the upper side surface of the oxygen concentration detection element 15 by printing, plating, etc., and a pair of pads 18, 19 are formed on the upper side surface of the heater 16 by printing, plating, etc. There is. Here, in order to distinguish the two pads 18 and 19 on the side surface of the heater 16, one is referred to as a first pad 18 and the other is referred to as a second pad 19.

【0009】ターミナルホルダ14内の上部には前記パ
ッド17〜19と同数の接続金具20,21が収容さ
れ、各々の接続金具20,21の上端にリード線22,
23がかしめ等の締結手段によって接続されている。各
リード線22,23はターミナルホルダ14を通り、ケ
ース12の外部にまで延びている。また、各接続金具2
0,21の下端にはリード24,25,26が取り付け
られている。各リード24〜26の下半部は酸素濃度検
出素子15又はヒータ16に向けて略J字状に曲げ形成
されており、対応するパッド17〜19に押圧状態で接
触している。ここでは、特にヒータ16側の二つのリー
ド25,26を区別するために、一方を第1リード25
とし、他方を第2リード26とする。
The upper portion of the terminal holder 14 accommodates the same number of connection fittings 20 and 21 as the pads 17 to 19, and the lead wires 22, 21 are provided on the upper ends of the connection fittings 20 and 21, respectively.
23 are connected by fastening means such as caulking. Each of the lead wires 22 and 23 passes through the terminal holder 14 and extends to the outside of the case 12. Also, each connection fitting 2
Leads 24, 25, 26 are attached to the lower ends of 0, 21. The lower half of each of the leads 24 to 26 is bent in a substantially J shape toward the oxygen concentration detecting element 15 or the heater 16 and is in contact with the corresponding pad 17 to 19 in a pressed state. Here, in order to distinguish the two leads 25, 26 on the side of the heater 16 in particular, one of them is used as the first lead 25.
And the other is the second lead 26.

【0010】図3に示すように、前記各パッド18,1
9は導電性を有する第1の金属材料によって形成され、
各リード25,26は同金属材料とは異なる種類の第2
の金属材料によって形成されている。両金属材料は熱電
対の機能を果たすものであり、互いの接触部分44,4
5において、ヒータ16の温度に対応した電圧V1 ,V
2 を発生する。このような異種金属材料としては、白金
(Pt)単体と、白金及びロジウム(Rh)の混合物と
が適している。これらの組み合わせのうちの一方が第1
の金属材料として用いられ、他方が第2の金属材料とし
て用いられている。特に、本実施の形態では、第2パッ
ド19を構成する金属材料は第1パッド18を構成する
金属材料と異なり、第2リード26を構成する金属材料
は第1リード25を構成する金属材料と異なっている。
例えば、第1パッド18が白金からなり、第1リード2
5が白金及びロジウムの混合物からなる場合には、第2
パッド19が同混合物からなり、第2リード26が白金
からなる。
As shown in FIG. 3, the pads 18 and 1 are
9 is formed of a conductive first metal material,
Each lead 25, 26 has a second
It is made of a metallic material. Both metal materials have the function of a thermocouple, and contact portions 44, 4 of each other.
5, the voltages V1 and V corresponding to the temperature of the heater 16
Raises 2. As such a dissimilar metal material, platinum (Pt) simple substance and a mixture of platinum and rhodium (Rh) are suitable. One of these combinations is the first
And the other is used as the second metal material. Particularly, in the present embodiment, the metal material forming the second pad 19 is different from the metal material forming the first pad 18, and the metal material forming the second lead 26 is different from the metal material forming the first lead 25. Is different.
For example, the first pad 18 is made of platinum, and the first lead 2
If 5 consists of a mixture of platinum and rhodium, a second
The pad 19 is made of the same mixture, and the second lead 26 is made of platinum.

【0011】図1は、ヒータ16への通電を制御するこ
とにより同ヒータ16を発熱させて、酸素濃度検出素子
15を所定温度に維持するための電気回路を示してい
る。この回路は前述したヒータ16、第1パッド18、
第2パッド19、第1リード25及び接地された第2リ
ード26以外に、ヒータ電力供給源としての電源27、
開閉手段28、電圧検出器29及び電子制御装置(Elect
ronic Control Unit、以下単に「ECU」という)30
を備えている。
FIG. 1 shows an electric circuit for controlling the energization of the heater 16 to cause the heater 16 to generate heat and maintain the oxygen concentration detecting element 15 at a predetermined temperature. This circuit includes the heater 16, the first pad 18,
In addition to the second pad 19, the first lead 25, and the grounded second lead 26, a power supply 27 as a heater power supply source,
Switching means 28, voltage detector 29, and electronic control unit (Elect
ronic Control Unit, hereinafter simply referred to as "ECU") 30
It has.

【0012】開閉手段28はトランジスタ31と三つの
抵抗32,33,34とからなる。トランジスタ31の
コレクタは前記第1リード25に接続され、エミッタは
トランジスタ保護用の抵抗32を介して電源27に接続
されている。ベースはノイズ対策用の抵抗33を介して
ECU30の出力端子36に接続されている。抵抗34
はトランジスタ31にスイッチング動作を確実に行わせ
るためのものであり、電源27と、ベース及び抵抗33
間の接続点aとの間に設けられている。
The switching means 28 comprises a transistor 31 and three resistors 32, 33 and 34. The collector of the transistor 31 is connected to the first lead 25, and the emitter of the transistor 31 is connected to the power supply 27 through the transistor protection resistor 32. The base is connected to an output terminal 36 of the ECU 30 via a resistance 33 for noise suppression. Resistance 34
Is for ensuring that the transistor 31 performs a switching operation, and includes a power source 27, a base and a resistor 33.
It is provided between the connection point a and the connection point a.

【0013】電圧検出器29はオペアンプ37を用いた
差動増幅回路38とA/D変換器39とからなり、高い
インピーダンスを有している。オペアンプ37の反転入
力端子には抵抗40を介して第1リード25が接続され
ている。オペアンプ37の出力端子と反転入力端子との
間には抵抗41が設けられており、出力電圧の一部が反
転入力端子に戻される(負帰還がかかる)ようになって
いる。オペアンプ37の非反転入力端子は抵抗42を介
して接地されるとともに、抵抗43を介して接地されて
いる。抵抗41,43の各抵抗値は互いに同一(R1 )
であり、抵抗40,42の各抵抗値は互いに同一(R2
)である。この差動増幅回路38は、オペアンプ37
の二つの入力端子に加えられる電圧V1 ,V2 の差(V
1 −V2 )を(R1 /R2 )倍に増幅して出力する。
The voltage detector 29 comprises a differential amplifier circuit 38 using an operational amplifier 37 and an A / D converter 39, and has a high impedance. The first lead 25 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 37 via the resistor 40. A resistor 41 is provided between the output terminal of the operational amplifier 37 and the inverting input terminal so that part of the output voltage is returned to the inverting input terminal (negative feedback is applied). The non-inverting input terminal of the operational amplifier 37 is grounded through the resistor 42 and the resistor 43. The resistances of the resistors 41 and 43 are the same (R1)
And the resistance values of the resistors 40 and 42 are the same (R2
). This differential amplifier circuit 38 includes an operational amplifier 37.
The difference between the voltages V1 and V2 (V
1-V2) is amplified (R1 / R2) times and output.

【0014】A/D変換器39は前記オペアンプ37の
出力端子とECU30の入力端子35との間に設けられ
ており、オペアンプ37の出力電圧をデジタル値に変換
する。ECU30は入力信号処理回路、演算回路、駆動
回路、電源回路等により構成されており、前記入力端子
35からA/D変換値Vを読み込み、その値Vに基づき
所定の演算を行う。そして、その演算結果に従いトラン
ジスタ31をスイッチング動作させ、ヒータ16への通
電を制御する。
The A / D converter 39 is provided between the output terminal of the operational amplifier 37 and the input terminal 35 of the ECU 30, and converts the output voltage of the operational amplifier 37 into a digital value. The ECU 30 is composed of an input signal processing circuit, an arithmetic circuit, a drive circuit, a power supply circuit, etc., reads the A / D conversion value V from the input terminal 35, and performs a predetermined arithmetic operation based on the value V. Then, according to the calculation result, the transistor 31 is switched to control the energization of the heater 16.

【0015】次に、前記のように構成された本実施の形
態の作用及び効果について説明する。図4のフローチャ
ートは、ECU30によって実行される各処理のうち、
ヒータ16への通電を制御するためのルーチンを示して
おり、所定のタイミングで実行される。
Next, the operation and effect of this embodiment configured as described above will be described. The flowchart of FIG. 4 shows the process executed by the ECU 30.
The routine for controlling the energization to the heater 16 is shown and is executed at a predetermined timing.

【0016】このルーチンへ移行すると、ECU30は
まずステップ101においてエンジンの運転状態が高負
荷状態であるか否かを判定する。この判定は例えば、エ
ンジンの吸気通路に設けられたスロットル弁の開度(ス
ロットル開度)と所定値との比較によって行う。スロッ
トル開度が所定値以下であれば、エンジンが低・中負荷
状態にあり、すなわちステップ101の判定条件が満た
されておらず、酸素センサ11の酸素濃度検出素子15
の温度が所定値以下であると判断し、ステップ105に
おいてトランジスタ31をオンさせる。すると、電源2
7の電力がヒータ16に供給され(ヒータ16が通電さ
れ)、同ヒータ16が発熱し前記検出素子15の温度が
上昇する。ステップ105の処理を実行した後、このル
ーチンを終了する。
When this routine is entered, the ECU 30 first determines in step 101 whether the operating condition of the engine is the high load condition. This determination is made, for example, by comparing the opening of the throttle valve (throttle opening) provided in the intake passage of the engine with a predetermined value. If the throttle opening is equal to or smaller than the predetermined value, the engine is in a low / medium load state, that is, the determination condition of step 101 is not satisfied, and the oxygen concentration detecting element 15 of the oxygen sensor 11 is not satisfied.
It is determined that the temperature is less than or equal to the predetermined value, and the transistor 31 is turned on in step 105. Then power supply 2
The electric power of 7 is supplied to the heater 16 (the heater 16 is energized), the heater 16 generates heat, and the temperature of the detection element 15 rises. After executing the processing of step 105, this routine is ended.

【0017】一方、前記スロットル開度が所定値よりも
大きければ、エンジンが高負荷状態にあり、すなわちス
テップ101の判定条件が満たされており、排気ガスが
高温となり酸素濃度検出素子15の温度が十分に高くな
っているものと判断し、ステップ102においてトラン
ジスタ31をオフさせる。すると、電源27の電力がヒ
ータ16に供給されず(ヒータ16が通電されず)、ヒ
ータ16が発熱を停止する。
On the other hand, if the throttle opening is larger than the predetermined value, the engine is in a high load state, that is, the judgment condition of step 101 is satisfied, the exhaust gas becomes high temperature, and the temperature of the oxygen concentration detecting element 15 becomes high. It is determined that the transistor 31 is sufficiently high, and the transistor 31 is turned off in step 102. Then, the power of the power source 27 is not supplied to the heater 16 (the heater 16 is not energized), and the heater 16 stops generating heat.

【0018】次に、ステップ103においてA/D変換
器39によるA/D変換値Vを読み取る。このA/D変
換値Vはヒータ16自身の温度を反映したものである。
ステップ104において、前記A/D変換値Vが予め定
められた判定値α以上であるか否かを判定する。この判
定条件が満たされていると(V≧α)、このルーチンを
一旦終了する。すなわち、トランジスタ31をオフさせ
続け、ヒータ16への通電停止を継続する。
Next, at step 103, the A / D converted value V by the A / D converter 39 is read. This A / D conversion value V reflects the temperature of the heater 16 itself.
In step 104, it is determined whether the A / D conversion value V is greater than or equal to a predetermined determination value α. When this determination condition is satisfied (V ≧ α), this routine is once ended. That is, the transistor 31 is kept off, and the energization of the heater 16 is stopped.

【0019】これに対し、ステップ104の判定条件が
満たされていない(V<α)と、ステップ105へ移行
し、前記と同様にしてトランジスタ31をオンさせる。
すると、ヒータ16が通電されて発熱し、前記酸素濃度
検出素子15の温度が上昇する。ステップ105の処理
を実行した後、このルーチンを終了する。
On the other hand, if the determination condition of step 104 is not satisfied (V <α), the process proceeds to step 105, and the transistor 31 is turned on in the same manner as described above.
Then, the heater 16 is energized to generate heat and the temperature of the oxygen concentration detection element 15 rises. After executing the processing of step 105, this routine is ended.

【0020】このように本実施の形態では、エンジンが
低・中負荷状態にあるときトランジスタ31がオンさせ
られ(開閉手段28が閉路させられ)、電源27の電力
がヒータ16に供給される。ヒータ16が発熱し、酸素
濃度検出素子15が加熱させられる。一方、エンジンが
高負荷状態にあるときトランジスタ31がオフさせられ
る(開閉手段28が開路させられる)。この時、パッド
18,19及びリード25,26の接触部分44,45
で発生する起電力(電圧V1 ,V2 )が差動増幅回路3
8によって検出及び増幅され、A/D変換器39によっ
てデジタル値に変換される。この起電力はヒータ16の
抵抗率とは関係がなく、そのヒータ16の実際の温度の
みに対応している。そして、この起電力が通電制御に反
映される。すなわち、前記のように実際のヒータ温度に
対応した起電力が、目的とするヒータ温度に対応した電
圧値(判定値α)となるようにヒータ16の通電が制御
されるので、ヒータ16の温度を目的とする値に収束さ
せ、酸素濃度検出素子15を所定温度に維持することが
できる。
As described above, in the present embodiment, when the engine is in the low / medium load state, the transistor 31 is turned on (the opening / closing means 28 is closed), and the electric power of the power supply 27 is supplied to the heater 16. The heater 16 generates heat and the oxygen concentration detection element 15 is heated. On the other hand, when the engine is under high load, the transistor 31 is turned off (the opening / closing means 28 is opened). At this time, the contact portions 44, 45 of the pads 18, 19 and the leads 25, 26
Electromotive force (voltages V1 and V2) generated in the differential amplifier circuit 3
It is detected and amplified by 8, and converted into a digital value by the A / D converter 39. This electromotive force has nothing to do with the resistivity of the heater 16 and corresponds only to the actual temperature of the heater 16. Then, this electromotive force is reflected in the energization control. That is, since the energization of the heater 16 is controlled so that the electromotive force corresponding to the actual heater temperature becomes the voltage value (determination value α) corresponding to the target heater temperature as described above, the temperature of the heater 16 is controlled. Can be converged to a target value and the oxygen concentration detection element 15 can be maintained at a predetermined temperature.

【0021】本実施の形態は前述した事項以外にも次に
示す特徴を有する。 (a)従来技術ではヒータ温度という一つの測定対象に
対し電圧と電流の二つの計測が必要であるのに対し、本
実施の形態ではヒータ温度を計測するだけですむ。
The present embodiment has the following features in addition to the matters described above. (A) In the conventional technique, two measurements of voltage and current are required for one measurement object called heater temperature, whereas in the present embodiment, only the heater temperature needs to be measured.

【0022】(b)ヒータ16の温度を検出するため
に、本実施の形態や従来技術以外にも、専用の温度セン
サを追加することが考えられる。しかし、このようにす
ると部品点数が多くなり、コストの上昇を招く不具合が
ある。これに対し本実施の形態では、ヒータ16とリー
ド線23との電気的接続部分でパッド18,19及びリ
ード25,26を用いていることに着目し、これらの材
料の種類を工夫することによって、接触部分44、45
でヒータ温度に対応する起電力を生じさせるようにして
いる。すなわち、ヒータ16を通電制御するための電気
回路の構成部品の一部を、ヒータ温度検出のための構成
部品の一部として流用している。このため、ヒータ温度
検出のために追加する部品点数を少なくし、コスト上昇
を抑制できる。
(B) In order to detect the temperature of the heater 16, it is conceivable to add a dedicated temperature sensor in addition to this embodiment and the prior art. However, this causes a problem that the number of parts increases and the cost increases. On the other hand, in the present embodiment, attention is paid to the fact that the pads 18 and 19 and the leads 25 and 26 are used in the electrically connecting portion between the heater 16 and the lead wire 23, and the types of these materials are devised. , Contact parts 44, 45
The electromotive force corresponding to the heater temperature is generated. That is, some of the components of the electric circuit for controlling the energization of the heater 16 are diverted as some of the components for detecting the heater temperature. Therefore, it is possible to reduce the number of parts to be added for detecting the heater temperature, and to suppress the cost increase.

【0023】(c)ヒータ16への通電が停止される
と、酸素濃度検出素子15が排気ガスの熱のみによって
暖められる。この際、仮にエンジンの負荷が小さくなっ
て排気ガスの温度が低下してもヒータ16を通電しない
ものとすると、酸素濃度検出素子15の温度も下がり同
素子15が機能しなくなるおそれがある。これに対し、
本実施の形態では、ヒータ16への通電が停止されたと
きに接触部分44,45での起電力を検出している。そ
して、その起電力と判定値αとの比較に基づき、ヒータ
16に通電したり、その通電を停止したりしている。こ
のため、前記のように素子15の温度が下がって機能し
なくなる前にヒータ16に通電し、同機能を発揮させる
ことができる。
(C) When the energization of the heater 16 is stopped, the oxygen concentration detecting element 15 is warmed only by the heat of the exhaust gas. At this time, if the heater 16 is not energized even if the load of the engine is reduced and the temperature of the exhaust gas is reduced, the temperature of the oxygen concentration detection element 15 may be reduced and the element 15 may not function. In contrast,
In the present embodiment, the electromotive force at the contact portions 44 and 45 is detected when the power supply to the heater 16 is stopped. Then, based on the comparison between the electromotive force and the determination value α, the heater 16 is energized or the energization is stopped. Therefore, as described above, it is possible to energize the heater 16 and perform the same function before the temperature of the element 15 decreases and the element 15 stops functioning.

【0024】(d)仮に、差動増幅回路38のインピー
ダンスが低いと、図4のステップ105においてトラン
ジスタ31をオンさせたとき、電源27の電力の一部が
同回路38によって消費されてしまう。これに対し、本
実施の形態では差動増幅回路38が高いインピーダンス
を有しているので、ここに電流がほとんど流れず、同回
路38によって電源27の電力が消費されにくい。この
ため、ヒータ16を効率よく発熱させることができる。
(D) If the impedance of the differential amplifier circuit 38 is low, when the transistor 31 is turned on in step 105 of FIG. 4, a part of the power of the power supply 27 will be consumed by the circuit 38. On the other hand, in the present embodiment, since the differential amplifier circuit 38 has high impedance, almost no current flows there, and the power of the power supply 27 is hardly consumed by the circuit 38. Therefore, the heater 16 can efficiently generate heat.

【0025】(e)二箇所の接触部分44,45での電
圧V1 ,V2 を利用し、これらの差を差動増幅回路38
で増幅している。このため、一箇所の接触部分での電圧
を利用する場合よりも高い電圧を検出でき、検出精度を
高めることができる。
(E) Utilizing the voltages V1 and V2 at the two contact portions 44 and 45, the difference between them is used as the differential amplifier circuit 38.
It is amplified by. Therefore, a higher voltage can be detected than in the case where the voltage at one contact portion is used, and the detection accuracy can be improved.

【0026】なお、本発明は次に示す別の実施の形態に
具体化することができる。 (1)ヒータ16への通電時間をデューティ比制御する
ようにしてもよい。この場合、通電停止時に接触部分4
4,45での電圧V1 ,V2 を、ヒータ温度に対応する要
素として検出し、その検出結果を通電制御に反映する。
このようにすれば、酸素濃度検出素子15の加熱中に、
ヒータ温度を高精度に測定することができる。ヒータ温
度が過剰に上昇するのを防止できる。
The present invention can be embodied in another embodiment described below. (1) The duty ratio of the energization time to the heater 16 may be controlled. In this case, the contact portion 4 when the power is stopped
The voltages V1 and V2 at 4 and 45 are detected as elements corresponding to the heater temperature, and the detection result is reflected in the energization control.
By doing so, during heating of the oxygen concentration detecting element 15,
The heater temperature can be measured with high accuracy. It is possible to prevent the heater temperature from rising excessively.

【0027】(2)第1及び第2の金属材料としては、
前述したもの(白金単体と、白金及びロジウムの混合
物)以外にも、ヒータ16の温度に対応した安定した電
圧を生ずるものを用いてもよい。
(2) As the first and second metal materials,
Other than the above-mentioned ones (platinum alone and a mixture of platinum and rhodium), ones which generate a stable voltage corresponding to the temperature of the heater 16 may be used.

【0028】(3)パッド18,19及びリード25,
26は、少なくともそれらの接触部分44,45が白
金、又は白金及びロジウムの混合物であればよい。従っ
て、例えばパッド18,19及びリード25,26の大
部分を他の導電性金属材料によって構成し、接触部分に
印刷、メッキ等により白金からなる皮膜や、白金及びロ
ジウムの混合物からなる皮膜を形成してもよい。
(3) Pads 18, 19 and leads 25,
26 may be platinum, or a mixture of platinum and rhodium, in at least those contact portions 44, 45. Therefore, for example, most of the pads 18 and 19 and the leads 25 and 26 are made of another conductive metal material, and a film made of platinum or a film made of a mixture of platinum and rhodium is formed on the contact portion by printing or plating. You may.

【0029】(4)前記実施の形態におけるパッド1
8,19及びリード25,26の接触部分44,45の
一方のみを、白金、又は白金及びロジウムの混合物によ
って構成してもよい。
(4) Pad 1 in the above embodiment
Only one of the contact portions 44, 45 of 8, 19 and leads 25, 26 may be made of platinum or a mixture of platinum and rhodium.

【0030】(5)接触部分44,45での電圧をそれ
ぞれ検出し、両者の平均値をヒータ16の温度に対応す
る要素として、同ヒータ16の通電制御に反映するよう
にしてもよい。
(5) The voltages at the contact portions 44 and 45 may be detected, and the average value of the two may be reflected in the energization control of the heater 16 as an element corresponding to the temperature of the heater 16.

【0031】以上、本発明の各実施の形態について説明
したが、各形態から把握できる請求項以外の技術的思想
について、以下にそれらの効果とともに記載する。 (イ)請求項1に記載の制御方法において、第1及び第
2の金属材料の一方は白金であり、他方は白金とロジウ
ムの混合物である酸素センサのヒータ通電制御方法。こ
のようにすると、両金属材料の接触部分でヒータ温度に
対応する起電力を確実に発生させることができる。
Although the respective embodiments of the present invention have been described above, technical ideas other than the claims which can be understood from the respective embodiments will be described below together with their effects. (A) In the control method according to claim 1, one of the first and second metal materials is platinum, and the other is a mixture of platinum and rhodium. By doing so, an electromotive force corresponding to the heater temperature can be reliably generated at the contact portion between the two metal materials.

【0032】(ロ)請求項1に記載の制御方法におい
て、前記ヒータの通電制御は、内燃機関の低・中負荷時
にはヒータへの通電を行って同ヒータを発熱させるとと
もに、同内燃機関の高負荷時にはヒータへの通電を停止
することにより酸素濃度検出素子を所定温度に維持する
ものであり、前記通電停止時において前記電圧検出手段
による測定結果が所定値を下回ったときにはヒータへの
通電を行うようにした酸素センサのヒータ通電制御方
法。このようにすると、単に内燃機関の運転状態のみに
よってヒータに通電したり、その通電を停止したりする
場合に比べ、ヒータの温度を所定値に収束させて、酸素
濃度検出素子の素子温をより高精度に維持することが可
能となる。
(B) In the control method according to the first aspect of the present invention, the energization control of the heater is performed by energizing the heater to generate heat when the internal combustion engine is under low / medium load, and at the same time when the internal combustion engine is high. The oxygen concentration detection element is maintained at a predetermined temperature by stopping the energization of the heater when a load is applied, and the heater is energized when the measurement result by the voltage detecting means falls below a predetermined value when the energization is stopped. Method for controlling heater energization of oxygen sensor. By doing so, the temperature of the heater is converged to a predetermined value and the element temperature of the oxygen concentration detection element is made higher than in the case where the heater is energized or stopped only by the operating state of the internal combustion engine. It is possible to maintain high accuracy.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、第
1の金属材料と第2の金属材料との接触部分で発生する
起電力をヒータ温度に対応する要素として測定し、ヒー
タの通電制御に反映させているので、ヒータの抵抗率が
変動した場合であってもヒータ温度を正確に把握し、そ
のヒータの通電制御によって酸素濃度検出素子を所定の
温度に確実に維持することが可能となる。
As described in detail above, according to the present invention, the electromotive force generated at the contact portion between the first metal material and the second metal material is measured as an element corresponding to the heater temperature, and the heater Since it is reflected in the energization control, it is possible to accurately grasp the heater temperature even if the heater resistivity fluctuates, and to reliably maintain the oxygen concentration detection element at a predetermined temperature by the energization control of the heater. It will be possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】ヒータを通電制御するための電気回路図。FIG. 1 is an electric circuit diagram for controlling energization of a heater.

【図2】酸素センサの断面図。FIG. 2 is a sectional view of an oxygen sensor.

【図3】図2におけるパッド及びリードの接触部分の拡
大図。
3 is an enlarged view of a contact portion between a pad and a lead in FIG.

【図4】ECUによるヒータ通電制御ルーチンを説明す
るフローチャート。
FIG. 4 is a flowchart illustrating a heater energization control routine by the ECU.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

15…酸素濃度検出素子、16…ヒータ、18…第1パ
ッド、19…第2パッド、25…第1リード、26…第
2リード、27…ヒータ電力供給源としての電源、28
…開閉手段、29…電圧検出器、44,45…接触部
分。
15 ... Oxygen concentration detecting element, 16 ... Heater, 18 ... First pad, 19 ... Second pad, 25 ... First lead, 26 ... Second lead, 27 ... Power source as heater power supply source, 28
... Opening / closing means, 29 ... Voltage detectors, 44, 45 ... Contact portions.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ヒータへの通電を制御することにより同
ヒータを発熱させて、酸素濃度検出素子を所定温度に維
持するための方法であって、 導電性を有する第1の金属材料を前記ヒータの表面に配
置し、同金属材料とは異なる種類の第2の金属材料を第
1の金属材料に押圧状態にて接触させ、同第2の金属材
料に電圧検出器を接続し、さらに同第2の金属材料に開
閉手段を介してヒータ電力供給源を接続し、前記開閉手
段の閉路にて前記ヒータ電力供給源の電力を前記ヒータ
に供給するとともに、前記開閉手段の開路時には前記両
金属材料の接触部分で発生する起電力を、前記電圧検出
器によりヒータの温度に対応する要素として測定し、そ
の測定結果を前記ヒータの通電制御に反映させるように
した酸素センサのヒータ通電制御方法。
1. A method for controlling the energization of a heater to cause the heater to generate heat to maintain the oxygen concentration detection element at a predetermined temperature, wherein the first metal material having conductivity is used as the heater. The second metal material different from the same metal material in contact with the first metal material in a pressed state, and a voltage detector is connected to the second metal material. A heater power supply source is connected to the metal material of No. 2 through an opening / closing means, the power of the heater power supply source is supplied to the heater by a closing path of the opening / closing means, and both metal materials are opened when the opening / closing means is opened. A method for controlling heater energization of an oxygen sensor, wherein an electromotive force generated at a contact portion of the oxygen sensor is measured by the voltage detector as an element corresponding to the temperature of the heater, and the measurement result is reflected in the energization control of the heater.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009517658A (en) * 2005-11-24 2009-04-30 コンスルタティー、インプレメンタティー、テヒニス、ベヘール、ベスローテン、フェンノートシャップ Electronic trace material detector
JP2014055865A (en) * 2012-09-13 2014-03-27 Ngk Spark Plug Co Ltd Gas sensor

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