JPS59188054A - エンジン排気系ｏ↓２センサ加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、エンジン排気系に設けられた○、セセンの加
熱状態を制御するための装置に関する。

従来より、エンジン排気系に三元触媒を用ν・た排ガス
浄化システムにおいては、排気系に設けられたＯ。

センサからのフィードバンク信号により、空燃比のフィ
ードバック制御を行なう必要がある。しかし、０２セン
サは、排気温度が約３５０℃以下のときは、不活性なの
で、正常に動作しない。したがって、排気温度の低いア
イドリング時のような低負荷運転領域では、正常な空燃
比フィードバック制御ができないという問題点がある。

そこで、第１図に示すように、二枚の白金電極１ａ。

１ａ間に二酸化ジルコニウム（Ｚ　ｒ　Ｏ２）層１ｂを
介装した○、セセン１を、電気ヒータ２によって加熱す
る、加熱型０２センサ装置が提案されている。すなわち
、０２センサ１を電気ヒータ２で加熱することで、排気
ａの温度が低いときでも０２センサ１を活性化して、正
常な空燃比フィードバック制御を行なおうとしている。

しかし、このような従来の加熱型０２センサ装置におい
て、電気ヒータ２に常時通電していると、電気ヒータ２
の耐久性を低下させ、また不要なエネルギーを消費して
しまうという問題点がある。

したがって、排気温度に応して電気ヒータ２の電流を制
御する必要がある。しかし、加熱型０２センサ装置の近
傍に、新たに温度検出装置を設けると、その分コストが
増加するという問題が生じる。

本発明は、このような問題点を解決しようとするもので
、吸入空気量情報に基づいて燃料供給制御を行なうエン
ジンにおいて、新たに温度検出装置を設けて排気温度を
直接検出しなくても、０２センサの加熱状態を制御して
、すべての運転領域で正常な空燃比フィードバック制御
を行なうことができるようにした、エンジン排気系０２
センサ加熱装置を提供することを目的とする。

このため、本発明のエンジン排気系０２センサ加熱装置
は、吸入空気量情報（直接的な吸入空気量情報のほか、
エンジン回転数やスロットル開度あるいは吸気圧力のよ
うに吸入空気量情報を算出しうる間接的な吸入空気量情
報も含む。）に基づいてエンジンの燃料供給制御を行な
う燃料制御手段をそなえるとともに、同燃料制御手段へ
空燃比フィードバンク信号を供給しうる０２センサをそ
なえ、同０２センサの近傍にヒータが設けられて、同ヒ
ータによる加熱状態をエンジン排気温度に応じて制御す
べく、上記吸入空気量情報に基づき上記ヒータの加熱状
態を制御するヒータ制御手段が設けられたことを特徴と
している。

以下、図面により本発明の一実施例としてのエンジン排
気系０２センサ加熱装置について説明すると、第２図は
その全体構成図、第３，４図はいずれもその原理を示す
説明図、第５図はその要部電気回路図、第６図はその第
１変形例の要部電気回路図であり、第７゜８図はその第
２変形例を示すもので、第７図はその要部電気回路図、
第８図はその動作説明図であり、第９図はその第３変形
例の要部電気回路図である。

第２図に示すように、エンジンＥの吸気通路３には、吸
入空気量を検出する吸入空気量検出器５が設けられてい
る。この吸入空気量検出器５は、カルマン渦を検出する
ことにより吸入空気量に比例した電気パルスを出力する
もので、カルマン渦発生のための部材５ａ、超音波送信
器（図示せず）および超音波受信器５ｂを含んで構成さ
れていて、その出力としての電気パルスが吸入空気量信
号９としてコントロールユニット８へｌされる。

そして、吸入空気量検出器５よりも下流側で、スロット
ル弁３ａよりも上流側には、燃料噴射器６が設けられて
おり、吸入空気量情報に基づくコントロールユニ、２ト
８からの燃料噴射指令信号１０に従って、適当な量の燃
料が吸気通路３内へ噴射される。

また、エンジンＥの排気通路４には、排気浄化のための
三元触媒７が設けられている。そして、それより上流側
の排気通路４に排気に含まれる酸素情報を検出する。２
センサ１（このセンサ１の構造は＠１図参照）が設けら
れており、その検出値がフィードバンク信号１１として
コントロールユニット８へ供給されている。

この０２センサ１には、電気ヒータ２が内ａされており
、フントロールユニット８よりヒータ電流１２が供給さ
れている。

ところで、０２センサ１近傍の排気温度分布は、第３図
に示すようになり、吸入空気量分布は第４図のようにな
る。どちらも横軸にエンジン回転数（ｒｐｍ）、縦軸ニ
軸馬力（ＰＳ）をとっているが、両者の分布の形状がほ
ぼ似通っていることがわかる。すなわち、第３図と第４
図との比較により、吸入空気量から０２センサ１近傍の
排気温度をほぼ推定できることがわかる。

この両者の関係は、吸入空気量が小さいときはやはり排
気温度も低く、吸入空気量が増加するにつれて排気温度
も上昇するというものである。

これらの知見に基づき、吸入空気量情報を排気情報に変
換するわけであるが、この変換はコントロールユニ・ン
ト８で行なわれる。すなわちコントロールユニント８で
は、吸入空気量信号って与えられる吸入空気量から排気
温度が求められる。そして、０２センサ１が正常に動作
しない温度のときは、ヒータ電流１２を流して電気ヒー
タ２により０２センサ１を加熱して、０２センサ１が正
常に働くようにする。

また、吸入空気量信号つとフィードバック信号１〕とよ
り、コントロールユニット８では燃料噴射量が算出され
、燃料噴射指令信号１０が燃料噴射器６へ供給される。

したがって、このコントロールユニット８は、吸入空気
量情報９に基づいてエンジンの燃料供給制御を行なう燃
料制御手段と、上記吸入空気量情報９に基づぎ電気ヒー
タ２の加熱状態を制御するヒータ制御手段との両機能を
有していることになる。

ところで、コントロールユニット８におけるヒータ電流
１２の制御は、第５図に示すような電気回路により行な
われる。すなわち、吸入空気量に比例する周波数のパル
スで与えられる吸入空気量信号９は、ｆ−Ｖ変換器１３
により、吸入空気量に比例する電圧値■をもつ直流に変
換される。この電圧■が比較器１４において基準電圧■
。と比較される。吸入空気量が基準値よりも低い、すな
わち排気温度があ乙基準値（例えば３５０”Ｃ）よりも
低いと、電圧■が基準電圧−＼Ｊｏよりも低くなり比較
器１４の出力が低電位（ローレベル）になる。すると、
スイッチングトランジスタ１５がオンとなり、電気ヒー
タ２にヒータ電流１２が通電される。

また、電圧Ｖが基準電圧〜Ｉ　ｏよりも高ければ、比較
器１４の出力は高電位（ハイレベル）となり、スイッチ
ングトランジスタ１５はオフとなって、ヒータ電流１２
これにより、吸入空気量がある値より低いとぎ、つまり
排気温度がある値より低いときのみ、電気ヒータ２に通
電することができる。したがって、電気ヒータ２の耐久
性は向上し、不要なエネルギーの消費も防止することが
できる。

なお、第５図中符号１６はイグニンションスイッチであ
る。

また、ヒータ電流１２の制御を、第６図【こ示すような
電気回路で行なってもよい。すなわち、ｆ−Ｖ変換器１
３からの出力電圧は、比較器１４では基準電圧Ｖ。

と比較され、比較器１７ではエンスト（エンジンストッ
プの略）検出基準電圧Ｖ、（＜Ｖ。）と比較される。こ
れらの比較器１４，１７からの出力はＮＡＮＤデート１
８に入力され、その出力がスイッチングトランジスタ１
５へ供給されている。したがって、スイッチングトラン
ジスタ１５がオンとなり、ヒータ電流１２が供給される
のは、Ｖ、＜Ｖ＜Ｖ。のときのみである。

このエンスト検出基準電圧ｖ１を適切に選択することに
より、吸入空気量の低下からエンジンＥの運転停止を検
出することができる。エンジンＥが停止している際に、
０２センサ１を電気ヒータ２で加熱することは不要なの
で、■≦＼・“、のときはヒータ電流１２の供給が停止
される。

さらに、第７図ｔこ示すような電気回路ｌこより、吸入
空気量がある値以下の場合にヒータ電流１２を連続的に
制御することができる。

この第７図に示すものでは、吸入空気量信号９は単安定
マルチバイブレーク１９に入力される。吸入空気量に比
例する、吸入空気量信号９の周波数をｆ、単安定マルチ
バイブレーク１９の出力パルス幅をＴとすると、ｆ＞１
／Ｔのとき単安定マルチバイブレータ１９からの出力は
直流の高電位出力となり、スイッチングトランジスタ１
５は常にオフとなって、ヒータ電流１２は流れない。

ｆ≦１／Ｔのとぎは、単安定マルチバイブレーク１９の
出力は厩波数ｒ、パルス幅Ｔのパルス列となる。又イン
チングトランジスタ１５がオンとなるのは単安定マルチ
バイブレーク１９の出力が低電位となるときだから、電
気ヒータ２の通電デユーティ率は、 （（１／ｆ）−Ｔ　Ｖ（１／ｆ）＝　１−４　、　Ｔと
求められる。

以上の周波数丁とヒータ通電デユーティ率の関係は、第
８図のようになる。このように、周波数［が小さいとき
、すなわち排気温度の低いときには、大きなヒータ電流
１２が流れ、より効果的に０２センサ１を加熱すること
ができる。

第９図に示すものは、第７図に示すものにエンジン停止
時のヒータ電流停止回路を加えたものである。

＠９図に示すように、単安定マルチバイブレーク１９か
らの出力と、ｆ−Ｖ変換された電圧＼パおよびエンスト
検出基準電圧■１とを受ける比較器１７からの出力とが
、ＯＲゲート２０を介してスイッチングトランジスタ１
５に入力されている。

したがって、吸入空気量が多いときは比較器１７の出力
は低電位となり、ＯＲゲート２０の一方の入力か低電位
になるので、第９図の回路は第７図の回路と同様の動作
となる。

一方、吸入空気量が低下してｆ〜■変換器１３の出力電
圧■がエンスト検出基準電圧■１より低くなると、比較
器１７の出力は高電位となりＯＲケ゛−）２０の出力も
高電イ立となる。したがって、スイッチングトランジス
タ１５は絶えずオフとなり、ヒータ電流１２は流れなく
なる。すなわち、エンシ゛ンが停止して吸入空気量が低
くなると、ヒータ電流１２は流れなくなるのである。

第１０〜１７図は本発明の他の実施例としてのエンジン
排気系０２センサ加熱装置を示すもので、第１０図はそ
の要部電気回路図、第１１図はその動作を説明するため
の流れ図、第１２図はその第１変形例の動作を説明する
ための流れ図であり、第１３〜１５図はその第２変形例
を示すもので、第１３図はその要部電気回路図、第１．
４．１５図はいずれもその動作を説明するための流れ図
であり、第１６．１７図はいずれもその第３変形例の動
作を説明するための流れ図であって、第１０〜１７図中
、第１〜９図と同し符号はほぼ同様の部分を示す。

この実施例は、コンＦロールユニ７ト８におけるヒータ
電流１２の制御を、プロセンサ（ＣＰＵ）２１を用いた
装置で行なうものである。

＠１０閃に示すように、吸入空気量信号９はｆ−Ｖ変換
器１３により吸入空気量に比例する電圧値■の直流に変
換される。このアナログ値がＡ　／　Ｄ変換器（アナロ
グ／ディジタル変換器）２２によりディジタル値に変換
されて、パスライン２３を介してプロセ・ノサ２１に入
力される。

プロセッサ２１ではパスライン２３から与えられた値、
すなわち吸入空気量について演算を行ない、ボート２１
ａからの出力を低電位（ローレベル）または高電位（ハ
イレベル）とする。

この演算は、第１１図に示すように吸入空気量か′基準
値より小さい、すなわち排気温度が基準温度より低いと
きに、ボー）’２１ａの出力を１氏電位として、スイッ
チングトランジスタ１５をオンにしてヒータ電流１２を
流す。

一方、吸入空気量が基準値以上の場合は、排気温度が基
準温度より高いと判断して、ボート２１ａの出力を高電
位にし、スイッチングトランジスタ１５をオフニジて、
ヒータ電流１２を流すのをやめる。

また、第１２図に示す演算方法は、吸入空気量が、エン
スト判定基循値より大きく、かつ上記の基準値より小さ
いときのみ、ヒータ電流１２が流されるようになってい
る。すなわち、エンシ゛ン停止時に、不要なヒータ電流
１２を流すことを防止できる。

さらに、第１３図に示すような電気回路で、プロセ、７
す２１を用いたヒータ電流１２の制御を行なってもより
〕。

この場合、吸入空気量信号９はパルスのままボート２１
１〕よりプロセッサ２１へ入力される。そして、プロセ
ッサ２１では＠１４，１５図に示すような演算が行なわ
れる。

すなわち、ｔ５１４図に示すように吸入空気量信号９が
高電位（ハイ）の時に７ラグＦＲＩＳＥがセットされて
１となり、低電位（ロー）の時には７ラグＦＲＩＳＥが
Ｏとなる。また、７ラグＦＲＩＳＥが０から１になると
き、つまり吸入空気量信号パルスの立上り時に、タイマ
ＴＲＥＳＴがある正の値にセットサれる。

このＴＲＥＳＴは、第１５図に示すようにＯになるまで
１ずつ減算される。また、このＴ　ＲＩＥ　Ｓ　Ｔが０
でないときは、ボート２１ａの出力は高電位となり、ヒ
ータ電流１２は通電されない。一方、ＴＲＥＳＴがＯの
ときはボート２１ａの出力は低電位になるので、ヒータ
電流１２が流される。

このように、吸入空気量信号パルスの立上りから一定時
間は、ＴＲＥＳＴがＯでないのでヒータ電流１２は流さ
れない。したがって、吸入空気量信号パルスの周波数を
ｆ、ＴＲＥＳＴがセットされてからＯになるまでの時間
をＴとすると、ｆ＞１／Ｔのときはヒータ電流１２は流
れない。つまり吸入空気量がある値より大きいときには
、ヒータ電流１２が流れなくなる。

一方、ｆ≦１／Ｔのときはヒータ電流１２の通電デユー
ティ率は ＋（１／ｆ）−Ｔ＋／（１／４）＝１−ｆ−Ｔ　　とな
り、第８図に示すヒータ通電デユーティ率となる。

すなわち、このような演算方法により、ヒータ電流１２
の通電時に、ヒータ電流１２の線形制御を行なうことが
できる。

さらに、第１６．１７図に示すような演算により、エン
ノン停止時のヒータ電流１２を停止させること力Ｃでき
る。

第１６，１７図に示すように、第１４．１５図に示すほ
かにタイマＴＥＮＳＴが設けられている。このＴＥＮＳ
Ｔはやはり吸入空気量信号パルスの立上Ｉ）である正の
値１こセ、オドされ、１ずつ減算される。

その際、ＴＲＥＳＴよりもはるかに大きな値にセ、ント
される。したがって、吸入空気量信号９の７（ル久周波
数１が大きいときは、ＴＥＮＳＴが０となる以前に、パ
ルスが立上るので、ＴＥＮＳＴは０にならない。

ところが、エンジン停止時に周波数ｆが低くなると、Ｔ
ＥＮＳＴはｉ減算されて０になる。このようにＴＥＮＳ
ＴがＯｔ二なるとボート２１ａの出力が高電位となり、
ピーク電流１２が停止される。すなわち、エンジン停止
時に不要なピーク電流１２を流さなくてすむ。

なお、前述の各実施例では、本装置を、吸入空気量情報
に基づいて燃料供給制御を行なうエンジンに適用した場
合を示したが、エンジン回転数やスロワ）／し゛開度あ
るいは吸気圧力のように吸入空気量を算出しうる間接的
な吸入空気量情報に基づいて燃料供給制御を行なう・エ
ンジンにも適用することがで終る。

以上詳述したように、本発明のエンジン排気系０２セン
サ加熱装置によれば、吸入空気世情！（直接的な吸入空
気量情報のほか、エンジン回転数やスロットル開度ある
いは吸気圧力のように吸入空気量情報を算出しうる間接
的な吸入空気量情報も含む。）に基づいてエンジンの燃
料供給制御を行なう燃料制御手段をそなえるとともに、
同燃料制御手段へ空燃比フィードバック信号を供給しう
る０２センサをそなえ、同０２センサの近傍にヒータが
設けられて、同ヒータによる加熱状態をエンジン排気温
度に応じて制御すべく、上記吸入空気量情報に基づき上
記し−タの加熱状態を制御するヒータ制御手段が設けら
れでいるので、簡素な構成で、燃料供給のための吸入空
気量情報に基づいて排気温度を推定することができ、こ
れにより新たに温度検出装置を設けてダト気温度を直接
検出しなくでも、０２センサの加熱状態を制御すること
ができるため、排気温度にかかわらず、常に正常な空燃
比フィードバック制御ができる利点があるほか、０２セ
ンサの耐久性を向上させ、不要なエネルギーの消費が防
止できる利点がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来の加熱型ｏ２センサを示す断面図であり、
第２〜９図は本発明の一実施例としてのエンジン排気系
０２センサ加熱装置を示すもので、第２図はその全体構
成図、＠３，４図はいずれもその原理を示す説明図、第
５図はその要部電気回路Ｖ、第６図はその第１変形例の
要部電気回路図であり、第７，８図はその第２変形例を
示すもので、第７図はその要部電気回路図、＠８図はそ
の動作説明図であり、第９図はその第３変形例の要部電
気回路図であり、第１０〜１７図は本発明の他の実施例
としてのエンジン排気系０２センサ加熱装置を示すもの
で、第１０図はその要部電気回路図、第１１図はその動
作を説明するための流れ図、＄１２図はその第１変形例
の動作を説明するための流れ図であり、第１３〜１５図
はその第２変形例を示すもので、第１３図はその要部電
気回路図、第１．４．１５図はいずれもその動作を説明
するための流れ図であり、第１６１１７図はいずれもそ
の第３変形例の動作を説明するための流れ図である。 １・・０２センサ、１ａ・・白金電極、１ｂ・・ＺｒＯ
２層、２・・電気ヒータ、３・・吸気通路、３ａ・・ス
ロットル弁、４・・排気通路、５・・吸入空気量検出器
、５ａ・・カルマン渦発生部材、５ｂ・・超音波受信器
、６・・燃料噴射器、７・・三元触媒、８・・燃料制御
手段とヒータ制御手段とを兼ねるコントロールユニソ）
・、９・・吸入空気量信号、１０・・燃料噴射指令信号
、１１・・フィードバック信号、１２・・ヒータ電流、
１３・・ｒ−■変換器、１４・・比較器、１５・・スイ
・ンチングトランジスタ、１６・・イグニンションスイ
ッチ、１７・・比較器、１８・・ＮＡＮＤゲート、１９
・・ｌ定マルチバイブレーク、２０・・○Ｒゲート、２
１０．プロセッサ、２１ａ、２１ｂ・・ボート、２２・
・Ａ／Ｄ変換器、２３・・／べ′スライン、Ｅ＋拳エン
ジン。 復代理人　弁理士　　飯　沼　義　彦 第；図 第２図 第３図 （ＴＩ＜７２＜７３） エンジノ回坤ス署幻ｒｐｍ）→ 第４図 （ＡｋＡ２） エンブン回転考に（ｒｐｍ）→ 第５図 １ら 第６図 第１Ｉ図　　　　　第１２図 第１３図 第１４図　　　　　　第１５図 第１６図 第１７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 吸入空気量情報に基づいてエンジンの燃料供給制御を行
   なう燃料制御手段をそなえるとともに、同燃料制御手段
   へ空燃比フィードパ・ンク信号を供給しうる０２センサ
   をそなえ、同Ｏ，センサの近傍にヒータか設けられて、
   同ヒータによる加熱状態をエンジン排気温度に応じて制
   御すべく、上記吸入空気量情報に基づ鰺上記ヒータの加
   熱状態を制御するヒータ制御手段か設けられたことを特
   徴とする、エンジン排気系０２センサ加熱装置。