JPS60125553A - Temperature controller of oxygen sensor - Google Patents

Temperature controller of oxygen sensor

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JPS60125553A
JPS60125553A JP58233394A JP23339483A JPS60125553A JP S60125553 A JPS60125553 A JP S60125553A JP 58233394 A JP58233394 A JP 58233394A JP 23339483 A JP23339483 A JP 23339483A JP S60125553 A JPS60125553 A JP S60125553A
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temperature
oxygen sensor
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internal combustion
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Takashi Harada
隆嗣 原田
Takehiro Kikuchi
菊池 武博
Akio Kobayashi
昭雄 小林
Masakazu Honda
本田 雅一
Susumu Harada
晋 原田
Masaya Fujimoto
藤本 正弥
Masatoshi Suzuki
鈴木 雅寿
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NipponDenso Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To control the temperature of an oxygen sensor by calculating a calorific value of the oxygen sensor on a basis of operation state detection data of an internal combustion engine. CONSTITUTION:Various parameters such as the intake of air, the injection quantity, the temperature of cooling water, the rotation number of the engine, etc. which indicate the operation state of the internal combustion engine are read into a microcomputer 37. A power supply control circuit 53 consisting of a thyristor or a transistor is controlled on a basis of this operation state to supply a current to a heater part 52. The control output at this time is performed by a pulse signal of a duty D, and the quantity of power supply of the heater part 52 is controlled by the proportion of the duty D. The amount of heat flowed from an oxygen concentration detecting part 51 is proportional to the square of the difference between the temperature of discharged air and a prescribed temperature of activation of the detecting part 51 and a gas flow rate. Then, the same amount of heat as the amount of heat flowed out from the detecting part 51 is supplied to hold the detecting part 51 at a prescribed temperature, and it is possible that the detecting part 51 has not a temperature lower than the temperature of activation. The duty D is operated by the compute 37, and the circuit 53 is controlled by the proportion of the duty D, thereby holding the detecting part 51 at this temperature.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野J 本発明は酸素センサの温度IIJ Ij ik M 、
特に内燃1IIrlJの排気中の酸素濃度を検出する酸
素センサの活性化温度を維持する81度制御装置に関す
る。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field J] The present invention is directed to the temperature IIJ Ij ik M of an oxygen sensor.
In particular, the present invention relates to an 81 degree control device that maintains the activation temperature of an oxygen sensor that detects the oxygen concentration in the exhaust gas of internal combustion engine 1IIrlJ.

[従来技術J いられている。この内でも特にジルコニア等の固体電解
質を用いた限界電流式の酸素濃度検出器はリニアな出力
特性上から内燃ra関等の精密な燃焼制御用センサとし
て注目されている。
[Prior art J] Among these, a limiting current type oxygen concentration detector using a solid electrolyte such as zirconia is particularly attracting attention as a sensor for precise combustion control in internal combustion engines due to its linear output characteristics.

ところで、酸素1度検出器による酸素濃度の検出は検出
器出力の安定した領域でかつほぼ一定の温度で行なうこ
とが重要である。そのため例えば自動車用の内燃機関に
おいては内燃機関の排気温を制御したりあるいは排気温
が低い場合にはヒーターにより酸素濃度検出器を活性化
したり(特開昭57−48648)またヒーター兼用の
濃度測定装置を酸素濃度検出器内に設は温度がほぼ一定
化するようにヒーターの発熱量を制御していた(特開昭
57−192852号)。
Incidentally, it is important that the oxygen concentration be detected by the oxygen 1 degree detector in a region where the detector output is stable and at a substantially constant temperature. For example, in internal combustion engines for automobiles, the exhaust temperature of the internal combustion engine is controlled, or when the exhaust temperature is low, the oxygen concentration detector is activated by a heater (Japanese Patent Laid-Open No. 57-48648), and the heater also serves as a concentration sensor. The device was installed in an oxygen concentration detector, and the amount of heat generated by the heater was controlled so that the temperature remained almost constant (Japanese Patent Laid-Open No. 192852/1983).

ところが上記の従来技術の内、排気温を制御する方法は
内燃機関の運転に大きな制約を及ぼし又、排気低温時単
にヒーター加熱する方法では酸素濃度検出器の温度を迅
速に拝温させるのに役立つが一定の温度に維持するのは
困難である。さらに酸素濃度検出器内に温度検出装置を
備えたような場合にはセンサー自体の構造が複雑となり
量産が困難で故障の可能性も^くなるとともに、ヒータ
ー兼用の温度検出装置ではヒーターそのものの温度を検
出してしまい酸素濃度検出部分はまだ低温であるような
事態も生じ、精密な内燃機関制御に支障を生じる可能性
もあった。
However, among the above-mentioned conventional techniques, the method of controlling the exhaust gas temperature greatly restricts the operation of the internal combustion engine, and the method of simply heating the heater when the exhaust temperature is low is useful for quickly bringing the temperature of the oxygen concentration detector to a normal level. is difficult to maintain at a constant temperature. Furthermore, if the oxygen concentration detector is equipped with a temperature detection device, the structure of the sensor itself will be complicated, making it difficult to mass produce and increasing the possibility of failure. However, there was also a situation where the oxygen concentration detection part was still at a low temperature, which could cause problems in precise internal combustion engine control.

[発明の目的] 本発明は酸素濃度検出器の構造を複雑化させず、かつ酸
素センサの酸素濃度検出部の温度を正確に制御する酸素
センサの温度制御装置を1供することを目的とする。
[Object of the Invention] An object of the present invention is to provide a temperature control device for an oxygen sensor that accurately controls the temperature of the oxygen concentration detection section of the oxygen sensor without complicating the structure of the oxygen concentration detector.

[発明の構成] 本発明の要旨とするところは第1図の基本的構成図に示
すごとく、 内燃11111M 1の運転状態検出手段M2と、上記
内燃機関の排気中の酸素濃度の検出を行なう酸素センサ
M3を加熱する発熱手段M4と、上記運転状態検出手段
M2により検出された内燃機関M1の運転状態に基づき
、上記発熱手段M4の発熱量を、上記酸素センサM3が
その目標とする温度となるよう調節する発熱量制御手段
M5と、 を備えたことを特徴とする酸素センサの濃度制御装置に
ある。
[Structure of the Invention] The gist of the present invention is as shown in the basic configuration diagram of FIG. Based on the operating state of the internal combustion engine M1 detected by the heat generating means M4 that heats the sensor M3 and the operating state detecting means M2, the calorific value of the heat generating means M4 becomes the temperature that the oxygen sensor M3 targets. A concentration control device for an oxygen sensor is provided, comprising: a calorific value control means M5 that adjusts the amount of heat so as to adjust the concentration of the oxygen sensor.

次に本発明の実施例を図面とともに説明する。Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[実施例] 第2図は自動車のエンジンの電子式燃料噴射装−とそこ
に組み込まれた空燃比制御装置を示している。即ち、1
はエンジン2のシリンダ、3はシリンダヘッド4の各気
筒の排気ボート5に連結された排気マニホールド、6は
シリンダヘッド4の吸気ボート7に連結された吸気マニ
ホールドであり、吸気マニホールド6にはサージタンク
8が接続されている。サージタンク8には、図示省略エ
アクリーナからの吸入空気量を検出するエア70メータ
9が接続され、エア70メータ9付近には吸入空気1f
m[を検出する吸気温センサ10が設置されている。1
1はサージタンク8を介して各気筒に送られる吸入空気
量を制御するスロットルバルブ12を迂回する吸入空気
のバイパス通路、13は吸気マニホールド6の吸気ボー
ト7側先端付近に設けられた燃料の噴射量を制御する燃
料噴射弁、14はスロットルバルブ12の開度を検出す
るスロットル開度センサであり、前者の燃料噴射弁13
は制御回路15により駆動制御され、後者のスロットル
センサ14はスロットル開度に応じた信号を制御回路1
5に出力するように接続される。16は排気マニホール
ド3に取り付けられ、排気中の酸素濃度を検出する酸素
センサとしての酸素S度検出部と該検出部を加熱する発
熱手段としてのヒータ一部とからなる空燃比センサ、1
7はエンジン2の冷却水温を検出する水温センサ、18
はエンジン2の各点火プラグ18aに所定タイミングで
イグナイタ19から出力される高電圧を印加するディス
トリビュータ、20はディストリビュータ18に取り付
けられエンジン2の回転数に対応したパルス信号を発生
する回転数センサであり、空燃比センサ16、水温セン
サ17、及び回転数センサ20の各検出信号は、制御回
路15に出力される。上記構成の内、エアフロメータ9
、吸気温センサ10.スロットル開度センサ14.水温
センサ171回転数センサ20が内燃機関の運転状態検
出手段に該当する。又、制御回路15は発熱量制御手段
を兼ねている。
[Embodiment] FIG. 2 shows an electronic fuel injection system for an automobile engine and an air-fuel ratio control device incorporated therein. That is, 1
is a cylinder of the engine 2, 3 is an exhaust manifold connected to the exhaust boat 5 of each cylinder of the cylinder head 4, 6 is an intake manifold connected to the intake boat 7 of the cylinder head 4, and the intake manifold 6 has a surge tank. 8 are connected. An air 70 meter 9 that detects the amount of intake air from an air cleaner (not shown) is connected to the surge tank 8, and 1f of intake air is connected near the air 70 meter 9.
An intake air temperature sensor 10 is installed to detect m[. 1
1 is an intake air bypass passage that bypasses the throttle valve 12 that controls the amount of intake air sent to each cylinder via the surge tank 8; 13 is a fuel injection provided near the tip of the intake manifold 6 on the side of the intake boat 7; The fuel injection valve 14 is a throttle opening sensor that detects the opening of the throttle valve 12, and the former fuel injection valve 13
is driven and controlled by the control circuit 15, and the latter throttle sensor 14 sends a signal corresponding to the throttle opening to the control circuit 1.
It is connected to output to 5. Reference numeral 16 denotes an air-fuel ratio sensor 1 which is attached to the exhaust manifold 3 and includes an oxygen S degree detection section as an oxygen sensor for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas and a part of a heater as a heat generating means for heating the detection section.
7 is a water temperature sensor that detects the cooling water temperature of the engine 2; 18;
20 is a distributor that applies a high voltage output from the igniter 19 to each spark plug 18a of the engine 2 at a predetermined timing, and 20 is a rotation speed sensor that is attached to the distributor 18 and generates a pulse signal corresponding to the rotation speed of the engine 2. , the air-fuel ratio sensor 16 , the water temperature sensor 17 , and the rotational speed sensor 20 . Each detection signal is output to the control circuit 15 . Among the above configurations, air flow meter 9
, intake temperature sensor 10. Throttle opening sensor 14. The water temperature sensor 171 and the rotation speed sensor 20 correspond to the operating state detection means of the internal combustion engine. Further, the control circuit 15 also serves as a heat generation amount control means.

上述した空燃比センサ16の構造を第2図(イ)、(0
)に示す。
The structure of the air-fuel ratio sensor 16 described above is shown in FIG.
).

第3図(イ)において168は酸素濃度検出部であり断
面U字状の鞘体を形成している。この酸素濃度検出部1
6aの内面及び外面には電極層が設けられ、その電極層
に電気的に接続されているリード線31a 、31b間
に所定電圧を印加することにより、両電極層間に流れる
電流を測定し排気マニホールド3中を流れる排気の酸素
濃度を検出する。また上記#I素濃度検出部16aの鞘
体中にはヒーター16bが挿入されておりリード線32
a、32b[に電圧を印加することにより発熱し、酸素
濃度検出部16aに対し熱量を供給する。
In FIG. 3(A), reference numeral 168 denotes an oxygen concentration detection section, which forms a sheath body having a U-shaped cross section. This oxygen concentration detection section 1
Electrode layers are provided on the inner and outer surfaces of the exhaust manifold 6a, and by applying a predetermined voltage between the lead wires 31a and 31b electrically connected to the electrode layers, the current flowing between the two electrode layers is measured. 3. Detect the oxygen concentration of the exhaust gas flowing through the system. Further, a heater 16b is inserted into the sheath of the #I elementary concentration detection section 16a, and a lead wire 32
By applying a voltage to a and 32b, heat is generated, and the amount of heat is supplied to the oxygen concentration detection section 16a.

酸素濃度検出部16aとヒーター16bとは絶縁状態で
組み合わされている。又、フード160がlI素濃度検
出部を覆っており、そこに開けられている貫通孔16C
1から排気が酸素11度検出部16aの表面に拡散現−
象により供給されるよう構成されている。このフード1
6cは酸素濃度検出部16aを保護すると共に排気マニ
ホールド3中を流れる排気からフード16C内へ拡散流
入してくる酸素の濃度を均一化させるためのものである
The oxygen concentration detection section 16a and the heater 16b are combined in an insulated state. In addition, the hood 160 covers the lI elementary concentration detection section, and the through hole 16C formed therein
1, the exhaust air diffuses onto the surface of the oxygen 11 degree detection section 16a.
is configured to be supplied by an elephant. This food 1
6c is for protecting the oxygen concentration detecting section 16a and equalizing the concentration of oxygen that diffuses and flows into the hood 16C from the exhaust gas flowing through the exhaust manifold 3.

上記空燃比センサ16の酸素濃度検出部16a。Oxygen concentration detection section 16a of the air-fuel ratio sensor 16.

ヒーター16b及びフード16cは取付台座16゜dに
より固定一体化され、排気マニホールド3に固着されて
いる。
The heater 16b and the hood 16c are fixedly integrated by a mounting pedestal 16°d and fixed to the exhaust manifold 3.

上記の空燃比センサ16のフード1.6cは一重のフー
ドであったが第3図(ロ)の如く排気中の酸素濃度を更
に均一化して取り込むために各々貫通孔16e 1,1
6f 1を有する二重のフード16e、16fを設けて
も良い。もちろんこれらの構成も、適当な取付台座16
aにより排気マニホールド3に取り付けられている。
The hood 1.6c of the air-fuel ratio sensor 16 was a single-layer hood, but as shown in FIG.
A double hood 16e, 16f with 6f 1 may be provided. Of course, these configurations can also be used with a suitable mounting base 16.
It is attached to the exhaust manifold 3 by a.

次に第4図に上述の制御回路15の構成を表わすブロッ
ク図を示す。図において31は空燃比センサ16の酸素
濃度検出部16aに所定の電圧を印加するための印加電
源、32は検出部16aに流れる電流を検出するための
抵抗、33は抵抗32における降下電圧を所定倍に増幅
するための増幅回路、34は増幅回路33からの出力信
号、つまり排気中の酸素濃度に対応するアナログ信号や
、エアフロメータ9、吸気温センサ10.スロットル開
度センサ14、水温センサ17等にて検出されたアナロ
グ信号を受け、デジタル信号に変換するA/D変換器で
ある。また35はマイクロコンピュータ37にて演算さ
れ、出力された゛制御信号によって制御される駆動回路
を表わし、燃料噴射弁13を駆動し、マイクロコンピュ
ータ37にて梓用された所望量の燃料をエンジン2に供
給させるための駆動信号を出力する回路である。イグナ
イタ19もマイクロコンピュータ37にて、ディストリ
ビュータ18へ高電圧を所定タイミングで出力するよう
制御されている。
Next, FIG. 4 shows a block diagram showing the configuration of the above-mentioned control circuit 15. In the figure, 31 is an application power source for applying a predetermined voltage to the oxygen concentration detecting section 16a of the air-fuel ratio sensor 16, 32 is a resistor for detecting the current flowing to the detecting section 16a, and 33 is a predetermined voltage drop across the resistor 32. An amplifier circuit 34 is used to amplify the output signal from the amplifier circuit 33, that is, an analog signal corresponding to the oxygen concentration in the exhaust gas, an air flow meter 9, an intake air temperature sensor 10. This is an A/D converter that receives analog signals detected by the throttle opening sensor 14, water temperature sensor 17, etc., and converts them into digital signals. Reference numeral 35 represents a drive circuit controlled by a control signal calculated and outputted by the microcomputer 37, which drives the fuel injection valve 13 and supplies the desired amount of fuel pumped by the microcomputer 37 to the engine 2. This is a circuit that outputs a drive signal for supplying the power. The igniter 19 is also controlled by the microcomputer 37 so as to output a high voltage to the distributor 18 at a predetermined timing.

38も同様にマイクロコンピュータ37に制御され、空
燃比センサ16のヒーターIBI 6bへの通電制御、
例えば通電量1通電時間の制御を行なう通電制御回路で
ある。上記ヒータ一部16bにて消費された電力は消費
電力検出回路39により検出され、マイクロコンピュー
タ37のRAM(ランダムアクセスメモリ)中のデータ
となる。
38 is similarly controlled by the microcomputer 37, and controls energization to the heater IBI 6b of the air-fuel ratio sensor 16;
For example, it is an energization control circuit that controls the amount of energization and the energization time. The power consumed by the heater portion 16b is detected by a power consumption detection circuit 39 and becomes data in a RAM (random access memory) of the microcomputer 37.

本実施例では上記構成の内、エアフロメータ9゜吸気温
センサ10.スロットル開痕センサ14゜水温センサ1
79回転数センサ20からの出力信号に基づいて制御回
路15が、空燃比センサ16のヒータ一部16bへの供
給電力量を制御することとなる。
In this embodiment, among the above configurations, air flow meter 9°, intake temperature sensor 10. Throttle opening sensor 14° Water temperature sensor 1
Based on the output signal from the 79 rotation speed sensor 20, the control circuit 15 controls the amount of power supplied to the heater portion 16b of the air-fuel ratio sensor 16.

第5図に本実通例の・要部であるヒータ一部16bの発
熱制御を行なう第4図の通電制御回路38及び消費電力
検出部39について更に詳細に説明する。ここで51は
酸素1度検出部を表わし、52はヒータ一部を表わして
いる。53は通電11m回路に〜該当するサイリスタ又
はトランジスタからなるスイッチング回路を表わし、マ
イクロコンピュータ37側からの出力により、所定量ヒ
ータ一部52へ電流を供給する。上記マイクロコンピュ
ータ37からの出力は第6図に示すごとくのデュ−ティ
Dのパルス信号にて行なわれ、デユーティDの割合で、
ヒータ一部52への通電量が制御さ −れる。
In FIG. 5, the energization control circuit 38 and the power consumption detection section 39 shown in FIG. 4, which control the heat generation of the heater part 16b, which is the main part of this practical example, will be explained in more detail. Here, 51 represents an oxygen 1 degree detection section, and 52 represents a part of a heater. Reference numeral 53 represents a switching circuit consisting of a thyristor or transistor corresponding to the current-carrying 11m circuit, and supplies a predetermined amount of current to the heater portion 52 based on the output from the microcomputer 37 side. The output from the microcomputer 37 is a pulse signal with a duty D as shown in FIG.
The amount of electricity applied to the heater portion 52 is controlled.

又、54は消費電力検出回路に該当するA/D変換回路
であり、第5図中の点P1とP2との間の印加電圧差を
デジタル量に変換してマイクロコンピュータ37へ出力
している。56は電圧検出用の抵抗であり、Tmは電源
から電圧が印加されている端子を示す。
Further, 54 is an A/D conversion circuit corresponding to the power consumption detection circuit, which converts the applied voltage difference between points P1 and P2 in FIG. 5 into a digital quantity and outputs it to the microcomputer 37. . 56 is a voltage detection resistor, and Tm indicates a terminal to which a voltage is applied from a power source.

このような構成において、一点P1に値■1の電圧がか
かつており、点P2に値■2の電圧がかかつている場合
、A/D変換器54により検出される電圧はVl−V2
である。このことから内燃機関の運転状態から演算され
たヒータ一部52への必要な供給電力IWを実現するた
めには、スイッチング回路53の動作時の抵抗がヒータ
一部52゜抵抗56に比して無視できれば、次式(1)
を満足するデユーティDのパルス信号をマイクロコンピ
ュータ37からスイッチング回路53へ出力すればよい
In such a configuration, when a voltage of value ■1 is applied to one point P1 and a voltage of value ■2 is applied to point P2, the voltage detected by the A/D converter 54 is Vl-V2.
It is. From this, in order to realize the necessary power IW to be supplied to the heater part 52 calculated from the operating state of the internal combustion engine, the resistance during operation of the switching circuit 53 must be 52° compared to the resistance 56 of the heater part 52. If it can be ignored, the following formula (1)
It is sufficient to output a pulse signal of duty D that satisfies the above from the microcomputer 37 to the switching circuit 53.

W −(Vl−Vz ) ・’・−”” −(1)j 
(o。
W −(Vl−Vz) ・'・−””−(1)j
(o.

上記構成においてスイッチング回路53の抵抗が無視で
きなければ点P2はヒータ一部52と抵抗56との間と
してもよい。
In the above configuration, if the resistance of the switching circuit 53 cannot be ignored, the point P2 may be between the heater part 52 and the resistor 56.

他の例として、第7図に示すごとく定電流回路71を設
け、ヒータ一部52への通電をスイッチング回路72に
て制御するものとしてもよい。この場合ヒータ一部52
への供給電力とマイクロコンピュータ37からスイッチ
ング回路72への出力パルスのデユーティDとの関係は
、定電流回路71の制御により流される電流をioとす
ると次式(2)のごとくになる。
As another example, a constant current circuit 71 may be provided as shown in FIG. 7, and energization to the heater portion 52 may be controlled by a switching circuit 72. In this case, the heater part 52
The relationship between the power supplied to the switching circuit 72 and the duty D of the output pulse from the microcomputer 37 to the switching circuit 72 is as shown in the following equation (2), where io is the current flowing under the control of the constant current circuit 71.

W= (Vl−V2 ) ・i 0−に!A!42、−
、 (2)00 又、別の例として第8図に示すごとく、電圧VOの定電
圧電源81を用い、A/D変換器82はヒータ一部52
による電圧降下後の電圧v2を点P3にてめるようにし
てもよい。ここで83はスイッチング回路、84は抵抗
値rの電圧検出用抵抗である。この場合のWとDとの関
係は次式のごとくになる。
W= (Vl-V2) ・i 0-! A! 42,-
, (2)00 As another example, as shown in FIG.
It is also possible to set the voltage v2 after the voltage drop due to the voltage drop at the point P3. Here, 83 is a switching circuit, and 84 is a voltage detection resistor having a resistance value r. The relationship between W and D in this case is as shown in the following equation.

次に上述した構成において各運転状態検出手段からの入
力信号に基づきヒータ一部の発熱量を制御する。この場
合はヒータ一部へ供給される電力量を制御するマイクロ
コンピュータ37にて実行されるプログラムのフローチ
ャートを説明する。
Next, in the above-described configuration, the amount of heat generated by a portion of the heater is controlled based on input signals from each operating state detection means. In this case, a flowchart of a program executed by the microcomputer 37 that controls the amount of power supplied to a portion of the heater will be described.

第9図はそのプログラムの第−例を示すフローチャート
である。ここにおいて110は各種変数。
FIG. 9 is a flowchart showing a first example of the program. Here, 110 is various variables.

フラグを初期設定するステップを表わす。120は空燃
比センサ16が活性状態にあるか否かを判定するステッ
プを表わず。空燃比センサ16が活性であるか否かは酸
素濃度検出部16aの固体電解質素子に2種の電圧をか
番ノることによりその時流れる電流の差が所定値以下の
場合活性と判断したり、また同様な固体電解質素子に対
する電圧の正負を逆転させてその時流れる電流値の差を
比較したり、あるいは燃料カット中に排気中の酸素濃度
を測定したりしてセンサが活性か否かを判定する。13
0は予め設定されているデユーティでヒーター 部16
bを制御するステップを表わす。140は内燃vA関の
運転状態を表わす各種パラメータ、例えば吸入空気量、
燃料噴射量、冷却水温。
Represents the step of initializing flags. 120 does not represent a step of determining whether the air-fuel ratio sensor 16 is in an active state. Whether or not the air-fuel ratio sensor 16 is active can be determined by applying two types of voltage to the solid electrolyte element of the oxygen concentration detection unit 16a, and determining that it is active if the difference in current flowing at that time is less than a predetermined value. It is also possible to determine whether the sensor is active by reversing the positive and negative voltages on a similar solid electrolyte element and comparing the difference in the current flowing at that time, or by measuring the oxygen concentration in the exhaust gas during fuel cut. . 13
0 is the preset duty and heater section 16
represents the step of controlling b. Reference numeral 140 indicates various parameters representing the operating state of the internal combustion VA system, such as intake air amount,
Fuel injection amount, cooling water temperature.

機関回転数等を読み込むステップを表わす。150は排
気流量を測定算出するステップを表わす。
Represents the step of reading engine speed, etc. 150 represents a step of measuring and calculating the exhaust flow rate.

n[気流量は上記ステップ140でめられた吸入空気I
Qoとパラレルであるので、そのQOに一定係数掛ける
ことによってめられる。160は上記ステップ140及
び150にてめられたデータから排気温度の予想値Tを
算出するステップを表わす。この演算は例えば実験によ
り上記各種パラメータに基づくマツプから演算される。
n [The air flow rate is the intake air I determined in step 140 above.
Since it is parallel to Qo, it can be determined by multiplying the QO by a certain coefficient. 160 represents a step of calculating the expected value T of the exhaust gas temperature from the data determined in steps 140 and 150 above. This calculation is performed from a map based on the various parameters mentioned above, for example, through experiments.

170は上記ステップ160にてめられた排気温度Tが
酸素濃度検出部16aの目標温度である10未満か否か
の判定をするステップを表わす。180はヒータ一部1
6bを加熱すべき電力量を決定する制御信号のデユーテ
ィ計算を行なうステップを表わす。この針棒は次のよう
な方法によってデユーティDをめる。まず温度TOの酸
素濃度検出部16aから流出する熱量には雰囲気ml*
Tとの差の2乗に比例し気体流IQに比例するので上記
には次式(3)のように表わされる。
170 represents a step of determining whether the exhaust gas temperature T determined in step 160 is less than 10, which is the target temperature of the oxygen concentration detection section 16a. 180 is heater part 1
6b represents the step of calculating the duty of a control signal that determines the amount of electric power to be heated. The duty D of this needle bar is set by the following method. First, the amount of heat flowing out from the oxygen concentration detection section 16a at the temperature TO is the atmosphere ml*
Since it is proportional to the square of the difference with T and proportional to the gas flow IQ, it is expressed as the following equation (3) above.

ユ に=A−Q・ (T−To) =(3)ここでAは比例
定数である。また酸素濃度検出部16aから流出する熱
量と同じ量の熱mをヒーター16bから供給することに
より酸素濃度検出部16aの温度を目標温度Toに一定
に設定できるため酸素m度検出部16aがヒーター16
bから受け取る熱IKoはヒータ一部16bに与えられ
る電力Wに比例し次式(4)のような関係がある。
= A-Q (T-To) = (3) where A is a constant of proportionality. Furthermore, by supplying the same amount of heat m from the heater 16b as the amount of heat flowing out from the oxygen concentration detection section 16a, the temperature of the oxygen concentration detection section 16a can be set constant to the target temperature To.
The heat IKo received from the heater part 16b is proportional to the electric power W given to the heater part 16b, and has a relationship as shown in the following equation (4).

Ko=B−W=K ’ −(4) ここでBは比例定数である。Ko=B-W=K'-(4) Here B is a proportionality constant.

上記(3)、(4)式よりヒータ一部16bに供給され
る電力Wは次式(5)のようになる。
From the above equations (3) and (4), the electric power W supplied to the heater portion 16b is expressed by the following equation (5).

W=A/B−Q・(T−To)’ ・=(5)ここで例
えば第5図に示したような回路を用いるとすれば前述し
た式(1)により(Vl−V2 )・yL−p−=A/
B−Q ・(T−To )2 の関係がト 1o。
W=A/B-Q・(T-To)' ・=(5) Here, if we use the circuit shown in FIG. -p-=A/
The relationship B-Q ・(T-To)2 is 1o.

成立するので となり、このデユーティのDの計算結果を用いてスイッ
チング回路53を制御すれば酸素濃度検出部51は所定
温度Toに維持されることになる。
Therefore, if the switching circuit 53 is controlled using the calculation result of this duty D, the oxygen concentration detection section 51 will be maintained at the predetermined temperature To.

次に190はデユーティを0にするスイッチを表わず。Next, 190 does not represent a switch that sets the duty to 0.

これは雰囲気温度Tが目標温度To以上であるので、も
はやヒータ一部16bに通電する必要がないからである
。200は上記ステップ180.190にてめられたデ
ユーティDによりヒータ一部16bを制御するステップ
を表わす。
This is because since the ambient temperature T is higher than the target temperature To, it is no longer necessary to energize the heater portion 16b. 200 represents the step of controlling the heater portion 16b using the duty D determined in steps 180 and 190 above.

上述の如(のプログラムが開始されると、まずヘステッ
プ110にて初期設定がなされ、次いでステップ120
にて空燃比センサ16が活性か否かが判定され、活性で
な番)ればステップ130が実行され予め設定されたデ
ユーティDでヒーター16bを制御する。これはまだ空
燃比センサ16が冷却された状態にあるので、昇温のた
めに設定されたデユーティDでヒーター16bを制御し
、迅速に酸素WA度検出部16aの温度を上昇させるた
めである。一方、センサ16が活性化されステップ12
0にてrYEsJと判定された場合、ステップ140に
て各種パラメータが読み込まれ、次いでステップ150
にて排気流量が演算される。
When the program as described above is started, initial settings are first made in step 110, and then step 120 is performed.
It is determined whether the air-fuel ratio sensor 16 is active or not, and if it is not active, step 130 is executed and the heater 16b is controlled with a preset duty D. This is because, since the air-fuel ratio sensor 16 is still in a cooled state, the heater 16b is controlled with the duty D set for raising the temperature, and the temperature of the oxygen WA degree detection section 16a is quickly raised. Meanwhile, the sensor 16 is activated and step 12
If rYEsJ is determined in step 140, various parameters are read in step 140, and then step 150
The exhaust flow rate is calculated.

次いでステップ160にて排気温度がめられ、次いでス
テップ170にて排気温度Tが目IIt8i度T o未
満か否かが判定される。ここでT<Toであれば、酸素
濃度検出部16aが活性化温度以下にならないようにT
oに保持すべく、ステップ180のデユーティ計算がな
され、一方、T≧T。
Next, in step 160, the exhaust gas temperature is determined, and then in step 170, it is determined whether the exhaust gas temperature T is less than 2 degrees To. Here, if T<To, T
The duty calculation of step 180 is performed to maintain o, while T≧T.

であればrNOJと判定され、もはや加熱Jる必要がな
いので、ステップ190にてデユーティは0に設定され
る。次いでステップ200にてデユーティDにてヒータ
制御がなされ、再度ステップ120に戻る。
If so, it is determined that it is rNOJ, and there is no longer a need for heating, so the duty is set to 0 in step 190. Next, in step 200, the heater is controlled by duty D, and the process returns to step 120 again.

本実施例はこのように構成されていることにより空燃比
センサ16部分にrm瓜検出部を有さずとも、その酸素
II検出部16aの温度を活性化温度以上でかつ一定に
麓持することができるものである。そのため空燃比セン
サ16を複雑な構造とすることなく、簡単な構造のもの
を用いればよく製造歩留りも^く故障も少なく、又部品
も少ないので省資源に貢献できるものである。
With this embodiment, the temperature of the oxygen II detection section 16a can be kept constant at or above the activation temperature even without having an RM detection section in the air-fuel ratio sensor 16. It is something that can be done. Therefore, the air-fuel ratio sensor 16 does not need to have a complicated structure, but can be used with a simple structure, resulting in high manufacturing yields, fewer failures, and fewer parts, which contributes to resource saving.

次に制御プログラムの第二例としてのフローチャートを
第10図に示す。温度制御装置としては′W45図に示
す構成を用いているものとする。
Next, a flowchart as a second example of the control program is shown in FIG. Assume that the temperature control device uses the configuration shown in Figure 'W45.

ここで210は各種変数、フラグを初期設定するステッ
プを表わす。220は運転条件が中負荷定常であるかど
うかを判定するステップを表ねず。
Here, 210 represents a step for initializing various variables and flags. 220 does not represent a step of determining whether the operating conditions are medium load steady.

この中負荷定常状態とはエンジン回転数がある値の範囲
、例えば1.500〜3.0OOr 、l)。
This medium load steady state means that the engine rotational speed is within a certain value range, for example, 1.500 to 3.0OOr, l).

m、で回転し、かつ変動率が小さく、吸入空気量がある
範囲内、例えば全負荷時の1/10〜1/8の程度でそ
の変動が小さいような運転状態を言う。ここで運転状態
が定常状態でなく rNOJと判定されれば、本ルーチ
ンにての処理は終了する。
This refers to an operating state in which the engine rotates at a speed of 1/2 m, and the fluctuation rate is small, and the fluctuation is small within a certain range of intake air amount, for example, about 1/10 to 1/8 of the full load. If it is determined that the operating state is not a steady state but rNOJ, the processing in this routine ends.

一方、運転状態が中負荷定常状態になった場合には、ス
テップ220にてrYEsJと判定され、ステップ23
0に処理が移り、例えばトランジスタで構成されたヒー
ター駆動回路であるスイッチング回路53に通電を開始
し、その時のタイマーカウンタの値をマイクロコンピュ
ータ37のRAM中に格納する。次いでステップ240
にてV1+■2の値を読み込み、次いでステップ250
にて予め中負荷定常状態にて排気温が到達している潟麿
雰囲気中で必要と予想される総電力W(回転数と吸入空
気量とをパラメータとしたWのマツプとしてもよい)と
上記ステップ240にて取り込まれたVl、V2よりデ
ユーティDが演算される。
On the other hand, when the operating state becomes a medium load steady state, it is determined in step 220 that rYEsJ, and in step 23
0, the switching circuit 53, which is a heater drive circuit composed of, for example, a transistor, starts to be energized, and the value of the timer counter at that time is stored in the RAM of the microcomputer 37. Then step 240
Read the value of V1+■2 at step 250.
The total power W expected to be required in the Katamaro atmosphere where the exhaust temperature has reached a medium load steady state in advance (this may also be a map of W with the rotation speed and intake air amount as parameters) and the above Duty D is calculated from Vl and V2 taken in step 240.

次いでステップ260にてスイッチング回路53へ通電
すべき設定周期T2と上記ステップ250にてめられた
デユーティDから通電時間T1が演算される。この計算
はT1=T2 xD/100で与えられる。この設定周
期T2とはこの周期により通電、非通電がなされた場合
、ヒータ一部52、酸素Il!度検出部51の温度変化
の脈動が無視できる程麿とする。次いでステップ270
では通電開始時点Toと通電時間T1から通電停止時点
70+TIを計算し、次のステップ280にてタイマー
カウンタとTo+T1が一致した時にスイッチング回路
53への通電を停止する。次いでステップ290にて通
電開始時点TOと周期T2より通電開始時点を計算し、
ステップ220に戻る。
Next, in step 260, the energization time T1 is calculated from the set cycle T2 for energizing the switching circuit 53 and the duty D determined in step 250 above. This calculation is given by T1=T2 xD/100. This set cycle T2 means that when electricity is energized or de-energized according to this cycle, the heater part 52, oxygen Il! The temperature is set so that the pulsation of the temperature change in the temperature detection section 51 can be ignored. Then step 270
Then, the energization stop time 70+TI is calculated from the energization start time To and the energization time T1, and in the next step 280, the energization to the switching circuit 53 is stopped when the timer counter and To+T1 match. Next, in step 290, the energization start time is calculated from the energization start time TO and the period T2,
Return to step 220.

本実施例はこのように構成されていることにより、特に
酸素11度検出部51が不活性化するおそれのある排気
温が比較的低い中負荷定常状態においては、その排気温
がほぼ予想できるので、この状態にて必要とする発熱量
の見込量を設定し、ヒータ一部52への電力供給量を予
想して供給することにより、酸素II麿検出部51の温
度をほぼ一定の状態に保持することが可能となるもので
ある。
By having the present embodiment configured in this way, the exhaust gas temperature can be almost predicted, especially in a steady medium load state where the exhaust gas temperature is relatively low and there is a risk that the oxygen 11 degree detection section 51 may be inactivated. In this state, the temperature of the oxygen II detection unit 51 is maintained in a substantially constant state by setting the expected amount of heat generation required and predicting and supplying the amount of power to the heater part 52. It is possible to do so.

このようにして単にヒータ一部52を有する空燃比セン
サにおいてその酸素III度検出部51の温度を、簡単
な構造で一定化さけることができるしのである。
In this way, in the air-fuel ratio sensor that simply has the heater part 52, the temperature of the oxygen III degree detection part 51 can be kept constant with a simple structure.

[発明の効果] 本発明は酸素センサを加熱する発熱手段における発熱量
を内燃機関の運転状態検出手段によって検出されたデー
タに基づいて算出することにより、酸素センサを特に複
雑な構造とすることなく、酸素センサの温度を活性温度
以上の一定温度に保持することが可能となり酸素センサ
の内燃機関への適用を容易なものとしている。このよう
な簡単な構造のため故障の低減にもつながり製造も容易
で歩留も高くなり特別の部品を要しないため省資源にも
貢献する。
[Effects of the Invention] The present invention calculates the amount of heat generated by the heat generating means for heating the oxygen sensor based on data detected by the operating state detecting means of the internal combustion engine, thereby eliminating the need for making the oxygen sensor a particularly complicated structure. This makes it possible to maintain the temperature of the oxygen sensor at a constant temperature higher than the activation temperature, making it easy to apply the oxygen sensor to internal combustion engines. Such a simple structure reduces failures, is easy to manufacture, has a high yield, and does not require special parts, contributing to resource conservation.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の基本的構成を示すブロック図、第2図
は本発明第1実施例の概略構成図、第3図(イ)はそこ
に用いられる空燃比センサの構造を示す要部断面図、第
3図(ロ)は他の構造の空燃比センサの要部断面図、第
4図は第1実施例に用いられるI制御回路のブロック図
、第5図は空燃比センサのヒーター制御の詳細を表わす
ブロック図、第6図は制御信号のパルス波形を表わ1パ
ルス波形図、第7図は空燃比センサのヒーター制御の他
の例を表わすブロック図、第8図はヒーター制御の更に
別の例の構成を表わすブロック図、第9図は一制御例の
フローチャート、第10図は他の制御例のフローチャー
トを表わす。 2・・・内燃機関 3・・・排気マニホールド 9・・・エアフロメータ 10・・・吸気温センサ 13・・・燃料噴射弁 14・・・スロットル開度センサ 15・・・制御回路 16・・・空燃比センサ 16a、51・・・酸素ll1r!I検出部16b、5
2・・・ヒータ一部 代理人 弁理士 定立 勉 はか1名 第5図 第6図 第7図 第8図 1
FIG. 1 is a block diagram showing the basic configuration of the present invention, FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 (A) is a main part showing the structure of the air-fuel ratio sensor used therein. 3(b) is a sectional view of the main part of an air-fuel ratio sensor with another structure, FIG. 4 is a block diagram of the I control circuit used in the first embodiment, and FIG. 5 is a heater of the air-fuel ratio sensor. A block diagram showing the details of the control, Fig. 6 is a one-pulse waveform diagram showing the pulse waveform of the control signal, Fig. 7 is a block diagram showing another example of heater control of the air-fuel ratio sensor, and Fig. 8 is a heater control diagram. FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of yet another example, FIG. 9 is a flowchart of one control example, and FIG. 10 is a flowchart of another control example. 2... Internal combustion engine 3... Exhaust manifold 9... Air flow meter 10... Intake temperature sensor 13... Fuel injection valve 14... Throttle opening sensor 15... Control circuit 16... Air-fuel ratio sensor 16a, 51...Oxygen ll1r! I detection section 16b, 5
2...Heater is partially represented by one patent attorney, Tsutomu Sadatetsu, Figure 5, Figure 6, Figure 7, Figure 8, Figure 1.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 内燃*tmの運転状態検出手段と、上記内燃機関の
排気中の酸素m度の検出を行なう酸素センサを加熱する
発熱手段と、 上記運転状態検出手段により検出された内燃機関の運転
状態に基づき、上記発熱手段の発熱量を、上記酸素セン
サがその目標とする温度となるよう調節する発熱量制御
手段と、 を備えたことを特徴とする酸素センサのm度制御装置。 2 前記運転状態検出手段が、 内燃機関の吸入空気量検出部と 排気ms検出部と、 を備え、 前記発熱手段が、 前記酸素センサに付設された抵抗発熱体と該抵抗発熱体
に電力を供給する電源と、を備え、 前記発熱量制御手段が 上記電源から供給される電力を、上記吸入空気量検出部
により検出された吸入空気量と上記排気m度検出部によ
り検出された排気m度とに基づき制御することにより上
記発熱手段の発熱量を調節するよう構成されている特許
請求の範囲第1項記載の酸素センサの温度制御装置。 3 前記運転状態検出手段により検出された運転状態の
変動が所定範囲内にある場合、前記発熱手段からの発熱
量を所定量に維持する特許請求の範囲第1項記載の酸素
センサの温度制御装置。
[Scope of Claims] 1. Internal combustion *tm operating state detection means, heating means for heating an oxygen sensor for detecting oxygen m degrees in the exhaust gas of the internal combustion engine, and internal combustion*tm operating state detection means detected by the operating state detection means. An oxygen sensor m-degree control device comprising: a calorific value control means that adjusts the calorific value of the heat generating means so that the oxygen sensor reaches its target temperature based on the operating state of the engine. . 2. The operating state detection means includes an intake air amount detection section and an exhaust ms detection section of an internal combustion engine, and the heat generation means supplies electric power to a resistance heating element attached to the oxygen sensor and the resistance heating element. and a power supply for controlling the amount of heat supplied from the power supply to the intake air amount detected by the intake air amount detection section and the exhaust m degree detected by the exhaust air amount detection section. 2. The temperature control device for an oxygen sensor according to claim 1, wherein the temperature control device for an oxygen sensor is configured to adjust the amount of heat generated by the heat generating means by controlling based on . 3. The temperature control device for an oxygen sensor according to claim 1, which maintains the amount of heat generated from the heat generating means at a predetermined amount when the fluctuation in the operating state detected by the operating state detecting means is within a predetermined range. .
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4753204A (en) * 1986-09-30 1988-06-28 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Air-fuel ratio control system for internal combustion engines
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