JPS60164240A - 酸素濃度センサ用ヒ−タの制御装置 - 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】 ［技術分野］ 本発明は、自動車用内燃機関の排ガス中の酸素０麿を検
出する酸素濃度センサに内蔵されたヒータの１．ＩＩ御
装置に関し、特に、酸素濃度センサ用ヒータの異常過熱
による断線を防止する制御装置に１１０″ＩＪる。

［従来技術］ 三元触媒コンバータを用い゛Ｃ排ガスを浄化する自動車
用内燃機関では、空燃比を理論空燃比近傍に制御するた
めに、排ガス中の残留酸素１１ａを酸素濃度センサによ
り検出しこれによって空燃比を検出している。この種の
酸素１１度センサはｌＦｆ素濃痕に一致した検出電流を
行る使用調度範囲が決まってａ３す、内燃機関の運転条
件にかかわらず酸素潤度センサの温度を使用８１１範囲
である例えば５００℃以上の高湿に保つために、酸素濃
度センリ′内には加熱用の白金ヒータが内蔵され、内燃
機関の運転中はこのヒータに常時通電し加熱している。

しかしながら、酸素Ｗｉ庶センサに内蔵されたヒータが
常時加熱されるため、排ガスの異常過熱等によりヒータ
が、例えば１４００℃以上にも過熱された場合には、ヒ
ータの断線事故が発生し、酸素潤度センサは正常に検出
動作を行なわむくなる。

そこで、特開昭５７−１４０！５３９号公報においＣ１
酸素濶度センザのヒータが断線した場合、空燃比が過度
にリーン化することを防止づるために、空燃比のフィー
ドバック制御を中止し、予め設定した設定値に空燃比を
固定するＡ−プンループ制御を行なう空燃比制御装置が
提案されている。しかしながら、ヒータのｌｌｉ線時に
はセンサ交換等の修理が必要となるため、酸素溌瓜セン
サ用ヒータの１Ｒｉ線をなくすことがｍ要な課題となっ
ていた。

［発明の目的］ 本発明は、上記の点にかんがみなされたもので、酸素温
度センサに内蔵されたヒータの異常過熱にｊ：る断線を
防止し、常時酸素１１１度センサを最適な温度に加熱し
て活性化し１ｉＩる酸素ｍ度センサ用ヒータの制す１１
装買を提供することを目的とする。

［発明の構成コ このために、本発明は第１図に示す如く、内燃機関の排
気系に設置され排ガス中の酸素淵麿を検出する酸素濃度
セン勺に内蔵されたヒータを制御するｆｌｉｌｌ　１１
１装置であって、ヒータの抵抗値を検出するヒータ抵抗
検出手段Ｍ１と、 内燃機関の吸入空気の温度を検出する吸気温センサＭ３
と、 冷却水の温度を検出する水温センサＭ２と、前記各セン
サにより検出された吸気温と水温データが等しい時、そ
の温度と予め記憶されたヒータの温度係数とから絶対零
度時のヒータの初期抵抗値を潰砕すると共に、前記ヒー
タ抵抗検出手段により検出されたヒータの抵抗値と前記
ヒータの初期抵抗値と前記温度係数とがらヒータの渇麿
を演痒し、このヒータ渇瓜に基づきヒータへの電力供給
を１ｌＩＱ　ａｌｌ　”する演ｆＷ　ｆｌｉｌＪ　０１
１手段Ｍ４どを備えて構成される。

［実施例］ 以下、木元町の実施例を図面に基づき説明する。

第２図は全体構成図を示し、１は公知の６気筒火花点火
式内燃機関（以下エンジンと言う）であって、エアーク
リーナ２から燃焼用の空気を吸入し、吸気管３からリリ
゛−バタンク、スＥ」ツ１〜ル弁４、吸気マニホールド
等を経てシリンダ内へ供給１−る。６は排気マニホール
ドで、各シリンダから排気マニホールド６へ排出された
排ガスは排気管７、触媒コンバータ８等を経て大気中へ
排出される。吸気管３には、エンジン１に吸入される吸
気Ｉｎを検出し、吸気ｍに応じたアナログ電圧信号を出
力するポテンショメータ式の吸気Ｍセンサ１１、及び吸
入空気のＷＩＪｌｌ［を検出し吸気温に応じたアナログ
検出信号を出力するサーミスタ式の吸気温センリー１２
が設置６されている。また、エンジン１には冷却水温を
検出し、冷却水温に応じたアナログ電圧１５弓を出力す
るサーミスタ式の水温センサ１３が設置され、さらに、
排気マニホールド６には、排ガス中の酸素ｆＩＩ痕を検
出し、残留酸素濃度に比例した）ｌ′）−ログ（ｆｉ号
を出力づる酸素ｍ度センサ１４が設置される。この酸素
濃度センサ１４　Ｇ、を酸素の澗淡電池原理を使用する
固体電解質型に類する物で、ジルコニアを使用した固体
電解質を運転条ｆ１に係わらず例えば約５００℃以上に
加熱して常時活性化Ｊるために、白金製のヒータ１４ａ
が酸素濃度センサ１４に内蔵されている。この白金製の
ヒータ１４ａは温度に対しほぼ一定の正の温度係数αを
有し、その温１＊ＴＨと抵抗値Ｒｌ−１との関係は、 ＲＬｌ　−＝　ＲＨｏ　（１＋　ａ　Ｔ　Ｈ＞の式で表
わすことができる。なお、Ｒ＋−ｔｏは絶対零度時のヒ
ータの初期抵抗値である。

ところで、ヒータ１４ａについでは、第３図のヒータ湿
度と抵抗の関係を示すグラフかられかるように、その製
造工程等により初期抵抗値Ｒｌ−１。

にばらつきが生じ、初期抵抗値ＲＨｏの高いグラフへの
ヒータの場合にはヒータ湿度が５００℃のどき抵抗は５
Ωであるが、初期抵抗値Ｒｌ−１０の低いグラフＢのヒ
ータの場合にはヒータ湿度が１０００℃のとき抵抗が５
０であるというような製品にばらつきがある。そこで、
この発明では後述するように、そのヒータ１４ａの初期
抵抗値Ｒｌ−ｌ　。

を正確に測定することができるヒータ湿度１゛１（と抵
抗値ＲＨから粋出するＪ：うにしている。

１０は排気管７に設置されたサーミスタ式の排気温セン
υ、１６はスロットル弁４のスロツＩ−ル開廉を検出す
るスロットルＩＦｔｌ　ａ　オン（〕°である。１５は
、エンジン１のクランク軸の回転速度（回転数）を検出
するピックアップコイル式の回転数センサで、ディスト
リビコータ２２内の【＝ュータに対向して設置され、エ
ンジン回転数に応じた周波数のパルス信りを出力する。

油綽制御手段となる制御回路２０は、各センサ１０〜１
６からの検出信号に基づき燃料噴射ｍを潰砕し、この噴
射路に応じて電磁式の燃料噴射弁５の開弁時間を制御す
ると共に、ヒータ１４ａの制御をも行なうものである。

次に、第４図により制御回路２０について説明すると、
制御回路２０はマイクロコンピュータを中心に構成され
、１００は所定のプログラムに従って各秤潰砕制罪処理
を実行り−るｃｐｕ、ｉｏ、ｉは回転数センサ１５がら
の検出（，３Ａを入力しエンジン１転数をカウントする
回転数カウンタである。１０２は割り込み制９１１部で
、エンジン回転に同期して回転数カウンタから送られる
割り込み指令信号を入力し、この時？１゛リリ込み信号
をＣＰＵ１００ｋｍ出力Ｊる。１０３はデジタル入力ボ
ートで、エアコンスイッチ、スタータースイッチからの
デジタル信号を入力しＣ・ＰＵｌｏｏに伝達する。１０
４はアナログマルチブレクザとＡ／Ｄ変換器等からなる
アナログ入カポ−１−′ｃ、吸気墨センセン１、吸気温
センサ１２、水温セン＋ｊ１３、及び排気温センサ１Ｏ
し酸素瀧瓜レンサ１４、スロットル開度センサ１６から
の各検出信号をＡｌ１）変換して順次ｃＰＵ１ｏｏに伝
達する機能をもつ。

１０５は直接バッテリ１９に接続される電源回路で、Ｒ
ＡＭ１０７に！ｌを供給し、１０６　Ｇｅｔ　＊−スイ
ッヂ１８を介してバッテリ１９に接続される電源回路で
、ＲＡＭ１０７以外の各ユニットに電源を供給Ｊる。Ｒ
ＡＭ１０７は読み込み読み出し可能な一時記憶回路であ
るが、キースイッチ１８のＡフ後も常時記憶内容を保持
づる不揮発性メモリをなづ。１０８はプログラムや各種
定数、テーブルデータ等を記憶づる読み出し専用のＲＯ
Ｍであり、ヒータ１４ａの４庶係数αもここに格納され
る。

出力回路１０９はラッチ、ダウンカウンタ、パワー１〜
ランジスタなどがらなり、ｃＰＵｌｏｏで＾粋された燃
料噴射量（時間）データに基づき実際の燃料噴射弁５の
開弁時間を制御する制御借りをつくり、燃料噴制弁５に
所定のタイミングで出ノ〕する。１１１はタイマーで、
クロック信号を発生してｃｐｕｉｏｏに送り、或は割り
込みＩＩＪＩ１１部１０２に部門０２込み信号を出力づ
る。

１１０はヒータ制御回路で、ＣＰＬＪｌｏｏが’３の指
令信号に基づきヒータ１４ａへの通電をＡンオフ制御す
る。１７はヒータ１４ａの抵抗を検出Ｊるヒータ抵抗検
出器で、例えばヒータ１４ａの電圧ど電流値からその時
の抵抗値ＲＨを検出し、その抵抗１ハデータをアナログ
入力ボートを介してＣＰｔＪｌｏｏに伝達する。

次に、第５図、第６図のフローヂャ−１・によりヒータ
の制御処理を説明する。

エンジンの始動時にキースイッチ１８がオンされ、制御
回路２ｏに通電された際、ｃＰＵｌｏｏ　−は、公知の
初期化ルーチンを実行し、各種レジスタ等をリセットす
ると共にＲＡＭ１０７の内容をチェックした後、第５図
の処理ルーチンに入る。

このルーチンでは先ずステップ２１０を実行し、水温セ
ンサ１３により検出された水温、吸気温センサ１２によ
り検出された吸気温度及びヒータ抵抗検出器１７により
検出されたヒータ１４ａの抵抗旧」の各検出データをア
ナログ入力ボート１゜４を介してＣＰＵ１００に取り込
む。次に、ステップ２２０に進み、検出された水温と吸
気温が等しいか否かを判定し、等しい場合には、エンジ
ンが完全にクーリングダウンした状態、つまりヒータ１
４’ａも冷却水等と熱的に平衡した状態でのエンジン始
動時とみなしてステップ２３０に進む。

ステップ２３０では、上記のようにヒータ１４ａが冷却
水と熱平衡にあることから、水温又は吸気ｉ温度をヒー
タ）晶度Ｔ１−１として、ＲＩ−１ｏ＝ＲＩ」／〈１＋
αＴ　Ｈ）の式よりヒータ１４ａの絶対零度にａハＪる
初期抵抗舶Ｒｌ−１０を算出Ｊる。イして、ステップ２
４０にて、この初ＩＩ抵抗値Ｒ１１０が正常か否かを判
定し、正常であればステップ２５０に進み、初ＩＩ抵抗
値Ｒ１１ｏをＲＡＭ１０７に格納する。

このようにして、１ンジン始動時にヒータ１４ａの初期
抵抗値Ｒ１−１ｏを暉出し、ＲＡＭ１０７に格納した後
、タイマー割り込み、又は回転数に応じた割り込みルー
チンとして第６図のヒータ制御処理が実行される。

このルーチンに入ると、先ずステップ３００を実行し、
ヒータ抵抗検出器１７により検出されたヒータ１４ａの
抵抗値Ｒｌ−１をＣＰＵ１００に取り込み、次に、ステ
ップ３１０にて、ヒータ１４ａの温度コート１をＴＨ＝
　（ＲＨ／ＲＨｏ　−１＞／αの式から算出づる。なお
、αにはＲＯＭ１０８に予め格納されたヒータの温度係
数が、ＲＨＯには前述のスフツブ２５０でＲＡＭ１０７
に格納された初期抵抗値が使用される。そして、ステッ
プ３２０に進み、排気温センサ１０により検出された排
気温データをＣＰＬｌｌ　００に取り込むが、排気温セ
ンサを使用しない場合には、その時のエンジン回転数と
別の処理ルーチンで算出された燃料鳴躬吊どの各データ
からデータマツプ等を利用して排気渇庖求めることもで
きる。続いて、ステップ３３０に進み、排気温データか
ら目標ヒータ温度Ｔ１１ｍａｘと”１１−１ｍ１ｎを所
定の計棹式又はマツプデータを使用して算出する。この
目標ヒータ温度ＴＨｍａｘどＴＨｍｉｎは、排気温が高
い時にはヒータ温１１１ｔ　Ｔ　Ｉ−（をＦげ、排気温
が低い時にはヒータ温度ＴＩ」を」ニげることにより酸
素潤度レンザ１４の加熱湿ｊ臭・お例λぽ８００℃〜８
３０℃のＩＩ適渇度に維゛持り・るように算出される。

次に、ステップ３４０を実１ｊシて、ヒータ温度］用１
が目標温度ｌ−１１１＋１ａＸＪ：す、１“らいか否か
を判定し、ヒータ温１良Ｔ１−１が目標ヒータ温度ＴＨ
ｍａｘより高くない場合、次にステップ３５０に進み、
ヒータ温度”「１１が［１標ヒ一タ渇度’ｒ’　Ｈｍ　
ｉ　ｎより低いか百かを判定し、ヒータ温度−［１１が
目１票ヒータ？晶１豆１１ｍ１ｎより低り４１）ればヒ
ータ１４ａの制御は不要としてこのルーチンをぬ（）る
。これに対し、ステップ３４０にて、ヒータ温１臭Ｔ　
ｌ−１が目標ヒータ渇１３７．　Ｔ　Ｉ−１ｍａｘ　に
り高いと判定されたどき、次にステップ３６０を実行し
、ヒータ１４．ａの加熱を停止り゛る指令信号をヒータ
制御１１回路１１０を送り、ヒータ制御回路１１０はヒ
ータ１４ａへの通電をオフする制御を行ない、これによ
ってヒータ１４ａの異常加熱が防止される。一方、ステ
ップ３５０にて、ヒータ温度Ｔ１−１が目標ヒータ温度
Ｔｌ１ｌｌｌｉｎより低いと判定されたとぎ、次にステ
ップ３７０を実行し、ヒータ１４ａを加熱させる指令信
号をと−タ制御回路１１０へ送る。これににつて、ヒー
タ制御回路１１０はヒータ１４ａに電力供給を行ない、
ヒータ１４ａの加熱ににり酸素淵麿センサ１４は最適温
度まで加熱される。

このＪ−うに、一定時間毎の又は一定回転数毎の割り込
み処理によりスミツブ３００ノリ至スデップ３７０が繰
り返し実行されることによって、ヒータ１／１．ａへの
電力供給が制御され、酸素濃度センサ１４の温度が活性
化に最適な温度に維持され、運転条件に係わらず、常に
酸素濃度センサ１４を最適温度で活性化することが可能
どなる。

［発明の構成］ 以上説明したように、本発明の酸素濃度センザ用ヒータ
の制御装置によれば、ヒータ温度を算出しながらヒータ
への電力を制罪し、ヒータの異常過熱を防止することが
できるため、異常過熱によるヒータの断線事故を防ぐこ
とができ、また、エンジンの排気温に応じてヒータ温度
を制御するため、エンジンの運転条件に係わらず、酸素
濃度センザを常に最適な温度に過熱してこれを活性化１
にとができる。さらに、エンジンが完全にクーリングダ
ウンしｌ〔状態での始動時に、熱平衡にある水温又は吸
気温からヒータ温度をめ、ヒータの初期抵抗値をその温
度から樟出づ°るため、製品毎のばらつきが多いヒータ
個有の初期抵抗値を正確にめることができ、高い精度の
ヒータ制９１１を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクレーム対応図、第２図〜第６図は本
発明の実施例を示し、第２図は仝体構成図、負１３図は
ヒータ温度と抵抗値の関係を示すグラフ図、第４図は制
御回路のブロック図、第５図と第６図は制御回路の動作
を示タフローヂト一トである。 １２・・・吸気温センサ １３・・・水温センサ １４・・・酸素濃度センサ １４ａ・・・ヒータ ２０・・・制御回路 代理人　弁理士　定立　勉 （ｌ！！１名 第１図 第２［４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内燃機関の排気系に設置され排ガス中の酸素濃度を
   検出Ｊ゛る酸素濃度センサに内蔵されたヒータを制９１
   １Ｊる制御装置であって、該ヒータの抵抗値を検出づる
   ヒータ抵抗検出手段と、 内燃機関の吸入空気温を検出する吸気温センサと、 冷却水の温度を検出する水温センサと、前記各センサに
   より検出された吸気温と水温データが等しい時、イの温
   度と予めｒｉ！憶されたヒータの混成係数とから絶対零
   痕時のヒータの初期抵抗１＋Ｑを演算すると共に、前記
   ヒータ抵抗検出手段により検出されたヒータの抵抗値と
   前記ヒータの初期抵抗１ｎと前記温度係数とからヒータ
   の温度を演算し、このヒータ温度に皓づきヒータへの電
   力供給をＩｔｉ制御する演算制御手段と を備えたことを特徴とする酸素ｇＩ麿センサ用ヒータの
   制御装置。 ２、前記演算制御手段は、内燃ｌａ［ｌＯの排気温度か
   ら目標ヒータ温度を演算し、ヒータ温度を該目標ヒータ
   ６匹に近づけるべくヒータへの電力供給を制御するよう
   に構成されたことを特徴とする特Ｖ［請求の範囲第１項
   記載の酸素１３度センサ用ヒータの制御装置。