JPS60216255A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は内燃機関排気中の酸素濃度を検出する酸素ａｌ
疫センサに備えられたヒータの制御装置に関し、特に、
内燃機関の燃料カット運転中のセンサ温度を補償する制
御装置に関するものである。

［従来技術］ 従来より車両用内燃機関の空燃比制御装置として、三元
触媒コンバータを用いて排気中のＣｏ１Ｈｃ、ＮＯＸの
３成分を効率よく浄化するために、排気系に酸素濃度セ
ンサを備えて排気中の酸素濃度を検出し、当該内燃機関
の空燃比が理論空燃比となるよう制御する、いわゆるフ
ィードバック制御を実行するものが知られている。

そしてこの種の制御装置に使用される酸素濃度センサの
一つとして、近年、特開昭５７−４８６４８号公報にて
提案されているジルコニア系、あるいはチタニア系の、
検出素子加熱用のヒータを内蔵した限界電流式の酸素濃
度センサが開発され、酸素濃度に対応した検出電流を得
ることができるようになった。

ところで、この種の酸素濃度センサにおいては、酸素濃
度に対応した検出電流を得ることができることから、例
えばエンジンの低負荷運転時に空燃比をリーン側に制御
し、燃費を向上させるといった、いわゆるリーンバーン
制御等、空燃比制御をより緻密に実行することができる
ようになるのであるが、その反面こういった緻密な空燃
比制御を実行するためには、酸素濃度センサにより常時
良好な検出結果が得られるよう、ヒータを用いて検出素
子を加熱し活性化する必要がある。また、検出素子を活
性化するためには素子温度を所定温度以上に加熱すれば
よいのであるが、余り加熱し過ぎるとヒータが断線した
り検出素子が破壊してしまうといった問題が生じること
から、素子濃度を所定の温度範囲、例えば６５０℃〜７
５０℃の瀧痩範囲に保持し得るよう、ヒータへの供給電
力を制御する必要がある。

そこで近年、実開昭５８−１１２９５８号公報に示す如
く、内燃機関の高出力時や排気高温時等にはヒータへの
通電を遮断することによって、ヒータや検出素子が高温
になり過ぎないよう制御するヒータの制御装置が提案さ
れ、排気の温度上昇に伴うヒータの断線や検出素子の破
壊等を防止することが考えられているが、内燃機関が燃
料カット運転に入った場合の排気温度低下に伴う素子温
度の低下に対しては何ら対策がなされておらず、良好な
検出結果を得ることができないといった問題がある。こ
れは、内燃機関の燃料カット運転時には、通常、フィー
ドバック制御は実行されず問題とならないのであるが、
内燃機関が燃料カット運転から復帰し、フィードバック
制御が再開された時点でも素子温度が低下していること
がら、空燃比制御が良好に行なえないといった問題が生
ずるのである。

［発明の目的］ そこで本発明は内燃機関が燃料カット運転に入ったよう
な場合にでも、常時検出素子温度を所定温度範囲内に保
持することのできる酸素湿度センサ用ヒータの制御装置
を提供することによって、内燃機関の空燃比制御がより
緻密に実行できるようにすることを目的としている。

［発明の構成］ かかる目的を達するための本発明の構成は、第１図に示
す如く、 内燃機関■の排気系■に設置され排気中の酸素濃度を検
出する酸素濃度センサ■に内蔵されたヒータＴＶを制御
する制御装置であって、当該内燃機関■の燃料カット運
転を検知する検知手段Ｖと、 該内燃機関工が燃料カット運転に入ってからの経過状態
を測定する測定手段■と、 上記検知手段Ｖにて当該内燃機関■の燃料カット運転が
検知されている間、上記測定手段■にて測定された経過
状態に応じて上記ヒータ■への供給電力を制御する制御
手段■と、 を備えたことを特徴とする酸素濃度センサ用ヒータの制
御装置を要旨としている。

［実施例］ 以下本発明の実施例を図面と共に説明する。

まず第２図は本実施例の酸素濃度センサ用ヒータの制御
装置が搭載された車両用内燃機関（以下、エンジンと略
す。）及びその周辺装置を表ね″Ｉｊ概略系統図である
。

図において１はエンジン、２はピストン、３はシリンダ
、４はシリンダヘッドであり、シリンダヘッド４の各気
筒の排気ポート５には排気マニホールド６が、シリンダ
ヘッド４の各気筒の吸気ボート７には吸気マニホールド
８が夫々連結されている。また吸気マニホールド８には
吸入空気の脈動を防止するためのサージタンク９が設け
られ、サージタンク９には吸気マニホールド８内の圧力
、即ち吸気管圧力ｐｍを検出する吸気圧センサ１゜が備
えられている。

次に１１はサージタンク９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はスロット
ルバルブ１１を迂回する吸入空気のバイパス路、１３は
吸入空気温度を検出する吸気温センサであり、スロット
ルバルブ１１には、スロットルバルブ１１の開度に応じ
た信号を出力するスロットルバルブ開度センサとエンジ
ン１のアイドリング時にＯＮ状態とされるアイドルスイ
ッチとを備えたスロットルポジションセンサ１４が直結
されている。また１５は排気マニホールド６に取り付け
られ、排気中の酸素濃度を検出する検出素子と加熱用の
ヒータとを備えたＩ！素濃度センサ、１６はエンジン１
の冷却水温を検出する水温センサ、１７はエンジン１の
点火プラグ１８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１７に取り付けられ、エンジン１
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
を夫々表わしている。

上記吸気圧センサ１０、吸気温センサ１３、スロットル
ポジションセンサ１４、酸素濃度セーンサ１５、水温セ
ンサ１６及び回転数センサ２０の各種検出信号は制御回
路２５に出力され、制御回路２５にて上記各検出信号に
基づき、燃料噴射弁２６の燃料噴射量制御、点火プラグ
１８の点火時期制御、あるいは酸素１１度センサ１５の
ヒータの制御等の種々の制御処理が実行される。

次に第３図に上述の制御回路２５の構成を表わすブロッ
ク図を示す。図において３１は酸素濃度センサ１５の検
出素子１５ａに所定の電圧を印加するための印加電源、
３２は検出索子１５ａ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、
吸気圧センサ１０、吸気温センサ１３、スロットルポジ
ションセンサ１４、水温センサ１６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Ａ１０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２６によって駆動し、マイクロ
コンピュータ３７にて算出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１７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。

次に３８は酸素ｍｅセンサ１５のヒータ１５ｂへの供給
電力を制御するための通電制御回路であって、マイクロ
コンピュータ３７の制御信号に応じてヒータ用電源３９
からの通電を制御するものである。また４０はヒータ１
５ｂ通電時にヒータ電圧を検出するヒータ雷圧検出回路
、４１は同様にヒータ電流を検出するヒータ電流検出回
路である。

このように構成された本実施例の制御回路においては、
上述の如く、燃料噴射量制御、点火時期制御、酸素濃度
センサのヒータ制御等種々の制御が実行されることとな
るのであるが、以下に本発明にかかわる主要な制御処理
である酸素Ｉｌ！度センサのヒータ制御について、第４
図に示す制御プロダラムに従って詳しく説明する。

第４図に示す酸素濃度センサのヒータ制御は、所定時間
間隔、例えば１００［ｍ５ｅｃ、］毎に実行され、ヒー
タ用電源３９からヒータ１５ｂへの通電をエンジン１の
運転状態に応じたデユーティ比によって制御する。

処理が開始されると、まずステップ１０１にて上記各セ
ンサや検出回路からの信号に基づく、エンジン回転数Ｎ
ｅ、吸気管圧力Ｐｍ　、　酸素濃度センサ１５の検出電
流（Ｓ、エンジン１のアイドリング状態を示すアイドル
スイッチ信号（ｄ、ヒータ電圧Ｖｈ１ヒータ電流ｒｈ等
の各種パラメータを読み込み、続くステップ１０２に移
行する。

ステップ１０２においては、上記ステップ１０１にて読
み込まれたヒータ電圧ｖｈとヒータ電流Ｉｈとから、所
定時間、例えば１００　［ｍ５ｅｃ　、］の間、ヒータ
１５ｂを通電した場合の電力量、つまりデユーティ比１
００％の電力量Ａを算出する処理が実行されステップ１
０３に移行する。以下、電力量の数値については全て１
００　［Ｉａｓｅｃ　、　］当たりの電り量で表わす。

ステップ１０３においては、現在エンジン１が燃料カッ
ト運転中であるか否かを判定する。そして燃料カット運
転中である場合にはステップ１０４に移行し、一方燃料
カット運転中ではない場合にはステップ１０５に移行す
る。ここでエンジン１が燃料カット運転中であるか否か
の判定は、図示しない別ルーチンで処理される燃料噴射
量制御での燃料噴射量を見ることによって実行してもよ
いが、本実施例では上記ステップ１０１にて読み込まれ
たアイドルスイッチ信号１ｄとエンジン回転数Ｎｅとを
基に、アイドルスイッチ信号（ｄがｒＯＮＪで、かつエ
ンジン回転数Ｎｅが所定回転数以上であるといった燃料
カット条件が成立した場合に、エンジン１が燃料カット
運転中であると判定するものとする。

次にエンジン１が燃料カット運転中でない場合に実行さ
れるステップ１０５においては、後述の燃料カット運転
中である場合に用いられるカウンタＢの値をｒＯＪに設
定し、続（ステップ１０６に移行する。

そしてステップ１０６においては上記ステップ１０１に
てめられたエンジン回転数Ｎｅと吸気管圧力Ｐｒａとを
パラメータとする、例えば第５図に示す如きマツプＭ１
あるいは演算式からヒータ１５ｂの目標電力量Ｃをめ、
続くステップ１０７に移行する。ここでマツプＭ１にお
いては、第５図から明らかな如く、エンジン回転数Ｎｅ
と吸気管圧力Ｐｍとをパラメータとして予め目標電力量
Ｃが設定されているのであるが、これは吸気管圧力Ｐｍ
が大きい場合、あるいはエンジン回転数Ｎｅが大きい場
合には、当然エンジン１への燃料噴射量が多（なり、排
気温度が上昇して排気によって検出素子１５ａが加熱で
きることから、ヒータ１５ｂへの供給電力を小さくし、
一方エンジン回転数Ｎｅが小さい場合あるいは吸気管圧
力ｐｍが小さい場合には排気温度が下がり検出素子を加
熱でな（なることから、ヒータ１５ｂへの供給電力を大
きくするように設定されている。

ステップ１０６にて目４１１Ｎ力量Ｃがめられると、次
にステップ１０７において、この目標電力量Ｃと、上記
ステップ１０２にてめられたデユーティ比１００％の電
力ｆｉＡとをパラメータとして、次式 ％式％ を用いてヒータ１５ｂに目標電力量Ｃを供給するための
デユーティ比りが算出される。

そしてステップ１０８にて、上記水められたデユーティ
比りのパルス信号を通電制御回路３８に送出し、ヒータ
１５ｔ）への供給電力を制御するヒータ通電制御が実行
される。

ここで例えばデユーティ比１００％の電力量Ａが５０［
Ｗ・１００ＩＩＩＳｅＣ１］、エンジン回転数Ｎｅと吸
気管圧力ＰｍとからマツプＭ１によりめられた目標電力
量が２５　［Ｗ−１００ｍ５ｅｃ　、　］であるとする
と、デユーティ比りは５０［％１となり、通電制御回路
３８に送出されるパルス信号は、第６図の実線で示す如
きものとなる。

一方、上記ステップ１０３にてエンジン１が燃料カット
運転中であると判断された場合には上述した如くステッ
プ１０４に移行することとなるのであるが、このステッ
プ１０４においてはカウンタＢの値をインクリメントす
る処理がなされる。

そして次ステツプ１０９に移行し、上記インクリメント
されたカウンタＢの１直をパラメータするマツプＭ２に
基づき目標電力量Ｃをめる処理が実行され、ステップ１
０７に移行する。

ここで、上記カウンタＢの値は、本制御処理が所定の時
間間隔で実行されることから、エンジン１が燃料カット
運転に入ってからの経過時間を表わす値とすることがで
き、ステップ１０９においてこの燃料カット運転の経過
時間に応じて目標電力量Ｃを設定しているのである。つ
まり、燃料カット運転中には燃料の燃焼がなく、排気温
疾が低下することから、酸素Ｓ度センサ１５の検出素子
温度ＴＳが、例えば第７図に示す如く、燃料カット運転
の経過時間に応じて低下してしまい、良好な検出結果が
得られな（なってしまうといったことがあるので、この
検出素子潤度の低下を補うために、例えば第８図に示す
如く燃料カット運転の経過時間に応じて目標電力量Ｃを
増加し、検出素子温度ＴＳを、例えば第９図に示す如く
、一定温度に保持するよう制御しているのである。尚第
７図ないし第９図においてｔｌはエンジン１が燃料カッ
ト運転に入った時点を示しており、カウンタＢの値が［
１］となった時点を表わしている。またｔ２は、エンジ
ン１の燃料カット運転が継続した場合に検出素子温度が
一定となった時点、つまり例えばステップ１０６にてめ
られる目標電力量Ｃを供給している場合にその目標電力
ＩＣでのヒータ１５ｂによる検出素子１５ａの加熱と、
排気による検出素子１５ａの冷却とのバランスがとれた
時点を示している。更に第８図には燃料カット運転の経
過時間に応じた目標電力量Ｃの増加を示しているのであ
るが、図における斜線部分は上述のマツプＭ２を示すも
のであり、時点ｔ２以降の目標電力量Ｃが予め設定され
たものである。そして図においては、時点ｔ１から時点
ｔ２の間に目標電力量Ｃが２５　［Ｗ・１００１ｓｅｃ
　、］から４５　［Ｗ−１００ｍ５ｅｃ　、　］となる
よう、］２０Ｗ・１００　ｍ５ｅｃ　、］上昇するよう
に設定されているが、この値としてはエンジン１の運転
状態、例えば吸入空気温度、エンジン回転数Ｎｅにより
補正するようにしてもよい。

このようにしてステップ１０９にてエンジン１の燃料カ
ット運転下での目標電力量Ｃがめられると、上記ステッ
プ１０７に移行し、この目標電力量Ｃに応じたデユーテ
ィ比りが算出され、次ステツプ１０８にてヒータ１５ｂ
の通電制御が実行される。

以上詳述したように本実施例の酸素濃度センサ用ヒータ
の制御装置においては、エンジン１が燃料カット運転中
でない場合にはエンジン回転数Ｎｅと吸気管圧力Ｐｍと
に基づき目標電力量Ｃをめ、エンジン１が燃料カット運
転に入った場合にはその経過時間に応じて目標電力量Ｃ
を増加するよう構成されており、前述の第９図に示した
如く、エンジン１が燃料カット運転中であっても検出素
子温度を所定温度に保つことができ、酸素温度センサ１
５を常時活性化することができる。従って本制御装置に
よれば、エンジン１が燃料カット運転から復帰してフィ
ードバック制御に入った時点であっても排気中の酸素濃
度を良好に検出することができ、運転状態に応じた緻密
な空燃比制御が実行できるようになる。

尚本実施例において、前述の検知手段Ｖに相当するもの
としては、上記ステップ１０３にて燃料カット運転を判
断する際に用いられるエンジン回転数Ｎｅ及びアイルド
信号Ｔｄを夫々検出するための回転数センサ２０及びス
ロットルポジションセンサ１５が挙げられ、測定手段■
に相当するものとしてはカウンタＢが挙げられる。また
制御手段Ｖｌｌに相当するものとしては上記制御プログ
ラムのうちステップ１０４、ステップ１０９、ステップ
１０７及びステップ１０８の一連の処理と、通電制御回
路３２とが挙げられる。

ここで−Ｆ記実施例においては、上記制御プログラム実
行の際に用いられるマツプ等で、数値を表わしたものが
あるが、本発明はこれらの数値に何ら限定されることは
ない。″ また上記実施例においてはヒータの通電制御としてデユ
ーティ比による電力制御を行なっているが、例えばヒー
タ用電源の印加電圧を制御するようにしてもよい。

更に、上記実施例においては測定手段■として所定時間
（この場合は１００　［ｍ５ｅｃ、　］　）毎ニカウン
トされるカウンタＢを用い、エンジン１が燃料カット運
転に入ってからの経過時間に応じて目標電力量Ｃを設定
するようにしているが、この他にも例えばエンジン１が
燃料カット運転に入ってからのエンジン回転数や点火信
号等をカウンタ等を用いて累積し、その積算されたエン
ジン１の回転量に応じて目標電力量Ｃを設定するように
してもよい。また上記実施例のように経過時間を計時す
る場合、カウンタＢの他にも例えばタイマ等を用いても
よく、経過時間を計時できるものであれば何でもよい。

また上記実施例においては、エンジン１の燃料カット運
転中には、エンジン回転数Ｎｅと吸気管圧力ＰＩｌｌと
をパラメータとするマツプより目標電力ＩＣをめるよう
にしているが、このエンジン回転数Ｎｅや吸気管圧力Ｐ
ｍの他にも吸入空気量や吸気温等を考慮してめるように
してもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明の酸素濃度センサ用ヒータ
の制御装置においては、内燃機関の燃料カット運転中に
、その経過状態に応じてヒータへの供給電力を制御する
よう構成されている。従って内燃機関が燃料カット運転
に入り、燃料の燃焼がな（酸素濃度センサが冷却される
ような場合であっても、酸素濃度センサの検出能力が低
下しないように素子温度を保持することができ、燃料カ
ット運転復帰時のフィードバック制御が良好に実行でき
るようになる。また燃料カット運転中のヒータへの供給
電力は、単に増加するのではな（、その経過状態に応じ
て徐々に増加することから、ヒータの異常加熱によるヒ
ータの断線や検出素子の破壊等が発生することはなく、
無駄な電力を消費することもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示１ブロック図、第２図は本発
明の実施例の酸素ｍｉセンサ用上ヒータ制御装置が搭載
されたエンジン及びその周辺装置を表わす概略系統図、
第３図は制御回路２５の構成を示すブロック図、第４図
は制御回路２５にて実行される酸素濃度センサのヒータ
制御処理を表わすフローチャート、第５図はマツプＭ１
を表わすグラフ、第６図は通電制御回路３８に出力され
る制御信号を表わすタイムチャート、第７図は従来の燃
料カット運転時の検出素子温度Ｔｓの変化を示すグラフ
、第８図は燃料カット運転時の目標電力量Ｃを示すグラ
フ、第９図は本実施例の制御による燃料カット運転時の
検出素子温度Ｔｓを示すグラフである。 １・・・エンジン ６・・・排気マニホールド １４・・・スロットルポジションセンサ１５・・・酸素
濃度センサ ２０・・・回転数センサ ２５・・・制御回路 ３７・・・マイクロコンピュータ ３８・・・通電制御回路 代理人　弁理士　定立　勉 他１名 第１図 第５図 −＋　Ｎｅ　（ｘ７００）　（ｒ、ｐ、ｍ、）第６図

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気中の酸素１１度を
   検出する酸素濃度センサに備えられたヒータを制御する
   制御装置であって、 当該内燃機関の燃料カット運転を検知する検知手段と、 該内燃機関が燃料カット運転に入ってからの経過状態を
   測定する測定手段と、 上記検知手段にて当該内燃機関の燃料カット運転が検知
   されている間、上記測定手段にて測定された経過状態に
   応じて上記ヒータへの供給電力を制御する制御手段と、 を備えたことを特徴とする酸素濃度センサ用ヒータの制
   御装置。 ２、経過時間が経過時間であって、測定手段が、内燃機
   関が燃料カット運転に入ってからの経過時間を測定する
   よう構成された特許請求の範囲第１項記載の酸素濃度セ
   ンサ用ヒータの制御装置。 ３４軽過状態が内燃機１勧転量であって、測定手段が、
   内燃機関が燃料カット運転に入ってからの回転量を測定
   するよう構成された特許請求の範囲第１項記載の酸素濃
   度センサ用ヒータの制御装置。