JPS60235051A - 酸素センサの電気ヒ−タの通電制御方法 - 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、内燃機関の空燃比制御のために機関排気系に
取付けられるヒータ付酸素センサの電気ヒータの通電制
御方法に係り、特にセンサ素子の温度制御のために前記
センサ素子を加熱する電気ヒータに供給する電力を制ｍ
する通電制御方法に係る。

発明の背景 固体電解質或いは半導体により構成されたセンサ素子を
有し、酸素濃度に応じて起電力或いは電気抵抗を変化す
る酸素センサは良く知られており、この酸素センサは、
自動車等の車輌に用いられる絞り調速式の内燃１１関に
於ては、内燃機関に供給された混合気の空燃比を該内燃
機関より排出される排気ガスの酸素ｓｉより検出してこ
れに基いて前記内燃機関に供給する混合気の空燃比をフ
ィードバック制御するために用いられている。

上述の如き酸素センサはセンサ素子の温度によって酸素
濃度に対する出力を変化するという温度特性を有してお
り、このためこの種のｉ！ｉ素センサを用いて正確に酸
素濃度を検出するためには、特に排気ガスの酸素濃度が
ら空燃比が１４．５〜２５程度の希薄混合気の空燃比を
定量的に正確に検出するためには、センサ素子の湿度を
活性温度以上の所定値に保つ必要がある。このことに鑑
みてセンサ素子の温度制御のために前記センサ素子を加
熱する電気ヒータを備えたヒータ付酸素センサが例えば
特願昭５３−７８４０７６号（特開昭５４−１３３９６
号）に於て既に提案されており、また中輪用内燃機関に
於て排気通路に取付けられるヒータ付Ｗｉ索センサのセ
ンサ素子の温度を内燃機関の運転状態の変化に拘らず活
性温度以上の所定値に保つべく前記電気ヒータに供給す
る電力、即ち制御目標電力を、吸気管圧力、スロワ［−
ル聞度、吸入空気流量をパラメータとする機関負荷及び
機関回転数に応じて制御する制御方法及び制御装置が特
願昭５３−８３１２０号（特開昭５４〜２１３９３＠）
に於て既に提案されている。

内燃機関の排気通路に取付けられＩＣ酸素センサのセン
サ素子（よ、前記排気通路を流れる排気ガスによって加
熱されるから、前記センサ素子の温度を所定値に保つた
めには排気ガスの温度の変化によるセンサ素子温度の変
動を補償づ−べく排気ガスの温度の変化に応じて前記電
気ヒータの発熱量が制御されれば良い。絞り調速式の内
燃機関に於ては、排気ガス濡洩は概ね一行程当りの混合
気供給量と機関回転数とによって決まり、混合気供給量
は、空燃比を一定とした場合、吸入空気量にほぼ比例す
ることから、上述の如き先の特許出願による温度制御方
法に於ては、上述の如き因子をパラメータとするｍ関負
荷と機関回転数に応じて前記電気ヒータに供給する電力
を制御することが行われている。絞りｗＩ速式内燃機関
より排出される排気ガスの温度は上述の如く概ね吸入空
気量と機関回転数とに応じて変化し、これらの因子に対
する排気ガス温度は実験等によって比較的正確に予めめ
られるから、これら因子に応じて予め定められた制ｔｉ
ｌｌ特性に従って前記電気ヒータに供給する電力が制御
されれば、内燃機関の運転状態の変化に拘らず酸素セン
サの［ンサ素子の温度は比較的高いｌｉｉ度をもって所
定値に保たれる。

上述の如き酸素センサに用いられる電気ヒータは、一般
に、電流を通電されることによりジュール熱を発生する
抵抗発熱式電気ヒータであり、これは温度に対し正の電
気抵抗係数を有しており、自身の温度変化に応じて電気
抵抗を変化する。このことを考慮して前記電気ヒータに
供給する電力を制御する一つの通電制御方法として、前
記電気ヒータに印加するヒータ印加電圧と前記電気ヒー
タを流れるヒータ通電電流とを検出して前記ヒータ印加
電圧と前記ヒ−タ通電電流との積、即ら消費電力が制御
目標電力に一致するように前記電気ヒータに供給する電
力を制御することが考えられている。

上述の如き通電制御によって所期のヒータ供給電力の制
御を行うためには前記電気ヒータに実際に印加されてい
るヒータ印加電圧と前記電気ヒータを流れるヒータ通電
電流とを検出して酌記電気ヒータに実際に供給された電
力を見出してこの電力と前記制御目標電力との比較から
前記電気ヒータに供給づる電力を制御づることが理想的
であるが、制御装置の簡素化のために実際に電気ヒータ
に印加されている印加電圧の代用電圧として、上述の如
き通電制御をｆｉう制御装置の電源入力端子に於ける電
圧、即ち前記電気ヒータに印加する電圧を検出して該電
圧を上述の如き通電制御に用いることが考えられる。し
かし前記電源入力端子に於Ｇ）る電圧（入力電源電圧）
どヒータ通電電流の積より見出される電力は前記電気ヒ
ータにて消費される電力以外に電気ヒータ回路の給電用
ワイヤハーネス、ヒータ電流検出用抵抗器、ヒータ通電
制御用トランジスタの電気抵抗による消費電力を含み、
このため電力制御演算に於て、この消費電力、換言すれ
ば損失電力が考慮されないと、即ち電源と前記電気ヒー
タとの間の電気回路に於ける前記電気ヒータの電気抵抗
値以外の電気抵抗値が認識されてこの事を考慮して電力
料ＯＤ演搾がｔ’ｒわれない限り前記電気ヒータに目標
電力を正確に供給することはできない。しかしヒータ通
電制御用トランジスタのコレクターエミッタ間の飽和電
圧は、一般に、コレクタ電流、即ちヒータ通電電流に対
し非線形であり、このトランジスタの電流に対する非線
形な電気抵抗値の変化を考慮して前記電気ヒータに供給
する電力の補正を行おうとすると、その補正には非常に
複雑な演算が必要になる。

発明の目的 本発明は、複雑な演算処理や回路構成を必要とすること
なく酸素センサのセンサ索子の温度制御用の電気ヒータ
に供給する電力をより高精度に制御し、より精密なヒー
タ温度制御を行うことができる電気ヒータの通電制御方
法を提供することを目的としており、特に上述の如き損
失電力は電気ヒータに供給した電力に比例しないまでも
そのヒータ供給電力に応じて変化し、これは予め実験等
によって前記ヒータ供給電力、即らヒータ消費電力の関
数としてめることができることに着目して簡易な回路構
成によっても電気ヒータに供給する電力の損失電力補償
を行うことができる電気ヒータの通電制御方法を提供せ
んとするものである。

発明の構成 上述の如き目的は、本発明によれば、酸素はンサのセン
サ素子の温度制御のために前記センサ素子を加熱する電
気ヒータの通電制御方法に於て、内燃機関の運転パラメ
ータに応じて前記電気ヒータに供給する制御目標電力を
決定し、前記電気ヒータに印加するヒータ印加電圧と前
記電気ヒータを流れるヒータ通電電流とを検出して前記
ヒータ印加電圧と前記ヒータ通電電流との積より前記電
気ヒータに供給した消費電力を見出し、電源より前記電
気ヒータに供給する電力のうち前記電気ヒータ以外にて
消費される損失電力を前記消費電力の関数として決定し
、前記消費電力が前記制御目標電力と前記損失電力の和
に一致するように前記電気ヒータに供給する電力を制御
する如き電気ヒータの通電制御方法によって達成される
。

発明の効果 本発明による電気ヒータの通電制御方法によれば、電気
ヒータに供給した消費電力の関数として決定された前記
損失電力を前記制御目標電力に加輝した電力社前記消費
電力が一致するように前記電気ヒータに供給する電力が
ｉＭ御されるから、複雑な演算処理や回路構成を必要と
することなく損失電力補償が行われ、高精度なヒータ供
給電力制御の下にセンサ索子温度が正確に制御され、ま
た電気ヒータの電気抵抗以外の部分の電気抵抗が正確に
計算されるため制御精度が高まり、これに応じて制御応
答性が良くなる。

実施例の説明 以下に添付の図を参照して本発明を実施例について詳細
に説明する。

第１図は本発明による温度制御方法を実施されるヒータ
付酸素センサを用いて空燃比制御を行われる車輌用内燃
機関の一つの実施例を示している。

図に於て、１は内燃機関本体を示しており、該内燃機関
本体はシリンダボア２内にピストン３を有し、吸気弁４
によって開閉される吸気ポート５より燃料と空気との混
合気を燃焼室６内に吸入し、燃焼室６内にて点火プラグ
７の火花放電により点火された混合気の既ｇ６焼ガスを
図示されていない排気弁により＃ｌｌ閑される排気ポー
トより排気マニホールド８へ排出Ｊるようになフている
。

吸気ポルト５には吸気マニホールド９、サージタンク１
０、スロットルボディ１１、吸気チューブ１２及びエア
クリーナ１３が順に接続されている。スロットルボディ
１１には吸入空気量制御用のスロットル弁１４が設けら
れており、該スロットル弁は図示されていないアクセル
ペダルの踏込みに応じて開弁するようになっている。

吸気マニホールド９にはインジェクタ１５が取付けられ
ている。インジェクタ１５は、図示されていない燃料供
給装置よりガソリンの如き液体燃料を供給され、開弁時
間に応じた流量の液体燃料を吸気ポート５の入口部分へ
向けて噴射供給するようになっており、その１ｌｉｌＪ
１１１は電気式の制御装置１６により行われるようにな
っている。

制御装Ｎ１６は、第３図に示されている如く、マイクロ
コンピュータ５０を含む電気式制御装置であり、車輌に
搭載されたバッテリ電源１７より電流を供給されて作動
し、機関点火系のディストリビュータ１８に組込まれた
クランク角センサ１９より機関本体１のクランク角に関
する情報を、サージタンク１０に取付けられた吸気管圧
力センサ２０より吸気管圧力に関する情報を各々与えら
れ、これら情報に従って一行程当りの吸入空気量に応じ
た一行程当りの燃料噴射量を決定し、更に排気マニホー
ルド８に取付けられた酸素センサ２１によって検出され
る排気ガスの酸素濃度に基いて燃焼室６に供給する混合
気の空燃比が予め定められた目標空燃比になるように前
記燃料噴射量を補正し、この補正された燃料噴射量に基
く燃料噴射信号を所定のクランク角ごとにインジェクタ
１５のソレノイド１’５ａへ出力するようになっている
。即ち制御装置１６は酸素センサ２１により検出される
排気ガスの酸素濃度に基いて内燃機関へ供給する混合気
の空燃比をフィードバック制御するようになっている。

尚、水温センサ３５により検出される内燃機関本体１の
冷却水温度が所定値以下の暖機過程時には、上述の如き
空燃比のフィードバック制御は行われず、オープンルー
プ制御によりインジェクタ１５の作動が制御され、この
時には暖機完了後に比して小さい空燃比の混合気が内燃
機関へ供給されるようになっている。

制御装置１６は、上述の如きセンサに加えてスロットル
開度センサ２９よりスロットル弁１４の開度に関する情
報を与えられ、スロットル弁１４がアイドル開度位置に
あることがスロットル開度センサ２９のアイドルスイッ
チ２９ａにより検出され且機関回転数が所定値以上であ
ることがクランク角センナ１９により検出された時、即
ち減速時には燃料カットを行うべくインジェクタ１５に
前記燃料噴射信号を出力することを停止するようになっ
ている。

酸素センサ２１は、第２図に良く示されている如く、ジ
ルコニアの如く酸素イオン伝導性を有りる固体電解質に
より構成された有底筒状のセンサ素子２２ど、センサ素
子２２の外周面に該外周面を被覆すべく設けられた薄層
の多孔質外側電極２３と、センサ素子２２の内周面に該
内周面を被覆すべく取付けられた薄層の多孔質内側電極
２４と、多孔質外側電極２３０更に外周面に該外周面を
被覆すべく設けられた多孔質セラミックス製の排気ガス
拡散層２５とを有し、センサ素子２２は、その外周面に
てプロテクタ２６の通気孔２７を経てプロテクタ２６内
に流入した排気ガス中に多孔質の外側電極２３と排気ガ
ス拡散層２５とを介して曝され、限界電流型のリーンセ
ンサとして用いられるべ（外側電極２３と内側電極２４
より所定値の電圧を印加されることによりセンサ電流を
前記排気ガスの酸素濃度にほぼ比例して増大するように
なっている。センサ素子２２の内側には該センサ素子の
渇麿をその活性温度以上の所定値に保つために該センサ
素子２２を加熱する電気ヒータ２８が設けられている。

電気ヒータ２８は抵抗発熱式の一般的な電気ヒータであ
り、供給電力の増大に応じて光熱昂を増大するようにな
っている。

酸素センサ２１のセン１）−素子２２に印加する電圧及
び電気ヒータ２８に供給する電力の制御は第３図に示さ
れている如き制御装置１６により行われるようになって
いる。

制ｉｌｌ装置１６は上述の如くマイクロコンピュータ５
０を有しくおり、マイクロコンピュータ５０は、例えば
モトローラ６８０１であり、イグニッションスイッチ３
１が閉じている時にはバッテリ電源１７を電源どして定
電圧電源回路５１より所定値Ｖｃｃに電圧調整された電
圧を印加されて作動し、入力端子１＋にスタータ３２の
スイッチ３３の開閉に関するオンオフ信号を、入力端子
Ｉ２にイグニッションスイッチ３１の開閉に関するオン
・オフ信号を、入力端子ｒ３にテストスイッチ３４の開
閉に関するＡ゛ン・オフ信号を、入力端子Ｉ４にスロッ
トル開度センサ２９のアイドルスイッチ２９ａの開閉に
関するオン・オフ信号を、入力端子１５にクランク角セ
ンサ１９の出力信号を波形整形回路５２によって矩形波
に波形整形してなる矩形波信号を、入力端子ＩＬｌにＡ
／Ｄ変換器５３の出力端子Ｒ８ＴＰよりパルス幅信号を
各々入力し、出力端子０＋よりヒータ電力制御用のパル
ス信号をトランジスタ５４へ、出力端子ｏ２より燃料噴
射制御用のパルス信号をトランジスタ５５へ、出力端子
０３よりセンサ診断結果信号をトランジスタ５６へ、出
力端子０４よりＡ／Ｄ変換器５３の変換制御端子Ｒ８Ｒ
ＴへＡ／Ｄ変換開始信号を、出力端子０５〜０７よりＡ
／Ｄ変換器５３のチャンネル制御端子Ｃｌ−１＋”−Ｃ
Ｈａヘチャンネル制御信号を各々出力するようになって
いる。

トランジスタ５４は、酸素センサ２１の電気ヒータ２１
に対する通電を制御づるスイッチ作用を行うものであり
、マイクロコンピュータ５０の出力端子０＋よりオン信
号を与えられている間はオン状態になり、電気ヒータ２
８に通電が行われるように作用するようになっている。

トランジスタ５５はインジェクタ１５の電磁コイル１５
ａに対する通電を制御するスイッチ作用を行うものであ
り、マイクロコンピュータ５０の出力端子０２よりオン
信号を与えられている間は電磁コイル１１ａに通電が行
われるように作用するようになっている。

トランジスタ５６はセンサ異常警告ランプ３６に対する
通電を制御するスイッチ作用を行うものであり、ＣＰＵ
５０の出力端子ｏ９よりオン信号を与えている間はラン
プ３６に通電が行われるように作用するようになってい
る。

制御装置１６は差動増幅器５７を含んでおり、該差動増
幅器は、イグニッションスイッチ３１が閉じられている
時には定電圧電源回路５１より定電圧を印加されてトラ
ンジスタ５８を作動させ、所定の一定電圧を酸素センサ
２１のセンサ素子２２に印加するようになっている。

Ａ／Ｄ変換器５３は、マルチプレクサを有するものであ
り、定電圧電源回路５１より所定値Ｖｃｃの電圧を印加
されて作動し、入力端子１＋　に基準電圧信号として所
定値Ｖｃｃの電圧信号を、入力端子Ｉ２にセンサ電流検
出抵抗５９によってセンサ素子２２のセンサ電流に応じ
て電圧降下した電圧信号を、入力端子Ｉ８にヒータ電流
検出抵抗６０によって電気ヒータ２８のヒータ通電電流
に応じて電圧降下し差動増幅器６６により増幅された電
圧信号を、入力端子Ｉ４に入力電源電圧（はぼバッテリ
電圧＞Ｖｔを二つの抵抗６１と６２により分圧すること
により生じた入力電源電圧Ｖ＋に比例する電圧信号を、
入力端子Ｉ５に吸気管圧力ヒン′＋ｊ２０より吸気管圧
力に応じた電圧信号を、入力端子ｒｅに水湿センサ３５
によって検出された冷却水温度に応じた電圧信号を各々
入力し、マイクロコンピュータ５０の出力端子０４〜０
６よりチャンネル制御端子Ｃｌ−１＋−ＣＨ３に与えら
れるチャンネル制御信号の組合せに応じて信号取込みを
行う入力端子１１〜ｒ！１の選択を行い、マイクロコン
ピュータ５０の出力端子０４より変換制御端子Ｒ８ＲＴ
に入力されるＡ／Ｄ変換開始信号に基いて選択された入
力端子に入力される情報、即ち電圧信号の△／Ｄ変換を
開始し、その信号の電圧に応じたパルス幅の信号を出力
端子Ｒ８ＰＴよリマイクロコンピュータ５０の入力端子
１６へ出力するようになっている。入力端子Ｉ４に与え
られる入力電源電圧Ｖｉに比例する電圧信号は制御装置
１６の電源入力端子に於ける電圧（はぼバッテリ電圧）
に比例するものであり、これは電気ヒータ２８に実際に
印加された電圧ではなくて電気ヒータ２８に供給する電
圧を示している。

Ａ／Ｄ変換器５３の入力端子Ｉ＋と入力端子１２に入力
される電圧信号の電圧差はセンサ電流検出抵抗５９によ
る電圧降下により生じるから、前記雪圧差は酸素センサ
２１のセンサ素子２２によって検出されＩ〔排気ガス中
の酸素濃度を示しており、この信号はＡ／Ｄ変換器５３
によってパルス幅信号に変換され、該パルス幅信号はマ
イクロコンピュータ５０に入力されてマイクロコンピュ
ータ５０にてデジタル信号に変換され、上述の如き内燃
機関に供給する混合気の空燃比のフィードバック制御に
用いられる。

次に第４図乃至第６図に示されたフローチャートを参照
して制御装置１６の作動について説明する。第４図は初
期化処理ルーチンとベースルーチンを示しており、この
ルーチンは内燃機関のイグニッションスイッチが閉じら
れると起動される。

初期化ルーチンに於ては、マイクロコンピュータ５０が
備えているレジスタのイニシャライズ、各種入出力ポー
トの定義等が行われる。ベースルーチンに於ては、前述
の如き混合気の空燃比のフィードバック制御或いはＡ−
ブンルーフ制御による燃料噴射量の演算及び燃料噴射量
の水温補正係数の演算が行われる。

第５図はヒータ通電制御の割込みルーチンを示しており
、この割込みルーチンは所定時間１、例えば数＋ｍ５ｅ
ｃが経過する毎に起動される。

ヒータ通電制御ルーヂンの最初のステップ１に於ては、
所定レジスタの待避処理が行われる。ステップ１の次は
ステップ２へ進む。

ステップ２に於ては、ヒータ通電制御用のトランジスタ
であるトランジスタ５４のベース端子にマイクロコンビ
コータ５０の出力端子０＋よりオン信号が与えられる。

これにより電気ヒータ２８に通電が行われ、該電気ヒー
タがジュール熱により発熱する。ステップ２の次はステ
ップ３へ進む。

ステップ３に於ては、マイクロコンビコータ５０が備え
ているフリーランニングタイマの現在の値の読込みが行
われ、この時のタイマ値をトランジスタ・オン時刻Ｔ１
としてマイクロコンピュータ５０のメモリに記憶づるこ
とが行われる。ステップ３の次はステップ４へ進む。

ステップ４に於ては、電気ヒータ２８に通電が開始され
たことに同期してＡ　、−’　Ｄ変換器５３の入力端子
１４に与えられる電圧信号を取入れて入ツノ電源電圧Ｖ
ｉを読込むことが行われる。ステップ４の次はステップ
５へ進む。

ステップ５に於ては、入力電源電圧Ｖｉの読込みが終了
したことに同期してＡ／Ｄ変換器５３の入力端子Ｉ３に
入力されるヒータ電流検出抵抗６０の電圧降下に応じた
電圧信号をパルス幅信号としてマイクロコンピュータ５
０に取入れ、電気ヒータ２８のヒータ通電電流１　ｈを
読込むことが行われる。ステップ５の次はステップ６へ
進む。

ステップ６に於ては、予め吸入空気量を代表づる吸気管
圧力１）Ｈと機関回転数Ｎｅに応じて定められた電カマ
ツブよりこの時の吸気管圧力ＰＩｌｌと機関回転数Ｎｅ
による供給電力（制御目標電力）Ｐ　ｈｍａｐをめるこ
とが行われる。吸気管圧力ｐｍと機関回転数Ｎｅとによ
る電カマツブの制御目標電力ｐｌ＋ｍａｐは予め実験等
によりめられているものであり、該制御目標電力ｐ　ｔ
ｔｍａｐは損失電力ＰＬを含まず電気ヒータ２８が実際
に必要とする電力に応じて設定され、これは吸気管圧力
と機関回転数との各種組合せによる運転状態化の排気ガ
スの温度に応じて定められており、概ね吸気管圧力及び
機関回転数の増大に応じて減少する。ステップ６の次は
ステップ７へ進む。

ステップ７に於ては、既に記憶されて（する前回のデユ
ーティ比Ｄｈ蓑とステップ４及びステップ５に於て読取
られた入力電源電圧Ｖｉとヒータ通電電流１ｈとの積よ
り所定時間当りの平均全消費電力ｐ　ａｍｅａｎをめる
ことが行われる。ステップ７の次はステップ８へ進む。

ステップ８に於ては、損失電力ＰＬを平均全消費電力ｐ
ａｌｌｌｏａｌｉの関数どしてめることが行われる。損
失電力ＰＬと平均全消費電力ｐ　ａｍｅａｎとの関係は
予め実験等によりめられ、例えば第７図に示されている
如き特性にて平均全消費電力Ｐａｍｅａｎに応じて損失
電力ＰＬが記憶されていてそのメモリよりの読出しによ
って損失電力ＰＬが決定されて良い。尚、ＰＬ　＝ｆ　
（Ｐａｍｅａｎ　）の関数計算がさほど複雑でない場合
には関数計算によって損失電力ＰＬが決定されても良い
。ステップ８の次はステップ９へ進む。

ステップ９に於ては、ヒータ制御用のパルス信号のデユ
ーティ比Ｄ　ｈを下式に従って樟出することが行われる
。

Ｄｈ　＝　（Ｐｈｍａｐ＋ＰＬ）／Ｖｉ　・■ｈステッ
プ９の次はステップ１０へ進む。

ステップ１０に於ては、デユーティ比ＤｈをＤｈをＤｈ
藁として記憶することが行われる。ステップ１０の次は
ステップ１１へ進む。

ステップ１１に於ては、ヒータ通電制御周期もとデユー
ティ比Ｑ　ｌ＋どから、７’ｏｎ＝ｔ−Ｏｈと云う計算
式に従ってヒータ・オン時間ＴＯ口をめることが行われ
る。ステップ１１の次はステップ１２へ進む。

ステップ１２に於ては、電気ヒータ２８をオフにする時
刻Ｔ２を下式に従って算出することが行われる。

Ｔ２＝Ｔ＋　＋Ｔｏｎ ステップ１２の次はステップ１３へ進む。

ステップ１３に於ては、電気ヒータ２８をオフにする時
刻、即ちトランジスタ・オフ時刻Ｔ２をタイムコンベア
レジスタにセットすることが行われる。ステップ１３の
次はステップ１４へ進む。

ステップ１４に於ては、ステップ１に於て待避処理され
た所定レジスタの復帰処理が行われる。

これをもってヒータ通電制御のための割込みルーチンは
終了する。

第６図はタイムコンベア割込みルーチンを示している。

このルーチンに於ては、ヒータ通電制御割込みルーチン
のステップ１３に於てタイムコンベアレジスタにセット
されたトランジスタ・オフ時刻Ｔ！！であるか否かの判
別が行われ、トランジスタ・オフ時刻Ｔ２である時には
マイクロコンピユータ５０の出力端子ｏＩよりトランジ
スタ５４のベース端子にオフ信号が出力されるようにな
る。

これにより電気ヒータ２８に対する通電が停止される。

トランジスタ・オフ時刻Ｔ２でない時にはヒータ制御と
は別の他の要件の判別ステップが実行される。

第８図は上述のヒータ通電制御の割込みルーチンが繰返
し実行された場合のデユーティ比制御によるヒータ通電
制御のタイムチャートである。

ヒータ通電回路の全抵抗をＲａ、電気ヒータの抵抗をＲ
ｈ、給電用ワイヤハーネスの抵抗をＲＷ。

トランジスタの抵抗をＲｔｒとすると、Ｒａ−Ｒｈ＋Ｒ
ｗ＋’Ｒｔｒである。

ヒータ抵抗Ｒ１）−ｆ　’　（Ｔｈ　、Ｉｈ　）であり
、ヒータ抵抗Ｒｈのヒータ温度Ｔｌ＋に対する特性の一
例が第９図に示されている。給電用ワイヤハーネス抵抗
ＲＷは小さくてほぼ一定である。トランジスタ抵抗Ｒｔ
ｌ’キ＼／　ｃｅ、／　Ｉ　ｌ＋であり、コレクタ・エ
ミッタ間飽和電圧ＶＣ＋３の］レクタ電流ＩＣ（１ｃ＝
ｉ＝Ｉｈ）と損失抵抗Ｒｔｒ中■ｃｅ／ｌｃに対する特
性の一例が第１０図に示されている。

全消費電力Ｐａ　＝Ｒａ　−１ｈ　２ ＝　（Ｒｂ　＋Ｒｗ　＋Ｒｔｒ）　Ｉ　ｈ　２、’、Ｖ
ｉ　−’ｉ　＝Ｒｈ　−１ｈ　２＋Ｒｗ　−Ｉｈ　２＋
Ｖｃｅ−１ｈ Ｒｈ　−１ｈ　２−（Ｖｉ　−Ｖｃｅ）　Ｉｈ　−Ｒｗ
　−Ｉｈ２ ＝　（Ｖｉ　−Ｖｃｅ）　−Ｒｗ−１ｈ　）Ｉｈ Ｖｉ　−１ｈ−（Ｖｉ　−Ｖｃｅ）　−Ｒｗ　・Ｉｈ　
）Ｉｈ ＼／ｉ　−（Ｖｉ　−Ｖｃｅ）　−ＲＷ　−１ｈデユー
テイ比制御により電力ヒータに供給する全電力を制御す
る場合の制御目標電力ｐ　ｍａｐはｐｍａｐ　−ｖｉ　
−１ｈ　−Ｄ ＝　（（Ｖｉ　−Ｖｃｅ）　Ｉｈ　−Ｒｗ　−Ｉｈ　２
）ｐｍａｐ　＋　（Ｖｃｅ−１ｂ　＋Ｒｗ　−ｒｈ　２
）　Ｄ＝Ｖｉ　・　１１１　・　Ｄ この場合のヒータ電力制御用デユーティ比りは下式によ
り示される。

Ｄ＝　（Ｐｍａｐ　−＋−（Ｖｃｅ−ｉｈ　＋ＲＷ　−
ｒｈ　”　）Ｄｉ／Ｖｉ　・Ｉｈ 損失電力ＰＬ　＝　（Ｖｃｅ−ｒｈ　−１−Ｒｗ　−１
ｈ　２）　［）＝　ｆ（Ｖｃｅ−１１１−Ｄ＞ 、’、Ｄ＝　（Ｐｍａｌ＋　十Ｐｔ　＞　／Ｖｉ　−Ｉ
Ｉ＋＝　（Ｐｍａｐ、＋　ｆ（Ｖｃｅ、Ｉｈ　、　Ｄ）
　）／＼／１−１ｈ 全消費電力ｐａに対するヒータ実消費電力ｐｈを実験に
よりめた結果が第１１図に示されている。

損失電力ＰＬ＝Ｐａ　−Ｐｌ＋ −ｆ＜Ｐａ＞ ＝ｆ　（Ｖｉ　、Ｉｈ、Ｄｈ　＞ 制御目標電力ｐ　ｈｍａｐをＰｈｍａｐ−Ｐａ　−ＰＬ
　＝　Ｐｈとして決定づると、 Ｐｈｍａｐ−＼／ｉ−１ｈ　・Ｄｈ　−ｆ　（Ｖｉ　、
Ｉｈ　。

Ｄｌ）） となる。

Ｄｈ　＝　（Ｐｂｍａｐ＋ＰＬ）　／Ｖｉ　−１ｈ＝　
（Ｐｈｍａｐ＋ｆ　（Ｖｉ　、［ｈ　、　Ｐｈ　）　）
／１−１ｈ ここで、両辺にＤ　１１が入るため、右辺の関数の中の
ｏｈとして前回の演算値［）１１蚤を記憶しておき、ｆ
　（Ｖｉ　、ｌｈ、Ｄｈ）キｆ　（Ｖｉ、Ｊｈ。

［）ｈ簀）とする。

故に損失電力はＰＬ　＝ｆ　（Ｐａ　’　）となる。但
し、Ｐａｗは現在のＶｉ、Ｉｈに前回のＤｈ菱を掛けた
ものである。

損失電力ＰＬが上；ホの如く全消費電力Ｐａの関数とし
てめられ、ヒータ実消費電力ｐｈに対応して定められた
制御目標電力ｐ　ｈｔｌｌａｐに損失電力ＰＬを加輝す
ることによってヒータ供給電力が決定されることにより
前記制御目標電力ｐ　ｔｖａｐの決定が損失電力ＰＬを
加味することなく比較的簡単に行われる。

以上に於ては、本発明を特定の実施例について詳細に説
明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、
本発明の範囲内にて種々の実施例が可能であることは当
業益にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電気ヒータの通電制御方法を実施
される酸素センサを用いて空燃比制御を行われる車輌用
内燃機関の一つの実施例を示す概略構成図、第２図は本
発明による電気ヒータの通電制御方法を実施される酸素
センサの一つの実施例を示す１ＩＩｌｌＦｉ面図、第３
図は本発明による電気ヒータの通電制御方法の実施に使
用されるーっの実施例を示す電気回路図、第４図乃至第
６図は各々第３図に示された制御ｌＩＩ装置の各種ルー
チンのフローチャート、第７図は平均全消費電力と損失
電力との関係を示すグラフ、第８図は第３図に示された
制御装置によるデユーティ比制御のタイムチャート、第
９図はヒータ抵抗のヒータ温度に対する特性を示すグラ
フ、第１０図はコレクタ・エミッタ間飽和電圧に対する
コレクタ電流と損失抵抗の特性を示すグラフ、第１１図
は全消費電力に対するヒータ実消費電力の特性を示すグ
ラフである。 １・・・内燃機関本体、２・・・シリンダボア、３・・
・ピストン、４・・・吸気弁、５・・・吸気ポート、６
・・・燃焼室、７・・・点火プラグ、８・・・排気マニ
ホールド、９・・・吸気マニホールド、１０・・・サー
ジタンク、１１・・・スロットルボディ、１２・・・吸
気チューブ、１３・・・エアクリーナ、１４・・・スロ
ットル弁、１５・・・インジェクタ、１６・・・制御装
置、１７・・・バッテリ電源、１８・・・ディストリビ
ュータ、１９・・・クランク角センサ、２０・・・吸気
管圧力センサ、２１・・・酸素センサ、２２・・・セン
サ素子、２３・・・多孔質外側電極、２４・・・多孔質
内側電極、２５・・・排気ガス拡散層、２６・・・プロ
テクタ、２７・・・通気孔、２８・・・電気ヒータ、２
９・・・スロットル開度センサ、２９ａ・・・アイドル
スイッチ、３１・・・イグニッションスイッチ、３２・
・・スタータ、３３・・・スタータスイッチ。 ３４・・・テストスイッチ、３５・・・水濡センサ、３
６・・・センサ異常警告ランプ、５０・・・マイクロコ
ンビコータ、５１・・・定電圧電源回路、５２・・・波
形整形回路、５３・・・Ａ／Ｄ変換器、５４〜５６・・
・トランジスタ、５７・・・差動増幅器、５８・・・ト
ランジスタ。 ５９・・・センサ電流検出用抵抗、６０−・・ヒータ電
流検出用抵抗、６１．６２・・・抵抗、６６・・・差動
増幅器 特許出願人　トヨタ自動車株式会社 代　理　人　弁理士　明石　昌毅 第４図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸素センサのセンサ索子の温度制御のために前記
   センサ索子を加熱する電気ヒータの通電制御方法に於て
   、内燃機関の運転パラメータに応じて前記電気ヒータに
   供給する制御目標電力を決定し、前記電気ヒータに印加
   するヒータ印加電圧と前記電気ヒータを流れるヒータ通
   電電流とを検出して前記ヒータ印加電圧と前記ヒータ通
   電電流との積より前記電気ヒータに供給した消費電力を
   見出し、電源より前記電気ヒータに供給する電力のうち
   前記電気ヒータ以外にて消費される損失電力を前記消費
   電力の関数として決定し、前記消費電力が前記制御目標
   電力と前記損失電力の和に一致するように前記電気ヒー
   タに供給する電力をｌ１ｉｌＪｆｌｌづることを特徴と
   する電気ヒータの通電制御方法。 （２、特許請求の範囲第１項に記載された酸素センサの
   電気ヒータの通電制御方法に於て、前記電気ヒータに供
   給する電力の制御は前記電気ヒータに電圧を断続的に繰
   返し印加して子の断続比を制御することにより行い、前
   記断続比を前記消費電力の算出に用いることを特徴とす
   る電気ヒータの通電制御方法。