JPS62184347A - ヒ−タ付酸素濃度センサのヒ−タ制御装置 - 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、内燃機関の空燃比制御のために排気ガス中の
酸素濃度を検出するヒータ付酸素濃度センサ（０２セン
サ）のヒータ制′４Ｂ装置に関する。

〔従来の技術〕

燃焼室から排出されるガスの浄化のために内燃機関の排
気系に触媒コンバータを設け、０２センサを用いた空燃
比制御装置により空燃比フィードバック（以下Ｆ／Ｂと
いう）制御を行うようにした内燃機関の中には、０゜セ
ンサを活性状態に保つために０２センサにヒータを内蔵
させたものがある。このヒータの通電制御は一般に、機
関の運転状態パラメータ、例えばアイドルスイッチ、機
関の回転速度、車速等に応じて、２段階、あるいは無段
階で可変して行われる。（例えば特開昭５４−２１３９
３号公報参照） 従来、前述のようなヒータ付０２センサは過給機付機関
に多く見られ、過給機の下流側や、タービンアウトレッ
ト等に取り付けられているのが現状である。これは、過
給機、タービンアウトレフトの熱容量が大きいため、こ
れらを通過した後の排気温か著しく低下するためであり
、０２センサの暖機性の悪化、及び機関の軽負荷運転域
における０２センサの温度の低下を防ぐために、機関運
転状態にてヒータに通電して０２センサを加熱している
のである。

〔発明が解決しようする問題点〕

ところで、過給機のない機関ではｏ２センサに当たる排
気ガスの最高温度が高く、熱により０２センサの特性変
化や寿命短縮等の熱害が発生しやすい。そこで、このよ
うな熱害をを避けるために０２センサの取付位置を従来
の排気マニホルド位置から触媒前まで後退させ、排気管
に取り付けることが行われている。

ところが、このようにｏ２センサを触媒前の排気管に取
り付けた場合、第６図に示すように時刻Ｌ１から時刻ｔ
２までのような短時間のデッドソータ中に０２センサの
冷えが大きく、機関を再始動した際にすぐには０２セン
サの素子温度が活性温度に至らず、触媒が活性温度以上
であるにもかかわらず、空燃比フィードバック制御が実
行できないという問題があった。つまり、従来のように
０２センサが熱容量の大きい排気マニホルドやタービン
アウトレットに取り付けられている場合（第６図に鎖線
で示す）は保温作用でイグニッションキーオフ後の０２
センサの冷えは小さく、０２センサの素子温の低下が小
さいために、短時間のデッドソータ後に再始動しても、
短時間ｓｌ　（＝　ｔ４−　ｔ３）で活性温度に達する
ので問題はなかったのであるが、０２センサを従来の位
置より後退させて触媒前の排気管に取り付けた場合（第
６図に実線で示す）は、イグニッションキーオフ時の０
２センサ素子温が、０２センサを排気マニホルドに取り
付けた場合に比べて低いこと、また、排気管の熱容量が
小さいために保温効果もなく、急激にｏ２センサ素子温
が低下する。このために、短時間のデッドソータ後の再
始動時（時刻ｔ３）に、０２センサのヒータに通電して
も０２センサが活性温度に達するまでの時間Ｓ３（・ｔ
６−　ｔ３）が長く、従来より空燃比フィードバックの
開始が遅れることになるのである。

これを改善する方法の一つとして、クランキングと同時
（時刻ｔ２）にヒータ通電を行って早く０２センサを加
熱する方法（第６図に破線で示す）があるが、この方法
では機関の再始動後にｏ２センサが活性化するまでの時
間５２（＝ｔ５−ｔ３）が多少短くなるものの、時間Ｓ
３と時間Ｓ２との差（＝　ｔ６−　ｔ５）は小さく、大
幅な向上は見られない。また、前記方法ではクランキン
グ開始と同時にヒータ通電を行うため、ヒータの突入電
流が大きく、機関の始動性が悪くなるという問題があっ
た。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の目的は前記従来のヒータ付０２センサのヒータ
制御装置の有する問題点を解消し、０２センサが触媒前
の排気管に取り付けられている機関においても、イグニ
ッションキーオフ後の僅かな時間内に再びイグニッショ
ンキーがオンされた場合、０２センサがすぐに活性化し
、空燃比フィードバック制御開始を遅延なく行うことが
でる優れたヒータ付０２センサのヒータ制御装置を提供
する事である。

前記目的を達成する本発明のヒータ付０２センサのヒー
タ制御装置は、内燃機関の排気系に設けられ、機関の運
転状態パラメータ量に応じてオンオフされるヒータを備
えたヒータ付０２センサと、イグニッションキーオフ後
の所定時間、前記ヒータをオンするヒータオン装置とを
備えていることを特徴としている。

また、本発明の他の装置では、イグニッションキーオフ
後のヒータへの通電を、空燃比Ｆ／Ｂ条件が失われない
状態の時のみ実行することを特徴としている。

〔作　用〕

本発明の装置によれば、機関のイグニッションキーがオ
フされても、オフ後の所定時間だけヒータ付０２センサ
のヒータに通電が行われる。

以下図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

〔実施例〕

第１図は本発明に係るヒータ付０□センサのヒータ制御
装置を備えた電子制御燃料噴射式内燃機関の概略図であ
る。

この図において、機関本体１の吸気通路２にはエアクリ
ーナ２ａの下流側にエアフローメータ３が設けられてい
る。エアフローメータ３は吸入空気（ｊｌＱを直接計測
するものであって、ポテンショメータを内蔵して吸入空
気量Ｑに比例したアナログ電圧の出力信号を発生する。

この出力信号は制御回路１０のマルチプレクサ内蔵Ａ／
Ｄ変換器１０１にＩ共給されている。また、ディストリ
ビュータ４には、その軸が例えばクランク角（ＣＡ）に
換算して３６０°毎に基準位置検出用パルス信号を発生
ずるクランク角センサ５およびクランク角に換算して３
０゜毎に角度位置検出用パルス信号を発生するクランク
角センサ６が設けられている。これらのクランク角セン
サ５，６のパルス信号は制御回路１０の入出力インタフ
ェース１０２に供給され、このうち、クランク角センサ
６の出力はＣＰＵ１０３の割込端子に供給される。

更に、吸気通路２には各気筒毎に燃料供給系から加圧燃
料を吸気ボートへ供給するための燃料噴射弁７が設けら
れている。

排気マニホルド８ａより下流の排気系には、排気ガス中
の３つの有害成分ＩＩ　Ｃ＋　ＣＯ＋　Ｎ　Ｏｘを同時
に浄化する三元触媒を内蔵する触媒コンバータ８ｂが設
けられている。

また、前記排気マニホルド８ａの下流側であって、触媒
コンバータ８ｂの上流側の排気管８ｃには、排気ガス中
の酸素成分濃度に応じた電気信号を発生するヒータ付の
０２センサ９が設けられている。この０２センサ９の出
力は、制御回路１０の信号処理回路１１１を介してＡ／
Ｄ変換器１０１に供給される。

そして、０２センサ９のヒータは機関始動直後等のよう
な０２センサの加熱必要時に、制御回路１０によって０
２センサが活性温度になるまで通電される。

また、機関本体１のシリンダブロックの冷却水通路には
、機関の暖機状態を冷却水温度を介して検出するための
水温センサ１１が設けられている。

水温センサ１１は冷却水の温度ＴＩＩＷに応じたアナロ
グ電圧の電気信号を発生する。この出力もＡ／Ｄ変換器
１０１に供給されている。

更に、前記入出力インタフェース１０２にはバッテリ１
２に接続するイグニッションキー１５からのスタータの
オンオフ信号が供給されるようになっている。イグニッ
ションキー１５は前記制御回路ＩＯの他に、後述するヒ
ータオン回路２０に接続している。

このヒータオン回路２０には、前記バッテリ１２からの
電源電圧、前記水温センサ１１からの冷却水温度ＴＩＩ
Ｗ、あるいは前記触媒コンバータ８ｂの底面に取り付け
られた触媒床温センサ１３からの触媒床温ＴＨＣが入力
されるようになっている。そして、このヒータオン回路
２０の出力は０２センサ９のヒータに接続されており、
イグニションキー１２がオフされても、別系統の回路で
０２センサ９のヒータに通電することができるようにな
っている。

制御回路１０は、例えばマイクロコンピュータとして構
成され、前述のＡ／Ｄ変換器１０１．入出力インタフェ
ース１０２．　ＣＰ　Ｕ　１０３の他にＲＯＭ１０４゜
ＲＡＭ１０５．イグニッションキーオフ後も情報の保持
を行うバックアツプＲＡＭ１０６等が設けられており、
これらはバス１０７で接続されている。この制御回路１
０において、ダウンカウンタ１０Ｂ、フリップフロップ
１０９及び駆動回路１１０は燃料噴射弁７を制御するた
めのものである。即ち、燃料噴射量ＴＡＵが演算される
と、燃料噴射ＬｔＴＡＵがダウンカウンタ１０８にプリ
セットされると共にフリップフロップ１０９もセットさ
れる。この結果、駆動回路１１０が燃料噴射弁７の付勢
を開始する。他方、ダウンカウンタ１０８がクロック信
号（図示せず）−を計数して最後にそのキャリアウド端
子が“ｒレベルとなった時に、フリップフロップ１０９
がリセットされて駆動回路１１０は燃料噴射弁７の付勢
を停止する。つまり、前述の燃料噴射量ＴＡＵだけ燃料
噴射弁７は付勢され、従って、燃料噴射量ＴＡＵに応じ
た量の燃料が機関本体１の燃焼室に送り込まれることに
なる。

なお、ＣＰＵ１０３の割込み発生はＡ／Ｄ変換器１０１
のＡ／Ｄ変換終了後、入出力インタフェース１０２がク
ランク角センサ６のパルス信号を受信した時、等である
。

第２図は第１図のヒータオン回路２０の一実施例の構成
を示すものである。ヒータオン回路２０にはタイマ回路
２１およびこれに接続するリレー回路２２が設けられて
いる。タイマ回路２１はイグニッションキー１５のオフ
端子に接続されており、イグニッションキー１５がオフ
状態になるとバッテリ１２に接続され、この後、リレー
回路２２のコイルにオン信号を時間Ｓだけ流すように動
作する（その後はオフ信号を出力する）。リレー回路２
２のリレー接点の一方は前記バッテリ１２に接続され、
他方は前記０２センサ９のヒータに接続されている。そ
して、前記タイマ回路２１からのオン信号がある間だけ
この接点はオンして０２センサ９のヒータをバッテリ１
２に接続する。

従って、この実施例のヒータオン回路２０は、イグニッ
ションキー１５がオフされると、キーオフ後の所定時間
Ｓだけ０２センサ９のヒータに通電し、時間Ｓだけ０２
センサ９を加熱する。この結果、イグニッションキー１
５がオフされた後、僅かなデッドソータ時間を経て機関
が再始動される場合には次のようになる。

■　デッドソータ時間≦リレー回路２２のオン時間Ｓの
とき、即ち、ヒータオン回路２０によるヒータ通電中に
イグニッションキー１５がオンされたときは、タイマ回
路２１の電源がオフになり、ヒータオン回路２０による
ヒータ通電は止むが、制御回路１０によってヒータは通
電されるので、０２センサ９の活性温度が維持され、直
ちに空燃比制御を実行できる。

■　デッドソータ時間〉リレー回路２２のオン時間Ｓの
ときは、タイマ回路２１からのオフ信号によりヒータオ
ン回路２０によるヒータ通電は止むが、その後のイグニ
ッションキー１５のオンまでの時間が短ければ、０２セ
ンサ９の活性温度からの温度低下が小さく、イグニッシ
ョンキー１５オン後の制御回路１０による０２センサ９
のヒータへの通電により、０２センサ９は短時間で活性
温度にまで回復することができる。

第３図は本発明の他の装置のヒータオン回路２０の一実
施例の構成を示すものである。この実施例のヒータオン
回路２０が第２図のヒータオン回路２０と異なる点は、
イグニッションキーオフ後に空燃比フィードバック条件
が失われた時点で、０２センサ９のヒータへの通電を停
止する機能を有する点である。従って、この装置のヒー
タオン回路２０には第２図と同機能のタイマ回路２１お
よびリレー回路２２の他に、第２のリレー回路２４、水
温センサ１１に接続する水温検出回路２５およびバッテ
リ１２に接続する電圧検出回路２６が設けられている。

タイマ回路２１の出力はＡＮＤ回路２３の−っの入力お
よび第２のリレー回路２４に接続されており、イグニッ
ションキー１５のオフ後、オン信号を時間Ｓだけ出力す
る。

前記第２のリレー回路２４のリレー接点の一方は前記バ
ッチ１月２に接続され、他方は前記水温検出回路２５お
よび電圧検出回路２６の電源端子に接続されている。そ
して、水温検出回路２５は、前記水温センサ１１の出力
が空燃比フィードバック条件のＴ℃以上の場合に前記Ａ
ＮＤ回路２３にオン信号を出力し、Ｔ’Ｃ未満の場合に
オフ信号を出力する。これと同様に、前記電圧検出回路
２６は、バッチ１月２の電圧が所定値Ｂ　Ｍ以・上の時
にオン信号を前記ＡＮＤ回路２３に出力し、Ｂ　Ｍ未満
の時にオフ信号を出力する。これら水温検出回路２５お
よび電圧検出回路２６は第２のリレー回路２４のオフに
よりその機能を停止する。

従って、前記ＡＮＤ回路２３は、タイマ回路２１、水温
検出回路２５および電圧検出回路２６からのオン信号が
全て入力されている時に、リレー回路２２をオンして０
゜センサ９のヒータに通電し、オフ信号が一つでも入力
されるとリレー回路２２をオフする。

以上より、この実施例のヒータオン回路２０でも、イグ
ニッションキ−１５がオフされるとキーオフ後の所定時
間Ｓだけ０２センサ９のヒータに通電されるが、この実
施例における時間Ｓはヒータの最大通電時間であり、こ
の時間Ｓ内にフィードバック条件が失われた時には直ち
に０２センサ９のヒータへの通電が止む。

これは水温が低い場合は排気温度や触媒温度が低いため
、空燃比フィードバックを行う必要がないためであり、
バッテリ電圧が低い場合はバッテリ上がりを防止するた
めであって、フィードバック条件がなくなった時にヒー
タに通電する無駄を防止するためである。

第４図は本発明の他の装置のヒータオン回路２０の別の
実施例の構成を示すものである。この実施例のヒータオ
ン回路２０が第３図の同回路２０との差異は、空燃比フ
ィードバンク条件に触媒コンバータ８ｂの床面に取り付
けられた触媒床温センサ１３からの触媒床温が０℃以上
という条件が加わった点である。

このために、第４図のヒータオン回路２０には触媒床温
センサ１３及び第２のリレー回路２４に接続する触媒床
温検出装置２７が追加され、この出力は前記ＡＮＤ回路
２３の入力に接続されている。そして、以上のように構
成されたヒータオン回路２ｏでは、ＡＮＤ回路２３によ
りイグニッションキーオフ後の時間Ｓ内に、水温≧Ｔ”
Ｃ１電圧≧Ｂ　（Ｖ）、触媒床温≧Ｃ℃のいずれのフィ
ードバック条件が欠けても、リレー回路２２がオフされ
０２センサ９のヒータへの通電が停止される。

なお、上記実施例では空燃比フィードバック条件として
、水温≧Ｔ’Ｃ１電圧≧Ｂ　（Ｖ）、触媒床温≧Ｃ℃を
挙げ、このうちの２つの条件が組み合わされた例、およ
び３つ全てが条件となった例を挙げているが、３つの条
件のうち１つだけを空燃比フィードバック条件にしてヒ
ータをオフしても良いし、３つの条件のうちの上記以外
のいずれか２つ条件の組み合わせをフィードバック条件
として採用しても良いものである。

第５図は本発明の装置の効果を説明するための線図であ
る。時刻ｔ１にてイグニッションキーがオフされ、時刻
ｔ２でオンされて機関がクランキングされ再始動される
、第６図と同様の場合を想定すると、本発明の装置では
鎖線で示すように時刻ｔ１から時間Ｓ経過した時刻Ｔま
で０２センサ９のヒータが通電されるので、この時刻Ｔ
まで０２センサ９の温度が活性温度以上に保持される。

この後ヒータへの通電が止んでヒータ温度は低下するが
、時刻Ｔから再始動時刻のｔ３までの時間が短い場合は
ヒータ温度の低下は小さく抑えられ、時刻ｔ３で機関が
始動して再びヒータが制御回路１０によって通電された
後は、時刻ｔ４“までの僅かな時間ＳＯで０２センサ温
度は活性温度を越えることになる。

これは時刻ｔ３で再始動された後に０２センサが活性温
度を越える時刻ｔ６までに時間Ｓ３を要する実線で示し
た従来装置に比べ、本発明の装置が短時間にて空燃比フ
ィードバックが実行可能であることを示すものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明のヒータ付０２センサのヒー
タ制御装置によれば、機関のイグニッションキーがオフ
されても、キーオフ後の所定時間だけヒータ付０２セン
サのヒータに通電が行われるので、イグニッションキー
オフ後の僅かな時間内に再びイグニッションキーがオン
されて機関が始動した場合に、０２センサがすぐに活性
化し、空燃比フィードバック制御を遅延なく行うことが
できるという効果がある。

また、本発明の他の装置では、機関のイグニッションキ
ーがオフされた後、機関の空燃比フィードバック条件が
失われない状態で、キーオフ後の所定時間だけヒータ付
０２センサのヒータに通電が行われ、フィードバック条
件が失われた時点で直ちに０２センサのヒータへの通電
が止むので、ヒータに無駄な通電をしないで済むと共に
、イグニソションキーオフ後の僅かな時間内のフィード
ハック条件が失われない状態の時に再びイグニッション
キーがオンされて機関が始動した場合には、０２空燃比
フイードバツク制御を遅延なく行うことができるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るヒータ付０２センサのヒータ制御
装置を備えた電子制御燃料噴射式内燃機関の概略図、第
２図は本発明の装置の第１図のヒータオン回路の構成を
示す回路図、第３図は本発明の他の装置の第１図のヒー
タオン回路の構成を示す回路図、第４図は第３図のヒー
タオン回路の別の実施例を示す回路図、第５図は本発明
のヒータ付０２センサのヒータ制御装置の効果を説明す
るためのタイミング図、第６図は従来の装置の問題点を
示すタイミング図である。 ■・・・機関本体、　　　２・・・吸気通路、３・・・
エアフローメータ、 ４・・・ディストリビュータ、 ７・・・燃料噴射弁、　　８・・・排気通路、８ａ・・
・排気マニホルド、８ｂ・・・触媒コンバータ、９・・
・０２センサ、　　１０・・・制御回路、１１・・・水
温センサ、　　　１２・・・バッテリ、１５・・・イグ
ニッションキー、 ２０・・・ヒータオン回路、 ２１・・・タイマ回路、 ２２．２４　・・・リレー、 ２３・・・ＡＮＤ回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．内燃機関の排気系に設けられ、機関の運転状態パラ
   メータ量に応じてオンオフされるヒータを備えたヒータ
   付酸素濃度センサと、 イグニッションキーオフ後の所定時間、前記ヒータをオ
   ンするヒータオン装置と、 を備えたヒータ付酸素濃度センサのヒータ制御装置。
2. ２．内燃機関の排気系に設けられ、機関の運転状態パラ
   メータ量に応じてオンオフされるヒータを備えたヒータ
   付酸素濃度センサと、 イグニッションキーオフ後の、空燃比フィードバック条
   件が失われない状態の時に、所定時間だけ前記ヒータを
   オンするヒータオン装置と、を備えたヒータ付酸素濃度
   センサのヒータ制御装置。
3. ３．前記空燃比フィードバック条件が、水温値が所定値
   以上、バッテリ電圧値が所定値以上、触媒温度値が所定
   値以上の少なくとも１つを満足するものである特許請求
   の範囲第２項記載のヒータ付酸素濃度センサのヒータ制
   御装置。