JP3303638B2 - 空燃比センサのヒータ制御装置 - Google Patents

空燃比センサのヒータ制御装置

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    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
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    • F02D41/1493—Details
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は空燃比センサのヒー
タ制御装置に係わり、特に高負荷走行後の長時間アイド
ル運転中にも空燃比センサが冷却されることを防止する
ことの可能な空燃比センサのヒータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車の排気エミッションの低減、燃費
向上あるいはドライバビリティ改善のために、排気ガス
中の酸素量に基づいて基本燃料噴射量を補正することに
より内燃機関気筒に供給される混合気を目標空燃比（例
えば理論空燃比）に制御することは周知である。
【０００３】上記空燃比制御を実現するためには排気ガ
ス中に含まれる酸素量を検出することが不可欠である
が、センサの出力電圧は酸素濃度だけでなくセンサ自体
の温度にも影響されるため、使用に際してはセンサをヒ
ータで加熱してセンサを約６５０°Ｃの一定温度に保持
する必要がある。しかしセンサの温度は排気ガス温度に
よって影響されるため、内燃機関の運転状態に応じてヒ
ータに供給する電力を制御するヒータ制御装置が提案さ
れている（特開平１−１５８３３５号公報参照）。
【０００４】さらに上記提案にかかるヒータ制御装置に
あっては、高負荷走行後のアイドリング中は排気ガス温
度が高温となることに起因するセンサの過昇温を防止す
るために運転状態に応じて定められた電力を減少補正す
ることも提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年空
燃比センサをラジエ−タ冷却用ファンの近傍に設置する
場合が多くなってきているが、高負荷走行後にアイドリ
ング状態となる場合（例えば高速道路走行後に内燃機関
を運転したままサービスエリアで駐車した場合）にはラ
ジエ−タ冷却用ファンが動作するため空燃比センサが冷
却されることを避けることができず、空燃比センサの温
度が低下するという課題を生じる。
【０００６】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
って、高負荷走行後の長時間アイドル運転中にも空燃比
センサが冷却されることを防止することの可能な空燃比
センサのヒータ制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１にかかる空燃比
センサのヒータ制御装置は、ラジエータ冷却ファンが動
作していることを検出する冷却ファン動作検出手段と、
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、運
転状態検出手段によって検出される内燃機関の運転状態
に応じてヒータに供給する基本電力を決定する基本電力
決定手段と、アイドリングもしくは低速走行状態におい
て冷却ファン動作検出手段により冷却ファンの動作が検
出されたときに補正電力を決定する補正電力決定手段
と、基本電力決定手段で決定された基本電力に補正電力
決定手段で決定された補正電力を増量補正した電力をヒ
ータに供給する電力供給手段と、を具備する。
【０００８】本制御装置にあっては、アイドリングもし
くは低速走行時にラジエータファンが動作したときには
空燃比センサ加熱用ヒータに供給される電力が増量補正
される。
【０００９】
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、本発明にかかる空燃比セ
ンサのヒータ制御装置の実施例の構成図であって、内燃
機関１０には吸気管１０１を流れる吸気と燃料噴射弁１
０２から噴射される燃料との混合気が吸気弁１０３を介
して供給される。混合気はピストン１０４によって圧縮
され、ピストン１０４の上死点近傍で点火栓１０５によ
って着火されピストン１０４を押し下げる。そして燃焼
後の排気ガスは排気弁１０６を介して排気管１０７に排
出される。
【００１１】なお内燃機関１０の回転数はディストリビ
ュータ１０８に内蔵される回転数センサ１０９によって
検出される。排気管１０７には排気ガス中の残留酸素濃
度を検出するための限界電流型の空燃比センサ１１が設
置されるが、空燃比センサ１１は酸素濃度を検出するた
めの検出素子１１１と検出素子を加熱するためのヒータ
１１２とから構成される。
【００１２】ヒータ１１２は駆動回路１２から電力が供
給されるが、駆動回路１２は電源１２１、スイッチング
素子１２２、電流検出用抵抗１２３およびバッファアン
プ１２４から構成される。即ちヒータ１１２、スイッチ
ング素子１２２および電流検出用抵抗１２３は電源１２
１と接地（車体）との間で直列接続される。そしてこの
直列接続を流れる電流は電流検出用抵抗１２３の両端に
発生する電圧をバッファアンプ１２４を介して測定する
ことによって検出される。
【００１３】制御部１３はマイクロコンピュータシステ
ムであり、バス１３１を中心としてＣＰＵ１３２、メモ
リ１３３、バッテリバックアップメモリ１３４、入力イ
ンターフェイス１３５および出力インターフェイス１３
６から構成されている。なおバッテリバックアップメモ
リ１３４に記憶されているデータは自動車のキーがオフ
とされても（イグニッションキーが引き抜かれた状態で
あっても）、メモリがバッテリから取り外されない限り
（バッテリクリアされない限り）失われることはない。
【００１４】入力インターフェイス１３４には回転数セ
ンサ１０９および空燃比センサ１１の検出素子１１１が
接続されるほか、吸気管１０１に設置される吸気圧セン
サ１４１および冷却水温度センサ１４２も接続される。
また出力インターフェイス１３５からは燃料噴射弁１０
２の開弁指令のほかスイッチング素子１２２に対するオ
ン／オフ指令が出力される。
【００１５】図２は制御部１３で実行されるヒータ制御
ルーチンのフローチャートであって、ステップ２１にお
いて、内燃機関回転数Ｎe 、吸気管圧力ＰM 、冷却水温
度ＴＨW 、ヒータ印加電圧Ｖh およびヒータ電流Ｉh を
読み込む。ステップ２２においてヒータ印加電圧Ｖh お
よびヒータ電流Ｉh から次式に基づいてヒータ抵抗Ｒh
を算出する。
【００１６】Ｒh ＝Ｖh ／Ｉh その後ステップ２３において初期処理を、ステップ２４
において補正電力の算出を行いステップ２５で発熱量制
御処理を実行してこのルーチンを終了する。図３はヒー
タ制御ルーチンのステップ２３の初期処理のフローチャ
ートであって、ステップ２３１においてバッテリバック
アップメモリ１３４に記憶されているヒータの学習抵抗
値が正常であるか否かを判定する。
【００１７】この正常であるかの判定は、例えば学習時
に抵抗値だけでなく抵抗値の逆数も記憶しておき、読み
出し時に２つの値を読み出し相互に逆数関係にあること
を確認することにより実現することが可能である。ステ
ップ２３１で否定判定されたときは、ステップ２３２で
学習抵抗値ＢＨＲを標準的な値（例えば４Ω）に設定し
てステップ２３３に進む。なおステップ２３１で肯定判
定されたときは直接ステップ２３３に進む。
【００１８】ステップ２３３で学習条件が成立している
かを判定する。学習条件はヒータ温度が一定温度に制御
されており安定した運転状態にある時に成立するが、こ
れは例えば以下の３条件が成立したいるかを判定するこ
とによりことができる。 （１）空燃比センサ１１に基づく空燃比フィードバック
制御が実行中であること。 （２）吸気管圧力ＰM が所定値以下かつ回転数Ｎe が所
定値以下である状態が所定期間（例えば１分間）継続し
ていること。 （３）ヒータへの供給電力が所定値以上であること。
【００１９】ステップ２３３で肯定判定されたとき、即
ち学習条件が成立しているときは、ステップ２３４に進
み学習抵抗値ＢＨＲをヒータ制御ルーチンのステップ２
２で算出されたヒータ抵抗Ｒh に更新して、このルーチ
ンを終了する。なおステップ２３３で否定判定されたと
きは学習抵抗値ＢＨＲを更新せず、直接このルーチンを
終了する。
【００２０】図４は自動車内の電気系統の回路図であっ
て、車載バッテリ４１の負極はシャーシに接続される。
車載バッテリ４１の正極はイグニッションスイッチ４２
を介してメインリレイ４３のコイル４３１に接続され
る。イグニッションスイッチ４２がオンとなるとメイン
リレイ４３のコイル４３１が励磁され、メインリレイ４
３の接点４３２がオンとなり、ラジエータファンリレイ
４４の接点４４２を介してラジエータの冷却ファンの駆
動モータ４５に電力が供給される。
【００２１】車載バッテリ４１の正極はさらにラジエー
タファンリレイ４４のコイル４４１を介して冷却水温ス
イッチ４６に接続される。内燃機関冷却水の温度が例え
ば９０°Ｃ以上となれば冷却水温スイッチ４６がオンと
なりラジエータファンリレイ４４のコイル４４１を励磁
状態とする。従ってラジエータファンリレイ４４の接点
４４２が閉となりラジエータの冷却ファンの駆動モータ
４５が回転し、駆動モータ４５に直結されたファンによ
りラジエータの冷却を開始する。
【００２２】内燃機関冷却水の温度が例えば８３°Ｃ以
下になれば冷却水温スイッチ４６がオフとなりラジエー
タファンリレイ４４のコイル４４１を非励磁状態とす
る。従ってラジエータファンリレイ４４の接点４４２は
開となりラジエータの冷却ファンの駆動モータ４５は停
止する。従って制御部１３は、ラジエータファンリレイ
４４の補助接点４４３の開閉状態あるいは水温スイッチ
４６のラジエータファンリレイ４４側端子の電圧を入力
インターフェイス１３５を介してＣＰＵ１３２に取り込
むことによってラジエータファンの動作状態を検出する
ことができる。
【００２３】図５はヒータ制御ルーチンのステップ２４
で実行される第１の補正電力処理のフローチャートであ
って、ステップ２４１において空燃比センサ１１が活性
しているかが判定される。例えば、燃料カット中に空燃
比センサ１１が所定値以上の値を出力したことをもって
空燃比センサ１１が活性したと判定することができる。
【００２４】ステップ２４１で肯定判定されたとき、即
ち空燃比センサが活性しているときはステップ２４２に
おいてＯＴ補正条件成立中であるかが判定される。これ
はＯＴ補正条件成立中であれば電力の減少補正がなされ
るので増量補正は無意味となるからである。ステップ２
４２で否定判定されたとき、即ちＯＴ補正条件成立中で
ないときはステップ２４３に進み、アイドリングスイッ
チ（図示せず。）がオンであるか、もしくは低速（例え
ば５Ｋｍ／ｈ以下）走行中であるかが判定される。
【００２５】ステップ２４３で肯定判定されたとき、即
ち停車してのアイドリング運転中あるいは低速走行中で
あるときはステップ２４４に進み、ラジエータファンリ
レイ４４の補助接点４４３が閉であるかを判定する。な
おステップ２４４の判断を水温スイッチ４６のラジエー
タファンリレイ４４側端子の電圧が "０ボルト" である
かによって行うことも可能である。
【００２６】ステップ２４４で肯定判定されたとき、即
ちラジエータファンが動作していると判定されたときは
ステップ２４５に進み、ラジエータファン動作補正電力
ＰFA N を正の所定値αに設定してステップ２４７に進
む。ステップ２４１で否定判定されたとき、ステップ２
４２で肯定判定されたとき、ステップ２４３で否定判定
されたとき、あるいはステップ２４４で否定判定された
ときはステップ２４６に進み、ラジエータファン動作補
正電力ＰFAN を "０" に設定してステップ２４７に進
む。
【００２７】ステップ２４７において、他の補正電力
（例えば発進時素子冷え補正電力あるいは燃料カット中
補正電力）Ｐoth を算出してこの処理を終了する。図６
はヒータ制御ルーチンのステップ２５で実行される発熱
量制御処理のフローチャートであって、ステップ２５１
において所定期間（例えば１００ミリ秒）ヒータに連続
通電した場合の電力（デューティ比１００％時の電力）
ＰA をステップ２１で読み込んだヒータ印加電圧Ｖh お
よびヒータ電流Ｉh から算出する。
【００２８】ステップ２５２において、予めメモリ１３
３に記憶されたマップに基づき内燃機関回転数Ｎe およ
び吸気管圧力ＰM の関数として現状の運転状態において
検出素子１１１を一定温度に保持するために必要な基本
電力ＰB を求める。 ＰB ＝ＰB （Ｎe ，ＰM ） 図７は基本電力ＰB を算出するためのグラフであって、
縦軸に吸気管圧力ＰMを、横軸に内燃機関回転数Ｎe を
とる。またパラメータは基本電力ＰB であり、吸気管圧
力ＰM が小さいほどまた内燃機関回転数Ｎe が小さいほ
ど、即ち排気ガス量が少なくかつ低温であるほど基本電
力ＰB は大きな値として決定される。
【００２９】ステップ２５３において基本電力ＰB に各
補正電力を加算して、目標電力ＰCを算出する。 ＰC ＝ＰB ＋ＰFAN ＋Ｐoth ステップ２５４において、デューティ比Ｄをデューティ
比１００％時の電力Ｐ A に対する目標電力ＰC の比とし
て算出する。
【００３０】Ｄ＝ＰC ／ＰA ステップ２５５においてデューティ比Ｄでスイッチング
素子１２２をオン／オフしてヒータ１１２に目標電力Ｐ
C を供給する。ラジエータファンが動作していることは
冷却水温度センサ１４２によって検出される冷却水温に
よっても判断することが可能であり、そこで第２の補正
電力量算出処理はラジエータファンが動作していること
を冷却水温によって判断する。
【００３１】図８はヒータ制御ルーチンのステップ２４
で実行される第２の補正電力処理のフローチャートであ
って、第１の補正電力処理と同一のステップ番号におい
ては同一の処理が実行される。即ち、ステップ２４１に
おいて空燃比センサ１１が活性しているかが判定され
る。
【００３２】ステップ２４１で肯定判定されたとき、即
ち空燃比センサが活性しているときはステップ２４２に
おいてＯＴ補正条件成立中であるかが判定される。ステ
ップ２４２で否定判定されたとき、即ちＯＴ補正条件成
立中でないときはステップ２４３に進み、アイドリング
スイッチ（図示せず。）がオンであるか、もしくは低速
（例えば５Ｋｍ／ｈ以下）走行中であるかが判定され
る。
【００３３】ステップ２４３で肯定判定されたとき、即
ち停車してのアイドリング運転中あるいは低速走行中で
あるときはステップ２４４１に進み、冷却水温ＴＨW が
下限温度（例えば８３°Ｃ）以下であるかを判定する。
ステップ２４４１で否定判定されたとき、即ち冷却水温
ＴＨW が下限温度以上であるときはステップ２４４２に
進み、冷却水温ＴＨW が上限温度（例えば９０°Ｃ）以
上であるかを判定する。
【００３４】ステップ２４４２で肯定判定されたとき、
即ち冷却水温ＴＨW が上限温度以上であるときにはステ
ップ２４５に進む。ステップ２４５ではラジエータファ
ン動作補正電力ＰFAN を正の所定値αに設定してステッ
プ２４７に進む。一方ステップ２４４２で否定判定され
たとき、即ち冷却水温ＴＨW が上限温度と下限温度の間
にあるときは以前の状態を保持するために直接ステップ
２４７に進む。
【００３５】ステップ２４１で否定判定されたとき、ス
テップ２４２で肯定判定されたとき、ステップ２４３で
否定判定されたとき、あるいはステップ２４４１で肯定
判定されたときはステップ２４６に進み、ラジエータフ
ァン動作補正電力ＰFAN を "０" に設定してステップ２
４７に進む。ステップ２４７において、他の補正電力
（例えば発進時素子冷え補正電力あるいは燃料カット中
補正電力）Ｐoth を算出してこの処理を終了する。
【００３６】第１および第２の補正電力処理においては
ラジエータファンが動作しているときは一定値である補
正電力を増量補正しているが、空燃比センサ１１の冷却
度合によっては補正電力に過不足が生じる場合が生じ
る。第３の補正電力処理はヒータの抵抗値に応じて補正
電力を変更することによってこの課題を解決するための
ものである。
【００３７】図９はヒータ制御ルーチンのステップ２４
で実行される第３の補正電力処理のフローチャートであ
って、第１の補正電力処理と同一のステップ番号におい
ては同一の処理が実行される。即ち、ステップ２４１に
おいて空燃比センサ１１が活性しているかが判定され
る。
【００３８】ステップ２４１で肯定判定されたとき、即
ち空燃比センサが活性しているときはステップ２４２に
おいてＯＴ補正条件成立中であるかが判定される。ステ
ップ２４２で否定判定されたとき、即ちＯＴ補正条件成
立中でないときはステップ２４３に進み、アイドリング
スイッチ（図示せず。）がオンであるか、もしくは低速
（例えば５Ｋｍ／ｈ以下）走行中であるかが判定され
る。
【００３９】ステップ２４３で肯定判定されたとき、即
ち停車してのアイドリング運転中あるいは低速走行中で
あるときはステップ２４４３に進み、学習抵抗値ＢＨＲ
とヒータ制御ルーチンのステップ２２で算出された現在
のヒータ抵抗値Ｒh の差ΔＲを算出する。そしてステッ
プ２４５１において差ΔＲの関数としてラジエータファ
ン動作補正電力ＰFAN を算出してステップ２４７に進
む。
【００４０】ＰFAN ＝ＰFAN （ΔＲ） 図１０はラジエータファン動作補正電力ＰFAN を決定す
るためのマップであって、メモリ１３３中に記憶され
る。即ち差ΔＲが大きいほどラジエータファン動作補正
電力ＰFAN は大きく設定される。ステップ２４１で否定
判定されたとき、ステップ２４２で肯定判定されたと
き、あるいはステップ２４３で否定判定されたときはス
テップ２４６に進み、ラジエータファン動作補正電力Ｐ
FAN を "０" に設定してステップ２４７に進む。
【００４１】ステップ２４７において、他の補正電力
（例えば発進時素子冷え補正電力あるいは燃料カット中
補正電力）Ｐoth を算出してこの処理を終了する。即
ち、第３の補正電力処理によれば空燃比センサ１１の冷
え度合に応じて補正電力が変更されるため、空燃比セン
サ１１の温度が低下することを一層確実に防止すること
が可能となる。
【００４２】
【発明の効果】第１の請求項にかかる空燃比センサのヒ
ータ制御装置によれば、ラジエータファンによって空燃
比センサが冷却される状況が検出された場合にはヒータ
への供給電力が増量補正されて、空燃比センサの温度が
低下することを防止することが可能となる。
【００４３】
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の構成図である。
【図２】ヒータ制御ルーチンのフローチャートである。
【図３】初期処理のフローチャートである。
【図４】電源系統の回路図である。
【図５】第１の補正電力算出処理のフローチャートであ
る。
【図６】発熱量制御処理のフローチャートである。
【図７】基本電力を算出するためのグラフである。
【図８】第２の補正電力算出処理のフローチャートであ
る。
【図９】第３の補正電力算出処理のフローチャートであ
る。
【図１０】ラジエータファン動作補正電力を決定するた
めのマップである。
【符号の説明】
１０…内燃機関 １０１…吸気管 １０２…燃料噴射弁 １０３…吸気弁 １０４…ピストン １０５…点火栓 １０６…排気弁 １０７…排気管 １０８…ディストリビュータ １０９…回転数センサ １１…空燃比センサ １１１…検出素子 １１２…ヒータ １２…駆動回路 １２１…電源 １２２…スイッチング素子 １２３…電流検出用抵抗 １２４…バッファアンプ １３…制御部 １３１…バス １３２…ＣＰＵ １３３…メモリ １３４…バッテリバックアップメモリ １３５…入力インターフェイス １３６…出力インターフェイス １４１…吸気圧センサ １４２…冷却水温度センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 27/409 G01N 27/41 G01N 27/419

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の空燃比を検出する空燃比セン
    サに設けられたヒータに供給する電力を制御する空燃比
    センサのヒータ制御装置において、 ラジエータ冷却ファンが動作していることを検出する冷
    却ファン動作検出手段と、 内燃機関の運転状態を検出するための運転状態検出手段
    と、 前記運転状態検出手段によって検出される内燃機関の運
    転状態に応じて空燃比センサ加熱用ヒータに供給する基
    本電力を決定する基本電力決定手段と、 アイドリングもしくは低速走行状態において前記冷却フ
    ァン動作検出手段により冷却ファンの動作が検出された
    ときに補正電力を決定する補正電力決定手段と、 前記基本電力決定手段で決定された基本電力に前記補正
    電力決定手段で決定された補正電力を増量補正した電力
    をヒータに供給する電力供給手段と、を具備する空燃比
    センサのヒータ制御装置。
JP31659295A 1995-12-05 1995-12-05 空燃比センサのヒータ制御装置 Expired - Fee Related JP3303638B2 (ja)

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