JP3487009B2

JP3487009B2 - 酸素センサのヒータ制御装置

Info

Publication number: JP3487009B2
Application number: JP06274695A
Authority: JP
Inventors: 山下　　幸宏; 寿浩鈴村; 磯村　　重則; 朝道溝口; 純長谷川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1994-08-05
Filing date: 1995-03-22
Publication date: 2004-01-13
Anticipated expiration: 2019-01-13
Also published as: EP0695983A3; DE69528227T2; US5719778A; KR960008307A; EP0695983A2; EP0695983B1; KR100242812B1; DE69528227D1; JPH08278279A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排気ガス中の
空燃比、即ち酸素濃度を検出する酸素センサのヒータの
加熱を制御する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のにおいては、例えば、特
開昭６１−１３２８５１号公報に示されているように、
限界電流式酸素センサの内部抵抗やヒータの抵抗値が温
度に応じて変化することに着目し、内燃機関の運転条件
により決まる電力をヒータに供給すると共に、酸素セン
サの内部抵抗や、ヒータの抵抗値に応じてヒータへの供
給電力を補正するものがある。

【０００３】また、例えば、特開昭６３ー２４９０４６
号公報に示されているように、ヒータへの通電を開始し
てから酸素センサの内部抵抗やヒータの抵抗値が所定温
度に対応する所定値になるまで、電源よりヒータに全電
力を供給し、その後、センサの内部抵抗が所定温度に対
応する所定値になるように、ヒータへの供給電力を制御
するものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の前者のものでは、通電初期にヒータに供給され
る電力は、過剰電力にならないように設定されているの
で、短時間でセンサを活性状態にすることができないと
いう問題があった。また、上述した従来の後者のもので
は、通電初期には、ヒータに全電力が供給されるもの
の、センサの内部抵抗が所定値になるまでヒータに全電
力を供給すると、ヒータが断線するなどにより耐久性が
低下する恐れがあり、また、ヒータの抵抗値が所定値に
なるまでヒータに全電力を供給すると、排気ガス温度等
の周囲環境の影響を受けて、素子温が高くなり過ぎた
り、低くなり過ぎたりして通電初期の素子温制御が不十
分になりやすいという問題があった。

【０００５】そこで、本発明は、このようなことに対処
すべく、ヒータの断線を防止しして耐久性を向上しつ
つ、通電初期の素子温度制御を良好に行って、短時間で
センサを活性状態にすることを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題の解決にあた
り、本発明においては、図１に示すごとく、酸素センサ
の素子温を検出する素子温検出手段と、前記酸素センサ
を加熱するヒータと、前記ヒータの温度を検出するヒー
タ温度検出手段と、前記ヒータへの通電を開始してから
前記ヒータの温度が初期加熱温度に達するまで前記ヒー
タに電源より全電力近傍の電力を供給する全電力供給手
段と、前記全電力供給手段による前記ヒータの加熱によ
り前記ヒータの温度が前記初期加熱温度に達すると前記
ヒータ温検出手段により検出されたヒータ温に応じて前
記ヒータへの通電を制御するヒータ温応動通電制御手段
と、前記ヒータ温応動通電制御手段による前記ヒータの
加熱により前記素子温検出手段により検出された前記素
子温が所定値に達すると、前記素子温検出手段により検
出された前記素子温に応じて前記前記ヒータへの通電を
制御する素子温応動通電制御手段とを備える酸素濃度セ
ンサのヒータ制御装置を提供するものである。

【０００７】

【作用】このように本発明を構成したことにより、ヒー
タへの通電を開始してからヒータの温度が初期加熱温度
に達するまで全電力供給手段によりヒータに全電力近傍
の電力を供給し、その後、ヒータの温度が初期加熱温度
に達すると、ヒータの温度に応じてヒータ温応動通電制
御手段によりヒータへの通電を制御し、その後、酸素セ
ンサの素子温が所定値に達すると素子温に応じて素子温
応動通電制御手段によりヒータへの通電を制御する。

【０００８】

【実施例】〔第１実施例〕以下、本発明の第１実施例を図面により
説明すると、図２は自動車に搭載される、内燃機関１０
に適用された酸素濃度判定装置の一例を示している。酸
素濃度判定装置は、限界電流式酸素センサＳを備えてお
り、この酸素センサＳは、内燃機関１０の機関本体１０
ａから延出する排気管１１内に取り付けられている。酸
素センサＳは、センサ本体２０と、断面コ字状のカバー
３０とによって構成されており、センサ本体２０は、そ
の基端部にて、排気管１１の周壁の一部に穿設した取り
付け穴部１１ａ内に嵌着されて、同排気管１１の内部に
向け延出している。

【０００９】センサ本体２０は、断面カップ状の拡散抵
抗層２１を有しており、この拡散抵抗層２１は、その開
口端部２１ａにて、排気管１１の取り付け穴部１１ａ内
に嵌着されている。拡散抵抗層２１は、ＺｒＯ₂等のプ
ラズマ溶射法等により形成されている。また、センサ本
体２０は、固体電解質層２２を有しており、この固体電
解質層２２は、酸素イオン伝導性酸化物焼結体により断
面カップ状に形成されて、断面カップ状の排気ガス側電
極層２３を介し抵抗拡散層２１の内周壁に一様に嵌着さ
れており、この固体電解質層２２の内表面には、大気側
電極層２４が断面カップ状に一様に固着されている。か
かる場合、排気側電極層２３及び大気側電極層２４は、
共に、白金等の触媒活性の高い貴金属を化学メッキ等に
より十分ポーラスに形成されている。また、排気ガス側
電極層２３の面積及び厚さは、１０〜１００ｍｍ²及び
０．５〜２．０μ 程度となっており、一方、大気側電
極層２４の面積及び厚さは、１０ｍｍ²以上及び０．５
〜２．０μ程度となっている。

【００１０】このように構成したセンサ本体２０は、理
論空燃比点にて濃淡起電力を発生し、理論空燃比点より
リーン領域の酸素濃度に応じた限界電流を発生する。か
かる場合、酸素濃度に対応する限界電流は、排気ガス側
電極層２３の面積、拡散抵抗層２１の厚さ、気孔率及び
平均孔径により決まる。また、このセンサ本体２０は酸
素濃度を直線的特性にて検出し得るものであるが、この
センサ本体２０を活性化するのに約６５０℃以上の高温
が必要とされるとともに、同センサ本体２０の活性温度
範囲が狭いため、内燃機関の排気ガスのみによる加熱で
は活性領域を制御できない。このため、後述するヒータ
２６の加熱制御を活用する。なお、理論空燃比よりもリ
ッチ側の領域では、未燃ガスである一酸化炭素（ＣＯ）
の濃度が空燃比に対してほぼリニアに変化して、これに
応じた限界電流が発生する。

【００１１】ここで、センサ本体２０の温度をパラメー
タとする同センサ本体２０の電圧ー電流特性について説
明すると、この電流ー電圧特性は、酸素センサＳの検出
酸素濃度（空燃比）に比例するセンサ本体２０の固体電
解質層２２への流入電流と同固体電解質層２２への印加
電圧との関係が直線的であることを示す。そして、セン
サ本体２０が温度Ｔ＝Ｔ1 にて活性状態にあるとき、図
３（Ｂ）にて実線により示すごとき特性グラフＬ1 でも
って安定した状態を示す。かかる場合、特性グラフＬ1
の電圧軸Ｖに平行な直線部分がセンサ本体２０の限界電
流を特定する。そして、この限界電流の増減は、空燃比
の減増（即ち、リーン・リッチ）に対応する。また、セ
ンサ本体２０の温度ＴがＴ1よりも低いＴ2にあるとき、
電流ー電圧特性は、図３（Ｂ）の破線により示すごとき
特性グラフＬ2 でもって特定される。かかる場合、特性
グラフＬ2の電圧軸Ｖに平行な直線部分がＴ＝Ｔ2におけ
るセンサ本体２０の限界電流を特定するもので、この限
界電流は、特性グラフＬ1 による限界電流とほぼ一致し
ている。

【００１２】そして、特性グラフＬ1 において、センサ
本体２０の固体電解質層２２に正の印加電圧Ｖposを印
加すれば、センサ本体２０に流れる電流が限界電流Ｉpo
s（図３（Ｂ）にて点Ｐ1 参照）となる。また、センサ
本体２０の固体電解質層２２に負の印加電圧Ｖneg を印
加すれば、センサ本体２０に流れる電流が、酸素濃度に
依存せず温度のみに比例する点Ｐ2で特定される負の温
度電流Ｉnegとなる。

【００１３】また、センサ本体２０は、ヒータ２６を有
しており、このヒータ２６は、大気側電極層２４内に収
容されて、その発熱エネルギーにより、大気側電極層２
４、固体電解質層２２、排気ガス側電極層２３及び拡散
抵抗層２１を加熱する。かかる場合、ヒータ２６は、セ
ンサ本体２０を活性化するに十分な発熱容量を有する。
カバー３０は、センサ本体２０を覆蓋して、その開口部
にて、排気管１１の周壁の一部に嵌着されており、この
カバー３０の周壁の一部には、小孔３１が、カバー３０
の外部を同カバー３０の内部と連通させるべく、穿設さ
れている。これにより、カバー３０は、センサ本体２０
の排気ガスとの直接接触を防止しつつ、同センサ本体２
０の保温を確保する。

【００１４】また、酸素濃度判定装置は、図２にて示す
ごとく、バイアス制御回路４０を備えており、このバイ
アス制御回路４０は、正バイアス用直流電源４１、負バ
イアス用直流電源４２及び切り換えスイッチ回路４３に
よって構成されている。直流電源４１は、その負側電極
にて、導線４１ａを介し排気ガス側電極層２３の一端に
接続されており、一方、直流電源４２は、その正側電極
にて、導線４１ａを介し排気ガス側電極層２３の一端に
接続されている。切り換えスイッチ回路４３は、その第
１切り換え状態にて、直流電源４１の正側電極のみを電
流検出回路５０の入力端子５１に接続し、一方、その第
２切り換え状態にて、直流電源４２の負側電極のみを電
流検出回路５０の入力端子５１に接続するようになって
おり、入力端子５１から電流検出回路５０を介しさらに
導線４２ａを介して大気側電極層２４に接続されてい
る。従って、切り換えスイッチ回路４３が第１切り換え
状態にあるとき、直流電源４１が固体電解質層２２を正
バイアスし同固体電解質層２２に電流を正方向に流す。
一方、切り換えスイッチ回路４３が第２切り換え状態に
あるとき、直流電源４２が固体電解質層２２を負バイア
スし同固体電解質層２２に電流を負方向に流す。かかる
場合、各直流電源４１、４２の端子電圧は、上述の印加
電圧Ｖpos及びＶnegにそれぞれ相当する。

【００１５】電流検出回路５０は、センサ本体２０の大
気側電極層２４から切り換えスイッチ回路４３へ流れる
電流又はその逆方向へ流れる電流、つまり、固体電解質
層２２を流れる電流を、図示せぬ電流検出抵抗により検
出し、Ａ−Ｄ変換器６０に出力する。このＡ−Ｄ変換器
６０は、電流検出回路５０からの検出電流、ヒータ２６
の印加電圧Ｖｎ及びヒータ２６に流れる電流Ｉｎをディ
ジタル変換してマイクロコンピュータ７０に出力する。
マイクロコンピュータ７０は、図示せぬＣＰＵ、ＲＯ
Ｍ、ＲＡＭ等により構成されていて、コンピュータプロ
グラムを、Ａ−Ｄ変換器６０との協働により実行し、こ
の実行中において、バイアス制御回路４０、ヒータ制御
回路８０及び燃料噴射制御装置（以下、ＥＦＩという）
９０を駆動制御するに必要な演算処理を行う。但し、上
述のコンピュータプログラムはマイクロコンピュータ７
０のＲＯＭに予め記憶されている。

【００１６】また、ヒータ制御回路８０は、マイクロコ
ンピュータ７０による制御のもとに、酸素センサＳの素
子温やヒータ２６の温度に応じて、電源をなすバッテリ
ー８１よりヒータ２６に供給される電力をオン、オフ並
びに、デューティ制御することによりヒータ２６の加熱
制御を行う。また、ヒータ２６に流れる電流Ｉｎは電流
検出抵抗８２により検出されて、Ａ−Ｄ変換器６０に供
給される。なお、ＥＦＩ９０は、マイクロコンピュータ
７０による制御のもとに、内燃機関１０の排気ガス量
（空燃比）、回転数、吸入空気流量、吸気管負圧や冷却
水温等の内燃機関情報に応じて燃料噴射制御を行う。

【００１７】図３８はバイアス制御回路４０部分の具体
電気回路構成を示すもので、基準電圧回路４４は定電圧
Ｖｃｃを各分圧抵抗４４ａ、４４ｂにより分圧して一定
の基準電圧Ｖａを作成する。第１電圧供給回路４５は基
準電圧回路４４の基準電圧Ｖａと同じ電圧Ｖａを酸素セ
ンサＳの一方の端子（大気側電極層２４に接続される導
線４２ａ）に供給するためのもので、負側入力端子が各
分圧抵抗４４ａ，４４ｂの分圧点に接続され正側入力端
子が酸素センサＳの一方の端子に接続された演算増幅器
４５ａと、演算増幅器４５ａの出力端子に一端が接続さ
れた抵抗４５ｂと、この抵抗４５ｂの他端にそれぞれベ
ースが接続されたＮＰＮトランジスタ４５ｃ及びＰＮＰ
トランジスタ４５ｄとにより構成されている。

【００１８】そして、ＮＰＮトランジスタ４５ｃのコレ
クタは定電圧Ｖｃｃに接続されエミッタは電流検出回路
５０を構成する電流検出抵抗５０ａを介して酸素センサ
Ｓの一方の端子に接続され、ＰＮＰトランジスタ４５ｄ
のエミッタはＮＰＮトランジスタ４５ｃのエミッタに接
続されコレクタはアースされている。Ｄ−Ａ変換器４６
はマイクロコンピュータ７０からのバイアス指令信号
（ディジタル信号）をアナログ信号電圧Ｖｃに変換す
る。第２電圧供給回路４７はＤ−Ａ変換器４６の出力電
圧Ｖｃと同じ電圧Ｖｃを酸素センサＳの他方の端子（排
気ガス側電極層２３に接続される導線４１ａ）に供給す
るためのもので、負側入力端子がＤ−Ａ変換器４６の出
力に接続され正側入力端子が酸素センサＳの他方の端子
に接続された演算増幅器４７ａと、演算増幅器４７ａの
出力端子に一端が接続された抵抗４７ｂと、この抵抗４
７ｂの他端にそれぞれベースが接続されたＮＰＮトラン
ジスタ４７ｃ及びＰＮＰトランジスタ４７ｄとにより構
成されている。

【００１９】そして、ＮＰＮトランジスタ４７ｃのコレ
クタは定電圧Ｖｃｃに接続されエミッタは抵抗４７ｅを
介して酸素センサＳの他方の端子に接続され、ＰＮＰト
ランジスタ４７ｄのエミッタはＮＰＮトランジスタ４７
ｃのエミッタに接続されコレクタはアースされている。
これにより、酸素センサＳの一方の端子には常時一定電
圧Ｖａが供給され、この一定電圧Ｖａより低い電圧に相
当するバイアス指令信号をマイクロコンピュータ７０か
らＤ−Ａ変換器４６に供給することにより、酸素センサ
Ｓの他方の端子には一定電圧Ｖａより低い電圧Ｖｃが供
給されて、酸素センサＳはＶａ−Ｖｃ（Ｖａ＞Ｖｃ）の
電圧により正バイアスされ、また、一定電圧Ｖａより高
い電圧に相当するバイアス指令信号をマイクロコンピュ
ータ７０からＤ−Ａ変換器４６に供給することにより、
酸素センサＳの他方の端子には一定電圧Ｖａより高い電
圧Ｖｃが供給されて、酸素センサＳはＶａ−Ｖｃ（Ｖａ
＜Ｖｃ）の電圧により負バイアスされることになる。こ
のようにして、酸素センサＳのバイアス電圧はマイクロ
コンピュータ７０からＤ−Ａ変換器４６に供給されるバ
イアス指令に基づいて正負の任意の値に制御することが
可能となる。

【００２０】そして、電流検出抵抗５０ａの両端の電圧
差（Ｖｂ−Ｖａ）が電流検出回路５０からの検出電流と
してＡ−Ｄ変換器６０に入力され、酸素センサＳの両端
の電圧差（Ｖａ−Ｖｃ）が酸素センサＳの素子電圧とし
てＡ−Ｄ変換器６０に入力される。このように構成した
本第１実施例において実施されるヒータ制御に関して、
図４及び図５を用いて説明する。図４は内燃機関の始動
に伴うヒータ２６への通電開始後、酸素センサＳが十分
に活性するまでのタイムチャートを示し、図５は内燃機
関１０の作動のもとにマイクロコンピュータ７０が所定
時間毎に繰り返して実行するフローチャートを示す（酸
素濃度の測定は特開昭５９−１６３５５６号公報等によ
り周知であるため説明を省略する）。

【００２１】図４において、ヒータ２６に電力を投入直
後は、ヒータ制御回路８０を１００％デューディで制御
して、ヒータ２６にバッテリー８１より全電力を供給し
て急速加熱する。これをヒータ全導通制御と呼ぶことに
し、図４のの部分である。この時、センサ電流検出回
路５０にて検出した負の電流Ｉｎｅｇ及び電流検出抵抗
８２にて検出したヒータ電流Ｉｎにより、遂次素子直流
インピーダンス（内部抵抗）及びヒータ抵抗を算出す
る。

【００２２】素子直流インピーダンスが酸素センサＳの
完全活性温度に相当する目標素子直流インピーダンスに
到達する以前に、検出したヒータ抵抗がヒータ１２００
℃（限界耐熱温度より若干低い値に設定された初期設定
温度に相当）に相当する目標ヒータ抵抗値に到達した場
合はヒータ制御回路８０によりヒータ電圧をデューティ
制御し、目標ヒータ抵抗値になる様にフィードバック制
御する。これをヒータ上限温度ホールド制御と呼ぶこと
にする。図４においてはの部分である。

【００２３】その後、素子直流インピーダンスが目標素
子直流インピーダンスに到達すると、それまで実施して
いたヒータ上限温度ホールド制御を終了し、目標素子直
流インピーダンスとなる様にヒータ制御回路８０により
ヒータ電圧をデューティ制御する。これを素子温度フィ
ードバック制御と呼ぶことにする。図４においてはの
部分である。

【００２４】その後、エンジン停止まで、この素子温フ
ィードバック制御は基本的に継続される。以上が、ヒー
タ電力投入後、酸素センサＳが完全に活性するまでのヒ
ータ制御法である。次に、マイクロコンピュータ７０に
より実行される図５のフローチャートに従ってヒータ制
御を説明する。本実施例において、このフローチャート
の演算周期は１００ｍｓとする。まず、ステップ１０１
においてフラグＦ１が“０”であるか否かを判定する。
このフラグＦ１により既にヒータ制御が実施されている
か否かを判定する。ステップ１０１でＹＥＳと判定され
た場合は、まだヒータ制御を実施していない場合である
ため、ステップ１０２に進みヒータ制御の実行条件が成
立したか否かを判定する。ステップ１０１でＮＯと判定
された場合はステップ１０２、１０３を飛ばしステップ
１０４に進む。

【００２５】ステップ１０２におけるヒータ制御実行条
件とは、（１）イグニッションスイッチがＯＮであるか
否か、（２）始動後、所定時間：ｔｓｅｃ経過したか否
か、（３）オルタネータが発電を開始したか否か等の条
件が考えられる。本実施例では上記（１）の条件にて制
御を実施する。すなわちイグニッションスイッチがＯＮ
になったらヒータ制御を開始する。但し、イグニッショ
ンスイッチＯＮ後、マイクロコンピュータ７０が演算開
始に至るまで時間を要する場合は、マイクロコンピュー
タ７０がスタンバイできた時からヒータ制御を開始す
る。

【００２６】ステップ１０２でＹＥＳと判定された場は
ステップ１０３に進み、フラグＦ１をセットする。すな
わちヒータ制御実施中であることを示す。次のステップ
１０４ではヒータ２６の印加電圧Ｖｎ、素子印加電圧Ｖ
ｎｅｇ、センサ電流検出回路５０にて検出した負の電流
Ｉｎｅｇ及び電流検出抵抗８２にて検出したヒータ電流
Ｉｎにより素子直流インピーダンスＺｄｃ及びヒータ抵
抗Ｒｈを、Ｚｄｃ＝Ｖｎｅｇ／Ｉｎｅｇ、Ｒｈ＝Ｖｎ／
Ｉｎとして算出する。

【００２７】次のステップ１０５においてフラグＦ２が
“０”であるか否かを判定する。フラグＦ２はヒータ制
御が素子温フィードバックを実施しているか否かを示す
ものである。ステップ１０５でＹＥＳと判定された場合
は、すなわち素子温フィードバック中ではない状態であ
り、ステップ１０６に進む。ステップ１０６ではステッ
プ１０４で算出したＺｄｃが目標素子直流インピーダン
スＴ．Ｚｄｃより大きいか否かを判定する。ここで、素
子温と素子直流インピーダンスＺｄｃの関係を図６に示
す。

【００２８】本実施例においてＴ．Ｚｄｃは酸素センサ
Ｓが完全活性状態にある素子温７００℃に相当する３０
Ωを設定する。すなわちステップ１０６は酸素センサＳ
が完全活性状態にあるか否かを判定するところであり。
ＺｄｃがＴ．Ｚｄｃより大きい場合（素子温が低く、完
全活性状態にない場合）は、ヒータ全導通制御もしくは
ヒータ上限温度ホールド制御を実行し、酸素センサＳの
暖機に努める。

【００２９】ステップ１０６にてＹＥＳと判定された時
はステップ１０７に進み、ＮＯと判定された時はステッ
プ１１１に進み、素子温フィードバックを実施する。ス
テップ１０７ではステップ１０４にて算出されたヒータ
抵抗Ｒｈが目標ヒータ抵抗Ｔ．Ｒｈより大きいか否かを
判定する。ここでヒータ温とヒータ抵抗のＲｈの関係を
図７に示す。ここに示す抵抗温度特性はヒータ材質形状
等によって決定されるため、本実施例ではその一例を示
すこととし、またどの様な抵抗温度特性においても本ヒ
ータ制御は実施可能である。本実施例におけるヒータ２
６の限界耐熱温度が１２５０℃であるため、Ｔ．Ｒｈは
限界耐熱温度より若干低いヒータ温１２００℃に相当す
る２．３Ωを設定する。また、この設定値は使用者の意
思に応じて、耐熱温度以内であるならばどの様な値を設
定しても何ら問題はない。

【００３０】ＲｈがＴ．Ｒｈよりも小さい時は、ステッ
プ１０７でＹＥＳと判定されてステップ１０８に進み、
ヒータ電圧のデューティ比をＡ（％）にセットする。こ
こではＡ＝１００％の全導通（全電力供給）とする。ま
た、ステップ１０７でＮＯと判定された場合はステップ
１１０に進み、ヒータ電圧のデューティ比をＢ（％）に
セットする。ここではＢ＝０％とする。但し、ヒータ温
の上昇率及び下降率に差がある場合は、Ｂとして０〜３
０％程度のデューティを使うことも可能である。

【００３１】本実施例においては、ステップ１０８及び
１１０で、ヒータ電圧としてそれぞれデューティ１００
％及び０％をセットしているため、ヒータ全導通制御及
びヒータ温上限ホールド制御中のヒータ加熱時は、ヒー
タ制御回路８０により１００％デューティでヒータ２６
に電圧を印加し、ヒータ温上限ホールド制御中のヒータ
冷却時は０％デューティ、すなわちヒータには電圧を印
加しないことになる。

【００３２】また、ステップ１０６でＮＯと判定された
場合はステップ（１１１）に進んで、素子温フィードバ
ック制御のためにヒータ電圧のデューティ演算を実施す
る。ステップ１１１でのデューティ（Ｄｕｔｙ）の演算
式を次に示す。Ｄｕｔｙ＝Ｄｕｔｙ．Ｉ＋ＧＰ＋ＧＩＧＰ＝ＫＰ×（Ｚｄｃ−Ｔ．Ｚｄｃ） ……比例項ＧＩ＝ＧＩ＋ＫＩ×（Ｚｄｃ−Ｔ．Ｚｄｃ）……積分項ここで、Ｄｕｔｙ．Ｉはデューテイの初期値であり、２
０％とする。また、ＫＰ、ＫＩは比例定数、積分定数で
あり、それぞれ、４．２％、０．２％である。これらの
値は実験的に求められるものであり、ヒータ２６の仕様
に応じて変わる値である。次のステップ１１２でフラグ
Ｆ２を“１”にセットする。このフラグＦ２がセットさ
れている時は、素子温フィードバック中であることを示
しており、このフラグＦ２が一端セットされると次回か
らのステップ１０５での判断がＮＯとなってステップ１
０６は通らず、ヒータ全導通制御及びヒータ温上限ホー
ルド制御は実施されない。

【００３３】また、ステップ１１３ではステップ１０４
にて算出されたＺｄｃとＴ．Ｚｄｃとの差が６０Ωより
大きいか否かを判定する。大きい場合は素子温が目標素
子温より、何らかの要因により１００℃以上低くなった
場合であり、ステップ１１４に進み、フラグＦ２を
“０”にクリアする。よって、次回の演算ではステップ
１０５の判断がＹＥＳとなってステップ１０６に進み、
再びヒータ全導通制御もしくはヒータ温上限ホールド制
御を実施する。しかし、通常の使用においては一度素子
温フィードバック制御が実施されればこの様なことは起
きない。

【００３４】また、ステップ１１５ではＺｄｃが図６に
示す限界素子直流インピーダンスＬ．Ｚｄｃ（目標素子
直流インピーダンスＴ．Ｚｄｃより小さな値に設定され
ている。）より大きいか否かを判定する。ここでＬ．Ｚ
ｄｃは酸素センサＳの素子の限界耐熱温度７５０℃に相
当する２０Ωに設定されておりＺ．ｄｃがＬ．Ｚｄｃよ
りも小さい場合、すなわち素子温が限界耐熱温度より高
い場合はステップ１１８に進み電圧の印加を直ちに中止
する。また、ステップ１１５でＹＥＳと判定された時
は、ステップ１１６に進む。ステップ１１６ではＲｈが
図７に示す限界ヒータ抵抗Ｌ．Ｒｈ（目標ヒータ抵抗
Ｔ．Ｒｈより大きな値に設定されている）より大きいか
否かを判定する。ここで、Ｌ．Ｒｈはヒータの限界耐熱
温度を示しており、ＲｈがＬ．Ｒｈより大きい場合、す
なわちヒータ温が限界耐熱温度よりも高い場合はステッ
プ１１８に進み電圧の印加を直ちに中止する。ここでは
Ｌ．Ｒｈはヒータ温度１２５０°に相当する２．３６Ω
とする。

【００３５】ステップ１１５及び１１６はフェールセー
フのためであり、素子温及びヒータ温が耐熱限界以下で
ある時はステップ１１７に進む。ステップ１１７ではス
テップ１０８、１１０及び１１１でセットされたデュー
ティ比にてヒータ制御回路８０を駆動してヒータ２６に
電圧を印加する。なお、本実施例において、ヒータ温上
限ホールド制御は、１００％と０％での制御、すなわち
ＯＮ−ＯＦＦの制限を実施しているが、素子温フィード
バックの様にデューティ比を演算して制御しても問題は
ない。

【００３６】以上述べた第１実施例によれば、ヒータ２
６への通電初期に１００％デューティでヒータ２６に電
圧を印加することで、酸素センサＳを短時間で活性化す
ることが可能となり、また、その後、目標ヒータ抵抗
Ｔ．Ｒｈになると、目標ヒータ抵抗Ｔ．Ｒｈにヒータ抵
抗Ｒｈをフィートバック制御（ヒータ上限温度ホールド
制御）することで、ヒータ２６の断線も防止でき、その
後、目標素子温になると、通常は常に酸素センサＳの素
子温を目標の素子温に制御できるため、排気温度等の影
響を受けずに、酸素センサＳの活性状態を維持すること
ができ、さらに酸素センサＳの破損も防止することがで
きるという優れた効果がある。

【００３７】〔第２実施例〕第２実施例の全体構成は図
２の第１実施例と同じであり、マイクロコンピュータ７
０により所定同期毎に繰り返して実行される酸素センサ
Ｓのヒータ制御を図８のフローチャートに従って説明す
る。このフローチャートに示されたヒータ制御はヒータ
通電が開始され、素子が活性するまでの制御処理を示し
たものである。活性後のヒータ制御に関しては素子温フ
ィードバックのところで説明する。ヒータ２６への通電
条件であるイグニションスイッチ（ＩＧ）の信号をステ
ップ２０１で判定する。ＩＧがＯＮでない場合処理を終
了し、ＩＧがＯＮであればステップ２０３に進む。

【００３８】ステップ２０３では酸素センサＳの素子直
流インピーダンスＺｄｃを算出する。この直流インピー
ダンスＺｄｃの算出方法として、素子に負の電圧Ｖｎｅ
ｇを加え、その時の電流値Ｉｎｅｇを検することでより算出する。一般に素子温と素子直流インピーダンス
の関係は前述した図６の様になり、素子直流インピーダ
ンスＺｄｃを検出することで素子温がわかる。

【００３９】次のステップ２０２ではフラグＦ1 が
“１”であるか否かを判断する。フラグＦ１は酸素セン
サＳの活性フラグであり、ヒータ通電後ヒータ温が７０
０℃以上（素子直流インピーダンスで３０Ω）になった
ことがあるか否かを示すものである。フラグＦ１が
“１”の場合、既に素子は活性したと判断してステップ
２１１に進み、素子活性のためのヒータ制御ルーチルは
実行せず、素子温を活性状態に維持するための素子温フ
ィードバック制御を実施する。制御内容は後述する。

【００４０】また、ステップ２０２でフラグＦ１が
“０”である場合、素子未活成状態と判断し、ステップ
２０４に進む。ステップ２０４ではステップ２０３で検
出した素子直流インピーダンスＺｄｃが３０Ωより大き
いか否かを判定する。すなわち、素子温が７００℃より
高いか否かを判定するものであり。ステップ２０４でＮ
Ｏと判定された場合は素子温は７００℃以上の状態を示
しており、素子は活性したと判断する。その場合は、ス
テップ２１０に進み、酸素センサＳの活性フラグＦ１を
“１”にセットして、素子温をフィードバック制御する
ためのヒータ制御に移行する。

【００４１】また、ステップ２０４でＹＥＳと判定され
た場合は、素子温が７００℃よりも低く、未活性状態で
あるとして、素子を活性させるためのヒータ制御を実施
する。まず、ステップ２０５ではヒータ２６への印加電
圧Ｖｎ及び電流Ｉｎを検出する。次のステップ２０６で
はステップ２０５で検出した電圧Ｖｎ、電流Ｉｎよりヒ
ータ抵抗Ｒｈを、Ｒｈ＝Ｖｎ／Ｉｎとして算出する。ヒ
ータ温とヒータ抵抗の関係を図９に示す。ヒータ抵抗Ｒ
ｈを検出することでヒータ温はわかる。

【００４２】次のステップ２０７ではステップ１０６で
検出した抵抗値が２．１Ω以下であるか否かを判定す
る。ヒータ抵抗Ｒｈが２．１Ωはヒータ温１０２０℃相
当であるが、図９に示すごとくヒータ抵抗Ｒｈのばらつ
きを考えた場合、ヒータ温は８７０〜１２００℃の範囲
でばらつく。ここで、判定値を２．１Ωに設定した理由
は、どの様なヒータ抵抗温度特性のヒータを使用して
も、ヒータ２６の耐熱限界である１２００℃を越えない
様にするためである。この設定値はさらに安全側に設定
することも可能である。

【００４３】また、ステップ２０７でＹＥＳと判定され
た場合は、まだヒータ２６を加熱できる状態であるた
め、ステップ２０８でデューティ＝１００％として、ス
テップ２０９でヒータ制御回路８０によりヒータ２６に
デューティ１００％の電圧を印加する。ここでのデュー
ティ周期は１０ＨＺとしたが、これは任意の値でもよ
い。

【００４４】また、ステップ２０７でＮＯと判定された
場合、すなわち、この状態はヒータ２６におけるヒータ
抵抗温度特性の下限品が１２００℃に到着したことを示
しており、それまでの電圧制御から電力制御に移行する
タイミングであることを示す。まず、ステップ２１２で
はヒータ電力制御フラグＦ２が“１”であるか否かを判
定する。このフラグＦ２は、すでにヒータ電力制御を実
施しているか否かを示すものである。

【００４５】ステップ２１２でＮＯと判定された場合
は、まだヒータ電力制御を実施していない状態であり、
ステップ２１９に進む。ステップ２１９ではヒータ電力
制御の初期デューティを設定する所であって、各ヒータ
能力に応じた値が入るが、本実施例では実験的に２０％
を設定した。この値は、ヒータ電圧制御から電力制御に
移行した時の急激なヒータ温変化を抑制するのに最適な
値である。

【００４６】また、ステップ２０７でのヒータ抵抗Ｒｈ
の判定値を、例えば安全側の２．０Ωに設定した場合
は、ヒータ電力移行直後もヒータ温上昇に余裕があるた
め、ステップ２１９における初期デューティは２０％よ
り大きい値を設定することが可能である。次のステップ
２２０ではヒータ電力制御フラグＦ２を“１”にセット
する。すなわち、ヒータ電力制御実施中であるというこ
とを示す。次に、ステップ２０９に進んでステップ２１
９で設定した初期デューティに基づきヒータ制御回路８
０によりヒータ２６に電圧を印加する。

【００４７】また、ステップ２１２でＹＥＳと判定され
た場合は、既にヒータ電力制御実施中であるとして、ス
テップ２２２に進む。ステップ２２２ではステップ２０
６で算出したヒータ抵抗値Ｒｈが２．５Ωより大きいか
否かを判定する。このステップ２２２はエンジン運転条
件の急変に伴う排気温上昇、あるいは何らかの故障等に
よりヒータ温が異常加熱した様な場合に対するヒータ保
護機能であり、ヒータ抵抗Ｒｈが２．５Ω以上になる様
な場合は、ステップ２２２でＹＥＳと判定され、ステッ
プ２２３に進む。ステップ２２３では前回設定されたデ
ューティから１０％デューティを急減した値を今回のデ
ューティ値とする。ここでデューティが０％以下の場合
は全てデューティ＝０％とする。そして、次のステップ
２０９に進んで、ステップ２２３で設定したデューティ
をもとにヒータ制御回路８０によりヒータ２６に電圧を
印加し、ヒータ温を低下させる。

【００４８】また、ステップ２２２でＮＯと判定された
場合は、ステップ２１３に進み、前述したステップ２１
９、２２３や後述するステップ２１５、２１７にて設定
されているヒータ２６に対する現在のデューティ（Ｄｕ
ｔｙ）％と、ステップ２０５で検出したヒータ電圧Ｖ
ｎ、電流Ｉｎとをもとにヒータ電力ＷｎをＷｎ＝Ｖｎ×
Ｉｎ×Ｄｕｔｙ／１００により算出する。次のステップ
２１４ではステップ２１３で算出した電力Ｗｎが２１
〔Ｗ〕以下にあるか否かを判定する。ここで、ヒータ温
とヒータ供給電力との関係を図１０に示す。この関係は
前述したヒータ抵抗温度特性のばらつきによらず一定の
関係を示す。よって、本実施例で使用されたヒータでは
２１〔Ｗ〕を供給すると同一能力（ヒータ発熱効率等）
のものならば、抵抗特性のばらつきによらず、全てヒー
タ温が１２００〔℃〕に飽和する。よって耐熱限界を越
え破損、断線に到ることはない。

【００４９】また、ステップ２１４でＹＥＳと判定され
た場合は、ヒータ２６への供給電力が目標電力より低い
としてステップ２１５に進む。ステップ２１５では前回
のデューティ比に対して３％を加える。この値はヒータ
能力により決まる値である。次に、ステップ２０９に進
んでステップ２１５で設定したデューティ比によりヒー
タ制御回路８０によりヒータ２６に電圧を印加し、ヒー
タ２６への供給電力を上げる。

【００５０】また、ステップ２１４でＮＯと判定された
場合は、ヒータ３６への供給電力が目標電力より高いと
して、ステップ２１７でデューティ比を３％減らす。次
にステップ２０９に進んでステップ２１７で設定された
デューティ比で比制御回路８０によりヒータ２６に電圧
を印加し、ヒータ２６への供給電力を下げる。このよう
なステップ２１３〜２１７の処理でヒータ２６への供給
実力を目標電力：２１〔Ｗ〕に制御することができる。

【００５１】ここでの演算処理は目標電力：２１〔Ｗ〕
に対してヒータ２６への実供給電力Ｗｎが高いか低いか
を検出して、所定値を加減算するだけであるが、比例、
積分制御によりデューティ演算させる手法もある。例え
ば、デューティ（Ｄｕｔｙ）を、Ｄｕｔｙ＝ＧＰ＋ＧＩ＋ＣＧＰ＝ａ（Ｗｎ−２１） ……比例項ＧＩ＝ＧＩ＋ｂ（Ｗｎ−２１） ……積分項ａ、ｂ、ｃ＝定数という、手法でデューティ比を演算
し、ヒータ電力を目標電力に制御することも可能であ
る。

【００５２】次に、ステップ２１１での素子温フィード
バックの手法を説明する。ステップ２０３で検出した素
子直流インピーダンスＺｄｃをもとに、素子直流インピ
ーダンスＺｄｃが３０Ω（素子温７００℃担当）になる
様にヒータ２６に印加する電圧のデューティ比を演算す
る。デューティ（Ｄｒｔｙ）演算は次の式で表される。

【００５３】Ｄｕｔｙ＝ＧＰ＋ＧＩ＋ＣＧＰ＝ａ（Ｚｄｃ−３０） ……比例項ＧＩ＝ＧＩ＋ｂ（Ｚｄｃ−３０） ……積分項（ａ＝４．２ｂ＝０．２ｃ＝２０）ａ、ｂ、ｃ、は定数であり、本実施例では以上の様に適
合した。

【００５４】以上演算されたデューティ比をもとにヒー
タ制御することで、常に素子直流インピーダンスＺｄｃ
を３０〔Ω〕付近に制御することが可能で、常に良好な
活性状態を維持することができ、さらに素子温異常加熱
による素子破損を防ぐことができる。図１１は第２実施
例におけるヒータ通電後、酸素センサＳが十分に活性す
るまでのタイミングチャートを示し、ヒータ２６に電力
を投入直後は、ヒータ制御回路８０を１００％デューテ
ィで制御してヒータ２６への供給電力を定電圧制御（ヒ
ータ全導通制御）してヒータ２６を急速加熱する。その
後、ヒータ抵抗Ｒｈが目標値（２．１〔Ω〕）に達する
とヒータ２６への供給電力Ｗｎが目標電力：２１〔Ｗ〕
になるように（ヒータ２６の温度が１２００〔℃〕にな
るように）、ヒータ制御回路８０のデューティ比を制御
してヒータ２６への供給電力を定電力制御する。その
後、酸素センサＳの内部抵抗Ｚｄｃが目標値３０〔Ω〕
になると、酸素センサＳの内部抵抗Ｚｄｃが目標値３０
〔Ω〕（素子温が７００〔℃〕）になるように、ヒータ
制御回路８０のデューティ比を制御してヒータ２６への
供給電力を、素子温フィードバック制御する。

【００５５】以上の第２実施例によれば、ヒータ２６へ
の印加電圧を活性途中から定電圧制御より定電力制御に
切替わる様にすることでヒータ２６の耐熱温度域まで有
効に使用する事が出来るため、より早い時間で酸素セン
サＳを活性化させることができる。また、定電力制御に
よりヒータ２６の断線を防ぐことが出来、さらに素子温
を同時に検出しているため、素子の破損も防ぐことが出
来るという優れた効果がある。

【００５６】〔第３実施例〕図１２に示す第３実施例に
おいて、第２実施例との相違点について説明する。第２
実施例においてはヒータ定電圧制御から定電力制御への
移行タイミングをヒータ抵抗値Ｒｈにより実施したが、
第３実施例はそれをヒータ通電開始後の経過時間におい
て切り換えるものである。図１２のフローチャートはス
テップ２０４でＹＥＳと判定されるとステップ３０７に
おいて、始動後経過時間が所定値：１２秒以内にあるか
否かを判定する。ステップ３０７にてＹＥＳと判定され
た場合はヒータ２６がまだ十分加熱されていないと判断
されるため、ステップ２０８に進んでデューティ１００
％でヒータ２６に電圧を印加する。

【００５７】また、ステップ３０７でＮＯと判定された
場合は、十分ヒータ２６が加熱された状態であるとし
て、ステップ２０５、２０６以降のヒータ電力制御に移
行する。ここでの経過時間の設定はヒータ能力により決
まり、本実施例では１２秒の一定値としたが、エンジン
冷却水温が高い程、時間が短くなるように経過時間を設
定するのが望ましい。

【００５８】なお、ヒータ温が完全に冷えてない状態で
再始動した場合においてもステップ２０４において素子
直流インピーダンスＺｄｃを所定値と比較しているた
め、ヒータ２６及び酸素センサＳの異常加熱を防ぐこと
が可能である。また、ヒータ２６のヒータ抵抗温度特性
が経時変化した場合も、同一条件で電力制御への移行が
可能であり、ヒータ２６の保護に役立つ。

【００５９】〔第４実施例〕酸素センサＳの早期活性の
ためのヒータ制御として第１〜第３実施例でヒータ通電
初期の全導通制御からヒータ温を耐熱限界付近にホール
ドする上限ホールド制御に移行する方法と、定電力を供
給する定電力制御に移行する方法の２つを提案した。し
かし酸素センサＳのヒータ温を直接検出する手段を持た
ずヒータ抵抗から換算するしか手段はない。ところが、
酸素センサＳのヒータ温度抵抗持性には図９に示すよう
にばらつきがあり、同一抵抗でありながら酸素センサＳ
（ヒータ２６）により温度が大きく異なるという問題が
ある。

【００６０】ここで、上限ホールド制御は目標の抵抗値
になる様な制御をし、また定電力制御への移行タイミン
グはヒータ抵抗値により決定しているため、ヒータ２６
の信頼性を確保しつつ、昇温性能を上げることは困難で
ある。そこで、本実施例によれば、エンジン回転数、吸
気管圧力、供給電力などからヒータ温を推定し、その時
のヒータ抵抗を検出することで、目標のヒータ抵抗（上
限ホールド制御、移行タイミング）を更新することが可
能となり、信頼性と昇温性能の両立が可能となる。

【００６１】ヒータ温推定法について概要を説明する。
ヒータ温はヒータ２６への供給熱量及びヒータ２６から
の放熱量の割合いによって決まる。熱的に定常状態を考
えると、ヒータ２６に対する供給熱量はヒータ２６に供
給される電力量で決まり、ヒータ２６からの放熱量は酸
素センサＳの周辺環境である内燃機関の排気ガスの温度
及び流速でほぼ決まる。ヒータ２６からの放熱量は外気
温及びセンサ取り付け位置の排気マニホールド温度等に
も左右されるが、これらは排気への放熱と比較するとそ
の影響度合いは小さい。

【００６２】また排気ガスの温度、流速は燃焼、空燃
比、点火時期等を限定した場合、エンジン回転数及び吸
気管圧力あるいは吸入空気量によりほぼ一義的に決ま
る。よって、供給電力を固定した場合、ヒータ温度はエ
ンジンの回転数及び吸気管圧力より決定することが可能
である。次に過渡状態について説明する。外気温、空燃
比（Ａ／Ｆ）、点火時期等が変わらない場合、ヒータ温
はエンジン回転数、吸気管圧力及びヒータ供給電力によ
り変化する。これらのパラメータの変化に対するヒータ
温の変化は、伝熱力学の観点から１次遅れで近似できる
ことがわかっている。

【００６３】また、酸素センサＳの周辺環境（エンジン
回転数、吸気管圧力）の変化に伴うヒータ温度変化と供
給電力変化に伴うヒータ温変化との時定数はそれぞれ大
きく異なる。すなわち、周辺環境の変化は素子部の温度
分布変化の後ヒータ温変化に至るのに対し、電力変化は
ヒータ２６の材質で決まる熱伝導率により支配される為
であり、電力変化に伴う時定数の方が周辺環境変化に伴
う時定数より小さい。さらに、これら２つの時定数はそ
れぞれ実験的に排気ガス流量（エンジン回転数ＮＥと吸
気管圧力ＰＭの形とでほぼ近似できる）により一義的に
決まることが分かっている。

【００６４】よってヒータ温は、（１）電力一定の時の
ＮＥ、ＰＭに対する定常状態のヒータ温と、（２）Ｎ
Ｅ、ＰＭあるいは供給電力変化に対する一次遅れの演算
をすることでヒータ温を推定することが可能である。次
にマイクロコンピュータ７０により１００ｍｓ毎に実行
される図１３のフローチャートに従って詳細説明する。
ステップ４０１はヒータ温推定を開始するか否かを判定
する。これは、ヒータ温推定精度を確保するためのもの
であり、精度を上げようとすると条件は限定される。誤
差要因はＮＥ、ＰＭ、電力→定常ヒータ温、ＮＥ＊
ＰＭ→時定数算出が考えられる。本実施例の実行条件
は、１０００≦ＮＥ≦３０００ｒｐｍ２００≦ＰＭ≦６００ｍｍＨｇ２０≦外気温≦３０℃ ８０℃≦水温空燃比Ｆ／Ｂ中の条件を満たした時、ステップ４０２に進む。また、そ
の時の実行条件としては点火時期、車速等も考えられ
る。

【００６５】ステップ４０１でＮＯと判定された場合は
ステップ４１５に進みフラグＦ１をクリアして処理を終
了する。ステップ４０２ではエンジン回転数ＮＥ及び吸
気管圧力ＰＭを検出する。ステップ４０３ではステップ
４０２の検出値に基づいてＮＥ＊ＰＭを算出する。ステ
ップ４０４では酸素センサＳに印加されるヒータ電圧Ｖ
及びヒータ電流Ｉを検出する。ステップ４０５ではステ
ップ４０４の検出値に基づいて供給電力Ｗ＝Ｖ＊Ｉを算
出する。

【００６６】ステップ４０６及び４０７では定常状態の
ヒータ温を算出する。本実施例においては、ヒータ温は
ある基準の供給電力の下でのＮＥ、ＰＭに対する基準ヒ
ータ温ＴＨＭＡＰ１と基準電力に対してステップ４０５
で算出した供給電力Ｗの差に応じてＴＨＭＡＰ１を補正
する補正ヒータ温ＴＨＭＡＰ２との和でヒータ温は算出
できる。すなわち（ヒータ温）＝ＴＨＭＡＰ１＋ＴＨＭ
ＡＰ２の形で表せられる。そのためステップ４０６では
ステップ４０２で検出したＮＥ、ＰＭに応じてＴＨＭＡ
Ｐ１を算出する。本実施例ではステップ４０６の定常ヒ
ータ温度マップＴＨＭＡＰ１を図１４のように設定す
る。

【００６７】また、この時の基準電力は例えば１０Ｗで
あり、この値は素子の活性状態を維持するためにヒータ
２６に加えられる電力の頻度の多い所をもとにしてい
る。よって、エンジン毎や酸素センサＳの取り付け位置
により電力量が変わるため、この基準電力も変える必要
がある。次のステップ４０７ではステップ４０５で算出
した供給電力Ｗとステップ４０２で検出したＮＥ及びＰ
ＭとからＴＨＭＡＰ２を算出する。ステップ４０７の電
力補正ヒータ温度マップＴＨＭＡＰ２を図１５に示す。
本実施例ではＴＨＭＡＰ２として３つのマップを設定
し、それぞれの供給電力Ｗを５、１５、２５Ｗとした
が、この値はヒータ２６に供給される電力量Ｗをほぼ網
羅しており、任意の設定が可能である。また、ＮＥ、Ｐ
Ｍ及び供給電力Ｗはそれぞれ直線補間される。

【００６８】ここで、例えばステップ４０６の定常ヒー
タ温マップは１０Ｗを基準としているため、ステップ４
０５の検出電力が１０Ｗであった時、ステップ４０７の
電力補正ヒータ温度ＴＨＭＡＰ２はＯ（℃）となり、ス
テップ４０６の定常ヒータ温マップの値ＴＨＭＡＰ１が
そのままヒータ温となる。運転条件、供給電力を限定す
ればこの２つのマップＴＨＭＡＰ１、ＴＨＭＡＰ２より
ヒータ温は算出できる。

【００６９】過渡状態を考えた場合、前述の様にＮＥ、
ＰＭだけが変化した時と、供給電力Ｗだけが変化した場
合とではヒータ温の１次遅れの時定数が異なる。ここで
は、ＮＥ、ＰＭだけが変化した場合の１次遅れ演算を定
常ヒータ温マップからのＴＨＭＡＰ１に基づき実施し、
供給電力Ｗだけが変化した場合を電力補正ヒータ温度マ
ップからのＴＨＭＡＰ２に基づき演算する。実際はＮ
Ｅ、ＰＭ及び供給電力Ｗの全てが変化するため、ＴＨＭ
ＡＰ１及びＴＨＭＡＰ２のの１次遅れ演算は同時に実行
される。それぞれの１次遅れ演算に使用される時定数を
図１６に示す。時定数τ１はＮＥ、ＰＭ変化に対するも
のであり、時定数τ２は供給電力Ｗの変化に対するもの
である。また、それぞれの時定数はＮＥ＊ＰＭでほぼ一
義的に決まる。なお、時定数はＮＥ及びＰＭにより影響
を受けるため、ＮＥとＰＭに対する２次元マップで示す
こともできる。

【００７０】次のステップ４０８ではステップ４０３で
算出したＮＥ＊ＰＭにより時定数τ１及びτ２を算出す
る。次のステップ４０９ではフラグＦ１がセットされて
いるか否かを判定する。フラグＦ１はヒータ温算出を以
前に実施したか否かを判定するものであって、ＮＯと判
定された場合、すなわち今回始めてヒータ温算出を実施
する場合はステップ４１０、４１１に進み、それ以外は
ステップ４１３に進む。ステップ４１０及び４１３での
ヒータ温算出式は下式により実行される。

【００７１】ステップ４１３は、

【００７２】

【数１】

【００７３】ステップ４１０は、

【００７４】

【数２】ＴＨ（１）＝ＴＨＭＡＰ１（１）＋ＴＨＭＡＰ２（１）で表わされる。ここでΔＴは演算周期を示し、本実施例
ではΔＴ＝０．１（ｓｅｃ）とする。ステップ４１１で
はフラグＦ１をセットし、次回からはステップ４０９で
ＹＥＳと判定され、ステップ４１３に進んだ後、処理を
終了する。従って、ステップ４０１で条件から外れない
限り、１００ｍｓの演算周期毎にステップ４１３でヒー
タ温を算出する。

【００７５】本実施例では吸気管圧力を使用している
が、代わりにエンジンの１回転当たりの吸入空気量でも
同様なヒータ温推定が実施できる。本実施例で使用され
るマップ値は各エンジン特有の値であり、それぞれ最適
な値を選択することができる。また、ステップ４０１の
実行条件の項目はヒータ温推定要求精度、演算回路との
要求により、選択的に使用することができる。

【００７６】このようにして推定されたヒータ温Ｔｈ
を、図５、図８、図１２のフローチャートにおけるヒー
タ抵抗Ｒｈの代わりに用いることにより、ヒータ２６に
対する電力供給制御へ適用する事が可能である。この場
合には、図５において、ステップ１０７の代わりに図１
７の（ａ）のステップ１０７´で示すように、ヒータ温
Ｔｈが目標ヒータ温Ｔ・Ｔｈ（例えば１２００℃）より
大きいか否か判定するようにすると共に、ステップ１１
６の代わりに図１７の（ｂ）のステップ１１６´で示す
ように、ヒータ温Ｔｈが限界ヒータ温Ｌ．Ｔｈ（例えば
１２５０℃）より大きいか否かを判定するようにする。

【００７７】また、図８においては、ステップ２０７の
代わりに図１７の（ｃ）のステップ２０７´で示すよう
に、ヒータ温Ｔｈが１０２０℃以上か否かを判定するよ
うにすると共に、ステップ２２２の代わりに図１７の
（ｄ）のステップ２２２´で示すようにヒータ温Ｔｈが
１２００℃より大きいか否かを判定するようにする。ま
た、図１２においても、ステップ２２２の代わりに図１
７の（ｄ）のステップ２２２´を実行するようにすれば
よい。

【００７８】〔第５実施例〕次に、第４実施例で推定し
たヒータ温に基づくヒータ制御での目標抵抗値の設定法
について説明する。この目標抵抗値は、前述した第１〜
第３実施例における全導通制御からヒータ温上限ホール
ド制御あるいは定電力制御に移行するタイミングを判定
するために使われる。また、限界ヒータ抵抗の設定にも
使われる。

【００７９】マイクロコンピュータ７０により１００ｍ
ｓ毎に実行される図１８のフローチャートにおいて、ス
テップ５０１は目標抵抗値更新制御の実行条件が成立し
たか否かを判定し、ＹＥＳのときにはステップ５０２に
進み、ＮＯのときにはそのまま終了する。ステップ５０
１での実行条件は例えば、ヒータ温推定制御実行中ＮＥ変化率≦５００ｒｐｍａｎｄ継続時間≧２０ｓｅｃＰＭ変化率≦３００ｍｍＨｇａｎｄ継続時間≧２０ｓｅｃである。ここでの条件は、ヒータ温推定精度を確保する
ためのもので、その他の信号でも代用できる。ステップ
５０２でフラグＦ１とＦ２の双方がいずれもセットされ
ているか否かを判定する。ＮＯと判定された場合は図１
９のステップ５２０に進み、目標抵抗値の設定をする。
ステップ５０３では、検出されたヒータ電圧及びヒータ
電流に基づきヒータ抵抗値を算出する。ステップ５０４
では前述した図１３のヒータ温推定制御で推定されたヒ
ータ温を読み込む。

【００８０】次のステップ５０５では、ステップ５０４
で読み込んだヒータ温−ヒータ抵抗の関係が妥当である
か否か判定する。すなわち、本実施例で使用されるヒー
タ抵抗−温度特性は図９にも示すごとく、（特性上限）ヒータ抵抗＝０．００１３×ヒータ温＋１．０６７１（特性下限）ヒータ抵抗＝０．０００９×ヒータ温＋０．８７７６の範囲でばらつくことがわかっている。よって、ステッ
プ５０５ではステップ５０４、５０５で決まるヒータ温
−ヒータ抵抗の関係が上記ばらつきの範囲内にあるか否
か判定する。

【００８１】ステップ５０５でＮＯと判定された場合は
処理を終了し、ＹＥＳと判定された場合はステップ５０
６に進む。ステップ５０６ではステップ５０４でのヒー
タ温が９００℃以上であるのか否かを判定する。ステッ
プ５０６でＹＥＳと判定された場合はステップ５０７に
進んで、そのときのヒータ温及びヒータ抵抗をＲＡＭ１
にＴＨ．Ｈ、Ｒ（ＴＨ．Ｈ）として書き込み、ＮＯと判
定された場合はステップ５１１に進み、そのときのヒー
タ温及びヒータ抵抗を、ＲＡＭ２にＴＨ．Ｌ、Ｒ（Ｔ
Ｈ．Ｌ）として書き込む。ここでのＲＡＭ１、２はバッ
クアップＲＡＭを使用しており、キースイッチをオフし
てエンジンが停止された場合もその情報は記憶されてい
る。ステップ５０７、５１１でヒータ温ＴＨ．Ｈ、Ｔ
Ｈ．Ｌ及びヒータ抵抗Ｒ（ＴＨ．Ｈ）、Ｒ（ＴＨ．Ｌ）
の書き込みを終了すると、それぞれステップ５０８、５
１２に進み、フラグＦ１及びＦ２をセットし処理を終了
する。

【００８２】次に、図１９について説明する。図１８の
ステップ５０２でＹＥＳと判定された場合は、ＲＡＭ１
及びＲＡＭ２にそれぞれヒータ温度ＴＨ．Ｈ、ＴＨ．Ｌ
及びそれに相当するヒータ抵抗Ｒ（ＴＨ．Ｈ）、Ｒ（Ｔ
Ｈ．Ｌ）が収納されている場合であり、この２つのポイ
ントを用いて目標ヒータ温度に対する目標ヒータ抵抗値
を算出する。

【００８３】図１９のステップ５２０はフラグＦ１及び
Ｆ２をそれぞれクリアする。このことにより次回の目標
抵抗値更新は、ＲＡＭ１及びＲＡＭ２にそれぞれ新しい
情報が入らない限り実施されない。次のステップ５２１
ではＲＡＭ１及びＲＡＭ２に収納されているヒータ温Ｔ
Ｈ．Ｈ、ＴＨ．Ｌの差が２００℃以上であるか否かを判
定する。ここで設定した２００℃は素子温フィードバッ
ク中のヒータ温は８００〜１１００℃付近で使用され、
ここでの２点から１２００℃のヒータ抵抗を算出する際
の精度確保のためである。よって、精度と検出機会との
兼合いにより、この温度は任意に設定することが可能で
ある。

【００８４】ステップ５２１でＮＯと判定された場合は
処理を終了し、ＹＥＳと判定された場合はステップ５２
２に進む。ステップ５２２はＲＡＭ１及びＲＡＭ２に収
納されているヒータ温−ヒータ抵抗関係が妥当であるか
判定する。本実施例で使用されるヒータの温度変化に対
する抵抗変化は０．０００７（Ω／℃）から０．００１
５（Ω／℃）の範囲でばらつくことがわかっている。従
って、ＲＡＭ１及びＲＡＭ２より

【００８５】

【数３】の形で求まる傾きがこの範囲にない場合は処理を終了
し、この範囲にある場合は２点の関係が妥当であると判
定しステップ５２３に進む。

【００８６】ステップ５２３ではＲＡＭ１及びＲＡＭ２
のヒータ温、ヒータ抵抗よりヒータ温１２００℃の時の
ヒータ抵抗を算出する。この抵抗値が目標ヒータ抵抗値
Ｔ．Ｒｈであり、１２００℃は本実施例で使用されるヒ
ータの上限温度である。よって、早期活性のためのヒー
タ制御（全導通制御→上限ホールド制御、あるいは全導
通制御→電力制御）での切り換え基準値となり、またこ
の値によりヒータ温は耐熱限界を越えることはない。

【００８７】ステップ５２３の算出は下式の様になる。

【００８８】

【数４】目標抵抗値＝ａ×１２００＋ｂ次のステップ５２４ではステップ５２３で算出された目
標ヒータ抵抗値と前回の目標ヒータ抵抗値との差の絶対
値が０．１以下であるか否かを判定する。今回の更新が
初めての場合は目標抵抗値のイニシャル値との比較にな
り本実施例では２．３Ωとする。ここでの判定は誤学習
の防止及び学習速度の制限を加えるものである。ステッ
プ５２４でＹＥＳと判定された場合はステップ５２５に
進み、今回算出された目標抵抗値をそのまま新たな目標
ヒータ抵抗値Ｔ．Ｒｈとして更新する。

【００８９】ステップ５２４でＮＯと判定された場合は
ステップ５２７に進み、前回更新された目標ヒータ抵抗
値あるいはイニシャル値に対して今回算出された目標ヒ
ータ抵抗値が大きい場合は前回の値に０．１を加え、小
さい場合は０．１を減ずることによって、目標ヒータ抵
抗値Ｔ．Ｒｈの更新をする。〔第６実施例〕前述した第５実施例においては、２つの
ヒータ温−ヒータ抵抗の関係から目標抵抗値を算出して
いる。それに対し本実施例では１つのヒータ温−ヒータ
抵抗から目標抵抗値を算出する。

【００９０】本実施例のヒータ温変化に対するヒータ抵
抗変化は中央値で０．００１１（Ω／℃）である。この
値を用いることで１２００℃の抵抗値を算出する。図２
０、２１に第６実施例のフローチャートを示す。第５実
施例と基本的な流れは変わらず、第５実施例に対しステ
ップ５０６、５０７、５１１、５１２を省略して、ステ
ップ５０５でＹＥＳのときステップ５０７´に進んでＲ
ＡＭ１にそのときのヒータ温ＴＨ及びヒータ抵抗Ｒ．Ｔ
Ｈを書き込んだ後ステップ５０８に進むようにすると共
に、ステップ５２１、５２２を省略してステップ５２
０、５２３の代わりにステップ５２０´、５２３´を実
行するようにしただけであるのでそれ以外の説明は省略
する。

【００９１】ここで、ステップ５２０´ではフラグＦ１
をクリアし、次のステップ５２３´では前述の様に抵抗
変化率０．００１１（Ω／℃）、ヒータ温ＴＨ及びヒー
タ抵抗Ｒ．ＴＨから１２００℃時の目標ヒータ抵抗値Ｔ
Ｒｈを

【００９２】

【数５】Ｔ．Ｒｈ＝０．００１１×１２００＋ＲＴＨ−０．００
１１×ＴＨ算出する。ここでの算出値が目標ヒータ抵抗値Ｔ．Ｒｈ
となる。〔第７実施例〕図２２に第７実施例のヒータ制御のタイ
ムチャートを示す。ヒータ制御はその目的及び制御方法
の違いから〜の部分に分かれる。順にそれぞれ説明
する。

【００９３】は全導通制御と呼ぶこととし、ヒータ２
６及びセンサ素子の冷間時に最大電力をヒータ２６に供
給して短時間でヒータ２６を加熱する制御である。実際
には１００％のデューティで電圧を印加する。、は
それぞれ電力制御と呼ぶこととする。はヒータ温が目
標の上限温度となる様にヒータ２６に電力を供給する。
ここで、定常状態ではヒータ温は供給電力から一義的に
決まるため、ヒータ温度抵抗持性にばらつきがあって
も、ある電力を供給すればヒータ２６は全て一定の温度
となる。しかしながらヒータ２６とセンサ素子間の熱関
係が過渡状態にある時、ヒータ温を一定にしようとした
場合、センサ素子温に応じて供給電力を変える必要があ
る。すなわち、素子温が低い時はヒータ２６からの放熱
量が多くなるため、電力を多く必要とし、逆に素子温が
高くなるとヒータ２６からの放熱量が減るため、少なめ
の電力でまかなうことができる。その関係を図２３に示
す。これはヒータ温を１２００℃に維持するのに必要な
電力を示す。

【００９４】従って、は検出された素子直流インピー
ダンスに応じて、電力を供給する。また、は素子直流
インピーダンスを検出できない領域であり、ここでは一
定の電力を供給し、からの制御へのつなぎの役割と
する。図２３に従うと、素子直流インピーダンスは６０
０Ω以上では検出できず、その時はヒータ２６に一定電
力６０Ｗを供給する（の制御）。その後、素子温が上
昇し直流インピーダンスが６００Ω以下になると、検出
した直流インピーダンスに応じてヒータ２６に電力を供
給する（の制御）。

【００９５】は素子温フィードバック制御と呼ぶこと
とする。これは素子の活性状態を維持するための制御で
あり、素子直流インピーダンス３０Ω（素子温７００℃
相当）になるように、ヒータ２６への供給電力をフィー
ドバック制御する。次に各制御の移行タイミングについ
て説明する。全導通制御から電力制御はヒータ２６
及び酸素センサＳが冷間状態にある時はの制御を実施
している時間が所定時間に達した時にに移行し、また
冷間状態にない場合は時々検出されるヒータ抵抗値が目
標ヒータ抵抗値以上になった時にに移行する。この様
に場合分けするのは、再始動時、ヒータ温が上限温度以
上になるのを防止するためである。

【００９６】からへの移行タイミングは、素子直流
インピーダンスが検出できる状態になったかどうかであ
る。但し、からに移行するための条件が成立した時
に既に素子直流インピーダンスが検出できる状態にあれ
ばを実施せずを実施する。からへの移行タイミ
ングは素子直流インピーダンスが３０Ωに達した時であ
る。

【００９７】以上からを順に説明したが、条件によ
ってはいずれかの制御を飛ばして次の制御を実施する場
合もある。次に図２４において本実施例のマイクロコン
ピュータ７０により１００ｍｓ毎に実行されるヒータ制
御フローチャートについて説明する。ステップ１０１０
では素子温フィードバック制御の実行条件が成立したか
否かを判定する。この実行条件は素子直流インピーダン
スが３０Ω以下であるか否かであり、ＹＥＳと判定され
た場合は素子が活性状態にあるとし、ステップ１０５０
に進み、図１２のステップ２１１と同様な素子温フィー
ドバック制御を実行する。また、素子温フィードバック
制御が１度実行された場合、イグニッションスイッチが
ＯＦＦされるまでこの制御だけを実施し、その他の全導
通及び電力制御は実施しない。ステップ１０１０でＮＯ
と判定された場合は、ステップ１０２０に進み、電力制
御実行条件が成立したか否かを判定し、ＹＥＳの場合ス
テップ１０３０に進んでヒータ２６に対し電力制御を実
行する。ステップ１０２０、１０３０での詳細は後述す
る。ステップ１０２０でＮＯと判定された時はステップ
１０７０に進み、デューディ１００％での全導通制御を
実施する。

【００９８】ステップ１０２０、１０３０の詳細フロー
を図２５に示す。図２５のフローは図２４のステップ１
０１０のＮＯから後の制御を示す。ステップ６０１では
Ｆ１が１か否かを判定し、Ｆ１＝１でないときにはステ
ップ６０２に進んでＦ２が１か否かを判定し、Ｆ２＝１
でないときにはステップ６０３に進んでＦ３が１か否か
を判定し、Ｆ３＝１でないときにはステップ６０４に進
む。

【００９９】ステップ６０４では素子直流インピーダン
スが６００Ω以上であるか否かを判定する。ＮＯと判定
された場合はステップ６１３に進みフラグＦ３をセット
する。そして、次の演算周期ではステップ６０３でＹＥ
Ｓと判定されるため、この制御を繰り返し実施すること
となり、ステップ６０５以降には進まない。このモード
は図２２のタイムチャートでの制御を実施せずにか
ら直接に移行するモードである。なお、ステップ６０
４の判定値は、素子直流インピーダンスの検出性能によ
り決まり、通常６００〜９０Ω（素子温５００〜６００
℃担当）のいずれかを使う。ステップ６１４では図２３
の関係に基づき検出された素子直流インピーダンスに対
する電力を供給する。

【０１００】図２３はヒータ温が１２００℃になる電力
を示しているが、ヒータ２６の性能及び信頼性からこの
値は任意に設定できる。また、バッテリ電圧低下等の原
因により要求電力を供給できない場合はその時点の最大
電力を供給するものとする。ステップ６０４でＹＥＳと
判定された場合は、ステップ６０５に進み、全導通制御
から電力制御に移行するタイミングを判定するのに、全
導通制御継続時間か目標ヒータ抵抗値かのどちらかを使
うかを選択する。ここでどちらを選択するかは通電開始
時のヒータ抵抗値により決定する。詳細は後述する。

【０１０１】ステップ６０５にて移行時の判定手段を全
導通制御継続時間と決定された場合はステップ６０６に
進み、目標ヒータ抵抗値とした場合はステッフ６１６に
進む。なお、通電開始時のヒータ抵抗値により決定した
移行時判定手段はイグニッションスイッチＯＦＦまで変
わらない。よって、イグニッションスイッチＯＮからＯ
ＦＦまでの一連のヒータ制御の中では、ステップ６０６
移行の制御あるいはステップ６１６以降の制御のいずれ
かのみを実施することとなる。

【０１０２】そして、ステップ６０６に進む場合、全導
通制御継続時間が１２ｓｅｃ以上経過したか否かを判定
する。ステップ６０６でＹＥＳと判定された場合は、こ
れ以上全導通制御を実施した場合、ヒータ２６の耐熱温
度を越える可能性がある領域であり、その場合はステッ
プ６０７以降の電力制御に以降する。なお、ヒータの昇
温性能及び耐熱限界により判定時間は決定され、本実施
例では１２ｓｅｃとした。ステップ６０６でＮＯと判定
された場合は、ステップ６２３に進み引き続きデューテ
ィ１００％の全導通制御を実施する。ステップ６０６で
ＹＥＳと判定された時はステップ６０７でフラグＦ１を
セットし、次回の演算はこれ以降の処理を繰り返す。

【０１０３】次のステップ６０８では素子直流インピー
ダンスが６００Ω以下であるか否かを判定する。ステッ
プ６０８でＮＯと判定された場合は、まだ素子温が上が
っておらず素子直流インピーダンスを検出できない状態
であり、その様な場合はステップ６１１にて固定の電力
を供給する。図２３に基づくとその時の電力は６０Ｗで
ある。なお、ステップ６０８の判定値はステップ６０４
と同一の値を用いるのが望ましい。ステップ６０８でＹ
ＥＳと判定された場合はステップ６０９に進み、ステッ
プ６１４と同様に素子直流インピーダンスに応じた電力
を供給する。

【０１０４】ステップ６０５の移行時判定手段として、
目標ヒータ抵抗値が用いられる場合はステップ６１６に
進む。ステップ６１６ではヒータ抵抗値が２．１Ω以上
であるか否かを判定する。ステップ６１６でＹＥＳと判
定された場合は、ヒータ温度抵抗特性のばらつき下限品
が耐熱温度を超える可能性があり、ステップ６１７以降
の電力制御に移行する。ステップ６１６でＮＯと判定さ
れた場合は、ステップ６２３に進み、引き続き全導通制
御を実施する。

【０１０５】ステップ６１７ではフラグＦ２をセット
し、次の演算ではステップ６０２にてＹＥＳと判断され
ることによりこれ以降を繰り返し制御する。次のステッ
プ６１８〜６２１は前述のステップ６０８〜６１１と同
様の制御であるため、説明を省略する。ここで、ステッ
プ６０９、６１１、６１４、６１９、６２１での電力供
給は図８のステップ２１４における２１Ｗの代わりに各
ステップ６０９、６１１、６１４、６１９、６２１で求
められた電力を設定してステップ２１５、２１７を実行
することにより、それぞれの設定電力をヒータ２６に供
給することができる。

【０１０６】次に、ステップ６０５で選択される全導通
制御継続時間あるいは目標ヒータ抵抗の決定法の詳細に
ついて説明する。図２６は移行時判定手段の決定法につ
いてのフローチャートを示す。本制御はイグニッション
スイッチがＯＮされてヒータ２６への通時開始される時
に１度だけ実施される。ステップ７０１ではヒータ電圧
及び電流を検出し、それに基づいてステップ７０２でヒ
ータ抵抗値を算出する。なお、ヒータ通電直後では突入
電流の影響で、正確なヒータ電圧、電流検出ができない
と判断される場合は、ヒータ通電後一定時間（例えば１
００ｍｓ後）経過後、検出を実施するようにすれば問題
はない。

【０１０７】次のステップ７０３ではステップ７０２で
算出されたヒータ抵抗値が１．２Ω以下であるか否かを
判定する。ステップ７０３でＹＥＳと判定された場合
は、ヒータ２６及び素子が冷間状態あるいは常温付近に
あると判断し、ステップ７０４に進んで、図２５のステ
ップ６０５での全導通制御から電力制御への移行タイミ
ングの判定結果として、全導通制御の継続時間を使用す
るように判定する。また、ステップ７０３でＮＯと判定
された場合は、ヒータ温が十分冷えておらず継続時間で
は耐熱温度を超える可能性があるとして、ステップ７０
６に進んで、図２５のステップ６０５での移行タイミン
グの判定結果として、目標ヒータ抵抗を使用するように
判定する。

【０１０８】なお、第７実施例において、図２２のの
一定電力制御を省略してからに直接移行する制御と
したり、の素子温フィードバック制御を省略しての
素子温応動電力制御でヒータ電力を制御し続けるように
してもよい。〔第８実施例〕本実施例は第６実施例のステップ６１６
における目標ヒータ抵抗を更新しながら同様のヒータ制
御を実施する。目標ヒータ抵抗の更新はヒータ温度抵抗
特性を検出し、その値に基づいて更新する。ヒータ温度
抵抗特性は供給電力、エンジン回転数及び吸気管圧力
（吸入空気量）よりヒータ温を推定し、またその時のヒ
ータ抵抗を検出することで得ることができる。また、第
７実施例においても第４〜第６実施例のようにヒータ温
を推定し、全導通制御から電力制御への移行タイミング
を判定する為の目標ヒータ抵抗値を更新するようにする
こともできる。

【０１０９】〔第９実施例〕第７実施例の電力制御はス
テップ６０９、６１９にて素子直流インピーダンスに応
じて供給電力を可変しているが、本実施例では電力制御
に移行してからの継続時間に対して供給電力を可変す
る。図２７に継続時間に対する供給電力を示すが、これ
はヒータ２６の昇温性能、耐熱温度等により変わる。図
２７には実線と破線との２つの例を示す。ここでは電力
を直線的に変化させているが、曲線にしてもよい。

【０１１０】〔第１０実施例〕第６実施例では、全導通
制御から電力制御への移行タイミングの判定を、ヒータ
冷間時（ヒータ２６への通電開始時のヒータ抵抗が所定
値以下の状態）はステップ６０６にて継続時間により行
っている。本実施例ではその代わりに、素子直流インピ
ーダンスによる判定を実施する。またさらに、素子直流
インピーダンスと全導通制御継続時間の２つから判定す
ることも可能である。

【０１１１】〔第１１実施例〕図２８に第１１実施例の
ヒータ制御のタイムチャートを示す。ヒータ制御はその
目的及び制御方法の違いから〜の部分に分かれてお
り、順にそれぞれ説明する。は全導通制御と呼ぶこと
とし、ヒータ２６及びセンサ素子の冷間時に最大電力を
ヒータ２６に供給して短時間でヒータ２６を初期加熱温
度まで加熱する制御である。実際には１００％のデュー
ティで電圧を印加する。

【０１１２】は電力制御と呼ぶこととする。これはヒ
ータ温が目標の上限温度となる様にヒータ２６に電力を
供給する。ここで、定常状態ではヒータ温は供給電力か
ら一義的に決まるため、ヒータ温度抵抗持性にばらつき
があっても、ある電力を供給すればヒータ２６は全て一
定の温度となる。しかしながらヒータ２６とセンサ素子
間の熱関係が過渡状態にある時、ヒータ温を一定にしよ
うとした場合、センサ素子温に応じて供給電力を変える
必要がある。すなわち、素子温が低い時はヒータ２６か
らの放熱量が多くなるため、電力を多く必要とし、逆に
素子温が高くなるとヒータ２６からの放熱量が減るた
め、少なめの電力でまかなうことができる。その関係を
図２３に示す。これはヒータ温を１２００℃に維持する
のに必要な電力を示す。

【０１１３】従って、は検出された素子直流インピー
ダンス（素子内部抵抗）に応じて、ヒータ２６に電力を
供給する。は素子温フィードバック制御と呼ぶことと
する。これは素子の活性状態を維持するための制御であ
り、素子直流インピーダンスが目標値ＺＤＣＤ：３０Ω
（素子温７００℃相当）になるように、ヒータ２６への
供給電力をフィードバック制御する。この素子温フィー
ドバック制御中において、ヒータ２６への供給電力が上
限値を越えると、ヒータ２６への供給電力を制限するよ
うにしてある。

【０１１４】次に各制御の移行タイミングについて説明
する。全導通制御から電力制御へは、ヒータ２６へ
の実供給電力積算量が目標積算供給電力（ヒータ２６へ
の全導通による通電が開始されてからヒータ２６の温度
が、ヒータ２６の耐熱限界温度付近の初期加熱温度：１
２００℃に達する様に初期ヒータ抵抗値に基づいて目標
積算供給電力が設定されている）に達し、かつヒータ抵
抗がヒータ抵抗学習値（後述する）に達した時にに移
行する。ここで、ヒータ抵抗温度特性の関係が図９に示
すごとく大きくばらつくことを考慮して、これらのうち
どの様なヒータ抵抗温度特性のヒータ２６を使用して
も、ヒータ２６の耐熱限界である１２００℃を越えない
ように、図９のばらつき上限のヒータ抵抗温度特性に基
づいて、初期ヒータ抵抗に基づく目標積算供給電力が設
定されてることは勿論である。

【０１１５】ここで、ヒータ２６への実供給電力積算量
が目標積算供給電力に達するのと、ヒータ抵抗値がヒー
タ抵抗学習値に達するのとの双方を満足するまで、全導
通制御を持続するのは、内燃機関の初期の運転におい
てヒータ抵抗学習値が学習されていない状態では、ヒー
タ抵抗学習値の初期値を比較的小さな値に初期設定して
おくことによって、供給電力積算量が目標積算供給電力
に達するまでヒータ２６に全導通制御により大電力を
供給するようにし、その後、ヒータ抵抗学習値が十分に
学習された後は、このヒータ抵抗学習値にヒータ抵抗値
が達するまでヒータ２６に全導通制御により大電力を
供給するように制御するためである。ここで、から
への移行時には、素子直流インピーダンスは、その値を
検出可能な６００Ω（図２３参照）より十分小さな値に
なっているため、の素子直流インピーダンスに応じた
ヒータ２６への供給電力制御が直ちに実行できる。

【０１１６】からへの移行タイミングは、素子直流
インピーダンスが目標値ＺＤＣＤと等しい切換え設定値
ＺＤＣＤ１：３０Ω（素子温７００℃相当）に達した時
である。ここで、切換え設定値ＺＤＣＤ１は目標値ＺＤ
ＣＤより若干高い値、または若干低い値に設定すること
もできる。また、このからへの移行タイミングにお
いて、ヒータ抵抗値を学習する。ここで、このヒータ抵
抗値の学習はからへの移行タイミングに限らず、
の電力制御の間であればヒータ温度が１２００℃近辺に
制御されていることからヒータ温度が１２００℃近辺に
おけるヒータ抵抗値の学習が可能である。これによっ
て、図９に示すごとく、ヒータ抵抗値とヒータ温度との
間に製品毎や経時変化によるばらつきが生あっても、ヒ
ータ温度が１２００℃近辺におけるヒータ抵抗値の学習
ができる。

【０１１７】このようにして学習されたヒータ抵抗値学
習値に達するまで、全導通制御によりヒータ２６に大
電力を供給することにより、高温で高耐久性を有する高
価な温度センサを用いることなく、しかもヒータ２６の
耐久性を悪化させることなく、酸素センサＳの早期活性
化を図ることができる。以上からを順に説明した
が、条件によってはいずれかの制御を飛ばして次の制御
を実施する場合もある。

【０１１８】次に図２９及び図３０において本実施例の
マイクロコンピュータ７０により１２８ｍｓ毎に実行さ
れるヒータ制御フローチャートについて説明する。ステ
ップ８０１ではイグニッションスイッチがＯＮされてい
るか否かを判断し、イグニッションスイッチがＯＮされ
ている時にはステップ８０２に進み、イグニッションス
イッチがＯＮされていない時にはステップ８０６に進
む。ステップ８０２ではイニシャル終了済フラグＸＩＮ
ＩＴが０か否かを判断し（このイニシャル終了済フラグ
ＸＩＮＩＴはイグニッションスイッチ投入時に０にリセ
ットされる）、イニシャル終了済フラグＸＩＮＩＴが０
の時にはステップ８０３に進み、イニシャル終了済フラ
グＸＩＮＩＴが０でない時にはステップ８０６に進む。

【０１１９】ステップ８０３ではヒータ２６に電力を供
給してその時に検出されたヒータ電流ＩＨとヒータ電圧
ＶＨとから求められたヒータ抵抗値ＲＨを初期ヒータ抵
抗値ＲＨＩＮＴとして検出する。次のステップ８０４で
は初期ヒータ抵抗値ＲＨＩＮＴに基づき目標積算供給電
力ＷＡＤＴＧを予めＲＯＭに記憶された図３７に示す様
なマップ（初期ヒータ抵抗値ＲＨＩＮＴが大きい程、す
なわち初期ヒータ温度が高い程、目標積算供給電力ＷＡ
ＤＴＧが少なくなり、初期ヒータ抵抗値が所定値、例え
ば１．９Ω以上のとき目標積算供給電力ＷＡＤＴＧが０
となるように設定されている）から検索、直線補間して
求める。次のステップ８０５では、イニシャル終了済フ
ラグＸＩＮＩＴを１にセットしてからステップ８０６に
進む。したがって、イグニッションスイッチが投入され
てから一度目標積算供給電力ＷＡＤＴＧが求められる
と、それ以降はステップ８０２で「ＮＯ」と判断されて
ステップ８０６にジャンプすることになる。

【０１２０】ステップ８０６では素子温フィードバック
実施フラグＸＥＦＢが１か否かが判断され、素子温フィ
ードバック実施フラグＸＥＦＢが１の時にはステップ８
４０へ進んで図２８のに示す素子温フィードバック制
御を実施し、素子温フィードバック実施フラグＸＥＦＢ
が１でない時にはステップ８０７へ進んで酸素センサＳ
の内部抵抗ＺＤＣ（後述する図３２のステップ８２２と
同様にして検出する）が素子温フィードバック実施温度
に対応する値ＺＤＣＤ１：３０Ω（素子温７００℃相
当）以下か否かを判断し、ＺＤＣがＺＤＣＤ１以下の場
合はステップ８１５に進み、ＺＤＣがＺＤＣＤ１以下で
ない場合はステップ８０８に進む。ステップ８０８では
その時に求められている実ヒータ抵抗値ＲＨがヒータ抵
抗学習値ＲＨＡＤＰ以上か否かを判断し、実ヒータ抵抗
値ＲＨがヒータ抵抗学習値ＲＨＡＤＰ以上の場合にはス
テップ８０９へ進み、実ヒータ抵抗値ＲＨがヒータ抵抗
学習値ＲＨＡＤＰ以上でない場合にはステップ８１０に
進んで図２８ので示す全通電制御を実行する。

【０１２１】また、ステップ８０９ではヒータ２６に供
給された実積算電力ＷＡＤＤが目標積算供給電力ＷＡＤ
ＴＧ以上か判断し、実積算電力ＷＡＤＤが目標積算供給
電力ＷＡＤＴＧ以上でない時にはステップ８１０に進
み、実積算電力ＷＡＤＤが目標積算供給電力ＷＡＤＴＧ
以上の時にはステップ８２０に進んで図２８のに示す
電力制御を実行する。また、ステップ８１５では電力制
御実施フラグＸＥＷＡＴが１か否かを判断し、電力制御
実施フラグＸＥＷＡＴが１でない時にはステップ８４０
に進み、電力制御実施フラグＸＥＷＡＴが１の時には電
力制御から素子温フィードバック制御への切換わり点で
あるため、ステップ８３０に進んでヒータ抵抗値をＲＨ
ＡＤＰとして学習した後ステップ８４０に進む。

【０１２２】次に、ステップ８１０の全通電制御の詳細
フローを図３１に示す。まず、ステップ８１１で全通電
制御実施フラグＸＥＦＰを１にセットした後、ステップ
８１２に進んでヒータ制御回路８０の制御デューティＨ
ＤＵＴＹを１００％デューティで制御して、ヒータ２６
にバッテリー８１より全電力を供給する。次いで、ステ
ップ８２０の電力制御の詳細フローを図３２に示す。ま
ず、ステップ８２１で全通電制御実施フラグＸＥＦＰを
０にリセットすると共に電力制御実施フラグＸＥＷＡＴ
を１にセットした後、ステップ８２２に進んで素子印加
電圧Ｖｎｅｇ及びセンサ電流検出回路５０にて検出した
負の電流Ｉｎｅｇにより素子直流インピーダンスＺＤＣ
を、ＺＤＣ＝Ｖｎｅｇ／Ｉｎｅｇとして算出する。次の
ステップ８２３では酸素センサＳの内部抵抗値ＺＤＣに
基づいて目標供給電力ＷＨＴＧを予めＲＯＭに記憶され
た図２３に示す様なマップから検索、直線補間して求め
る。次のステップ８２４では目標供給電力ＷＨＴＧと現
在の実際のヒータ電力ＷＨとからＷＨＴＧ／ＷＨ（％）
の演算によりヒータ制御回路８０の制御デューティＨＤ
ＵＴＹを設定する。

【０１２３】次に、ステップ８３０のヒータ抵抗学習の
詳細フローを図３３に示す。まず、ステップ８３１で現
在のヒータ抵抗値ＲＨが現在のヒータ抵抗学習値ＲＨＡ
ＤＰに対し±ＫＲＨＡＤＰの不感帯の範囲内にあるか否
かを判断し、不感帯の範囲内にある場合にはヒータ抵抗
学習値ＲＨＡＤＰを更新せずに本ルーチンを抜け、不感
帯の範囲内にない場合にはヒータ抵抗学習値ＲＨＡＤＰ
が所定値以上ずれているためステップ８３２に進んで、
現在のヒータ抵抗値ＲＨが現在のヒータ抵抗学習値ＲＨ
ＡＤＰより大きいか判断し、大きい場合にはステップ８
３３に進んでヒータ抵抗学習値ＲＨＡＤＰとして現在の
ヒータ抵抗値ＲＨ（電力制御実施中におけるヒータ抵抗
値ＲＨの平均値、中央値、積分値等を用いてもよい）を
セットし、大きくない場合にはヒータ抵抗学習値ＲＨＡ
ＤＰを更新せずに本ルーチンを抜ける。ここで、ヒータ
抵抗学習値ＲＨＡＤＰはイグニッションスイッチを切っ
た後もその値が保持されるバックアップＲＡＭに記憶す
るのが好ましい。

【０１２４】次いで、ステップ８４０の素子温フィード
バック制御の詳細フローを図３４に示す。まず、ステッ
プ８４１で全通電制御実施フラグＸＥＦＰ及び電力制御
実施フラグＸＥＷＡＴを０にリセットした後、ステップ
８４２に進んで素子印加電圧Ｖｎｅｇ及びセンサ電流検
出回路５０にて検出した負の電流Ｉｎｅｇにより素子内
部抵抗ＺＤＣを、ＺＤＣ＝Ｖｎｅｇ／Ｉｎｅｇとして算
出する。次のステップ８４３ではイグニッションスイッ
チをＯＮした後の時間をカウントするカウンタのカウン
ト値ＣＡＦＯＮが所定値ＫＣＡＦＯＮ（例えば、２４．
５秒）以上か否かを判断し、所定値ＫＣＡＦＯＮ以上の
場合にはステップ８４４み、所定値ＫＣＡＦＯＮ以上で
ない場合にはステップ８４５に進む。

【０１２５】ステップ８４５ではセンサ電流検出回路５
０にて検出した酸素センサＳの限界電流Ｉｐｏｓにより
排気ガス中の酸素濃度、すなわち、内燃機関の混合気の
空燃比を検出した後、ステップ８４６に進む。ステップ
８４６ではステップ８４５により検出された空燃比が１
２以上か否かを判断し、空燃比が１２以上の場合にはス
テップ８４７に進み、空燃比が１２以上でない場合には
ステップ８４８に進む。

【０１２６】ステップ８４４では比例項ＧＰと積分項Ｇ
Ｉと微分項ＧＤとを用いて、ＧＰ＋ＧＩ／１６＋ＧＤに
よりヒータ制御回路８０の制御デューティＨＤＵＴＹを
計算した後、ステップ８４９に進む。ステップ８４７で
は比例項ＧＰと積分項ＧＩとを用いて、ＧＰ＋ＧＩ／１
６によりヒータ制御回路８０の制御デューティＨＤＵＴ
Ｙを計算した後、ステップ８４９に進む。ここで、比例
項ＧＰは、ＧＰ＝ＫＰ×（ＺＤＣ−ＺＤＣＤ）により演
算され、積分項ＧＩは、ＧＩ＝前回のＧＩ＋ＫＩ×（Ｚ
ＤＣ−ＺＤＣＤ）により演算され、微分項ＧＤは、ＧＤ
＝ＫＤ×（今回のＺＤＣ−前回のＺＤＣ）により演算さ
れる。ここで、ＫＰ、ＫＩ、ＫＤは定数である。

【０１２７】ステップ８４８では前回の制御デューティ
ＨＤＵＴＹと、定数ＫＰＡと目標ヒータ抵抗値ＲＨＧ
（２．１Ω＝１０２０℃相当）とヒータ抵抗値ＲＨとを
用いて、前回のＨＤＵＴＹ＋ＫＰＡ×（ＲＨＧ−ＲＨ）
によりヒータ制御回路８０の制御デューティＨＤＵＴＹ
を計算した後、ステップ８４９に進む。ここで、空燃比
が１２以上でない場合にステップ８４８において、素子
温フィードバック制御をせずに、ヒータ抵抗フィードバ
ック制御を実行するのは、空燃比が１２以上でない場合
には酸素センサＳの特性上、ステップ８４４、８４７に
よる比例、積分、微分を用いた素子温フィードバック制
御が困難であるためである。そして、ステップ８４９で
は素子温フィードバック制御中におけるヒータ２６の供
給電力が上限値以上にならないようにガード処理する。

【０１２８】次いで、ステップ８４９の供給電力ガード
処理の詳細フローを図３５に示す。まず、ステップ８４
７１で素子温フィードバック制御中の設定フィードバッ
ク電力ＷＨＦＢをその時のヒータ電力ＷＨと制御デュー
ティＨＤＵＴＹとを乗算して求めた後、ステップ８４７
２に進む。ステップ８４７２では設定フィードバック電
力ＷＨＦＢが素子温フィードバック制御中の上限ガード
電力ＷＧＤ以下か否かを判断し、ＷＨＦＢがＷＧＤ以下
でない場合にはステップ８４７３に進み、ＷＨＦＢがＷ
ＧＤ以下の場合にはステップ８４７４に進む。ステップ
８４７３では設定フィードバック電力ＷＨＦＢを上限ガ
ード電力ＷＧＤに設定した後、供給電力ガード処理を終
了する。

【０１２９】ステップ８４７４ではヒータ抵抗ＲＨがヒ
ータ抵抗学習値ＲＨＡＤＰから定数ＫＲＨＦＢを減算し
た値より大きいか否かを判断し、ヒータ抵抗ＲＨがヒー
タ抵抗学習値ＲＨＡＤＰから定数ＫＲＨＦＢを減算した
値より大きい場合にはステップ８４７５に進み、ヒータ
抵抗ＲＨがヒータ抵抗学習値ＲＨＡＤＰから定数ＫＲＨ
ＦＢを減算した値より大きくない場合には供給電力ガー
ド処理を終了する。ステップ８４７５では前回の制御デ
ューティＨＤＵＴＹから定数ＫＨＤＦＢを減算して今回
の制御デューティＨＤＵＴＹとする。

【０１３０】次に、ヒータ２６の制御周期（１２８ms）
ごとに実行されるヒータ演算値処理を図３６において説
明する。まず、ステップ８５１で電流検出抵抗８２にて
ヒータ電流値ＩＨを検出した後、次のステップ８５２で
ヒータ電圧ＶＨを検出する。次のステップ８５３ではヒ
ータ電圧ＶＨをヒータ電流値ＩＨで除算してヒータ抵抗
値ＲＨを求め、次のステップ８５４でヒータ電圧ＶＨと
ヒータ電流値ＩＨとを乗算して今回のヒータ供給電力Ｗ
Ｈを求めた後、次のステップ８５５で前回の実ヒータ供
給電力積算値ＷＡＤＤに今回のヒータ供給電力ＷＨを加
算して今回の実ヒータ供給電力積算値ＷＡＤＤを求め
る。そして、これらの求められた値が図２９〜図３５に
おいて適宜用いられる。

【０１３１】〔第１２実施例〕上述した第１１実施例で
は、酸素センサＳの素子自体は冷えていないのにヒータ
２６が冷えている状態、例えば、排気温で酸素センサＳ
の素子部分は温まっていて、素子温フィードバック制御
によりヒータ電力が少ない状態で制御されている時に内
燃機関を停止し、その直後に内燃機関を再始動したとき
等には、ヒータ初期抵抗値ＲＨＩＮＴのみで目標積算供
給電力ＷＡＤＴＧを決めると、素子が異常高温となり、
素子破壊に至る可能性がある。そこで、空燃比の検出を
必要としない初期に素子温とヒータ温とを検出し、その
値から目標積算供給電力ＷＡＤＴＧを決める。さらに、
初期素子温が所定値以上のときには全導通制御を禁止
することにより、素子の耐久性をより向上したものであ
る。

【０１３２】また、ヒータ温が目標温度となるために必
要な積算供給電力は基本的には一定であるが、ヒータ２
６の放熱作用により、ヒータ温を目標温度とするために
必要な積算供給電力は変わってくる。ここで、ヒータ２
６の放熱量はヒータ温と素子温との差と電力供給時間と
の積により求められる。また、ヒータ２６に印加される
バッテリー８１の電圧が低いと、ヒータ２６に供給され
る電力が低くなるため、全電力供給時間を長く必要とす
る。そこで、ヒータ初期抵抗値ＲＨＩＮＴによって求め
られた目標積算供給電力ＷＡＤＴＧを、ヒータ温、素子
温、全電力供給時間、バッテリー電圧（ヒータ電圧）の
組合せ（いずれか１つでもよい）で補正することが有効
となる。

【０１３３】以下本実施例のマイクロコンピュータ７０
により実行されるヒータ制御のフローチャートを図３９
〜図４２により前述した第１１実施例と相違する部分に
ついてのみ説明する。上記第１１実施例における図３１
〜図３５のフローチャートは本実施例も同じものが用い
られる。図３９は図２９の代わりに用いられるもので、
ステップ８０３の後に、ステップ８１６に進んで、酸素
センサＳに負バイアス電圧Ｖｎｅｇを印加した後、ステ
ップ８１７に進んで温度電流Ｉｎｅｇを検出し、次のス
テップ８１８で初期素子インピーダンスＺＤＣを、ＺＤ
Ｃ＝Ｖｎｅｇ／Ｉｎｅｇとして算出した後、ステップ８
０４に進む。

【０１３４】ステップ８０４では、初期ヒータ抵抗値Ｒ
ＨＩＮＴおよび初期素子インピーダンスＺＤＣに基づき
初期目標積算供給電力ＷＡＤＴＧを予めＲＯＭに記憶さ
れた図４３に示す様なマップ（初期ヒータ抵抗値ＲＨＩ
ＮＴが大きい程、すなわち初期ヒータ温度が高い程、初
期目標積算供給電力ＷＡＤＴＧが少なくなり、また、初
期素子インピーダンスＺＤＣが小さい程、すなわち初期
素子温度が高い程、初期目標積算供給電力ＷＡＤＴＧが
少なくなり、初期素子温度が所定値、例えば１００Ω以
下のとき初期目標積算供給電力ＷＡＤＴＧが０となるよ
うに設定されている）から検索、直線補間して求める。

【０１３５】図４０は図３０の代わりに用いられるもの
で、ステップ８０７でＺＤＣ≦ＺＤＣＤ１でないと判断
されるとステップ８１１に進んで初期目標積算供給電力
ＷＡＤＴＧが０か否かを判断し、初期目標積算供給電力
ＷＡＤＴＧが０でないと判断するとステップ８０８に進
み、初期目標積算供給電力ＷＡＤＴＧが０であると判断
するとステップ８２０に進んで電力制御を実行してステ
ップ８１０の全通電制御の実行を強制的に禁止する。ま
た、ステップ８０９では実積算電力ＷＡＤＤ≧補正後目
標積算供給電力ＷＡＤＴＧＶか否かを判断する。

【０１３６】図４１、図４２は図３６の代わりに用いら
れるもので、ステップ８５５の後にステップ８５６に進
んで、初期目標積算供給電力ＷＡＤＴＧが下限目標積算
供給電力ＫＷＡＤＴＧ以上か否かを判断する。ステップ
８５６で、初期目標積算供給電力ＷＡＤＴＧが下限目標
積算供給電力ＫＷＡＤＴＧ以上であると判断されるとス
テップ８５７に進み、初期目標積算供給電力ＷＡＤＴＧ
が下限目標積算供給電力ＫＷＡＤＴＧ以上でないと判断
されるとステップ８６５に進む。

【０１３７】ステップ８５７では全通電制御フラグが１
か否かを判断し、全通電制御フラグが１であると判断す
るとステップ８５８に進み、全通電制御フラグが１でな
いと判断するとステップ８６５に進む。ステップ８５８
では、イグニッションスイッチをＯＮしてから３秒経過
したか否かを判断し、イグニッションスイッチをＯＮし
てから３秒経過したと判断するとステップ８５９に進
み、イグニッションスイッチをＯＮしてから３秒経過し
ていないと判断するとステップ８６５に進む。

【０１３８】ステップ８５９ではガード外フラグＸＥＦ
ＰＨが０か否かを判断し、ガード外フラグＸＥＦＰＨが
０であると判断するとステップ８６０に進み、ガード外
フラグＸＥＦＰＨが０でないと判断するとステップ８６
５に進む。このガード外フラグＸＥＦＰＨはイグニッシ
ョンスイッチの投入時に０にリセットされている。ステ
ップ８６０では現在のバッテリー電圧（ヒータ電圧）Ｖ
Ｈ、現在のヒータ抵抗ＲＨ、現在の素子インピーダンス
ＺＤＣに応じて目標積算供給電力更新量ＷＡＤＴＧＨ
を、予めＲＯＭに記憶されたマップから検索、直線補間
して求める。ここで、バッテリー電圧（ヒータ電圧）Ｖ
Ｈに対する目標積算供給電力更新量は図４４に示すごと
く、バッテリ電圧ＶＨが高くなる程、少なくなるように
設定され、また、図４５に示すごとく、ヒータ温と素子
温との差が大きくなる程、目標積算供給電力更新量が多
くなるように設定されている。

【０１３９】次のステップ８６１では前回の目標積算供
給電力補正量ＷＡＤＴＧＨＡに目標積算供給電力更新量
ＷＡＤＴＧＨを加算して今回の目標積算供給電力補正量
ＷＡＤＴＧＨＡを求めた後、ステップ８６２に進む。ス
テップ８６２では今回の目標積算供給電力補正量ＷＡＤ
ＴＧＨＡが下限目標積算供給電力補正量ＫＷＡＤＴＧＨ
ＡＬと上限目標積算供給電力補正量ＫＷＡＤＴＧＨＡＨ
との範囲内にあるか否かを判断し、今回の目標積算供給
電力補正量ＷＡＤＴＧＨＡが下限目標積算供給電力補正
量ＫＷＡＤＴＧＨＡＬと上限目標積算供給電力補正量Ｋ
ＷＡＤＴＧＨＡＨとの範囲内にあると判断すると、ステ
ップ８６３に進み、範囲内にないと判断すると、ステッ
プ８６４に進む。ステップ８６３では初期目標積算供給
電力ＷＡＤＴＧに今回の目標積算供給電力補正量ＷＡＤ
ＴＧＨＡを加算して補正目標積算供給電力ＷＡＤＴＧＶ
を算出した後、ステップ８６６に進んでガード外フラグ
ＸＥＦＰＨを０にリセットして本ルーチンを抜ける。

【０１４０】このように、全導通制御期間の間、演算周
期の１２８ms毎にステップ８６１で目標積算供給電力補
正量ＷＡＤＴＧＨＡが目標積算供給電力更新量ＷＡＤＴ
ＧＨを用いて加算更新され、この加算更新された目標積
算供給電力補正量ＷＡＤＴＧＨＡを用いて目標積算供給
電力ＷＡＤＴＧを補正することにより、バッテリー電圧
（ヒータ電圧）と、ヒータ温と素子温との差と、全電力
供給期間とに応じて目標積算供給電力ＷＡＤＴＧＶが補
正されることになる。ここで、図４４、図４５のマップ
は必ずしも双方を使用しなくても、いずれか一方のみを
使用しても目標積算供給電力の補正効果はある程度得ら
れる。

【０１４１】ステップ８６４ではガード外フラグＸＥＦ
ＰＨを１にセットした後、ステップ８６５に進んで補正
目標積算供給電力ＷＡＤＴＧＶを初期目標積算供給電力
ＷＡＤＴＧに設定して本ルーチンを抜ける。なお、第１
２実施例において、図３９の代わりに第１１実施例の図
２９のフローチャートを用いる、または、図４１、４２
の代わりに第１１実施例の図３６のフローチャートを用
いる、のいずれかにしてもよい。

【０１４２】〔その他の実施例〕なお、上述した各実施
例においては、ヒータ抵抗や素子内部抵抗によりヒータ
温や素子温を推定するようにしたが、ヒータ温や素子温
を温度センサにより検出するようにしてもよい。ただ
し、１２００°以上の高温が検出可能で高耐久性を持つ
高価な熱電対式の温度センサを使用する必要がある。

【０１４３】また、上述した各実施例においては、ヒー
タ２６への通電開始時に１００％の全電力をヒータ２６
へ供給するようにしたが、８０〜１００％の範囲のうち
の全電力近傍の電力をヒータ２６に供給するようにすれ
ばよい。また、図３０、図４０のステップ８２０におけ
る電力制御は、図３２における素子インピーダンスＺＤ
Ｃに応じたヒータ電力制御に限らず、前述した第１〜第
１０実施例で説明したごとき、図４ので示すようなヒ
ータ温上限ホールド制御、図１１の定電力制御、図２２
の、の電力制御のいずれかを用いてヒータ電力を制
御するようにしてもよく、また、特開昭６１−１３２８
５１号公報に記載されるように機関回転数と吸気管圧力
（または吸入空気量）に基づいてマップにより目標電力
を求めて、ヒータ温が１２００°近傍になるようにヒー
タ電力を制御するようにしてもよい。また、これらのヒ
ータ電力制御によってヒータ温が１２００°近傍になる
よう制御されるため、図３０、図４０のステップ８４０
の素子温フィードバック制御は省略することもできる
（素子温フィードバック制御を用いた方が素子温を良好
に所定値に保ことができることは勿論である）。

【０１４４】また、第１１、１２実施例の目標積算供給
電力に基づく全電力供給制御は、第１〜第１０実施例の
各全電力供給制御と組み合わせて使用するようにしても
よい。〔実施例と発明との対応〕なお、センサ電流検出回路５
０、ステップ１０４、ステップ２０３、８２２、８４２
が本発明の素子温検出手段及び素子抵抗検出手段に相当
し、電流検出抵抗８２、ステップ１０４、ステップ２０
６、８５３が本発明のヒータ温検出手段及びヒータ抵抗
検出手段に相当し、ステップ２０５が本発明のヒータ電
圧検出手段およびヒータ電流検出手段に相当し、ステッ
プ１０６、１１１、２０４、２１１、８４０、１０５０
が本発明の素子温応動通電制御手段に相当し、ステップ
１０７、１０７’、１０８、２０７、２０７’、２０
８、３０７、８１０、１０７０が本発明の全電力供給手
段に相当し、ステップ１０７、１０７’、２０７、２０
７’が本発明の初期加熱温度検出手段に相当し、ステッ
プ３０７が本発明のタイマー手段に相当する。

【０１４５】また、ステップ１０７、１０７’、１０
８、１１０が本発明の電力制御手段としてのヒータ温応
動通電制御手段及びヒータ温フィードバック制御手段に
相当し、ステップ２１３〜２１５、２１７が本発明の電
力制御手段としてのヒータ温応動通電制御手段及びヒー
タ定電力制御手段に相当し、ステップ１０５、１１３、
１１４が本発明の素子温フィードバック中断手段に相当
し、ステップ１１５、１１８が本発明の素子温応動電圧
印加中止手段に相当し、ステップ１１６、１１６’、１
１８が本発明のヒータ温応動電圧印加中止手段に相当
し、ステップ２１２、２１９、２２０が本発明の初期デ
ューティ設定手段に相当し、ステップ２２２、２２
２’、２２３が本発明のデューティ急減手段に相当し、
ステップ２１４、２１５が本発明のデューティ漸増手段
に相当する。

【０１４６】また、ステップ４０１〜４１５が本発明の
ヒータ温度推定手段に相当し、ステップ４０１〜４０７
が本発明の定常時ヒータ温度決定手段に相当し、ステッ
プ４０８が本発明の時定数決定手段に相当し、ステップ
４１３が本発明のヒータ温度演算手段に相当し、ステッ
プ５０１〜５１２、５０７’、５２０〜５２７、５２
０’、５２３’が本発明の目標抵抗値算出手段に相当
し、ステップ５０３が本発明のヒータ抵抗演算手段に相
当し、ステップ１０３０が本発明の電力制御手段に相当
し、ステップ６１１、６２１が本発明の電力制御手段と
しての一定電力供給手段に相当し、ステップ６０９、６
１４、６１９、８２０が本発明の電力制御手段としての
素子温応動電力供給手段に相当し、ステップ６０５、６
０６、６１６、７０１〜７０６が本発明の判定手段に相
当する。

【０１４７】さらに、ステップ８０３が本発明のヒータ
抵抗値検出手段に相当し、ステップ８０４が本発明の目
標積算供給電力設定手段に相当し、ステップ８０８が本
発明のヒータ抵抗値判断手段に相当し、ステップ８０９
が本発明の積算電力到達判断手段に相当し、ステップ８
３０が本発明のヒータ抵抗学習手段に相当し、ステップ
８４９が本発明の電力制限手段に相当し、ステップ８５
５が本発明の実積算電力演算手段に相当し、ステップ８
１８が本発明の初期素子温検出手段に相当し、ステップ
８０４、８１１が本発明の全電力供給禁止手段に相当
し、ステップ８５６〜ステップ８６６が本発明の目標積
算供給電力補正手段に相当する。

【０１４８】

【発明の効果】これにより、通電初期にヒータ温が所定
の初期加熱温度になるまで全電力近傍の電力をヒータに
供給すると共に、その後、ヒータ温が所定値になるよう
にヒータへの通電を制御することで、ヒータの断線を防
止しつつ、短時間で酸素センサを活性化することができ
るのみならず、酸素センサの素子温が所定値に達した後
は、素子温に応じてヒータへの通電を制御することで、
排気温度等の周囲環境の影響を受けることなく、酸素セ
ンサの活性状態を維持することができると共に、素子の
破損も防止することができ、ヒータ並びに素子の耐久性
が優れたものを得ることができるという優れた効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】特許請求の範囲の記載に対する対応図である。

【図２】本発明の第１実施例を示すブロック回路図であ
る。

【図３】（Ａ）は図２の酸素センサのセンサ本体の拡大
断面図であり、（Ｂ）は当該酸素センサの限界電流ー電
圧特性を温度をパラメータとして示すグラフである。

【図４】上記第１実施例の作動説明に供するタイムチャ
ートである。

【図５】図２のマイクロコンピュータの作用を示すフロ
ーチャートである。

【図６】素子温と素子直流インピーダンスとの関係を示
す特性図である。

【図７】ヒータ温とヒータ抵抗との関係を示す特性図で
ある。

【図８】本発明の第２実施例におけるマイクロコンピュ
ータの作用を示すフローチャートである。

【図９】ヒータ温とヒータ抵抗との関係を示す特性図で
ある。

【図１０】ヒータ温と供給電力との関係を示す特性図で
ある。

【図１１】上記第２実施例の作動説明に供するタイムチ
ャートである。

【図１２】本発明の第３実施例におけるマイクロコンピ
ュータの作用を示すフローチャートである。

【図１３】本発明の第４実施例におけるマイクロコンピ
ュータの作用を示すフローチャートである。

【図１４】定常ヒータ温度マップを示す図である。

【図１５】電力補正ヒータ温度マップを示す図である。

【図１６】時定数マップを示す図である。

【図１７】（ａ）、（ｂ）は上記第４実施例を適用した
場合の図５の相違部分を示すフローチャートであり、
（ｃ）、（ｄ）は上記第４実施例を適用した場合の図１
２の相違部分を示すフローチャートである。

【図１８】本発明の第５実施例におけるマイクロコンピ
ュータの作用を示すフローチャートである。

【図１９】本発明の第５実施例におけるマイクロコンピ
ュータの作用を示すフローチャートである。

【図２０】本発明の第６実施例におけるマイクロコンピ
ュータの作用を示すフローチャートである。

【図２１】本発明の第６実施例におけるマイクロコンピ
ュータの作用を示すフローチャートである。

【図２２】本発明の第７実施例の作動説明に供するタイ
ムチャートである。

【図２３】ヒータを１２００°Ｃに保持するのに必要な
供給電力を示す特性図である。

【図２４】本発明の第７実施例におけるマイクロコンピ
ュータの作用を示すフローチャートである。

【図２５】本発明の第７実施例におけるマイクロコンピ
ュータの作用を示すフローチャートである。

【図２６】本発明の第７実施例におけるマイクロコンピ
ュータの作用を示すフローチャートである。

【図２７】電力制御継続時間に対する供給電力を示す特
性図である。

【図２８】本発明の第１１実施例の作動説明に供するタ
イムチャートである。

【図２９】本発明の第１１実施例におけるマイクロコン
ピュータの作用を示すフローチャートである。

【図３０】本発明の第１１実施例におけるマイクロコン
ピュータの作用を示すフローチャートである。

【図３１】本発明の第１１実施例におけるマイクロコン
ピュータの全通電制御の作用を示すフローチャートであ
る。

【図３２】本発明の第１１実施例におけるマイクロコン
ピュータの電力制御の作用を示すフローチャートであ
る。

【図３３】本発明の第１１実施例におけるマイクロコン
ピュータのヒータ抵抗学習ルーチンの作用を示すフロー
チャートである。

【図３４】本発明の第１１実施例におけるマイクロコン
ピュータの素子温フィードバック制御の作用を示すフロ
ーチャートである。

【図３５】本発明の第１１実施例におけるマイクロコン
ピュータの供給電力ガード処理の作用を示すフローチャ
ートである。

【図３６】本発明の第１１実施例におけるマイクロコン
ピュータのヒータ演算値処理の作用を示すフローチャー
トである。

【図３７】ヒータ抵抗初期値に対する目標積算供給電力
を示す特性図である。

【図３８】バイアス制御回路の詳細構成を示す電気回路
図である。

【図３９】本発明の第１２実施例におけるマイクロコン
ピュータの作用を示すフローチャートである。

【図４０】本発明の第１２実施例におけるマイクロコン
ピュータの作用を示すフローチャートである。

【図４１】本発明の第１２実施例におけるマイクロコン
ピュータのヒータ演算値処理の作用を示すフローチャー
トである。

【図４２】本発明の第１２実施例におけるマイクロコン
ピュータのヒータ演算値処理の作用を示すフローチャー
トである。

【図４３】ヒータ抵抗初期値及び素子初期インピーダン
スに対する目標積算供給電力を示す特性図である。

【図４４】バッテリー電圧に対する目標積算供給電力更
新量を示す特性図である。

【図４５】ヒータ温−素子温に対する目標積算供給電力
更新量を示す特性図である。

【符号の説明】

Ｓ酸素センサ２０センサ本体２６ヒータ４０バイアス制御回路５０センサ電流検出回路７０マイクロコンピュータ８０ヒータ制御回路８１バッテリー８２電流検出抵抗。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者溝口朝道愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内 (72)発明者長谷川純愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内 (56)参考文献特開平６−194338（ＪＰ，Ａ) 特開平８−15215（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 27/409 F02D 41/14 310 G01N 27/41

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】酸素センサの素子温を検出する素子温検
出手段と、前記酸素センサを加熱するヒータと、前記ヒータの温度を検出するヒータ温度検出手段と、前記ヒータへの通電を開始してから前記ヒータの温度が
初期加熱温度に達するまで前記ヒータに電源より全電力
近傍の電力を供給する全電力供給手段と、前記全電力供給手段による前記ヒータの加熱により前記
ヒータの温度が前記初期加熱温度に達すると前記ヒータ
温検出手段により検出されたヒータ温に応じて前記ヒー
タへの通電を制御するヒータ温応動通電制御手段と、前記ヒータ温応動通電制御手段による前記ヒータの加熱
により前記素子温検出手段により検出された前記素子温
が所定値に達すると、前記素子温検出手段により検出さ
れた前記素子温に応じて前記前記ヒータへの通電を制御
する素子温応動通電制御手段とを備える酸素センサのヒ
ータ制御装置。
【請求項２】酸素センサを加熱するヒータを制御する
方法であって、以下のステップを備える。前記ヒータへ
の通電を開始してから前記ヒータの温度が限界耐熱温度
より若干低い値に設定した設定値に達するまで前記ヒー
タに全電力近傍の電力を供給する第１ステップ、前記第１ステップの実行により前記ヒータの温度が前記
設定値に達すると、前記ヒータの温度が前記設定値に対
応する温度になるように前記ヒータへの通電を制御する
第２ステップ、及び前記第２ステップの実行により前記酸素センサの素
子温が目標値に達すると前記酸素センサの素子温度が目
標値になるように前記ヒータへの通電をフィードバック
制御する第３のステップ。
【請求項３】前記全電力供給手段は、前記ヒータに前
記電源より１００％の電圧を供給する手段を含み、前記ヒータ温応動通電制御手段は、前記ヒータ温検出手
段により検出された前記ヒータ温が所定値になるように
前記電源より前記ヒータに供給される電力をフィードバ
ック制御するヒータ温フィードバック制御手段を含む請
求項１記載の酸素センサのヒータ制御装置。
【請求項４】前記素子温検出手段は、前記酸素センサ
の内部抵抗を前記素子温に相当する値として検出する手
段よりなる請求項１または３記載の酸素センサのヒータ
制御装置。
【請求項５】前記ヒータに印加される電圧を検出する
ヒータ電圧検出手段をさらに備え、前記全電力供給手段は、前記ヒータに前記電源より１０
０％の電圧を供給する手段を含み、前記ヒータ温検出手段は、前記ヒータに流れる電流を検
出するヒータ電流検出手段よりなり、前記ヒータ温応動通電制御手段は、前記ヒータ電流検出
手段により検出した前記ヒータ電流と前記ヒータ電圧検
出手段により検出した前記ヒータ電圧とに応じて、前記
ヒータへの供給電力を所定の値に定電力制御するヒータ
定電力制御手段よりなる請求項１記載の酸素センサのヒ
ータ制御装置。
【請求項６】酸素センサの内部抵抗を検出する素子抵
抗検出手段と、前記酸素センサを加熱するヒータと、前記ヒータに流れる電流を検出するヒータ電流検出手段
と、前記ヒータに印加される電圧を検出するヒータ電圧検出
手段と、前記ヒータへの通電を開始してから前記ヒータの温度が
初期加熱温度に達するまで前記ヒータに電源より全電力
近傍の電力を供給する全電力供給手段と、前記全電力供給手段による前記ヒータの加熱により前記
ヒータの温度が前記初期加熱温度に達すると前記ヒータ
電流検出手段により検出されたヒータ電流と前記ヒータ
電圧検出手段により検出されたヒータ電圧とに応じて所
定の定電力になるように前記ヒータへの供給電力を制御
するヒータ定電力制御手段と、前記ヒータ定電力制御手段による前記ヒータの加熱によ
り前記素子抵抗検出手段により検出された前記素子抵抗
が所定の素子温に対応する所定値に達すると、前記素子
抵抗検出手段により検出された前記素子の内部抵抗に応
じて前記ヒータへの通電を制御する素子温応動通電制御
手段とを備える酸素センサのヒータ制御装置。
【請求項７】前記全電力供給手段は、前記ヒータ温検
出手段により検出したヒータ温が前記初期加熱温度に達
するのを検出する初期加熱温度検出手段を含む請求項
１、３〜６のうちいずれか１つに記載の酸素センサのヒ
ータ制御装置。
【請求項８】前記全電力供給手段は、前記ヒータへの
通電を開始してから前記ヒータ温が前記初期加熱温度に
達するのに対応する時間の経過を検出するタイマー手段
を含む請求項１、３〜６のうちいずれか１つに記載の酸
素センサのヒータ制御装置。
【請求項９】前記素子温応動通電制御手段は、前記酸
素センサの素子温が目標値になるように前記ヒータに供
給される電力をフィードバック制御する手段を含む請求
項１、３〜８のうちいずれか１つに記載の酸素センサの
ヒータ制御装置。
【請求項１０】前記ヒータの初期加熱温度は、前記素
子温の目標値より高く、かつ前記ヒータの限界耐熱熱温
度より低い値に設定されている請求項９に記載の酸素セ
ンサのヒータ制御装置。
【請求項１１】前記素子温応動通電制御手段による、
フィードバック制御実行中において、前記酸素センサの
素子温が前記目標値より所定限界値以上低くなると前記
素子温応動通電制御手段による、フィードバック制御の
実行を中断して前記ヒータ温応動通電制御手段による制
御を再開する素子温フィードバック中断手段をさらに備
える請求項９または１０記載の酸素センサのヒータ制御
装置。
【請求項１２】前記酸素センサの素子温が限界耐熱温
度に対応した値に達すると直ちに前記ヒータへの電圧印
加を中止する素子温応動電圧印加中止手段をさらに備え
る請求項１、３〜１１のうちいずれか１つに記載の酸素
センサのヒータ制御装置。
【請求項１３】前記ヒータの温度が限界耐熱温度に対
応した値に達すると直ちに前記ヒータへの電圧印加を中
止するヒータ温応動電圧印加中止手段をさらに備える請
求項１、３〜１２のうちいずれか１つに記載の酸素セン
サのヒータ制御装置。
【請求項１４】前記ヒータ定電力制御手段は、前記ヒ
ータに供給される電圧をデューティ制御することにより
前記ヒータへの供給電力を制御する手段を含み、前記ヒータの温度が限界耐熱温度に対応した値に達する
と前記ヒータ定電力制御手段により制御される前記デュ
ーティを急減するデューティ急減手段をさらに備える請
求項５または６に記載の酸素センサのヒータ制御装置。
【請求項１５】前記ヒータ定電力制御手段は、前記全電力供給手段による前記ヒータの加熱により前記
ヒータの温度が前記初期加熱温度に達した直後に前記ヒ
ータに対して比較的小さな初期デューティを設定する初
期デューティ設定手段と、前記初期デューティ設定手段により設定された初期デュ
ーティによる前記ヒータの供給電力を目標電力に徐々に
近づけるようにデューティを漸増させるデューティ漸増
手段とを含む請求項５または６または１４に記載の酸素
センサのヒータ制御装置。
【請求項１６】前記酸素センサは内燃機関の排気経路
に備えられ、前記ヒータ温度検出手段は、内燃機関の回転数、吸気管
圧力と吸入空気量とのいずれか一方、ヒータ電圧及びヒ
ータ電流から前記ヒータの温度を推定するヒータ温度推
定手段を含む請求項１に記載の酸素センサのヒータ制御
装置。
【請求項１７】前記ヒータ温度推定手段は、内燃機関
の定常状態でのヒータ温度を、前記回転数、前記吸気管
圧力と吸入空気量とのいずれか一方、前記ヒータ電圧及
び前記ヒータ電流から一義的に決定する定常時ヒータ温
度推定手段を含む請求項１６に記載の酸素センサのヒー
タ制御装置。
【請求項１８】前記ヒータ温度推定手段は、内燃機関
の定常状態でのヒータ温度を、前記回転数、前記吸気管
圧力と吸入空気量とのいずれか一方、前記ヒータ電圧及
び前記ヒータ電流から一義的に決定する定常時ヒータ温
度決定手段と、内燃機関過渡時の時定数を、前記回転数
と吸気管圧力と吸入空気量とのいずれか一方とで一義的
に決定する時定数決定手段と、前記定常状態でのヒータ
温度と前記過渡時の時定数とを用いて前記ヒータの温度
を演算するヒータ温度決定手段とを含む請求項１６に記
載の酸素センサのヒータ制御装置。
【請求項１９】前記時定数決定手段は、前記回転数お
よび，吸気管圧力と吸入空気量とのいずれか一方の変化
に対する時定数と、前記ヒータへの供給電力変化に対す
る時定数との２つを持つ請求項１８に記載の酸素センサ
のヒータ制御装置。
【請求項２０】前記ヒータ温度推定手段により推定さ
れたヒータ温度より目標ヒータ抵抗値を算出する目標抵
抗値算出手段と、前記ヒータ電圧及び前記ヒータ電流に
よりヒータ抵抗を求めるヒータ抵抗演算手段とをさらに
備え、前記ヒータ温応動通電制御手段は、前記ヒータ抵抗演算
手段により求められた前記ヒータ温が前記目標ヒータ抵
抗値になるように、前記電源より前記ヒータに供給され
る電力をフィードバック制御するヒータ温フィードバッ
ク制御手段を含む請求項１６〜１９のうちいずれか１つ
に記載の酸素センサのヒータ制御装置。
【請求項２１】前記ヒータ温応動通電制御手段は、ヒ
ータ電流とヒータ電圧とに応じて前記ヒータへの供給電
力を所定の値に制御する電力制御手段よりなり、前記電力制御手段は、前記酸素センサの内部抵抗が素子
温に相当する値として検出不可能な領域では前記ヒータ
に対し一定の電力を供給する一定電力供給手段と、前記
酸素センサの内部抵抗が素子温に相当する値として検出
可能な領域になると前記ヒータに対し前記素子温に応じ
た電力を供給する素子温応動電力供給手段とを含む請求
項４に記載の酸素センサのヒータ制御装置。
【請求項２２】前記全電力供給手段による制御から前
記電力制御手段による制御への切り換えの判定に、前記
ヒータへの通電開始時のヒータ温に基づいて、前記ヒー
タへの通電開始からの経過時間と前記ヒータの抵抗値と
のいずれかを選択的に使用する判定手段を備える請求項
２０に記載の酸素センサのヒータ制御装置。
【請求項２３】酸素センサの素子温を検出する素子温
検出手段と、酸素センサを加熱するヒータと、前記ヒータへの通電を開始してから前記ヒータの温度が
初期加熱温度に達するまで前記ヒータに電源より全電力
近傍の電力を供給する全電力供給手段と、前記全電力供給手段による前記ヒータの加熱により前記
ヒータの温度が前記初期加熱温度に達すると、ヒータ温
度が所定温度を保つ様に前記素子温検出手段の検出した
素子温に応じた電力を前記ヒータに供給する素子温応動
電力供給手段と、前記素子温応動電力供給手段による前記ヒータ加熱によ
り、前記素子温検出手段により検出された前記素子温が
所定値に達すると、前記素子温検出手段により検出され
た前記素子温に応じて前記ヒータへの通電を制御する素
子温応動通電制御手段とを備える酸素センサのヒータ制
御装置。
【請求項２４】前記ヒータの温度が前記初期加熱温度
になるのに対応する前記ヒータへの目標積算供給電力を
設定する目標積算電力設定手段と、前記ヒータへの実供給電力積算値を算出する実積算電力
算出手段と、前記ヒータへの通電を開始してから前記実積算電力算出
手段により算出された実供給電力積算値が前記目標積算
電力設定手段により設定さた目標積算供給電力に達する
と、前記初期加熱温度に達したと判断する積算電力到達
判断手段とを備える請求項１、３〜２３のうちいずれか
１つに記載の酸素センサのヒータ制御装置。
【請求項２５】酸素センサを加熱するヒータと、前記ヒータの温度が初期加熱温度になるのに対応する前
記ヒータへの目標積算供給電力を設定する目標積算電力
設定手段と、前記ヒータへの実供給電力積算値を算出する実積算電力
算出手段と、前記ヒータへの通電を開始してから前記実積算電力算出
手段により算出された実供給電力積算値が前記目標積算
電力設定手段により設定さた目標積算供給電力に達した
か否を判断する積算電力到達判断手段と、前記ヒータへの通電を開始してから前記積算電力到達判
断手段によって前記実供給電力積算値が前記目標積算供
給電力に達したのが判断されるまで前記ヒータに電源よ
り全電力近傍の電力を供給する全電力供給手段と、前記全電力供給手段による前記ヒータの加熱により前記
積算電力到達判断手段によって前記実供給電力積算値が
前記目標積算供給電力に達したのが判断されると、ヒー
タ温度が所定温度になる様に前記ヒータに供給される電
力を制御する電力制御手段とを備える酸素センサのヒー
タ制御装置。
【請求項２６】酸素センサの素子温を検出する素子温
検出手段を備え、前記電力制御手段は、前記ヒータ温度
が所定温度を保つ様に前記素子温検出手段の検出した素
子温に応じた電力を前記ヒータに供給する素子温応動電
力供給手段を含む請求項２５記載の酸素センサのヒータ
制御装置。
【請求項２７】前記ヒータの内部抵抗値をヒータ温度
として検出するヒータ抵抗値検出手段を備え、前記目標積算電力供給手段の目標積算供給電力は、前記
ヒータ抵抗値検出手段により検出された前記ヒータの初
期抵抗値に応じて設定される請求項２５または２６記載
の酸素センサのヒータ制御装置。
【請求項２８】前記電力制御手段より前記ヒータに供
給される電力を制御している時における前記ヒータ抵抗
値検出手段により検出されたヒータ抵抗値を学習するヒ
ータ抵抗学習手段と、このヒータ抵抗学習手段により学習されたヒータ抵抗学
習値より前記ヒータ抵抗検出手段により検出されたヒー
タ抵抗の方が大きいか否かを判断するヒータ抵抗値判断
手段とを備え、前記ヒータ抵抗値判断手段によって前記ヒータ抵抗学習
値より前記ヒータ抵抗の方が大きくなったのが判断さ
れ、かつ前記積算電力到達判断手段によって前記実供給
電力積算値が前記目標積算供給電力に達したのが判断さ
れると、前記ヒータに対する電力供給を前記全電力供給
手段手段から前記電力制御手段に切換える請求項２７記
載の酸素センサのヒータ制御装置。
【請求項２９】前記電力制御手段による前記ヒータの
加熱により、前記素子温検出手段により検出された前記
素子温が所定値に達すると、前記素子温が所定温度を保
つ様に前記酸素センサの素子温に応じて前記ヒータへの
通電を制御する素子温応動通電制御手段を備える請求項
２８に記載の酸素センサのヒータ制御装置。
【請求項３０】前記素子温応動通電制御手段により前
記ヒータへの通電を制御している時に、前記ヒータ抵抗
値検出手段により検出されたヒータ抵抗値が前記ヒータ
抵抗学習手段により学習されたヒータ抵抗学習値に応じ
て設定された上限値以上の時、前記ヒータへの通電を制
限する電力制限手段をさらに備える請求項２９に記載の
酸素センサのヒータ制御装置。
【請求項３１】前記ヒータ抵抗学習手段は、前記素子
温が所定値に達して前記ヒータへの通電を前記電力制御
手段より前記素子温応動通電制御手段へと切換える時に
おける前記ヒータ抵抗値検出手段により検出されたヒー
タ抵抗値を学習する請求項２９または３０記載の酸素セ
ンサのヒータ制御装置。
【請求項３２】前記素子温検出手段は、前記酸素セン
サの内部抵抗を前記素子温に相当する値として検出する
手段よりなる請求項２６〜３１のうちいずれか１つに記
載の酸素センサのヒータ制御装置。
【請求項３３】前記酸素センサの初期素子温を検出す
る初期素子温検出手段を備え、前記目標積算電力供給手段の目標積算供給電力は、前記
初期素子温検出手段により検出された前記ヒータの初期
素子温に応じて設定される請求項２４〜３２のうちいず
れか１つに記載の酸素センサのヒータ制御装置。
【請求項３４】前記酸素センサの初期素子温を検出す
る初期素子温検出手段を備え、前記初期素子温検出手段により検出された前記ヒータの
初期素子温が所定値以上のときには前記全電力供給手段
による前記ヒータへの全電力の供給を禁止する全電力供
給禁止手段を備える請求項２４〜３２のうちいずれか１
つに記載の酸素センサのヒータ制御装置。
【請求項３５】前記ヒータ温度と前記酸素センサの素
子温と前記全電力供給手段による前記ヒータへの全電力
の供給時間と前記ヒータへの印加電圧との少なくとも１
つに応じて前記目標積算電力供給手段により設定された
目標積算供給電力を補正する目標積算供給電力補正手段
を備える請求項２４〜３４のうちいずれか１つに記載の
酸素センサのヒータ制御装置。
【請求項３６】前記目標積算供給電力補正手段は、前
記ヒータ温度と前記酸素センサの素子温との差と前記全
電力供給手段による前記ヒータへの全電力の供給時間と
に応じて前記目標積算供給電力を補正する請求項３５に
記載の酸素センサのヒータ制御装置。
【請求項３７】前記目標積算供給電力補正手段は、前
記ヒータへの印加電圧と前記全電力供給手段による前記
ヒータへの全電力の供給時間とに応じて前記目標積算供
給電力を補正する請求項３５または３６に記載の酸素セ
ンサのヒータ制御装置。