JPS60235048A - 酸素センサの抵抗発熱式電気ヒ−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前記セ
ンサ素子を加熱する抵抗発熱式の電気ヒータに供給する
電力を制御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ナ素子を
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υは良く知られており、この酸素センナは、
自動車等の車輌に用いられる絞り調速式の内燃機関に於
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濃度より検出してこれ
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
ｓ麿に対する出力を変化するという渇瘍特性を有してお
り、このためこの種の酸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、センサ素子の温度を活性
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５：３−７８４０７６号（特開昭５４−１３３９６号
）に於て既に提案されており、また車輌用内燃機関に於
て排気通路に取付けられるヒータ付酸素センサのセンサ
素子の温度を内燃機関の運転状態の変化に拘らず活性湿
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
力を、吸気管圧力、スロットル開度、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号）に於て既に提案されている
。

内燃機関のｖ１電気路に取付けられた酸素センサのセン
サ素子は、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
を補償す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、排気ガス温度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機関負荷と
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。絞り調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
気ガス塩ｉは実験等によって比較的正確に予めめられる
かぼろ、これら因子に応じて予め定められた制御特性に
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ーのセン
サ素子の温度は比較的高い精度をもって所定値に保たれ
る。

上述の如き酸素セン４ノ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いる。

従って、冷時（常温時）に電気ヒータに対する通電が開
始されると、この時には電気ヒータの電気抵抗が低いた
めに突入電流と呼ばれる大きい電流が電気ヒータに流れ
、このため電気ヒータは、ジュール熱によって急激に発
熱し、この熱による自身の温度上昇に伴なって電気抵抗
を増大し、この電気抵抗の増大に伴ない前記電気ヒータ
を流れる電流、即ちヒータ通電電流は低下する。通電初
期の突入電流による電気ヒータの急激な温度上昇は電気
ヒータに熱衝撃を与え、これは電気ヒータの耐久性につ
いて好ましいことではない。白金製の電気抵抗体とこれ
を保持Ｊる保持体がアルミナ製の場合には、電気ヒータ
の急激な温度上昇による熱歪によって前記抵抗体が凝集
成いは断線する虞れがあり、またヒータ保持体に熱歪に
より亀裂が生じる虞れがあり、突入電流による電気ヒー
タの急激な温度上昇はこれらの耐久性を低下させる原因
になっている。

突入電流による電気ヒータの急激な泥度上讐を回避する
ために、電気ヒータに対する通電開始時に前記電気ヒー
タに印加する電圧を制限することが特願昭５６−２０３
６７８号（特開昭５８−１０５０５６号）に於て提案さ
れており、また電気ヒータが排気ガスの熱によって暖め
られた後に、即ち電気ヒータの抵抗がある程麿にまで増
大した後に電気ヒータに対する通電を開始することが特
願昭５６−１８１５３１号（特開昭５８−８３２５１号
）に於て既に提案されている。しかし前者は、電気ヒー
タに対する通電開始時を電気ヒータに対する通電を制御
するスイッチの開閉から見出し、電気ヒータに対する通
電開始時はその時の電気ヒータ温度、即ち電気ヒータの
電気抵抗に依存するヒータ通電電流に関係なく常に電気
ヒータに印加づる電圧を制限するから、電気ヒータが冷
えていない再始動には電気ヒータに印加する電圧が無意
味に制限されて電気ヒータの発熱量が無意味に抑制され
ることがあり、突入電流の低減のためのヒータ通電電流
の印加電圧の制限を最小必要限度に留めることができな
い。後者は、排気ガスの熱によって電気ヒータが暖まる
まで電気ヒータに対する通電を待たなければならず、こ
のためセンサ素子の暖機が遅れ、酸素セン勺を用いた空
燃比のフィードバック制御の開始が遅れることがある。

発明の目的 本発明は、突入電流の低減のために電気ヒータに供給す
る電力を制限することを必要最少限に留め、センサ素子
の暖機を実質的に遅らゼることなく突入電流に起因する
電気ヒータの急激な温度上昇による電気ヒータの耐久性
の低下を効果的に回避する抵抗発熱式電気ヒータの通電
制御方法を提供することを目的としている。

発明の構成 上述の如き目的は、本発明によれば、酸素センサのセン
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
気抵抗式電気ヒータの通電制御方法に於て、前記電気ヒ
ータを流れるヒータ通電電流を検出し、前記ヒータ通電
電流が所定値以下に制限されるように前記電気ヒータに
供給する電力を１ｉｌＪ御する如き抵抗発熱式電気ヒー
タの通電制御方法によって達成される。

発明の効果 本発明による酸素センサの抵抗発熱式電気ヒータの通電
制御方法によれば、電気ヒータを流れるヒータ通電電流
を検出して前記ヒータ通電電流が所定値以下に制限され
るように前記電気ヒータに供給する電力を制御するから
、突入電流の如く過剰電流が電気ヒータに流れることが
確実な回避され、また電気ヒータに供給する電力を無意
味に制限することがなく、これらのことによって突入電
流による電気ヒータの急激な温度上昇による電気ヒータ
の耐久性の低下が回避され、しかも電気ヒータに突入電
流が流れることを回避するための電気ヒータに供給する
電力の制限が最少必要限度に留められ、これによるセン
サ素子の暖機の遅延が最少限に留められる。

電気ヒータに供給する電力の制御は、電気ヒータに与え
る電流を可変抵抗器或いはトランジスタを用いて直接制
御することにより行われてよく、或いは前記電気ヒータ
に電圧を断続的に繰返し印加してその断続比、即ちデユ
ーティ比を制御して所定時間当りの平均電流を制御する
ことにより行われてもよい。

酸素センサの電気ヒータに電力を供給する電源の電圧を
ほぼ一定と見なすのであれば、前記電気ヒータを流れる
ヒータ通電電流を検出して該ヒータ通電電流に基いて該
ヒータ通電電流が所定値以下に制限されれば、前記電気
ヒータに供給される電力が所定値以下に制限されて前記
電気ヒータのジュール熱の発生量が適切に制限されるが
、電源電圧が変動する場合には前記電気ヒータの前記ヒ
ータ通電電流が所定値以下に制限されてもバッテリ電源
の電圧の変動に応じて電気ヒータに供給する電力が変動
し、この場合には所期の電力制御は行われない。

電気ヒータの急激な温度上昇による電気ヒータの熱的損
失をより厳格に回避するためには電気ヒータが発生する
ジュール熱に対応するヒータ供給電力を制御する必要が
ある。この場合には前記電気ヒータを流れるヒータ通電
電流に加えて前記電気ヒータに印加されているヒータ印
加電圧を検出し、前記ヒータ通電電流と前記ヒータ印加
電圧との積より前記電気ヒータに供給されている電力を
検出し、この電力が所定値以−下に制限されるように電
気ヒータに供給する電力が制御されればよい。

この電力制御は前記電気ヒータに与える電流の直接制御
或いは前記電気ヒータに印加する電圧のデユーティ比制
御によって所定時間当りの平均電流を制御することによ
り行われればよい。

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燃焼ガスを図
示されていない排気弁により開閉される排気ポートより
排気マニホールド８へ排出するようになっている。

吸気ポート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［１部分
へ向けて噴射供給するようになっており、その制御は電
気式の制御装置１６により行われるようになっている。

制御装置１６は、第３図に示されている如く、マイク（
ココンピュータ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１５ａへ出力するようになっている
。即ち制御ｖｉ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サ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する固体電解質に
より構成された有底筒状のセンサ素子２２と、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簿Ｈ
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２３の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とを介して暉され、限界電流型のリーンセ
ンサとして用いられるべく外側電極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ｍ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の筒内には該センサ素子を
活性濡洩以上の所定値に保つために該センサ素子を加熱
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
増大に応じて発熱量を増大するようになっている。

酸素センサ２１のセンサ素子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
。

制御装置１６は上述の如くマイクロコンピュータ５０を
有しており、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３１が
閉じている時にはバッテリ電源１７を電源として定電圧
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■２
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１ｇにテストスイッチ３４の開閉に
関するオン・オフ信号を、入力端子■４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■５にクランク角センサ１
９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Ｉ６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０１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０２より燃料噴射制御用
のパルス信号をトランジスタ５５へ、出ノｊ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Ｒ８ＲＴへＡ
／Ｄ変換開始信号を、出力端子０５〜ＯＴよりＡ／Ｄ変
換器５３のチャンネル制御端子ＣＨ＋〜ＣＨ＋１へチャ
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
に対づ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ＯＩ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！ｉ］イル１
５ａ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］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、ＣＰＬ
Ｉ５０の出力端子ＯＩＩ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より定電仕を印加されてトラ
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ｙｃｃ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■ＣＣの電圧信号を、入力端子■２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１ａにヒータ電流検
出抵抗６０によって電気ヒータ２２のヒータ通電電流に
応じて電圧降下し芹動増幅器６６により増幅された電圧
信号を、入力端子１４に入力型ｍ電圧（はぼバッテリ電
圧）ｖｉ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ｖｉに比例する電圧信号を、入
力端子１５に吸気管圧力センサ２０より吸気管圧力に応
じた電圧信号を、入力端子Ｉｅに水温センサ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！１よ
りチャンネル制御端子ＣＨ瞥〜ＣＨａ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１＋、□−１ｅ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ＲＳ　ＲＴに入
力されるΔ／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Ａ／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Ｉ６
へ出力するようになっている。

Ａ／Ｄ変換器５３の入力端子１＋　と入力端子Ｉ２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、前記電圧差は酸素セン
サ２１のセンサ素子２２によって検出された排気ガス中
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ヂャートを参照
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オー
プンループ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ｔ１例えば数十ｍ５ｅ
ｃが経過する毎に起動される。

ヒータ通電斬御ルーチ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ピ
ュータ５０の出力端子０１よりオン信号が与えられる。

これにより電気ヒータ２Ｂ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２０次はステ
ップ３へ進む。

ステップ３に於ては、マイクロコンピュータ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Ｔ＋
　とじてマイクロコンピュータ５０のメモリに記憶する
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、Ａ／Ｄ変換器５３の入力端子Ｉ４
に与えられる電圧信号を取入れて入力電源電圧Ｖｉ　（
はぼバッテリ電圧）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、Ａ、／Ｄ変換器５３の入力端子Ｉ
８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５０に取入れ、電気ヒータ２８のヒータ通電電流■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する吸気管
圧力ＰＩｌ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ｐｍと機関回転数Ｎｅによ
る供給電力（制御目標電力）ｐ　ｈｅａｐをめることが
行われる。吸気管圧力ＰＩｍと機関回転数Ｎｅとによる
電カマツブの制御目標電力ｐ　ｈｍａｐは予め実験等に
よりめられているものであり、これは吸気管圧力と機関
回転数との各種１組合せによる運転状態化の排気ガスの
温直に応じて定めにれでおり、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、電気ヒータ２８の暖機過程時であ
るか否かの判別が行われる。この判別は、例えば機関始
動時の冷却水渇麿が所定値以下で且機開始動時より所定
時間が経過しているか否かによって判別され、冷却水温
度が所定値以下で且機開始動時より所定時間が経過して
いない時には暖機過程時であると判別される。暖機過程
時にはステップ８へ進み、これに対し暖機過程時でない
時、即ち暖機完了後に於てはステップ１０へ進む。

ステップ８に於ては、ステップ６に於て決定された制御
目標電力ｐ　ｈｍａｐが最大許容値ｐ　ｈＩｌｌａｘよ
り大きいか否かの判別が行われる。ｐ　ｈｍａｘ＜　ｐ
　ｈｎ＋ａｐである時にはステップ９へ進み、これに対
しｐｈｍａｘ＜　ｐ　ｈｍａｐでない時にはステップ１
０へ進む。

ステップ９に於ては、制御目標電力ｐ　ｈｍａｐを最大
許容電力ｐ　Ｍ＋ａＸに変更することが行われる。尚、
最大許容電力ｐ　ｈｍａｘは所定時間当りのヒータ平均
電流（ｈｍｅａｎと入力電源電圧Ｖｉとの積からヒータ
供給電力Ｐｈ−：Ｉｈｍｅａｎ　−Ｖ＋≦Ｐ　ｈｍａｘ
と定義する。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、ヒータ制御用のパルス信号のデ
ユーティ比Ｄｈを下式に従って算出することが行われる
。

Ｄｈ　＝　Ｐｈｍａｐ、／Ｖ　ｉ　−１ｈ上述の如き計
算式に従ってデユーティ比Ｄｈの算出が行われることに
より、デユーティ比Ｄｌｌは、制御目標電力ｐ　ｈｍａ
ｐと入力電源電圧Ｖｉ　とを一定とした場合、ヒータ通
電電流Ｉｈの増大に伴い低減する。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ｔとデユー
ティ比Ｄｈとから、Ｔｏｎ＝ｔ−Ｄｈと云う計算式に従
ってヒータ・オン時間Ｔｏｎ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。

Ｔｐ　＝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Ｔ２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
イクロコンピュータ５０の出力端子ｏ１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７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り、第８図は第５図に示され
ているフローチャートに従って電気ヒータに対する通電
が制御された場合のバッテリ電源電圧、ヒータ制御用パ
ルス信号のデユーディ比、ヒータ電力、ヒータ温度及び
センサ素子温度の経時的変化を示すタイムチャートであ
る。

上述の如く電気ヒータ２８に供給する電力が制御される
ことにより、ヒータ通電電流Ｉｈが大きい時にはデユー
ティ比Ｄｈが低減することによってヒータ・オン時間Ｔ
Ｏｎが小さくなり、このことによりヒータ通電電流の所
定時間当りの平均値が低減し、突入電流によって電気ヒ
ータがジュール熱によって急激に温度上昇することが回
避され、これの耐久性の低下が回避される。

−第９図は電気ヒータ２８の通電開始時の温度特性を示
しており、実線は本発明による制御方法が実施された場
合の電気ヒータの昇温特性を、破線は本発明による制御
方法が実施されていない場合の電気ヒータの昇温特性を
示している。このグラフからも、本発明による制御方法
が実施されれば、電気ヒータ２８の温度上昇率が従来に
比して低下し、電気ヒータの急激な温度上昇が回避され
ることが理解されよう。本発明による制御方法に於ては
、ヒータ通電電流ｉｈに応じてヒータ制御用パルス信号
のデユーティ比Ｄｈが決定されるから、必要以上に電気
ヒータ２８に与えられる電流が制限されることがなく、
これによりヒータ温度の上昇率が抑制されても電気ヒー
タの暖機時間はさほど延長されることがない。

上述した実施例に於ては、電気ヒータ２８に電圧を断続
的に繰返し印加してその断続比、即ちデユーティ比を制
御することにより前記電気ヒータに供給する電力、厳密
には電気ヒータのヒータ通電電流の制御が行われたが、
本発明による通電制御方法はこれに限定されるものでは
なく、電気ヒータに与える電流は可変抵抗器或いはトラ
ンジスタによって直接可変制御されても良い。

第１０図はトランジスタを用いて電気ヒータ２８に供給
する電流を直接可変制御する実施例を示している。尚、
第１０図に於て第３図に対応する部分は第３図に付した
符号と同一の符号により示されている。かかる実施例に
於ては、トランジスタ６３によって電気ヒータ２８の通
電が行われるようになっている。トランジスタ６３は、
ベース端子を制御電圧発生回路６４に接続され、能動領
域で使用されて制御電圧発生回路６４よりベース端子に
与えられる電圧に応じてコレクターエミッタ間の電流を
リニアに設定するようになっている。

制御電圧発生回路６４は、マイクロコンピュータ５０の
出力端子ＯＩより所定のデユーティ比を有するパルス信
号を与えられ、そのパルス信号のデユーティ比に応じた
電圧を発生してトランジスタ６３のベース端子に出力す
るようになっている。

上述の如き実施例に於ては、マイクロコンピュータ５０
の出力端子０１より出力されるパルス信号のデユーティ
比に応じてトランジスタ６３によって電気ヒータ２８に
与えられる電流が可変制御される。従って、この実施例
に於てもマイクロコンピュータ５０の出力端子０＋より
出力されるパルス信号のデユーティ比が上述した実施例
と同様に制御されることにより上述した実施例と同様の
作用効果が得られる。

第１１図は本発明による通電制御方法の他の一つの実施
例の実施に使用される制御装置の実施例を示している。

この実施例に於ては、電気ヒータ２８に実際に印加され
ている電圧ｖｈが作動増幅器６５によって検出され、こ
の印加電圧ｖｈの信号がＡ／Ｄ変換器５３の入力端子１
ｒに入力され、パルス信号のデユーティ比Ｄｈの篩用が
下式により行われるようになっている。

Ｄｈ　＝Ｐｈｍａｐ／Ｖｈ−Ｉｈ この実施例に於ては、ヒータ通電電流１ｈとヒータ印加
電圧ｖｈの積により電気ヒータ８９に与えらている電力
が検出され、この電力が所定値以下に制限されるように
前記電気ヒータ２８に供給する電力が電気ヒータに印加
する電圧のデユーティ比制御により行われる。この実施
例に於ては、バッテリ電源１７の電源電圧、即ち入力電
源電圧Ｖｉが変動しても正確な電力制御によって電気ヒ
ータが発生するジュール熱が適切に制御される。

第１１図は第１０図に示された制御装置が用いられた場
合のヒータ通電制御の割込みルーチンの一例を示してい
る。

尚、上述の如く電気ヒータ２８のヒータ通電電流とヒー
タ印加電圧とによって電気ヒータに供給する電力が制御
される場合に於ても電気ヒータ２８に供給する電流制御
は、第１３図に示されてぃる如く、能動領域で使用され
るトランジスタ６３を用いて直接的に行われても良い。

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、これら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
当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による抵抗発熱式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図は本発明による抵抗発熱式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を縦断
面図、第３図は本発明による抵抗発熱式電気ヒータの通
電制御方法の実施に使用される一つの実施例を示寸電気
回路図、第４図乃至第６図は各々第３図に示された制御
装置の各種ルーチンのフローチャート、第７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８図は第５図に示されているフローチャート
に従って電気ヒータに対する通電が制御された場合の入
力電源電圧、ヒータ通電制御用パルス信号のデユーティ
比、ヒータ電力、ヒータ温度及びセンサ素子温度の経時
的変化を示すタイムチャート、第９図は電気ヒータの昇
温特性を示すグラフ、第１０図は本発明による抵抗発熱
式電気ヒータの通電制御方法の他の一つの実施例の実施
に使用される制御装置の一つの実施例を示す電気回路図
、第１１図は本発明による抵抗発熱式電気ヒータの通電
制御方法の更に他の一つの実施例の実施に使用される制
御装置の一つの実施例を示す電気回路図、第１２図は第
１１図に示された制御装置を用いて電気ヒータに対する
通電を制御する制御ルーチンを示すフローチャート、第
１３図は本発明による抵抗発熱式電気ヒータの通電制御
方法のもう一つの実施例の実施に使用される制御装置の
一つの実施例を示す電気回路図である。 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・・・クランク角センザ、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・・・水温センサ、３
６・・・センサ異常警告ランプ、５０・・・マイクロコ
ンピュータ、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、６３・・・トラ
ンジスタ、６４・・・制御ｌ電圧発生回路、６５．６６
・・・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８図 第９図 時間 （方　式） 手続補正書 昭和５９年０月３日 特許庁長官　志　賀　学　殿 １、事イ１の表示　昭和５９年特許願第０９０６８０号
２、発明の名称　酸素センサの抵抗発熱式電気ヒータの
通電制御方法 ３、補正を覆る者 事イ！１との関係　特許８１願人 住　所　愛知県豊田布トヨタ町１番地 名　称　（３２０）　Ｉ−ヨタ自動中株式会礼４、代理
人 居　所　＠１０４東京都中央区新川１丁目５番１９号茅
場町長岡ピル３１１Ｊ　電話５５１−４１７１自発 （１）明細内の第４項第１５行目の［特願昭５３−７８
４０７６号」を「特願昭５３−７８４７６号ｊと訂正す
る。 （２）第５図、第１２図、第１３図を各々添付の図面の
如く補正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）酸素セン与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抵抗発熱式電気ヒータの通電制御
   方法に於て、前記電気ヒータを流れるヒータ通電電流を
   検出し、前記ヒータ通電電流が所定値以下に制限される
   ように前記電気ヒータに供給する電力を制御することを
   特徴とする抵抗発熱式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
   抵抗発熱式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与える
   電流を制御することにより行われることを特徴とする抵
   抗発熱式電気ヒータの通電制御方法。 （３）特許請求の範囲第１項に記載された酸素センサの
   抵抗発熱式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その断続比を制御することによ
   り行われることを特徴とする抵抗発熱式電気ヒータの通
   電制御方法。 （４）酸素センサ゛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発熱式電気ヒータの通電制
   御方法に於て、前記電気ヒータを流れるヒータ通電電流
   と前記電気ヒータに印加されているヒータ印加電圧とを
   検出して前記ヒータ通電電流と前記ヒータ印加電圧の積
   より前記電気ヒータに与えられている電力を検出し、該
   電力が所定値以下に制限され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を特徴とする抵抗発熱式電
   気ヒータの通電制御方法。 （５）特許請求の範囲第４項に記載された酸素センサの
   抵抗発熱式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通電す
   る電流を制御することにより行われることを特徴とする
   抵抗発熱式電気ヒータの通電制御方法。 （６）特許請求の範囲第４項に記載された酸素センサの
   抵抗発熱式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その断続比を制御することによ
   り行われることを特徴とする抵抗発熱式電気ヒータの通
   電制御方法。