JPS6185550A - 酸素濃度検出制御装置 - 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］ この発明は、内燃機関のフィードバック制御等のための
、排気ガス中に含まれる酸素のＩｆｌｉを検出制御する
手段に係るものであり、特に酸素濃度検出センサを加熱
設定するヒータに対する加熱電力を制御するｌＩＩ糸濃
度検出制御装置に関する。

［背景技術］ 例えば、車両に搭載される内燃機関にあっては、その排
気ガスを浄化割算するために、排気ガス中に含まれる酸
素の濃度を検出し、その検出情報に基づき理論空燃比を
算出して、例えば燃料噴射量を制御して、空燃比をフィ
ードバック制御することが知られている。

すなわち、このように内燃機関の制御装置にあっては、
排気ガス中の酸素濃度を検出するために、上記開開の排
気ガス通路に対して酸素濃度検出装置を設定するもので
ある。このような検出装置を構成する酸素濃度センサと
しては、例えば特開昭５７−４８６４８号公報に示され
るように、ジルコニア系の限界電流式のものが知られて
いる。

このような酸素濃度センサにあっては、酸素濃度に対応
した検出電流が得られるものであるため、例えば機関の
低負荷運転状態で空燃比をリーン側に制御し、燃費を向
上させるようにするような空燃比制御を、よりち密な状
態で実行させることができるようになる。しかし、この
ようなち密な空燃比制御を実行させるためには、酸素濃
度センサを活性化状態に設定する必要のあるものであり
、このためにヒータを用いて上記センサを加熱制御する
ようにしている。

このような酸素濃度センサを活性化するためには、上記
センサを所定温度以上に加熱設定すればよいものである
が、その加熱温度があまり上昇するような状態となると
、上記ヒータが断線し、またセンサが破壊するような障
害が発生するおそれがあり、このセンサ温度を所定１度
範囲、例えば６５０℃〜７５０℃に設定する一ＩＩ　Ｉ
ｌｌを実行することが考えられている。例えば、実開昭
５８−１１２９５８号公報に示されるように、内燃機関
の高出力時や排気ガスの高温状態の時にヒータへの通電
を遮断制御する。そして、ヒータやセンサが高温になり
過ぎないようにして、排気ガス温度上昇に伴うヒータの
断線やセンサの破壊を防止するものである。

しかし、例えば燃料カット運転状態に入ったような場合
に、排気ガス温度が低下してセンサ１度も低下する状態
となるような場合に関しては、特に対策がなされていな
いものであり、このような状態では、酸素濃度センサが
活性化されていない場合も発生し、良好な検出信号を得
ることができない。通常、上記のような燃料カット運転
状態の時は、フィードバック制御は実行されていないも
ので、酸素濃度検出信号の上程はあまり問題とならない
ものであるが、フィードバック制御が再開された場合に
、酸素１度センサの温度が低い状態にあると、空燃比制
御が良好な状態で再開できないようになる。

［発明が解決しようとする問題点コ この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、内燃
機関が燃料カット運転状態に入ったような場合であって
も、酸素濃度センサの温度がこのセンサを活性化状態に
設定できるような状態に設定されるようにして、常に良
好な酸素濃度検出信号が得られるように設定されている
ようにする酸素濃度検出制御装置を提供しようとするも
のである。

［問題点を解決するための手段］ すなわち、この発明に係る酸素濃度検出制御装置にあっ
ては、内燃機関Ｉの排気系■に対して止素濃度センサ■
が設定されているもので、このセンサ■には加熱用にヒ
ータ■が設定されている。

このヒータ■に対する加熱電力は制御手段Ｖによって制
御されるもので、この制卸手段Ｖは上記内燃機関工の燃
料カット運転状態の検知手段■からの検知信号、および
この検知手段■からの信号が供給設定される演算手段■
からの指令によって制御されるようにする。

この場合、検知手段■で燃料カット運転状態が検知され
た状態では、上記センサの周囲部分に流れる空気量に対
応する加熱電力がヒータ■に対して供給設定されるよう
にするものであり、燃料カット運転状態でない状態では
、内燃機関工の運転状態に対応した加熱電力が設定制御
されるようにするものである。

［作用］ すなわち、上記のように構成される装置にあっては、ま
ず内燃機関工の運転状態から、検知手段■において燃料
カット運転状態にあるが否がが判別検知されるもので、
もし燃料カット運転状態である場合には、制御手段Ｖに
指令を与えて１例えば上記内燃機関■の回転数に対応し
た情報に基づいて、上記し−タ■に対する加熱電力を制
御設定させるようにする。そして、燃料カット運転中に
おける閑素ａ度センサ■の温度が活性化状態に設定され
るようにする。また、内燃鵬関工が燃料カット運転状態
ではない場合には、演算手段■において１関Ｉの運転状
態の検出信号に基づいて制御手段Ｖに対する制御指令を
発生し、ヒータＩＶの加熱電力を設定制御するものであ
る。

したがって、燃料カット運転状態にあっては、ｒ１１素
′ａ度センサ■はヒータ■によって加熱制御設定されて
いるものであり、このセンサ■の活性化状態は確実に保
持制御されるものである。そして、通常の燃料供給制御
状態にあっては、酸素濃度センサ■は所定温度状態に加
熱制御設定されるもので、空燃比フィードバック制御が
効果的に実行されるものである。

［実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第２図はその構成を示すもので、酸素濃度検出装置を搭
載し、フィードバック副葬が実行されるようにした内燃
機関１１およびその周辺部分を示している。

すなわち、この内燃機関１１に対しては、図示されない
エアクリーナ部分から空気を吸入する吸気管１２が設定
されるものであり、この吸気管１２に対しては、アクセ
ルペダル等で駆動制御されるスロットル弁１３、さらに
サージタンク１４が設定されるものであり、また上記ス
ロットル弁１３部分をバイパスする状態で、空気流山が
制ｍ設定されるバイパス通路１５が形成されている。こ
こで、上記吸気管１２に対しては、吸入空気の温度状態
を検出する吸気温センサ１６が取付は設定され、サージ
タンク１４に対しては吸気圧センサ１７が取付は設定さ
れている。そして、上記スロットル弁１３に対しては、
その開度に対応した信号を発生すると共に、スロットル
弁１３がアイドル運転状態に設定された場合に動作され
るアイドルスイッチ信号を発生するスロットルポジショ
ンセンサ１８を設ける。

上記内燃機関１１の排気管１９に対しては、酸素濃度検
出装置２０が取付は設定されるもので、この検出装置２
０の酸素濃度センサ部分が上記排気管１９の内部に設定
され、排気管１９を流れる排気ガスに対して接触設定さ
れるようになっている。

そして、上記内燃機関１１のヘッド部分には、その各気
筒に対応する状態で点火プラグ２１が取付は設定され、
また深間１１の冷却水温を検出するように水温センサ２
２が設定されている。

このような内燃機関１１の運転状態は、吸気温センサ１
６、吸気圧センサ１７、スロットルポジションセンサ１
８、水温センサ２２、さらに酸素濃度センサ″ｊｌｉ２
０からの検出信号によって検出されるものであり、これ
ら検出信号は制御回路２３に対して供給設定される。こ
の制御回路２３に対しては、さらに内燃ＩＩ！１１１の
回礼速度に対応した情報が要求されるものであるが、こ
の情報はディストリビュータ２４に対して設定される回
転数センサ２５から検出するものである。このディスト
リビュータ２４に対しては、上記制御回路２３からの指
令によって制御されるイグナイタ２６からの点火信号が
供給設定される。

すなわち、上記制御回路２３にあっては、内燃機関１１
の運転状態に対応して、燃料噴射量さらに点火時期等を
演算するもので、燃料噴射弁２７のｉｌｌ　ｌＩ］、お
よびイグナイタ２６の制御によって点火プラグ２１に対
する点火制御を実行するものである。

第３図は上記制御回路２３の具体的な構成を示すもので
、酸素濃度センサ２０は排気ガス中に含まれる酸素濃度
の状態に応じて電流量が設定される検出素子２０ａと、
この検出素子２０ａを活性化状態に設定するためのヒー
タ２０ｂとによって構成されるもので、上記検出素子２
０ａに対しては、１１３１が設定される。そして、上記
検出素子２０ａに流れる電流値は抵抗３２の回路によっ
て電圧値に変換され、増幅器３３で適宜増幅してＡ／Ｄ
変換器３４でディジタルデータに変換して入力検出信号
の１つとするものである。

上記Ａ／Ｄ変換器３４に対しては、その他に吸気温セン
サ１６、吸気圧センサ１７、スロットルポジションセン
サ１８、水温センサ２２、および回転数センサ２５から
の検出信号が結合されている。この場合、このＡ／Ｄ変
換器３４はマルチプレクサの機能をも含み構成され、上
記各センサからの検出信号は、順次ディジタルデータに
変換されて、マイクロコンピュータ３５に対して入力デ
ータとして供給されるようになる。このマイクロコンピ
ュータ３５では、上記各センサからの入力データに基づ
き例えば燃料噴射量、点火時期等を演算するもので、上
記燃料噴射ｍに対応する演算結果によって駆動回路３６
を制御し、噴射弁２１の開弁時間、すなわち燃料噴射量
を設定制御する。また演算された点火時期信号は、イグ
ナイタ２６に供給し、ディストリビュータ２４を制御し
て点火プラグ２１を制御するようになる。

上記酸素濃度センサ２０のヒータ２０ｂに対しては、上
記マイクロコンピュータ３５からの指令で制御される通
電制御回路３７によって、電源３８からの加熱電流が供
給制御されるもので、このヒータ２０ｂに対する加熱電
力はヒータ電圧検出回路３９およびヒータ電流検出回路
４０によって検出され、この検出出力はマイクロコンピ
ュータ３５に対して供給設定される。そして、ヒータ２
０ｂの温度が設定された温度状態に設定されるようにす
るものである。

このように構成される制御回路２３にあっては、上記し
たように燃料噴射量、点火時期等の演算制御と共に、酸
素濃度センサ２０のヒータ２０ｂに対す　・る制御を実
行するものであるが、内燃機関の運転状態に対応する上
記ヒータ２０ｂに対する加熱電力制御をも実行する。第
４図はその制御の流れの状態を示すものである。

この制御ルーチンは所定時間間隔例えば１００ｍ３毎に
実行されるもので、ヒータ２０ｂに対する電源３８から
の電力供給を、内燃機関１１の運転状態に対応した例え
ばデユーティ比によって制御するものである。

そして、このための処理が開始される状態となると、ま
ずステップ１０１で内燃機関１１の運転状態に関係する
各種パラメータ、すなわち回転数Ｎｅ、吸気圧Ｐｎ＋、
酸素濃度センサ２０の検出電流ｉｓ、機関１１のアイド
リング状態を示すアイドルスイッチ信号１ｄ１ヒータ２
０ｂの電圧ｖｈ１ヒータ２０ｂに流れる電流１ｈ等を読
み込む。

このようにして各種パラメータが読み込み設定される状
態となると、次のステップ１０２で上記読み込まれたヒ
ータ電圧ｖｈとヒータ電流１ｈとから、所定の時間例え
ば１００ｍ５の間にヒータ２０ｂに対して通電した場合
の電力量、すなわちデユーティ比１００％の電力量Ａを
算出する。このように電力ｆｆ１Ａを算出する処理が実
行されると次のステップ１０３に進み、内燃機関１１が
燃料カット運転中であるか否かを判別する。ここで、上
記電力量の数値については、全て１００ｍ８当りの電力
量で表現するものとする。

上記ステップ１０３で、燃料カット運転中であると判断
された場合にはステップ１０４に進み、また燃料カット
運転中ではないと判断された場合にはステップ１０５に
進むようになる。

ここで、上記ステップ１０３におけ・）内燃機関１１の
燃料カット運転中であるか否かの判定は、例えば図では
示されない別の制御ルーチンにおける燃料噴射量演算制
御での、燃料噴射量データを見ることによって実行でき
るものであるが、上記ステップ１０１で読み込まれたア
イドルスイッチ信号Ｉｄと、機関１１の回転数Ｎｅとに
よって判断するようにしてもよい。すなわち、アイドル
スイッチ信号１ｄがオン状態で、且つ回転数Ｎｅが所定
回転数以上の状態にある燃料カット条件が成立した場合
に、内燃機関１１が燃料カット運転中であると判定する
ものである。

上記ステップ１０３で燃料カット運転中ではないと判定
された場合には、上記ステップ１０５で回転数Ｎ＋３と
吸気圧ＰＩ１１に基づき、ヒータ２０ｂの目標電力ｔＣ
を求める。具体的には、第５図に示すようなマツプをマ
イクロコンピュータ３５に対応して設定される記憶装置
に対して記憶設定し、このマツプＭ１から上記パラメー
タＮｅおよびｐｍに対応して電力ＩＣを読み取り、ある
いは所定の計算式から電力量Ｃを算出するものである。

上記第５図に示したマツプＭ１にあっては、内燃機関１
１の回転数Ｎｅと吸気圧ｐｍｓとをパラメータとして予
め目標電力量Ｃｆｆ１Ｍ１定されている。ここで吸気圧
ｐＨ１が大きい場合、あるいは回転数ＮＯが大きい場合
には、１関１１に対する燃料噴射量が多くなり、排気温
度が上昇してＭＭａ度センサ２０を加熱することから、
この排気温度によって検出素子２０ａが加熱されるよう
になり、ヒータ２０ｂに対する供給電力を小さくできる
。また、上記場合と逆の状態では、ヒータ２０ｂに対す
る供給電力が大きくなるように設定されるもので、上記
マツプＭ１は回転数Ｎｅｓ＠気圧Ｐ＋ｎとに対応して、
目ｔｌｌｉｌ力ｆｆｉ　Ｃｈ＋段設定れるようになって
いる。

上記ステップ１０５で目標電力ｌｃが算出されると、次
のステップ１０６に進む。このステップ１０８は、上記
電力量Ｃと上記ステップ１０２で求めたデユーティ比１
ｏＯ％の電力ＩＩＡとをパラメータにして、ヒータ２０
ｂに対して目標電力量Ｃを供給するためのデユーティ比
りを算出する。このデユーティ比りは次の式によって算
出される。

Ｄ＝　（Ｃ／Ａ）Ｘ１００ そして、次のステップ１０７で上記求められたデユーテ
ィ比りのパルス状信号を、通電制御回路３７に送出し、
ヒータ２０ｂに対する供給電力を制御する処理を実行す
る。

このような制御状態で、例えばデユーティ比１００％の
電力量Ａが５０Ｗ／１００ｍ５．ｌａ関１１の回転数Ｎ
ｅと吸気圧ＰＩＩｌとからマツプＭ１より求められる目
標電力ＩＣが２５Ｗ／１００ｍ５であるとすると、デユ
ーティ比りは５０％となり、通電制御回路３７に供給さ
れるパルス状制御信号は、第６図に実線で示すようにな
る。

前記ステップ１０３で内燃機関１１が燃料カット運転中
であると判定された場合には、上記したようにステップ
１０４に進む。このステップ１０４は第７図に示すマツ
プ第２に基づきこの時の回転数Ｎｅに対する目標電力量
Ｃを求める。この燃料カット運転中にあっては、機関１
１における燃料の燃焼状態が存在しないものであり、排
気ガスの温度が低下する状態にある。この排気ガスの温
度低下の程度は、８１関１１の回転数によって変化する
排出ガス（燃料カット状態では空気）流速に対応するよ
うになるものであり、ａｌｌｌｌｌｌｌｌの回転数Ｎｅ
の影響を受ける状態となる。したって、上記燃料カット
中における目標電力ｍＣは、第７図のように上記ガス流
速を回転数で代表して、機関１１の回転数Ｎｅが高い程
、目ＩＩ力ＩＣが大きくされる。そして、このステップ
１０４から上記ステップ１０６に進み、算出された目標
電力ｆｆ１Ｃに対応してヒータ２０ｂに対する供給電力
を制御するものである。

すなわち、例えばスロットル弁が閉じられる状態で回転
数Ｎ　ｅの大きな状態、例えば減速運転状態において燃
料カット運転状態が設定されるものであるが、このよう
な燃料カット運転中においても、ａ素１度センサ２０の
ヒータ２０ｂに対して加熱制御用の電力が、排気ガスに
よる温度低下状態に対応して供給設定されるようになる
。したがって、検出素子２０ａの温度は、このような燃
料カット運転状態にあっても、この検出素子２０が活性
化状態に保たれるように設定制御されるものであり、上
記燃料カット運転状態°から復帰してフィードバック制
御状態に移行するようになっても、排気ガス中のｒｌＩ
素濃度の検出動作は良好に実行される状態にあり、運転
状態に対応したち密な空燃比制御が実行されるものであ
る。

尚、上記実施例にあっては、ヒータ２０ｂに対する通電
制御手段としてデユーティ比による電力制御を実行する
状態で示しているが、これは例えばヒータ用電源からの
印加電圧を１ｌＪＩＩＩするようにしてもよいものであ
る。

また、燃料カット状態における目標電力量は、吸入空気
量に対応して燃料の基本噴射量を決定するように手段に
よる場合にあっては、この吸入空気量に対応して、燃料
カット運転中の目標電力量Ｃを決定するようにしてもよ
い。ざらに車速等で目標電力量を決定するようにしても
よい。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る酸素濃度検出１ｄＪ　ｆｉ
ｌ装置によれば、この検出装置を設定する内燃Ｒ１１１
１の運転状態に対応して、上記検出装置を構成する酸素
濃度センサの検出素子の温度が、この検出素°子を活性
化する状態に設定制御されるものであり、特に上記内燃
機関の燃料カット運転状態にある場合には、上記センサ
の周囲の空気流速状態に対応して上記検出素子が加熱制
御されるようになる。

したがって、上記燃料カット運転中において、上記検出
素子の温度が確実に活性化状態を保つように設定制御さ
れるものであり、燃料カット状態からフィードバック制
御状態に移行した場合であっても、排気ガス中の酸素濃
度が正確に測定検出でき、内燃Ｉ関の空燃比制御が安定
して実行されるようになるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る酸素濃度検出制ｔｉｌｌ装置を
説明する概略的な構成図、第２図はこの発明の一実施例
に係る上２酸素濃度検出装２を説明する内燃線間の制御
様横部分を示す構成図、第３図は上記第２図で示される
制御回路を説明する構成図、第４図は上記制御回路部分
の動作を説明するフローチャート、第５図は上記制御の
流れで使用される第１のマツプを示す図、第６図は上記
制御で得られた制御パルスの状態を示す図、第７図は上
記制御で使用される第２のマツプを示す図である。 １１・・・内燃磯関、１２・・・吸気管、１３・・・ス
ロットル弁、１６・・・吸気温センサ、１７・・・吸気
圧センサ、１８・・・スロットルポジションセンサ、１
９・・・排気管、２０・・・ａＸ濃度センサ、２０ａ・
・・検出素子、２０ｂ・・・ヒータ、２１・・・点火プ
ラグ、２２・・・水温センサ、２３・・・制御回路、２
４・・・ディストリじユータ、２５・・・回転数センサ
、２７・・・燃料噴射弁、３５・・・マイクロコンピュ
ータ、３７・・・通電制御回路。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 第２図 第４図 第５図 第６図 第７図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関の排気通路中に設定される酸素濃度セン
   サを加熱制御するヒータに対する供給加熱電力を制御す
   るヒータ制御手段と、上記内燃機関の運転状態を検出し
   て燃料カット運転状態であるか否かを判別する手段と、
   この判別手段で燃料カット運転中ではないと判別された
   状態で上記内燃機関の運転状態に対応した上記ヒータの
   加熱電力を算出させる第１のヒータ電力算出手段と、上
   記判別手段で燃料カット運転中と判別される状態で上記
   酸素濃度センサの周囲の空気流通に対応した情報を検出
   する検出手段と、この検出手段で検出された情報に対応
   して上記ヒータの加熱電力を算出する第２のヒータ電力
   算出手段とを具備し、上記第１および第２のヒータ電力
   算出手段で、上記ヒータ制御手段を制御して、上記ヒー
   タに対する加熱電力を設定するようにしたことを特徴と
   する酸素濃度検出制御装置。
2. （２）上記検出手段は、上記内燃機関の回転数に対応し
   た情報を検出する手段で構成するようにした特許請求の
   範囲第１項記載の酸素濃度検出制御装置。
3. （３）上記検出手段は、上記内燃機関に対する吸入空気
   量に対応した情報を検出する手段によって構成するよう
   にした特許請求の範囲第１項記載の酸素濃度検出制御装
   置。