JP2000235015A

JP2000235015A - 空燃比センサのヒータ制御装置

Info

Publication number: JP2000235015A
Application number: JP11034859A
Authority: JP
Inventors: Toshinari Nagai; 俊成永井; Naohide Izumitani; 尚秀泉谷; Koji Ide; 宏二井手
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-02-12
Filing date: 1999-02-12
Publication date: 2000-08-29
Anticipated expiration: 2019-02-12
Also published as: JP3539259B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、空燃比センサをプリヒートする機
能を有するヒータ制御装置に関し、機関始動性の悪化及
びアイドル運転状態の不安定化を招くことなく、機関始
動後適切なタイミングでヒータへの再通電を開始するこ
とを目的とする。【解決手段】センサ温度Ｔが活性化温度Ｔｅに達して
いない場合（ステップ１５４）、空燃比フィードバック
制御の実行が禁止される（ステップ１５８）。この場
合、センサ温度Ｔに基づいて基準値Ｎ0 が求められ（ス
テップ１６２）、機関回転数ＮＥが基準値Ｎ0 を上回っ
ていれば、空燃比センサ５８、６０のヒータ６８への再
通電が許可され、機関回転数ＮＥが基準値Ｎ0 以下であ
れば、ヒータ６８への再通電は禁止される（ステップ１
６４、１６０、１６６）。

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
ータ制御装置に関し、特に、機関始動前に空燃比センサ
をプリヒートする機能を有する空燃比センサのヒータ制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関では、排気通路の空燃比に基づ
いて燃料噴射量を補正することにより、空燃比を理論空
燃比に向けて制御する空燃比フィードバック制御が実行
される。空燃比フィードバック制御によれば、触媒コン
バータによる排気ガスの浄化性能が高く維持されると共
に、燃費の悪化が防止される等の効果が得られる。かか
る空燃比フィードバック制御を実現すべく、排気通路に
は空燃比を検出する空燃比センサが設けられる。一般
に、空燃比センサは、数百度以上の活性化温度まで加熱
されて活性した状態で、酸素濃度に応じた信号を出力す
る特性を有している。このため、空燃比センサには、セ
ンサ素子を活性化温度まで加熱するためのヒータが内蔵
される。空燃比センサのヒータへの通電が開始された
後、センサ温度が活性化温度に達するまで、すなわち、
空燃比センサの出力信号に基づく空燃比フィードバック
制御が可能となるまでには、ある程度の時間が必要とさ
れる。そこで、従来より、内燃機関の始動直後から空燃
比フィードバック制御を開始できるように、機関始動前
にヒータへの通電を開始するプリヒートが行われてい
る。

【０００３】例えば、特開平５−２０２７８５号公報に
開示される空燃比制御装置では、車両ドアのオープンが
検出された場合に内燃機関の始動を予測し、空燃比セン
サのヒータへのプリヒートを開始する。この空燃比制御
装置において、内燃機関の温度が低くなるほど、プリヒ
ートにおける目標温度は高く設定される。かかる手法に
よれば、低温始動時においても、始動後速やかにセンサ
温度を活性化温度まで上昇させることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に、内
燃機関のクランキング始動が開始されると、セルモータ
への十分な供給電力を確保すべく、空燃比センサのヒー
タへの通電は停止される。ヒータへの通電が停止された
状態では空燃比センサが冷却されるため、機関始動後、
早期に空燃比フィードバック制御を開始する観点から
は、ヒータへの再通電を速やかに開始することが望まし
い。しかしながら、クランキングが完了しないうちにヒ
ータへの通電が再開されると、セルモータに供給される
電力が不足し、機関始動性が悪化してしまう。また、ク
ランキング始動の終了後であっても、機関運転状態が安
定化しないうちにヒータへの通電が開始されると、バッ
テリーの放電電力の増加によりオルタネータの負荷が増
大し、アイドル運転状態が不安定化してしまう。

【０００５】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、内燃機関を円滑に始動させると共に機関始動後
の安定な運転状態を実現しつつ、空燃比センサのヒータ
への再通電を開始することが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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、請求項１
に記載する如く、内燃機関に設けられた空燃比センサが
備えるヒータへの通電を制御するヒータ制御装置であっ
て、機関始動前に前記ヒータへの通電を行うプリヒート
手段と、機関始動時に前記プリヒート手段による通電を
停止させる通電停止手段と、機関運転状態を検出する運
転状態検出手段と、前記機関運転状態に基づいて、機関
始動後の前記ヒータへの通電開始タイミングを設定する
通電タイミング設定手段と、を備える空燃比センサのヒ
ータ制御装置により達成される。

【０００７】請求項１記載の発明において、通電停止手
段は、機関始動時にプリヒート手段によるヒータへの通
電を停止する。機関始動後、ヒータへの再通電が行われ
ると、バッテリーの放電電力が増加する。このため、セ
ルモータへの供給電力が不足することで、内燃機関の始
動性が悪化し、又は、オルタネータの負荷が増大するこ
とで、内燃機関の運転状態は不安定側に変化する。これ
に対して、通電タイミング設定手段は、機関運転状態に
基づいて機関始動後のヒータへの通電開始タイミングを
設定する。従って、本発明によれば、ヒータへの通電開
始に伴って、機関始動性が悪化し、又は、機関始動後の
運転状態が不安定化することが防止される。

【０００８】また、上記の目的は、請求項２に記載する
如く、請求項１記載の空燃比センサのヒータ制御装置に
おいて、空燃比センサの温度を検出するセンサ温度検出
手段を備えると共に、前記通電タイミング設定手段は、
前記機関運転状態及び前記空燃比センサの温度に基づい
て、前記通電開始タイミングを設定する空燃比センサの
ヒータ制御装置によっても達成される。

【０００９】請求項２記載の発明において、通電停止手
段は機関始動時にプリヒート手段によるヒータへの通電
を停止するため、機関始動後、ヒータへの通電が開始さ
れるまで、空燃比センサの温度（センサ温度）は一時的
に低下する。この場合、通電が開始される際のセンサ温
度が高いほど、ヒータの消費電力は小さくなる。つま
り、機関始動後のセンサ温度が高いほど、ヒータへの通
電開始が機関始動性及び運転安定性へ及ぼす影響は小さ
くなるため、より早い時点からヒータへの通電を開始す
ることができる。従って、本発明によれば、通電タイミ
ング設定手段が、機関運転状態及びセンサ温度に基づい
て通電開始タイミングを設定することで、機関始動性の
悪化及び運転状態の不安定化を招かない範囲で、早期に
ヒータへの通電を開始して、空燃比センサの活性を速や
かに回復することができる。

【００１０】この場合、請求項３に記載する如く、前記
機関運転状態として機関回転数を用いることとしてもよ
い。また、空燃比センサのインピーダンスは、センサ温
度に応じて変化する。従って、請求項４に記載する如
く、前記センサ温度検出手段は、前記空燃比センサのイ
ンピーダンスに基づいて前記空燃比センサの温度を検出
することとしてもよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例である
空燃比センサのヒータ制御装置が適用された内燃機関の
システム構成図を示す。本実施例の内燃機関は、電子制
御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）１０により制御され
る。図１に示す如く、内燃機関は、シリンダブロック１
２を備えている。シリンダブロック１２の内部には、シ
リンダ１４およびウォータジャケット１６が形成されて
いる。ウォータジャケット１６には、水温センサ１８が
配設されている。水温センサ１８はウォータジャケット
１６の内部を流れる冷却水の温度（以下、水温ＴＨＷと
称す）に応じた信号をＥＣＵ１０に向けて出力する。Ｅ
ＣＵ１０は水温センサ１８の出力信号に基づいて水温Ｔ
ＨＷを検出する。

【００１２】シリンダ１４の内部にはピストン２０が配
設されている。ピストン２０は、シリンダ１４の内部
を、図１における上下方向に摺動することができる。シ
リンダブロック１２の上部には、シリンダヘッド２２が
固定されている。シリンダヘッド２２には、吸気ポート
２４および排気ポート２６が形成されている。シリンダ
ヘッド２２の底面、ピストン２０の上面、およびシリン
ダ１４の側壁は、燃焼室２８を画成している。上述した
吸気ポート２４および排気ポート２６は、共に燃焼室２
８に開口している。燃焼室２８には、点火プラグ３０の
先端が露出している。点火プラグ３０はＥＣＵ１０から
点火信号を供給されることにより、燃焼室２８内の燃料
に点火する。

【００１３】内燃機関は、また、吸気弁３４及び排気弁
３６を備えている。吸気ポート２４及び排気ポート２６
の燃焼室２８への開口部には、それぞれ、吸気弁３４及
び排気弁３６に対する弁座が形成されている。吸気弁３
４及び排気弁３６は、各弁座に離着座することにより、
それぞれ吸気ポート２４及び排気ポート２６を開閉させ
る。

【００１４】吸気ポート２４には、吸気マニホールド３
８が連通している。吸気マニホールド３８には、燃料噴
射弁４０が配設されている。燃料噴射弁４０はＥＣＵ１
０から付与される指令信号に応じて燃料を吸気マニホー
ルド３８内に噴射する。吸気マニホールド３８の上流側
には、サージタンク４２が連通している。サージタンク
４２の更に上流側には、吸気管４４が連通している。吸
気管４４には、スロットルバルブ４６が配設されてい
る。スロットルバルブ４６の近傍には、スロットル開度
センサ４８が配設されている。

【００１５】吸気管４４の上流側にはエアフローメータ
５0 が連通している。エアフローメータ５０は吸気管４
４を通過する空気の流量に応じた信号をＥＣＵ１０に向
けて出力する。ＥＣＵ１０はエアフローメータ５０の出
力信号に基づいて、内燃機関の吸入空気量を検出する。
エアフローメータ５０の更に上流側にはエアクリーナ５
２が連通している。吸気管４４にはエアクリーナ５２に
より濾過された外気が流入する。

【００１６】一方、内燃機関の排気ポート２６には、排
気通路５４が連通している。排気通路５４には、触媒コ
ンバータ５６が配設されている。触媒コンバータ５６
は、排気ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素
（ＣＯ）、及び酸化窒素（ＮＯX ）を反応させることに
より排気ガスを浄化する。触媒コンバータ５６の上流側
及び下流側には、それぞれ、空燃比センサ５８、６０が
配設されている。空燃比センサ５８、６０は同様の構成
を有しており、これらの構成については後述する。な
お、本実施例では、空燃比センサ５８、６０が同一とさ
れているが、異なるものとしてもよい。

【００１７】内燃機関は、また、回転数センサ６２を備
えている。回転数センサ６２は内燃機関が所定のクラン
ク角だけ回転する毎にパルス信号をＥＣＵ１０に向けて
出力する。ＥＣＵ１０は、回転数センサ６２の出力信号
に基づいて内燃機関の回転数（以下、機関回転数ＮＥと
称す）を検出する。ＥＣＵ１０には、ドアスイッチ６４
が接続されている。ドアスイッチ６４は、車両ドアがオ
ープンされた場合にのみオン状態となるスイッチであ
る。ＥＣＵ１０は、ドアスイッチ６４のオン／オフ状態
に基づいて、車両ドアのオープンを検出する。

【００１８】図２は、空燃比センサ５８、６０の内部構
成を、ＥＣＵ１０との接続回路と共に示す。図２に示す
如く、空燃比センサ５８、６０は、その内部に、例えば
ジルコニア等の材料により構成されたセンサ素子６６
と、センサ素子６６を加熱するヒータ６８とを備えてい
る。センサ素子６６の一方の端子は定電圧源７０に接続
され、また、他方の端子はＥＣＵ１０に接続されている
と共に抵抗器７１を介して接地されている。このように
センサ素子６６に定電圧が印可された状態では、センサ
素子６６に流れる電流（以下、センサ電流Ｉと称す）
は、センサ素子６６の温度（以下、センサ温度Ｔと称
す）が所定の活性化温度Ｔｅ（例えば６５０゜Ｃから７
００゜Ｃ）以上である場合に、排気通路５４内の酸素濃
度に応じて変化する。ＥＣＵ１０には、このセンサ電流
Ｉに応じた電圧が入力される。

【００１９】センサ素子６６は、また、インピーダンス
検出回路７２を介してＥＣＵ１０に接続されている。イ
ンピーダンス検出回路７２は、ＥＣＵ１０から供給され
る制御信号に応じて、センサ素子６６に所定周波数の交
流電圧を印可すると共に、センサ素子６６に流れる交流
電流の大きさに応じた信号をＥＣＵ１０に向けて出力す
る。ＥＣＵ１０は、インピーダンス検出回路７２の出力
信号に基づいて、センサ素子６６のインピーダンスを検
出する。センサ素子６６は、センサ温度Ｔが高くなるの
に応じてインピーダンスが低くなる特性を有している。
そこで、ＥＣＵ１０は、センサ素子６６のインピーダン
スに基づいてセンサ温度Ｔを検出する。

【００２０】一方、ヒータ６８は、通電制御回路７４を
介してＥＣＵ１０に接続されている。通電制御回路７４
はＥＣＵ１０から供給される制御信号に応じて、車載バ
ッテリー７５を電源として、ヒータ６８への通電電流を
デューティ制御する。ヒータ６８には、また、ヒータ電
圧検出回路７６及びヒータ電流検出回路７８が接続され
ている。ヒータ電圧検出回路７６は、ヒータ６８に印可
される電圧に応じた信号をＥＣＵ１０に向けて出力す
る。また、ヒータ電流検出回路７８は、ヒータ６８を流
れる電流に応じた信号をＥＣＵ１０に向けて出力する。
ＥＣＵ１０は、これらの信号に基づいてヒータ６８に印
可される電圧、及び、ヒータ６８に供給される電流を検
出する。

【００２１】ＥＣＵ１０は、内燃機関の運転中に、セン
サ温度Ｔの温度が、活性化温度Ｔｅ以上、かつ、センサ
素子６６に損傷を与えない程度の温度となるように、ヒ
ータ６８への通電量を制御する。上述の如く、センサ温
度Ｔが活性化温度Ｔｅ以上に維持された状態では、セン
サ素子６６に流れる電流は、酸素濃度に応じて変化す
る。従って、ＥＣＵ１０は、上記の如くヒータ６８への
通電量を制御することで、センサ電流Ｉに基づいて、排
気通路５４内の酸素濃度、すなわち、空燃比を検出する
ことができる。そして、ＥＣＵ１０は、空燃比に基づい
て燃料噴射量をフィードバック制御する空燃比フィード
バック制御を実行する。

【００２２】空燃比フィードバック制御では、空燃比が
理論空燃比よりもリッチ側である場合には燃料噴射量が
減量され、リーン側である場合には燃料噴射量が増量さ
れることにより、空燃比が理論空燃比近傍の所定範囲内
に維持される。上記した触媒コンバータ５６は、空燃比
が理論空燃比近傍である場合に、高い浄化性能を発揮す
る。従って、空燃比フィードバック制御によれば、排気
ガス中のＨＣ、ＣＯ、及びＮＯｘを触媒コンバータ５６
により効果的に除去することができる。また、空燃比フ
ィードバック制御によれば、空燃比が過度にリッチ又は
リーンになることがないため、燃費の悪化及び燃焼状態
の不安定化を共に防止することができる。

【００２３】内燃機関の冷間始動時には、センサ温度Ｔ
はほぼ外気温まで低下しているため、センサ温度Ｔが活
性化温度Ｔｅまで加熱されるまでには、ある程度の時間
が必要となる。そこで、本実施例では、内燃機関の始動
後、速やかに空燃比フィードバックの実行を開始すべ
く、機関始動が予想される場合（例えば、車両ドアのオ
ープンが検出された場合）に、機関始動前から空燃比セ
ンサ５８、６０のヒータ６８への通電を開始することと
している。以下、機関始動前に行われるヒータ６８への
通電を、空燃比センサ５８、６０のプリヒートと称す
る。

【００２４】なお、空燃比センサ５８、６０が異なる構
成とされ、例えば、空燃比センサ５８にのみヒータ６８
が備えられる場合には、プリヒートは空燃比センサ５８
に対してのみ行われることとなる。プリヒートの実行中
は、車載バッテリー７５の電力が消費される。従って、
本実施例では、クランキング始動が開始された時点で、
セルモータへの十分な供給電力を確保すべく、プリヒー
トを中止することとしている。この場合、機関始動後、
速やかに空燃比フィードバック制御を開始する観点から
は、ヒータ６８への再通電をできるだけ早期に開始する
ことが望ましい。一方、クランキング始動が完了しない
うちに、ヒータ６８への再通電が開始されると、セルモ
ータへの供給電力が不足することで、機関始動性が低下
してしまう。また、クランキング始動が完了した後であ
っても、アイドル運転状態が安定化しないうちにヒータ
６８への再通電が開始されると、車載バッテリー７５の
放電電力の増加によりオルタネータの負荷が大きくなる
ことで、アイドル運転状態は更に不安定化してしまう。

【００２５】これに対して、本実施例のシステムは、機
関始動時の機関回転数ＮＥ及びセンサ温度Ｔに基づいて
ヒータ６８への通電再開タイミングを設定することで、
良好な機関始動性及びアイドル運転状態の安定性を確保
しつつ、早期に空燃比フィードバック制御を開始し得る
点に特徴を有している。図３は、センサ温度Ｔと、ヒー
タ６８への通電を再開するための機関回転数ＮＥの基準
値Ｎ0 との関係を表すマップを示す。本実施例において
は、図３に示すマップを参照して、センサ温度Ｔから基
準値Ｎ0 が求められ、機関回転数ＮＥが基準値Ｎ0 を上
回った時点で、ヒータ６８への再通電が開始される。セ
ンサ温度Ｔが高いほど、ヒータ６８への通電を再開した
場合のヒータ６８の消費電力（つまり、センサ温度Ｔを
活性化温度Ｔｅ以上に上昇させるのに要する消費電力）
は小さいといえる。そこで、本実施例では、図３に示す
如く、センサ温度Ｔが高いほど、基準値Ｎ0 を小さな値
に設定することにより、機関回転数ＮＥがより低い時点
から再通電を開始することとしている。

【００２６】図４は、（Ａ）空燃比センサ５８、６０の
プリヒートが開始された後のセンサ温度Ｔの時間変化、
（Ｂ）ヒータ６８への通電のオン／オフ状態の時間変
化、及び（Ｃ）機関回転数ＮＥの時間変化をそれぞれ例
示する。なお、図４（Ｃ）には、機関回転数ＮＥが基準
値Ｎ0 に達しないうちにヒータ６８への通電が開始され
た場合の機関回転数ＮＥを一点鎖線で示している。

【００２７】図４（Ａ）及び（Ｂ）に示す如く、クラン
キングが開始される時刻ｔ１までは、空燃比センサ５
８、６０のプリヒートが行われることで、センサ温度Ｔ
は目標温度Ｔｃに向けて上昇する。時刻ｔ１においてク
ランキングが開始されると、ヒータ６８への通電が停止
されることで、以後、センサ温度Ｔは次第に低下し、活
性化温度Ｔｅを下回っている。一方、図４（Ｃ）に実線
で示す如く、時刻ｔ１におけるクランキング開始に伴っ
て、機関回転数ＮＥが立ち上がり、その後、時刻ｔ２に
おいてクランキングが終了した後も、内燃機関の燃焼開
始により機関回転数ＮＥは上昇し続ける。そして、時刻
ｔ３において、機関回転数ＮＥが基準値Ｎ0 を上回る
と、図４（Ｂ）に示す如く、ヒータ６８への再通電が開
始され、図４（Ａ）に示す如く、センサ温度Ｔｃは上昇
に転ずる。

【００２８】上述の如く、ヒータ６８への再通電が開始
されると車載バッテリー７５の放電電力が増加する。こ
のため、図４（Ｃ）に一点鎖線で示す如く、機関回転数
ＮＥが基準値Ｎ0 に達していない状態で再通電が開始さ
れた場合には、オルタネータの負荷が上昇することで、
機関回転数ＮＥが十分に立ち上がらなくなってしまう。
また、再通電が開始されるタイミングがクランキング中
である場合には、上記の如く、セルモータへの供給電力
が不足することにより内燃機関の円滑な始動が実現でき
なくなる。

【００２９】これに対して、本実施例では、上述の如
く、機関回転数ＮＥが基準値Ｎ0 を上回り、安定な運転
状態が確保されたと判断された時点で、再通電が開始さ
れる。従って、本実施例によれば、良好な機関始動性及
び安定なアイドル運転状態を確保しつつ、ヒータ６８へ
の再通電を開始することができる。また、ヒータ温度Ｔ
が高いほど（つまり、ヒータ６８への再通電の開始に伴
う電力消費が小さいほど）、基準値Ｎ0 が小さな値に設
定されることで、内燃機関の始動性及び運転安定性に影
響を与えない範囲において、可能な限り速やかなタイミ
ングで通電を開始することができる。すなわち、本実施
例によれば、内燃機関の良好な始動性及び安定なアイド
ル運転状態を確保しつつ、空燃比フィードバック制御を
早期に開始することが可能とされている。

【００３０】以下、本実施例においてＥＣＵ１０が実行
する具体的な処理の内容について説明する。図５は、空
燃比センサ５８、６０のプリヒートを行うべくＥＣＵ１
０が実行するルーチンのフローチャートである。また、
図６は、ヒータ６８への再通電を開始すべくＥＣＵ１０
が実行するルーチンのフローチャートである。なお、図
５及び図６に示すルーチンは、所定時間間隔で起動され
る定時割り込みルーチンである。先ず図５に示すルーチ
ンについて説明する。図５に示すルーチンが起動される
と、ステップ１００の処理が実行される。

【００３１】ステップ１００では、プリヒートの実行が
許可されているか否かが判別される。具体的には、ステ
ップ１００では、車両ドアのオープンが検出された後、
内燃機関の始動前である場合、すなわち、内燃機関の始
動が予想される場合に、プリヒートの実行が許可されて
いると判別される。ステップ１００において、プリヒー
トの実行が許可されていないと判別された場合は、次に
ステップ１０２の処理が実行される。一方、ステップ１
００において、プリヒートの実行が許可されている場合
は、次にステップ１０４の処理が実行される。

【００３２】ステップ１０２では、空燃比センサ５８、
６０のヒータ６８への通電制御におけるデューティ比Ｈ
Ｔdutyが「０」に設定される。従って、ステップ１００
及び１０２の処理によれば、プリヒートの開始後、内燃
機関が始動された時点で、ヒータ６８への通電は停止さ
れることになる。ステップ１０２の処理が終了すると、
今回のルーチンは終了される。

【００３３】ステップ１０４では、センサ素子６６のイ
ンピーダンスに基づいてセンサ温度Ｔが検出される。ス
テップ１０４に続くステップ１０６では、センサ温度Ｔ
が目標温度Ｔｃを上回っているか否かが判別される。そ
の結果、Ｔ＞Ｔｃが成立する場合は、次にステップ１０
８において、デューティ比ＨＴdutyが所定値αだけ減少
されることにより、ヒータ６８への通電量が減少され
る。一方、ステップ１０６において、Ｔ＞Ｔｃが不成立
であれば、次にステップ１１０において、デューティ比
ＴＨdutyが所定値αだけ増加されることにより、ヒータ
６８への通電量が増加される。ステップ１０６、１０
８、及び１１０の処理によれば、センサ温度Ｔが目標温
度Ｔｃに向けて制御される。ステップ１０８又は１１０
の処理が終了すると、今回のルーチンは終了される。

【００３４】なお、デューティ比ＨＴdutyの変更幅αは
センサ温度Ｔと目標温度Ｔｃとの差の大きさに基づいて
可変としてもよい。次に、図６に示すルーチンについて
説明する。図６に示すルーチンが起動されると、ステッ
プ１５０の処理が実行される。ステップ１５０では、機
関回転数ＮＥが「０」であるか否かが判別される。その
結果、ＮＥ＝０が成立する場合は、機関始動前であると
判断されて今回のルーチンは終了される。一方、ステッ
プ１５０において、ＮＥ＝０が不成立であれば、次にス
テップ１５２の処理が実行される。

【００３５】ステップ１５２では、センサ素子６６のイ
ンピーダンスに基づいてセンサ温度Ｔが検出される。ス
テップ１５２に続くステップ１５４では、センサ温度Ｔ
が活性化温度Ｔｅ以上であるか否かが判別される。その
結果、Ｔ≧Ｔｅが成立する場合は、空燃比センサ５８、
６０が活性化していると判断され、次にステップ１５６
の処理が実行される。一方、ステップ１５４において、
Ｔ≧Ｔｅが不成立であれば、次にステップ１５８の処理
が実行される。

【００３６】ステップ１５６では、Ｆ／Ｂ許可フラグＦ
１が「１」にセットされる。ＥＣＵ１０は、Ｆ／Ｂ許可
フラグＦ１が「１」にセットされている場合に、空燃比
フィードバック制御の実行を許可する。ステップ１５６
の処理が終了すると、ステップ１６０に進む。ステップ
１６０では、再通電許可フラグＦ２が「１」にセットさ
れる。ＥＣＵ１０は、再通電許可フラグＦ２が「１」に
セットされている場合に、ヒータ６８への再通電を許可
し、センサ温度Ｔを活性化温度Ｔｅ以上に維持すべくヒ
ータ６８への通電制御を実行する。従って、ステップ１
６０の処理により、空燃比センサ５８、６０の出力信号
に基づいて空燃比フィードバック制御が適正に実行され
ることが保証される。ステップ１６０の処理が終了する
と、今回のルーチンは終了される。

【００３７】一方、ステップ１５８では、フィードバッ
ク許可フラグＦ１が「０」にリセットされることによ
り、空燃比フィードバック制御の実行が禁止される。ス
テップ１５８の処理が終了すると、ステップ１６２へ進
む。ステップ１６２では、上記図３に示すマップを参照
することにより、センサ温度Ｔから基準値Ｎ0 が求めら
れる。

【００３８】ステップ１６２に続くステップ１６４で
は、機関回転数ＮＥが基準値Ｎ0 を上回っているか否か
が判別される。その結果、ＮＥ＞Ｎ0 が不成立であれ
ば、次にステップ１６６において、再通電許可フラグＦ
２が「０」にリセットされることによりヒータ６８への
再通電が禁止された後、今回のルーチンは終了される。
一方、ステップ１６４において、ＮＥ＞αが成立する場
合は、次に上記ステップ１６０において、再通電許可フ
ラグＦ２が「１」にセットされることによりヒータ６８
への再通電が許可された後、今回のルーチンは終了され
る。

【００３９】上述の如く、本実施例によれば、機関回転
数ＮＥが基準値Ｎ0 を上回った時点で、ヒータ６８への
再通電が許可されることで、車載バッテリー７５の放電
電力の増加に伴う始動性の悪化、又は、アイドル運転状
態の不安定化を防止することができる。また、基準値Ｎ
0 が上記図３に示すマップに従って、センサ温度Ｔが高
いほど基準値Ｎ0 が小さな値となるようにＮ０を設定す
ることで、機関始動性の悪化等を防止できる範囲で、速
やかにヒータ６８への再通電を開始することができ、こ
れにより、空燃比フィードバック制御を早期に開始する
ことができる。

【００４０】なお、上記実施例においては、回転数セン
サ６２が特許請求の範囲に記載した運転状態検出手段に
相当している。また、ＥＣＵ１０が図５に示すルーチン
を実行することにより特許請求の範囲に記載したプリヒ
ート手段が、図５に示すルーチンのステップ１００及び
１０２の処理を実行することにより特許請求の範囲に記
載した通電停止手段が、図６に示すルーチンのステップ
１５２を実行することによりセンサ温度検出手段が、図
６に示すルーチンのステップ１６２、１６４、１６０、
及び１６６の処理を実行することにより特許請求の範囲
に記載した通電タイミング設定手段が、それぞれ実現さ
れている。

【００４１】なお、上記実施例では、センサ素子６６の
インピーダンスに基づいてセンサ温度Ｔを検出するもの
としたが、センサ温度Ｔを求める手法はこれに限られる
ものではなく、ヒータ抵抗Ｒに基づいてセンサ温度Ｔを
検出してもよい。すなわち、ヒータ６８の温度が高くな
るのに応じてヒータ抵抗Ｒは増加するため、ヒータ抵抗
Ｒからヒータ温度を求め、このヒータ温度をセンサ温度
Ｔとして用いることとしてもよい。

【００４２】また、上記実施例では、酸素濃度に応じて
センサ電流Ｉが連続的に変化する特性を有する空燃比セ
ンサ５８、６０により空燃比を検出するものとしたが、
本発明はこれに限らず、空燃比センサ５８、６０の一方
又は双方に代えて、空燃比に応じてリッチ／リーンの２
段階の信号を出力するＯ₂センサを用いてもよい。ま
た、上記実施例では、ヒータ６８への通電量をデューテ
ィ制御するものとしたが、これに限らず、電流値をリニ
アに変化させることにより通電量を制御してもよい。こ
の場合、上記図５に示すルーチンのステップ１０８及び
１１０では、それぞれ、通電電流を減少及び増加させる
こととすればよい。

【００４３】更に、上記実施例では、機関回転数ＮＥに
基づいてヒータ６８への再通電の開始タイミングを設定
するものとしたが、これに限らず、例えば吸気管負圧を
検出する負圧センサを設け、吸気管負圧に基づいて再通
電の開始タイミングを設定することとしてもよい。

【００４４】

【発明の効果】上述の如く、請求項１記載の発明によれ
ば、良好な機関始動性、及び、機関始動後の安定な運転
状態を確保しつつ、機関始動後に空燃比センサのヒータ
への通電を再開することができる。また、請求項２記載
の発明によれば、良好な機関始動性、及び、機関始動後
の安定な運転状態を確保し得る範囲で、速やかにヒータ
への通電を開始することができ、これにより、空燃比セ
ンサの活性を早期に回復させることができる。

【００４５】また、請求項３記載の発明によれば、機関
回転数を機関運転状態として用いることができる。更
に、請求項４記載の発明によれば、空燃比センサのイン
ピーダンスに基づいてセンサ温度を検出することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空燃比センサのヒータ制御装置が適用
された内燃機関のシステム構成図である。

【図２】本実施例のシステムが備える空燃比センサの内
部構成をＥＣＵとの接続回路と共に示す図である。

【図３】ヒータ温度Ｔと基準値Ｎ0 との関係を表すマッ
プである。

【図４】図４（Ａ）は、空燃比センサのプリヒートが開
始された後、内燃機関が始動されるまでのセンサ温度Ｔ
の時間変化を例示する図である。図４（Ｂ）は、空燃比
センサのヒータへの通電のオン／オフ状態の時間変化を
例示する図である。図４（Ｃ）は、機関回転数の時間変
化を例示する図である。

【図５】本実施例において空燃比センサのプリヒートを
開始すべくＥＣＵが実行するルーチンのフローチャート
である。

【図６】本実施例において空燃比センサへの再通電を開
始すべくＥＣＵが実行するルーチンのフローチャートで
ある。

【符号の説明】

１０ＥＣＵ５８、６０空燃比センサ６２回転数センサ６８ヒータ７２インピーダンス検出回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井手宏二愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 2G004 BJ01 BK04 BK10 BL08 BL20 3G301 KA01 KA07 LC10 NA08 NC02 ND13 ND15 ND41 PA01Z PA07Z PA11Z PD05B PD05Z PD13Z PE01Z PF16Z PG01Z PG02Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関に設けられた空燃比センサが備
えるヒータへの通電を制御するヒータ制御装置であっ
て、機関始動前に前記ヒータへの通電を行うプリヒート手段
と、機関始動時に前記プリヒート手段による通電を停止させ
る通電停止手段と、機関運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記機関運転状態に基づいて、機関始動後の前記ヒータ
への通電開始タイミングを設定する通電タイミング設定
手段と、を備えることを特徴とする空燃比センサのヒー
タ制御装置。
【請求項２】請求項１記載の空燃比センサのヒータ制
御装置において、空燃比センサの温度を検出するセンサ温度検出手段を備
えると共に、前記通電タイミング設定手段は、前記機関運転状態及び
前記空燃比センサの温度に基づいて、前記通電開始タイ
ミングを設定することを特徴とする空燃比センサのヒー
タ制御装置。
【請求項３】前記機関運転状態は機関回転数であるこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の空燃比センサのヒ
ータ制御装置
【請求項４】前記センサ温度検出手段は、前記空燃比
センサのインピーダンスに基づいて前記空燃比センサの
温度を検出することを特徴とする請求項２記載の空燃比
センサのヒータ制御装置。