JP2003042003A - 空燃比センサのヒータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 空燃比センサのヒータ通電をデューティ比制
御方式で行うものヒータ故障診断において、簡単かつ安
価な回路構成で、ヒータの断線故障を的確に検出するこ
と。 【解決手段】 ヒータの通電回路の電圧とヒータの通電
状態からヒータの故障診断を行う構成であって、ヒータ
の所定時間内における通電時間に上限、又は非通電時間
の下限を設定する通電時間制限手段６７を設け、デュー
ティ比制御の指令が連続通電状態になることを避ける。

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
ータ制御装置に係り、特に、内燃機関の排気ガスの空燃
比を検出する空燃比センサに備えられるヒータの故障診
断付き制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気ガスに含まれる特定成分
を抑制する制御方法として、内燃機関の排気管に空燃比
センサを設け、空燃比センサにより検出される空燃比が
所定値（例えば理論空燃比）となるよう、内燃機関に供
給する燃料量を調整する閉ループ式の空燃比制御が広く
採用されている。空燃比センサは、センサ温度が所定温
度以上の状態で空燃比の計測が可能になる温度特性を有
しているので、精度よく空燃比を計測するには、センサ
温度を常に所定温度範囲内に保つ必要がある。

【０００３】このことに対して、空燃比センサが配置さ
れる内燃機関の排気管内の温度は運転状態によって変化
する。一般的には、アイドル状態では温度が低く、スロ
ットル全開走行時は温度が高くなる。このため、空燃比
センサを加熱する電気的なヒータと、センサ温度を測定
する手段とを設け、センサ温度が所定温度になるようヒ
ータ通電を制御する温度調節手段が併用される場合が多
い。

【０００４】ヒータ制御方法としては、ヒータへの印加
電圧をマイクロコンピュータで調整する方式があるが、
該方式のマイクロコンピュータで印加電圧を制御するに
は、Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ）変換が必要となり、
コストの面でメリットがないので、所定時間内のヒータ
通電時間と、非通電時間の割合を変化させることで、ヒ
ータの発熱量を制御するデューティ比制御方式が一般的
に採用されている。このように、空燃比センサのヒータ
は、内燃機関の排気ガスに含まれる特定成分の放出を抑
制するために欠く事のできない機能部品であることか
ら、ヒータの故障診断装置を設け、ヒータの故障を早期
に検出することが重要である。

【０００５】ヒータの故障診断装置としては、一般に、
ヒータに流れる電流量を測定して診断を行う方式（以
後、電流検出方式）と、ヒータ端子の電圧レベルを測定
して診断を行う方式に大別される。電流検出方式は、故
障の検出性に優れる反面、ヒータ駆動回路の他に、電流
検出回路を設ける必要がある。

【０００６】これに対し、後者の方式は、マイクロコン
ピュータのＤＩ（デジタル入力）ポートが利用可能であ
り、電流検出方式よりもコストの面で有利である。後者
の診断方法としては、例えば、ヒータ通電時と、非通電
時のヒータ電源電圧を測定し、両者の電圧差から故障を
判定する診断方法（特開平５−１９５８４３号公報、）
が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の技術
では、ヒータ通電時（作動時）と、非通電時（非作動
時）のヒータ電源電圧を測定して故障診断を行っている
ことから、故障を早期に検出するためにはヒータの通電
と非通電が適切な周期で繰返されていることが不可欠で
ある。しかし、温度調整手段が設けられたヒータ制御を
採用した場合、以下のような問題がある。

【０００８】電気的にヒータと接続されている線に断線
故障が発生した場合、断線によりヒータが常時非通電と
なり、ヒータによる加熱が行われないので、センサ温度
は目標温度より低下し、ヒータ制御はセンサ温度が上昇
する方向に制御される。すなわち、ヒータ制御方法がデ
ューティ比方式の場合、ヒータ通電時間を増加する方向
に制御される。このため、ヒータ非通電時間が短くな
り、最悪ヒータ非通電時間がゼロ、すなわち常時ヒータ
通電状態となる。

【０００９】従来技術では、診断条件が成立した場合
に、ヒータ電源電圧を測定するので、診断条件が成立す
る以前に、断線故障が発生し、常時ヒータ通電となった
場合にはヒータ非通電時のヒータ電源電圧を測定できな
い点については、格別の配慮がなされていない。

【００１０】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的とするところは、空燃比セン
サのヒータ通電をデューティ比制御方式で行うものにお
いて、簡単かつ安価な回路構成で、ヒータの断線故障を
的確に検出するヒータ制御装置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
本発明に係る空燃比センサのヒータ制御装置は、内燃機
関の排気管に配置された空燃比センサを加熱するヒータ
の通電をデューティ比制御により行い、ヒータの電源回
路の電圧と予め定められている所定電圧との比較結果
と、ヒータへの通電状態からヒータの故障を判定する故
障判定手段を備えたヒータ制御装置において、ヒータ通
電時間の上限または非通電時間の下限を制限する制限手
段、あるいは、ヒータ非通電時間がゼロとなることを禁
止する制限手段を有する。

【００１２】従って、ヒータの電気系が断線状態となる
故障が発生した場合、ヒータ温度が低下し、ヒータ通電
時間が増加しても、ヒータ非通電の時間がゼロとならな
いので、ヒータ非通電に行う故障診断（断線またはグラ
ンドショート故障の診断）が確実に実施される。

【００１３】本発明による空燃比センサのヒータ制御装
置は、空燃比センサの不活性／活性を判定するセンサ活
性化判定手段を有し、空燃比センサが活性と判定された
場合に前記制限手段を有効とする。

【００１４】故障判定手段は、ヒータ非通電時にヒータ
の電源回路の電圧が予め定められている所定電圧より低
い場合に、故障と判定する。ヒータ非通電時にヒータの
電源回路の電圧が予め定められている所定電圧より低い
状態が所定時間に亘って続いた場合に、故障と判定す
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に添付の図を参照してこの発
明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本実施の形
態の故障診断装置を備えたエンジン制御システムの全体
構成を示している。内燃機関１０は、多気筒機関とし
て、複数個の気筒１１を有しており、気筒１１内は往復
動するピストン１２とで燃焼室１３とで構成されてい
る。内燃機関１０には、各気筒毎に、点火コイル・パワ
ースイッチ１４と接続された点火プラグ１５が配置され
ていると共に、吸気ポート１６を開閉する吸気弁１７
と、排気ポート１８を開閉する排気弁１９とが設けられ
る。

【００１６】吸気ポート１６には吸気管２０、エアクリ
ーナ２１が順に接続されている。吸気管２０には、吸気
ポート１６へ向けて燃料を噴射するインジェクタ（燃料
噴射弁）２２が設けられていると共に、運転状態検出手
段として、吸気管２０内の圧力を計測する吸気管圧力セ
ンサ２３、スロットルバルブ２４の開度を計測するスロ
ットル開度センサ２５、アイドル時のエンジン回転数が
目標回転数になるようにコントロールするアイドルスピ
ードコントロールバルブ（ＩＳＣ）２６が各々の適宜位
置に配置されている。インジェクタ２２は、各気筒毎に
配設され、マルチポイントインジェクション（ＭＰＩ）
システム化された燃料噴射方式を採用している。

【００１７】内燃機関本体１０には、エンジンの冷却水
温を計測する冷却水温センサ２７、エンジン回転数を計
測するクランク角センサ２８が各々の適宜位置に配置さ
れている。排気ポート１８には、排気管２９、触媒コン
バータ３０、マフラー３１が順に接続されている。排気
管２９には、排気ガス中の酸素濃度に比例して広域でか
つリニアな空燃比信号を出力する空燃比センサ３２が適
宜位置（触媒コンバータ３０の上流位置）に配置されて
いる。

【００１８】吸気管２０の上流部に設けられたエアクリ
ーナ２１から吸入された空気は、スロットルバルブ２４
によって流量を調節された後、インジェクタ（燃料噴射
弁）２２から所定のタイミングで噴射されたガソリンと
混合されて各燃焼室１３内に供給される。一方、燃料タ
ンク３３からの燃料は、燃料ポンプ３４によって吸引、
加圧された後、プレッシャレギュレータ３５を備えた燃
料配管３６を通ってインジェクタ２２の燃料入口部に導
かれ、余分な燃料は燃料タンク３３に戻される態様でイ
ンジェクタ２２に供給される。

【００１９】燃焼室１３内に供給された混合気は点火プ
ラグ１５によって点火され、混合気の燃焼により生じる
排気ガスは、排気管２９を通って触媒コンバータ３０に
導かれ、触媒コンバータ３０によって浄化された後、マ
フラー３１より大気中に排出される。吸気管圧力センサ
２３から得られる吸気管２０の圧力を示す出力信号と、
スロットル開度センサ２５からの出力信号と、冷却水温
センサ２７、クランク角センサ２８及び空燃比センサ３
２からの各出力信号は、コントロールユニット（制御装
置）４０に入力される。

【００２０】コントロールユニット４０は、コンピュー
タ式のものであり、車体あるいはエンジンルーム内に配
置され、前述した種々のセンサから出力される内燃機関
１０の運転状態を示す電気的な信号に基づいて、所定の
演算処理を行ない、運転状態に応じた最適制御を行うべ
く、燃料を噴射供給するインジェクタ２２の開閉、点火
プラグ１５の駆動、及びアイドルスピードコントロール
バルブ２６の開閉を行う信号を各々出力し、併せて燃料
ポンプ３４の制御を行う。そして、コントロールユニッ
ト４０は、各気筒の吸気行程と燃料噴射のタイミングと
を合わせて各気筒毎にインジェクタ２２から燃料を噴射
する制御を行う。

【００２１】コントロールユニット４０は、演算処理を
行うＣＰＵ４１と、基準となる時間（クロック信号）を
生成するクロック発生器４２と、多数の制御プログラム
を記憶するＲＯＭ４３及びＲＡＭ４４と、タイマーカウ
ンタ４５と、入出力インターフェイス４６と、出力回路
４７と、デジタル入力回路４８と、Ａ／Ｄ（アナログ／
デジタル）変換器４９と、アナログ入力回路５０とを有
している。

【００２２】コントロールユニット４０は、具体的に
は、吸気管内圧力及び設定された空燃比に基づいてイン
ジェクタ２２から各気筒に供給すべき要求燃料量を算出
すると共に、該要求燃料量と、インジェクタ２２の噴射
量特性である流量傾斜及び無効噴射パルス幅とに基づい
て要求噴射パルス幅（インジェクタ２２の開弁時間）を
演算し、該要求噴射パルス幅に基づいてインジェクタ２
２が噴射パルスの時間分の開弁を行う指令信号（駆動信
号）を生成する。また、吸気管２０内圧力及びエンジン
回転数等に基づいてインジェクタ２２の噴射時期を演算
し、吸気行程に同期させると共に、吸気行程中の燃料噴
射時期を最適なタイミングに設定し、該タイミングに基
づいてインジェクタ２２、点火コイル・パワースイッチ
１４に駆動信号を出力する。

【００２３】コントロールユニット４０は、コントロー
ルユニット４０に接続されている各センサ、インジェク
タ２２等の出力デバイスの故障有無を判定する診断プロ
グラムを実行し、これにより得られた診断結果に基づい
て警報ランプ５１の状態（点灯／消灯）を制御すること
で、運転者に故障の有無を伝える機能を有する。

【００２４】空燃比センサ３２により検出される空燃比
が理論空燃比等、所定値の空燃比となるよう、内燃機関
に供給する燃料量を調整する閉ループ式の空燃比制御
と、空燃比センサ３２に付随するヒータ５２の通電制御
および故障診断を行う制御系を、図２を参照して説明す
る。

【００２５】空燃比センサ３２には、センサ温度を所定
温度範囲内に保つためのヒータ５２が設けられており、
空燃比センサ３２は、排気ガスから測定した空燃比に対
応した空燃比信号と、センサ温度を示す温度信号を出力
する。空燃比信号は、センサ活性化判定手段６１と空燃
比検出手段６２に入力される。

【００２６】センサ活性化判定手段６１は、空燃比信号
の状態から空燃比センサ３２の活性／不活性の判定を行
う。空燃比信号は空燃比センサ３２の活性状態に応じて
電圧レベルが変化するので、空燃比信号の電圧レベルが
所定値よりも高い場合を不活性、所定値以下の時を活性
と判定する。

【００２７】空燃比検出手段６２は、センサ活性化判定
手段６１により空燃比センサ活性と判定された状態で、
且つ空燃比センサ３２の温度が所定値以上の場合に、空
燃比センサ３２よりの空燃比信号を、空燃比を表すパラ
メータ（以下、空燃比指標）に変換する処理を行う。空
燃比指標は空燃比調整手段６３に入力され、空燃比調整
手段６３は空燃比指標に応じて内燃機関へ供給する燃料
量を調整する。

【００２８】センサ温度信号は、温度検出手段６４に入
力され、センサ温度指標に変換される。センサ温度指標
は、ヒータ制御手段６５に入力される。目標温度設定手
段６６は、空燃比センサ３２が最も精度よく空燃比を計
測可能な温度を目標温度として設定している。

【００２９】ヒータ制御手段６５は、センサ温度指標と
目標温度設定手段６６による目標温度とを比較し、所定
時間内におけるヒータ５２の通電と非通電の時間割合を
決定する。ここで、所定時間とは、デューティ比制御の
周期時間を指し、以下のような関係が成り立つ。

【００３０】デューティ周期時間＝ヒータ通電時間＋ヒ
ータ非通電時間具体的には、センサ検出温度と目標温度
とを比較し、センサ検出温度＞目標温度の場合にはヒー
タ通電時間を短縮してヒータ５２の発熱を減らし、これ
とは反対に、センサ検出温度＜目標温度の場合にはヒー
タ通電時間を増加し、ヒータ５２の発熱を増やすこと
で、センサ検出温度が目標温度となるよう、閉ループ制
御を行う。

【００３１】ヒータ制御手段６５が生成する通電と非通
電の時間割合を示す信号（デューティ比信号）は通電時
間制限手段６７を介してヒータ駆動手段６８に入力され
る。通電時間制限手段６７は、ヒータ通電時間がデュー
ティ比制御の周期時間より短い予め定められた通電時間
の上限値を超えないよう、ヒータ通電時間に対して制限
を行う。これにより、必ず、ヒータ通電時間＜デューテ
ィ周期時間の関係が保ちれ、非通電の状態がゼロになら
ない。

【００３２】ヒータ駆動手段６８は、スイッチングトラ
ンジスタ７２（図３参照）によるヒータ信号出力手段６
９の通電／非通電状態を決定する。通電または非通電の
状態を維持する時間は、ヒータ制御手段６５及び通電時
間制限手段６７により設定されたヒータ通電時間と非通
電時間の比によって決まり、デューティ周期をもって通
電／非通電を繰返す。ヒータ信号出力手段６９はヒータ
５２の通電、非通電のスイッチングを行う。これによ
り、ヒータ５２が通電／非通電が制御される。

【００３３】ヒータ信号出力手段６９とヒータ５２との
間の電力線の電圧は比較手段７０によって監視される。
比較手段７０は、ヒータ信号出力手段６９とヒータ５２
との間の電力線の電圧が、予め定める比較電圧に対して
高い／低いを判定する。比較手段７０の判定結果はヒー
タ故障判定手段７１に入力される。ヒータ故障判定手段
７１は、ヒータ駆動手段６８により決定された通電／非
通電状態と比較手段７０の判定結果の組合せから、ヒー
タ故障有無と故障の種類を判定する。なお、図２、図３
に示されている各手段は、コントロールユニット４０の
ＣＰＵ４１がコンピュータプログラムを実行することに
より、実現される。つぎに、ヒータ５２の故障判定につ
いて、図３、図４を参照して説明する。

【００３４】図３は、空燃比センサ３２とコントロール
ユニット４０の接続部分を機能的に表したものである。
空燃比センサ３２の素子部は、図示していないが、従来
のものと同様に、外周表面が内燃機関から排出される排
気ガスの雰囲気に接し、内周表面は大気が接する構成と
なっている。素子部の外周表面と内周表面には電極３２
ａ、３２ｂが設けられており、各々電極３２ａ、３２ｂ
はコントロールユニット４０に電気的に接続され、空燃
比信号及びセンサ温度信号を温度検出手段６４（図２参
照）、空燃比センサ活性化判定手段６１（図２参照）、
空燃比検出手段６２（図２参照）に入力する。

【００３５】ヒータ５２の両端は、電源とヒータ信号出
力手段６９のスイッチングトランジスタ７２のコレクタ
に電気的に接続され、スイッチングトランジスタ７２の
オン、オフによってヒータ駆動手段により決定された通
電時間／非通電時間をもってヒータ５２の通電／非通電
が行われる。

【００３６】ヒータ信号出力手段６９は、スイッチング
トランジスタ７２等の電子部品で構成されているので、
ヒータ５２が接続されているヒータ信号出力手段６９の
ａ点電圧は、ヒータ駆動手段６８により決定された通電
／非通電の指示に応じて変化する。具体的には、ａ点の
電圧は通電状態ではグランド相当、非通電状態では電源
電圧相当となる。比較手段７０にはａ点が電気的に接続
されていて、予め定められた電圧（所定電圧）に対し高
い／低いを判定し、判定結果をヒータ故障判定手段７１
に伝える。

【００３７】図４はヒータ故障判定手段７１で行われる
判定内容を示している。ヒータ駆動手段６８の出力状態
（通電／非通電）と比較手段７０の判定結果の組合せ
は、電源、ヒータ５２、ヒータ信号出力手段６９、グラ
ンドを結ぶ電気的な接続が正常に接続されている場合
と、後で説明する故障が発生した場合とで、異なる組合
せとなることから、正常であるか否かを判定することが
できる。図４の太枠内の通り、ヒータ駆動手段６８が
「通電」で、比較手段７０の判定結果が「低い」、ある
いはヒータ駆動手段６８が「非通電」で、比較手段７０
の判定結果が「高い」、であると、正常時である。

【００３８】これに対し、コントロールユニット４０と
ヒータ５２との接続が断線状態の故障が発生している場
合には、通電時、非通電時をとわず、比較手段７０の判
定結果は「低い」となることから、非通電時に、比較手
段７０の判定結果が「低い」であれば、断線故障と判定
できる。また、電源電圧系へのショート時には、通電
時、非通電時をとわず、比較手段７０の判定結果は「高
い」となることから、通電時に、比較手段７０の判定結
果が「高い」であれば、短絡故障と判定できる。

【００３９】以上のように、ヒータ信号出力手段６９の
出力状態と、比較手段７０の判定結果から、ヒータ５２
の電気的な接続が正常または故障の診断を行うことがで
きる。つぎに、ヒータ制御手段６５および通電時間制限
手段６７によるヒータ通電時間算出の具体的な手順の一
例を、図５に示されているフローチャートを参照して説
明する。

【００４０】ヒータ制御ルーチンは、所定時間毎、例え
ば５００ｍｓ毎に繰り返し実行され、まず、温度検出手
段６４によってセンサ温度を測定し（ステップＳ１０
１）、温度設定手段６６によって設定された目標温度と
センサ温度とを比較する（ステップＳ１０２）。

【００４１】センサ温度が目標温度より高い場合には、
（センサ温度−目標温度）の絶対値に応じてヒータ通電
時間を減少し、これに対し、センサ温度が目標温度より
低い場合には、（センサ温度−目標温度）の絶対値に応
じてヒータ通電時間を増加させる。図６は、（センサ温
度−目標温度）の絶対値とヒータ通電時間を増加／減少
させる増減時間△Ｔの関係を示している。

【００４２】したがって、センサ温度が目標温度より高
い場合には、現在のヒータ通電時間から増減時間△Ｔを
減算した値を新しいヒータ通電時間とし（ステップＳ１
０３）、センサ温度が目標温度より低い場合には、現在
のヒータ通電時間から増減時間△Ｔを加算した値を新し
いヒータ通電時間とする（ステップＳ１０４）。

【００４３】つぎに、更新されたヒータ通電時間と予め
設定されている上限値とを比較し（ステップＳ１０
５）、ヒータ通電時間が上限値より大きい場合には（ス
テップＳ１０５肯定）、ヒータ通電時間＝上限値とし
（ステップＳ１０６）、ヒータ通電時間が上限値を上回
ることを禁止する。ここで、上限値はデューティ周期時
間よりも短い値が設定される。このように、センサ温度
が目標温度に収束するようヒータ通電時間を求める。

【００４４】つぎに、ヒータ駆動手段６８によるヒータ
駆動の具体的な手順の一例を、図７に示されているフロ
ーチャートを参照して説明する。ヒータ駆動ルーチン
は、所定時間、例えば１０ｍｓ毎に繰り返し実行され、
まず、周期タイマとヒータ通電時間とを比較し（ステッ
プＳ２０１）、周期タイマがヒータ通電時間未満の場合
には、ヒータ出力を通電状態にし（ステップＳ２０
２）、周期タイマがヒータ通電時間以上の場合には、ヒ
ータ出力を非通電状態とする（ステップＳ２０３）。

【００４５】つぎに、周期カウンタをカウントアップし
（ステップＳ２０４）、カウントアップ後の周期タイマ
と周期時間とを比較する（ステップＳ２０５）、周期タ
イマが周期時間を超えている場合には（ステップＳ２０
５肯定）、周期タイマをクリア（ゼロ）し（ステップＳ
２０６）、処理を終了する。上述のヒータ駆動により、
コントロールユニット４０から出力されるヒータ出力信
号は図８に示されているようになる。

【００４６】周期タイマは、周期時間毎にゼロクリアさ
れた後、カウントアップを行い、周期タイマがゼロクリ
アされるタイミングで、ヒータ出力は通電状態となり、
周期タイマとヒータ通電時間が一致したタイミングでヒ
ータ出力は非通電となる。このようにして、ヒータ通電
時間に応じてヒータ出力が通電／非通電となる。

【００４７】ここで、図４で説明したように、ヒータ故
障判定手段７１により検出可能な故障の種類はヒータ出
力状態により異なる。図８に示されているように、ヒー
タ通電時は「電源電圧系へのショート故障」を、ヒータ
非通電時は「断線又はグランド系へのショート故障」が
検出可能である。ヒータ故障判定手段７１による故障診
断の具体的な手順の一例を、図９に示されているフロー
チャートを参照して説明する。

【００４８】ヒータ診断ルーチンは、所定時間毎、例え
ば１０ｍｓ毎に繰り返し実行され、まず、ヒータ出力が
通電であるか否かの判定を行い（ステップＳ３０１）、
通電であれば（ステップＳ３０１肯定）、比較手段７０
の比較結果が「低い」か否かの判定を行う（ステップＳ
３０２）。

【００４９】ヒータ通電状態の時に、比較手段７０の比
較結果が「低い」であると（ステップＳ３０２肯定）、
電源、ヒータ５２、コントロールユニット４０の電気的
な接続は正常と判断できるので、異常カウンタ１をクリ
アし（ステップＳ３０３）、故障フラグ１をクリアする
（ステップＳ３０４）。

【００５０】これに対し、比較手段７０の比較結果が
「高い」の場合には（ステップＳ３０２否定）、電源、
ヒータ５２、コントロールユニット４０の電気的な接続
に故障があると判定し、異常カウンタ１をカウントアッ
プ（ステップＳ３０５）した後、異常カウンタ１と判定
値１とを比較する（ステップＳ３０６）。異常カウンタ
１が判定値１未満であれば（ステップＳ３０６肯定）、
処理を終了し、異常カウンタ１が判定値１以上であれば
（ステップＳ３０６否定）、すなわち、異常状態が所定
時間以上に亘って続くと、故障フラグ１をセットする
（ステップＳ３０７）。

【００５１】非通電時であれば（ステップＳ３０１否
定）、比較手段７０の比較結果が「高い」か否かの判定
を行う（ステップＳ３０８）。ヒータ非通電時に行われ
る診断は、手順としては、ヒータ通電時の手順と同様で
あるが、ヒータ通電時と非通電時で検出可能な故障の種
類が異なるので、異常カウンタ、故障フラグは別々に設
けている。

【００５２】ヒータ非通電状態の時に、比較手段７０の
比較結果が「高い」であると（ステップＳ３０８肯
定）、電源、ヒータ５２、コントロールユニット４０の
電気的な接続は正常と判断できるので、異常カウンタ２
をクリアし（ステップＳ３０９）、故障フラグ２をクリ
アし（ステップＳ３１０）、処理を終了する。

【００５３】これに対し、比較手段７０の比較結果が
「低い」の場合には（ステップＳ３０８否定）、電源、
ヒータ５２、コントロールユニット４０の電気的な接続
に故障があると判定し、異常カウンタ２をカウントアッ
プ（ステップＳ３１１）した後、異常カウンタ２と判定
値２とを比較する（ステップＳ３１２）。異常カウンタ
２が判定値２未満であれば（ステップＳ３１２肯定）、
処理を終了し、異常カウンタ２が判定値２以上であれば
（ステップＳ３１２否定）、すなわち、異常状態が所定
時間以上に亘って続くと、故障フラグ２をセットする
（ステップＳ３１３）。

【００５４】故障フラグ１あるいは２がセットされる
と、図示していないが、例えば、運転者へ故障が検出さ
れたことを伝えるため警報ランプを点灯させたり、燃料
量計算から空燃比センサ３２により計測された空燃比に
よる補正項を除く（または固定値とする）ことで、ヒー
タ故障時のフェールセーフを実施する。以上、説明した
構成により得られる効果を図１０を使って説明する。

【００５５】図１０は、電源、ヒータ５２、コントロー
ルユニット４０の電気的な接続を断線故障させた時のタ
イミングチャートを示している。ここで（Ａ）と記載し
たチャートは本発明によるもので、図５で説明したよう
に、ヒータ通電時間の上限値を設けたものである。これ
に対し、（Ｂ）は上限を設けないものである。

【００５６】図７で説明したように、センサ温度が目標
温度より低い範囲では、ヒータ通電時間を「増加」、セ
ンサ温度が目標温度より高い範囲では、ヒータ通電時間
を「減少」させることで、センサ温度が目標温度と一致
するよう、ヒータ通電時間が調整される。

【００５７】断線故障が発生している領域では、ヒータ
出力手段６９の出力状態によらず、ヒータ５２が常時非
通電となるので、ヒータ温度は低下し続ける。センサ温
度が目標温度より低くなると、ヒータ温度を上昇させる
ため、ヒータ通電時間は増加する。しかし、ヒータ通電
時間を増加させても、断線故障によりヒータ温度は低下
し続けるので、（Ａ）ではヒータ通電時間が上限値に収
束し、（Ｂ）ではヒータ通電時間がデューティ周期まで
増加し、常時ヒータ通電状態となる。

【００５８】断線故障はヒータ非通電時のみ故障有無の
判定が可能であるため、図９で説明したヒータ非通電時
にヒータの異常をカウントする異常カウンタ２は、ヒー
タ非通電時の時のみカウントアップされる。（Ｂ）では
常時ヒータ通電状態となった時点で、ヒータ非通電の状
態が無くなるので、異常カンウンタ２のカウントアップ
が停止している。図９の例では、異常カウンタ２が判定
値２未満の状態で、常時ヒータ通電状態となったので、
故障フラグ２はクリアのまま、断線故障を検出すること
ができない。

【００５９】断線故障が継続する間は、ヒータ通電によ
る空燃比センサ３２の加熱は行われないので、センサ温
度が目標温度を超える状態、例えば、内燃機関の排気ガ
スにより空燃比センサ３２が暖められ、センサ温度が目
標温度を超える時になるまで、断線故障が検出できず、
故障の検出が遅れる。

【００６０】故障が検出されるまでの間に、センサ温度
が、空燃比センサによる空燃比計測が可能な温度よりも
低くなると、空燃比センサ３２により計測された空燃比
が実際の空燃比に対して誤差が大きくなるので、計測し
た空燃比に基づいて演算された燃料量を内燃機関に供給
しても、目的の空燃比とならず、内燃機関の出力不調に
よる運転性の悪化等の現象が発生することが懸念され
る。本発明である（Ａ）の場合、ヒータ通電時間が上限
値で制限されるのでヒータ非通電となる期間がゼロとな
ることはなく、ヒータ非通電時の診断が継続して行われ
る。

【００６１】従って、チャートに記載したように、異常
カウンタ２は判定値２を超えてカウントアップされ、故
障フラグ２がセットされるので、警報ランプ５１の点灯
等により、運転者に故障が発生したことを伝えたり、燃
料量演算にフェールセーフを施すことにより、運転性の
悪化を回避することができる。以上の説明では、通電時
間制限手段６７はヒータ通電の上限値を設けるように説
明したが、ヒータ非通電時間の下限値を設ける、あるい
はヒータ非通電時間がゼロとなることを制限しても、同
様の効果がある。

【００６２】さらに、センサ活性化判定手段６１により
空燃比センサ活性と判定された場合にのみ、通電時間制
限手段６７による制限を有効としてもよい。空燃比セン
サ不活性と判定されている間は、空燃比センサ３２の温
度が空燃比を計測可能な温度に達していないことから、
燃料量演算には空燃比センサ３２の出力は関与していな
いので、ヒータ５２の故障検出が空燃比センサ活性まで
遅延しても、内燃機関の出力不調を招くようなことには
至ることはなく、空燃比センサ３２が活性化した後に、
ヒータ５２の故障を速やかに検出できる。空燃比センサ
３２が正常であれば、ヒータ通電時間の制限を解除し、
ヒータ通電時間に制限を与えないことで、空燃比センサ
３２の活性化を促進できる効果がある。

【００６３】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、空燃比センサのセンサ温度を測定し、セン
サ温度が目標温度と一致するようヒータの通電をデュー
ティ比制御するもので、ヒータの診断回路に安価な回路
を採用しても、ヒータの断線故障を適切に検出できると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の空燃比センサのヒータ故障診断装
置を備えたエンジン制御システムの全体構成図である。

【図２】閉ループ式の空燃比制御と、空燃比センサに付
随するヒータの通電制御および故障診断を行う制御系の
ブロック図である。

【図３】ヒータの故障判定に関連する機能部分の具体的
なブロック図である。

【図４】故障診断の判定法を示す表である。

【図５】ヒータ制御ルーチンを示すフローチャートであ
る。

【図６】ヒータ温度とヒータ通電増減時間の関係を示す
グラフである。

【図７】ヒータ駆動ルーチンを示すフローチャートであ
る。

【図８】周期タイマとヒータ駆動信号を示すタイミング
チャート。

【図９】ヒータ診断ルーチンを示すフローチャートであ
る。

【図１０】空燃比センサのヒータ故障診断装置における
ヒータ断線時の各信号の状態を示すタイミングチャート
である。

【符号の説明】

１０ 内燃機関 １３ 燃焼室 ２２ インジェクタ ３２ 空燃比センサ ４０ コントロールユニット ５１ 警報ランプ ５２ ヒータ ６１ センサ活性化判定手段 ６２ 空燃比検出手段 ６３ 空燃比調整手段 ６４ 温度検出手段 ６５ ヒータ制御手段 ６６ 目標温度設定手段 ６７ 通電時間制限手段 ６８ ヒータ駆動手段 ６９ ヒータ信号出力手段 ７０ 比較手段 ７１ ヒータ故障判定手段 ７２ スイッチングトランジスタ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気管に配置された空燃比セ
   ンサを加熱するヒータの通電をデューティ比制御により
   行い、ヒータの電源回路の電圧と予め定められている所
   定電圧との比較結果と、ヒータへの通電状態からヒータ
   の故障を判定する故障判定手段を備えたヒータ制御装置
   において、 ヒータ通電時間の上限または非通電時間の下限を制限す
   る制限手段を有することを特徴とする空燃比センサのヒ
   ータ制御装置。
2. 【請求項２】 内燃機関の排気管に配置された空燃比セ
   ンサを加熱するヒータの通電をデューティ比制御により
   行い、ヒータの電源回路の電圧と予め定められている所
   定電圧との比較結果と、ヒータへの通電状態からヒータ
   の故障を判定する故障判定手段を備えたヒータ制御装置
   において、 ヒータ非通電時間がゼロとなることを禁止する制限手段
   を有することを特徴とする空燃比センサのヒータ制御装
   置。
3. 【請求項３】 空燃比センサの不活性／活性を判定する
   センサ活性化判定手段を有し、空燃比センサが活性と判
   定された場合に前記制限手段を有効とすることを特徴と
   する請求項１または２記載の空燃比センサのヒータ制御
   装置。
4. 【請求項４】 前記故障判定手段は、ヒータ非通電時に
   ヒータの電源回路の電圧が予め定められている所定電圧
   より低い場合に、故障と判定することを特徴とする請求
   項１〜３の何れか１項記載の空燃比センサのヒータ制御
   装置。
5. 【請求項５】 ヒータ非通電時にヒータの電源回路の電
   圧が予め定められている所定電圧より低い状態が所定時
   間に亘って続いた場合に、故障と判定することを特徴と
   する請求項４に記載の空燃比センサのヒータ制御装置。