JPH0544985B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、内燃機関のフイードバツク制御等
のための、排気ガス中に含まれる酸素の濃度を検
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
力を制御する酸素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つて
は、その排気ガスを浄化制御するために、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、空燃比をフイードバツク制御す
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
つては、排気ガス中の酸素濃度を検出するため
に、上記機関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つては、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温度範囲、例えば
650℃〜750℃に設定する制御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、例えば燃料カツト運転状態に入つたよ
うな場合に、排気ガス温度が低下してセンサ温度
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スト運転状態の
時は、フイードバツ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、フイードバツク制御が再開
された場合に、酸素濃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］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもの
で、内燃機関が燃料カツト運転状態に入つたよう
な場合であつても、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
置にあつては、内燃機関の排気系に対して酸
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によ
つて制御されるもので、この制御手段Ｖは上記内
燃機関の燃料カツ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つて制
御されるようにする。

この場合、検知手段で燃料カツト運転状態が
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
ツト運転状態でない状態では、内燃機関の運転
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つ
ては、まず内燃機関の運転状態から、検知手段
において燃料カツト運転状態にあるか否かが判
別されるもので、もし燃料カツト運転状態である
場合には、制御手段Ｖに指令を与えて、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、上記ヒー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、燃料カツト運転中にお
ける酸素濃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、内燃機関が燃料カツ
ト運転状態ではない場合には、演算手段におい
て機関の運転状態の検出信号に基づいて制御手
段に対する制御指令を発生し、ヒータの加熱
電力を設定制御するものである。

したがつて、燃料カツト運転状態にあつては、
酸素濃度センサはヒータによつて加熱制御設
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つては、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、空燃比フイードバツ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、フイードバツク制御が実行
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１
２に対しては、アクセルペダル等で駆動制御され
るスロツトル弁１３、さらにサージタンク１４が
設定されるものであり、また上記スロツトル弁１
３部分をバイパスする状態で、空気流量が制御設
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が取付け設定
され、サージタンク１４に対しては吸気圧センサ
１７が取付け設定されている。そして、上記スロ
ツトル弁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、スロツトル弁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
ルスイツチ信号を発生するスロツトルポジシヨン
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が取付け設定されるもので、
この検出装置２０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つてい
る。

そして、上記内燃機関１１のヘツド部分には、
その各気筒に対応する状態で点火プラグ２１が取
付け設定され、また機関１１の冷却水温を検出す
るように水温センサ２２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１６、吸気圧センサ１７、スロツトルポジ
シヨンセンサ１８、水温センサ２２、さらに酸素
濃度検出装置２０からの検出信号によつて検出さ
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、さらに内燃機関１１の回転速度に対応し
た情報が要求されるものであるが、この情報はデ
イストリビユータ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。このデイス
トリビユータ２４に対しては、上記制御回路２３
からの指令によつ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にあつては、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
の制御、およびイグナイタ２６の制御によつて点
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とによつて
構成されるもので、上記検出素子２０ａに対して
は、電源３１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の回路によつ
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でデイ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、スロツトル
ポジシヨンセンサ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、順次デイジタルデータに変換さ
れて、マイクロコンピユータ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
コンピユータ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、上記燃料噴射量に対応する演算
結果によつて駆動回路３６を制御し、噴射弁２７
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、デイストリビユータ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ユータ３５からの指令
で制御される通電制御回路３７によつて、電源３
８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によつて
検出され、この検出出力はマイクロコンピユータ
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にあつて
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２０
ｂ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100ｍ
Ｓ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イ比によつて制御
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、まずステツプ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Pm、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
スイツチ信号Id、ヒータ20bの電圧Vh、ヒータ２
０ｂに流れる電流Ih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、次のステツプ102で上記読
み込まれたヒータ電圧Vhとヒータ電流Ihとから、
所定の時間例えば100ｍＳ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
イ比100％の電力量Ａを算出する。このように電
力量Ａを算出する処理が実行されると次のステツ
プ１０３に進み、内燃機関１１が燃料カツト運転
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100ｍＳ当りの電力量で
表現するものとする。

上記ステツプ103で、燃料カツト運転中である
と判断された場合にはステツプ104に進み、また
燃料カツト運転中ではないと判断された場合には
ステツプ105に進むようになる。

ここで、上記ステツプ103における内燃機関１
１の燃料カツ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
ることによつて実行できるものてあるが、上記ス
テツプ101で読み込まれたアイドルスイツチ信号
Idと、機関１１の回転数Neとによつて判断する
ようにしてもよい。すなわち、アイドルスイツチ
信号Idがオン状態で、勝つ回転数Neが所定回転
数以上の状態にある燃料カツト条件が成立した場
合に、内燃機関１１が燃料カツト運転中であると
判定するものである。

上記ステツプ103で燃料カツト運転中ではない
と判定された場合には、上記ステツプ105で回転
数Neと吸気圧Pmに基づき、ヒータ２０ｂの目標
電力量Ｃ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ユータ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
応して電力量Ｃ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にあつては、内
燃機関１１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Ｃが設定されている。
ここで吸気圧Pmが大きい場合、あるいは回転数
Neが大きい場合には、機関１１に対する燃料噴
射量が多くなり、排気温度が上昇して酸素濃度セ
ンサ２０を加熱することから、この排気温度によ
つて検出素子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吸気圧Pmとに
対応して、目標電力量Ｃが設定されるようになつ
ている。

上記ステツプ105で目標電力量Ｃが算出される
と、次のステツプ106に進む。このステツプ106
は、上記電力量Ｃと上記ステツプ102で求めたデ
ユーテイ比100％の電力量Ａとをパラメータにし
て、ヒータ２０ｂに対して目標電力量Ｃを供給す
るためのデユーテイ比Ｄを算出する。このデユー
テイ比Ｄは次の式によつて算出される。

Ｄ＝（Ｃ／Ａ）×100 そして、次のステツプ107で上記求められたデ
ユーテイ比Ｄのパルス状信号を、通電制御回路３
７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、例えばデユーテイ比
100％の電力量Ａが50W／100ｍＳ、機関１１の回
転数Neと吸気圧PmとからマツプＭ１より求めら
れる目標電力量Ｃが25W／100ｍＳであるとする
と、デユーテイ比Ｄ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。

前記ステツプ103で内燃機関１１が燃料カツト
運転中であると判定された場合には、上記したよ
うにステツプ104に進む。このステツプ104は第７
図に示すマツプＭ２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。この燃料カツト
運転中にあつては、機関１１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、機関１１の回転数によつて変化する排出
ガス（燃料カツト状態では空気）流速に対応する
ようになるものであり、機関１１の回転数Neの
影響を受ける状態となる。したつて、上記燃料カ
ツト中における目標電力量Ｃ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、目標電力量Ｃが大きくされる。
そして、このステツプ104から上記ステツプ106に
進み、算出された目標電力量Ｃ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、例えばスロツトル弁が閉じられる状
態で回転数Neの大きな状態、例えば減速運転状
態において燃料カツト運転状態が設定されるもの
であるが、このような燃料カツト運転中において
も、酸素濃度センサ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
つて、検出素子２０ａの温度は、このような燃料
カツト運転状態にあつても、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、上記燃料カツト運転状態から復帰してフ
イードバツク制御状態に移行するようになつて
も、排気ガス中の酸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、上記実施例にあつては、ヒータ２０ｂに対
する通電制御手段としてデユーテイ比による電力
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制御するように
してもよいものである。

また、燃料カツ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つては、この吸入空
気量に対応して、燃料カツト運転中の目標電力量
Ｃを決定するようにしてもよい。さらに車速等で
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制御
装置によれば、この検出装置を設定する内燃機関
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ツト運転状態にあ
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。したがつて、上記燃料カツト運転中におい
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、燃料カツト
状態からフイードバツク制御状態に移行した場合
であつても、排気ガス中の酸素濃度が正確に測定
検出でき、内燃機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御装置
を説明する概略的な構成図、第２図はこの発明の
一実施例に係る上記酸素濃度検出装置を説明する
内燃機関の制御機構部分を示す構成図、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
フローチヤート、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……内燃機関、１２……吸気管、１３……
スロツトル弁、１６……吸気温センサ、１７……
吸気圧センサ、１８……スロツトルポジシヨンセ
ンサ、１９……排気管、２０……酸素濃度セン
サ、２０ａ……検出素子、２０ｂ……ヒータ、２
１……点火プラグ、２２……水温センサ、２３…
…制御回路、２４……デイストリビユータ、２５
……回転数センサ、２７……燃料噴射弁、３５…
…マイクロコンピユータ、３７……通電制御回
路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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ツ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ツ
   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
   別手段で燃料カツ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 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 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つて構
   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。