JPH0743333B2 - 酸素センサ用ヒータ制御装置 - Google Patents

酸素センサ用ヒータ制御装置

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JPH0743333B2
JPH0743333B2 JP18646088A JP18646088A JPH0743333B2 JP H0743333 B2 JPH0743333 B2 JP H0743333B2 JP 18646088 A JP18646088 A JP 18646088A JP 18646088 A JP18646088 A JP 18646088A JP H0743333 B2 JPH0743333 B2 JP H0743333B2
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heater
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雅一 本田
昭雄 小林
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日本電装株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は主に自動車に搭載される内燃機関の排気ガス中
の酸素濃度を検出する酸素センサのヒータ制御装置に関
する。
〔従来の技術〕
酸素センサは、センサ温度が所定値以上上昇しないと、
信号を出力せず、特に、チタニア酸素センサは、その出
力特性がセンサ温度によって著しく影響を受けるため、
ジルコニア酸素センサに比べ、正確なヒータ制御が必要
である。そこで、従来、エンジンの運転状態に合わせ
て、ヒータの通電をオープン制御するものが考えられて
いた(例えば、特開昭58−83241号公報)。
〔発明が解決しょうとする課題〕
ところが、上述した従来のものでは、エンジン機種(車
種)により細かいマッチングが必要であり、工数がか
る。そこで、ヒータの抵抗値を測定し、一定の抵抗値と
なるようにフィードバック制御するとよく、制御性を考
えると、ブリッジ回路を用いた検出が考えられるが、ヒ
ータの抵抗値は15Ω程度であり、通常のブリッジ回路で
制御を行った場合、ブリッジ回路を構成する抵抗の発熱
が非常に大きく、問題である。
そこで、本発明は抵抗の発熱を小さくして、フィードバ
ック制御を良好に行うことができることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
そのため、本発明は第1図に示すごとく、酸素センサ用
ヒータと直列に抵抗を接続し、その接続点の電圧を検出
して前記ヒータの発熱を制御するようにした酸素センサ
用ヒータ制御装置において、前記ヒータと前記抵抗との
直列回路に対し測定用の電圧を供給及び遮断するための
測定電圧供給遮断用スイッチ手段と、この測定電圧供給
遮断用スイッチ手段を周期的に断続するための断続制御
手段と、この断続制御手段によって前記測定電圧供給遮
断スイッチ手段が導通している間に検出された前記接続
点の電圧に応じて前記ヒータへの発熱用電力の制御をす
る電力制御手段とを備える酸素センサ用ヒータ制御装置
を提供するものである。
〔作用〕
これにより、断続制御手段によって酸素センサヒータと
抵抗との直列回路に対し測定用の電圧を供給及び遮断す
るための測定電圧供給遮断用スイッチ手段を周期的に断
続し、酸素センサヒータと抵抗との直列回路に対し測定
用の電圧が供給されている時間を少なくする。そして、
この断続制御手段によって測定電圧供給遮断スイッチ手
段が導通している間に検出されたヒータ温度に応じた接
続点の電圧に応じて電力制御手段によりヒータへの発熱
用電力の制御をする。
〔実施例〕
以下本発明を図に示す実施例について説明する。第2図
に示す第1実施例において、1は燃料噴射制御を行うマ
イクロコンピュータで、図示はそれていないが、冷却水
温、吸入空気温、エンジン回転数等を取り込み、さらに
酸素(O2)センサよりなる排気ガスセンサ(本例の場
合、特にチタニアO2センサ)2の信号により、排気ガ
ス、燃費等が最適になるように、周知のごとく燃料の供
給を制御する。O2センサヒータ3は、(チタニア)O2
ンサ2の温度を、活性化し、さらに、安定な状態に制御
するにめのヒータであって、O2センサ2に内蔵してあ
る。バッテリ4は、O2センサヒータ3に電源を供給す
る。抵抗値R1(例えば1.5KΩ)、R2(例えば10KΩ)、R
3(例えば100Ω)の抵抗5,6,7は、O2センサヒータ3の
抵抗値を測定するための、ブリッジ回路を形成するのに
用いられている。本実施例では、O2センサヒータ3の抵
抗値をRO2(約15Ωで、発熱による温度によって変化す
る)とすると、R1/R2=RO2/R3となった時に、O2センサ
ヒータ3の温度が、目標値になるように各抵抗5,6,7の
抵抗値R1,R2,R3が決定してある。8,9は、上記ブリッジ
回路による抵抗値測定を行うために電圧を供給する端子
であり、CPU1の第1の出力ポート15により、測定電圧供
給遮断用スイッチ手段をなす測定用トランジスタ11がオ
ンしている場合にのみブリッジ回路に電圧が供給され
る。比較器12は、上記ブリッジ回路による、O2センサヒ
ータ3の抵抗値が、制御目標値より大きいか小さいかを
判別するために用いられ、その比較結果が、CPU1の入力
ポート13に接続される。14は、上記比較器結果により、
O2センサヒータ3に通電または非通電の制御を行うため
の電力制御手段をなす電力制御用トランジスタであり、
CPU1の第2の出力ポート10により制御される。
次に、上記構成において、その作動を説明する。第2図
に於いて、O2センサヒータ3の抵抗値を測定するため
に、電力制御用トランジスタ14をオフさせ、かつ、測定
用トランジスタ11をオンさせて、ブリッジ回路に測定用
電圧を供給する。この結果を、比較器12により、CPU1の
入力ポート13から取込む。この結果、O2センサヒータ3
の抵抗値が小さい(すなわち、温度が低い)時は測定用
トランジスタ11をオフして、ブリッジ回路を切離した
後、電力制御用トランジスタ14をオンさせて、O2センサ
ヒータ3に通電を行う。逆に、O2センサヒータ3の抵抗
値が大きい(すなわち、温度が高い)時は、測定用トラ
ンジスタ11をオフするのみで、O2センサヒータ3には、
通電を行わない。このようにして、ヒータ3の抵抗値が
一定となるように制御を行うが、第3図のタイミングチ
ャートに示すように、制御周期T(本実施例では、約65
ms)に比べ、測定用トランジスタ11をオンして、ブリッ
ジ回路を形成している時間、すなわち、検出時間t1(本
実施例では、約300μs)が十分小さくなるようにし
て、発熱の大きな抵抗7の消費電力を低減することが出
来る。従って、ブリッジ回路を常時形成している場合に
比べ、抵抗7の発熱を低くおさえることが出来、抵抗の
温度上昇による、測定精度の悪化を防止することが可能
となる。この様に、本実施例では、測定用トランジスタ
11により、ブリッジ回路を、所望の時間のみ形成できる
ようになっているため、測定時のみ、測定用トランジス
タ11をオンさせることにより、回路の発熱を低くおさえ
ることができる。
また、特開昭59−163556号公報のように、素子インピー
ダンスの高いものの抵抗値を測定する場合に比べ、本例
の様に、ヒータ抵抗値が15Ω程度の、低い抵抗値を測定
する場合は、回路の発熱が非常に大きくなることをさけ
るために有効である。
第4図は本発明の第2実施例を示すものであり、第2図
図示の第1実施例に対し、抵抗16、トランジスタ17およ
びインバータ18を追加することにより、測定用トランジ
スタ11がオフしている時(すなわち、O2センサヒータ3
の抵抗値測定を行っていない時)には、トランジスタ17
がONし、抵抗5と、抵抗16とで、新たな比較電圧を作
り、この電圧と、電力制御用トランジスタ14のコレクタ
電圧(=ヒータ電圧)とを比較することにより、従来か
ら行っていた、O2センサヒータ3の、オープン・ショー
トのダイアグノーシス回路に、比較器12を兼用するよう
にしたものである。
第5図は本発明の第3実施例を示すもので、第2図の実
施例に対し、比較電圧(制御目標電圧)を形成する抵抗
5,6、および比較器12の代わりに、A/D変換器19を用い
て、端子8、端子9、およびヒータ3と抵抗7との接続
点の電圧をそれぞれ取込み、あらかじめ決められた目標
値に制御するようにしたものである。この場合も、各ト
ランジスタ11,14の動作のタイミングは、前述した、第
1実施例と同様である。
第6図は第2図図示装置におけるCPU1のフローチャート
を示すもので、65ms毎に起動されるタイマールーチンを
示している。まず、タイマールーチンが起動されると、
ステップ21で電力制御用トランジスタ14をオフした後ス
テップ22で測定用トランジスタ11をオンする。そして、
ステップ23に進んで判定回数カウンタCOXHTをクリアす
る。その後、ブリッジ回路が安定化するまでの数十μs
間、他の処理を実行した後、ステップ24に進んで、比較
器12の出力によりヒータ抵抗値が基準値より大きいかの
判断をし、大きい時にはステップ25へ進んで判定回数カ
ウンタCOXHTに1を加える。このステップ24、25を5回
繰り返してノイズ取りを行った後ステップ30に進んで、
測定用トランジスタ11をオフした後、判定回数カウンタ
COXHTが3以上かの判断をし、3以上の時にはステップ3
2へ進んで電力制御用トランジスタ14をオフし、3未満
のときにはステップ33に進んで、電力制御用トランジス
タ14をオンしてタイマールーチンを終了する。これによ
って、タイマールーチンが起動されてステップ21が実行
されてからステップ30が実行されるまでに必要とする時
間(約300μs)が第3図の検出時間t1に該当し、タイ
マールーチンの起動周期である65msが第3図の制御周期
Tに該当する。
第7図は第4図図示装置におけるCPU1のフローチャート
を示すもので第6図のステップ21の前に実行される部分
のみが示されている。まず、タイマールーチンが起動さ
れると、ステップ41で電力制御用トランジスタ14をオン
するための指令がでているかの判断をし、オンする指令
がでている時にはステップ42へ進んで比較器12の出力に
より電力制御用トランジスタ14のコレクタ電圧が低レベ
ルかを判断し、低レベルのときには正常であるとして第
6図のステップ21へ進み、ステップ42で低レベルでない
と判断した時にはステップ43へ進んで、電力制御用トラ
ンジスタ14がオフ故障していることを記憶した後第6図
のステップ21へ進む。また、ステップ41で電力制御用ト
ランジスタ14をオンする指令がでていない時にはステッ
プ44へ進んで比較器12の出力により電力制御用トランジ
スタ14のコレクタ電圧が高レベルかを判断し、高レベル
のときには正常であるとして第6図のステップ21へ進
み、ステップ44で高レベルでないと判断した時にはステ
ップ45へ進んで、電力制御用トランジスタ14がオン故障
していることを記憶した後第6図のステップ21へ進む。
第8図は第5図図示装置におけるCPU1のフローチャート
を示すもので、まず、タイマールーチンが起動される
と、ステップ51で電力制御用トランジスタ14をオフした
後ステップ52で測定用トランジスタ11をオンする。そし
て、ステップ53へ進んでバッテリ4の正極側端子8の電
圧VBをA/D変換した後、ステップ54で抵抗7のグランド
側端子9の電圧VGをA/D変換してステップ55に進み、ヒ
ータ3と抵抗7との接続点の電圧VHTをA/D変換する。
その後、ステップ56へ進んで、比較電圧VSをA×(VB
−VG)+VGにより求めた後、ステップ57に進んで、測
定用トランジスタ11をオフした後、ステップ58に進ん
で、VHTがVS以上かの判断をし、以上の時にはステッ
プ59へ進んで電力制御用トランジスタ14をオンし、未満
のときにはステップ60に進んで、電力制御用トランジス
タ14をオフしてタイマールーチンを終了する。
なお、第8図において、VHTとVSとの偏差に応じて電
力制御用トランジスタ14のデューティ制御を行うように
してもよい。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明においては、酸素センサヒータ
と抵抗との直列回路に対し測定用の電圧が供給されてい
る時間を少なくすることができるから、抵抗の発熱を小
さくして、フィードバック制御を良好に行うことができ
るという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の特許請求の範囲対応図、第2図、第4
図及び第5図は本発明装置の第1〜第3実施例を示す電
気回路図、第3図は第2図図示装置作動説明に供するト
ランジスタの動作波形図、第6図〜第8図は第2図、第
4図及び第5図図示装置の作動説明に供するフローチャ
ートである。 1……マイクロコンピュータ、2……酸素センサ、3…
…酸素センサヒータ、7……抵抗、11……測定用トラン
ジスタ、12……比較器、14……電力制御用トランジス
タ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】酸素センサ用ヒータと直列に抵抗を接続
    し、その接続点の電圧を検出して前記ヒータの発熱を制
    御するようにした酸素センサ用ヒータ制御装置におい
    て、前記ヒータと前記抵抗との直列回路に対し測定用の
    電圧を供給及び遮断するための測定電圧供給遮断用スイ
    ッチ手段と、この測定電圧供給遮断用スイッチ手段を周
    期的に断続するための断続制御手段と、この断続制御手
    段によって前記測定電圧供給遮断スイッチ手段が導通し
    ている間に検出された前記接続点の電圧に応じて前記ヒ
    ータへの発熱用電力の制御をする電力制御手段とを備え
    る酸素センサ用ヒータ制御装置。
  2. 【請求項2】前記電力制御手段は前記抵抗をバイパスし
    て前記ヒータに電力を供給する請求項1記載の酸素セン
    サ用ヒータ制御装置。
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