JPH11218044A

JPH11218044A - 酸素センサの加熱制御装置

Info

Publication number: JPH11218044A
Application number: JP10034159A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Toyoda; 克彦豊田
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1998-01-30
Filing date: 1998-01-30
Publication date: 1999-08-10

Abstract

(57)【要約】【目的】ヒータ付の酸素センサの加熱制御装置におい
て、酸素センサの温度を早く適正温度に制御するととも
に、排ガスを安定させることにある。【構成】イグニションスイッチのオンでヒータに通電
を開始するとともに、エンジン負荷及びイグニションス
イッチのオン時からの経過時間によってヒータをデュー
ティ制御する制御手段を設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、酸素センサの加
熱制御装置に係り、特に活性状態が維持されるようにヒ
ータを備えた酸素センサの加熱制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両のエンジンにおいては、排気中の酸
素濃度を検出し、この酸素濃度で空燃比をフィードバッ
ク制御するために、排気系に酸素センサを設けている。
この酸素センサには、活性状態を維持するように、ヒー
タを内蔵したものがある。このヒータは、制御手段によ
ってデューティ制御され、デューティ値が１００％で最
大に加熱される一方、デューティ値が０％で通電が停止
されるものである。

【０００３】即ち、酸素センサのヒータの制御にあって
は、図１５に示す如く、エンジンの始動時（Ｓ₁で示
す）から設定時間（ｔ₁）（Ｓ₂で示す）だけヒータを
デューティ値が１００％で制御して酸素センサの活性を
早くし、そして、設定時間（ｔ₁）の経過後には、デュ
ーティ値を固定値（デューティ値が約４０％位）まで下
げ、ヒータの温度が許容上限温度の８００℃にならない
ようにし、更に、エンジンが高回転になった場合には
（Ｓ₃で示す）、ヒータのデューティ値を０％としてヒ
ータへの通電を停止し、ヒータが高温化しないようにし
ている。

【０００４】このように酸素センサのヒータをデューテ
ィ制御する目的としては、第１に、エンジンの冷機時か
らの酸素センサの昇温を早くして空燃比のフィードバッ
ク制御を早くし、排ガスの低減を図ったり、第２に、酸
素センサ及びヒータは高温になると損傷してその特性が
劣化するので、許容上限温度（８００℃）以上にならな
いようにしたり、第３に、ヒータの温度を安定させて酸
素センサの出力特性を一定にして排ガスの安定を図るよ
うにするためである。

【０００５】また、このようなヒータ付の酸素センサの
加熱制御装置としては、例えば、特開平８−２２６９１
２号公報、特開平８−２２００５９号公報、特開平５−
２０２７８５号公報、特公平７−８９１０５号公報に開
示されている。

【０００６】特開平８−２２６９１２号公報に記載のも
のは、内燃機関の始動後の空燃比フィードバック制御開
始条件の成立時に、空燃比センサの活性化が完了するよ
うに、ヒータへの供給電力を制御することにより、つま
り、ヒータの抵抗値と水温とによってヒータへのデュー
ティ値を制御し、ヒータによる無駄な電力消費をなく
し、ヒータへの過剰通電によるヒータや空燃比センサの
劣化を抑制するものである。特開平８−２２００５９号
公報に記載のものは、ヒータの抵抗値に従ってヒータの
デューティ値を制御することにより、センサ素子を早期
に活性状態にして空燃比フィードバック制御を早期に開
始し、且つ、空燃比センサ暖機完了後の高負荷運転から
底負荷運転に移行したときに、ヒータやセンサ素子の劣
化を防止し、更に、ヒータへの電力供給の効率を向上さ
せるものである。特開平５−２０２７８５号公報に記載
のものは、内燃機関の冷却水温度又は吸入空気温度のガ
ス濃度検出部の周囲環境の機関温度を検出する機関温度
検出手段と、内燃機関の始動前の運転準備動作を検出す
る始動前状態検出手段と、この始動前状態検出手段によ
つて運転準備動作が検出された場合に、機関温度検出手
段によって検出された機関温度が高いときには、ヒータ
の加熱によるガス濃度検出部の始動時までの目標温度を
低く設定し、一方、機関温度が低いときには、目標温度
を高くする目標温度設定手段とを備え、消費電力を低減
するとともに、内燃機関の始動時の空燃比制御を適正に
行わせるものである。特公平７−８９１０５号公報に記
載のものは、通常はヒータ抵抗値が所定の目標抵抗値に
なるようにヒータへの供給電力を制御するが、こうした
通電制御の実行条件が成立した直後の所定期間内だけ
は、ヒータへの供給電力を制御し、これにより、ヒータ
の通電制御開始直後に、酸素センサの検出部と取付部と
の熱容量が違いによって、酸素センサの検出部近傍に位
置するヒータ先端部の温度が急上昇して、センサの検出
部が目標温度以上に過上昇するのを防止し、また、酸素
センサによる空燃比の検出精度を向上するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来、酸素
センサのヒータの温度の制御にあっては、エンジンの始
動後に、即座に急加速で高速走行しようとすると、図１
５に示す如く、上述の設定時間（ｔ₁）内にヒータの温
度が許容上限温度（８００℃）を越えてしまうという不
具合があった。

【０００８】この不具合を解消するために、設定時間
（ｔ₁）を短か目に設定すると、ヒータへのデューティ
値が所要の値よりも小さくなり、このため、ヒータの温
度が低くなって排ガスが不安定になり、排ガスが悪化す
るという不都合があった。

【０００９】また、酸素センサの温度が変化すると、酸
素センサの特性が変化し、また、排ガス量も増加し、従
って、ヒータの温度が安定しないと、安定した排ガス制
御ができなくなるという不都合があった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明は、上
述の不都合を除去するために、車両のエンジンの排気中
の酸素濃度を検出するとともにデューティ制御されるヒ
ータで温度状態が制御される酸素センサを設けた酸素セ
ンサの加熱制御装置において、イグニションスイッチの
オンで前記ヒータに通電を開始するとともに、エンジン
負荷及び前記イグニションスイッチのオン時からの経過
時間によって前記ヒータをデューティ制御する制御手段
を設けたことを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】この発明は、エンジンの冷機始動
時からヒータを適正にデューティ制御して酸素センサの
温度を早く適正範囲にまで上昇させて排ガスを安定させ
るとともに、車両の走行中には、エンジンの運転状態に
応じてヒータを適正にデューティ制御して酸素センサが
高温化しないようにし且つ酸素センサの温度を適正範囲
内に抑制して排ガスを安定させることができる。

【００１２】

【実施例】以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細
且つ具体的に説明する。図１〜１４は、この発明の実施
例を示すものである。図１４において、２は車両に搭載
されるエンジン、４は吸気マニホルド、６は吸気通路、
８はサージタンク、１０はスロットルボディ、１２はス
ロットル弁、１４は吸気管、１６はエアクリーナ、１８
は排気マニホルド、２０は排気通路、２２は排気管、２
４は触媒コンバータである。

【００１３】吸気通路６には、エンジン２のアイドル運
転時に吸気流量を制御するアイドル回転数制御システム
（ＩＳＣシステム）２６を構成するように、スロットル
弁１２を迂回するバイパスエア通路２８が連通して設け
られている。このバイパスエア通路２８には、アイドル
空気調整用スクリュ３０が設けられている。また、バイ
パスエア通路２８には、アイドル空気調整用スクリュ３
０を迂回するように、アイドルエア通路３２が連通して
設けられている。このアイドルエア通路３２には、電磁
的に作動されるアイドル制御弁（ＩＳＣバルブ）３４が
設けられている。

【００１４】サージタンク８には、圧力導入通路３６が
連通している。この圧力導入通路３６には、圧力センサ
３８が設けられている。

【００１５】エンジン２には、燃料噴射弁４０が取付け
られている。

【００１６】この燃料噴射弁４０は、燃料供給システム
４２を構成するものであり、燃料供給通路４４によって
燃料タンク４６に連絡している。この燃料供給通路４４
には、燃料フィルタ４８が設けられている。また、燃料
供給通路４４には、燃料戻し通路５０が接続されてい
る。この燃料戻し通路５０には、燃料圧力レギュレータ
５２が設けられている。この燃料圧力レギュレータ５２
には、サージタンク８からの吸気管圧力を導入するレギ
ュレータ用圧力通路５４が接続されている。燃料タンク
４６には、燃料供給通路４４が連通する燃料ポンプ５６
と燃料レベルセンサ５８とが設けられている。

【００１７】エンジン２には、ＰＣＶ弁６０が設けられ
ている。このＰＣＶ弁６０には、サージタンク８に連通
するブローバイガス通路６２が接続されている。

【００１８】エンジン２と燃料タンク４６間には、エン
ジン２の運転状態に応じて吸気系への蒸発燃料量（パー
ジ量）を制御するエバポシステムとして、第１、第２エ
バポシステム６４、６６が設けられている。

【００１９】第１エバポシステム６４にあっては、燃料
タンク４６に連通する第１エバポ通路６８とサージタン
ク８に連通する第１パージ通路７０との間に第１キャニ
スタ７２が設けられ、また、第１エバポ通路６８に第１
タンク内圧制御弁７４が設けられ、更に、第１パージ通
路７０には電磁的に作動する第１パージ弁７６が設けら
れている。

【００２０】第２エバポシステム６６にあっては、燃料
タンク４６に連通する第２エバポ通路７８と第１パージ
通路７０途中に連通する第２パージ通路８０間に第２キ
ャニスタ８２が設けられ、第２エバポ通路７８に第２タ
ンク内圧制御弁８４が設けられ、この第２タンク内圧制
御弁８４には圧力導入通路３６に連通する作動圧力通路
８６が設けられ、この作動圧力通路８６にソレノイドバ
キューム弁８８が設けられている。また、第２パージ通
路８０には、電磁的に作動する第２パージ弁９０が設け
られている。更に、第２キャニスタ８２と第２パージ弁
９０間の第２パージ通路８０には、スロットル弁１２の
上流側の吸気通路６に連通する診断用連絡通路９２が設
けられている。この診断用連絡通路９２には、エバポ診
断用弁９４が設けられている。第２キャニスタ８２に
は、キャニスタエア弁９６が設けられている。また、こ
の第２エバポシステム６６にあっては、燃料タンク４６
にタンク内圧センサ９８が設けられている。

【００２１】サージタンク８と排気通路２０間には、エ
ンジン２の排気の一部を吸気系に還流するＥＧＲシステ
ム１００のＥＧＲ通路１０２が設けられている。このＥ
ＧＲ通路１０２には、ＥＧＲ制御弁１０４が設けられて
いる。

【００２２】圧力センサ３８と燃料ポンプ５６と燃料レ
ベルセンサ５８と第１パージ弁７６とソレノイドバキュ
ーム弁８８と第２パージ弁９０とキャニスタエア弁９６
とタンク内圧センサ９８とＥＧＲ制御弁１０４とは、制
御手段（ＥＣＭ）１０６に連絡している。

【００２３】また、この制御手段１０６には、タイマ１
０６ａが備えられ、更に、エアクリーナ１６に設けた吸
気温センサ１０８と、吸気管１４に設けた吸気量センサ
１１０と、スロットルボディ１０に設けたスロットルセ
ンサ１１２と、エンジン２に設けた冷却水温度センサ１
１４と、排気マニホルド１８に設けたヒータ付のフロン
ト酸素センサ１１６と、触媒コンバータ２４の下流側で
排気管２２に設けたヒータ付のリア酸素センサ１１８
と、クランク角センサ１２０と、自動変速機用のレンジ
位置スイッチ１２２と、エアコンシステム１２４と、車
速センサ１２６と、パワステ圧力スイッチ１２８と、診
断用スイッチ端子１３０と、テストスイッチ端子１３２
と、イグニションスイッチ１３４と、シフトスイッチ１
３６と、スタータスイッチ１３８と、メインヒューズ１
４０と、バッテリ１４２とが連絡している。更に、制御
手段１０６には、エンジン２に設けた点火栓１４４に取
付けられた点火時期制御システム１４６のイグニション
コイル１４８が連絡している。

【００２４】フロント、リア酸素センサ１１６、１１８
は、排気中の酸素濃度を検出するとともに、活性状態が
維持されるように、内蔵したデューティ制御（０〜１０
０％）されるヒータ（図示せず）によって温度状態が制
御されるものである。

【００２５】制御手段１０６は、各種信号を入力し、イ
グニションスイッチ１３４のオンでヒータに通電を開始
するとともに、エンジン負荷（図３、４参照）イグニシ
ョンスイッチ１３４のオン時からの経過時間（図７参
照）によってヒータをデューティ制御するものである。

【００２６】また、制御手段１０６は、イグニションス
イッチ１３４のオンでヒータに通電を開始するととも
に、エンジン回転数とエンジン負荷とのマップ（図３、
４参照）及びイグニションスイッチ１３４のオン時から
の経過時間によってヒータをデューティ制御するもので
ある。

【００２７】更に、制御手段１０６は、イグニションス
イッチ１３４のオン時の冷却水温度でイグニションスイ
ッチ１３４のオン後の補正時間を設定し（図６参照）、
ヒータをこの補正時間に応じてヒータをデューティ制御
するものである。

【００２８】更にまた、制御手段１０６は、図５に示す
如く、吸気温度によって補正係数を設定し、ヒータをこ
の補正係数に応じてデューティ制御するものである（図
５参照）。

【００２９】また、制御手段１０６は、イグニションス
イッチ１３４のオン後で設定時間（ｔ₁）が経過しても
エンジン２が始動しない場合に、ヒータへの通電を停止
するものである。

【００３０】次に、この実施例の作用を、図１のフロー
チャート及び図２のタイムチャートに基づいて説明す
る。

【００３１】制御手段１０６においてプログラムがスタ
ートすると（ステップ２０２）、先ず、イグニションス
イッチ１３４がオンか否かを判断する（ステップ２０
４）。

【００３２】このステップ２０４がＮＯの場合には、こ
の判断を継続する。

【００３３】ステップ２０４がＹＥＳの場合には、タイ
マ１０６ａ及びヒータがスタートし（ステップ２０
６）、そして、エンジン２が始動したか否かを判断する
（ステップ２０８）。

【００３４】このように、タイマ１０６ａ及びヒータを
イグニションスイッチ１３４のオンでスタートさせるこ
とにより、ヒータの昇温を早くさせ、排ガスを早く安定
させることができ、また、フロント、リア酸素センサ１
１６、１１８の温度が許容温度を越えるのを防止し、フ
ロント、リア酸素センサ１１６、１１８の機能の劣化を
防止することができる。

【００３５】このステップ２０８がＮＯの場合には、イ
グニションスイッチ１３４のオン時から設定時間
（ｔ₁）以内でエンジン２が始動しない時には、ヒータ
への通電を停止（カット）し（ステップ２１０）、ステ
ップ２０４に戻す。これにより、バッテリ１４２の電圧
の無駄な使用を防止するとともに、ヒータに不必要に通
電が行なわれるのを防止し、バッテリ１４２及びヒータ
の保護を図ることができる。

【００３６】ステップ２０８がＹＥＳの場合には、図
３、４に示す如く、エンジン負荷に応じた基本のデュー
ティ値（Ｏ２ＨＳＴＤ）を設定する（ステップ２１
２）。上述のエンジン負荷は、吸入空気量、燃料噴射
量、吸気圧力、充填効率等からなるものである。つま
り、上述の基本のデューティ値は、図８、１２に示す如
く、エンジン回転数が一定でも、エンジン負荷によって
排ガスの温度が異なるので、よって、フロント、リア酸
素センサ１１６、１１８の温度も異なるので、エンジン
回転数とエンジン負荷とのマップ（図３、４参照）又は
エンジン負荷のテーブルで設定する場合は、吸入空気
量、充填効率、燃料噴射量で制御する。

【００３７】そして、図５に示す如く、吸気温度による
補正係数（ＣＴＨＡ）を求め、デューティ値（Ｏ２ＨＤ
ＴＹ）を、Ｏ２ＨＤＴＹ＝Ｏ２ＨＳＴＤ×ＣＴＨＡで算
出する（ステップ２１４）。つまり、吸気温度によって
排ガスの温度が異なり、フロント、リア酸素センサ１１
６、１１８の温度も変化するので、吸気温度に応じてヒ
ータのデューティ値を制御する。

【００３８】また、図６に示す如く、イグニションスイ
ッチ１３４のオン後の補正時間（ＡＦＴ１、ＡＦＴ２）
を、冷却水温度で設定する（ステップ２１６）。

【００３９】そして、図７に示す如く、イグニションス
イッチ１３４のオン後の経過時間による補正（ＡＦＴ）
を実施、つまり、Ｏ２ＨＤＴＹ＝Ｏ２ＨＳＴＤ×ＣＴＨ
Ａ×ＡＦＴを算出し（ステップ２１８）、プログラムを
エンドとする（ステップ２２０）。

【００４０】また、図１３に示す如く、フロント、リア
酸素センサ１１６、１１８の昇温はヒータのデューティ
値で変化し、エンジン回転数及びエンジン負荷によって
も変化し、更に、冷機か完暖後の再始動かによっても異
なるので、図６、７に示す如く、その時の水温状態に従
ってデューティ値を制御し、これにより、冷機では、通
電量を多くし且つ通電時間を長くし、フロント、リア酸
素センサ１１６、１１８を早く昇温させ、逆に、完暖機
では通電量を少なくし且つ通電時間を短くし、フロン
ト、リア酸素センサ１１６、１１８が許容上限温度を越
えないように制御することができる。

【００４１】よって、エンジン２の始動後に、フロン
ト、リア酸素センサ１１６、１１８の昇温を、図９、１
０に示す如く、早く適正範囲（ＲＩＴｅｍｐ）にするこ
とができるとともに、その後も、エンジン負荷状態によ
ってデューティ値を制御し、温度を適正範囲に維持する
ことができる。

【００４２】この結果、ヒータにはイグニションスイッ
チ１３４のオンで通電を開始するので、フロント、リア
酸素センサ１１６、１１８の昇温が早くなり、排ガスを
安定させることができる。

【００４３】また、ヒータをエンジン負荷で制御するの
で、フロント、リア酸素センサ１１６、１１８の温度を
目標の適正温度（ＲＩＴｅｍｐ）に精度良く制御するこ
とができる。

【００４４】更に、水温によってヒータへの通電時間を
制御することにより、フロント、リア酸素センサ１１
６、１１８を早く昇温させるとともに、許容温度を越え
ないように制御することができる。

【００４５】更にまた、吸気温度によって排ガスの温度
が変化するが、吸気温度に応じて補正係数を算出するの
で、フロント、リア酸素センサ１１６、１１８の温度を
精度良く許容範囲に制御することができる。

【００４６】また、エンジン２の始動後に、一定時間だ
けヒータへの通電量を多くするので、フロント、リア酸
素センサ１１６、１１８を早く昇温することができる。

【００４７】更に、イグニションスイッチ１３４のオン
後に、エンジン２が始動しない場合には、ヒーターの通
電を停止するので、バッテリ１４２のあがりを防止して
バッテリ１４２の保護を図るとともに、フロント、リア
酸素センサ１１６、１１８の耐久性の低下を防止するこ
とができる。

【００４８】つまり、エンジン２の冷機始動からフロン
ト、リア酸素センサ１１６、１１８の温度を適正に制御
することによってフロント、リア酸素センサ１１６、１
１８の温度を早く適正範囲に上昇させて、排ガスを安定
させることができる（図１１参照）。

【００４９】また、車両の走行中には、運転状態に応じ
てヒータを適正にデューティ制御し、フロント、リア酸
素センサ１１６、１１８が高温にならないように保護す
るとともに、その温度を適正範囲内に制御することによ
って排ガスを安定させることができる。

【００５０】

【発明の効果】以上詳細な説明から明らかなようにこの
発明によれば、イグニションスイッチのオンでヒータに
通電を開始するとともに、エンジン負荷及びイグニショ
ンスイッチのオン時からの経過時間によってヒータをデ
ューティ制御する制御手段を設けたことにより、エンジ
ンの冷機始動時からヒータを適正にデューティ制御して
酸素センサの温度を早く適正範囲にまで上昇させて排ガ
スを安定させるとともに、車両の走行中には、エンジン
の運転状態に応じてヒータを適正にデューティ制御して
酸素センサが高温化しないようにし且つ酸素センサの温
度を適正範囲内に抑制して排ガスを安定させ得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ヒータの加熱制御のフローチャートである。

【図２】ヒータの加熱制御のタイムチャートである。

【図３】エンジン負荷に応じてデューティ値を設定する
図である。

【図４】エンジン回転数とエンジン負荷とによってデュ
ーティ値を設定する図である。

【図５】吸気温度によって補正係数を設定する図であ
る。

【図６】水温によって補正時間を設定する図である。

【図７】イグニションスイッチのオン後の経過時間によ
って補正係数を設定する図である。

【図８】エンジン回転数とヒータの温度との関係を示す
図である。

【図９】酸素センサの温度と許容温度との関係を示す図
である。

【図１０】酸素センサの出力電圧と空燃比との関係を示
す図である。

【図１１】空燃比の変化と排ガス量との関係を示す図で
ある。

【図１２】エンジン回転数とデューティ値との関係を示
す図である。

【図１３】酸素センサの温度と時間との関係を示す図で
ある。

【図１４】加熱制御装置のシステム構成図である。

【図１５】従来における加熱制御のタイムチャートであ
る。

【符号の説明】

２エンジン１０６制御手段１１６フロント酸素センサ１１８リア酸素センサ１３４イグニションスイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両のエンジンの排気中の酸素濃度を検
出するとともにデューティ制御されるヒータで温度状態
が制御される酸素センサを設けた酸素センサの加熱制御
装置において、イグニションスイッチのオンで前記ヒー
タに通電を開始するとともに、エンジン負荷及び前記イ
グニションスイッチのオン時からの経過時間によって前
記ヒータをデューティ制御する制御手段を設けたことを
特徴とする酸素瀬センサの加熱制御装置。
【請求項２】車両のエンジンの排気中の酸素濃度を検
出するとともにデューティ制御されるヒータで温度状態
が制御される酸素センサを設けた酸素センサの加熱制御
装置において、イグニションスイッチのオンで前記ヒー
タに通電を開始するとともに、エンジン回転数とエンジ
ン負荷とのマップ及び前記イグニションスイッチのオン
時からの経過時間によって前記ヒータをデューティ制御
する制御手段を設けたことを特徴とする酸素センサの加
熱制御装置。
【請求項３】前記制御手段は、前記イグニションスイ
ッチのオン時の冷却水温度で前記イグニションスイッチ
のオン後の補正時間を設定し、前記ヒータをこの補正時
間に応じてデューティ制御することを特徴とする請求項
１又は請求項２に記載の酸素センサの加熱制御装置。
【請求項４】前記制御手段は、吸気温度によって補正
係数を設定し、前記ヒータをこの補正係数に応じてデュ
ーティ制御することを特徴とする請求項１又は請求項２
に記載の酸素センサの加熱制御装置。
【請求項５】前記制御手段は、前記イグニションスイ
ッチのオン後で設定時間が経過しても前記エンジンが始
動しない場合に、前記ヒータへの通電を停止することを
特徴とする請求項１又は請求項２に記載の酸素センサの
加熱制御装置。