JPS6185549A - 酸素濃度検出制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、内燃機関のフィードバック制御等のために
、排気ガス中に含まれる酸素の濃度を検出する手段に係
るものであり、特に酸素濃度検出センサを加熱制御する
ヒータに対する加熱電力を制御状態に対応して、上記内
燃機関のフィードバック制御状態の設定制御を実行させ
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は関にあっては、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、点火時期等を制御して空
燃比をフィードバック制律口することが知られている。

すなわち、このような内燃機関の制御ａ″ＪＡ置にあっ
ては、排気ガス中の酸素濃度を検出するために、上記別
間の排気ガス通路に対して酸素濃度検出センサを設定す
るようにしている。このようにして使用される酸素濃度
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。

このように構成される酸素濃度センサは、任意の空燃比
状態に精密にフィードバック制御できるものであり、内
燃機関の制御装置として効果的に利用できるものである
が、常時良好な酸素濃度計測出力信号が得られるように
するためには、上記センサの検出素子部を活性化状態と
するために、ヒータを用いて常に加熱制御する必要があ
る。このため、例えば特開昭５８−８３２４１号公報に
示されるように、検出素子に対応して設定されるヒータ
に対して供給される加熱電力を制御し、検出素子の温度
が適切に保たれるようにすることが提案されている。

このように検出素子を加熱設定するヒータに対して、所
定の加熱電力が供給されない状態にあると、上記検出素
子の温度が低下し、内燃機関のフィードバック制御が効
果的に実行されない状態となるものであり、このような
状態でフィードバック制御を実行すると、空燃比が理論
空燃比から大きくずれるようになり、ドライバビリティ
や排出ガスが悪化する原因となる。

［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、酸素
濃度検出素子が活性化状態に設定される状態に加熱制御
されていないような場合に、特に上記検出素子の温度が
低下している可能性のある状態で、すなわち内燃機関の
フィードバック制御が精密に行われず空燃比がずれる状
態となる可能性のある状態で、このようなフィードバッ
ク制御が実行されないようにして、内燃機関制御が円滑
に継続実行されるようにする酸素濃度検出制御ｉｔ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っ
ては、酸素濃度検出素子を加熱制御するヒータに対する
１００％の基本電力量Ａを算出すると共に、内燃機関の
運転状態に対応して上記検出素子を所定の温度状態に設
定するに必要な目標電力量Ｂを算出し、ざらにこの基本
電力量Ａと目標電力量Ｂとからヒータに対する加熱電力
量Ｃを算出するもので、この加熱電力量Ｃが上記基本電
力ＭＡに対して１００％以上になる状態が、例えば特定
される範囲で継続するような状態となった場合に、内燃
機関に対するフィードバック制御状態を停止して、オー
ブン制御状態に設定制御するものである。

［作用コ 上記のように構成される酸素濃度検出制御装置にあって
は、算出された加熱電力量Ｃが基本電力量Ａに対して１
００％を越える状態にある場合は、ヒータを加熱制御す
る基本電力が不足している状態であり、したがって酸素
濃度検出素子の温度が、この検出素子を活性化状態に保
つ温度以下に低下している可能性がある。したがって、
この状態ではフィードバック制御状態が停止され、オー
ブン制御状態が設定されるものであり、酸素濃度検出素
子が正常に作動しない状態における空燃比のずれの発生
が確実に防止されるものであり、内燃数量の空燃比制御
が円滑に実行されるようになるものである。

［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１図は酸素濃度検出制御手段を含む、例えば車両に搭
載される内燃機関１１の制御システムの構成を示すもの
で、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が設定されて
いる。この吸気管１２に対しては、アクセルペダル等で
制御されるスロットル弁１３、さらにサージタンク１４
が設定されているものであり、また、上記スロットル弁
１３部分をバイパスする状態で空気流量が制御されるよ
うになるバイパス通路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が取付は設定され、サージタンク
１４に対しては吸気圧センサ１７が取付は設定されてい
る。そして、上記スロットル弁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、スロットル弁１３
がアイドル運転状態に設定された場合にアイドルスイッ
チ信号を発生するスロットルポジションセンサ１８を設
定する。

上記内燃機関１１の排気管１９に対しては、酸素濃度検
出装置を構成する酸素濃度センサ２ｏが取付は設定され
るもので、このセンサ２ｏは上記排気管１９の内部に設
定され、排気管１９内を流れる排気ガスに対して接触設
定されるようにする。

そして、上記内燃機関１１のヘッド部分には、その各気
筒に対応する状態で点火プラグ２１が取付は設定され、
また確関１１の冷却水温を検出するように水温センサ２
２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１
６、吸気圧センサ１７、スロットルポジションセンサ１
Ｂ、水種センサ２２、さらに酸素濃度センサ２０からの
検出信号によっ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ようになる。

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
情報はディストリビュータ２４に対して設定される回転
数センサ２５から検出する。上記ディストリビュータ２
４に対しては、上記制御回路２３からの指令によって制
御されるイグナイタ２６からの点火信号が供給されてい
る。

すなわち、制御回路２３にあっては、内燃機関１１の運
転状態に対応して、燃料噴射量ざらに点火時期等を演算
するもので、燃料噴射弁２７を制御し、またイクナイタ
２６を制御することによって点火プラグに対する点火制
御を実行するものである。

第２図は上記制御回路２３の具体的構成を説明するもの
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とによって構成されるもので、上記検出素子
２０ａに対しては電［３１が設定されている。そして、
上記検出素子２０ａに対して流れる検出酸素濃度に対応
した電流値は抵抗３２の回路によっ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でディジ
タルデータに変換し、制御回路２３に対する入力検出信
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、スロットルポジションセン
サ１８、水温センサ２２、および回転数センサ２５から
の検出信号が供給されている。この場合、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、順次ディジタルデータに変換
されて、マイクロコンピュータ３５に対して入力データ
として供給されるようにな克。このマイクロコンピュー
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ｍに対応する演算結果によって駆動回路３６を制
御し、噴射弁２７の開弁時間、すなわち燃料噴射ｍ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、ディストピユータ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
記マイクロコンピュータ３５の指令によって制御される
通Ｎ制御回路３７によって、電源３８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によって検出され、この検出出力はマイクロコ
ンピュータ３５に対して供給設定される。そして、ヒ＝
り２０ｂの温度が設定された温度状態に制御されるよう
にするものである。

このような制御回路２３にあっては、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の特にヒータ２０ｂに対する加熱電流制御を実行
するもので、この加熱電流ｔｌＩＩＩＩｌは内燃機関１
１の運転状態に対応して実行される。

第３図はその加熱電力制御を実行する制御ルーチンを示
すもので、この制御ルーチンは所定時間間隔、例えば１
００ｍ５毎に実行されるもので、ヒータ２０［）に対す
る電源３８からの電力供′給を、内燃機関１１の運転状
態に対応して例えばデューティ比によって制御するもの
である。

すなわち、この制御ルーチンがスタートされると、まず
ステップ１０１で前記各センサからの検出信号によって
、機関１１の回転数Ｎｅ、吸気圧ＰＩＩｌ、酸素濃度セ
ンサ２０の検出素子２０ａの検出電流Ｉｓ、ヒータ２０
１）に対する電圧ｖｈ、ヒータ電流１ｈ等の各種パラメ
ータを読み込む。

次に、ステップ１０２では上記ステップ１０１で読み込
まれたヒータ電圧ｖｈおよびヒータ電流１ｈから、所定
時間例えば１００ｍ５の間にヒータ２゜ｂに対して加熱
電力を供給した場合の電力量、すなわちデユーティ比１
００％の基本電力ｍＡを算出する処理を実行する。ここ
で、以下の電力量に対する数値は、全て１００ｍ５当り
の電力量で表現する。

このようにして基本電力量Ａが算出されると、次のステ
ップ１０３に移行し、上記ステップ１０１で読み込まれ
た回転数Ｎｅと、吸気管圧ＰＩｌｌとをパラメータとし
て、例えば第４図に示すようなマツプ１Ｖ１１、あるい
は演算式から目標電力】Ｂを求める。上記第４図のマツ
プは、適宜マイクロコンピュータ３５に関連して設定さ
れる記憶装置に対して記憶設定されているものである。

このマツプＭ１においては、第４図から明らかなように
機関１１の回転数Ｎｅと吸気圧ｐｍとをパラメータとし
て予め目標電力量Ｂ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、当然燃料噴射量が多くなり、排気温度が上昇するよ
うになる。したがって、この排気ガスによって検出素子
２０ａが加熱される状態となるもので、この状態ではヒ
ータ２０ｂに対する目標電力量は小さな状態とされる。

そして、回転数Ｎｅの小さい場合および吸気圧ｐｍ＋の
小さい場合は、上記場合とは逆に目標電力量は大きい状
態に設定される。

このようにして目標電力！Ｂが求められると、次のステ
ップ１０４で上記目標電力量Ｂに対応するデユーティ比
Ｃが算出される。このデユーティ比Ｃはヒータ２０ｂに
対する加熱電力量とされるようになるもので、デユーテ
ィ比１００％の電力量Ａと目ｔｕｆｆ力ｍＢをパラメー
タとして、次の式によって計算される。

Ｃ＝　（Ｂ／Ａ）ｘｌ　００ ここで、例えばデユーティ比１００％の電力量Ａが５０
Ｗ／１００ｍ５．　機関１１の回転数Ｎｅと吸気圧Ｐｉ
とに基づいて、マツプＭ１で求められた目標電力量Ｂが
２５Ｗ／１００−ｍ５であるとすると、デユーティ比Ｃ
は５０％となるものであり、通電制御回路３７に送出さ
れる制御パルス信号は第５図に実線で示すような状態と
なる。

上記デユーティ比１００％の基本電力ＭＡは、内燃は関
１１の回転数や車両のヘッドライト等の電気系の使用状
態によって変化する。したがって、この基本電気量Ａが
ｒＡ−２０Ｗ／１００ｍ５Ｊのような場合も存在する。

このような場合にあっては、上記演算されたデユーティ
比Ｃは１２５％の状態となり、これでは連続通電状態を
設定してもｒ５Ｗ／１００ｍ５Ｊの電力不足の状態とな
る。

したがって、このような場合にあっては、酸素濃度セン
サ２０のヒータ２０ｂに対してｉ続的に通電しても、検
出素子２０ａの温度はこの素子２０ａを所定温度（例え
ば７００℃）まで上昇させることができないよう状態と
なり、この検出素子２０ａの活性化状態が設定されない
ような場合も生ずるおそれがでてくる。

したがって、次のステップ１０５では、上記デユーティ
比Ｃが１００％より大きい状態にあるか否かを判別する
もので、上記Ｃの値が１００９６以上の状態にあるとき
、すなわち基本電力ｍＡが通常状態より小さい状態にあ
ると判別されたときには、ステップ１０６に進む。そし
て、このステップ１０６では上記Ｃの値が１００％を越
える状態の継続時間を判定するもので、所定時間例えば
１００％を越える状態が５秒以上連続していること、が
判別されたならば、ステップ１０７に進んでオーブンフ
ラグを「１」にセットする。そして、内燃機関１１の制
凶状態においてフィードバックｔＩＩＩＩＩｌを停止し
、オーブン制御状態が切換え設定されるようにするもの
である。

また、上記ステップ１０５でデユーティ比Ｃが１００％
を越える状態ではないと判別された場合には、ステップ
１０８に進むもので、このステップ１０８にあっては上
記演算値Ｃが１００％より小さい状態が所定時間、例え
ば１０秒以上継続した状態にあるか否かを判別する。こ
のようなｉｃが所定時間以上継続した状態が検知される
ような状態では、基本電力量Ａが定常状態であることが
認定されるものであり、このような場合には、次のステ
ップ１０９でオーブンフラグをリセット制御し、内燃１
１１１１がフィードバック制御されるように設定する。

ステップ１１０では、上記演算されたデユーティ比Ｃに
よって、酸素濃度センサ２０のヒータ２０ｂの通電制御
を実行するものである。この場合、上記オーブンフラグ
が「１」にセットされていない状態で、Ｍ素濃度センサ
２０の検出出力信号に対応したフィードバック制御が実
行されるものである。

上記実施例の説明にあっては、デユーティ比Ｃによって
基本電力量の不足状態を判別するようにしているもので
あるが、直接的に基本電力の量の不足状態を判別するよ
うにしてもよい。例え（ｆ、（目標電力量Ｂ／基本電力
ＭＡ）の演算を実行すればよいものである。また、上記
実施例にあっては、供給燃料のリーン状態を検出するよ
うな酸素濃度センサ（リーンセンサ）を対象として説明
したが、これは理論空燃比へ制御する酸素センサの場合
であっても、そのヒータ電力をデユーティ比制御する場
合に同様に適用できるものである。

［発明の効果コ 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、例えばフィードバック制御を実行するために使用
される酸素濃度センサにおいて、このセンサを活性化状
態に設定するヒータに対して、適切な加熱電力を供給で
きないような状態、すなわち基本電力が不足するような
状態となった場合には、酸素濃度が正確に測定検出でき
ない可能性があるとしてこれを検出することができる。

そして、このような可能性の生じた状態で、内燃機関に
対するフィードバック制御が停止制御され、オープン制
御状態が設定されるものであり、したかってフィードバ
ック制御を実行する内燃機関の制御状態が円滑に行われ
るようになり、空燃比が安定状態に制御されるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実ＩＡ例に係る酸素濃度センサｉ
［ｌ装置を説明する構成図、第２図は上記実施例の制御
回路部分を説明する構成図、第３図は上記制御回路の動
作状態を説明するフローチャート、第４図は上制御回路
の動作で使用されるマツプを示す図、第５図は上記制御
回路によって発生される酸素濃度センサ加熱用の電力の
デユーティの状態を示す図である。 １１・・・内燃機関、１２・・・吸気管、１３・・・ス
ロットル弁、１Ｇ・・・吸気温センサ、１７・・・吸気
圧センサ、１８・・・スロットルポジションセンサ、１
９・・・排気管、２０・・・酸素濃度センサ、２０ａ・
・・検出素子、２０ｂ・・・ヒータ、２３・・・制御回
路。 出願人代理人　弁理土鈴　江　武　彦 第１図 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関のフィードバック制御用の情報を出力す
   る酸素濃度センサと、このセンサを加熱制御するヒータ
   と、このヒータを加熱制御するための１００％の基本電
   力量Ａを算出する手段と、上記内燃機関の運転状態に対
   応して上記ヒータに対する加熱用目標電力量Ｂを算出す
   る手段と、上記基本電力量Ａと目標電力量Ｂとから上記
   ヒータに対する加熱電力量Ｃを算出する手段と、この手
   段で算出された加熱電力量Ｃが上記基本電力量Ａに対し
   て１００％以上となる基本電力量の不足状態を検出する
   手段と、この検出手段で加熱電力量Ｃが上記１００％以
   上にある状態を検出する状態で上記内燃機関のフィード
   バック制御を停止する指令を発生するオープン制御設定
   手段とを具備したことを特徴とする酸素濃度検出制御装
   置。
2. （２）上記オープン制御設定手段は、上記加熱電力量Ｃ
   が上記基本電力量Ａに対して１００％以上となる状態が
   、特定される時間範囲で継続されたことを判別する手段
   を含み構成され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。