(57)【要約】【課題】  エンジン始動前において、加熱ヒータ付き酸素センサにバッテリ電圧の過剰な低下をさせることなく通電を行なう。【解決手段】  メインスイッチがオン状態とされた直後（時点ｔ０）に、加熱ヒータへの通電をデューティ比１００％で開始する。バッテリ電圧をモニタし、その値が所定のヒータ停止判定電圧以下まで下がった場合（時点ｔ１）に加熱ヒータへの通電を停止する。エンジンが始動されると同時（時点ｔ２）に加熱ヒータへデューティ比１００％で再び通電を開始する。エンジン始動後は、発電機の電力を加熱ヒータに供給する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン排気中の酸素濃度を検出する酸素センサに設けられた加熱ヒータを制御するための酸素センサ用加熱ヒータ制御装置であって、
バッテリ電圧を検知するバッテリ電圧検知手段と、
前記加熱ヒータへの通電を制御する通電制御手段とを備え、
前記通電制御手段が前記バッテリ電圧検知手段により検知されたバッテリ電圧値に基づいて前記加熱ヒータへの通電を制御する
ことを特徴とした酸素センサ用加熱ヒータ制御装置。
【請求項２】
メインスイッチがオン状態とされた直後に、前記加熱ヒータへの通電を開始し、前記バッテリ電圧がヒータ停止判定電圧以下の場合に前記加熱ヒータへの通電を停止することを特徴とする請求項１に記載の酸素センサ用加熱ヒータ制御装置。
【請求項３】
前記通電制御手段が、加熱ヒータをパルス制御するパルス幅制御手段から構成されることを特徴とする請求項１に記載の酸素センサ用加熱ヒータ制御装置。
【請求項４】
前記パルス幅制御手段が、加熱ヒータをデューティ制御するデューティ制御手段から構成され、前記デューティ制御手段が、メインスイッチがオン状態とされたときからエンジン始動までの間、前記バッテリ電圧に応じたデューティ比に基づいて前記加熱ヒータに通電することを特徴とする請求項３に記載の酸素センサ用加熱ヒータ制御装置。
【請求項５】
前記デューティ制御手段が、メインスイッチがオン状態とされた直後から前記加熱ヒータにデューティ比１００％で通電し、前記バッテリ電圧がヒータ停止判定電圧以下の場合に前記加熱ヒータへの通電を停止することを特徴とする請求項４に記載の酸素センサ用加熱ヒータ制御装置。
【請求項６】
前記デューティ制御手段が、エンジン始動後、前記加熱ヒータにデューティ比１００％で通電することを特徴とする請求項４に記載の酸素センサ用加熱ヒータ制御装置。
【請求項７】
前記メインスイッチがオン状態とされたときから前記エンジン始動までの間、前記バッテリ電圧が高いほど前記デューティ比が大きく設定されるとともに、前記バッテリ電圧の値が前記ヒータ停止判定電圧以下のときに前記デューティ比が０％とされ、前記バッテリ電圧の値が前記加熱ヒータの駆動に十分な所定電圧以上のときに前記デューティ比が１００％とされることを特徴とする請求項４に記載の酸素センサ用加熱ヒータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱ヒータ付き酸素センサの加熱制御に関し、特に内燃機関の排気系に設けられ、空燃比の制御に用いられる加熱ヒータ付き酸素センサの加熱制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に内燃機関では、排気中から酸素濃度を検出し、これに基づいて空燃比のフィードバック制御を行なう。酸素濃度を検出する酸素センサとしては、センサ部の活性状態を維持するために加熱ヒータを備えたものが広く用いられる。加熱ヒータは、例えば酸素センサが早期に活性化されるように、メインスイッチをオン状態（ＥＣＵへの通電を開始）するのと同時に１００％のデューティ比で通電が行なわれ、この通電はセンサが所定温度に達するまでの間継続される（特許文献１）。また、メインスイッチがオン状態されてから一定時間エンジンが始動されない場合に、加熱ヒータへの通電を停止するものも知られている（特許文献２）。
【特許文献１】特開平８−２７８２７９号公報
【特許文献２】特開平１１−２１８０４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、メインスイッチをオン状態とした後、エンジンが始動されるまでの間、加熱ヒータにはバッテリからのみ電力が供給されるので、バッテリが上がってしまうことや、バッテリ電圧が過度に低下してエンジンの始動性を悪化させることがある。
【０００４】
本発明は、酸素センサの加熱ヒータに対するエンジン始動前の通電において、バッテリ電圧の過剰な低下を防止することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の酸素センサ用加熱ヒータ制御装置は、エンジン排気中の酸素濃度を検出する酸素センサに設けられた加熱ヒータを制御するための酸素センサ用加熱ヒータ制御装置であって、バッテリ電圧を検知するバッテリ電圧検知手段と、加熱ヒータへの通電を制御する通電制御手段とを備え、通電制御手段がバッテリ電圧検知手段により検知されたバッテリ電圧値に基づいて加熱ヒータへの通電を制御することを特徴としている。
【０００６】
酸素センサ用加熱ヒータ制御装置は、例えばメインスイッチがオン状態とされた直後に、加熱ヒータへの通電を開始し、バッテリ電圧がヒータ停止判定電圧以下の場合に加熱ヒータへの通電を停止する。
【０００７】
また例えば前記通電制御手段は、加熱ヒータをパルス制御するパルス幅制御手段から構成される。またパルス幅制御手段は、加熱ヒータをデューティ制御するデューティ制御手段から構成され、デューティ制御手段は、メインスイッチがオン状態とされたときからエンジン始動までの間、バッテリ電圧に応じたデューティ比に基づいて加熱ヒータに通電する。
【０００８】
このときデューティ制御手段は、メインスイッチがオン状態とされた直後から加熱ヒータに例えばデューティ比１００％で通電し、バッテリ電圧がヒータ停止判定電圧以下の場合に加熱ヒータへの通電を停止する。また、デューティ制御手段は、エンジン始動後、加熱ヒータにデューティ比１００％で通電する。
【０００９】
また例えば、メインスイッチがオン状態とされたときからエンジン始動までの間、バッテリ電圧が高いほどデューティ比が大きく設定されるとともに、バッテリ電圧の値がヒータ停止判定電圧以下のときにデューティ比が０％とされ、バッテリ電圧の値が加熱ヒータの駆動に十分な所定電圧以上のときにデューティ比が１００％とされる。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明によれば、酸素センサの加熱ヒータに対するエンジン始動前の通電において、バッテリ電圧の過剰な低下を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態であるエンジン制御システムの概略を示すブロック図である。
【００１２】
エンジン制御システム１０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１１を中心に、エンジン及び吸排気系各部に設けられる各種センサ、燃料噴射装置、点火装置、スロットル制御装置等から構成される。
【００１３】
シリンダヘッド１２の各吸気ポートには、エアクリーナ１３、スロットルボディ１４、吸気マニホルド１５を介して外気が導かれる。吸入された外気には、吸気ポートの手前で燃料噴射弁１６から燃料が供給され、所定の空燃比の混合気とされ、各吸気ポートからシリンダ内に吸入される。なお、スロットルボディ１４の上流側にはＥＣＵ１１に接続された流量センサ１７が設けられる。また、スロットルバルブ１４Ｂは、アクセル位置に連動して機械的（例えばワイヤ式）または電気的に開閉される。本実施形態では、スロットルバルブ１４Ｂは例えばモータ１４Ｍにより回動され、その開度はスロットル開度センサ１４Ｓによって検知される。モータ１４Ｍの回転はＥＣＵ１１により制御され、スロットル開度センサ１４Ｓにおいて検知された開度はＥＣＵ１１に送られる。
【００１４】
一方、シリンダヘッド１２の各排気ポートには、排気マニホルド２０が取り付けられ、排気マニホルド２０を介してシリンダ内から排気されたガスは、触媒コンバータ２１、マフラー２２を介して外部へと排出される。また、排気マニホルド２０には、第１酸素センサ２３が、触媒コンバータ２１の下流側には第２酸素センサ２４が設けられ、第１及び第２酸素センサはそれぞれＥＣＵ１１に接続される。なお、自動二輪車では、第１酸素センサ２３のみであり、第２酸素センサ２４は用いられない。
【００１５】
なお、ＥＣＵ１１には、更に点火プラグ制御装置１８、バッテリ１９、アクセル等が接続されている。ＥＣＵ１１は、スロットル開度センサ１４Ｓ、流量センサ１７、第１及び第２酸素センサからの情報やバッテリ電圧、アクセルの操作情報に基づいて燃料噴射弁１６からの燃料噴射量を調節し、混合ガスの空燃比を調整する。
【００１６】
図２は、第１及び第２酸素センサ２３、２４に用いられる加熱ヒータ付き酸素センサの側面図であり、そのセンサ部の一部は断面図として示される。センサ部３０は、例えばジルコニア固体電解質の酸素イオン伝導性を利用した酸素センサであり、内側と外側に電極（図示せず）が設けられた中空のジルコニア固体電解質３１の内部には、加熱ヒータ３２が配置される。加熱ヒータ３２にはケーブル３３を介して電力が供給され通電時に発熱し、周囲のジルコニア固体電解質３１を活性化温度（例えば３５０°Ｃ）まで加熱する。
【００１７】
次に図３を参照して、酸素センサ２３、２４に設けられた加熱ヒータ３２の第１実施形態における通電制御について説明する。図３は、加熱ヒータ３２への通電制御のタイミングチャートであり、図３（ａ）はメインスイッチのオン／オフ状態、図３（ｂ）はエンジンの始動／停止状態、図３（ｃ）は加熱ヒータ３２への通電状態、図３（ｄ）はバッテリ電圧の経時変化を示す。なお横軸は時間である。
【００１８】
第１実施形態では、メインスイッチがオン状態とされると同時に加熱ヒータ３２への通電がデューティ比１００％で開始される（時点ｔ０）。加熱ヒータ３２、ＥＣＵ１１、燃料噴射弁１６、点火プラグ制御装置１８等にはエンジンが始動され、発電機による発電が開始されるまでの間、バッテリ１９からのみ電力が供給される。したがって、バッテリ電圧はメインスイッチがオン状態とされた直後から漸次低下する。
【００１９】
ＥＣＵ１１は、バッテリ１９の電圧値をモニタし、バッテリ電圧が予め設定されたヒータ停止判定電圧Ｖ０にまで下がると（時点ｔ１）、加熱ヒータ３２への通電を停止する。その後エンジンが始動され（時点ｔ２）、発電機からの電力供給が開始されると加熱ヒータ３２にはデューティ比１００％で通電が再開される。なお、エンジンが始動されるとバッテリは発電機により充電され、バッテリ電圧は漸次回復する。また、ヒータ停止判定電圧Ｖ０は、エンジンの始動性能に支障をきたさない最小電圧値を下限として設定される。
【００２０】
以上のように第１実施形態によれば、メインスイッチがオン状態とされてからエンジンが始動されるまでの間において、酸素センサの加熱ヒータへの通電によりバッテリ電圧が極度に低下することを防止でき、エンジンの始動性能等が悪化することを防止できる。また、エンジン始動前においても、バッテリ電圧がヒータ停止判定電圧に達するまで加熱ヒータには一定の通電が行なわれるので、エンジン始動までに酸素センサは一定の温度まで加熱されている。したがって、エンジン始動直後においても直に酸素センサを活性状態とすることができる。
【００２１】
次に図４及び図５を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態のエンジン制御システムの電気的、機械的構成は第１実施形態と同様であり、その説明を省略する。第２実施形態の第１実施形態との違いは、通電制御方法のみであり、図４は、第１実施形態の図３に対応する加熱ヒータ３２への通電制御のタイミングチャートである。すなわち、図４（ａ）にメインスイッチのオン／オフ状態、図４（ｂ）にエンジンの始動／停止状態、図４（ｃ）に加熱ヒータ３２への通電状態、図４（ｄ）にバッテリ電圧の経時変化が示される。また図５は、メインスイッチがオン状態とされてからエンジンが始動されるまでの間、加熱ヒータ３２に供給される駆動信号の駆動デューティ比とバッテリ電圧との関係を示すグラフである。
【００２２】
第２実施形態では、メインスイッチがオン状態とされると同時に加熱ヒータ３２への通電が図５に示されるデューティ比に基づいて開始される（時点ｔ０）。第１実施形態と同様に、エンジンが始動されるまでの間、加熱ヒータ３２、ＥＣＵ１１、燃料噴射弁１６、点火プラグ制御装置１８等には、バッテリ１９からのみ電力が供給されるので、バッテリ電圧はメインスイッチがオン状態とされた直後から漸次低下する。
【００２３】
しかし、第２実施形態のデューティ制御では、図５に示されるように、バッテリ電圧に対応して加熱ヒータ３２への通電制御のデューティ比が変更される。すなわち、メインスイッチがオン状態とされたときからエンジン始動までの間においては、バッテリ電圧が高いほどデューティ比が大きく設定される。例えばバッテリ電圧がヒータ停止判定電圧Ｖ０（例えば１０Ｖ）よりも低い場合はデューティ比が０％に設定され（すなわち通電しない）、バッテリ電圧の値が加熱ヒータの駆動に十分な所定電圧（例えば１４Ｖ）以上のときにはデューティ比が１００％に設定される（すなわち連続的に通電）。なお、ヒータ停止判定電圧と加熱ヒータの駆動に十分な所定電圧との間においては、デューティ比はバッテリ電圧に対して単調増加となるように設定され、本実施形態では、例えば線形的に増大される。なお、この関係は、非連続的なステップ状の対応とされてもよく、非線形な対応とされてもよい。
【００２４】
これにより、第２実施形態では、バッテリ電圧の急激な低下を抑えられ、エンジンが始動されるまで（時点ｔ２）加熱ヒータ３２に通電を行なうことが可能となる。すなわち、メインスイッチがオン状態とされた直後においては、相対的に高いデューティ比で通電が行なわれ、バッテリ電圧が漸次低下するに伴って、デューティ比は相対的に低いデューティ比に漸次低減される。これにより、バッテリ電圧の急激な低下が抑えられ、デューティ比＞０％のデューティ制御をエンジンが始動されるまで続けることが可能となる。なお、エンジン始動後は、第１実施形態と同様にデューティ比１００％で通電が行われる。
【００２５】
以上により、第２実施形態においても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また第２実施形態では、エンジンが始動されるまでの間継続して有効なデューティ制御（デューティ比＞０％）を加熱ヒータに対して行なえるので、酸素センサをより効果的に加熱しておくことができる。
【００２６】
なお、本実施形態では、デューティ制御を例に説明を行なったが、デューティ制御に替えてバッテリ電圧に応じた駆動電圧制御あるいは駆動電流制御を行なってもよい。また、本実施形態では、メインスイッチのオン／オフに連動して加熱ヒータへの通電のオン／オフを制御したが、更に他のスイッチのオン／オフとの組み合せて用いてもよい。例えば、メインスイッチがオンされるとともに手元スイッチがオンされたときに通電を開始するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態であるエンジン制御システムの概略を示すブロック図である。
【図２】第１及び第２酸素センサの側面図であり、その一部は断面として示される。
【図３】第１実施形態における加熱ヒータへの通電制御のタイミングチャートである。
【図４】第２実施形態における加熱ヒータへの通電制御のタイミングチャートである。
【図５】第２実施形態における加熱ヒータへの駆動デューティ比とバッテリ電圧との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２８】
１０  エンジン制御システム
１１  電子制御ユニット
１９  バッテリ
２３  第１酸素センサ
２４  第２酸素センサ
３２  加熱ヒータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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