(57)【要約】      （修正有）【課題】酸素センサのヒータ制御装置において、酸素センサを所定温度に精度良く調整することにより、酸素センサの検出精度を上げることにある。【解決手段】酸素濃度を検出する素子とこの素子を加熱するヒータとを有する酸素センサを設け、素子が所定温度になるようにヒータに供給する電力を制御するヒータ制御手段が備えられた制御手段を設け、ヒータ制御手段は、ヒータ抵抗値に基づいてヒータに供給する電力を補正する。【選択図】図１
2012127309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素濃度を検出する素子とこの素子を加熱するヒータとを有する酸素センサを設け、前記素子が所定温度になるように前記ヒータに供給する電力を制御するヒータ制御手段が備えられた制御手段を設けた酸素センサのヒータ制御装置において、前記ヒータ制御手段はヒータ抵抗値に基づいて前記ヒータに供給する電力を補正することを特徴とする酸素センサのヒータ制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記ヒータに流れる電流値を検出するヒータ電流検出手段を備え、前記ヒータに電圧を印加してこのヒータに印加した電圧と前記ヒータ電流検出手段により検出された電流値とからヒータ抵抗値を算出することを特徴とする請求項１に記載の酸素センサのヒータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、酸素センサのヒータ制御装置に係り、特に排気系に設けた酸素センサの温度を調整する酸素センサのヒータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載された内燃機関には、排気系に、酸素濃度を検出する素子とこの素子を加熱するヒータとを有する酸素センサを設けている。
そして、酸素センサを正常に働かせるためには、素子の温度を目標とする所定温度（例えば５５０℃）に調整する必要がある。
また、酸素センサを採用する場合に、多くは、素子の温度の監視をすることはなく、内蔵したヒータの通電電圧を制御し、目標とする素子の温度に到達していると仮定して、燃料量の補正等に利用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６０−２３５０４８号公報
【０００４】
特許文献１に係る酸素センサの抵抗発熱式電気ヒータの通電制御方法は、検出されたヒータ通電電流が所定値以下に制限されるように、電気ヒータに供給する電力を制御するものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、酸素センサに内蔵するヒータは、その内部抵抗値にバラツキがあることから、酸素センサの保護を優先し、ヒータ抵抗値が最も低いセンサ（即ち、温度が最も上昇するセンサ）を考慮して、機関回転速度と機関負荷を軸とした電圧制御マップ（デューティ制御含む）を設定し、そのマップ検索値を利用してヒータへの電力を制御している。
この場合、ヒータ抵抗値が最も高いセンサ（即ち、最も温度が低くなるセンサ）が装着された車両では、素子の温度が目標よりも低くなってしまうことがあり、酸素センサが出力する値の信頼性が損なわれるおそれがあった。
また、排出ガス規制が厳しくなり、かつ自己診断の正確さが問われる昨今、酸素センサからの出力値については、精度を求める必要があった。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、酸素センサを所定温度に精度良く調整することにより、酸素センサの検出精度を向上する酸素センサのヒータ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、酸素濃度を検出する素子とこの素子を加熱するヒータとを有する酸素センサを設け、前記素子が所定温度になるように前記ヒータに供給する電力を制御するヒータ制御手段が備えられた制御手段を設けた酸素センサのヒータ制御装置において、前記ヒータ制御手段はヒータ抵抗値に基づいて前記ヒータに供給する電力を補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の酸素センサのヒータ制御装置は、酸素センサを所定温度に精度良く調整することにより、酸素センサの検出精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は酸素センサのヒータ制御のフローチャートである。（実施例）
【図２】図２は酸素センサのヒータ温度と素子温度との関係を示す図である。（実施例）
【図３】図３は酸素センサのヒータ抵抗値と印加電圧の調整との関係を示す図である。（実施例）
【図４】図４は酸素センサの構成図である。（実施例）
【図５】図５はヒータ制御装置のシステム構成図である。（実施例）
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この発明は、酸素センサを所定温度に精度良く調整することにより、酸素センサの検出精度を上げる目的を、ヒータの抵抗値に基づいてヒータに供給する電力を補正して実現するものである。
【実施例】
【００１１】
図１〜図５は、この発明の実施例を示すものである。
図５において、１は車両に搭載される内燃機関である。この内燃機関１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド３とシリンダヘッドカバー４とが一体的になって構成されている。
シリンダヘッド３には、吸気側において、吸気ポート５が形成され、また、吸気カム軸６が設置され、さらに、この吸気カム軸６で駆動されて吸気ポート５を開閉する吸気弁７が設けられている。
また、シリンダヘッド３には、排気側において、排気ポート８が形成され、また、排気カム軸９が設置され、さらに、この排気カム軸９で駆動されて排気ポート８を開閉する排気弁１０が設けられている。
【００１２】
内燃機関１は、吸気装置１１を備えている。この吸気装置１１においては、エアクリーナ１２と、このエアクリーナ１２から内燃機関１側に吸入空気を導く吸気通路１３を形成するように、吸気管１４と、スロットル弁１５を備えたスロットルボディ１６と、サージタンク１７が一体でシリンダヘッド３に取り付けられる吸気マニホルド１８とが、順次に接続している。
【００１３】
内燃機関１は、排気装置１９を備えている。この排気装置１９においては、内燃機関１からの排気を導く排気通路２０を形成するように、シリンダヘッド３に取り付けられた排気マニホルド２１と、この排気マニホルド２１に接続された排気管２２とが、順次に設けられている。この排気管２２の途中には、触媒コンバータ２３が設けられている。
【００１４】
内燃機関１は、過給機（ターボチャージャ）２４を備えている。この過給機２４は、吸気マニホルド１８の上流側に配設され、エアクリーナ１２側からの吸入空気を過給し、この過給された空気を内燃機関１側に供給するものである。
過給機２４は、過給機ケース２５内で、吸気管１４の途中に配設されたコンプレッサ２６と、排気マニホルド２１と排気管２２の間に配設されて排気流で駆動するタービン２７と、コンプレッサ２６とタービン２７とを連結する回転軸２８とを備えている。
過給機ケース２５には、ウェストゲート装置２９を構成するように、タービン２７の上流側と下流側との吸気通路１３に連通するウェストゲート通路３０と、このウェストゲート通路３０を開閉するウェストゲートバルブ３１を設けている。
このウェストゲートバルブ３１は、作動ロッド３２を介してウェストゲートアクチュエータ３３で開閉動作される。このウェストゲートアクチュエータ３３は、ウェストゲート制御弁（ＶＳＶ）３４によって作動される。このウェストゲート制御弁３４は、一端がコンプレッサ２６の上流側の吸気通路１３に連通するとともに他端がコンプレッサ２６の下流側の吸気通路１３に連通するウェストゲート制御用圧力管３５の途中に設けられている。
また、吸気管１４には、一端がコンプレッサ２６の上流側の吸気通路１３に連通するとともに他端がコンプレッサ２６の下流側の吸気通路１３に連通するバイパス管３６が設けられている。このバイパス管３６の途中には、圧力調整弁（ＡＢＶ）３７が設けられている。この圧力調整弁（ＡＢＶ）３７は、コンプレッサ２６の下流側の吸気通路１３に連通した圧力調整用管３８に連絡している。この圧力調整用管３８の途中には、圧力調整用制御弁３９が設けられている。
更に、コンプレッサ２６とスロットル弁１５との間の吸気管１４の途中には、過給機２４で過給された空気を冷却するインタクーラ４０が設けられている。
【００１５】
内燃機関１は、燃料供給装置４１を備えている。この燃料供給装置４１においては、燃料タンク４２内で電磁式の燃料ポンプ４３が設けられ、また、この燃料ポンプ４３に燃料供給管４４の一端が接続している。燃料供給管４４の他端は、燃料デリバリパイプ４５を介して燃料噴射弁４６に接続している。
燃料供給管４４の途中には、燃料圧力レギュレータ４７が設けられている。この燃料圧力レギュレータ４７には、燃料タンク４２内に開口する燃料リターン管４８が接続している。
燃料噴射弁４６は、シリンダヘッド３に取り付けられて燃料を吸気ポート５へ噴射する。
【００１６】
内燃機関１は、蒸発燃料制御装置４９を備えている。この蒸発燃料制御装置４９においては、燃料タンク４２の上部に二ウェイチェック弁５０が設けられ、この二ウェイチェック弁５０にはエバポ管５１の一端が接続し、このエバポ管５１の他端にキャニスタ５２が設けられている。
このキャニスタ５２には、パージ管５３の一端が接続している。このパージ管５３の他端は、スロットル弁１５の上流側でスロットルボディ１６の内部に開口している。パージ管５３の途中には、パージ弁（ＶＳＶ）５４が設けられている。
【００１７】
また、内燃機関１は、アイドル空気量制御装置（ＩＳＣ装置）５５を備えている。このアイドル空気量制御装置５５においては、スロットル弁１５を迂回するように、一端がスロットル弁１５の上流側でスロットルボディ１６の内部に連通するとともに他端がスロットル弁１５の下流側でスロットルボディ１６の内部に連通するアイドルエア管５６が設けられている。また、このアイドルエア管５６の途中には、内燃機関１のアイドル運転時の吸入空気量を調整するＩＳＣ弁５７が設けられている。
【００１８】
シリンダヘッドカバー４には、イグニションコイル５８とＰＣＶ弁５９とが取り付けられている。このＰＣＶ弁５９には、サージタンク１７内に連通するタンク側ブローバイガス管６０が接続している。
また、シリンダヘッドカバー４には、エアクリーナ１２内に連通するエアクリーナ側ブローバイガス管６１が接続している。
【００１９】
シリンダブロック２には、吸気マニホルド１８の一部に形成した冷却水通路６２内の冷却水温度を検出する水温センサ６３と、ノッキングを検出するノッキングセンサ６４とが取り付けられている。
スロットルボディ１６には、スロットル弁１５のスロットル開度を検出するスロットル開度センサ６５が設けられ、また、スロットル弁１５よりも下流側で、圧力導入管６６の一端が接続している。この圧力導入管６６に他端には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ６７が設けられている。
サージタンク１７には、空気の温度を検出する吸気温センサ６８が取り付けられている。
触媒コンバータ２３の上流側の排気管２２には、排気中の空燃比を検出するヒータ付きの排気センサ６９が取り付けられている。
触媒コンバータ２３の下流側の排気管２２には、排気中の酸素濃度を検出するヒータ付きの酸素センサ（Ｏ２センサ）７０が取り付けられている。
この酸素センサ７０は、図４に示すように、センサケース７１内で、酸素濃度を検出する素子７２と、この素子７２を加熱するヒータ７３とを有する。このヒータ７３は、後述する制御手段７４から供給される電力によって素子７２の温度を調整する。
【００２０】
ウェストゲート制御弁３４と、圧力調整制御弁３９と、燃料ポンプ４３と、燃料噴射弁４６と、パージ弁５４と、ＩＳＣ弁５７と、イグニションコイル５８と、水温センサ６３と、ノッキングセンサ６４と、スロットル開度センサ６５と、吸気管圧力センサ６７と、吸気温センサ６８と、排気センサ６９と、酸素センサ７０及び酸素センサ７０のヒータ７３とは、ヒータ制御装置を構成する制御手段（ＥＣＭ：エンジンコントロールモジュール）７４に連絡している。
また、この制御手段７４には、クランク角を検出するクランク角センサ７５と、メインスイッチ７６及びフューズ７７を介したバッテリ７８と、イグニションスイッチ７９とが連絡している。
クランク角センサ７５は、クランク角を検出してこの検出信号を制御手段７４に出力するとともに、エンジン回転数を検出する機能を有している。
【００２１】
また、制御手段７４は、酸素センサ７０の素子７２が所定温度になるようにヒータ７３に供給する電力を制御するヒータ制御手段７４Ａと、酸素センサ７０のヒータ電流値をモニタできるヒータ電流モニタ回路７４Ｂとを備えている。また、ヒータ制御手段７４Ａは、ヒータ抵抗値に基づいてヒータ７３に供給する電力を補正する。
【００２２】
また、制御手段７４は、ヒータ７３に流れる電流値を検出するヒータ電流検出手段７４Ｃを備え、ヒータ７３に電圧を印加してこのヒータ７３に印加した電圧とヒータ電流検出手段７４Ｃにより検出された電流値とからヒータ抵抗値を算出する。
【００２３】
即ち、この実施例では、図２に示すように、酸素センサ７０のヒータ温度と素子温度とは、同様の傾向をもって上昇並びに下降することに着目している。
そこで、酸素センサ７０のヒータ７３に流すヒータ電流値を常時ヒータ電流モニタ回路７４Ｂでモニタしておき、目標とするヒータ電流値を設定して、そのヒータ電流値に収束するよう電圧（デューティ制御含む）制御を行う。
そのため、図３に示すように、第１に、予め、ヒ一タ抵抗中央センサ（規格品）Ｍの酸素センサにて素子の目標温度を達成できる電圧値を設定する。つまり、機関回転数と機関負荷（吸気管圧力や吸入空気量等）を軸とした電圧制御マップでベース値を設定しておく。
第２に、イグニションスイッチのオンの状態にて、若干の電圧を印加し、ヒータに流れるヒータ電流値からヒータ抵抗値を読み取る。
第３に、ヒ一タ抵抗中央センサ（規格品）Ｍの酸素センサとの抵抗値と上記の読み取ったヒータ抵抗値とを比較し、補正値を算出する（図３参照）。
そして、第４に、ヒータヘの通電が許可された状況において、通常マップ検索電圧をその補正値で補正して、この補正した電圧値をヒータに印加して、燃料供給量の補正や自己診断のために、酸素センサが出力する電流値を利用する。
【００２４】
次に、この実施例に係るヒータ制御を、図１のフローチャートに基づいて説明する。
図１に示すように、制御手段７４のプログラムがスタートし（ステップＡ０１）、イグニションスイッチ７９がオンとなり（ステップＡ０２）、酸素センサ７０のヒータ抵抗値の認識のために電圧を印加し（ステップＡ０３）、そして、ヒータ抵抗値を認識し（ステップＡ０４）、酸素センサ７０のヒータ７３への印加電圧の補正値を検索し（抵抗値を軸とした補正値テーブルを設定）（ステップＡ０５）、内燃機関１を運転する（ステップＡ０６）。
そして、酸素センサ７０のヒータ７３の制御可能運転領域になったか否かを判断する（ステップＡ０７）。このステップＡ０７がＮＯの場合には、前記ステップＡ０６に戻す。
一方、このステップＡ０７がＹＥＳの場合には、内燃機関１の運転状態を認識し、酸素センサ７０のヒータ電圧マップを検索する（ステップＡ０８）。
その後、酸素センサ７０のヒータ電圧マップでの値にヒータ抵抗値による補正電圧値を加えて、この補正した電圧値をヒータ７３に印加する（ステップＡ０９）。
そして、酸素センサ７０のヒータ７３の制御可能運転領域になったか否かを判断する（ステップＡ１０）。このステップＡ１０がＹＥＳの場合には、前記ステップＡ０６に戻す。
このステップＡ１０がＮＯの場合には、プログラムをエンドとする（ステップＡ１１）。
【００２５】
この結果、酸素センサ７０の素子７２が所定温度になるようにヒータ７３に供給する電力を制御するとともに、ヒータ抵抗値に基づいてヒータ７３に供給する電力を補正することから、酸素センサ７０を所定温度に精度良く調整することができ、酸素センサ７０の検出精度を上げることができる。
【００２６】
また、ヒータ７３に電圧を印加してこのヒータ７３に印加した電圧とヒータ電流検出手段７４Ｃにより検出された電流値とからヒータ抵抗値を算出することから、経時変化により酸素センサ７０の抵抗値が変化しても、酸素センサ７０の抵抗値を算出し直すことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
この発明に係る酸素センサのヒータ制御装置を、各種内燃機関に適用可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１  内燃機関
７０  酸素センサ
７１  センサケース
７２  素子
７３  ヒータ
７４  制御手段
７４Ａ  ヒータ制御手段
７４Ｂ  ヒータ電流モニタ回路
７４Ｃ  ヒータ電流検出手段
７９  イグニションスイッチ
【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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