JP2548131B2 - 酸素濃度センサの制御方法 - Google Patents
酸素濃度センサの制御方法Info
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- JP2548131B2 JP2548131B2 JP61047547A JP4754786A JP2548131B2 JP 2548131 B2 JP2548131 B2 JP 2548131B2 JP 61047547 A JP61047547 A JP 61047547A JP 4754786 A JP4754786 A JP 4754786A JP 2548131 B2 JP2548131 B2 JP 2548131B2
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は内燃エンジンの空燃比制御装置に用いられる
酸素濃度センサの制御方法に関する。
酸素濃度センサの制御方法に関する。
背景技術 内燃エンジンの排気ガス浄化、燃費改善等のために排
気ガス中の酸素濃度を酸素濃度センサによって検出し、
エンジンに供給する混合気の空燃比を酸素濃度センサの
出力レベルに応じて目標空燃比にフィードバック制御す
る空燃比制御装置がある。
気ガス中の酸素濃度を酸素濃度センサによって検出し、
エンジンに供給する混合気の空燃比を酸素濃度センサの
出力レベルに応じて目標空燃比にフィードバック制御す
る空燃比制御装置がある。
このような空燃比制御装置に用いられる酸素濃度セン
サとして排気ガス中の酸素濃度に比例した出力を発生す
るものがある。例えば、平板状の酸素イオン伝導性固体
電解質部材の両主面に電極対を設けて固体電解質部材の
一方の電極面が気体滞留室の一部をなしてその気体滞留
室が排気ガス等の被測定気体と導入孔を介して連通する
ようにした限界電流方式の酸素濃度センサが特開昭52−
72286号公報に開示されている。この酸素濃度センサに
おいては、酸素イオン伝導性固体電解質部材と電極対と
が酸素ポンプ素子として作用して気体滞留室側電極が負
極になるように電極間に電流を供給すると、負極面側に
て気体滞留室内気体中の酸素ガスがイオン化して固体電
解質部材内に正極面側に移動し正極面から酸素ガスとし
て放出される。このときの電極間に流れ得る限界電流値
は印加電圧に拘らずほぼ一定となりかつ被測定気体中の
酸素濃度に比例するのでその限界電流値を検出すれば被
測定気体中の酸素濃度を測定することができる。ところ
が、かかる酸素濃度センサを用いて空燃比を制御する場
合に排気ガス中の酸素濃度からは混合気の空燃比が理論
空燃比よりリーンの範囲でしか酸素濃度に比例した出力
が得られないので目標空燃比をリッチ領域に設定した空
燃比制御は不可能であった。空燃比がリーン及びリッチ
領域にて排気ガス中の酸素濃度に比例した出力が得られ
る酸素濃度センサとしては２つの平板状の酸素イオン伝
導性固体電解質部材各々に電極対を設けて２つの固体電
解質部材の一方の電極面各々が気体滞留室の一部をなし
てその気体滞留室が被測定気体と導入孔を介して連通し
一方の固体電解質部材の他方の電極面が大気室に面する
ようにしたものが特開昭59−192955号に開示されてい
る。この酸素濃度検出装置においては一方の酸素イオン
伝導性固体電解質部材と電極対とが酸素濃度比検出電池
素子として作用し他方の酸素イオン伝導性固体電解質材
と電極対とが酸素ポンプ素子として作用するようになっ
ている。酸素濃度比検出電池素子の電極間の発生電圧が
基準電圧以上のとき酸素ポンプ素子内を酸素イオンが気
体滞留室側電極に向って移動するように電流を供給し、
酸素濃度比検出電池素子の電極間の発生電圧が基準電圧
以下のとき酸素ポンプ素子内を酸素イオンが気体滞留室
側とは反対側の電極に向って移動するように電流を供給
することによりリーン及びリッチ領域の空燃比において
電流値は酸素濃度に比例するのである。
サとして排気ガス中の酸素濃度に比例した出力を発生す
るものがある。例えば、平板状の酸素イオン伝導性固体
電解質部材の両主面に電極対を設けて固体電解質部材の
一方の電極面が気体滞留室の一部をなしてその気体滞留
室が排気ガス等の被測定気体と導入孔を介して連通する
ようにした限界電流方式の酸素濃度センサが特開昭52−
72286号公報に開示されている。この酸素濃度センサに
おいては、酸素イオン伝導性固体電解質部材と電極対と
が酸素ポンプ素子として作用して気体滞留室側電極が負
極になるように電極間に電流を供給すると、負極面側に
て気体滞留室内気体中の酸素ガスがイオン化して固体電
解質部材内に正極面側に移動し正極面から酸素ガスとし
て放出される。このときの電極間に流れ得る限界電流値
は印加電圧に拘らずほぼ一定となりかつ被測定気体中の
酸素濃度に比例するのでその限界電流値を検出すれば被
測定気体中の酸素濃度を測定することができる。ところ
が、かかる酸素濃度センサを用いて空燃比を制御する場
合に排気ガス中の酸素濃度からは混合気の空燃比が理論
空燃比よりリーンの範囲でしか酸素濃度に比例した出力
が得られないので目標空燃比をリッチ領域に設定した空
燃比制御は不可能であった。空燃比がリーン及びリッチ
領域にて排気ガス中の酸素濃度に比例した出力が得られ
る酸素濃度センサとしては２つの平板状の酸素イオン伝
導性固体電解質部材各々に電極対を設けて２つの固体電
解質部材の一方の電極面各々が気体滞留室の一部をなし
てその気体滞留室が被測定気体と導入孔を介して連通し
一方の固体電解質部材の他方の電極面が大気室に面する
ようにしたものが特開昭59−192955号に開示されてい
る。この酸素濃度検出装置においては一方の酸素イオン
伝導性固体電解質部材と電極対とが酸素濃度比検出電池
素子として作用し他方の酸素イオン伝導性固体電解質材
と電極対とが酸素ポンプ素子として作用するようになっ
ている。酸素濃度比検出電池素子の電極間の発生電圧が
基準電圧以上のとき酸素ポンプ素子内を酸素イオンが気
体滞留室側電極に向って移動するように電流を供給し、
酸素濃度比検出電池素子の電極間の発生電圧が基準電圧
以下のとき酸素ポンプ素子内を酸素イオンが気体滞留室
側とは反対側の電極に向って移動するように電流を供給
することによりリーン及びリッチ領域の空燃比において
電流値は酸素濃度に比例するのである。
このような酸素濃度比例型の酸素濃度センサにおいて
は、酸素濃度に比例した出力特性を得るためには定常運
転時の排気ガス温度より十分高い温度（例えば、650℃
以上）にする必要がある。よって、酸素ポンプ素子及び
電池素子を加熱するためにヒータ素子が内臓されてい
る。エンジン始動の際には酸素ポンプ素子及び電池素子
をヒータ素子によって加熱して早くに活性状態に至らし
て空燃比フィードバック制御を開始できるようにする必
要がある。
は、酸素濃度に比例した出力特性を得るためには定常運
転時の排気ガス温度より十分高い温度（例えば、650℃
以上）にする必要がある。よって、酸素ポンプ素子及び
電池素子を加熱するためにヒータ素子が内臓されてい
る。エンジン始動の際には酸素ポンプ素子及び電池素子
をヒータ素子によって加熱して早くに活性状態に至らし
て空燃比フィードバック制御を開始できるようにする必
要がある。
しかしながら、従来、特に冷間時のエンジンの始動の
際に酸素濃度センサのヒータ素子にヒータ電流を供給し
て急激に酸素ポンプ素子及び電池素子を加熱するとサー
マルショックによって酸素ポンプ素子及び電池素子が破
壊される恐れがあるという問題点があった。
際に酸素濃度センサのヒータ素子にヒータ電流を供給し
て急激に酸素ポンプ素子及び電池素子を加熱するとサー
マルショックによって酸素ポンプ素子及び電池素子が破
壊される恐れがあるという問題点があった。
発明の概要 そこで、本発明の目的は、冷間時のエンジンの始動の
際のヒータ素子の発熱による酸素ポンプ素子及び電池素
子の破壊を防止しかつ空燃比フィードバック制御をイグ
ニッションスイッチのオン後早期に開始可能な酸素濃度
センサの制御方法を提供することである。
際のヒータ素子の発熱による酸素ポンプ素子及び電池素
子の破壊を防止しかつ空燃比フィードバック制御をイグ
ニッションスイッチのオン後早期に開始可能な酸素濃度
センサの制御方法を提供することである。
本願発明の酸素濃度センサの制御方法は、内燃エンジ
ンの排気管内に気体拡散制限手段を介して連通しかつ酸
素イオン伝導性固体電解質壁部を有する気体滞留室を形
成する基体と、気体滞留室の固体電解質壁部の内外壁面
上にこれを挟んで対向するが如く設けられた２つの電極
対と、２つの電極対の一方の電極対間に発生した電圧と
基準電圧との差電圧に応じた電流を他方の電極対間に供
給する電流供給手段と、供給される電流値に応じた量だ
け発熱して固体電解質壁部を加熱するヒータ素子とを有
する酸素濃度センサの制御方法であって、イグニッショ
ンスイッチのオンから第１所定時間経過するまでの間は
第１所定時間経過した後よりも前記ヒータ素子への供給
電流値を減少せしめ、電流供給手段は第１所定時間経過
した時点から第２所定時間経過後に他方の電極対間への
電流供給を開始することを特徴としている。
ンの排気管内に気体拡散制限手段を介して連通しかつ酸
素イオン伝導性固体電解質壁部を有する気体滞留室を形
成する基体と、気体滞留室の固体電解質壁部の内外壁面
上にこれを挟んで対向するが如く設けられた２つの電極
対と、２つの電極対の一方の電極対間に発生した電圧と
基準電圧との差電圧に応じた電流を他方の電極対間に供
給する電流供給手段と、供給される電流値に応じた量だ
け発熱して固体電解質壁部を加熱するヒータ素子とを有
する酸素濃度センサの制御方法であって、イグニッショ
ンスイッチのオンから第１所定時間経過するまでの間は
第１所定時間経過した後よりも前記ヒータ素子への供給
電流値を減少せしめ、電流供給手段は第１所定時間経過
した時点から第２所定時間経過後に他方の電極対間への
電流供給を開始することを特徴としている。
実 施 例 以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
第１図ないし第３図は本発明の制御方法を適用した酸
素濃度センサを備えた内燃エンジンの電子制御燃料噴射
装置を示している。本装置において、酸素濃度センサ検
出部１はエンジン２の排気管３の三元触媒コンバータ５
より上流に配設され、酸素濃度センサ検出部１の入出力
がECU（Electronic Control Unit）４に接続されてい
る。
素濃度センサを備えた内燃エンジンの電子制御燃料噴射
装置を示している。本装置において、酸素濃度センサ検
出部１はエンジン２の排気管３の三元触媒コンバータ５
より上流に配設され、酸素濃度センサ検出部１の入出力
がECU（Electronic Control Unit）４に接続されてい
る。
酸素濃度センサ検出部１の保護ケース11内には第２図
に示すようにほぼ直方体状の酸素イオン伝導性固体電解
質部材12が設けられている。酸素イオン伝導性固体電解
質部材12内には気体滞留室13が形成されている。気体滞
留室13は固体電解質12外部から被測定気体の排気ガスを
導入する導入孔14に連通し、導入孔14は排気管３内にお
いて排気ガスが気体滞留室13内に流入し易いように位置
される。また酸素イオン伝導性固体電解質部材12には大
気を導入する大気基準室15が気体滞留室13と壁を隔てる
ように形成されている。気体滞留室13と大気基準室15と
の間の壁部及び大気基準室15とは反対側の壁部には電極
対17a,17b,16a,16bが各々形成されている。固体電解質
部材12及び電極対16a,16bが酸素ポンプ素子18として作
用し、固体電解質部材12及び電極対17a,17bが電池素子1
9として作用する。また大気基準室15の外壁面にはヒー
タ素子20が設けられている。
に示すようにほぼ直方体状の酸素イオン伝導性固体電解
質部材12が設けられている。酸素イオン伝導性固体電解
質部材12内には気体滞留室13が形成されている。気体滞
留室13は固体電解質12外部から被測定気体の排気ガスを
導入する導入孔14に連通し、導入孔14は排気管３内にお
いて排気ガスが気体滞留室13内に流入し易いように位置
される。また酸素イオン伝導性固体電解質部材12には大
気を導入する大気基準室15が気体滞留室13と壁を隔てる
ように形成されている。気体滞留室13と大気基準室15と
の間の壁部及び大気基準室15とは反対側の壁部には電極
対17a,17b,16a,16bが各々形成されている。固体電解質
部材12及び電極対16a,16bが酸素ポンプ素子18として作
用し、固体電解質部材12及び電極対17a,17bが電池素子1
9として作用する。また大気基準室15の外壁面にはヒー
タ素子20が設けられている。
酸素イオン伝導性固体電解質部材12としては、ZrO
2（二酸化ジルコニウム）が用いられ、電極16aないし17
bとしてはPt（白金）が用いられる。
2（二酸化ジルコニウム）が用いられ、電極16aないし17
bとしてはPt（白金）が用いられる。
第３図に示すようにECU4内には差動増幅回路21、基準
電圧源22、電流検出抵抗23及びスイッチ27からなる酸素
濃度センサ制御部が設けられている。酸素ポンプ素子18
の電極16b及び電池素子19の電極17bはアースされてい
る。電池素子19の電極17aに差動増幅回路21が接続さ
れ、差動増幅回路21は電池素子19の電極17a,17b間の発
生電圧と基準電圧源22の出力電圧との差電圧に応じた電
圧を出力する。基準電圧源22の出力電圧は理論空燃比に
相当する電圧（例えば、0.4V）である。差動増幅回路21
の出力端はスイッチ27、そして電流検出抵抗23を介して
酸素ポンプ素子18の電極16aに接続されている。電流検
出抵抗23の両端が酸素濃度センサとしての出力端であ
り、マイクロコンピュータからなる制御回路24に接続さ
れている。
電圧源22、電流検出抵抗23及びスイッチ27からなる酸素
濃度センサ制御部が設けられている。酸素ポンプ素子18
の電極16b及び電池素子19の電極17bはアースされてい
る。電池素子19の電極17aに差動増幅回路21が接続さ
れ、差動増幅回路21は電池素子19の電極17a,17b間の発
生電圧と基準電圧源22の出力電圧との差電圧に応じた電
圧を出力する。基準電圧源22の出力電圧は理論空燃比に
相当する電圧（例えば、0.4V）である。差動増幅回路21
の出力端はスイッチ27、そして電流検出抵抗23を介して
酸素ポンプ素子18の電極16aに接続されている。電流検
出抵抗23の両端が酸素濃度センサとしての出力端であ
り、マイクロコンピュータからなる制御回路24に接続さ
れている。
制御回路24には例えば、ポテンショメータからなり、
絞り弁25の開度に応じたレベルの出力電圧を発生する絞
り弁開度センサ31と、絞り弁25下流の吸気管26に設けら
れて吸気管26内の絶対圧に応じたレベルの出力電圧を発
生する絶対圧センサ32と、エンジンの冷却水温に応じた
レベルの出力電圧を発生する水温センサ33と、エンジン
２のクランクシャフト（図示せず）の回転に同期したパ
ルス信号を発生するクランク角センサ34と、イグニッシ
ョンスイッチ37とが接続されている。イグニッションス
イッチ37はオン時にバッテリー（図示せず）の出力電圧
を制御回路24に出力するようになっている。またエンジ
ン２の吸気バルブ（図示せず）近傍の吸気管26に設けら
れたインジェクタ35が接続されている。
絞り弁25の開度に応じたレベルの出力電圧を発生する絞
り弁開度センサ31と、絞り弁25下流の吸気管26に設けら
れて吸気管26内の絶対圧に応じたレベルの出力電圧を発
生する絶対圧センサ32と、エンジンの冷却水温に応じた
レベルの出力電圧を発生する水温センサ33と、エンジン
２のクランクシャフト（図示せず）の回転に同期したパ
ルス信号を発生するクランク角センサ34と、イグニッシ
ョンスイッチ37とが接続されている。イグニッションス
イッチ37はオン時にバッテリー（図示せず）の出力電圧
を制御回路24に出力するようになっている。またエンジ
ン２の吸気バルブ（図示せず）近傍の吸気管26に設けら
れたインジェクタ35が接続されている。
制御回路24は電流検出抵抗23の両端電圧のディジタル
信号に変換する差動入力のA/D変換器40と、絞り弁開度
センサ31、絶対圧センサ32、水温センサ33の各出力レベ
ルを変換するレベル変換回路41と、レベル変換回路41を
経た各センサ出力の１つを選択的に出力するマルチプレ
クサ42と、このマルチプレクサ42から出力される信号を
ディジタル信号に変換するA/D変換器43と、クランク角
センサ34の出力信号を波形整形してTDC信号として出力
する波形整形回路44と、波形整形回路44からのTDC信号
の発生間隔をクロックパルス発生回路（図示せず）から
出力されるクロックパルス数によって計測するカウンタ
45と、イグニッションスイッチ37の出力レベルを変換す
るレベル変換回路38と、レベル変換回路38を経たスイッ
チ出力をディジタルデータとするディジタル入力モジュ
レータ39と、インジェクタ35を駆動する駆動回路46a
と、スイッチ27をオン駆動する駆動回路46bと、プログ
ラムに従ってディジタル演算を行なうCPU（中央演算回
路）47と、各種の処理プログラム及びデータが予め書き
込まれたROM48と、RAM49と備えている。A/D変換器40、4
3、マルチプレクサ42、カウンタ45、ディジタル入力モ
ジュレータ39、駆動回路46a,46b、CPU47、ROM48及びRAM
49は入出力バス50によって互いに接続されている。CPU4
7には波形整形回路44からTDC信号が供給される。また制
御回路24内にはヒータ電流供給回路51が設けられてい
る。ヒータ電流供給回路51はCPU47からの第１ヒータ電
流供給指令に応じてヒータ素子20に電流値IH1のヒータ
電流を供給し、CPU47からの第２ヒータ電流供給指令に
応じてヒータ素子20に電流値IH2（ただし、IH1＜IH2）
のヒータ電流を供給し、ヒータ電流供給停止指令に応じ
てヒータ電流の供給を停止し、例えば、ヒータ素子20へ
の印加電圧を変化させることにより電流値IH1、IH2を得
るようになっている。
信号に変換する差動入力のA/D変換器40と、絞り弁開度
センサ31、絶対圧センサ32、水温センサ33の各出力レベ
ルを変換するレベル変換回路41と、レベル変換回路41を
経た各センサ出力の１つを選択的に出力するマルチプレ
クサ42と、このマルチプレクサ42から出力される信号を
ディジタル信号に変換するA/D変換器43と、クランク角
センサ34の出力信号を波形整形してTDC信号として出力
する波形整形回路44と、波形整形回路44からのTDC信号
の発生間隔をクロックパルス発生回路（図示せず）から
出力されるクロックパルス数によって計測するカウンタ
45と、イグニッションスイッチ37の出力レベルを変換す
るレベル変換回路38と、レベル変換回路38を経たスイッ
チ出力をディジタルデータとするディジタル入力モジュ
レータ39と、インジェクタ35を駆動する駆動回路46a
と、スイッチ27をオン駆動する駆動回路46bと、プログ
ラムに従ってディジタル演算を行なうCPU（中央演算回
路）47と、各種の処理プログラム及びデータが予め書き
込まれたROM48と、RAM49と備えている。A/D変換器40、4
3、マルチプレクサ42、カウンタ45、ディジタル入力モ
ジュレータ39、駆動回路46a,46b、CPU47、ROM48及びRAM
49は入出力バス50によって互いに接続されている。CPU4
7には波形整形回路44からTDC信号が供給される。また制
御回路24内にはヒータ電流供給回路51が設けられてい
る。ヒータ電流供給回路51はCPU47からの第１ヒータ電
流供給指令に応じてヒータ素子20に電流値IH1のヒータ
電流を供給し、CPU47からの第２ヒータ電流供給指令に
応じてヒータ素子20に電流値IH2（ただし、IH1＜IH2）
のヒータ電流を供給し、ヒータ電流供給停止指令に応じ
てヒータ電流の供給を停止し、例えば、ヒータ素子20へ
の印加電圧を変化させることにより電流値IH1、IH2を得
るようになっている。
かかる構成においては、A/D変換器40から酸素ポンプ
素子18を流れるポンプ電流値IPが、A/D変換器43から絞
り弁開度th、吸気管内絶対圧PBA及び冷却水温TWの情
報が択一的に、カウンタ45からエンジン回転数Neを表わ
す情報が、またディジタル入力モジュレータ39からイグ
ニッションスイッチ37のオンオフ情報がCPU47に入出力
バス50を介して各々供給される。CPU47はROM48に記憶さ
れた演算プログラムに従って上記の各情報を読み込み、
それらの情報を基にしてTDC信号に同期して燃料供給ル
ーチンにおいて所定の算出式からエンジン２への燃料供
給量に対応するインジェクタ35の燃料噴射時間TOUTを演
算する。そして、その燃料噴射時間TOUTだけ駆動回路46
aがインジェクタ35を駆動してエンジン２へ燃料を供給
せしめるのである。
素子18を流れるポンプ電流値IPが、A/D変換器43から絞
り弁開度th、吸気管内絶対圧PBA及び冷却水温TWの情
報が択一的に、カウンタ45からエンジン回転数Neを表わ
す情報が、またディジタル入力モジュレータ39からイグ
ニッションスイッチ37のオンオフ情報がCPU47に入出力
バス50を介して各々供給される。CPU47はROM48に記憶さ
れた演算プログラムに従って上記の各情報を読み込み、
それらの情報を基にしてTDC信号に同期して燃料供給ル
ーチンにおいて所定の算出式からエンジン２への燃料供
給量に対応するインジェクタ35の燃料噴射時間TOUTを演
算する。そして、その燃料噴射時間TOUTだけ駆動回路46
aがインジェクタ35を駆動してエンジン２へ燃料を供給
せしめるのである。
燃料噴射時間TOUTは例えば、次式から算出される。
TOUT＝Ti×KO2×KWOT×KTW ……（１） ここで、Tiはエンジン回転数Neと吸気管内絶対圧PBA
とから決定される基本噴射時間を表わす基本供給量、K
O2は酸素濃度センサの出力レベルに応じて設定する空燃
比のフィードバック補正係数、KWOTは高負荷時の燃料増
量補正係数、KTWは冷却水温係数である。これらTi、
KO2、KWOT、KTWは燃料供給ルーチンのサブルーチンにお
いて設定される。
とから決定される基本噴射時間を表わす基本供給量、K
O2は酸素濃度センサの出力レベルに応じて設定する空燃
比のフィードバック補正係数、KWOTは高負荷時の燃料増
量補正係数、KTWは冷却水温係数である。これらTi、
KO2、KWOT、KTWは燃料供給ルーチンのサブルーチンにお
いて設定される。
一方、駆動回路46bはCPU47からオン駆動指令に応じて
スイッチ27をオン駆動し、またオン駆動停止指令に応じ
てスイッチ27のオン駆動を停止する。スイッチ27がオン
駆動されると差動増幅回路21の出力端からスイッチ27、
抵抗23を介して酸素ポンプ素子18の電極16a,16b間にポ
ンプ電流が流れ始める。
スイッチ27をオン駆動し、またオン駆動停止指令に応じ
てスイッチ27のオン駆動を停止する。スイッチ27がオン
駆動されると差動増幅回路21の出力端からスイッチ27、
抵抗23を介して酸素ポンプ素子18の電極16a,16b間にポ
ンプ電流が流れ始める。
酸素ポンプ素子18へのポンプ電流の供給が開始される
と、そのときエンジン２に供給された混合気の空燃比が
リーン領域であれば、電池素子19の電極17a,17b間に発
生する電圧が基準電圧源22の出力電圧より低くなるので
差動増幅回路21の出力レベルが正レベルになり、この正
レベル電圧が抵抗23及び酸素ポンプ素子18の直列回路に
供給される。酸素ポンプ素子18には電極16aから電極16b
に向ってポンプ電流が流れるので気体滞留室13内の酸素
が電極16bにてイオン化して酸素ポンプ素子18内を移動
して電極16aから酸素ガスとして放出され、気体滞留室1
3内の酸素が汲み出される。
と、そのときエンジン２に供給された混合気の空燃比が
リーン領域であれば、電池素子19の電極17a,17b間に発
生する電圧が基準電圧源22の出力電圧より低くなるので
差動増幅回路21の出力レベルが正レベルになり、この正
レベル電圧が抵抗23及び酸素ポンプ素子18の直列回路に
供給される。酸素ポンプ素子18には電極16aから電極16b
に向ってポンプ電流が流れるので気体滞留室13内の酸素
が電極16bにてイオン化して酸素ポンプ素子18内を移動
して電極16aから酸素ガスとして放出され、気体滞留室1
3内の酸素が汲み出される。
気体滞留室13内の酸素の汲み出しにより気体滞留室13
内の排気ガスと大気基準室15内の大気の間に酸素濃度差
が生ずる。この酸素濃度差に応じた電圧Vsが電池素子19
の電極17a,17b間に発生し、この電圧Vsは差動増幅回路2
1の反転入力端に供給される。差動増幅回路21の出力電
圧は電圧Vsと基準電圧源22の出力電圧との差電圧に比例
した電圧となるのでポンプ電流値は排気ガス中の酸素濃
度に比例し、ポンプ電流値は抵抗23の両端電圧として出
力される。
内の排気ガスと大気基準室15内の大気の間に酸素濃度差
が生ずる。この酸素濃度差に応じた電圧Vsが電池素子19
の電極17a,17b間に発生し、この電圧Vsは差動増幅回路2
1の反転入力端に供給される。差動増幅回路21の出力電
圧は電圧Vsと基準電圧源22の出力電圧との差電圧に比例
した電圧となるのでポンプ電流値は排気ガス中の酸素濃
度に比例し、ポンプ電流値は抵抗23の両端電圧として出
力される。
リッチ領域の空燃比のときには電圧Vsが基準電圧源22
の出力電圧を越える。よって、差動増幅回路21の出力レ
ベルが正レベルから負レベルに反転する。この負レベル
により酸素ポンプ素子18の電極16a,16b間に流れるポン
プ電流が減少し、電流方向が反転する。すなわち、ポン
プ電流は電極16bから電極16a方向に流れるので外部の酸
素が電極16aにてイオン化して酸素ポンプ素子18内を移
動して電極16bから酸素ガスとして気体滞留室13内に放
出され、酸素が気体滞留室13内に汲み込まれる。従っ
て、気体滞留室13内の酸素濃度が常に一定になるように
ポンプ電流を供給することにより酸素を汲み込んだり、
汲み出したりするので第４図に示すようにポンプ電流値
IPはリーン及びリッチ領域にて排気ガス中の酸素濃度に
各々比例するのである。このポンプ電流値IPに応じて上
記したフィードバック補正係数KO2が設定される。
の出力電圧を越える。よって、差動増幅回路21の出力レ
ベルが正レベルから負レベルに反転する。この負レベル
により酸素ポンプ素子18の電極16a,16b間に流れるポン
プ電流が減少し、電流方向が反転する。すなわち、ポン
プ電流は電極16bから電極16a方向に流れるので外部の酸
素が電極16aにてイオン化して酸素ポンプ素子18内を移
動して電極16bから酸素ガスとして気体滞留室13内に放
出され、酸素が気体滞留室13内に汲み込まれる。従っ
て、気体滞留室13内の酸素濃度が常に一定になるように
ポンプ電流を供給することにより酸素を汲み込んだり、
汲み出したりするので第４図に示すようにポンプ電流値
IPはリーン及びリッチ領域にて排気ガス中の酸素濃度に
各々比例するのである。このポンプ電流値IPに応じて上
記したフィードバック補正係数KO2が設定される。
次に、本発明の酸素濃度センサの制御方法の手順を第
５図に示したCPU47の動作フロー図に従って説明する。
５図に示したCPU47の動作フロー図に従って説明する。
かかる手順において、CPU47はクロックパルスに同期
してイグニッションスイッチ37のオンと同時にCPU47内
のタイムカウンタＡ（図示せず）を０からアップ計数さ
せ（ステップ61）、ヒータ電流供給回路51に対して第１
ヒータ電流供給指令を発生する（ステップ62）。第１ヒ
ータ電流供給指令に応じてヒータ電流供給回路51はヒー
タ素子20に電流値IH1のヒータ電流を供給し、ヒータ素
子20の発熱を開始させる。次いで、タイムカウンタＡの
計数値TAが第１所定時間T1に達したか否かを判別する
（ステップ63）。TA≧T1ならば、ヒータ電流供給回路51
に対して第２ヒータ電流供給指令を発生する（ステップ
64）。第２ヒータ電流供給指令に応じてヒータ電流供給
回路51はヒータ素子20に電流値IH2のヒータ電流を供給
し、ヒータ素子20の発熱量を増大させる。そして、タイ
ムカウンタＡの計数値TAが第２所定時間T2に達したか否
かを判別する（ステップ65）。TA≧T2ならば、ポンプ電
流を酸素ポンプ素子18に供給するために駆動回路46bに
対してオン駆動指令を発生する（ステップ66）。オン駆
動指令発生後、タイムカウンタＡの計数値TAが第３所定
時間T3に達したか否かを判別し（ステップ67）、TA≧T3
ならば、エンジン回転数Neが所定回転数NL以上であるか
否かを判別する（ステップ68）。Ne≧NLのときはエンジ
ン２はクランキングが終了して完爆したとし、Ne＜NLの
ときにはエンジン２が完爆すべき時間が経過している
が、エンジン回転数Neが所定回転数NL以上に達していな
いのでエンスト時と見なしてヒータ電流供給回路51に対
してヒータ電流供給停止指令を発生し（ステップ69）、
また駆動回路46bに対してオン駆動停止指令を発生する
（ステップ70）。すなわち、高温酸化による酸素ポンプ
素子18及び電池素子19の急速な劣化を防止するためにヒ
ータ素子20へのヒータ電流の供給を停止すると共にスイ
ッチ27をオフにして酸素ポンプ素子18へのポンプ電流の
供給を停止する。次に、エンスト後のエンジン再始動が
行なわれたことによりエンジン回転数Neが所定回転数NL
以上に達したか否かを判別する（ステップ71）。Ne≧NL
ならば、ヒータ電流供給回路51に対して第２ヒータ電流
供給指令を発生し（ステップ72）、タイムカウンタＡを
０からアップ計数させ（ステップ73）、そしてタイムカ
ウンタＡの計数値TAが第４所定時間T4に達したか否かを
判別する（ステップ74）。TA≧T4ならば、ポンプ電流を
酸素ポンプ素子18に再び供給するために回転駆動46bに
対してオン駆動指令を発生する（ステップ75）。
してイグニッションスイッチ37のオンと同時にCPU47内
のタイムカウンタＡ（図示せず）を０からアップ計数さ
せ（ステップ61）、ヒータ電流供給回路51に対して第１
ヒータ電流供給指令を発生する（ステップ62）。第１ヒ
ータ電流供給指令に応じてヒータ電流供給回路51はヒー
タ素子20に電流値IH1のヒータ電流を供給し、ヒータ素
子20の発熱を開始させる。次いで、タイムカウンタＡの
計数値TAが第１所定時間T1に達したか否かを判別する
（ステップ63）。TA≧T1ならば、ヒータ電流供給回路51
に対して第２ヒータ電流供給指令を発生する（ステップ
64）。第２ヒータ電流供給指令に応じてヒータ電流供給
回路51はヒータ素子20に電流値IH2のヒータ電流を供給
し、ヒータ素子20の発熱量を増大させる。そして、タイ
ムカウンタＡの計数値TAが第２所定時間T2に達したか否
かを判別する（ステップ65）。TA≧T2ならば、ポンプ電
流を酸素ポンプ素子18に供給するために駆動回路46bに
対してオン駆動指令を発生する（ステップ66）。オン駆
動指令発生後、タイムカウンタＡの計数値TAが第３所定
時間T3に達したか否かを判別し（ステップ67）、TA≧T3
ならば、エンジン回転数Neが所定回転数NL以上であるか
否かを判別する（ステップ68）。Ne≧NLのときはエンジ
ン２はクランキングが終了して完爆したとし、Ne＜NLの
ときにはエンジン２が完爆すべき時間が経過している
が、エンジン回転数Neが所定回転数NL以上に達していな
いのでエンスト時と見なしてヒータ電流供給回路51に対
してヒータ電流供給停止指令を発生し（ステップ69）、
また駆動回路46bに対してオン駆動停止指令を発生する
（ステップ70）。すなわち、高温酸化による酸素ポンプ
素子18及び電池素子19の急速な劣化を防止するためにヒ
ータ素子20へのヒータ電流の供給を停止すると共にスイ
ッチ27をオフにして酸素ポンプ素子18へのポンプ電流の
供給を停止する。次に、エンスト後のエンジン再始動が
行なわれたことによりエンジン回転数Neが所定回転数NL
以上に達したか否かを判別する（ステップ71）。Ne≧NL
ならば、ヒータ電流供給回路51に対して第２ヒータ電流
供給指令を発生し（ステップ72）、タイムカウンタＡを
０からアップ計数させ（ステップ73）、そしてタイムカ
ウンタＡの計数値TAが第４所定時間T4に達したか否かを
判別する（ステップ74）。TA≧T4ならば、ポンプ電流を
酸素ポンプ素子18に再び供給するために回転駆動46bに
対してオン駆動指令を発生する（ステップ75）。
かかる本発明の酸素濃度センサの制御方法において
は、第６図（ａ）に示すように時点t1のイグニッション
スイッチ37のオンと同時に第６図（ｄ）に示すようにヒ
ータ素子20にIH1のヒータ電流が供給される。時点t1か
ら第１所定時間T1経過後の時点t2においてヒータ素子20
にIH2のヒータ電流が供給され、ヒータ素子20の発熱量
が最大となる。一方、イグニッションスイッチ37のオン
後、第６図（ｂ）に示すようにスタートスイッチ（図示
せず）がオンとなりクランキング動作が行なわれると、
エンジン回転数Neは第６図（ｃ）に示すように変動して
時点t1から第３所定時間T3経過後の時点t4において所定
回転数NL以上に上昇する。また第６図（ｅ）に示すよう
に時点t1から第２所定時間T2経過後の時点t3において酸
素ポンプ素子18にポンプ電流の供給が開始される。酸素
ポンプ素子18及び電池素子19の温度が第６図（ｆ）に示
すように上昇するので、ポンプ電流の供給開始直後に酸
素濃度センサの活性化が完了し、空燃比フィードバック
制御を開始できるので第６図（ｇ）に示すようにエンジ
ン始動後の早い時期に供給混合気の空燃比を目標空燃比
に安定化させることができる。
は、第６図（ａ）に示すように時点t1のイグニッション
スイッチ37のオンと同時に第６図（ｄ）に示すようにヒ
ータ素子20にIH1のヒータ電流が供給される。時点t1か
ら第１所定時間T1経過後の時点t2においてヒータ素子20
にIH2のヒータ電流が供給され、ヒータ素子20の発熱量
が最大となる。一方、イグニッションスイッチ37のオン
後、第６図（ｂ）に示すようにスタートスイッチ（図示
せず）がオンとなりクランキング動作が行なわれると、
エンジン回転数Neは第６図（ｃ）に示すように変動して
時点t1から第３所定時間T3経過後の時点t4において所定
回転数NL以上に上昇する。また第６図（ｅ）に示すよう
に時点t1から第２所定時間T2経過後の時点t3において酸
素ポンプ素子18にポンプ電流の供給が開始される。酸素
ポンプ素子18及び電池素子19の温度が第６図（ｆ）に示
すように上昇するので、ポンプ電流の供給開始直後に酸
素濃度センサの活性化が完了し、空燃比フィードバック
制御を開始できるので第６図（ｇ）に示すようにエンジ
ン始動後の早い時期に供給混合気の空燃比を目標空燃比
に安定化させることができる。
なお、上記した本発明の実施例においては、ヒータ電
流を段階的に上昇させているが、イグニッションスイッ
チのオンから所定時間T1までの間にヒータ電流を連続的
に上昇させて電流値IH2に達するようにしても良い。
流を段階的に上昇させているが、イグニッションスイッ
チのオンから所定時間T1までの間にヒータ電流を連続的
に上昇させて電流値IH2に達するようにしても良い。
また、上記した本発明の実施例においては、ポンプ電
流値IPに応じて燃料供給量を制御することにより供給混
合気の空燃比を制御しているが、これに限らず、ポンプ
電流値IPに応じて吸気２次空気量を調整することにより
供給混合気の空燃比を制御する吸気２次空気供給方式の
空燃比制御装置の酸素濃度センサに本発明の制御方法を
適用することも可能である。
流値IPに応じて燃料供給量を制御することにより供給混
合気の空燃比を制御しているが、これに限らず、ポンプ
電流値IPに応じて吸気２次空気量を調整することにより
供給混合気の空燃比を制御する吸気２次空気供給方式の
空燃比制御装置の酸素濃度センサに本発明の制御方法を
適用することも可能である。
また、イグニッションスイッチ37のオンから例えば、
エンジン回転数Neが所定回転数N1（ただし、N1＜NL）以
上の所定運転状態に達するまでの間はエンジン回転数Ne
が所定回転数N1以上に上昇した後よりもヒータ素子20へ
の供給電流値を減少せしめるようにしても上記した実施
例と同様の効果を奏することができる。
エンジン回転数Neが所定回転数N1（ただし、N1＜NL）以
上の所定運転状態に達するまでの間はエンジン回転数Ne
が所定回転数N1以上に上昇した後よりもヒータ素子20へ
の供給電流値を減少せしめるようにしても上記した実施
例と同様の効果を奏することができる。
発明の効果 以上の如く、本発明の酸素濃度センサの制御方法にお
いては、イグニッションスイッチのオンから第１所定時
間経過するまでの間は第１所定時間経過した後よりもヒ
ータ素子への供給電流値を減少させてエンジン低温始動
の際に酸素ポンプ素子及び電池素子を徐々に加熱させる
のでサーマルショックを小さくすることができ、酸素ポ
ンプ素子及び電池素子の急速な劣化を防止することがで
きる。更にイグニッションスイッチのオンと同時にヒー
タ素子を発熱させて酸素ポンプ素子及び電池素子の加熱
を開始し、第１所定時間経過した時点から更に第２所定
時間経過後に酸素ポンプ素子にポンプ電流の供給を開始
するので、エンジン完爆後早期に酸素濃度センサから空
燃比を正確に検出することができ、空燃比フィードバッ
ク制御を開始できる状態にすることができる。
いては、イグニッションスイッチのオンから第１所定時
間経過するまでの間は第１所定時間経過した後よりもヒ
ータ素子への供給電流値を減少させてエンジン低温始動
の際に酸素ポンプ素子及び電池素子を徐々に加熱させる
のでサーマルショックを小さくすることができ、酸素ポ
ンプ素子及び電池素子の急速な劣化を防止することがで
きる。更にイグニッションスイッチのオンと同時にヒー
タ素子を発熱させて酸素ポンプ素子及び電池素子の加熱
を開始し、第１所定時間経過した時点から更に第２所定
時間経過後に酸素ポンプ素子にポンプ電流の供給を開始
するので、エンジン完爆後早期に酸素濃度センサから空
燃比を正確に検出することができ、空燃比フィードバッ
ク制御を開始できる状態にすることができる。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の制御方法を適用した酸素濃度センサを
備えた電子制御燃料噴射装置を示す図、第２図は酸素濃
度センサ検出部内を示す図、第３図はECU内の回路を示
す回路図、第４図は酸素濃度センサの出力特性を示す
図、第５図はCPUの動作を示す動作フロー図、第６図は
本発明の制御方法による動作タイミングを示す図であ
る。 主要部分の符号の説明 １……酸素濃度センサ検出部 ３……排気管 ４……ECU 12……酸素イオン伝導性固体電解質部材 13……気体滞留室 14……導入孔 15……大気基準室 18……酸素ポンプ素子 19……電池素子 24……制御回路 26……吸気管 35……インジェクタ
備えた電子制御燃料噴射装置を示す図、第２図は酸素濃
度センサ検出部内を示す図、第３図はECU内の回路を示
す回路図、第４図は酸素濃度センサの出力特性を示す
図、第５図はCPUの動作を示す動作フロー図、第６図は
本発明の制御方法による動作タイミングを示す図であ
る。 主要部分の符号の説明 １……酸素濃度センサ検出部 ３……排気管 ４……ECU 12……酸素イオン伝導性固体電解質部材 13……気体滞留室 14……導入孔 15……大気基準室 18……酸素ポンプ素子 19……電池素子 24……制御回路 26……吸気管 35……インジェクタ
フロントページの続き (72)発明者 大野 信之 和光市中央１丁目４番１号 株式会社本 田技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−230537（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−105056（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−41433（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】内燃エンジンの排気管内に気体拡散制限手
段を介して連通しかつ酸素イオン伝導性固体電解質壁部
を有する気体滞留室を形成する基体と、前記気体滞留室
の固体電解質壁部の内外壁面上にこれを挟んで対向する
が如く設けられた２つの電極対と、前記２つの電極対の
一方の電極対間に発生した電圧と基準電圧との差電圧に
応じた電流を他方の電極対間に供給する電流供給手段
と、供給される電流値に応じた量だけ発熱して前記固体
電解質壁部を加熱するヒータ素子とを有する酸素濃度セ
ンサの制御方法であって、イグニッションスイッチのオ
ンから第１所定時間経過するまでの間は前記第１所定時
間経過した後よりも前記ヒータ素子への供給電流値を減
少せしめ、前記電流供給手段は前記第１所定時間経過し
た時点から第２所定時間経過後に前記他方の電極対間へ
の電流供給を開始することを特徴とする制御方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61047547A JP2548131B2 (ja) | 1986-03-04 | 1986-03-04 | 酸素濃度センサの制御方法 |
| US07/021,704 US4873642A (en) | 1986-03-04 | 1987-03-04 | Method for controlling an oxygen concentration sensor for use in an air/fuel ratio control system of an internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61047547A JP2548131B2 (ja) | 1986-03-04 | 1986-03-04 | 酸素濃度センサの制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62203950A JPS62203950A (ja) | 1987-09-08 |
| JP2548131B2 true JP2548131B2 (ja) | 1996-10-30 |
Family
ID=12778175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61047547A Expired - Lifetime JP2548131B2 (ja) | 1986-03-04 | 1986-03-04 | 酸素濃度センサの制御方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4873642A (ja) |
| JP (1) | JP2548131B2 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01227832A (ja) * | 1988-03-08 | 1989-09-12 | Mitsubishi Electric Corp | 内燃機関の空燃比制御装置 |
| JPH0278746A (ja) * | 1988-09-13 | 1990-03-19 | Nippon Denso Co Ltd | 内燃機関の空燃比制御装置 |
| JPH0738844Y2 (ja) * | 1988-10-07 | 1995-09-06 | トヨタ自動車株式会社 | 酸素センサ用ヒータ制御装置 |
| JP3056365B2 (ja) * | 1993-12-28 | 2000-06-26 | 三菱電機株式会社 | 酸素濃度センサの制御装置 |
| JP3487009B2 (ja) * | 1994-08-05 | 2004-01-13 | 株式会社デンソー | 酸素センサのヒータ制御装置 |
| DE19815084A1 (de) * | 1997-04-30 | 1998-11-05 | Itt Mfg Enterprises Inc | Anordnung zur Drehzahlerfassung |
| JP2002048763A (ja) * | 2000-08-07 | 2002-02-15 | Denso Corp | ガス濃度センサのヒータ制御装置 |
| JP4270286B2 (ja) * | 2007-02-07 | 2009-05-27 | トヨタ自動車株式会社 | ガスセンサ用の制御装置 |
| US8121744B2 (en) * | 2008-06-20 | 2012-02-21 | GM Global Technology Operations LLC | Control system and method for oxygen sensor heater control |
| US7954365B2 (en) * | 2008-12-23 | 2011-06-07 | GM Global Technology Operations LLC | Closed loop control with bias voltage toggle |
| DE102012203401A1 (de) * | 2012-03-05 | 2013-09-05 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Verfahren zur Steuerung einer Heizeinrichtung zur Beheizung eines Bauteils, Steuervorrichtung sowie Kraftfahrzeug mit einer solchen |
| WO2020203774A1 (ja) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサ及びガスセンサの制御方法 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5641433A (en) * | 1979-09-14 | 1981-04-18 | Hitachi Ltd | Air fuel ratio control apparatus |
| US4407704A (en) * | 1979-12-04 | 1983-10-04 | Ngk Insulators, Ltd. | Oxygen concentration detector and a method of detecting oxygen concentration |
| JPS5748649A (en) * | 1980-09-08 | 1982-03-20 | Nissan Motor Co Ltd | Controller for air-to-fuel ratio of internal combustion engine |
| US4332225A (en) * | 1980-10-02 | 1982-06-01 | General Motors Corporation | Internal combustion engine with oxygen sensor heater control |
| JPS58105056A (ja) * | 1981-12-18 | 1983-06-22 | Nissan Motor Co Ltd | 酸素センサ用電熱体の通電制御方法 |
| JPS5968190A (ja) * | 1982-10-08 | 1984-04-18 | 日本碍子株式会社 | ヒ−タ− |
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-
1986
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-
1987
- 1987-03-04 US US07/021,704 patent/US4873642A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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|---|---|
| US4873642A (en) | 1989-10-10 |
| JPS62203950A (ja) | 1987-09-08 |
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