CN102216763B - 气体传感器的控制装置 - Google Patents
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Abstract
ECU1A对于配有传感器元件(11)、覆盖传感器元件(11)的罩(12)、和使传感器元件(11)升温的加热器(13)且设置在发动机的排气系统中的A/F传感器(10)，配备有：正时推定机构，所述正时推定机构推定且判定在罩(12)的内外产生的露水、即罩露水气化消失的正时；加热器控制机构，在直到迎来正时推定机构推定的罩露水气化消失的正时为止的期间，所述加热器控制机构对加热器(13)进行通电，以便传感器元件(11)的温度成为即使着水也不会发生元件破裂的温度。
Description
技术领域
本发明涉及气体传感器的控制装置，特别是涉及一种气体传感器的控制装置，该气体传感器的控制装置具有传感器元件、覆盖传感器元件的罩和使传感器元件升温的加热器，是用于设置在发动机的排气系统中的气体传感器的控制装置。
背景技术
过去，在发动机的排气系统中设置有A/F传感器或O2传感器等气体传感器。在气体传感器的传感器元件中，由于一般使用陶瓷，所以在高温状态下，若传感器元件着水，则元件发生破裂。关于这一点，为了防止因着水而产生元件破裂，一般地，在发动机的排气系统中使用的气体传感器具有使覆盖传感器元件的罩能够通气的结构。
另一方面，设置在发动机的排气系统中的A/F传感器或O2传感器等气体传感器的输出例如被用于空燃比控制。因此，作为与近年来重要性提高的环境问题相配合的一环，从降低排气排放物的观点出发，强烈希望传感器元件的早期活性化。关于这一点，为了谋求传感器元件的早期活性化，有的气体传感器配有使传感器元件升温的加热器。
作为防止由于着水而产生元件破裂的技术，被认为与本发明存在相关性的技术例如如以下所述那样被提出。在专利文献1或2中提出了在考虑到露水且进行规定的加热器控制这一点上被认为具有相关性的技术。在专利文献3或4中，提出了在所谓与规定的加热器控制的开始正时相关的技术这一点上被认为具有相关性的技术。在专利文献5中，提出了在所谓考虑到了结露状态的技术这一点上被认为具有相关性的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请特开2004-360526号公报
专利文献2：日本专利申请特开2007-239480号公报
专利文献3：日本专利申请特开2003-049700号公报
专利文献4：日本专利申请特开2005-105960号公报
专利文献5：日本专利申请特开2004-101369号公报
发明内容
发明所要解决的问题
传感器元件在发动机的排气系统中具体地以如下方式着水。
例如，在发动机起动之后，在排气与排气通路接触时，排气中的水蒸气被排气通路冷却而结露。这样，在排气通路中产生的露水随着排气到达气体传感器，并且，侵入到罩内，进而，到达传感器元件。即，存在着传感器元件按这种方式着水的情况。
另一方面，例如，在发动机停止了的情况下，在排气系统中，与温度的降低相对应，水蒸气结露。另外，这样的结露也在气体传感器的罩内发生。而且，在罩内产生的露水，在发动机再起动之后，随着排气到达传感器元件。即，传感器元件例如以这样的方式着水。
另外，例如，在发动机起动后，当排气与罩接触时，排气中的水蒸气被罩冷却，在罩外结露。这样在罩外产生的露水，与排气一起侵入到罩内，到达传感器元件。即，传感器元件还存在以这样的方式着水的情况。
关于这一点，用于防止由于在排气通路中产生的露水而造成元件破裂的技术例如在前面所述的专利文献2等中被提出。用于防止由于在排气通路中产生的露水而造成元件破裂的现有技术，鉴于若排气通路的温度到达露点则不会产生露水，通常，在排气通路的温度达到露点的正时，例如，对加热器进行允许通电等规定的加热器控制。
但是，对于产生的结露水，存在气化消失的过程。关于这一点，尽管通过配备罩可以大幅度地降低由于在排气通路中产生的露水而造成元件破裂的发生，但是，在该现有技术中，存在着气化消失之前的露水达到传感器元件，从而，不能说不担心发生元件破裂的问题。
另外，即使在假设能够利用罩防止由于在排气通路中产生的露水而造成元件破裂的情况下，也会如上面所述那样在罩的内外产生露水。因此，在没有特别考虑罩的温度的现有技术中，存在着担心由于在罩的内外产生的露水而发生元件破裂的问题。
因此，本发明是鉴于上述课题而做出的，其目的在于提供一种气体传感器的控制装置，该气体传感器的控制装置，既能够更加可靠地防止由于露水而造成的传感器元件的元件破裂的发生，又恰当地谋求传感器元件的早期活性化。
用于解决问题的手段
用于解决上述课题的本发明的气体传感器的控制装置，所述气体传感器配有传感器元件、覆盖该传感器元件的罩、使所述传感器元件升温的加热器，所述气体传感器设置在发动机的排气系统中，所述气体传感器的控制装置配备有：正时推定机构，所述正时推定机构推定在所述罩的内外产生的露水、即罩露水气化消失的正时，并且，判定是否到达了推定的正时；加热器控制机构，在直到迎来由所述正时推定机构推定的所述罩露水气化消失的正时为止的期间，所述加热器控制机构对所述加热器通电，以使所述传感器元件的温度成为即使着水也不会发生元件破裂的温度，在所述发动机起动之后、直到所述罩的温度超过露点为止的期间，所述正时推定机构对吸入空气量进行累计以计算出吸入空气量的累计值，并且，在所述罩的温度超过露点之后，从所述吸入空气量的累计值中减去吸入空气量以计算出吸入空气量的减法值，在所述吸入空气量的减法值变成了零的情况下，推定为所述罩露水气化消失了，由此，推定出所述罩露水气化消失的正时，并且，判定到达了该正时。
另外，本发明也可以构成为：所述正时推定机构考虑到所述罩的温度，推定所述罩露水气化消失的正时，并且，判定是否到达了推定的正时。
另外，本发明也可以构成为：进而，在所述发动机起动之后、且所述排气系统中的比所述气体传感器更靠上游侧的各部分的温度超过露点之前，所述正时推定机构推定在所述各部分中产生的露水量的累计值，并且，在所述各部分的温度超过露点之后，推定可能包含在排气中的水蒸气量，在所述水蒸气量达到所述露水量的累计值以上的情况下，推定为在所述各部分中产生的露水、即通路露水气化消失了，由此，推定出所述通路露水气化消失的正时，并且，判定到达了该正时，在直到迎来所述正时推定机构推定的所述罩露水气化消失的正时及所述通路露水气化消失的正时为止的期间，所述加热器控制机构对所述加热器通电，以使所述传感器元件的温度成为即使着水也不会产生元件破裂的温度。
另外，本发明也可以构成为：当所述正时推定机构判定到达了所述罩露水和所述通路露水中的至少一方气化消失的正时之时，所述加热器控制机构进一步对所述加热器进行通电，使所述传感器元件快速地活性化，之后，将所述传感器元件的温度反馈控制成目标温度。
另外，本发明也可以构成为：所述正时推定机构根据预先准备的设定表来识别所述罩露水和所述通路露水中的至少一方气化消失的正时，判定是否到达了该正时。
发明的效果
根据本发明，既可以更加恰当地防止由于露水造成的传感器元件的元件破裂的产生，又能够合适地谋求传感器元件的早期活性化。
附图说明
图1是将ECU1A与A/F传感器10一起示意地表示的图示。
图2是示意地表示设置在排气管40中的A/F传感器10的图示。
图3是以剖面示意地表示A/F传感器10的图示。
图4是示意地表示排气在设置有配有罩12的A/F传感器10的排气管40中流通的状态的图示。
图5是用图表说明罩露水气化消失的过程的图示。
图6是大致区别ECU1A的动作、以流程图表示的图示。
图7是将图6中作为子程序表示的ECU1A的动作展开、以流程图表示的图示。
图8是表示将ECU1A的缩短传感器活性时间的效果和降低排气排放物的效果与现有技术的情况进行比较的图示。
图9是以流程图表示ECU1B的动作当中、推定累计值∑W1的动作的图示。
图10是以流程图表示ECU1B的动作当中、推定累计值∑W2的动作的图示。
图11是以流程图表示ECU1B的动作当中、推定并判定气化消失正时的动作和规定的加热器控制动作的图示。
图12是示意地表示饱和水蒸气浓度的映像数据的图示。
图13是用图表在视觉上表示累计值∑W1及∑W2、并且用图表在视觉上表示与其对应地进行通电抑制控制及正式通电控制的图示。
具体实施方式
以下，与附图一起详细地说明用于实施本发明的最佳的方式。
实施例1
图1是表示将由ECU(Electronic Control Unit：电子控制装置)1A实现的根据本实施例的气体传感器的控制装置与作为气体传感器的A/F传感器10一起示意性地表示的图示。ECU1A具有：由图中未示出的CPU(Central Processing Unit中央处理器)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)、RAM(Random Access Memory：随机存储器)等构成的微型计算机(以下，简称为微机)2A；低通滤波器(以下，简称为LPF)3；传感器回路4；加热器控制回路5；图中未示出的A/D转换器及D/A转换器等。A/F传感器10具有传感器元件11、覆盖传感器元件11的罩12、使传感器元件11升温的加热器13。另外，罩12不限于单一的罩，也可以由多个罩构成。关于这一点，在本实施 例中，具体地，罩12由内罩12a和外罩12b构成。这时，罩温度例如可以为内罩12a的温度，在本实施例中，将内罩12a的温度作为罩温。A/F传感器10设置在图中未示出的使车辆上装载的发动机50的排气流通的排气管40中(参照图2)。在本实施例中，具体而言，A/F传感器10设置在排气管40当中的催化剂30的上游侧的部分中。
图3是以剖面示意性地表示A/F传感器10的图示。A/F传感器10，除了传感器元件11、罩12、加热器13之外，还具有壳体14及覆盖传感器元件11的后端部的第1外筒部15、第2外筒部16及上部罩17等。另外，在图3中，将A/F传感器10的罩12一侧称为前端侧，将上部罩17一侧称为后端侧。具体地说，罩12以覆盖形成于传感器元件11的前端的检测部11a的方式设置。另外，具体地说，加热器13(在图3中图示省略)设置在传感器元件11上。在壳体14的外周面形成有螺纹部14a，具体地说，通过将螺纹部14a螺纹配合到形成于排气管40上的螺纹部上，A/F传感器10被以检测部11a向排气管40内部的排气通路突出的方式设置。
在这一点上，在设置了配有罩12的A/F传感器10的排气管40中，排气以下述方式流通。图4是放大地示意表示排气在设置了配有罩12的A/F传感器10的排气管40中流通的状态的图示。在配有罩12的A/F传感器10中，在含有露水的排气侵入外罩12b内之后，当与内罩12a碰撞时，排气中的露水的一大半分离并向外罩12b的外部排出。因此，在配有罩12的A/F传感器10中，能够大幅度地降低露水达到传感器元件11的事态。
而且，在本实施例的结构中，例如在发动机停止了的情况下，与排气系统的温度的降低相应地，水蒸气结露，在罩12的内外产生露水。具体地说，在图4的内罩12a和外罩12b的传感器元件11侧(罩内)、以及排气通路侧(罩外)产生露水。另外，例如在发动机起动后，在排气与罩12接触时，排气中的水蒸气被罩12冷却并在罩12外结露。具体地说，在图4的内罩12a和外罩12b的排气通路侧(罩外)产生露水。这样在罩12的内外产生的露水的一部分与排气一起到达传感器 元件11，传感器元件11着水。
在本实施例中，为了能够更加可靠地防止由于这样在罩12的内外产生的露水而造成的传感器元件11的元件破裂，以后面所述的方式控制加热器13的通电。
返回图3，传感器元件11被贯通插入到配置在壳体14内的绝缘体18a的插入孔中，前端的检测部11a被以比固定于排气管40上的壳体14的前端更加突出的状态固定于绝缘体18a内。在绝缘体18a的轴向后端侧封装滑石粉19，进而，在滑石粉19的轴向后端侧配置包封件20和固定件21。通过将壳体14的后端侧外周部向固定件21铆接，固定传感器元件11。
在壳体14的后端侧固定第1外筒部15，进而，在第1外筒部15的后端侧固定第2外筒部16。在第2外筒部16内设置有绝缘体18b。另外，在第2外筒部16的后端侧，隔着憎水过滤器22设置上部罩17。在与第2外筒部16及上部罩17的憎水过滤器22相对向的位置，形成大气导入孔16a及17a，通过大气导入孔16a及17a，将大气导入到形成于第2外筒部16内的大气侧气氛中。另外，在上部罩17的后端部内侧配置有垫圈23。
在A/F传感器10上设置有连接件24a、24b和引线25a、25b。可以经由连接件24a及24b利用延伸设置于A/F传感器10外部的引线25a及25b来进行对加热器13的通电。另外，尽管在图示中省略了，但是，检测传感器元件11的输出所必需的连接件及引线也同样设置在A/F传感器10上。
返回图1，在检测A/F传感器10的输出时，微机2A输出用于对传感器元件11施加电压的信号。该信号在被D/A转换器转换成矩形的模拟电压之后，在由LPF3除去高频成分的基础上，被输入给传感器回路4。传感器回路4根据输入的模拟电压，对传感器元件11施加电压。在该电压施加时，微机2A从A/F传感器10经由传感器回路4及A/D转换器检测伴随着施加电压而与排气中的氧浓度相对应地流过传感器元件11的电流。
另一方面，在加热器13的控制中，加热器控制回路5在微机2A的控制下，控制对加热器13的通电。当微机2A以对加热器13进行通电的方式控制加热器控制回路5时，从电池6向加热器13提供电力。同时，在这时，微机2A控制加热器控制回路5，对向加热器13的通电进行负载控制。另外，这时，微机2A经由加热器控制回路5及A/D转换器对加热器13的电流、电压进行检测。微机2A根据检测值计算出阻抗或导纳。
如上述那样，A/F传感器10(具体地说，加热器13)作为控制对象被电连接到ECU1A上。另外，在ECU1A上，除了A/F传感器10之外，还电连接有检测车辆的外部气温的外部气温传感器、用于检测发动机的转速NE的曲柄角传感器、检测发动机的冷却水温THW的水温传感器、检测发动机的吸入空气量的空气流量计等各种传感器(图示省略)。另外，也可以经由另外的ECU间接地获得各种传感器的输出状态及基于输出的信息。
ROM是用于存储记述了CPU执行的各种处理的程序、映像数据等的构成部分。CPU基于存储在ROM中的程序，根据需要一边利用RAM的临时存储区域一边进行处理，借此，由ECU1A在功能上实现各种控制机构、判定机构、检测机构、计算机构等。在这一点上，在本实施例中，特别地，由ECU1A在功能上实现如下所示的正时推定机构和加热器控制机构。
正时推定机构推定在排气系统当中从A/F传感器10起、在A/F传感器10上游侧产生的露水气化消失的正时，并且，判定到达了该正时。在这一点上，在本实施例中，正时推定机构具体地以如下所述的方式对正时进行推定，并且判定到达了该正时。
正时推定机构考虑到罩12的温度，推定并判定从A/F传感器10起在A/F传感器10上游侧产生的露水当中的在罩12内外产生的露水、即罩露水气化消失的正时。具体地说，考虑到内罩12a的温度，推定并判定在内罩12a和外罩12b的传感器元件11侧(罩内)及在排气通路侧(罩外)产生的露水气化消失的正时。
另外，在推定并判定罩露水气化消失的正时之时，正时推定机构在发动机起动后、直到罩12的温度超过露点为止的期间，对吸入空气量进行累计，计算出吸入空气量的累计值。在这一点上，可以通过例如吸入空气量的累计值是否超过规定值A来判定罩12的温度是否超过露点。规定值A是在发动机起动后、直到罩12的温度达到了露点温度时为止的吸入空气量的累计值，例如，可以是在台上试验中预定的合适的值。另外，罩12的温度不限于由吸入空气量的累计值求出的方法，也可以根据其它的参数通过演算来推定，也可以由温度传感器等直接检测。
另外，在罩12的温度超过露点之后，正时推定机构从吸入空气量的累计值中减去吸入空气量，计算出吸入空气量的减法值。
而且，在吸入空气量的减法值变成零的情况下，正时推定机构通过推定罩12的露水气化消失了，由此推定并判定罩12的露水气化消失的正时。
这样，由于以下原因，能够推定气化消失的正时。
图5是用图表说明罩露水气化消失的过程的图示。另外，在图5(a)至图5(e)中表示的各图表的时间轴是相同的。
如图5(a)所示，罩温度在发动机起动后、随着时间的推移而上升，在经过露点到达时刻t0时超过露点。
如图5(b)所示，露水量在直到经过露点到达时刻t0为止的期间增大，在经过露点到达时刻t0之后减少。
如图5(c)所示，露点温度Td下的水蒸气浓度Cd和各温度Tex下的水蒸气浓度Cex的浓度差、即饱和水蒸气浓度差ΔC1随着时间的推移而减小。浓度差ΔC1在发动机起动时比零大，在露点到达时刻t0变成零，在经过露点到达时刻t0之后，变得小于零。另外，浓度差ΔC1的大小在露点到达时刻t0的前后相对于露水量的变化同样地变化。因而，浓度差ΔC1在与露水量的关系中，假定为恒定的也没有关系。
如图5(d)所示，排气流量在发动机刚刚起动之后增大，然后按照后面的图示那样变化。
如图5(e)所示，计算直到超过规定值为止的排气流量的累计值。然后，在排气流量的累计值超过规定值之后，计算排气流量的减法值。然后，当排气流量的减法值变成零时，露水量也变成零。排气流量的累计值与露水量成比例，排气流量的减法值与气化余量成比例。
对于这样的过程，露水量可以由下面的式(1)来计算。
在这一点上，若假定浓度差ΔC1是恒定的，则露水量可以如下面的式(2)所示变形。
这里，α为常数。
进而，可以假定排气流量如式(3)所示。
式(2)可以由式(3)如式(4)所示那样变形。
若根据式(4)，则变成露水量与吸入空气量成比例。从而，可以通过吸入空气量的加减计算(即，通过排气流量的减法值变为零)，推定且判定罩露水的消失正时。
另外，在推定从A/F传感器10起、在A/F传感器10上游侧产生的露水气化消失的正时，并且，判定是否到达了推定的正时之时，正时推定机构考虑到罩12的温度，例如，也可以通过预先推定露水气化消失的正时，并且，判定是否到达了预先推定的正时，来判定到达了该正时。
另外，正时推定机构也可以不仅推定罩12的露水气化消失的正时，还推定在A/F传感器10上游侧的各部分中产生的露水、即通路露水气化消失的正时，由这些推定结果来判定到达了该正时(参照实施例2)。进而，正时推定机构也可以预先计算罩12的露水气化消失的正时和/或通路露水气化消失的正时并存储在设定表中，在发动机起动之后参照该设定表，判断是否到达了该正时。
加热器控制机构对加热器13通电，以便在直到迎来由正时推定机 构推定的露水(在此，具体地为罩12的露水)气化消失的正时为止的期间，使元件温度成为即使着水也不会发生元件破裂的温度(以下，将该通电控制称为通电抑制控制)。在这一点上，在本实施例中，具体地，在发动机起动后、直到正时推定机构推定且判定罩露水气化消失的正时为止的期间，加热器控制机构进行通电抑制控制。在这种情况下，可以根据用于A/F传感器10的传感器元件11的种类、材料、大小、结构、或者A/F传感器10的设置场所等，决定“即使着水也不会发生元件破裂的元件温度”。
另外，加热器控制机构对加热器13进行通电，以便当正时推定机构判定到达了露水(在这里，具体地为罩12的露水)气化消失的正时之时，快速地使传感器元件11活性化，然后，将元件温度反馈控制成目标温度(以下，称为FB)(以下，将该通电控制称为正式通电控制)。在这一点上，通电抑制控制在进行正式通电控制时被解除。
对加热器13的通电由负载控制来进行，通过改变根据负载控制的加热器DUTY，切换通电状态。另外，具体地，通过由阻抗来判定元件温度T，并且，以阻抗成为与目标温度相对应的规定的阻抗的方式对向加热器13的通电进行负载控制，从而进行FB控制。另外，关于FB控制的目标温度被设定为规定的活性温度。另外，也可以代替阻抗，而利用导纳来进行FB控制。
下面，利用图6及图7所示的流程图来说明由ECU1A进行的处理。由ECU1A进行的处理，如图6所示，可以大致区分为：开始通电抑制控制的处理(步骤S11)、推定产生的露水量的处理(步骤S12)、推定并判定产生的罩12的露水的气化消失正时的处理(步骤S13)、进行规定的加热器控制的处理(步骤S14)。与此相对，图7是将这些子程序处理展开、用连续的流程图表示的图示。在这一点上，在图7所示的流程图中，步骤S21及S22对应于步骤S11，步骤S23及S24对应于步骤S12，步骤S25及S26对应于步骤S13，步骤S27对应于步骤S14。
在图7所示的流程图中，ECU1A判定发动机是否起动了(步骤 S21)。例如，可以通过点火开关SW是否接通来判定发动机是否起动。若在步骤S21中做出否定判定，则直到做出肯定判定为止的期间，重复步骤S21所示的判定处理。另一方面，若在步骤S21中做出肯定判定，则ECU1A开始通电抑制控制(步骤S22)。接着，ECU1A通过对吸入空气量进行累计，计算出吸入空气量的累计值(步骤S23)。进而，ECU1A判定吸入空气量的累计值是否超过了规定值A(步骤S24)。若为否定判定，则返回步骤S23，直到在步骤S24中做出肯定判定为止的期间，继续计算吸入空气量的累计值。
另一方面，若在步骤S24中做出肯定判定，则ECU1A通过从吸入空气量的累计值中减去吸入空气量，计算出吸入空气量的减法值(步骤S25)。另外，在吸入空气量的减法值变得比零小的情况下，使吸入空气量的减法值为零。接着，ECU1A判定吸入空气量的减法值是否为零(步骤S26)。若在步骤S26中为否定判定则返回步骤S25，直到在步骤S26中做出肯定判定为止的期间，继续计算吸入空气量的减法值。另一方面，若在步骤S26中为肯定判定，则推定并判定产生的罩12的露水气化消失了。因此，若在步骤S26中为肯定判定则，作为规定的加热器控制，ECU1A进行通电抑制控制的解除和正式通电控制的执行(步骤S27)。借此，可以更加可靠地防止由于露水造成的传感器元件11的元件破裂的发生。
图8是表示对由ECU1A获得的传感器活性时间的缩短效果和排气排放物的改善效果与现有技术的情况进行比较的图示。另外，在图8中，表示出了作为现有技术，推定在A/F传感器10上游侧的各部分的露点到达正时，并且，在推定的露点到达正时到达之前，进行通电抑制控制，在推定的露点到达正时到达之后，进行正式通电控制的情况。如图8(a)所示，在ECU1A的场合(正式控制的场合)，与现有技术的场合相比，可以将传感器活性时间大致缩短10秒以上。即，ECU1A可以比采用了A/F传感器10的输出的空燃比控制更早地开始，因而可以更好地谋求兼顾防止元件破裂的发生和传感器元件11的早期活性化。另外，借此，ECU1A的场合与现有技术的场合相比，如图 8(b)所示，作为排气排放物的改善，具体地，可以减少大约20％的NMHC(非甲烷碳氢化合物)。
这样，ECU1A通过推定且判定罩12的露水气化消失的正时，能够既更加可靠地防止由于露水造成的传感器元件11的元件破裂的发生，又很好地谋求传感器元件的早期活性化，进而，还能够谋求排气排放物的改善。
实施例2
根据本实施例的ECU1B，除了正时推定机构还以如下所示的方式构成、以及加热器控制机构以如下所示的方式构成之外，与ECU1A实质上是同样的。另外，在ECU1B上，与实施例1的情况同样地连接有控制对象、各种传感器等。因此，在本实施例中，对于ECU1B省略了图示。另外，根据本实施例的正时推定机构及加热器控制机构可以通过改变存储在ECU1A的ROM中的程序来实现。
根据本实施例的正时推定机构，与在实施例1中所述的正时推定机构相比，还推定在A/F传感器10上游侧的各部分中产生的露水、即通路露水气化消失的正时，并且，判定到达了该正时。
在推定且判定通路露水气化消失的正时的时候，具体地，正时推定机构首先在发动机起动之后、且A/F传感器10上游侧的各部分的温度Tex超过露点之前，推定在各部分产生的露水量的累计值∑W1。其次，在温度Tex超过露点之后，推定可能包含在排气中的水蒸气量。对于该水蒸气量，可以作为后面所述的气化余量的累计值∑W2的大小(绝对值)来推定。而且，正时推定机构通过在气化余量的累计值∑W2的大小达到露水量的累计值∑W1以上的情况下，推定产生的通路露水气化消失了，推定且判定通路露水气化消失的正时。
另外，温度Tex可以由温度传感器等来直接检测，也可以根据发动机起动时的外部气体温度及冷却水温、排气温度、排气与各部分之间及各部分与外部气体之间的热传导率、或各部分的比热及质量等通过演算来推定。
根据本实施例的加热器控制机构以下述方式构成：在进行通电抑 制控制时，在直到迎来正时推定机构推定的露水气化消失的正时为止的期间，具体地说，在直到正时推定机构推定且判定罩12的露水气化消失的正时和通路露水气化消失的正时为止的期间，进行通电抑制控制。
另外，根据本实施例的加热器控制机构以下述方式构成：在进行正式通电控制时，当迎来正时推定机构判定的露水气化消失的正时之时，具体地说，当正时推定机构推定且判定罩12的露水气化消失的正时及通路露水气化消失的正时之时，进行正式通电控制。
这意味着，在推定出存在引起由于着水而产生元件破裂的危险的露水全部气化消除了的基础上，进行加热器控制。
其次，利用图9、图10及图11所示的流程图说明ECU1B的动作。图9是用流程图表示累计值∑W1的推定处理的图示，图10是用流程图表示累计值∑W2的推定处理的图示，图11是用流程图表示蒸发正时的推定处理及加热器控制处理的图示。另外，图9所示的流程图在发动机起动之后开始。另外，图10所示的流程图在此后罩温度超过露点时开始。另外，图11所示的流程图，在图9所示的流程图中累计值∑W1的推定结束之后、图10所示的流程图中最初推定出累计值∑W2时开始。另外，在实施例1中所述的图7、以及图9、图10、图11所示的流程图的处理，部分或全部由ECU1B并行执行。另外，由于以上述方式构成加热器控制机构，所以，在本实施例中，不进行在图7所示的流程图中在步骤S27中所示的处理。
首先，如图9所示，ECU1B检测排气系统各部分的温度Tex(步骤S31)。接着，ECU1B分别计算在检测出的温度Tex下的水蒸气浓度Cex、露点温度Td下的水蒸气浓度Cd(步骤S32)。具体地说，ECU1B参照图12所示的映像数据，分别计算出对应于温度Tex、Td的水蒸气浓度Cex、Cd。另外，在本步骤中，ECU1B通过从水蒸气浓度Cd中减去Cex，计算饱和水蒸气浓度差ΔC1。另外，图12所示的饱和水蒸气浓度的映像数据被预先存储在ROM中。
其次，ECU1B计算露水量W1(步骤S33)。具体地，通过将排气 流量乘以浓度差ΔC1求出露水量W1。接着，ECU1B计算露水量的累计值∑W1(步骤S34)。具体地，通过每当在步骤S33中算出露水量W1时对计算出的露水量W1进行累计，计算出累计值∑W1。而且，ECU1B判定温度Tex是否比露点温度Td大(步骤S35)。若为否定判定，则在一旦本流程图终了后再次开始本流程图。借此，在直到在步骤S35中做出肯定判定为止的期间，继续计算累计值∑W1。另一方面，若在步骤S35中做出肯定判定，则ECU1B结束累计值∑W1的计算(步骤S36)。
另一方面，在温度Tex超过露点之后，成为在排气中可能包含产生的露水的状态，换句话说，成为产生的露水能够被气化的状态。因此，在步骤S35中为肯定判定的情况下，ECU1B推定气化余量的累计值∑W2。具体地，如图10所示，首先，ECU1B检测排气系统各部分的温度Tex(步骤S41)。接着，ECU1B分别计算在温度Tex下的水蒸气浓度Cex和在露点温度Td下的水蒸气浓度Cd(步骤S42)。水蒸气浓度Cex及Cd的计算与前述的步骤S32同样地进行。另外，在本步骤中，ECU1B通过从水蒸气浓度Cd中减去Cex，计算饱和水蒸气浓度差ΔC2。该浓度差ΔC2表示在温度Tex时能够包含的水蒸气的浓度。
接着，ECU1B计算气化余量W2(步骤S43)。通过将排气流量乘以浓度差ΔC2求出气化余量W2。而且，ECU1B计算气化余量的累计值∑W2(步骤S44)。通过每当在步骤S44中计算出气化余量W2，对计算出的气化余量W2进行累计，计算累计值∑W2。接着，ECU1B判定气化余量的累计值∑W2的大小是否达到露水量的累计值∑W1以上(步骤S45)。在本步骤中，判定排气中可能包含的水蒸气量是否达到露水量的累计值∑W1以上。若在步骤S45中为否定判定，则在一旦本流程图终了之后，再次开始本流程。借此，在直到在步骤S45中做出肯定判定为止的期间，继续计算累计值∑W2。另一方面，若在步骤S45中做出肯定判定，ECU1B结束累计值∑W2的计算(步骤S46)。
另外，在步骤S44中最初推定出累计值∑W2的情况下，ECU1B如图11所示判定气化余量的累计值∑W2是否在露水量的累计值∑W1以上(步骤S51)。若为否定判定，则一度结束本流程图。在这种情况下，本流程图当在图10所示的流程图的步骤S44中重新计算累计值∑W2时再次开始。另一方面，若在步骤S51中做出肯定判定，则ECU1B推定且判定产生的通路露水气化消失了(步骤S52)。
另外，ECU1B包含判定是否已经判定为罩结露水气化消失了，如在实施例1中所述那样，推定且判定罩露水是否气化消失了(步骤S53)。若为否定判定，则一度结束本流程图。在这种情况下，本流程图在重新进行图7所示的流程图的步骤S26的判定处理时再次开始。另一方面，若在步骤S53中为肯定判定，则作为规定的加热器控制，ECU1B进行通电抑制控制的解除和正式通电控制的执行(步骤S54)。借此，针对即使在配备有罩12的场合，传感器元件11也会由于着了通路露水而产生元件破裂的问题，可以更加恰当地防止由通路露水造成的传感器元件11的着水。
图13是用图表在视觉上表示累计值∑W1及∑W2、并且用图表在视觉上表示与其对应地进行通电抑制控制及正式通电控制的图示。在图13(a)所示的图表中，2个曲线分别表示浓度差ΔC1和温度Tex。在该图表中，露水量的累计值∑W1由温度Tex到达露点之前的浓度差ΔC1的曲线和表示浓度差ΔC1为零的直线所围的面积表示。另外，气化余量的累计值∑W2的大小由温度Tex到达露点之后的浓度差ΔC1的曲线和表示浓度差ΔC1为零的直线之间的面积表示，该面积进而由表示成为∑W1≤∑W2的时刻的直线限定。
另外，如图13(b)所示，在成为∑W1≤∑W2的时刻之前，加热器DUTY被设定为稍小于10％，以便元件温度成为即使着水也不会发生元件破裂的温度。即，在发动机起动后、直到成为∑W1≤∑W2为止的期间，进行通电抑制控制，结果，元件温度被抑制在不发生元件破裂的温度。另一方面，在成为∑W1≤∑W2时，进行正式通电控制，结果，为了使传感器元件11快速地活性化，将加热器DUTY设 定为约85％。进而，在此之后，在元件温度到达活性温度以后的正时，迅速地开始FB控制，与此相应地，加热器DUTY的大小被改变。借此，元件温度迅速达到活性温度，并且被维持在目标温度。
这样，ECU1B与ECU1A相比，针对即使在配备有罩12的场合，传感器元件11也会由于着了通路露水而发生元件破裂的问题，既可以进一步更可靠地防止由通路露水造成的传感器元件11着水、元件破裂的发生，又可以很好地谋求传感器元件的早期活性化。
上述的实施例是本发明的优选实施例。但是，本发明并不局限于此，在不脱离本发明主旨的范围内，可以以各种变形来实施。
例如，在实施例2中，表示出了以推定且判定罩露水气化消失的正时及通路露水气化消失的正时的方式构成正时推定机构的情况，然而，正时推定机构也可以以不推定且判定罩露水气化消失的正时、而推定且判定通路露水气化消失的正时的方式构成。即，通路露水气化消失的正时被认为通常比罩露水气化消失的正时晚，例如，在这种情况显著的情况下，可以不推定且判定罩露水气化消失的正时、而推定且判定通路露水气化消失正时。
另外，在实施例1、2的方案中，可以预先计算罩露水气化消失的正时和/或通路露水气化消失的正时并记录在设定表中。而且，在车载的情况下，可以参照该设定表，在发动机起动后，判断是否到达该正时。这样，正时推定机构也可以根据预先准备的设定表来识别露水气化消失的正时，判定是否到达该正时。在这种情况下，发动机起动时的传感器的推定温度越低，该正时可以设定得越长。或者，与发动机起动时的传感器的推定温度为高温时的该正时相比，可以将发动机起动时的传感器的推定温度为低温时的该正时设定得长或者相同。
另外，例如，虽然正时推定机构、加热器控制机构由ECU1来实现是合理的，但是，也可以用其它的电子控制装置或专用的电子回路等硬件或它们的组合来实现。在这一点上，本发明的气体传感器的控制装置例如可以由多个电子控制装置或电子控制装置和电子回路等硬件的组合来实现。即，本发明的气体传感器的控制装置例如可以以分 散控制的形式来实现。同样，对于正时推定机构、加热器控制机构等各个机构，也可以以分散控制的形式来实现。
附图标记说明
1A、1B ECU
10 A/F传感器
11 传感器元件
12 罩
13 加热器
30 触媒
40 排气管
50 发动机
Claims (7)
1.一种气体传感器的控制装置，所述气体传感器配有传感器元件、覆盖该传感器元件的罩、使所述传感器元件升温的加热器，所述气体传感器设置在发动机的排气系统中，所述气体传感器的控制装置配备有：
正时推定机构，所述正时推定机构推定在所述罩的内外产生的露水、即罩露水气化消失的正时，并且，判定是否到达了推定的正时，
加热器控制机构，在直到迎来由所述正时推定机构推定的所述罩露水气化消失的正时为止的期间，所述加热器控制机构对所述加热器通电，以使所述传感器元件的温度成为即使着水也不会发生元件破裂的温度，
在所述发动机起动之后、直到所述罩的温度超过露点为止的期间，所述正时推定机构对吸入空气量进行累计以计算出吸入空气量的累计值，并且，在所述罩的温度超过露点之后，从所述吸入空气量的累计值中减去吸入空气量以计算出吸入空气量的减法值，
在所述吸入空气量的减法值变成了零的情况下，推定为所述罩露水气化消失了，由此，推定出所述罩露水气化消失的正时，并且，判定到达了该正时。
2.如权利要求1所述的气体传感器的控制装置，其特征在于，所述正时推定机构考虑到所述罩的温度，推定所述罩露水气化消失的正时，并且，判定是否到达了推定的正时。
3.如权利要求1或2所述的气体传感器的控制装置，其特征在于，进而，在所述发动机起动之后、且所述排气系统中的比所述气体传感器更靠上游侧的各部分的温度超过露点之前，所述正时推定机构推定在所述各部分中产生的露水量的累计值，并且，在所述各部分的温度超过露点之后，推定可能包含在排气中的水蒸气量，
在所述水蒸气量达到所述露水量的累计值以上的情况下，推定为在所述各部分中产生的露水、即通路露水气化消失了，由此，推定出所述通路露水气化消失的正时，并且，判定到达了该正时，
在直到迎来所述正时推定机构推定的所述罩露水气化消失的正时及所述通路露水气化消失的正时为止的期间，所述加热器控制机构对所述加热器通电，以使所述传感器元件的温度成为即使着水也不会产生元件破裂的温度。
4.如权利要求1或2所述的气体传感器的控制装置，其特征在于，当所述正时推定机构判定到达了所述罩露水气化消失的正时之时，所述加热器控制机构进一步对所述加热器进行通电，使所述传感器元件快速地活性化，之后，将所述传感器元件的温度反馈控制成目标温度。
5.如权利要求1、2或4中任何一项所述的气体传感器的控制装置，其特征在于，所述正时推定机构根据预先准备的设定表来识别所述罩露水气化消失的正时，判定是否到达了该正时。
6.如权利要求3所述的气体传感器的控制装置，其特征在于，当所述正时推定机构判定到达了所述罩露水和所述通路露水气化消失的正时之时，所述加热器控制机构进一步对所述加热器进行通电，使所述传感器元件快速地活性化，之后，将所述传感器元件的温度反馈控制成目标温度。
7.如权利要求3或6所述的气体传感器的控制装置，其特征在于，所述正时推定机构根据预先准备的设定表来识别所述罩露水和所述通路露水气化消失的正时，判定是否到达了该正时。
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