JP2000248988A

JP2000248988A - 空燃比センサのヒータ制御装置

Info

Publication number: JP2000248988A
Application number: JP11053300A
Authority: JP
Inventors: Koji Ide; 宏二井手; Toshinari Nagai; 俊成永井; Naohide Izumitani; 尚秀泉谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-03-01
Filing date: 1999-03-01
Publication date: 2000-09-12
Anticipated expiration: 2019-03-01
Also published as: JP3593912B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、機関開始直後から確実に空燃比フ
ィードバック制御が実行されるようにプリヒートを行う
空燃比センサのヒータ制御装置を提供することを目的と
する。【解決手段】運転者が所持する送信器６４からの無線信
号を受信器６５が受信すると、車両と運転者との距離Ｒ
が検出される（ステップ１００）。そして、プリヒート
を行うか否かが判別される。プリヒートが行われる場
合、車両と運転者との距離Ｒに応じて目標温度Ｔｃが設
定され、センサ温度Ｔが目標温度Ｔｃとなるようにヒー
タ６６への通電量が制御される。例えば、車両と運転者
との距離ＲがＲ２≦Ｒ＜Ｒ１の場合（ステップ１０
８）、目標温度Ｔｃは最も低いＴ１に設定される。ま
た、車両と運転者との距離ＲがＲ３≦Ｒ＜Ｒ２の場合
（ステップ１１２）、目標温度ＴｃはＴ２（＞Ｔ１）に
設定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空燃比センサのヒ
ータ制御装置に関し、特に、内燃機関の始動前に空燃比
センサをプリヒートする機能を有する空燃比センサのヒ
ータ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関では、排気通路の空燃比に基づ
いて燃料噴射量を補正することにより、空燃比を理論空
燃比に向けて制御する空燃比フィードバック制御が実行
される。空燃比フィードバック制御を行うことで触媒コ
ンバータによる排気ガスの浄化性能が高く維持されると
共に、燃費の悪化が防止される等の効果が得られる。か
かる空燃比フィードバック制御を実現すべく、排気通路
には空燃比を検出する空燃比センサが設けられる。一般
に、空燃比センサは、数百度以上の活性化温度まで加熱
されて活性した状態で、酸素濃度に応じた信号を出力す
る特性を有している。このため、空燃比センサには、活
性化温度まで加熱するためのヒータが内蔵される。空燃
比センサのヒータへの通電が開始された後、センサ温度
が活性化温度に達するまで、すなわち、空燃比センサの
出力信号に基づく空燃比フィードバック制御が可能とな
るまでには、ある程度の時間が必要とされる。そこで、
従来より、例えば、特開平５−２０２７８５号公報に開
示される如く、内燃機関の始動直後から空燃比フィード
バック制御を開始できるように、内燃機関の始動前にヒ
ータへの通電を開始するプリヒートが行われている。こ
の空燃比制御装置では、車両ドアのオープンが検出され
た場合に内燃機関の始動を予測し、空燃比センサのヒー
タへのプリヒートを開始することとしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例の
ように、車両ドアのオープンが検出されてからプリヒー
トを開始するのではセンサ温度の上昇が間に合わず、機
関始動直後から空燃比フィードバック制御を開始できな
い場合がある。また、空燃比センサが活性化温度に達す
るまで内燃機関の始動が許可されない場合には、運転者
が車両内で待機する必要がある。

【０００４】本発明は、上記点に鑑みてなされたもので
あり、機関開始直後から確実に空燃比フィードバック制
御が実行されるようにプリヒートを行う空燃比センサの
ヒータ制御装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、請求項１
に記載する如く、内燃機関に設けられた空燃比センサが
備えるヒータに対して機関始動前に通電を行うプリヒー
ト手段を有する空燃比センサのヒータ制御装置であっ
て、車両と運転者との接近状況を検出する接近状況検出
手段と、運転者が車両に対して所定距離以内に接近した
場合に前記プリヒート手段によるヒータへの通電を許可
する許可手段とを備え、前記プリヒート手段は、前記許
可手段により許可された場合に前記ヒータに対する通電
を開始する空燃比センサのヒータ制御装置により達成さ
れる。

【０００６】請求項１記載の発明において、プリヒート
手段が機関始動前にヒータへの通電を開始することで、
空燃比センサは機関始動に先立ってヒータへの通電量に
応じた温度まで加熱される。プリヒート手段は、運転者
が車両に対して所定距離以内に接近した場合にヒータへ
の通電を開始する。このため、内燃機関が始動される前
に空燃比センサに対する加熱時間が十分に確保される。
このため、早期にセンサ温度が活性化温度に達して機関
始動直後から確実に空燃比フィードバック制御が行われ
る。ここで、接近状況とは、車両と運転者との距離、車
両に対する運転者の接近速度、及び、方向等である。

【０００７】車両に接近してきた運転者が途中で止ま
り、車両と運転者との距離が変化しなくなった場合、内
燃機関が始動される可能性は低下したと判断できる。こ
のような場合に、車両と運転者との距離に応じた通電量
をヒータに与え続けると、電力を無駄に消費することに
なる。そこで、ヒータへの通電をより効率良く行って省
電力化を図るという観点から、請求項２に記載する如
く、請求項１記載の空燃比センサのヒータ制御装置であ
って、車両と運転者との接近状況に応じて前記プリヒー
ト手段による前記ヒータへの通電量を設定する通電量設
定手段を備える構成としてもよい。

【０００８】本発明によれば、車両と運転者との接近状
況に応じた通電量がヒータに供給される。このため、長
時間にわたってヒータに対して不必要に大きな電力が供
給されることが防止され、省電力化が達成される。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例である
空燃比センサのヒータ制御装置が適用された内燃機関の
システム構成図を示す。本実施例の内燃機関は、電子制
御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）１０により制御され
る。図１に示す如く、内燃機関は、シリンダブロック１
２を備えている。シリンダブロック１２の内部には、シ
リンダ１４およびウォータジャケット１６が形成されて
いる。ウォータジャケット１６には、水温センサ１８が
配設されている。水温センサ１８はウォータジャケット
１６の内部を流れる冷却水の温度（以下、水温ＴＨＷと
称す）に応じた信号をＥＣＵ１０に向けて出力する。Ｅ
ＣＵ１０は水温センサ１８の出力信号に基づいて水温Ｔ
ＨＷを検出する。

【００１０】シリンダ１４の内部にはピストン２０が配
設されている。ピストン２０は、シリンダ１４の内部
を、図１における上下方向に摺動することができる。シ
リンダブロック１２の上部には、シリンダヘッド２２が
固定されている。シリンダヘッド２２には、吸気ポート
２４および排気ポート２６が形成されている。シリンダ
ヘッド２２の底面、ピストン２０の上面、および、シリ
ンダ１４の側壁は、燃焼室２８を画成している。上述し
た吸気ポート２４および排気ポート２６は、共に燃焼室
２８に開口している。燃焼室２８には、点火プラグ３０
の先端が露出している。点火プラグ３０はＥＣＵ１０か
ら点火信号を供給されることにより、燃焼室２８内の燃
料に点火する。

【００１１】内燃機関は、また、吸気弁３４及び排気弁
３６を備えている。吸気ポート２４及び排気ポート２６
の燃焼室２８への開口部には、それぞれ、吸気弁３４及
び排気弁３６に対する弁座が形成されている。吸気弁３
４及び排気弁３６は、各弁座に離着座することにより、
それぞれ吸気ポート２４及び排気ポート２６を開閉させ
る。

【００１２】吸気ポート２４には、吸気マニホールド３
８が連通している。吸気マニホールド３８には、燃料噴
射弁４０が配設されている。燃料噴射弁４０はＥＣＵ１
０から付与される指令信号に応じて燃料を吸気マニホー
ルド３８内に噴射する。吸気マニホールド３８の上流側
には、サージタンク４２が連通している。サージタンク
４２の更に上流側には、吸気管４４が連通している。吸
気管４４には、スロットルバルブ４６が配設されてい
る。スロットルバルブ４６の近傍には、スロットル開度
センサ４８が配設されている。

【００１３】吸気管４４の上流側にはエアクリーナ５０
が配設されている。吸気管４４にはエアクリーナ５０に
より濾過された外気が流入する。一方、内燃機関の排気
ポート２６には、排気通路５２が連通している。排気通
路５２には、触媒コンバータ５４が配設されている。触
媒コンバータ５４は、排気ガスに含まれる炭化水素（Ｈ
Ｃ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び、酸化窒素（ＮＯｘ）
を反応させることにより排気ガスを浄化する。触媒コン
バータ５４の上流側及び下流側には、それぞれ、空燃比
センサ５６、５８が配設されている。本実施例では、空
燃比センサ５６、５８の構成は同一とされているが、異
なるものとしてもよい。

【００１４】内燃機関は、また、回転数センサ６０を備
えている。回転数センサ６０は内燃機関が所定のクラン
ク角だけ回転する毎にパルス信号をＥＣＵ１０に向けて
出力する。ＥＣＵ１０は、回転数センサ６０の出力信号
に基づいて内燃機関の回転数を検出する。本発明が適用
された車両は、リモートドアロック制御によって車両ド
アのロック／ロック解除が行われる。車両のドアロック
は、運転者が所持する送信器６４から送信されたドアロ
ックの解除を指示する無線信号を受信器６５が受信した
時に解除される。ＥＣＵ１０は、送信器６５から受信器
６４に対して与えられる無線信号に基づき車両と送信器
６４との距離、すなわち、車両と送信器６４を所持する
運転者との距離Ｒを検出する。

【００１５】図２は、空燃比センサ５６、５８の内部構
成を、ＥＣＵ１０との接続回路と共に示す。図２に示す
如く、空燃比センサ５６、５８は、その内部に、例えば
ジルコニア等の材料により構成されたセンサ素子６６
と、センサ素子６６を加熱するためのヒータ６８とを備
えている。センサ素子６６の一方の端子は定電圧源７０
に接続され、また、他方の端子はＥＣＵ１０に接続され
ていると共に抵抗器７２を介して接地されている。かか
る状態でセンサ素子６６に流れる電流（以下、センサ電
流Ｉと称す）は、センサ素子６６の温度（以下、センサ
温度Ｔと称す）が所定の活性化温度Ｔｅ（例えば６５０
゜Ｃから７００゜Ｃ）以上の場合に、図１に示す排気通
路５２内の酸素濃度に応じて変化する。ＥＣＵ１０に
は、センサ電流Ｉに応じた電圧が入力され、この入力電
圧に基づいて、排気ガス中の酸素濃度、すなわち、空燃
比が検出される。

【００１６】一方、ヒータ６８は、通電制御回路７４を
介してＥＣＵ１０に接続されている。通電制御回路７４
は、ＥＣＵ１０から供給される制御信号に応じて、車載
バッテリー７５を電源として、ヒータ６８への通電電流
をデューティ制御する。ヒータ６８には、また、ヒータ
電圧検出回路７６及びヒータ電流検出回路７８が接続さ
れている。ヒータ電圧検出回路７６は、ヒータ６８に印
可される電圧に応じた信号をＥＣＵ１０に向けて出力す
る。また、ヒータ電流検出回路７８は、ヒータ６８に流
れる電流に応じた信号をＥＣＵ１０に向けて出力する。
ＥＣＵ１０は、これらの信号に基づいてヒータ６８の抵
抗値（以下、ヒータ抵抗Ｒと称す）を検出する。

【００１７】ＥＣＵ１０は、後述するように目標温度Ｔ
ｃを設定し、センサ温度Ｔが目標温度Ｔｃとなるように
ヒータ６８への通電量を制御する。なお、ヒータ抵抗Ｒ
はヒータ６８の温度に応じて変化する。そこで、ＥＣＵ
１０はヒータ抵抗Ｒに基づいてヒータ６８の温度を求
め、このヒータ温度をセンサ温度Ｔとして用いる。上述
の如く、センサ温度Ｔが活性化温度Ｔｅ以上に維持され
た状態では、センサ電流Ｉは、空燃比に応じて変化す
る。従って、ＥＣＵ１０は、上記の如くヒータ６８への
通電量を制御することで、センサ電流Ｉに基づいて空燃
比を検出することができる。そして、ＥＣＵ１０は、検
出した空燃比に基づいて燃料噴射量をフィードバック制
御する空燃比フィードバック制御を実行する。

【００１８】この空燃比フィードバック制御では、空燃
比が理論空燃比よりもリッチ側である場合には燃料噴射
量が減量され、リーン側である場合には燃料噴射量が増
量されることにより、空燃比が理論空燃比近傍の所定範
囲内に維持される。上記した触媒コンバータ５４は、空
燃比が理論空燃比近傍である場合に、排気ガスに対して
高い浄化性能を発揮する。

【００１９】従って、空燃比フィードバック制御を実行
することにより、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、及び、ＮＯ
ｘを触媒コンバータ５４により効果的に除去することが
できる。また、空燃比フィードバック制御によれば、空
燃比が過度にリッチ又はリーンになることがないため、
燃費の悪化及び燃焼状態の不安定化を共に防止すること
ができる。

【００２０】ところで、内燃機関の冷間始動時には、セ
ンサ温度Ｔはほぼ外気温まで低下しているため、空燃比
センサ５６、５８のヒータ６８への通電が開始された
後、センサ温度Ｔが活性化温度Ｔｅに達するまで、すな
わち、空燃比センサ５６、５８の出力信号に基づく空燃
比フィードバック制御が可能となるまでには、ある程度
の時間が必要とされる。このため、運転者により車両ド
アのオープン操作が行われた時に空燃比センサ５６、５
８のヒータ６８への通電を開始する構成では、センサ温
度Ｔの上昇が間に合わず、機関始動直後から空燃比フィ
ードバック制御を開始できない場合がある。特に、内燃
機関の温度が低い時ほどセンサ温度Ｔが活性化温度Ｔｅ
に達するまでに長い時間を要するので、機関始動直後か
ら空燃比フィードバック制御を開始できない可能性が高
い。

【００２１】そこで、本実施例では、内燃機関の始動直
後から空燃比フィードバック制御を可能とすべく、運転
者が車両に所定距離内に接近した時にヒータ６８への通
電が開始されることとしている。以下、この機関始動前
に行われるヒータ６８への通電をプリヒートと称す。Ｅ
ＣＵ１０は、受信器６５が送信器６４からの無線信号を
受信した場合、マップＭに基づき必要に応じてプリヒー
トを実行する。図３は、マップＭの構成例を示す図であ
る。

【００２２】図３に示すように、マップＭには、車両と
運転者との距離Ｒに応じた目標素子温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ
３が示されている。ＥＣＵ１０は、受信器６５が送信器
６４からの無線信号を受信した時に車両と運転者との距
離Ｒを検出し、マップＭに基づきプリヒートを実行すべ
きか否かを判断する。具体的には、距離ＲがＲ１以上の
場合にはプリヒートが禁止され、距離ＲがＲ１未満の場
合にはプリヒートが許可される。そして、ＥＣＵ１０
は、プリヒートを実行すべきであると判断した場合、距
離Ｒに応じた目標温度Ｔｃを設定してセンサ温度Ｔが目
標温度Ｔｃとなるようにヒータ６８への通電量を制御す
る。以下、プリヒートの際にＥＣＵ１０が実行するルー
チンを詳細に説明する。

【００２３】図４は、プリヒートにおける目標温度Ｔｃ
を決定すべくマップＭを用いてＥＣＵ１０が実行するル
ーチンを説明するためのフローチャートである。図４に
示すルーチンは、受信器６５が送信器６４からの無線信
号を検出した時に起動される。図４に示すルーチンが起
動されると、先ず、ステップ１００の処理が実行され
る。

【００２４】ステップ１００では、受信器６５から与え
られる信号に基づき車両と送信器６４との距離、すなわ
ち、車両と運転者との距離Ｒが検出される。ステップ１
００の処理が終了すると、次に、ステップ１０２の処理
が実行される。ステップ１０２では、ステップ１００に
おいて検出された車両と運転者との距離ＲがＲ１以上で
あるか否かが判別される。この結果、Ｒ≧Ｒ１ならば、
続くステップ１０４においてプリヒート許可フラグＦが
「０」にセットされ、プリヒートの開始が禁止とされ
る。この場合、プリヒートは実行されずに今回のルーチ
ンは終了される。一方、ステップ１０２において、Ｒ＜
Ｒ１ならば、続くステップ１０６においてプリヒート許
可フラグＦが「１」にセットされ、プリヒートの開始が
許可される。そして、次に、ステップ１０８の処理が実
行される。なお、プリヒート許可フラグＦは「０」に初
期化されているものとする。

【００２５】ステップ１０８では、車両から運転者まで
の距離ＲがＲ２（＜Ｒ１）以上であるか否かが判別され
る。この結果、Ｒ≧Ｒ２ならば、次に、ステップ１１０
の処理が実行される。一方、ステップ１０８において、
Ｒ＜Ｒ２ならば、次に、ステップ１１２の処理が実行さ
れる。ステップ１１２では、車両から運転者までの距離
ＲがＲ３（＜Ｒ２）以上であるか否かが判別される。こ
の結果、Ｒ≧Ｒ３ならば、次に、ステップ１１４の処理
が実行される。一方、ステップ１１２において、Ｒ＜Ｒ
３ならば、次に、ステップ１１６の処理が実行される。

【００２６】ステップ１１０では、目標温度Ｔｃが最も
低いＴ１に設定される。そして、今回のルーチンは終了
される。ステップ１１４では、目標温度ＴｃがＴ２（＞
Ｔ１）に設定される。そして、今回のルーチンは終了さ
れる。ステップ１１６では、目標素子温度が最も高いＴ
３（＞Ｔ２）に設定される。そして、今回のルーチンは
終了される。

【００２７】続いて、センサ温度Ｔを上記ルーチンで決
定された目標温度Ｔｃに向けて制御すべく行われるプリ
ヒートについて説明する。図５は、プリヒートを行うべ
くＥＣＵ１０が実行するルーチンのフローチャートであ
る。図５に示すルーチンが起動されると、先ず、ステッ
プ２００の処理が実行される。

【００２８】ステップ２００では、プリヒートの実行が
許可されているか否かが判別される。かかる判別は、プ
リヒート許可フラグＦの状態に基づき行われる。ステッ
プ２００において、プリヒート許可フラグＦが「０」に
セットされている場合、プリヒートの実行が許可されて
いないと判断され、次に、ステップ２０２の処理が実行
される。一方、プリヒート許可フラグＦが「１」にセッ
トされている場合、プリヒートの実行が許可されている
と判断され、次に、ステップ２０４の処理が実行され
る。

【００２９】ステップ２０２では、空燃比センサ５６、
５８のヒータ６８への通電制御におけるデューティ比Ｈ
Ｔdutyが「０」に設定されることで、ヒータ６８への通
電が停止される。ステップ２０２の処理が終了すると、
今回のルーチンは終了される。ステップ２０４では、ヒ
ータ抵抗Ｒに基づき現在のセンサ温度Ｔが検出される。
そして、次に、ステップ２０６の処理が実行される。

【００３０】ステップ２０６では、センサ温度Ｔが図３
のルーチンにより設定された目標温度Ｔｃを上回ってい
るか否かが判別される。この結果、Ｔ＞Ｔｃが成立する
ならば、次に、ステップ２０８において、デューティ比
ＨＴdutyが所定値αだけ減少されることにより、ヒータ
６８への通電量が減少される。そして、今回のルーチン
は終了される。一方、ステップ２０６において、Ｔ＞Ｔ
ｃが不成立ならば、次に、ステップ２１０において、デ
ューティ比ＨＴdutyが所定値αだけ増加されることによ
り、ヒータ６８への通電量が増加される。そして、今回
のルーチンは終了される。ステップ２０８、２１０にお
いて、ヒータ６８への通電量が適宜増減されることによ
り、センサ温度Ｔが目標温度Ｔｃに収束していく。

【００３１】図４を用いて説明したように、本実施例に
よれば、車両に接近する運転者が所持する送信器６４か
らの無線信号を受信器６５が受信した時に、車両と運転
者との距離Ｒが検出され、距離Ｒに基づきプリヒートを
開始すべきか否かが判別される。そして、プリヒートを
開始すべきであると判断された場合には距離Ｒに応じた
目標温度Ｔｃが設定される。そして、図５を用いて説明
したように、センサ温度Ｔが目標温度Ｔｃとなるように
ヒータ６８への通電量が制御される。

【００３２】このように運転者が車両に到着する前にプ
リヒートが開始されるので、センサ温度Ｔが活性化温度
Ｔｅに達するまで、すなわち、空燃比センサ５６、５８
の出力信号に基づく空燃比フィードバック制御が可能と
なるまでの時間が十分に確保され、内燃機関の始動直後
から確実に空燃比フィードバック制御が実行される。ま
た、本実施例では、車両と運転者との距離Ｒに応じた通
電量でプリヒートが行われる。例えば、車両と運転者と
の距離Ｒが大きい場合には、時間的に余裕があるため低
消費電力でプリヒートが行われる。

【００３３】このように本実施例では、長時間にわたっ
てヒータ６８に対して不必要に大きな電力が供給される
ことが防止され、バッテリー７５が効率良く使用され
る。従って、バッテリー容量の削減、バッテリー寿命の
延長、及び、省電力化による燃費向上等が実現する。と
ころで、車両に接近してきた運転者が途中で止まり、車
両と運転者との距離Ｒが変化しなくなった場合、内燃機
関が始動される可能性は低下したと判断できる。このよ
うな場合に、車両と運転者との距離Ｒに応じたプリヒー
トを行い続けるとバッテリー７５を無駄に消費すること
になる。そこで、車両と運転者との距離Ｒが変化しなく
なった場合に、内燃機関が始動される可能性が低下した
と判断して、プリヒートにおける目標温度Ｔｃをより低
く設定する構成にしてもよい。

【００３４】図６は、上記機能を実現すべく、ＥＣＵ１
０が実行するルーチンのフローチャートである。図６に
示すルーチンは、送信器６４からの無線信号を受信器６
５が受信した時に起動される。図６に示すルーチンが起
動されると、先ず、ステップ３００の処理が実行され
る。ステップ３００では、受信器６５が与えられる信号
に基づき車両と送信器６４との距離、すなわち、車両と
運転者との距離Ｒが検出される。ステップ３００の処理
が終了すると、次に、ステップ３０２の処理が実行され
る。

【００３５】ステップ３０２では、ステップ３００にお
いて検出された車両と運転者との距離ＲがＲ１以上であ
るか否かが判別される。この結果、Ｒ≧Ｒ１ならば、続
くステップ３０４においてプリヒート許可フラグＦが
「０」にセットされ、プリヒートの開始が禁止とされ
る。この場合、プリヒートは実行されずに今回のルーチ
ンは終了される。一方、ステップ３０２において、Ｒ＜
Ｒ１ならば、続くステップ３０６においてプリヒート許
可フラグＦが「１」にセットされ、プリヒートの開始が
許可される。そして、次に、ステップ３０８の処理が実
行される。なお、プリヒート許可フラグＦは「０」に初
期化されているものとする。

【００３６】ステップ３０８では、車両から運転者まで
の距離ＲがＲ２（＜Ｒ１）以上であるか否かが判別され
る。この結果、Ｒ≧Ｒ２ならば、次に、ステップ３１０
の処理が実行される。一方、ステップ３０８において、
Ｒ＜Ｒ２ならば、次に、ステップ３１２の処理が実行さ
れる。ステップ３１０では、車両から運転者までの距離
ＲがＲ２以上の状態が時間τ１以上継続しているか否か
が判別される。この結果、距離ＲがＲ２以上の状態が時
間τ１以上継続している場合、運転者は車両に接近して
おらず、内燃機関が始動される可能性は低いと判断さ
れ、次に、ステップ３１４の処理が実行される。一方、
ステップ３１０において、距離ＲがＲ２以上となってか
らの経過時間がτ１未満であると判断される場合、次
に、ステップ３１６の処理が実行される。

【００３７】ステップ３１２では、車両から運転者まで
の距離ＲがＲ３（＜Ｒ２）以上であるか否かが判別され
る。この結果、Ｒ≧Ｒ３ならば、次に、ステップ３１８
の処理が実行される。一方、ステップ３１２において、
Ｒ＜Ｒ３ならば、次に、ステップ３１６の処理が実行さ
れる。ステップ３１８では、車両から運転者までの距離
ＲがＲ３以上の状態が時間τ２以上継続しているか否か
が判別される。この結果、距離ＲがＲ３以上の状態が時
間τ２以上継続している場合、運転者は車両に接近して
おらず、内燃機関が始動される可能性は低いと判断さ
れ、次に、ステップ３２０の処理が実行される。一方、
ステップ３１８において、距離ＲがＲ３以上となってか
らの経過時間がτ２未満であると判断される場合、次
に、ステップ３１６の処理が実行される。

【００３８】ステップ３１４では、目標素子温度が最も
低いＴ１に設定される。そして、今回のルーチンは終了
される。ステップ３２０では、目標素子温度がＴ２（＞
Ｔ１）に設定される。そして、今回のルーチンは終了さ
れる。ステップ３１６では、目標素子温度が最も高いＴ
３（＞Ｔ２）に設定され。そして、今回のルーチンは終
了される。

【００３９】図６に示すルーチンの実行により目標温度
Ｔｃが決定されると、次に、図５に示すルーチンに従っ
て、センサ温度Ｔが目標温度Ｔｃとなるようにヒータ６
８への通電量が制御される。以上のように、本実施例に
よれば、車両に接近する運転者が所持する送信器６４か
らの無線信号を受信器６５が受信した時に、車両と運転
者との距離Ｒが検出され、距離Ｒに基づきプリヒートを
開始すべきか否かが判別される。そして、プリヒートを
開始すべきであると判断された場合には目標温度Ｔｃが
設定される。そして、センサ温度Ｔが目標温度Ｔｃとな
るようにヒータ６８への通電量が制御される。

【００４０】このように運転者が車両に到着する前にプ
リヒートが開始されるので、センサ温度Ｔが活性化温度
Ｔｅに達するまで、すなわち、空燃比センサ５６、５８
の出力信号に基づく空燃比フィードバック制御が可能と
なるまでの時間が十分に確保され、内燃機関の始動直後
から確実に空燃比フィードバック制御が実行される。ま
た、本実施例では、車両と運転者との距離Ｒ、及び、車
両と運転者との距離がＲになった状態の継続時間に応じ
て目標温度Ｔｃが設定され、ヒータ６８への通電量が制
御される。例えば、車両と運転者との距離Ｒが大きい場
合は、距離Ｒが小さい場合に比して低電力でプリヒート
が行われる。また、運転者が車両に接近しておらず、車
両と運転者との距離がＲの状態が所定時間以上継続した
場合は、運転者が車両に接近し続けている場合に比して
低電力でプリヒートが行われる。

【００４１】このように本実施例では、長時間にわたっ
てヒータ６８に対して不必要に大きな電力が供給される
ことがより確実に防止され、バッテリー７５が効率良く
使用される。従って、更なるバッテリー容量の削減、バ
ッテリー寿命の延長、及び、省電力化による燃費向上等
が実現する。なお、上記実施例では、ヒータ抵抗Ｒに基
づいてヒータ６８の温度を求め、この温度をセンサ温度
Ｔとして用いることとしたが、センサ温度Ｔを求める手
法はこれに限られるものではない。例えば、センサ素子
６６は、センサ温度Ｔが高くなるほど、インピーダンス
が低くなる特性を有している。このため、センサ素子６
６に所定周波数の交流電圧を印可し、その印可電圧と電
流との関係からセンサ素子６６のインピーダンスを測定
することによりセンサ温度Ｔを求めることとしてもよ
い。

【００４２】また、内燃機関の停止中は排気通路５２内
の酸素濃度は一定（大気圧中の酸素濃度に等しい値）に
維持されている。一方、酸素濃度が一定に維持された状
況化でのセンサ電流Ｉは、センサ温度Ｔが活性化温度に
達するまでは、センサ温度Ｔの上昇に応じて増加する。
従って、機関始動前のセンサ電流Ｉに基づいてセンサ温
度Ｔを求めることもできる。

【００４３】また、上記実施例では、センサ電流Ｉが空
燃比に応じて連続的に変化する空燃比センサ５６、５８
により酸素濃度を検出するものとしたが、本発明は、こ
れに限らず、空燃比センサ５６、５８の一方または両方
に変えて、空燃比に応じてリッチ／リーンの２段階の信
号を出力するＯ₂センサを用いてもよい。更に、上記実
施例では、ヒータ６８への通電量をデューティ制御する
ものとしたが、これに限らず、電流値をリニアに変化さ
せることで通電量を制御してもよい。

【００４４】上記実施例において、ＥＣＵ１０が図５に
示すルーチンを実行することにより特許請求の範囲に記
載の「プリヒート手段」が、図４のステップ１００、１
０２、１０８、１１２、及び、図６のステップ３００、
３０２、３０８、３１０、３１２、３１８の処理を実行
することにより特許請求の範囲に記載の「接近状況検出
手段」が、それぞれ実現されている。また、ＥＣＵ１０
が図４のステップ１０２、１０４、１０６、及び、図６
のステップ３０２、３０４、３０６の処理を実行するこ
とにより特許請求の範囲に記載の「許可手段」が、図４
のステップ１１０、１１４、１１６、及び、図６のステ
ップ３１４、３１６、３２０の処理を実行することによ
り特許請求の範囲に記載の「通電量設定手段」が、それ
ぞれ実現されている。

【００４５】

【発明の効果】上述の如く、請求項１記載の発明では、
運転者が車両に対して所定距離以内に接近した場合にヒ
ータへの通電が開始される。このため、内燃機関が始動
される前に空燃比センサに対する加熱時間が十分に確保
される。従って、本発明によれば、早期にセンサ温度が
活性化温度に達するので、機関始動直後から確実に空燃
比フィードバック制御を実行することができる。

【００４６】また、請求項２記載の発明では、車両と運
転者との接近状況に応じた通電量がヒータに供給され
る。このため、長時間にわたってヒータに対して不必要
に大きな電力が供給されることが防止される。従って、
本発明によれば、省電力化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空燃比センサのヒータ制御装置が適用
された内燃機関のシステム構成図である。

【図２】本実施例のシステムが備える空燃比センサの内
部構成をＥＣＵとの接続回路と共に示す図である。

【図３】プリヒートの際にＥＣＵが使用するマップＭの
構成例を示す図である。

【図４】プリヒートにおける目標素子温度を決定すべく
ＥＣＵが実行するルーチンを説明するためのフローチャ
ートである。

【図５】ＥＣＵが空燃比センサのプリヒートを実現すべ
く実行するルーチンのフローチャートである。

【図６】プリヒートにおける目標素子温度を決定すべく
ＥＣＵが実行するルーチンを説明するためのフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１０ＥＣＵ５４触媒コンバータ５６、５８空燃比センサ６４送信器６５受信器６６センサ素子６８ヒータ７５車載バッテリー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者泉谷尚秀愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G084 BA00 CA01 DA09 EA11 EB08 EC03 FA00 FA29 3G301 HA01 JA03 KA01 MA01 ND01 PA11Z PD05A PD05Z PD09A PD09Z PE01Z PE08Z PG00Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関に設けられた空燃比センサが備
えるヒータに対して機関始動前に通電を行うプリヒート
手段を有する空燃比センサのヒータ制御装置であって、車両と運転者との接近状況を検出する接近状況検出手段
と、運転者が車両に対して所定距離以内に接近した場合に前
記プリヒート手段によるヒータへの通電を許可する許可
手段とを備え、前記プリヒート手段は、前記許可手段により許可された
場合に前記ヒータに対する通電を開始することを特徴と
する空燃比センサのヒータ制御装置。
【請求項２】請求項１記載の空燃比センサのヒータ制
御装置であって、車両と運転者との接近状況に応じて前記プリヒート手段
による前記ヒータへの通電量を設定する通電量設定手段
を備えることを特徴とする空燃比センサのヒータ制御装
置。