JP2003097323A

JP2003097323A - 排気ガスセンサのヒータ制御装置

Info

Publication number: JP2003097323A
Application number: JP2001292169A
Authority: JP
Inventors: Kozo Katogi; 工三加藤木; Yuji Ikeda; 勇次池田; Hiroshi Sekine; 関根　　寛; Junichi Noda; 淳一野田; Mitsuyoshi Okada; 光義岡田
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2003-04-03

Abstract

(57)【要約】【課題】リニア空燃比センサのセンサ素子に付着する
結露水の存在による該センサ素子の破損を防止すること
ができる排気ガスセンサのヒータ制御手段を提供する。【解決手段】排気ガスセンサ素子と該センサ素子を加
熱するヒータとが配列される排気ガスセンサのヒータ制
御装置であって、該制御装置は、エンジンの排気管周囲
の外気温度を推定する手段を有し、外気温度推定値に応
じて前記ヒータ又は前記センサ素子のいずれかの温度を
制御してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気ガスセンサの
ヒータ制御装置に係り、特に、排気ガスセンサ素子と該
センサ素子を加熱するヒータとがともにプレート状で並
列に配置される排気ガスセンサのヒータ制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年の排気ガス低減の規制等では、排気
ガスの空燃比をより精密に制御することを必要としてい
る。よって、これまで使われてきたＯ２センサでは、該
Ｏ２センサの出力がリッチ状態とリーン状態との２値の
みを示していることから、前記Ｏ２センサを使った空燃
比制御では排気ガスの空燃比をより精密に制御すること
が困難である。そこで、リニアに排気ガスの空燃比を測
定するリニア空燃比センサが使われており、排気ガスの
空燃比を目標空燃比に制御することが容易になり、排気
ガスの一層の低減を図ることが可能になる。

【０００３】しかし、前記リニア空燃比センサによって
空燃比を測定するには、前記センサ内の酸素イオンの移
動度が高くなる温度に至るまで前記センサを加熱する必
要がある。つまり、従来のＯ２センサ（約３００℃）に
対してより高温（約６００℃以上）で前記リニア空燃比
センサを作動させる必要がある。このため、前記リニア
空燃比センサは、前記Ｏ２センサに用いられるヒータよ
りも、発熱量の大きなヒータを用いて加熱することが必
要になる。

【０００４】そして、該リニア空燃比センサには、例え
ば、排気ガスセンサ素子（以下、センサ素子とする。）
と該センサ素子を加熱するヒータとがともにプレート状
で並列に配置されるものがあり、この構成では、前記セ
ンサ素子に生じる熱応力を考慮して加熱しなければなら
ない。このような問題に対処するべく、リニア空燃比セ
ンサの取り付け位置周辺の温度を考慮したヒータ制御装
置の技術が提案されている（例えば、特開２００１−４
１９２３号公報参照）。該提案の技術は、前記リニア空
燃比センサに設けられたプロテクタカバーの穴から排気
管内に液滴の形で浸入する水が、センサ素子割れを起こ
すことに着目し、これを防止するためのヒータ制御装置
の技術である。

【０００５】また、前記と同様なヒータ制御装置の他の
一例としては、排気管の壁面に水分が付着していると判
断したときには、排気の流速を抑制してヒータへの通電
を制限するもの、バッテリの電圧に基づいてヒータに供
給される電力を設定するもの、センサ素子の昇温率に応
じてヒータ通電デューティを制御するもの、機関水温に
基づいてヒータ通電デューティを制御するもの、排気管
の温度に基づいてヒータの通電を開始するもの等、ヒー
タ制御装置の技術が各種提案されている（例えば、特開
２００１−４１９２３号公報、特開２０００−２９２４
０７号公報、特開平１１−１８３４３１号公報、特開平
１１−２６４８１１号公報、特開２０００−９７９０２
号公報等参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記の従来
技術のうち、例えば、特開２００１−４１９２３号公報
所載の技術は、液滴が前記プロテクタカバーの穴を介し
て前記センサ素子に直接にかかることを防止するべく、
前記プロテクタカバーの穴の配置設計がなされている
が、通常、前記液滴が前記センサ素子に直接にかかる可
能性は低いものと考えられる。また、該公報所載の技術
では、排気管温度を推定する手段が、触媒温度の出口又
は触媒内部の温度を測定する構成とされているので、前
記リニア空燃比センサの取り付け位置付近の温度とは異
なった値を示しているとも考えられる。

【０００７】また、エンジン停止後１０分間から１時間
程度の如く、比較的短時間の放置後に再始動する場合に
は、前記エンジンの水温はあまり下がらないものの、前
記排気管の温度は、該排気管周囲の外気温度と同等程度
にまで冷却されることから、前記排気管の内部に溜まっ
た水蒸気が結露し、前記リニア空燃比センサの内部にも
結露が生じ得る。そして、該結露水は、前記センサ素子
及びヒータの各表面に付着し、この状態で前記ヒータの
温度を直ちに６００℃に達するようなヒータ制御を行う
と、前記センサ素子における前記ヒータからの熱を受け
る面側と、その面側の反対面側との間には温度差が生
じ、前記センサ素子には過大な熱応力が生じることか
ら、前記センサ素子が破損してしまうという問題があ
る。

【０００８】これは、特に、センサ素子と該センサ素子
を加熱するヒータとがともにプレート状で並列に配置さ
れるリニア空燃比センサの場合に不都合が生ずることに
なる。しかし、前記従来技術は、前記排気管の温度が低
い場合には、前記センサ素子の表面に結露水が存在して
しまうことについては、いずれも格別の配慮がなされて
いない。

【０００９】本願発明者は、前記センサ素子と該センサ
素子を加熱するヒータとがともにプレート状で並列に配
置されるリニア空燃比センサに対する前記ヒータの温度
制御において、前記排気管の温度は、前記エンジン水温
と異なり、前記排気管周囲の外気温度と特定の関係があ
るとの知見を得、該知見から前記センサ素子に付着して
しまう結露水の存在によって生ずる前記センサ素子の破
損を防止することができることを見いだしたものであ
る。

【００１０】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、リニア空燃比セン
サのセンサ素子に付着する結露水の存在による該センサ
素子の破損を防止することができる排気ガスセンサのヒ
ータ制御手段を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
本発明に係る排気ガスセンサのヒータ制御手段は、排気
ガスセンサ素子と該センサ素子を加熱するヒータとが配
列される排気ガスセンサのヒータ制御装置であって、該
制御装置は、エンジンの排気管周囲の外気温度を推定す
る手段を有し、外気温度推定値に応じて前記ヒータ又は
前記センサ素子のいずれかの温度を制御することを特徴
としている。

【００１２】前記の如く構成された本発明の排気ガスセ
ンサのヒータ制御装置は、外気温度を推定する手段が、
エンジンの排気管周囲の外気温度推定値を求め、これに
応じてヒータ又はセンサ素子のいすれかの温度を制御
し、センサ素子に結露水が付着している場合には、該セ
ンサ素子に生ずる熱応力が過大にならないように前記ヒ
ータ又はセンサ素子の温度を設定しているので、前記セ
ンサ素子の破損を防止することができ、しかも、結露水
が付着している場合においても、センサの活性化をより
確実に、かつ、従来に比してより早く行えるので、空燃
比制御の可能な運転領域の拡大を図ることができる。

【００１３】また、本発明に係る排気ガスセンサのヒー
タ制御装置の具体的態様は、前記外気温度を推定する手
段は、前記エンジンの制御に必要なパラメータに基づい
て前記外気温度推定値を求めていること、若しくは前記
エンジンの制御に必要なパラメータは、吸気温度センサ
で検出される吸気温度、及び／又はエンジン水温センサ
で検出される水温であること、又は前記外気温度を推定
する手段は、前記排気管の排気温度センサで検出される
温度に基づいて前記外気温度推定値を求めていることを
特徴としている。

【００１４】さらに、本発明に係る排気ガスセンサのヒ
ータ制御装置の他の具体的態様は、前記制御装置は、前
記外気温度推定値が低い場合には、前記ヒータ又は前記
センサ素子の温度を低く設定すること、前記低く設定さ
れる前記ヒータ又は前記センサ素子の温度は、前記外気
温度推定値に応じて求められる所定時間分の設定が行わ
れ、前記所定時間の経過後に前記ヒータ又は前記センサ
素子の温度を昇温させること、前記低く設定される前記
ヒータ又は前記センサ素子の温度は、前記排気管内部の
結露点温度以上とされていること、又は前記低く設定さ
れる前記ヒータ又は前記センサ素子の温度は、１０℃以
上であって、３００℃未満であることを特徴としてい
る。

【００１５】さらにまた、本発明に係る排気ガスセンサ
のヒータ制御装置のさらに他の具体的態様は、前記制御
装置は、前記吸気温度センサ又は前記水温センサが故障
している場合には、前記ヒータ又は前記センサ素子の温
度を低く設定すること、若しくは前記低く設定される前
記ヒータ又は前記センサ素子の温度は、前記外気温度推
定値に応じて求められる所定時間分の設定が行われ、前
記所定時間の経過後に前記ヒータ又は前記センサ素子の
温度を昇温させることを特徴としている。

【００１６】また前記制御装置は、前記ヒータに印加さ
れる電力を演算して前記ヒータの温度を推定しているこ
と、又は前記制御装置は、前記ヒータに印加される電圧
値又は電流値に異常が検出された場合には、前記ヒータ
の温度制御を停止させることを特徴としている。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の実施形
態について説明する。

【００１８】図１は、本実施形態の排気ガスセンサのヒ
ータ制御装置を備えたエンジンシステムの全体構成図で
ある。エンジン１００の各気筒１０７に導入される空気
は、エアクリーナ１０６から取り入れられて吸気管１０
８内に入る。吸気管１０８には、吸入空気量Ｑａを調整
するスロットルバルブ１０４、吸気管１０８内の圧力を
検出する吸気管圧力センサ１１４、吸気管１０８内の温
度を検出する吸気温度センサ１２１が、各々の適宜位置
に配置される。また、前記吸気管１０８には、前記スロ
ットル弁１０４をバイパスし、エンジン１００のアイド
ル運転時のエンジン回転数が目標回転数になるように制
御するアイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣバ
ルブ）１０５が適宜位置に配置される。

【００１９】燃料は、燃料タンク１１２から燃料ポンプ
１１７を介して燃圧制御弁１１９に輸送され、燃圧制御
弁１１９で一定の燃料圧力とされる。前記スロットル弁
１０４で流量調整された空気は、前記気筒１０７の上流
側に配設される燃料噴射弁（インジェクタ）１０１から
噴射された燃料と混合されて各気筒１０７に供給・燃焼
される。

【００２０】前記各気筒１０７で燃焼した燃料の排ガス
は、排気管１０９を通じて触媒１１８に導かれ、浄化さ
れた後に排出される。排気管１０９には、排気空燃比
（酸素濃度）に対してリニアな空燃比信号を出力する排
気ガスセンサの一態様であるリニア空燃比センサ１１
６、排気管１０９内部の温度を検出する排気温度センサ
１２２が、各々の適宜位置に配置されている。さらに、
エンジン回転数を検出するクランク角センサ１１１、及
びエンジン冷却水温を検出する水温センサ１１０等が、
前記エンジン１００の各々の適宜位置に配置されてい
る。なお、前記リニア空燃比センサ１１６は、排気ガス
センサ素子（以下、センサ素子とする。）と、このセン
サ素子を加熱するヒータとからなり、後述するように、
ともにプレート状であり、所定間隔を有して配置されて
いる。

【００２１】前記水温センサ１１０、前記吸気温度セン
サ１２１、及び前記排気温度センサ１２２のほか、前記
吸気管圧力センサ１１４、吸入空気流量計１１５、前記
リニア空燃比センサ１１６、スロットルポジションセン
サ１１３、前記クランク角センサ１１１、並びにカム角
センサ１１２等からの各出力信号は、後述するヒータ制
御装置１２０Ａを備えたエンジン制御装置１２０に各々
入力される。

【００２２】該エンジン制御装置１２０は、車体あるい
はエンジンルーム内に配置され、前記種々のセンサから
出力される電気的な信号に基づいて、所定の演算処理を
行い、運転状態に最適な制御を行うべく、前記インジェ
クタ１０１の開閉、点火コイル１０３を介した点火プラ
グ１０２の駆動、及び前記ＩＳＣバルブ１０５の開閉等
を行う信号を各々出力する。

【００２３】図２は、前記エンジン制御装置１２０の内
部構成を示したものである。該エンジン制御装置１２０
の内部は、数値・論理演算を行うＣＰＵ４０１、ＣＰＵ
４０１が実行する多数の制御プログラム及びデータを格
納させたＲＯＭ４０２、計算結果等が一時的に格納され
るＲＡＭ４０３、前記エンジン１００の各種センサから
のアナログ電圧を取り込むＡ／Ｄ変換器４０４、運転状
態を示すスイッチからの信号を取り込むデジタル入力回
路４０５、パルス信号の時間間隔又は所定時間内のパル
ス数を取り込むパルス入力回路４０６、ＣＰＵ４０１の
演算結果に基づいて各種アクチュエータのオン・オフを
行うデジタル出力回路４０７、パハス出力回路４０８、
後述する自己診断ツール等とのデータの出力又は外部か
らの通信コマンドを入力する通信回路４０９等から構成
される。

【００２４】具体的には、エンジン制御装置１２０は、
吸気管圧力センサ１１４又は吸入空気流量計１１５の出
力を取り込み、センサ信号電圧を所定のテーブル変換に
基づいて単位時間当たりの実際の吸入空気量Ｑａを算出
するとともに、クランク角センサ１１１のパルス信号を
計測し、所定時間内のパルス数又はパルスエッジの時間
間隔ＴＤＡＴＡに応じてエンジン１００の回転数ＮＤＡ
ＴＡを計算する。そして、前記吸入空気量Ｑａを前記回
転数ＮＤＡＴＡで除し、さらに気筒数で除することによ
り、１気筒の１回毎の吸入空気量Ｑａｃｙｌを計算す
る。

【００２５】次に、該吸入空気量Ｑａｃｙｌにインジェ
クタ１０１の流量特性から求められる所定の係数ＫＴＩ
を乗じて、該吸入空気量Ｑａｃｙｌで燃焼できる燃料噴
射量ＴＩが求められ、空燃比制御補正量ＡＬＰＨＡｎを
含んだ補正係数ＣＯＥＦｎを乗じてインジェクタ１０１
を所定時間開弁させることにより、必要とする燃料量を
噴射して、１燃焼毎の混合気を生成する。なお、燃料噴
射量ＴＩの算出は、次の式（１）に基づいて行われる。

【００２６】

【数１】ＴＩ＝ＣＯＥＦｎ×ＫＴＩ×Ｑａｃｙｌ（１）ここで、ＣＯＥＦｎは補正係数であり、該補正係数ＣＯ
ＥＦｎの算出は、次の式（２）に基づいて行われる。

【００２７】

【数２】ＣＯＥＦｎ＝１＋ＡＬＰＨＡｎ＋増量補正項（２）なお、添え字ｎは気筒番号であり、気筒１０７別に制御
する場合には、ｎを１から気筒番号毎に別々のパラメー
タとする。また、前記吸入空気量Ｑａｃｙｌは、エンジ
ン１００の出力に比例するので、前記吸入空気量Ｑａｃ
ｙｌに乗数を乗じて最大の出力時を１００％とする負荷
率ＬＤＡＴＡに換算することができる。

【００２８】図３は、前記リニア空燃比センサ１１６の
構成図及び特性図である。該リニア空燃比センサ１１６
は、（ａ）に示すように、センサ素子１１６Ｓと該セン
サ素子１１６Ｓを加熱するヒータ１１６Ｈとがともにプ
レート状である、いわゆる板型の排気ガスセンサであ
り、センサ素子１１６Ｓとヒータ１１６Ｈとは、所定間
隔で並列に配置されている。

【００２９】また、リニア空燃比センサ１１６は、排気
管１０９の排気ガス中に含まれる残存酸素量を検出、排
気ガスの実空燃比（ＲＡＢＦｎ）を測定し、その酸素濃
度に応じた電圧信号をエンジン制御装置１２０に出力す
る。つまり、測定される空燃比に対してセンサに流れる
空燃比測定電流が変化し、この空燃比測定電流を測定用
抵抗に流して該測定用抵抗の両端に生じるセンサ電圧を
測定し、該センサ電圧から排気ガスの実空燃比（ＲＡＢ
Ｆｎ）が換算される。

【００３０】そして、前記実空燃比と目標空燃比（ＴＡ
ＢＦｎ）とを比較し、該目標空燃比とのずれ（ＤＡＢ
Ｆ）を求め、前記実空燃比が前記目標空燃比よりも高い
場合（リーン状態）には、前記空燃比補正係数ＡＬＰＨ
Ａｎを大きく補正し、一方、低いとき（リッチ状態）に
は、前記空燃比補正係数ＡＬＰＨＡｎを小さく補正す
る。

【００３１】前記目標空燃比は、エンジン１００の運転
状態に応じて設定される。例えば、エンジン出力が比較
的小さい場合には、燃焼に必要な燃料量は少なくて済む
ことから、大量の空気又は大量のＥＧＲをかけることに
よってリーンバーンを行い、燃焼時のポンピングロスを
低減させる。一方、エンジン出力が大きい場合には、燃
焼に必要な燃料と空気の比率（当量比）を理論燃空比に
相当する値（ストイキ）として燃焼効率が高められてお
り、前記当量比の逆数が目標空燃比とされる。

【００３２】ここで、排気ガスに含まれるＮＯｘ、未燃
焼のＨＣ成分等の排ガス物質は、そのまま大気中に排出
されると、大気汚染の原因となるので、触媒１１８内で
ＮＯｘ、ＨＣをＮ２やＨ２Ｏ、ＣＯ２に分解・浄化して
排出する。この触媒１１８内で効率良く前記排ガス物質
を分解・浄化するためには、触媒１１８の浄化効率の高
い空然比でエンジン１００を動作させることが肝要であ
り、概ね、ストイキでエンジン１００を動作させると、
触媒後１１８の排気ガス物質が分解・浄化される。

【００３３】このとき、例えば、ストイキ点では下記の
ような化学反応が生じる。

【化１】ＣｍＨｎ＋（ｍ＋ｎ／２）Ｏ２→ｍＣＯ２＋ｎ
／２Ｈ２Ｏここでガソリン成分の炭化水素は、炭素量ｍが大きいの
で、ｎ＝２＊ｍと近似すると、

【化２】ＣｍＨ２ｍ＋（２ｍ）Ｏ２→ｍＣＯ２＋ｍＨ２Ｏという近似式に変換できるので、１モルに換算すると、

【化３】ＣｍＨ２ｍ＝ｍ＊１４２ｍＯ２＝ｍ＊６４となるので、ガソリン１４グラムに対して酸素６４グラ
ムが必要になる。このとき、水１８グラムが生じる。

【００３４】上記の計算式では、炭化水素を特定せずに
近似したが、通常、ガソリン成分を特定した場合には、
ガソリン質量に対して１４．７倍の大気が必要とされ、
ガソリン質量の約１．４倍程度の水が生成される。

【００３５】エンジン回転数Ｎとすると、空気量ＱＡ
は、次の式（３）で求められる。

【数３】ＱＡ＝Ｖ×η×Ｎ／２（３）ここで、Ｖは排気量、ηは吸気効率であり、これにより
ＱＡの空気量が燃焼される。そして、例えば、アイドル
時にはN＝６００ｒ／ｍｉｎ、V＝２Ｌ、η＝１０%、と
すると、空気量ＱＡは、上記式（３）から、ＱＡ＝６０
０×２×（１０／１００）／２＝６０Ｌ／ｍｉｎとな
り、大気質量を１ｇ／Ｌとすると、ガソリン質量は、６
０／１４．７（≒４）ｇ／ｍｉｎが消費され、約６ｇ／
ｍｉｎの水が生成される。

【００３６】ここで、燃焼室内での温度は１００℃以上
であるから、排気管１０９内において大気圧（約０．１
ＭＰａ）の下では、水は、水蒸気として排気管１０９に
流れる。この場合、排気管１０９の内壁温度が１００℃
以上であれば、水蒸気のまま大気に放出されるが、エン
ジン始動時、若しくは、大気温度が低く、排気管１０９
が冷やされている状態では、排気管１０９の内壁温度が
１００℃以下になり、露点温度以下においては、水蒸気
が冷却されて排気管１０９の内壁表面に結露水が付着す
ることになる。

【００３７】図４は、リニア空燃比センサ１１６を保護
するプロテクタ構造を説明する図である。図示のよう
に、排気管１０９の内壁表面の結露水が、排気ガスの流
れに乗ってセンサのプロテクタチューブにかかっても、
該プロテクタチューブに設けられた穴からの水の浸入防
止を行う構造が取られている。つまり、（ａ）及び
（ｂ）のように、前記プロテクタチューブは、内側と外
側との二重構造にされ、しかも、前記各プロテクタに設
けられた穴が重ならないように、若しくはセンサ素子１
１６Ｓの位置には穴を設けないようにされ、排気管１０
９の内壁表面の結露水が直接にセンサ素子１１６Ｓにか
からないようにされている。しかし、センサ素子１１６
Ｓ自体が露点温度以下になれば、別の問題が生ずる。な
ぜならば、排気ガス中の水蒸気が前記内側のプロテクタ
チューブの内部で結露するからである。

【００３８】特に、エンジン始動時には、最初の爆発が
起こるまでは吸気効率を上げ、かつ、必要な空燃比を１
４．７以下にして回転が維持されるので、吸入空気量は
アイドル時よりも大きくなる。ここで、エンジン水温が
１０℃以下の場合には、エンジン１００の暖機を促進す
るために、通常のアイドル時よりも回転数を１０００ｒ
／ｍｉｎ〜１５００ｒ／ｍｉｎ程度に高く設定し、ま
た、空燃比を若干リッチにすることから、通常のアイド
ル時よりも多くのガソリンが噴射され、排気ガス中の水
蒸気も５〜１０ｇ／ｍｉｎ程度発生する。さらに、エン
ジン水温が１０℃以下の場合には、リニア空燃比センサ
１１６付近の排気管１０９周囲の温度は、外気温度に相
当するので、前記水蒸気が冷却され、リニア空燃比セン
サ１１６の内部にも結露水が付着してしまう。

【００３９】なお、エンジン１００が運転状態であれ
ば、排気ガスは排気管１０９の温度よりも高いので、結
露水の増加はあまりないが、そこからエンジン１００が
停止された場合には、排気管１０９内の水蒸気は一時的
に排気管１０９内に溜まり、排気管１０９の温度の低下
とともに、水蒸気が排気管１０９の内壁に結露すること
になる。

【００４０】図５は、前記排気管１０９の内部の結露水
を説明する図である。（ａ）に示すように、エンジン停
止に伴ってエンジン水温が低下し、（ｂ）に示すよう
に、排気管温度も低下する。そして、（ｃ）に示すよう
に、露点以下になると、排気管１０９内の水蒸気は、結
露水となって排気管１０９の内壁に付着し、エンジン停
止後からしばらくして結露水が増大し、その後、排気管
温度と外気温度との差が無くなるに連れて、結露水は徐
々に蒸発し、減少することが分かる。

【００４１】図６は、前記排気管１０９の温度変化を示
した図である。排気ガス温度には、エンジン１００の始
動後間もなく急に立ち上がるが、前記排気管１０９の温
度は、（ａ）に示すように、結露する場合には、該結露
しないときに比して、排気管１０９の温度の温度上昇に
滞留させる時間が存在することが分かる。そして、外気
温度が低い場合には、結露水がより増えるので、前記滞
留時間もより長くなる。なお、前記排気管１０９の温度
は、（ｂ）に示すように、前記結露水の蒸発後に立ち上
がる。

【００４２】図７は、リニア空燃比センサ１１６のセン
サ素子１１６Ｓの温度変化等を示した図である。上述の
如く、前記リニア空燃比センサ１１６は、センサ素子１
１６Ｓと該センサ素子１１６Ｓを加熱するヒータ１１６
Ｈとが、ともにプレート状に所定間隔で配列されてお
り、（ａ）に示すように、センサ素子１１６Ｓには、ヒ
ータ１１６Ｈに対面するヒータ面と、ヒータ１１６Ｈか
ら遠い側の面とを有していることが分かる。

【００４３】そして、排気管１０９が外気温度によって
冷却され、センサ素子１１６Ｓ及びヒータ１１６Ｈに結
露水が存在している状態でエンジン１００を始動させ、
ヒータ１１６Ｈが、前記センサ１１６の活性化温度（６
００℃）に直ちに設定されると、センサ素子１１６Ｓの
うち、前記ヒータ１１６Ｈに対面するヒータ面では、
（ｂ）に示すように、ヒータ１１６Ｈからの輻射熱によ
って前記結露水が蒸発され、ヒータとほぼ同じ温度にな
る一方で、前記ヒータ１１６Ｈから遠い側の面では、熱
伝達の遅れによって前記結露水が未だ蒸発されず、前記
結露水が蒸発されるまでの時間は、沸点たる１００℃の
表面温度に維持され、その蒸発後に前記活性化温度に達
することになる。つまり、前記ヒータ１１６Ｈから遠い
側の面では、前記結露水の蒸発後に急激に前記活性化温
度に達することから、（ｃ）に示すように、単位時間当
たりの温度上昇率も高くなり、センサ素子１１６Ｓの内
部には、大きな熱応力が生じ、センサ素子１１６Ｓの破
損の誘因となっている。

【００４４】そこで、本実施形態の排気ガスセンサのヒ
ータ制御装置１２０Ａは、このようなセンサ素子１１６
Ｓの破損を防ぐべく、リニア空燃比センサ１１６の内部
に前記結露が生ずる状況においては、リニア空燃比セン
サ１１６を取り付ける位置付近の排気管１０９の内壁温
度が、排気管１０９周囲の外気温度に相当することに着
目して、以下の如くのヒータ制御を行っている。

【００４５】図８は、前記ヒータ制御装置１２０Ａの制
御ブロック図である。該ヒータ制御装置１２０Ａは、外
気温度推定手段８０１と、結露水推定手段８０２と、結
露水蒸発手段８０３と、目標ヒータ・センサ温度設定手
段８０４と、ヒータデューティ演算手段８０５とから構
成され、さらに、後述する吸気温度センサ１２１及び水
温センサ１１０等の故障判定手段によってヒータ１１６
Ｈの温度制御を行っている。

【００４６】外気温度推定手段８０１は、エンジン１０
０の排気管１０９周囲の外気温度推定値を求める手段で
あり、エンジン１００の制御に必要なパラメータ、具体
的には、吸気温度センサ１２１で検出される吸気温度Ｔ
ＡＮと、エンジン水温センサ１１０で検出される水温Ｔ
ＷＮとに基づいて外気温度推定値を演算する、又は排気
管１０９の排気温度センサ１２２で検出される温度ＴＥ
ＸＨに基づいて外気温度推定値を測定するものであり、
後述のように、前記外気温度推定値の演算値又は測定値
のいずれかを外気温度推定値ＴＥＸとして状況に応じて
選択する。

【００４７】結露水推定手段８０２は、外気温度推定値
ＴＥＸが所定温度よりも低い場合には、排気管１０９内
で結露水が生じていることを鑑み、エンジン１００の運
転状態に応じて結露水が生じているか否かを判定する手
段である。結露水蒸発手段８０３は、前記結露水推定手
段８０２から結露水が生じていると判定された場合に
は、該結露水の蒸発を指示する手段である。

【００４８】目標ヒータ・センサ温度設定手段８０４
は、前記結露水蒸発手段８０３からの指示があった場合
には、目標ヒータ温度若しくは目標センサ素子温度を一
時低く設定し、指示がないときには、リニア空燃比セン
サ１１６の活性化温度に相当する目標ヒータ温度若しく
は目標センサ素子温度を設定する手段である。ヒータデ
ューティ演算手段８０５は、前記目標ヒータ・センサ温
度設定手段８０４からの出力信号に応じてヒータ制御デ
ューティを演算する手段である。

【００４９】図９は、外気温度推定手段８０１を説明す
る図である。（ａ）に示すように、吸気温度センサ１２
１は、インテークマニホールド内の温度を測定してお
り、これは外気温度と一致しない。なぜならば、外気が
エンジンルーム内に入ったときには、外気は、外気温度
よりもエンジン自体の発熱によって上昇するからであ
り、また、前記インテークマニホールドもまた、エンジ
ン水温の影響を受け、外気温度と一致しないからであ
る。

【００５０】よって、外気温度推定手段８０１は、
（ｂ）に示すように、外気温度推定値を求めるにあた
り、吸気温度とエンジン水温とからエンジン１００の発
熱による熱伝導を考慮し、吸気温度センサ１２１及びエ
ンジン水温センサ１１０による各出力値を用いて外気温
度の初期温度とするか、又は排気温度センサ１２２によ
る排気温度の初期値を用いて外気温度の初期温度とする
かによって以下の（ｃ）に示す如く推定している。

【００５１】まず、推定係数ＣＴＥＸをエンジンの運転
状態（回転数ＮＤＡＴＡ・負荷ＬＤＡＴＡ）からマップ
値として次の式（４）のように求める。

【数４】ＣＴＥＸ＝ＭＡＰＣＴＥＸ（ＮＤＡＴＡ、ＬＤＡＴＡ）（４）この推定係数ＣＴＥＸを用いて、外気温度推定値ＴＥＸ
が、吸気温度ＴＡＮと水温ＴＷＮとから次の式（５）に
より求められる。

【数５】ＴＥＸ＝ＴＡＮ×（１＋ＣＴＥＸ）−ＴＷＮ×ＣＴＥＸ（５）ここで、エンジン運転状態は短時間で変化するが、外気
温度の変化は運転状態の変化に対して遥かに小さいの
で、外気温度推定値ＴＥＸに対してなましフィルタをか
けて推定値の変化を抑えている。また、エンジン始動時
には、吸気温度ＴＡＮはエンジンルーム内の温度に強く
反映されているので、始動時に水温ＴＷＮとの差が大き
い場合には、過去にエンジンが停止されたときの外気温
度推定値ＴＥＸを用いるものとする。

【００５２】上記において、エンジン制御装置１２０内
のデータバックアップが消失されているときには、過去
にエンジンが停止したときの外気温度推定値が存在しな
いことから、前記吸気温度と前記水温とのうち、いずれ
か低い方を選択して外気温度推定値とする。さらに、吸
気温度ＴＡＮが外気温度推定値ＴＥＸよりも低くなる場
合には、低い吸気温度ＴＡＮをそのまま外気温度推定値
ＴＥＸにしても良いものであり、これらの場合にも、セ
ンサ素子１１６Ｓの破損を防ぐことができる。

【００５３】一方、外気温度推定手段８０１は、外気温
度推定値の前記演算値と測定値との選択を行うために、
排気温度センサ１２２の排気ガス温度測定値ＴＥＸＨに
応じて外気温度推定値ＴＥＸをマップ値として次の式
（６）のように求める。これは、排気ガス温度測定値Ｔ
ＥＸＨは、エンジン運転状態によって変化するので、予
め複数の運転状態での排気ガス温度を測定しておき、外
気温度推定値ＴＥＸを求めるものである。

【数６】ＴＥＸＨ＝ＭＡＰＴＥＸ（ＮＤＡＴＡ、ＬＤＡＴＡ）（６）そして、所定のなましフィルタを通した結果を外気温度
推定値ＴＥＸとする。

【００５４】そして、ヒータ制御装置１２０Ａは、後述
するように、排気管１０９周囲の外気温度が露点温度以
下、例えば、１０℃以下の場合には、結露水推定手段８
０２にて排気管１０９内に結露水が存在していることが
分かり、リニア空燃比センサ１１６内部にも結露水が存
在していると考えられるので、結露水蒸発手段８０３に
よる指示に基づき、目標ヒータ・センサ温度設定手段８
０４及びヒータデューティ演算手段８０５を介して、ま
ず、センサ素子１１６Ｓの表面の結露水を蒸発させ、リ
ニア空燃比センサ１１６が活性化する温度に至る前にヒ
ートアップさせる。

【００５５】より具体的には、センサ素子１１６Ｓに直
接に水が滴下された場合には、センサ素子１１６Ｓに破
損をきたす温度は、約３００℃であることが実験により
分かっており、また、センサ素子１１６Ｓの温度は、ヒ
ータ１１６Ｈの温度ＴＨＥＡＴと外気温度推定値ＴＥＸ
とに依存することから、目標ヒータ・センサ温度設定手
段８０４は、センサ素子１１６Ｓの温度を１０℃〜３０
０℃、好ましくは１００℃〜３００℃に維持させて、セ
ンサ素子１１６Ｓの破損が発生しないように、センサ素
子１１６Ｓの表面の結露水を蒸発させている。

【００５６】図１０は、前記ヒータ１１６Ｈの温度の推
定を説明する図である。ヒータ１１６Ｈの温度ＴＨＥＡ
Ｔは、該ヒータに印加される電力を演算して推定されて
おり、図示のように、まず、バッテリ電圧ＶＢとヒータ
電流ＡＦＨＩとを取り込み、ヒータ１１６Ｈに印加され
る電力ＡＦＰを求める。

【００５７】ここで、ヒータ１１６Ｈに印加される電力
が大きいと、ヒータ自身の内部と外側との温度差による
熱応力によりヒータ１１６Ｈ自身が破損し得ることか
ら、ヒータデューティ演算手段８０５は、ヒータ１１６
Ｈに印加できる電力の上限値ＡＦＰＭＡＸを設け、この
最大電力ＡＦＰＭＡＸ以下になるように、ヒータ出力を
デューティ制御する。

【００５８】このため、デューティＤＵＴＹは、バッテ
リ電圧ＶＢ×ヒータ電流ＡＦＨＩで表されることから、
ＤＵＴＹ≦ＡＦＰＭＡＸ／（ＶＢ×ＡＦＨＩ）となるよ
うにする。このとき、実際のヒータ電力ＡＦＰは、ＶＢ
×ＡＦＨＩ×ＤＵＴＹで求められるが、配線のドロップ
電圧や出力トランジスタのドレイン−ソース（コレクタ
ーエミッタ）間の電圧ＶＤＳが無視できない場合には、
ヒータ素子１１６Ｈに印加される電圧ＶＢＲＥＡＬを演
算する必要がある。

【００５９】そして、この電圧ＶＢＲＥＡＬは、次の式
（７）又は（８）のように求められる。

【数７】ＶＢＲＥＡＬ＝ＶＢ−（ドロップ分）×２−ＶＤＳ＝ＶＢ−（ＶＢ−ＶＢＨ）×２−ＶＤＳ =２×ＶＢＨ−ＶＢ−ＶＤＳ（７）ＶＢＲＥＡＬ＝ＶＢ−（ドロップ分）×２−ＶＤＳ＝ＶＢ−（ＶＤＳＨ−ＶＤＳ）×２−ＶＤＳ =ＶＢ−２×ＶＤＳＨ＋ＶＤＳ（８）ここで、ＶＢＨはヒータ素子１１６ＨのＶＢ側端子にお
ける実際の電圧モニタ値であり、ＶＤＳＨはトランジス
タ側端子の電圧モニタ値である。

【００６０】そして、ヒータ電力ＡＦＰは、次の式
（９）で求められる。

【数８】ＡＦＰ＝ＶＢＲＥＡＬ×ＡＦＨＩ×ＤＵＴＹ（９）さらに、ヒータ電力の積算値ＡＦＰＳＧＭをヒータ１１
６Ｈのデューティ計算毎に次の式（１０）のように求め
ると、

【数９】ＡＦＰＳＧＭ＝ＡＦＰＳＧＭ［ｉ−１］＋ＡＦＰ（１０）そして、この積算値ＡＦＰＳＧＭをパラメータとし、テ
ーブル検索によってヒータ温度推定値ＴＨＥＡＴＨを求
める。同時に、ヒータ電力ＡＦＰから求められる平衡状
態でのヒータ到達温度ＴＨＥＡＴＰを求め、前記ヒータ
温度推定値ＴＨＥＡＴＨと前記ヒータ到達温度ＴＨＥＡ
ＴＰのいずれか小さい方を選択することで、ヒータ温度
ＴＨＥＡＴとされている。

【００６１】なお、配線のドロップ電圧が予め測定され
ていれば、ヒータ電圧のモニタ端子は不要であり、ドロ
ップ分を固定値として良く、また、所定のデューティを
印加したときのヒータ温度を測定しておき、デューティ
とヒータ温度の関係をテーブル値としても良いものであ
る。

【００６２】図１１は、ヒータ制御装置１２０Ａの動作
フローチャートである。まず、ステップ１１０１では、
エンジンが完爆しているかどうかを判定し、エンジン完
爆状態にある場合、すなわち、ＹＥＳのときにはステッ
プ１１０２に進み、一方、エンジン完爆状態にないとき
にはステップ１１０３に進んで、ヒータ１１６Ｈをオフ
にして動作を終了する。

【００６３】ステップ１１０２では、外気温度推定手段
８０１にて、外気温度推定値ＴＥＸを求め、結露水推定
手段８０２にて、外気温度推定値ＴＥＸが所定温度（結
露が生ずる１０℃）以下であるか否かを判定し、外気温
度推定値ＴＥＸが１０℃以下である場合、すなわち、Ｙ
ＥＳのときにはステップ１１０４に進み、排気管１０９
周囲の温度が所定温度（結露が生ずる１０℃）以下であ
るか否かを判定し、排気管１０９周囲の温度が１０℃以
下である場合、すなわち、ＹＥＳのときには、結露水蒸
発手段８０３に指示を送るべく、ステップ１１０５に進
む。なお、ステップ１１０２において、外気温度推定値
ＴＥＸが１０℃以下でないときには、ステップ１１０９
に進み、目標ヒータ・センサ温度設定手段８０４及びヒ
ータデューティ演算手段８０５にて、ウォームアップを
行わずにヒータ１１６Ｈの目標温度をセンサ活性化温度
（６００℃）にする。

【００６４】一方、ステップ１１０４にて外気温度推定
値ＴＥＸが１０℃以下でないときには、ステップ１１０
６に進み、吸気温センサ１２１及び水温センサ１１０が
故障していないか否かを判定し、吸気温センサ１２１及
び水温センサ１１０が正常である場合、すなわち、ＹＥ
Ｓのときにはステップ１１０９に進み、吸気温センサ１
２１及び水温センサ１１０が故障しているときには、ス
テップ１１０５に進む。

【００６５】ステップ１１０５では、結露水蒸発手段８
０３の指示に基づいて、目標ヒータ・センサ温度設定手
段８０４及びヒータデューティ演算手段８０５にて、外
気温度等の低いことを鑑みて、ヒータ１１６Ｈの設定温
度を、排気管１０９内部の結露点温度（１０℃）以上で
あって、センサ素子１１６Ｓが破損し得る温度（３００
℃）未満にするために、ウォームアップとしてヒータ１
１６Ｈの目標温度を１００℃程度に低めに設定してステ
ップ１１０７に進む。なお、温度とヒータ出力デューテ
ィの関係が予め測定されてあるならば、目標のデューテ
ィを設定する。

【００６６】また、ステップ１１０６において、吸気温
センサ１２１及び水温センサ１１０が故障している場合
にステップ１１０５へ進むのは、後述するように、吸気
温センサ１２１及び水温センサ１１０センサが、断線若
しくはグランド・ＶＢショートしてセンサ故障と判断さ
れるときには、外気温度推定値ＴＥＸが不定となってし
まうからであり、このときのフェールセーフを図るもの
である。

【００６７】ステップ１１０７では、ヒータ１１６Ｈの
温度が低く設定される時間を前記外気温度推定値ＴＥＸ
に応じて求め、これをタイマ初期値としてステップ１１
０８に進む。ステップ１１０８では、前記タイマによる
時間が経過しているか否かを判定し、タイマによる所定
時間が経過している場合、すなわち、ＹＥＳのときに
は、ステップ１１０９に進み、一方、所定時間が経過し
ていないときには、この判定動作を繰り返す。

【００６８】ステップ１１０９では、この時点において
は、センサ素子１１６Ｓの結露水が蒸発していると考え
られるので、目標ヒータ・センサ温度設定手段８０４及
びヒータデューティ演算手段８０５にて、ヒータ１１６
Ｈの目標温度をセンサ活性化温度に設定し、一連の動作
を終了する。そして、センサ素子１１６Ｓの温度が前記
センサ活性化温度に達したらリニア空燃比センサ１１６
を作動させる。

【００６９】図１２は、前記ヒータ制御装置１２０Ａの
タイミングチャートである。（ａ）に示すように、吸気
温度センサ１２１、水温センサ１１０及び排気温度セン
サ１２２の各出力は、エンジン始動時には外気温度（１
０℃以下）に等しいものの、所定時間経過に伴い、ま
ず、水温センサ１１０で検出される温度、次に吸気温度
センサ１２１で検出される温度の順で上昇し、最後に排
気温度センサ１２２で検出される温度が上昇する。この
とき、排気管１０９の温度が１０℃以下のときには、リ
ニア空燃比センサ１１６に結露水が存在するので、
（ｂ）に示すように、ヒータ制御装置１２０Ａによるヒ
ータ１１６Ｈ又はセンサ素子１１６Ｓのいずれかの目標
温度が低めに設定され、センサ素子１１６Ｓの結露水の
蒸発が行われる。

【００７０】この前記低めに設定されるヒータ１１６Ｈ
等の目標温度は、排気温度センサ１２２で検出される温
度が滞留期間に至るまでの時間分の設定が行われ、より
具体的には、（ｃ）に示すように、センサ素子１１６Ｓ
に結露が生ずるか否かの境界温度（１０℃）に達する前
後にてタイマが０に向けて進むようになされる。そし
て、前記タイマが０になると、ヒータ１１６Ｈ等の目標
温度がセンサ活性化温度にまで昇温される。

【００７１】なお、エンジン始動時において、特に、エ
ンジン停止から再始動までの時間が極めて短いときに
は、吸気温度ＴＡＮは、外気温度に拘わらず、エンジン
ルーム内の温度に依存して上昇し、前記外気温度推定値
ＴＥＸを使うことが不適切であるとも考えられるが、こ
の場合には、エンジン始動時の水温ＴＷＮを用いてヒー
タ制御を行っても良いものである。

【００７２】図１３は、ヒータ温度とヒータ電圧との関
係を示した図である。図示のように、ヒータ温度とヒー
タ電圧とは、ヒータ電圧（電力）に応じたヒータ温度に
なるという関係があることが分かる。よって、目標ヒー
タ温度設定手段８０４は、上記の目標ヒータ温度に代え
て、目標ヒータ電圧を用いても良いものである。

【００７３】図１４は、ヒータ１１６Ｈの自己診断につ
いての説明図である。前記ヒータ制御装置１２０Ａの故
障判定手段は、以下のケース１乃至５のように、ヒータ
１１６Ｈに印加される電圧値又は電流値に異常が検出さ
れた場合には、ヒータ１１６Ｈの温度制御を停止させ、
ヒータ制御装置１２０Ａの信頼性の向上を図っている。

【００７４】まず、ケース１は、ヒータ出力をオンにし
ても、ヒータ電流がゼロであって、ヒータ配線ドロップ
電圧もゼロである場合であり、このときには、ヒータ１
１６Ｈ又はヒータ配線が断線している可能性があるの
で、ヒータ１１６Ｈの温度制御を停止させても良いが、
ヒータ１１６Ｈに印加される電圧がゼロになるので、ヒ
ータ１１６Ｈが過熱となることはない。

【００７５】次に、ケース２は、ヒータ出力をオンにし
ても、ヒータ電流がゼロであって、ヒータ配線ドロップ
電圧がゼロではない場合であり、このときには、ヒータ
出力端子がグランドにショートしている可能性があるの
で、ヒータ１１６Ｈの温度制御を停止させる必要があ
る。

【００７６】また、ケース３は、ヒータ出力をオフにし
ても、ヒータ電流がゼロにならない場合であり、このと
きには、出力トランジスタの故障が考えられ、さらに、
ケース４は、ヒータ出力をオンにした場合に、ヒータ電
流が過大となるときであり、このときには、ヒータ出力
がＶＢにショートしていることから、ヒータ１１６Ｈの
温度制御を停止させる必要がある。

【００７７】さらに、ケース５は、ヒータ出力をオンに
した場合に、ヒータ電流がゼロではないが過小の場合で
あり、このときには、ヒータ抵抗値が増加していること
から、リニア空燃比センサ１１６の劣化と判定でき、ヒ
ータ１１６Ｈの温度制御を停止させても良い。以上のよ
うに、本発明の前記各実施形態は、上記の構成としたこ
とによって次の機能を奏するものである。

【００７８】すなわち、前記実施形態の排気ガスセンサ
のヒータ制御装置１２０Ａは、リニア空燃比センサ１１
６の内部に結露が生ずる場合には、該リニア空燃比セン
サ１１６の取り付け位置付近における排気管１０９の内
壁温度が、排気管１０９周囲の外気温度に相当すること
に着目するものであり、排気管１０９の周囲の外気温度
を推定する外気温度推定手段８０１を備え、吸気温度セ
ンサ１２１で検出される吸気温度ＴＡＮと、エンジン水
温センサ１１０で検出される水温ＴＷＮとに基づいて外
気温度推定値ＴＥＸを演算し、これに応じてヒータ１１
６Ｈ又はセンサ素子１１６Ｓのいずれかの温度制御をす
るので、センサ素子１１６Ｓに生じる温度差、すなわ
ち、センサ素子１１６Ｓに対し、約１０℃以下である初
期温度から約６００℃である最終到達温度に至るまでの
間に、結露水を蒸発させる約１００℃に設定するウォー
ムアップ段階を設け、センサ素子１１６Ｓに生ずる熱応
力が過大とならずにヒータ通電量を制御するヒータ１１
６Ｈの温度制御を行い、センサ素子１１６Ｓとヒータ１
１６Ｈとがプレート状に所定間隔で配置される板型のリ
ニア空燃比センサ１１６の破損を確実に防止することが
できる。

【００７９】また、外気温度推定手段８０１は、排気管
１０９の排気温度センサ１２２で検出される排気温度の
初期値ＴＥＸＨに基づいて外気温度推定値ＴＥＸを測定
し、これに応じてヒータ１１６Ｈ又はセンサ素子１１６
Ｓのいずれかの温度制御をするので、排気管１０９の温
度が低い場合にも、センサ素子１１６Ｓに結露が生ずる
現象、及び結露水が生ずることによる前記板型のリニア
空燃比センサ１１６の破損を確実に防止することができ
る。

【００８０】さらに、センサ素子１１６Ｓに結露水が付
着している場合においても、前記板型のリニア空燃比セ
ンサ１１６の活性化をより確実に、かつ、従来に比して
より早く行うことができるので、エンジン１００の空燃
比制御が可能な水温による運転領域の拡大を図って、よ
り一層の排気レベル低減を図ることができる。以上、本
発明の実施形態について詳説したが、本発明は前記実施
形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載
された発明の精神を逸脱しない範囲で、設計において種
々の変更ができるものである。

【００８１】

【発明の効果】以上の説明から理解できるように、本発
明の排気ガスセンサのヒータ制御装置は、センサ素子に
結露水が付着している場合には、該センサ素子に生ずる
熱応力が過大にならないようにヒータ又はセンサ素子の
温度を設定し、結露水を蒸発させた後に排気ガスセンサ
の活性化を行うので、該排気ガスセンサの破損を防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態における排気ガスセンサのヒ
ータ制御装置を備えたエンジンシステムの全体構成図。

【図２】図１のエンジン制御装置の内部構成図。

【図３】図１のリニア空燃比センサの構成図及び特性
図。

【図４】図１のリニア空燃比センサを保護するプロテク
タ構造を説明する図。

【図５】図１の排気管の内部の結露水を説明する図。

【図６】図１の排気管の温度変化を示した図。

【図７】図１のリニア空燃比センサのセンサ素子の温度
変化等を示した図。

【図８】図１のヒータ制御装置の制御ブロック図。

【図９】図８の外気温度推定手段を説明する図。

【図１０】図３のヒータの温度の推定を説明する図。

【図１１】図１のヒータ制御装置の動作フローチャー
ト。

【図１２】図１のヒータ制御装置のタイミングチャー
ト。

【図１３】図３のヒータ温度とヒータ電圧との関係を示
した図。

【図１４】図３のヒータの自己診断について説明した
図。

【符号の説明】

１００エンジン１１６排気ガスセンサ（リニア空燃比センサ）１１６Ｓセンサ素子１１６Ｈヒータ１０９排気管１１０エンジン水温センサ１２０エンジン制御装置１２０Ａヒータ制御装置１２１吸気温度センサ１２２排気温度センサ８０１外気温度を推定する手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６８Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６８ＨＧ０１Ｎ 27/409 Ｇ０１Ｎ 27/46 ３２５Ｑ 27/41 27/58 Ｂ 27/419 27/46 ３２７Ｑ (72)発明者池田勇次茨城県ひたちなか市高場2477番地株式会社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者関根寛茨城県ひたちなか市高場2477番地株式会社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者野田淳一茨城県ひたちなか市高場2477番地株式会社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者岡田光義茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器グループ内Ｆターム(参考） 2G004 BB04 BD14 BJ01 BK10 BL08 3G084 CA01 CA02 CA03 DA10 DA12 DA13 DA14 DA27 DA28 EA07 EB01 EB03 EB04 3G301 HA07 JA08 JA13 JA20 JA21 KA01 KA14 KA15 KA16 NA08 NB20 ND13 ND16 PA10Z PA17Z PC05B PD05B PD11Z PD13A PE05Z PE08Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気ガスセンサ素子と該センサ素子を加
熱するヒータとが配列される排気ガスセンサのヒータ制
御装置において、該制御装置は、エンジンの排気管周囲の外気温度を推定
する手段を有し、外気温度推定値に応じて前記ヒータ又
は前記センサ素子のいずれかの温度を制御することを特
徴とする排気ガスセンサのヒータ制御装置。
【請求項２】前記外気温度を推定する手段は、前記エ
ンジンの制御に必要なパラメータに基づいて前記外気温
度推定値を求めていることを特徴とする請求項１記載の
排気ガスセンサのヒータ制御装置。
【請求項３】前記エンジンの制御に必要なパラメータ
は、吸気温度センサで検出される吸気温度、及び／又は
エンジン水温センサで検出される水温であることを特徴
とする請求項２記載の排気ガスセンサのヒータ制御装
置。
【請求項４】前記外気温度を推定する手段は、前記排
気管の排気温度センサで検出される温度に基づいて前記
外気温度推定値を求めていることを特徴とする請求項１
記載の排気ガスセンサのヒータ制御装置。
【請求項５】前記制御装置は、前記外気温度推定値が
低い場合には、前記ヒータ又は前記センサ素子の温度を
低く設定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれ
か一項に記載の排気ガスセンサのヒータ制御装置。
【請求項６】前記低く設定される前記ヒータ又は前記
センサ素子の温度は、前記外気温度推定値に応じて求め
られる所定時間分の設定が行われ、前記所定時間の経過
後に前記ヒータ又は前記センサ素子の温度を昇温させる
ことを特徴とする請求項５記載の排気ガスセンサのヒー
タ制御装置。
【請求項７】前記低く設定される前記ヒータ又は前記
センサ素子の温度は、前記排気管内部の結露点温度以上
とされていることを特徴とする請求項５又は６記載の排
気ガスセンサのヒータ制御装置。
【請求項８】前記低く設定される前記ヒータ又は前記
センサ素子の温度は、１０℃以上であって、３００℃未
満であることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一
項に記載の排気ガスセンサのヒータ制御装置。
【請求項９】前記制御装置は、前記吸気温度センサ又
は前記水温センサが故障している場合には、前記ヒータ
又は前記センサ素子の温度を低く設定することを特徴と
する請求項３記載の排気ガスセンサのヒータ制御装置。
【請求項１０】前記低く設定される前記ヒータ又は前
記センサ素子の温度は、前記外気温度推定値に応じて求
められる所定時間分の設定が行われ、前記所定時間の経
過後に前記ヒータ又は前記センサ素子の温度を昇温させ
ることを特徴とする請求項９記載の排気ガスセンサのヒ
ータ制御装置。
【請求項１１】前記制御装置は、前記ヒータに印加さ
れる電力を演算して前記ヒータの温度を推定しているこ
とを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載
の排気ガスセンサのヒータ制御装置。
【請求項１２】前記制御装置は、前記ヒータに印加さ
れる電圧値又は電流値に異常が検出された場合には、前
記ヒータの温度制御を停止させることを特徴とする請求
項１乃至１１のいずれか一項に記載の排気ガスセンサの
ヒータ制御装置。