JP2004308494A - ヒータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】酸素濃度検出器の加熱用のヒータをきめ細かく、効率よく最適に制御できるヒータの制御装置を提供する。
【解決手段】酸素濃度センサ１４を内燃機関３の始動の際に加熱するＯ２用ヒータ２０の制御装置１は、ＥＣＵ２を備える。ＥＣＵ２は、内燃機関３の始動が検出された時から第１所定期間が経過するまでの間（ｔ１〜ｔ２、ｔ１１〜ｔ１２）、制御信号のデューティ比ＤＴＹＳＨＴＭＰを所定値ＤＵＴＹＳＨＴＳに設定し（ステップ１７）、第１所定期間が経過してから第２所定期間が経過するまでの間（ｔ２〜ｔ３、ｔ１２〜ｔ１３）、デューティ比ＤＴＹＳＨＴＭＰを積ＤＵＴＹＳＨＷ・ＶＢＳＨＴに設定し（ステップ２２）、第２所定期間の経過後、デューティ比ＤＴＹＳＨＴＭＰを積ＤＵＴＹＳＨＴＭ・ＶＢＳＨＴに設定する（ステップ２５）。
【選択図】 図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた酸素濃度検出器を、内燃機関の始動の際に活性化のために加熱するヒータの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の制御装置として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この制御装置では、内燃機関の始動の際、酸素濃度検出器としての酸素濃度センサを加熱するためのヒータが、以下のように２段階にデューティ制御される。すなわち、イグニッション・スイッチ（以下「ＩＧ・ＳＷ」という）のＯＮから所定の一定時間が経過するまでの間は、ヒータに入力する制御信号のデューティ比が、最大値（１００％）に設定される。これは、内燃機関の空燃比制御が酸素濃度センサの検出信号に応じて実行されるため、酸素濃度センサが活性化するまでの間、空燃比制御を適切に実行できず、排気ガス特性が悪化するおそれがあるので、酸素濃度センサを活性化温度まで可能な限り短時間で上昇させるためである。
【０００３】
そしてＩＧ・ＳＷのＯＮから所定時間が経過した以降、ヒータへの制御信号のデューティ比は、機関回転数および機関負荷に応じたマップ検索により基本値を算出した後、この基本値をＩＧ・ＳＷのＯＮ後の経過時間に応じてテーブル検索した補正係数で、補正することにより算出される。また、この補正実行時間すなわちヒータへの通電時間は、ＩＧ・ＳＷのＯＮ時に水温センサにより検出された内燃機関の冷却水温に応じて、テーブル検索することにより、設定される。このように補正係数および補正実行時間が設定される理由は、ＩＧ・ＳＷのＯＮ時の酸素濃度センサの温度を推定するとともに、その推定した温度に応じて、ヒータへの制御信号のデューティ比および通電時間を設定することによって、ヒータによる酸素濃度センサの過熱に起因して、センサ寿命が短くなるのを防止するためである。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２１８０４４号公報（第４〜５頁、第１，２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の制御装置によれば、ヒータへの制御信号のデューティ比を、２段階に切り換えて制御するものに過ぎないとともに、ＩＧ・ＳＷのＯＮから一定時間が経過するまでの間は、酸素濃度センサの実際の温度状態とは無関係に最大デューティ比でヒータを制御しているので、その制御精度が低いという問題がある。例えば今回の始動までの内燃機関の停止時間が短く、酸素濃度センサが活性化温度に達している状態のときでも、ヒータが最大デューティ比で制御されるため、バッテリの電力が無駄に消費されてしまうとともに、酸素濃度センサが過熱状態になることで、その寿命が短くなるおそれがある。また、酸素濃度センサは、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサと離れた位置に配置されるとともに、比重などの温度特性が内燃機関の冷却水と異なるので、ＩＧ・ＳＷのＯＦＦ以降、酸素濃度センサの実際の温度は、内燃機関の冷却水温と異なる状態で推移する。そのため、ＩＧ・ＳＷのＯＦＦ後の再始動時の内燃機関の冷却水温は、酸素濃度センサの実際の温度状態を的確に反映しないので、そのような冷却水温に応じてヒータを制御すると、その制御精度が低くなってしまう。例えば、上述したように、内燃機関の始動時、酸素濃度センサが活性化温度に達しているにもにもかかわらず、ヒータによって過熱されるおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、酸素濃度検出器の加熱用のヒータをきめ細かく、効率よく最適に制御できるヒータの制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関３の排気通路（例えば実施形態における（以下、この項において同じ）排気管６）に設けられた酸素濃度検出器（Ｏ２センサ１４、ＬＡＦセンサ１５）を、内燃機関３の始動の際に加熱するヒータ（Ｏ２用ヒータ２０、ＬＡＦ用ヒータ２１）の制御装置１であって、内燃機関３の始動および停止を検出する検出手段（ＥＣＵ２、クランク角センサ１３、ＩＧ・ＳＷ１７、ステップ１）と、制御信号を供給することによりヒータを制御する制御手段（ＥＣＵ２）と、を備え、制御手段は、検出手段により内燃機関３の始動が検出された時から第１所定期間が経過するまでの間（ｔ１〜ｔ２、ｔ１１〜ｔ１２）、制御信号の値（デューティ比ＤＴＹＳＨＴＭＰ）を第１所定値（所定値ＤＵＴＹＳＨＴＳ）に設定する第１設定手段（ＥＣＵ２、ステップ１７）と、第１所定期間が経過してから第２所定期間が経過するまでの間（ｔ２〜ｔ３、ｔ１２〜ｔ１３）、制御信号の値を第１所定値よりも小さい第２所定値（積ＤＵＴＹＳＨＷ・ＶＢＳＨＴ）に設定する第２設定手段（ＥＣＵ２、ステップ２２）と、第２所定期間の経過後、制御信号の値を第２所定値よりも小さい第３所定値（積ＤＵＴＹＳＨＴＭ・ＶＢＳＨＴ）に設定する第３設定手段（ＥＣＵ２、ステップ２５）と、を有することを特徴とする。
【０００８】
このヒータの制御装置によれば、制御手段からヒータに供給される制御信号の値が、内燃機関の始動が検出された時から第１所定期間が経過するまでの間は、最も大きい第１所定値に設定され、第１所定期間が経過してから第２所定期間が経過するまでの間は、第１所定値よりも小さい第２所定値に設定され、第２所定期間の経過後、第２所定値よりも小さい第３所定値に設定される。このように、ヒータへの制御信号の値が、少なくとも３段階で次第に小さい値に設定されるので、酸素濃度検出器の加熱用のヒータを、従来よりもきめ細かく制御することができる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のヒータの制御装置１において、制御手段は、内燃機関３の停止以降の経過時間（カウンタ値ＣＥＮＧＳＴＰ）を計時する停止時間計時手段（ＥＣＵ２、ステップ３０〜３２）と、内燃機関３の始動の際に停止時間計時手段により計時されている経過時間に応じて、第１所定期間を設定する第１所定期間設定手段（ＥＣＵ２、ステップ５，７，１１）と、をさらに備えることを特徴とする。
【００１０】
このヒータの制御装置によれば、内燃機関の始動の際における第１所定期間、すなわち最も大きい制御信号の値でヒータを制御する制御期間が、始動の際に停止時間計時手段により計時されている経過時間、すなわち今回の始動までの内燃機関の停止時間に応じて設定される。この場合、内燃機関の始動までの停止時間は、始動までの酸素濃度検出器の実際の温度推移状態を適切に反映するものであるので、第１所定期間を、そのような酸素濃度検出器の実際の温度推移状態を反映させながら、過不足なく最適に設定できる。例えば、内燃機関の停止時間が短く、酸素濃度検出器がほとんど温度低下していないときには、それに応じて、ヒータの制御期間すなわち動作時間を短く設定できる。その結果、ヒータの動作時間を、所定の一定時間に設定する（または酸素濃度検出器の実際の温度と異なる状態で推移する冷却水温に応じて設定する）従来の手法と比べて、ヒータを効率よく最適に制御することができ、それにより、ヒータの消費電力を低減でき、ヒータの寿命を延ばすことができる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載のヒータの制御装置１において、制御手段は、内燃機関３の停止以降の経過時間（カウンタ値ＣＥＮＧＳＴＰ）を計時する停止時間計時手段（ＥＣＵ２、ステップ３０〜３２）と、内燃機関３の始動以降のヒータへの制御信号の供給時間を計時する供給時間計時手段（ＥＣＵ２、ステップ１５，１８）と、内燃機関３の前回の始動の際に供給時間計時手段により計時された供給時間、および内燃機関３の今回の始動の際に停止時間計時手段により計時されている経過時間に応じて、今回の始動における第１所定期間を設定する第１所定期間設定手段（ＥＣＵ２、ステップ５，７，１０〜１３）と、をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
このヒータの制御装置によれば、内燃機関の今回の始動における第１所定期間が、内燃機関の前回の始動の際における制御信号の供給時間、および今回の始動までの内燃機関の停止時間に応じて、設定される。前述したように、内燃機関の始動までの停止時間は、始動までの酸素濃度検出器の実際の温度推移状態を適切に反映するものであるとともに、内燃機関の前回の始動の際における制御信号の供給時間は、始動の際にヒータから酸素濃度検出器に供給された熱量すなわち酸素濃度検出器の温度状態を適切に反映するものであるので、第１所定期間を、内燃機関の停止前の酸素濃度検出器の温度状態、および停止後の温度推移状態を反映させながら、過不足なく適切に設定できる。その結果、ヒータの動作時間を所定の一定時間に設定する（または酸素濃度検出器の実際の温度と異なる状態で推移する冷却水温に応じて設定する）従来の手法と比べて、ヒータを効率よく最適に制御することができ、それにより、ヒータの消費電力を低減でき、ヒータの寿命を延ばすことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係るヒータの制御装置について説明する。図１は、本実施形態の制御装置、およびこれが適用されたヒータを有する酸素濃度検出器が設けられた内燃機関の概略構成を示している。同図に示すように、この制御装置１は、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、後述するように、各種のヒータ２０，２１をデューティ制御する。
【００１４】
この内燃機関（以下「エンジン」という）３は、図示しない車両に搭載されたガソリンエンジンであり、その吸気管４のスロットル弁（図示せず）よりも下流側には、吸気管内絶対圧センサ１１が設けられている。この吸気管内絶対圧センサ１１は、例えば半導体圧力センサなどで構成され、吸気管４内の吸気管内絶対圧ＰＢＡを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００１５】
また、吸気管４の吸気管内絶対圧センサ１１よりも下流側には、インジェクタ５が取り付けられている。インジェクタ５は、エンジン３の運転時に、ＥＣＵ２からの制御信号によって、その開弁時間である燃料噴射量および噴射タイミングが制御される。
【００１６】
一方、エンジン３の本体には、例えばサーミスタなどで構成された水温センサ１２が取り付けられている。水温センサ１２は、エンジン３のシリンダブロック内を循環する冷却水の温度であるエンジン水温ＴＷを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００１７】
また、エンジン３のクランクシャフト（図示せず）には、クランク角センサ１３（検出手段）が設けられている。このクランク角センサ１３は、クランクシャフトの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号をＥＣＵ２に出力する。このＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に応じ、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。
【００１８】
さらに、エンジン３の排気管６（排気通路）には、上流側から順に第１および第２の触媒装置７ａ，７ｂが間隔を存して設けられており、これらの触媒装置７ａ，７ｂは、ＮＯｘ触媒と３元触媒を組み合わせたもので構成されている。
【００１９】
さらに、排気管６の両触媒装置７ａ，７ｂの間には、酸素濃度検出器としての酸素濃度センサ（以下「Ｏ２センサ」という）１４が設けられている。このＯ２センサ１４は、ジルコニアおよび白金電極などで構成され、第１触媒装置７ａの下流側の排気ガス中の酸素濃度に基づく検出信号をＥＣＵ２に出力する。このＯ２センサ１４の検出信号の値は、理論空燃比よりもリッチな混合気が燃焼したときには、ハイレベルの電圧値（例えば０．８Ｖ）となり、混合気がリーンのときには、ローレベルの電圧値（例えば０．２Ｖ）となる。
【００２０】
また、Ｏ２センサ１４は、Ｏ２用ヒータ２０（ヒータ）を備えている。このＯ２用ヒータ２０は、エンジン始動の際にＯ２センサ１４のセンサ素子を迅速に活性化するためのものであり、後述するように、エンジン始動の際、ＥＣＵ２によるデューティ制御によって、その発熱量が制御される。
【００２１】
さらに、排気管６の第１触媒装置７ａよりも上流側には、酸素濃度検出器としてのＬＡＦセンサ１５が設けられている。このＬＡＦセンサ１５は、Ｏ２センサ１４と同様のセンサとリニアライザなどの検出回路とを組み合わせることによって構成されており、リッチ領域からリーン領域までの広範囲な空燃比の領域において排気ガス中の酸素濃度をリニアに検出し、その酸素濃度に比例する検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、Ｏ２センサ１４およびＬＡＦセンサ１５の検出信号に応じて、インジェクタ５への制御信号を決定し、それにより、エンジン３の空燃比制御を実行する。
【００２２】
また、ＬＡＦセンサ１５も、ＬＡＦ用ヒータ２１（ヒータ）を備えている。このＬＡＦ用ヒータ２１も、エンジン始動の際にＬＡＦセンサ１５のセンサ素子を迅速に活性化するためのものであり、上記Ｏ２用ヒータ２０と同様に、エンジン始動の際、ＥＣＵ２によるデューティ制御によりその発熱量が制御される。
【００２３】
一方、ＥＣＵ２には、バッテリ電圧センサ１６およびイグニッション・スイッチ（以下「ＩＧ・ＳＷ」という）１７が接続されている。このバッテリ電圧センサ１６は、図示しないバッテリのバッテリ電圧ＶＢを検出して、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。また、ＩＧ・ＳＷ１７（検出手段）は、イグニッションキー（図示せず）の操作によりＯＮ／ＯＦＦされるとともに、そのＯＮ／ＯＦＦ状態を表す信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２４】
ＥＣＵ２は、図示しないＩ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ２ａ、ＲＡＭ２ｂおよびＲＯＭ２ｃなどからなるマイクロコンピュータで構成されており、このＲＡＭ２ｂは、バックアップ電源により、記憶したデータをエンジン３の停止中も保持するようになっている。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２により、検出手段、制御手段、第１〜第３設定手段、停止時間計時手段、第１所定期間設定手段および供給時間計時手段が構成されている。
【００２５】
ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ１１〜１６の検出信号およびスイッチ１７の信号に応じて、以下に述べるように、エンジン始動時、Ｏ２センサ１４およびＬＡＦセンサ１５を活性化させるように、Ｏ２用およびＬＡＦ用ヒータ２０，２１をデューティ制御する。
【００２６】
これらのＯ２用およびＬＡＦ用ヒータ２０，２１のデューティ制御は、互いに同様に実行されるので、以下、図２および図３を参照しながら、Ｏ２用ヒータ２０のデューティ制御を例にとって説明する。このプログラムは、ＩＧ・ＳＷ１７がＯＮ状態のときに、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）ごとに実行され、ＩＧ・ＳＷ１７がＯＮからＯＦＦされたときでも、所定時間（例えば６００ｓｅｃ）が経過するまでの間、実行される。
【００２７】
このプログラムでは、まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）〜４において、デューティ制御の実行条件が成立しているか否かを判別する。具体的には、ステップ１〜４において、以下の（ａ）〜（ｄ）の４つの条件がいずれも成立しているときに、デューティ制御の実行条件が成立していると判別され、それ以外のときには、デューティ制御の実行条件が不成立であると判別される。
（ａ）エンジン停止フラグＦ＿ＭＥＯＦが「０」であること。
（ｂ）エンジン水温ＴＷが所定値ＴＷＳＨＯＮ（例えば５℃）より高いこと。
（ｃ）バッテリ電圧ＶＢが所定値ＶＢＳＨＯＮ（例えば１６Ｖ）以下であること。
（ｄ）故障フラグＦ＿ＦＳＰＳＯ２Ｈが「０」であること。
なお、上記エンジン停止フラグＦ＿ＭＥＯＦは、エンジン回転数ＮＥおよびＩＧ・ＳＷ１７のＯＮ／ＯＦＦ状態に基づく判定処理（図示せず）において、エンジン停止中であると判定されたときに「１」に、エンジン運転中であると判定されたときに「０」にそれぞれ設定される。また、故障フラグＦ＿ＦＳＰＳＯ２Ｈは、Ｏ２センサ１４および／またはＯ２用ヒータ２０が故障しているときに「１」に、それ以外は「０」にそれぞれ設定される。
【００２８】
ステップ１〜４において、これらの（ａ）〜（ｄ）のうちの少なくとも１つの条件が成立していないとき、すなわち、エンジン停止中であるか、エンジン水温ＴＷが低温であるか、バッテリ電圧ＶＢがかなり高いか、または、Ｏ２センサ１４および／またはＯ２用ヒータ２０が故障しているときには、デューティ制御の実行条件が不成立であるとして、ステップ５に進み、停止経過フラグＦ＿ＳＨＷＲＭＥＮＤが「１」であるか否かを判別する。
【００２９】
この停止経過フラグＦ＿ＳＨＷＲＭＥＮＤは、図４に示すプログラムにおいて設定されるものであり、このプログラムは、ＩＧ・ＳＷ１７のＯＦＦによりエンジン３が停止してから所定時間（例えば６００ｓｅｃ）が経過するまでの間、所定時間（例えば１００ｍｓｅｃ）ごとに実行される。
【００３０】
同図に示すように、このプログラムでは、ステップ３０で、エンジン停止時からの経過時間を計時するアップカウンタのカウンタ値ＣＥＮＧＳＴＰが、所定値ＴＭＳＨＷＲＭ（例えば値４８０００）以上であるか否かを判別する。なお、このアップカウンタはプログラムカウンタとして構成される。この判別結果がＮＯで、エンジン停止から所定値ＴＭＳＨＷＲＭに相当する時間が経過していないときには、停止経過フラグＦ＿ＳＨＷＲＭＥＮＤは「０」に設定される（ステップ３１）。一方、ステップ３０の判別結果がＹＥＳで、エンジン停止から所定値ＴＭＳＨＷＲＭに相当する時間が経過したときには、停止経過フラグＦ＿ＳＨＷＲＭＥＮＤが「１」に設定される（ステップ３２）。なお、この停止経過フラグＦ＿ＳＨＷＲＭＥＮＤの値は、ＲＡＭ２ｂ内に記憶される。
【００３１】
図２に戻り、ステップ５の判別結果がＹＥＳで、エンジン停止から所定値ＴＭＳＨＷＲＭに相当する時間が経過したときには、Ｏ２センサ１４の温度が活性化温度よりもかなり低い低温域まで低下したとして、それを表すために、ステップ６に進み、センサ高温域フラグＦ＿ＳＯ２ＨＴＨＯＴを「０」に設定する。
【００３２】
次に、ステップ７に進み、ダウンカウント式の第１タイマのタイマ値ＴＳＨＯＮを所定値ＴＭＳＨＯＮ（例えば２０ｓｅｃ）に設定する。この第１タイマは、Ｏ２用ヒータ２０への制御信号の供給時間、すなわちＯ２用ヒータ２０の運転時間を計時するプログラムタイマである。
【００３３】
次いで、ステップ８に進み、Ｏ２用ヒータ２０への制御信号のデューティ比ＤＴＹＳＨＴＭＰを値０に設定する。次に、ステップ９で、デューティ制御の実行条件が不成立であることを表すために、制御実行フラグＦ＿ＳＯ２ＨＴＥを「０」に設定した後、本プログラムを終了する。
【００３４】
一方、ステップ５の判別結果がＮＯで、エンジン停止から所定値ＴＭＳＨＷＲＭに相当する時間が経過していないときには、ステップ１０に進み、センサ高温域フラグＦ＿ＳＯ２ＨＴＨＯＴが「１」であるか否かを判別する。
【００３５】
この判別結果がＮＯで、Ｏ２センサ１４の温度が活性化温度よりも低くかつ前記低温域より高い中温域にあると推定されるときには、ステップ１１に進み、第１タイマのタイマ値ＴＳＨＯＮを、前記所定値ＴＭＳＨＯＮよりも小さい所定値ＴＭＳＨＯＮＭ（例えば１０ｓｅｃ）に設定する。次いで、前述したステップ８，９を実行した後、本プログラムを終了する。
【００３６】
一方、ステップ１０の判別結果がＹＥＳで、Ｏ２センサ１４の温度が活性化温度よりも低くかつ前記中温域より高い高温域にあるときには、ステップ１２で、第１タイマのタイマ値ＴＳＨＯＮを値０に設定し、次いで、ステップ１３で、第２タイマのタイマ値ＴＳＨＯＮ２を、所定値ＴＭＳＨＯＮ２（例えば２１０ｓｅｃ）に設定する。この第２タイマも、第１タイマと同様に、Ｏ２用ヒータ２０への制御信号の供給時間を計時するプログラムタイマである。次に、前述したステップ８，９を実行した後、本プログラムを終了する。
【００３７】
一方、ステップ１〜４において、前述した４つの条件（ａ）〜（ｄ）がいずれも成立しているときには、デューティ制御の実行条件が成立しているとして、図３のステップ１４に進み、バッテリ電圧ＶＢに応じて、図５に示すテーブルを検索することにより、補正係数ＫＶＢＳＨＴを算出する。このテーブルでは、補正係数ＫＶＢＳＨＴは、バッテリ電圧ＶＢが大きいほど、より小さい値に設定されている。これは、バッテリ電圧ＶＢが大きいほど、Ｏ２用ヒータ２０の昇温速度が速くなるのに対応するためである。
【００３８】
次いで、ステップ１５に進み、第１タイマのタイマ値ＴＳＨＯＮが値０であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、ステップ１６に進み、第２タイマのタイマ値ＴＳＨＯＮ２を前記所定値ＴＭＳＨＯＮ２に設定する。
【００３９】
次に、ステップ１７で、Ｏ２用ヒータ２０への制御信号のデューティ比ＤＴＹＳＨＴＭＰを所定値ＤＵＴＹＳＨＴＳ（例えば１００％、第１所定値）に設定し、次いで、ステップ２３で、デューティ制御の実行条件が成立していることを表すために、制御実行フラグＦ＿ＳＯ２ＨＴＥを「１」に設定する。これにより、ステップ１７で設定されたデューティ比ＤＴＹＳＨＴＭＰの制御信号が、Ｏ２用ヒータ２０に供給される。この後、本プログラムを終了する。
【００４０】
一方、ステップ１５の判別結果がＹＥＳで、ＴＳＨＯＮ＝０のときには、Ｏ２センサ１４の温度が前記高温域にあるとして、ステップ１８に進み、それを表すためにセンサ高温域フラグＦ＿ＳＯ２ＨＴＨＯＴを「１」に設定する。
【００４１】
次に、ステップ１９に進み、減速フューエルカット運転フラグＦ＿ＤＥＣＦＣが「１」であるか否かを判別する。この減速フューエルカット運転フラグＦ＿ＤＥＣＦＣは、減速フューエルカット運転中は「１」に、それ以外は「０」にそれぞれ設定される。この判別結果がＮＯで、減速フューエルカット運転でないときには、ステップ２０に進み、第２タイマのタイマ値ＴＳＨＯＮ２が「０」であるか否かを判別する。
【００４２】
この判別結果がＮＯのときには、ステップ２１に進み、エンジン回転数ＮＥおよび吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて、図示しないマップを検索することにより、デューティ比の第１基本値ＤＵＴＹＳＨＷを算出する。この後、ステップ２２に進み、この第１基本値ＤＵＴＹＳＨＷおよび前記補正係数ＫＶＢＳＨＴの積ＤＵＴＹＳＨＷ・ＶＢＳＨＴを、制御信号のデューティ比ＤＴＹＳＨＴＭＰとして設定する。次いで、前述したステップ２３を実行した後、本プログラムを終了する。なお、積ＤＵＴＹＳＨＷ・ＶＢＳＨＴ（第２所定値）は、前述した所定値ＤＵＴＹＳＨＴＳよりも小さい値になるように設定される。
【００４３】
一方、ステップ２０の判別結果がＹＥＳで、ＴＳＨＯＮ２＝０のときには、ステップ２４に進み、エンジン回転数ＮＥおよび吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて、図示しないマップを検索することにより、デューティ比の第２基本値ＤＵＴＹＳＨＴＭを算出する。この後、ステップ２５に進み、この第２基本値ＤＵＴＹＳＨＴＭおよび前記補正係数ＫＶＢＳＨＴの積ＤＵＴＹＳＨＴＭ・ＶＢＳＨＴを、制御信号のデューティ比ＤＴＹＳＨＴＭＰとして設定する。次いで、前述したステップ２３を実行した後、本プログラムを終了する。なお、積ＤＵＴＹＳＨＴＭ・ＶＢＳＨＴ（第３所定値）は、前述した積ＤＵＴＹＳＨＷ・ＶＢＳＨＴよりも小さい値になるように設定される。
【００４４】
一方、ステップ１９の判別結果がＹＥＳで、減速フューエルカット運転中のときには、ステップ２６に進み、減速フューエルカット運転用の所定値ＤＵＴＹＳＦＣおよび補正係数ＫＶＢＳＨＴの積ＤＵＴＹＳＦＣ・ＶＢＳＨＴを、制御信号のデューティ比ＤＴＹＳＨＴＭＰとして設定する。次いで、前述したステップ２３を実行した後、本プログラムを終了する。
【００４５】
次に、減速フューエルカット運転中でない場合において、以上のＯ２用ヒータ２０のデューティ制御を実行したときの動作について、図６を参照しながら説明する。図６（ａ）は、エンジン始動時、Ｏ２センサ１４の温度が前述した低温域にあったときの動作例を示し、図６（ｂ）は、エンジン始動時、Ｏ２センサ１４の温度が前述した中温域にあったときの動作例を示し、図６（ｃ）は、エンジン始動時、Ｏ２センサ１４の温度が前述した高温域にあったときの動作例を示している。
【００４６】
エンジン始動時、Ｏ２センサ１４の温度が低温域にあったとき（すなわちステップ５の判別結果がＹＥＳのとき）には、図６（ａ）に示すように、エンジン３が始動された時点（時刻ｔ１）から第１タイマのタイマ値ＴＳＨＯＮ＝０となるまでの間（＝ＴＭＳＨＯＮ：第１所定期間）は、Ｏ２用ヒータ２０への制御信号のデューティ比ＤＴＹＳＨＴＭＰが所定値ＤＵＴＹＳＨＴＳに設定される（ステップ１７）。そして、ＴＳＨＯＮ＝０となった時点（時刻ｔ２）から第２タイマのタイマ値ＴＳＨＯＮ２＝０となるまでの間（＝ＴＭＳＨＯＮ２：第２所定期間）は、デューティ比ＤＴＹＳＨＴＭＰが積ＤＵＴＹＳＨＷ・ＫＶＢＳＨＴに設定される。次いで、ＴＳＨＯＮ２＝０となった時点（時刻ｔ３）以降、デューティ比ＤＴＹＳＨＴＭＰが積ＤＵＴＹＳＨＴＭ・ＫＶＢＳＨＴに設定される。なお、図６（ａ）に示す制御動作の実行中、エンジン３が時刻ｔ１とｔ２の間で停止された場合、次回のエンジン始動時には、Ｏ２センサ１４の温度が前述した中温域の値となり、その場合には、以下のように、図６（ｂ）に示す制御動作が実行される。
【００４７】
すなわち、エンジン始動時、Ｏ２センサ１４の温度が前述した中温域にあったとき（すなわちステップ１０の判別結果がＮＯのとき）には、図６（ｂ）に示すように、エンジン３が始動された時点（時刻ｔ１１）から第１タイマのタイマ値ＴＳＨＯＮ＝０となるまでの間（＝ＴＭＳＨＯＮＭ：第１所定期間）は、デューティ比ＤＴＹＳＨＴＭＰが所定値ＤＵＴＹＳＨＴＳに設定される。そして、ＴＳＨＯＮ＝０となった時点（時刻ｔ１２）から第２タイマのタイマ値ＴＳＨＯＮ２＝０となるまでの間（＝ＴＭＳＨＯＮ２：第２所定期間）、およびＴＳＨＯＮ２＝０となった時点（時刻ｔ１３）以降は、上記図６（ａ）に示す動作例と同様に、デューティ比ＤＴＹＳＨＴＭＰが設定される。なお、このような図６（ｂ）に示す制御動作の実行中、エンジン３が時刻ｔ１１とｔ１２の間で停止された場合にも、次回のエンジン始動時には、Ｏ２センサ１４の温度が上記中温域の値となるので、上記のような制御動作が実行される。
【００４８】
さらに、図６（ａ）に示す制御動作の実行中、エンジン３が時刻ｔ２よりも後の時点で停止された場合、または、図６（ｂ）に示す制御動作の実行中、エンジン３が時刻ｔ１２よりも後の時点で停止された場合、次回のエンジン始動時には、Ｏ２センサ１４の温度が前述した高温域の値となる（ステップ１０の判別結果がＹＥＳとなる）。その場合には、第１タイマのタイマ値ＴＳＨＯＮが値０に設定される（ステップ１２）ので、図６（ｃ）に示すように、エンジン３が始動された時点（時刻ｔ２１）から第２タイマのタイマ値ＴＳＨＯＮ２＝０となるまでの間（＝ＴＭＳＨＯＮ２：第２所定期間）は、デューティ比ＤＴＹＳＨＴＭＰが積ＤＵＴＹＳＨＷ・ＫＶＢＳＨＴに設定され、そして、ＴＳＨＯＮ２＝０となった時点（時刻ｔ２２）以降、デューティ比ＤＴＹＳＨＴＭＰが積ＤＵＴＹＳＨＴＭ・ＫＶＢＳＨＴに設定される。なお、このような図６（ｃ）に示す制御動作の実行中、エンジン３が時刻ｔ２１よりも後の時点で停止された場合にも、次回のエンジン始動時には、Ｏ２センサ１４の温度が前述した高温域の値となるので、上記のような制御動作が実行される。
【００４９】
以上のように、本実施形態に係る制御装置１によれば、エンジン始動時のＯ２センサ１４の温度が低温域または中温域にあったときには、制御信号のデューティ比ＤＴＹＳＨＴＭＰが３段階で次第に小さい値に設定される（ＤＵＴＹＳＨＴＳ→ＤＵＴＹＳＨＷ・ＫＶＢＳＨＴ→ＤＵＴＹＳＨＴＭ・ＫＶＢＳＨＴ）ので、Ｏ２センサ１４を加熱するＯ２用ヒータ２０を、従来の２段階に設定する手法よりも、きめ細かく制御することができる。
【００５０】
また、第１タイマのタイマ値ＴＳＨＯＮ、すなわちデューティ比ＤＴＹＳＨＴＭＰを最も大きい値（所定値ＤＵＴＹＳＨＴＳ）に制御する最初の制御期間を決定する値が、今回の始動までのエンジン３の停止時間、および前回始動の際のヒータ制御の実行時間に応じて設定される。具体的には、タイマ値ＴＳＨＯＮは、始動までのエンジン３の停止時間が長いとき（ステップ５の判別結果がＹＥＳのとき）には、所定値ＴＭＳＨＯＮに設定され、始動までのエンジン３の停止時間が短く、かつ前回始動の際のヒータ制御の実行時間が短かったとき（ステップ５の判別結果がＹＥＳで、ステップ１０の判別結果がＮＯのとき）には、所定値ＴＭＳＨＯＮよりも小さい所定値ＴＭＳＨＯＮＭに設定され、前回始動の際のヒータ制御の実行時間が長かったとき（ステップ１０の判別結果がＹＥＳのとき）には、値０に設定される。この場合、今回の始動までのエンジン３の停止時間、および前回始動の際のヒータ制御の実行時間は、今回の始動までのＯ２センサ１４の実際の温度推移状態を適切に反映するものであるので、最初の制御期間を、そのようなＯ２センサ１４の実際の温度推移状態を反映させながら、過不足なく最適に設定できる。その結果、ヒータの動作時間を所定の一定時間に設定する（または酸素濃度検出器の実際の温度と異なる状態で推移する冷却水温に応じて設定する）従来の手法と比べて、Ｏ２用ヒータ２０を効率よく最適に制御することができ、それにより、Ｏ２用ヒータ２０の消費電力を低減でき、Ｏ２用ヒータ２０の寿命を延ばすことができる。
【００５１】
なお、本発明の制御装置は、車両用の内燃機関３に設けられたＯ２およびＬＡＦセンサ１４，１５をそれぞれ加熱するＯ２用およびＬＡＦ用ヒータ２０，２１に適用した実施形態の例に限らず、内燃機関の排気通路に設けられた酸素濃度検出器を加熱するものであれば適用可能であることは言うまでもない。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように、本発明のヒータの制御装置によれば、酸素濃度検出器の加熱用のヒータをきめ細かく、効率よく最適に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る制御装置、およびこれが適用されたヒータを有する酸素濃度検出器が設けられた内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】Ｏ２用ヒータのデューティ制御のプログラムを示すフローチャートである。
【図３】図２の続きのプログラムを示すフローチャートである。
【図４】停止経過フラグＦ＿ＳＨＷＲＭＥＮＤの設定プログラムを示すフローチャートである。
【図５】補正係数ＫＶＢＳＨＴの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図６】エンジン始動時、（ａ）Ｏ２センサの温度が低温域にあったとき（ｂ）中温域にあったとき（ｃ）高温度域にあったときの動作例をそれぞれ示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ 制御装置
２ ＥＣＵ（検出手段、制御手段、第１〜第３設定手段、停止時間計時手段、第１所定期間設定手段、供給時間計時手段）
３ 内燃機関
６ 排気管（排気通路）
１３ クランク角センサ（検出手段）
１４ 酸素濃度センサ（酸素濃度検出器）
１５ ＬＡＦセンサ（酸素濃度検出器）
１７ イグニッション・スイッチ（検出手段）
２０ Ｏ２用ヒータ（ヒータ）
２１ ＬＡＦ用ヒータ（ヒータ）
ＤＴＹＳＨＴＭＰ デューティ比（制御信号の値）
ＤＵＴＹＳＨＴＳ 所定値（第１所定値）
ＤＵＴＹＳＨＷ・ＶＢＳＨＴ 積（第２所定値）
ＤＵＴＹＳＨＴＭ・ＶＢＳＨＴ 積（第３所定値）
ＣＥＮＧＳＴＰ カウンタ値（経過時間を表す値）

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に設けられた酸素濃度検出器を、前記内燃機関の始動の際に加熱するヒータの制御装置であって、
   前記内燃機関の始動および停止を検出する検出手段と、
   制御信号を供給することにより前記ヒータを制御する制御手段と、
   を備え、
   当該制御手段は、
   前記検出手段により前記内燃機関の始動が検出された時から第１所定期間が経過するまでの間、前記制御信号の値を第１所定値に設定する第１設定手段と、
   前記第１所定期間が経過してから第２所定期間が経過するまでの間、前記制御信号の値を前記第１所定値よりも小さい第２所定値に設定する第２設定手段と、
   前記第２所定期間の経過後、前記制御信号の値を前記第２所定値よりも小さい第３所定値に設定する第３設定手段と、
   を有することを特徴とするヒータの制御装置。
2. 前記制御手段は、
   前記内燃機関の停止以降の経過時間を計時する停止時間計時手段と、
   前記内燃機関の始動の際に前記停止時間計時手段により計時されている前記経過時間に応じて、前記第１所定期間を設定する第１所定期間設定手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のヒータの制御装置。
3. 前記制御手段は、
   前記内燃機関の停止以降の経過時間を計時する停止時間計時手段と、
   前記内燃機関の始動以降の前記ヒータへの前記制御信号の供給時間を計時する供給時間計時手段と、
   前記内燃機関の前回の始動の際に前記供給時間計時手段により計時された前記供給時間、および前記内燃機関の今回の始動の際に前記停止時間計時手段により計時されている前記経過時間に応じて、今回の始動における前記第１所定期間を設定する第１所定期間設定手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のヒータの制御装置。

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