JP2005188350A - 通電加熱ヒータ検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空燃比センサの通電加熱ヒータの加熱性能の評価をより精度良く行う。
【解決手段】内燃機関用空燃比センサ１２に設けられる通電加熱ヒータ１４の温度またはその代表温度を検出する温度検出部２２と、通電加熱ヒータ１４の抵抗を検出する抵抗検出部２０と、温度検出部２２によって検出された温度または代表温度および抵抗検出部２０によって検出された抵抗に基づいて、通電加熱ヒータ１４の加熱性能を評価する評価部２４と、が設けられる。周囲環境等からの加熱や自身の発熱に基づく通電加熱ヒータ１４の温度上昇が抑制され、評価精度が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の空燃比センサに設けられる通電加熱ヒータの加熱性能を評価する通電加熱ヒータ検査装置に関する。

車両用エンジン等の内燃機関には、空燃比を検出する空燃比センサ（例えば酸素センサ）が設けられる場合がある。空燃比センサの検出結果は、燃料噴射装置など空燃比を制御するデバイスにフィードバックされ、所望の空燃比を得るのに利用される。なお、空燃比センサは、一般的には排気管に設けられることが多い。

酸素センサとしての空燃比センサには、イオン導電性固体電解質等からなる酸素濃度検出素子が含まれる。その場合、空燃比センサには、酸素濃度検出素子を活性化温度（例えば約４００°Ｃ〜７００°Ｃ）に加熱すべく通電加熱ヒータが設けられる。通電加熱ヒータは抵抗要素を含んでおり、通電によって発熱する。

ところが、通電加熱ヒータの加熱性能は、ごく希に、断線・短絡等により、経時的に低下する場合がある。その場合には、酸素濃度検出素子が活性化温度に到達せず、空燃比の誤検出が生じ、ひいては内燃機関の出力の低下につながる場合もある。そこで、この種の空燃比センサでは、使用中に、適宜、通電加熱ヒータの劣化判定が行われている。劣化しているか否かは、例えば、通電加熱ヒータに所定電圧を印加したときに所定の電流値が流れるか否か、すなわち所定の抵抗値が維持されているか否かによって判定される。また、これとは別に、通電加熱ヒータを所定時間通電したときに所望の温度が得られるか否かによって判定される場合もある（例えば特許文献１）。

特開平１−２３２１４３号公報

しかしながら、通電加熱ヒータの抵抗値は、通電加熱ヒータ自体の温度や、周囲温度（排気管等の温度）の影響を受ける。ここで、通電加熱ヒータ自体の温度や周囲温度は、内燃機関の運転状況や環境温度等によって変動する。特に、空燃比センサが排気管に設けられる場合、通電加熱ヒータの抵抗値は、排気管の温度による影響を受けやすい。つまり、抵抗値に基づいて通電加熱ヒータの加熱性能を評価する方法では、特に内燃機関の運転中に行うと、誤判定が生じるおそれがある。また、通電加熱ヒータの温度上昇によって加熱性能を評価する方法でも、周囲からの加熱等により誤判定が生じる可能性がある。

本発明にかかる通電加熱ヒータ検査装置は、内燃機関用空燃比センサに設けられる通電加熱ヒータの温度またはその代表温度を検出する温度検出部と、上記通電加熱ヒータの抵抗を検出する抵抗検出部と、上記温度検出部によって検出された温度または代表温度および上記抵抗検出部によって検出された抵抗に基づいて、通電加熱ヒータの加熱性能を評価する評価部と、を備える。

また上記本発明にかかる通電加熱ヒータ検査装置では、上記評価部は、内燃機関の停止中に上記温度検出部によって検出された温度または代表温度および上記抵抗検出部によって検出された抵抗に基づいて、通電加熱ヒータの加熱性能を評価するのが好適である。

また上記本発明にかかる通電加熱ヒータ検査装置では、上記評価部は、内燃機関の停止から所定期間経過後に上記温度検出部によって検出された温度または代表温度および上記抵抗検出部によって検出された抵抗に基づいて、通電加熱ヒータの加熱性能を評価するのが好適である。

また上記本発明にかかる通電加熱ヒータ検査装置では、上記評価部は、内燃機関が始動する際に上記温度検出部によって検出された温度または代表温度および上記抵抗検出部によって検出された抵抗に基づいて、通電加熱ヒータの加熱性能を評価するのが好適である。

また上記本発明にかかる通電加熱ヒータ検査装置では、上記内燃機関が停止してから温度または代表温度および抵抗が検出されるまでの上記期間は、当該内燃機関が停止する前の運転状況に応じて可変設定されるのが好適である。

また上記本発明にかかる通電加熱ヒータ検査装置では、上記抵抗検出部は、通電加熱ヒータに所定の電圧が印加されたときに流れる電流を、抵抗として検出するものであり、通電加熱ヒータの温度上昇を抑えるべく上記電圧の印加時間が所定時間内に制限されるのが好適である。

また上記本発明にかかる通電加熱ヒータ検査装置では、さらに、通電加熱ヒータの温度上昇を抑えるべく、一旦当該電圧の印加が終了した後の所定期間は、抵抗を検出するための電圧は印加されないのが好適である。

また上記本発明にかかる通電加熱ヒータ検査装置では、上記温度検出部は、代表温度として外気温度を検出する外気温センサであるのが好適である。

また上記本発明にかかる通電加熱ヒータ検査装置では、上記温度検出部は、代表温度として吸気温度を検出する吸気温センサであるのが好適である。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態にかかる通電加熱ヒータ検査装置１０の要部の一構成例を示すブロック図である。

図１の通電加熱ヒータ検査装置１０は、内燃機関（図示せず）の空燃比センサ１２に内蔵される通電加熱ヒータ１４の加熱性能を、その抵抗値によって評価する。すなわち、通電加熱ヒータ検査装置１０は、抵抗検出部２０を備える。図１の例では、抵抗値は、電源（例えば電池）１６から所定電圧を印加したときの電流値として検出される。すなわち、抵抗検出部２０は電流検出部として構成されている。なお、通電加熱ヒータ１４の通電は、電源１６から、電源１６と当該通電加熱ヒータ１４との間に設けられたスイッチ１８を介して行われるようになっている。電源１６およびスイッチ１８は、空燃比センサ１２の活性化のための通電と、加熱性能評価のための通電とで共用される。

ただし、上述したように、通電加熱ヒータ１４の抵抗値は、通電加熱ヒータ１４の温度によって変化する。そこで、通電加熱ヒータ検査装置１０は、通電加熱ヒータ１４の温度またはその代表温度を検出する温度検出部２２を備え、その温度に応じた抵抗値を評価する。ここで、温度検出部２２は、例えば通電加熱ヒータ１４に接するように設けたり、直近に設けたりするなどして、通電加熱ヒータ１４の温度を直接的に検出するものとしてもよいが、所定の条件の下で、他の部位の温度を通電加熱ヒータ１４の代表温度として検出するものとしてもよい。例えば、温度検出部２２として、内燃機関の外気の温度を検出する外気温センサ、あるいは内燃機関の吸気の温度を検出する吸気温センサを用いることができる。

そして、図１の例では、評価部２４が、検出された温度および抵抗値に基づいて、通電加熱ヒータ１４が劣化しているか否かの判定を行う。

図２は、検出された温度および抵抗値の組み合わせに対し、通電加熱ヒータ１４が適正であるか否かを示す判定基準の一例を説明するためのグラフである。図２において、横軸は温度ｔ、縦軸は抵抗値Ｒである。通電加熱ヒータ１４の加熱性能が正常であるとき、温度ｔと抵抗値Ｒとの相関関係は、ほぼ所定の一次関数Ｒ＝ａ・ｔ＋ｂ（ａ，ｂ：係数）で表すことができる。そこで、図２の例では、多少の許容範囲を設定し、温度ｔおよび抵抗値Ｒが、ａ・ｔ＋ｂ₁≦Ｒ≦ａ・ｔ＋ｂ₂（以下、判定式と称する）となる範囲（図２のハッチング領域）では正常、それ以外の範囲では異常としている。このような判定に関する情報は、例えば、記憶部（例えばメモリ）２６に、テーブルやマップ、関数等として格納される。その場合、評価部２４は、当該記憶部２６に格納された情報を参照して、検出された温度ｔおよび抵抗値Ｒ（または印加された所定の電圧に対して検出された電流値Ｉ）に対応する評価（可否判定結果）を示す情報を取得する。なお、上記判定式としては、取得する温度の種別や、温度検出部２２の設置位置、空燃比センサ１２の環境（例えば排気管のレイアウトや温度等）に応じたものを用いればよく、上記例には限定されない。

また、この評価部２４は、所定のトリガ情報等に基づいてスイッチ１８を開閉する制御信号を出力し、通電加熱ヒータ１４に対する通電タイミングの制御も行う。

なお、図１の通電加熱ヒータ検査装置１０は、電源制御部２８、およびタイマ３０を備え、評価部２４等（ＥＣＵ３２）に対する電力の供給／停止のタイミングを制御可能な構成となっている。

また、図１の例では、評価部２４や記憶部２６は、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）３２の一部として実装されている。

次に、本実施形態にかかる通電加熱ヒータ検査装置１０の動作について説明する。

内燃機関が停止している状態では、排気管の温度が低くなっており、内燃機関が動作している状態に比べて、周囲環境からの通電加熱ヒータ１４に対する加熱が少なくなる。すなわち、周囲環境からの加熱の影響をなるべく抑制するためには、通電加熱ヒータ１４の加熱性能の評価は、内燃機関の停止中に実行するのが好適である。

図３は、内燃機関が停止した後に通電加熱ヒータ１４の評価を実行する場合のフローチャートの一例を示す図である。まず、内燃機関が停止すると、一旦、評価部２４等（ＥＣＵ３２）に対する電源電力の供給が停止される（ステップＳ１０）。電源制御部２８は、タイマ３０からの時刻情報を元に、内燃機関が停止してから所定期間が経過した後に電源電力の供給を再開する（ステップＳ１１）。評価部２４は、この電源電力の供給が再開されると、通電加熱ヒータ１４の加熱性能の評価を実行する（ステップＳ１２）。

図４は、本実施形態にかかる通電加熱ヒータ検査装置１０による内燃機関の停止以降の通電加熱ヒータ１４に対する通電期間、およびその期間における通電加熱ヒータ１４の温度および抵抗値の経時変化の一例を示す図である。図４の例では、通電加熱ヒータ１４に対する通電は、内燃機関の停止から期間Ｔ１１（例えば３００分）が経過した時点で再開されるようになっている。内燃機関の停止直後は、排気管等、周囲環境の温度が高い。このため、期間Ｔ１１を、通電加熱ヒータ１４の抵抗値に対する影響が十分に小さくなるまで周囲環境の温度が低下するのに要する時間として設定することで、周囲環境からの加熱による抵抗値の検出精度の低下、ひいては評価精度の低下を抑制することができる。

また、この期間Ｔ１１の長さは、通電加熱ヒータ１４以外の部位の温度を通電加熱ヒータ１４の代表温度として検出する場合には、もう一つの重要な意味を持つ。すなわち、期間Ｔ１１を、内燃機関が停止した後、通電加熱ヒータ１４の温度が外気の温度や吸気の温度とほぼ同程度となるまでに要する時間として設定することで、外気温センサや吸気温センサを、通電加熱ヒータ１４の代表温度を検出する温度検出部２２として用いることができるようにしているのである。そして、この場合において、さらに外気温センサや吸気温センサを他のシステムでも使用している場合には、複数のシステムでセンサを共用化できる分だけ製造にかかるコストや手間が低減されるとともに、空燃比センサ自体の構造を簡素化し、より小型かつより軽量に構成することができるというメリットがある。

また、排気管および排気管に装着される通電加熱ヒータ１４の温度は、停止直前の内燃機関の運転状況（負荷状況）に応じて異なる。したがって、排気管や通電加熱ヒータ１４の温度が周囲環境の温度と同程度となるまでに要する時間も、停止直前の内燃機関の運転状況に応じて異なることになる。そこで、期間Ｔ１１を、内燃機関が停止する直前の運転状況（負荷状況；例えば、アクセル踏み込み量、スロットル開度、内燃機関の回転数、吸気流量、排気温度等）に応じて可変設定するようにしてもよい。その場合には、例えば、評価部２４が、内燃機関が停止する直前に取得した運転状況を示す情報に対応する期間Ｔ１１を取得し、その期間Ｔ１１を電源制御部２８に指示するようにすればよい。

さて、ステップＳ１２では、評価部２４は、まず、スイッチ１８を閉じて通電加熱ヒータ１４を通電する。このときの通電時間は、図４に示すように、所定時間Ｔ２１（例えば１００ｍｓ）内に制限される。これにより、通電加熱によって通電加熱ヒータ１４の温度が必要以上に上昇するのが抑制され、抵抗値の検出精度の低下、ひいては通電加熱ヒータ１４の加熱性能の評価の精度の低下が抑制される（ステップＳ２０）。

次に、評価部２４は、所定のタイミングで、抵抗検出部２０によって検出された抵抗値、ならびに温度検出部２２によって検出された温度を取得する（ステップＳ２１）。

そして評価部２４は、これら検出された抵抗値および温度に基づいて、通電加熱ヒータ１４の性能の正常／異常の判定を実行する。このステップＳ２２では、評価部２４は、例えば、上述したように、記憶部２６に格納された情報を参照して、検出された抵抗値および温度の組み合わせに対応する評価結果（可否判定結果）を示す情報を取得する（ステップＳ２２）。

ここで、異常と判定された場合には、所定の出力部（例えばランプ等の表示出力部、ブザー等の音声出力部など；図示せず）から、その旨を示す出力が実行される。なお、この出力は、次に内燃機関が始動する際に実行されるようにするのが好適である。したがって、評価部２４は、異常と判定されたことを示す情報を記憶部２６に格納しておく。そして、次の始動の際に、評価部２４は、記憶部２６を参照して、異常と判定されたことを示す情報が格納されている場合には、その旨を示す出力を実行するよう所定の出力部を制御する。異常と判定された場合には、内燃機関の始動を行わないようにしてもよい（ステップＳ２３）。

そして、図３の例では、ステップＳ２２における評価が何らかの原因で正しく実行されなかった場合には、ステップＳ２０に戻り（ステップＳ２４）、それ以降のステップ（Ｓ２１〜Ｓ２３）が再度実行される。このとき、評価部２４は、図４に示すように、通電加熱ヒータ１４の通電を、前回の通電が終了してから所定時間Ｔ１２（例えば１０秒）が経過した以降に実行する。これにより、通電加熱ヒータ１４の温度が必要以上に上昇するのが抑制され、抵抗値の検出精度の低下、ひいては通電加熱ヒータ１４の加熱性能の評価の精度の低下が抑制される。

ステップＳ２０〜Ｓ２３までの評価が完了した場合には、評価部２４から電源制御部２８にその旨を示す信号が出力され、電源制御部２８は、評価部２４等（ＥＣＵ３２）に対する電源電力の供給を停止する（ステップＳ１３）。

さて、図５は、内燃機関が始動される際（始動される直前）に通電加熱ヒータ１４の評価を実行する場合のフローチャートの一例を示す図である。この場合の評価も、内燃機関が始動する前、すなわち内燃機関が停止しているときに実行される。まず、例えば所定のキースイッチ等（例えばイグニッションスイッチ）の操作により内燃機関の始動が指示されると（ステップＳ３０）、電源制御部２８は、評価部２４等に対する電源電力の供給を再開する（ステップＳ３１）。ここで、評価部２４は、内燃機関が前回停止してからの経過時間を取得し、その経過時間が所定時間Ｔ１１（図４）以上であればステップＳ３３の通電加熱ヒータ１４の加熱性能の評価を行うこととし、所定時間Ｔ１１未満であれば、当該評価を行わない。こうすることで、抵抗値の検出精度の低下、ひいては通電加熱ヒータ１４の加熱性能の評価の精度の低下が抑制される（ステップＳ３２）。

ステップＳ３３では、評価部２４は、上述したステップＳ２０〜ステップＳ２４と全く同様の処理を実行する。このため、ここでは、重複する説明を省略する。内燃機関が始動される際に、通電加熱ヒータ１４の評価を行う場合には、図３の例のように、内燃機関の停止中に再度電源を投入する必要が無く、電源制御部２８等が不要となる分、装置構成が簡素化されるというメリットがある。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

本発明の実施形態にかかる通電加熱ヒータ検査装置の要部構成の一例を示す図である。 本発明の実施形態にかかる通電加熱ヒータ検査装置で用いられる通電加熱ヒータの加熱性能の判定基準の一例を説明するためのグラフである。 本発明の実施形態にかかる通電加熱ヒータ検査装置による加熱性能評価のフローチャートの一例である（内燃機関が停止した後に通電加熱ヒータの評価を実行する場合）。 本発明の実施形態にかかる通電加熱ヒータ検査装置による内燃機関の停止以降の通電加熱ヒータに対する通電期間、およびその間の通電加熱ヒータの温度および抵抗値の経時変化の一例を示す図である。 本発明の実施形態にかかる通電加熱ヒータ検査装置による加熱性能評価のフローチャートの別の一例である（内燃機関が始動する際に通電加熱ヒータの評価を実行する場合）。

符号の説明

１０ 通電加熱ヒータ検査装置、１２ 空燃比センサ、１４ 通電加熱ヒータ、１６ 電源、１８ スイッチ、２０ 抵抗検出部、２２ 温度検出部、２４ 評価部、２６ 記憶部、２８ 電源制御部、３０ タイマ、３２ ＥＣＵ。

Claims (9)

1. 内燃機関用空燃比センサに設けられる通電加熱ヒータの温度またはその代表温度を検出する温度検出部と、
   前記通電加熱ヒータの抵抗を検出する抵抗検出部と、
   前記温度検出部によって検出された温度または代表温度および前記抵抗検出部によって検出された抵抗に基づいて、通電加熱ヒータの加熱性能を評価する評価部と、
   を備える通電加熱ヒータ検査装置。
2. 前記評価部は、内燃機関の停止中に前記温度検出部によって検出された温度または代表温度および前記抵抗検出部によって検出された抵抗に基づいて、通電加熱ヒータの加熱性能を評価することを特徴とする請求項１に記載の通電加熱ヒータ検査装置。
3. 前記評価部は、内燃機関の停止から所定期間経過後に前記温度検出部によって検出された温度または代表温度および前記抵抗検出部によって検出された抵抗に基づいて、通電加熱ヒータの加熱性能を評価することを特徴とする請求項２に記載の通電加熱ヒータ検査装置。
4. 前記評価部は、内燃機関が始動する際に前記温度検出部によって検出された温度または代表温度および前記抵抗検出部によって検出された抵抗に基づいて、通電加熱ヒータの加熱性能を評価することを特徴とする請求項２または３に記載の通電加熱ヒータ検査装置。
5. 前記内燃機関が停止してから温度または代表温度および抵抗が検出されるまでの前記期間は、当該内燃機関が停止する前の運転状況に応じて可変設定されることを特徴とする請求項３または４に記載の通電加熱ヒータ検査装置。
6. 前記抵抗検出部は、通電加熱ヒータに所定の電圧が印加されたときに流れる電流を、抵抗として検出するものであり、
   通電加熱ヒータの温度上昇を抑えるべく前記電圧の印加時間が所定時間内に制限されることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか一つに記載の通電加熱ヒータ検査装置。
7. さらに、通電加熱ヒータの温度上昇を抑えるべく、一旦当該電圧の印加が終了した後の所定期間は、抵抗を検出するための電圧は印加されないことを特徴とする請求項６に記載の通電加熱ヒータ検査装置。
8. 前記温度検出部は、代表温度として外気温度を検出する外気温センサであることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか一つに記載の通電加熱ヒータ検査装置。
9. 前記温度検出部は、代表温度として吸気温度を検出する吸気温センサであることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか一つに記載の通電加熱ヒータ検査装置。
   

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