JP2007120390A - 排出ガスセンサのヒータ制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ショートトリップ運転が何回も繰り返された後に内燃機関を始動する場合に、排気管内の水分の付着による空燃比センサの素子割れを防止しながら空燃比センサを早期に活性化できるようにする。
【解決手段】排気管の暖機完了前(排気管内の水分が蒸発して排出される前)にエンジンが停止されるショートトリップ運転の連続回数が所定回数以上になった後にエンジンを始動する場合は、排気管内の水分の付着による空燃比センサの素子割れを防止するためにプレヒート制御を実行する。このプレヒート制御では、空燃比センサのセンサ素子を水分が付着しても素子割れが発生しない温度で予熱するようにヒータの通電を制御する。その際、ショートトリップ運転の連続回数に応じて排気管内の水分量が変化するのに対応して、プレヒート制御の実行時間とヒータ通電量(デューティ比)を設定する。
【選択図】図5
【解決手段】排気管の暖機完了前(排気管内の水分が蒸発して排出される前)にエンジンが停止されるショートトリップ運転の連続回数が所定回数以上になった後にエンジンを始動する場合は、排気管内の水分の付着による空燃比センサの素子割れを防止するためにプレヒート制御を実行する。このプレヒート制御では、空燃比センサのセンサ素子を水分が付着しても素子割れが発生しない温度で予熱するようにヒータの通電を制御する。その際、ショートトリップ運転の連続回数に応じて排気管内の水分量が変化するのに対応して、プレヒート制御の実行時間とヒータ通電量(デューティ比)を設定する。
【選択図】図5
Description
本発明は、排出ガスセンサのセンサ素子を加熱するヒータの通電を制御して該センサ素子の温度を制御する排出ガスセンサのヒータ制御装置に関するものである。
近年の電子制御化された内燃機関では、排気管に排出ガスの空燃比やリッチ/リーン等を検出する排出ガスセンサ(空燃比センサ、酸素センサ等)を設け、この排出ガスセンサの出力に基づいて実空燃比を目標空燃比に一致させるように燃料噴射量や吸入空気量等をフィードバック制御するようにしている。一般に、排出ガスセンサは、センサ素子の温度が活性温度まで昇温しないと、検出精度が悪いため、排出ガスセンサにヒータを内蔵し、内燃機関の始動時からセンサ素子をヒータで加熱して排出ガスセンサの活性化を促進するようにしている。
ところで、内燃機関の排出ガスには、燃料と空気の燃焼反応によって生成された水蒸気が含まれており、内燃機関の始動直後で排気管温度が低いときには、水蒸気を含んだ排出ガスが排気管内で冷やされるため、排気管内で排出ガス中の水蒸気が凝縮して凝縮水が生じることがある。このため、始動直後に排気管内で生じた凝縮水が排出ガスセンサのセンサ素子に付着する可能性があり、その結果、ヒータで加熱された高温のセンサ素子が凝縮水の付着による局所冷却(熱歪み)によって割れてしまう“素子割れ”が発生することがある。
この対策として、特許文献1(特開2003−83152号公報)に記載されているように、排気温度と外気温度に基づいて排気管温度を算出し、この排気管温度が所定温度よりも低いときには、排気管内に凝縮水が発生すると判断して、排出ガスセンサの温度を、水分が付着しても素子割れが発生しない温度領域に維持するようにヒータの通電を制御するようにしたものがある。
特開2003−83152号公報(第9頁等)
ところで、内燃機関の始動後に排出ガスの熱で排気管が暖機されて排気管温度が十分に上昇すると、排気管内の水分が蒸発して排出されるが、排気管の暖機完了前(つまり排気管内の水分が蒸発して排出される前)に内燃機関が停止されるショートトリップ運転が繰り返されると、排気管内に水分が蓄積されていく。上記特許文献1の技術では、このようなショートトリップ運転による排気管内の水分増加が全く考慮されていないため、ショートトリップ運転が繰り返された場合は、上述した水分の付着による排出ガスセンサの素子割れを十分に防止できない。
そこで、本発明者らは、ショートトリップ運転の連続回数が所定回数を越えたときに、排気管内に水分が蓄積されていると判断して、内燃機関の運転開始時にセンサ素子の温度をその活性温度よりも低い温度(水分が付着しても素子割れが発生しない温度)に維持するようにヒータの通電を制御する予熱通電制御を実行するシステムを研究しているが、この研究過程で、次のような新たな課題が判明した。
ショートトリップ運転が何回も繰り返された後の内燃機関の始動時に、排気管内の水分が蒸発して排出されるまでの期間に対して予熱通電制御の実行時間が長過ぎると、排出ガスセンサの活性化が遅れてしまい、その分、空燃比フィードバック制御の開始が遅れて、排気エミッションが悪化する可能性がある。一方、排気管内の水分が蒸発して排出されるまでの期間に対して予熱通電制御の実行時間が短過ぎると、排気管内に水分が残った状態でセンサ素子を活性温度まで昇温させるヒータ通電制御が開始されてしまい、水分の付着による排出ガスセンサの素子割れが発生する可能性がある。
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、ショートトリップ運転が何回も繰り返された後に内燃機関を始動する場合に、排気管内の水分の付着による排出ガスセンサの素子割れを防止しながら、排出ガスセンサをできるだけ早期に活性化することができる排出ガスセンサのヒータ制御装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、内燃機関の排気管に設けられた排出ガスセンサのセンサ素子を加熱するヒータの通電を制御して該センサ素子の温度を制御する排出ガスセンサのヒータ制御装置において、内燃機関が暖機完了前に停止されるショートトリップ運転を判定するショートトリップ運転判定手段と、前回の内燃機関運転終了時までに前記ショートトリップ運転の連続回数が所定回数以上になっているときに内燃機関を始動する場合にその始動から暫くの期間が経過するまで前記センサ素子をその活性温度よりも低い温度で予熱するように前記ヒータの通電を制御する予熱通電制御を実行する予熱通電制御手段とを備え、前記予熱通電制御手段は、前記予熱通電制御の実行時間(ヒータの通電時間)と前記ヒータの通電量のうちの少なくとも一方を前記ショートトリップ運転の連続回数に応じて設定するようにしたものである。
前述したように、ショートトリップ運転の連続回数に応じて排気管内に蓄積される水分量が変化し、それに伴って内燃機関の始動後に排気管内の水分が蒸発して排出されるまでの期間が変化する。従って、ショートトリップ運転の連続回数に応じて予熱通電制御の実行時間(ヒータの通電時間)やヒータ通電量を設定すれば、ショートトリップ運転の連続回数に応じて排気管内の水分量が変化するのに対応して、予熱通電制御の実行時間やヒータ発熱量(センサ素子の温度)を適正に変化させることができる。これにより、ショートトリップ運転が何回も繰り返されて排出ガスセンサの素子割れの危険性が予知される場合は、排気管内の実際の水分量が多くなるほど、予熱通電制御の実行時間を長くしたり、ヒータ発熱量を低下させてセンサ素子の温度を低下させて、万一、センサ素子に水が付着しても素子割れを生じさせないという制御が可能となる。このようにすれば、ショートトリップ運転が何回も繰り返された後に内燃機関を始動する場合でも、排気管内の水分の付着による排出ガスセンサの素子割れを防止しながら、予熱通電制御の実行時間を排気管内の実際の水分量に応じた適正な時間に設定することが可能となり、排出ガスセンサをできるだけ早期に活性化することができる。
この場合、外気温が高くなるほど排気管内の温度が高くなって排気管内の水分が蒸発しやすくなることを考慮して、請求項2のように、ショートトリップ運転を判定する際の判定条件を外気温に応じて変化させるようにしても良い。このようにすれば、外気温に応じて排気管の暖機完了までの期間(排気管内の水分が蒸発して排出されるまでの期間)が変化するのに対応して、ショートトリップ運転を判定する際の判定条件を適正に変化させることができ、ショートトリップ運転の判定精度を向上させることができる。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
まず、図1に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン11の吸気管12には、モータ等によって開度調節されるスロットルバルブ13が設けられている。このスロットルバルブ13の下流側には、エンジン11の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド14が設けられ、各気筒の吸気マニホールド14の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁15が取り付けられている。また、吸気管12には、吸入空気量を検出するエアフローメータ16や、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ17が設けられている。更に、吸気温が吸気温センサ18によって検出される。
まず、図1に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン11の吸気管12には、モータ等によって開度調節されるスロットルバルブ13が設けられている。このスロットルバルブ13の下流側には、エンジン11の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド14が設けられ、各気筒の吸気マニホールド14の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁15が取り付けられている。また、吸気管12には、吸入空気量を検出するエアフローメータ16や、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ17が設けられている。更に、吸気温が吸気温センサ18によって検出される。
一方、エンジン11の排気管19には、排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサ20(排出ガスセンサ)が設けられている。また、排気管19のうちの空燃比センサ20の上流側と吸気管12のうちのスロットルバルブ13の下流側との間に、排出ガスの一部を吸気側に還流させるためのEGR配管21が接続され、このEGR配管21の途中に排出ガス還流量(EGR量)を制御するEGR弁22が設けられている。
また、エンジン11のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ23や、エンジン11のクランク軸が所定クランク角回転する毎にクランク角信号(パルス信号)を出力するクランク角センサ24が取り付けられている。このクランク角センサ24のクランク角信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
これら各種センサの出力は、エンジン制御回路(以下「ECU」と表記する)25に入力される。このECU25は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたROM(記憶媒体)に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁15の燃料噴射量や点火プラグ(図示せず)の点火時期を制御する。
次に、図2を用いて空燃比センサ20の構成について説明する。空燃比センサ20のセンサ素子26は、絶縁層27に固体電解質層28と拡散抵抗層29と遮蔽層30とが積層された積層構造型のセンサ素子である。固体電解質層28は、部分安定化ジルコニア製のシートで形成され、この固体電解質層28を挟むように拡散層側電極31と大気側電極32が対向配置されている。各電極31,32は、白金Pt等により形成されている。
また、拡散抵抗層29は、拡散層側電極31へ排出ガスを導入するための多孔質シートで形成され、遮蔽層30は、排出ガスの透過を抑制するための緻密層で形成されている。これら拡散抵抗層29と遮蔽層30は、いずれもアルミナ、ジルコニア等のセラミックをシート成形法等により成形したものであるが、ポロシティの平均孔径及び気孔率の違いによりガス透過率が相違するものとなっている。
一方、絶縁層27のうち大気側電極32が配置される部分には、大気ダクト33が形成され、絶縁層27の内部には、白金Pt等により形成されたヒータ34が埋設されている。このヒータ34は、バッテリ電源からの通電により発熱する線状の発熱体であり、その発熱によりセンサ素子26全体を加熱するようになっている。尚、ヒータ34は、絶縁層27に埋設される構成(センサ素子26に内蔵される構成)に限定されず、センサ素子26に外付けされる構成であっても良い。
センサ素子26の周囲の排出ガスは、拡散抵抗層29の側方部から導入されて拡散層側電極31に達する。排出ガスがリーン雰囲気の場合には、排出ガス中の酸素が、電極31,32間の電圧印加により拡散層側電極31で分解されてイオン化されて固体電解質層28を通過した後、大気側電極32より大気ダクト33に排出される。このときに、大気側電極32→拡散層側電極31の向きに電流が流れる。一方、排出ガスがリッチ雰囲気の場合には、大気ダクト33内の酸素が、大気側電極32で分解されてイオン化されて固体電解質層28を通過した後、拡散層側電極31より排出され、排出ガス中のHCやCO等の未燃成分と触媒反応する。このときに、拡散層側電極31→大気側電極32の向きに電流が流れる。これにより、空燃比センサ20は、所定の印加電圧において出力電流(限界電流値)が空燃比と直線的な相関関係を有するようになる。
ECU25は、エンジン運転中に、空燃比センサ20の出力に基づいて排出ガスの空燃比を検出し、その検出空燃比が目標空燃比に一致するように燃料噴射量等をフィードバック制御する。また、空燃比センサ20は、センサ素子26の温度が活性温度(例えば750℃)まで昇温しないと検出精度が悪いため、ECU25は、センサ素子26の素子インピーダンスに基づいて素子温度を検出し、その素子温度が活性温度になるようにヒータ34の通電を制御してセンサ素子26を加熱する。
ところで、エンジン運転開始後に排出ガス等の熱で排気管19が暖機されて排気管温度が上昇すると、排気管19内の水分が蒸発して排出されるが、排気管19の暖機完了前(つまり排気管19内の水分が蒸発して排出される前)にエンジン11が停止されるショートトリップ運転が繰り返されると、排気管19内に水分が蓄積されていく。エンジン始動後に排気管19内に水分が残った状態でセンサ素子26を活性温度まで昇温させるヒータ通電制御を開始すると、排気管19内の水分が空燃比センサ20の高温のセンサ素子26に付着して“素子割れ”が発生する可能性がある。
そこで、ECU25は、後述する図3のショートトリップ運転判定プログラムを実行することで、エンジン11が停止される毎に、エンジン運転時間(エンジン始動からエンジン停止までの経過時間)をショートトリップ運転判定時間と比較して、排気管19の暖機完了前(つまり、排気管19内の水分が蒸発して排出される前)にエンジン11が停止されるショートトリップ運転であるか否かを判定し、ショートトリップ運転の連続回数をカウントする。
更に、ECU25は、後述する図4のヒータ通電制御プログラムを実行することで、ショートトリップ運転の連続回数が所定回数以上の場合には、図5に示すように、ウエットモードヒータ通電制御を実行する。このウエットモードヒータ通電制御では、エンジン運転開始時にセンサ素子26をその活性温度よりも低い温度(水分が付着しても素子割れが発生しない温度)で予熱するようにヒータ34の通電を制御するプレヒート制御(予熱通電制御)を実行する。その際、ショートトリップ運転の連続回数に応じてマップ等によりプレヒート制御の実行時間(ヒータ通電時間)とヒータ通電量(例えばデューティ比)を設定する。
一般に、ショートトリップ運転の連続回数が多くなるほど排気管19内に蓄積される水分量が増加し、それに伴ってエンジン始動後に排気管19内の水分が蒸発して排出されるまでの期間(以下「排気管内水分蒸発期間」という)が長くなるため、本実施例では、ショートトリップ運転の連続回数が多くなるほど、プレヒート制御の実行時間(ヒータ通電時間)が長くなるように設定される。これにより、ショートトリップ運転の連続回数に応じて排気管内水分蒸発期間(排気管19内の水分量)が変化するのに対応して、プレヒート制御の実行時間を変化させることができる。更に、ショートトリップ運転の連続回数が少なくなるほど(つまりプレヒート制御の実行時間が短くなるほど)、プレヒート制御のヒータ通電デューティ比(ヒータ34の発熱量)が大きくなるように設定される。これにより、プレヒート制御の実行時間が変化しても、そのプレヒート制御の実行時間中にヒータ34に供給する合計電力量ひいてはヒータ34の合計発熱量を均等化することが可能となり、プレヒート制御の実行時間が変化しても、プレヒート制御終了時のセンサ素子26の温度を目標予熱温度付近に制御できる。この目標予熱温度は、センサ素子26に水分が付着しても、素子割れが生じない温度範囲内で設定される。
その後、プレヒート制御開始から設定した実行時間が経過した時点で、素子温度フィードバック制御に移行する。この素子温度フィードバック制御では、センサ素子26の温度を活性温度に維持するように、センサ素子26の温度をそのセンサ素子26のインピーダンス等に基づいて検出しながらヒータ通電デューティ比をフィードバック制御する。
一方、ショートトリップ運転の連続回数が所定回数よりも少なく、外気温が所定温度よりも高い場合には、図6に示すように、第1のドライモードヒータ通電制御を実行する。この第1のドライモードヒータ通電制御では、プレヒート制御を実行することなく、エンジン始動時から素子温度フィードバック制御を実行する。
これに対して、ショートトリップ運転の連続回数が所定回数よりも少なく、外気温が所定温度以下の場合には、図6に示すように、第2のドライモードヒータ通電制御を実行する。この第2のドライモードヒータ通電制御では、エンジン始動時からプレヒート制御を実行し、プレヒート制御開始から所定のディレイ時間が経過した時点で、素子温度フィードバック制御に移行する。
以下、ECU25が実行する図3及び図4のヒータ通電制御用の各プログラムの処理内容を説明する。
[ショートトリップ運転判定]
図3に示すショートトリップ運転判定プログラムは、ECU25の電源オン中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいうショートトリップ運転判定手段としての役割を果たす。尚、エンジン停止後も暫くの間、本プログラムを実行するために、図示しないIGスイッチ(イグニッション)のオフ後も暫くの間、電源ラインのメインリレー(図示せず)をオン状態に維持してECU25への通電が継続されるようになっている。
図3に示すショートトリップ運転判定プログラムは、ECU25の電源オン中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいうショートトリップ運転判定手段としての役割を果たす。尚、エンジン停止後も暫くの間、本プログラムを実行するために、図示しないIGスイッチ(イグニッション)のオフ後も暫くの間、電源ラインのメインリレー(図示せず)をオン状態に維持してECU25への通電が継続されるようになっている。
本プログラムが起動されると、まず、ステップ101で、エンジン始動タイミングを読み込むと共に、外気温センサ(図示せず)で検出した外気温を読み込む。尚、外気温センサを備えていない場合は、吸気温センサ18の出力に基づいて外気温を推定するようにしても良い。
この後、ステップ102に進み、外気温に応じてマップ等によりショートトリップ運転判定時間を算出する。一般に、外気温が低くなるほど排気管19の暖機完了までの期間(排気管19内の水分が蒸発して排出されるまでの期間)が長くなるため、ショートトリップ運転判定時間のマップは、外気温が低くなるほどショートトリップ運転判定時間が長くなるように設定されている。このショートトリップ運転判定時間のマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて設定され、ECU25のROMに記憶されている。
この後、ステップ103に進み、現在までのエンジン運転時間(エンジン始動からの経過時間)をカウントアップした後、ステップ104に進み、エンジン11が停止されたか否かを、例えば、IGスイッチがオフされたか否か、或は、エンジン回転速度が所定値以下になったか否か等によって判定する。
このステップ104で、エンジン11が停止されたと判定された時点で、ステップ105に進み、エンジン運転時間(エンジン始動からエンジン停止までの経過時間)がショートトリップ運転判定時間よりも短いか否かによって、ショートトリップ運転であるか否かを判定する。
その結果、ショートトリップ運転であると判定された場合には、ステップ106に進み、ショートトリップ運転の連続回数をカウントするカウンタをカウントアップして、本プログラムを終了する。尚、ショートトリップ運転の連続回数は、ECU25のバックアップRAM(図示せず)等の書き換え可能な不揮発性メモリに記憶され、エンジン停止中も記憶が保持される。
一方、上記ステップ105で、ショートトリップ運転ではないと判定された場合には、ステップ107に進み、ショートトリップ運転の連続回数のカウンタを「0」にリセットして、本プログラムを終了する。
[ヒータ通電制御プログラム]
図4に示すヒータ通電制御プログラムは、ECU25の電源オン中に所定周期で実行される。本プログラムが起動されると、まず、ステップ201で、ECU25の不揮発性メモリに記憶されている前回運転終了時までのショートトリップ運転の連続回数を読み込んだ後、ステップ202に進み、前回運転終了時までのショートトリップ運転の連続回数が所定回数(例えば1回)以上であるか否かを判定する。
図4に示すヒータ通電制御プログラムは、ECU25の電源オン中に所定周期で実行される。本プログラムが起動されると、まず、ステップ201で、ECU25の不揮発性メモリに記憶されている前回運転終了時までのショートトリップ運転の連続回数を読み込んだ後、ステップ202に進み、前回運転終了時までのショートトリップ運転の連続回数が所定回数(例えば1回)以上であるか否かを判定する。
このステップ202で、ショートトリップ運転の連続回数が所定回数以上であると判定された場合には、ステップ203に進み、ウエットモードヒータ通電制御を次のようにして実行する。まず、ステップ204で、エンジン始動後にセンサ素子26の温度を活性温度よりも低い温度(水分が付着しても素子割れが発生しない温度)に維持するようにヒータ34の通電を制御するプレヒート制御を実行する。その際、ショートトリップ運転の連続回数に応じてマップ等によりプレヒート制御の実行時間(ヒータ通電時間)とヒータ通電デューティ比を算出する。このステップ204の処理が特許請求の範囲でいう予熱通電制御手段としての役割を果たす。
一般に、ショートトリップ運転の連続回数が多くなるほど排気管19内に蓄積される水分量が増加し、それに伴ってエンジン始動後に排気管19内の水分が蒸発して排出されるまでの期間(排気管内水分蒸発期間)が長くなるため、プレヒート制御の実行時間(ヒータ通電時間)のマップは、ショートトリップ運転の連続回数が多くなるほどプレヒート制御の実行時間が長くなるように設定されている。更に、プレヒート制御のヒータ通電デューティ比のマップは、ショートトリップ運転の連続回数が短くなるほど(つまりヒータ通電時間が短くなるほど)、プレヒート制御のヒータ通電デューティ比が大きくなるように設定されている。これらのプレヒート制御の実行時間のマップとヒータ通電デューティ比のマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて設定され、ECU25のROMに記憶されている。
尚、プレヒート制御のヒータ通電デューティ比は、プレヒート制御開始からの経過時間に応じて変化させるようにしても良い。
この後、ステップ205に進み、プレヒート制御開始から上記プレヒート制御の実行時間が経過したか否かを判定し、プレヒート制御の実行時間が経過していなければ、プレヒート制御を継続する。
この後、ステップ205に進み、プレヒート制御開始から上記プレヒート制御の実行時間が経過したか否かを判定し、プレヒート制御の実行時間が経過していなければ、プレヒート制御を継続する。
その後、ステップ205で、プレヒート制御開始から上記プレヒート制御の実行時間がが経過したと判定された時点で、ステップ211に進み、素子温度フィードバック制御に移行する。この素子温度フィードバック制御では、センサ素子26の温度を活性温度に維持するようにヒータ通電デューティ比をフィードバック制御する。
一方、上記ステップ202で、ショートトリップ運転の連続回数が所定回数よりも少ないと判定された場合には、ステップ206に進み、外気温が所定温度よりも高いか否かを判定する。このステップ206で、外気温が所定温度よりも高いと判定された場合には、ステップ207に進み、第1のドライモードヒータ通電制御を実行する。この第1のドライモードヒータ通電制御では、プレヒート制御を実行することなく、ステップ211に進み、エンジン運転開始時から素子温度フィードバック制御を実行する。
これに対して、上記ステップ206で、外気温が所定温度以下であると判定された場合には、ステップ208に進み、第2のドライモードヒータ通電制御を次のようにして実行する。まず、ステップ209に進み、エンジン始動時からプレヒート制御を実行する。この後、ステップ210に進み、プレヒート制御開始から所定のディレイ時間が経過したか否かを判定し、所定のディレイ時間が経過していなければ、プレヒート制御を継続する。その後、ステップ210で、プレヒート制御開始から所定のディレイ時間が経過したと判定された時点で、ステップ211に進み、素子温度フィードバック制御に移行する。
以上説明した本実施例では、前回のエンジン運転終了時までにショートトリップ運転の連続回数が所定回数以上になっているときにエンジン11を始動する場合に、センサ素子26の温度を活性温度よりも低い温度(水分が付着しても素子割れが発生しない温度)に維持するようにヒータ34の通電を制御するプレヒート制御を実行すると共に、ショートトリップ運転の連続回数に応じてプレヒート制御の実行時間(ヒータ通電時間)を設定するようにしたので、ショートトリップ運転の連続回数に応じて排気管内水分蒸発期間(排気管19内の水分量)が変化するのに対応して、プレヒート制御の実行時間を適正に変化させることができる。
しかも、本実施例では、ショートトリップ運転の連続回数に応じてヒータ34の通電量(デューティ比)を設定するようにしたので、ショートトリップ運転の連続回数が少なくなるほど(つまりプレヒート制御の実行時間が短くなるほど)、プレヒート制御のヒータ34の通電量(デューティ比)が大きくなるように設定することが可能となる。これにより、プレヒート制御の実行時間が変化しても、そのプレヒート制御の実行時間中にヒータ34に供給する合計電力量ひいてはヒータ34の合計発熱量を均等化することが可能となり、プレヒート制御の実行時間が変化しても、プレヒート制御終了時のセンサ素子26の温度を目標予熱温度付近に制御できる。
これにより、ショートトリップ運転が何回も繰り返された後にエンジン11を始動する場合でも、空燃比センサ20の素子割れを防止しながら、プレヒート制御の実行時間を排気管19内の実際の水分量に応じた適正な時間に設定することが可能となり、排出ガスセンサをできるだけ早期に活性化して早期に空燃比フィードバック制御を開始することができ、排気エミッションを向上させることができる。
また、本実施例では、外気温が高くなるほど排気管19内の温度が高くなって排気管19内の水分が蒸発しやすくなることを考慮して、ショートトリップ運転を判定する際に、外気温に応じてショートトリップ運転判定時間を変化させるようにしたので、外気温に応じて排気管19の暖機完了までの期間(排気管19内の水分が蒸発して排出されるまでの期間)が変化するのに対応して、ショートトリップ運転判定時間を適正に変化させることができ、ショートトリップ運転の判定精度を向上させることができる。
尚、上記実施例では、外気温に応じてショートトリップ運転判定時間を変化させるようにしたが、ショートトリップ運転判定時間と比較するエンジン運転時間を外気温に応じて補正するようにしても良い。
また、上記実施例では、ショートトリップ運転の連続回数に応じてプレヒート制御の実行時間とヒータ34の通電量(デューティ比)の両方を変化させるようにしたが、いずれか一方を固定値として、他方のみを変化させるようにしても良い。例えば、プレヒート制御の実行時間のみをショートトリップ運転の連続回数に応じて変化させる場合は、プレヒート制御の実行時間が長くなったときに、プレヒート制御終了時のセンサ素子26の温度が目標予熱温度を超えて高くなり過ぎないようにするために、プレヒート制御のヒータ34の通電量を少なめに設定すれば良い。
その他、本発明の適用範囲は、積層型のセンサ素子を有する空燃比センサのヒータ制御に限定されず、例えば、コップ型のセンサ素子を有する空燃比センサのヒータ制御や、排出ガスのリッチ/リーンを検出する酸素センサ等、他の排出ガスセンサのヒータ制御に本発明を適用しても良い。
11…エンジン(内燃機関)、12…吸気管、13…スロットルバルブ、15…燃料噴射弁、19…排気管、20…空燃比センサ(排出ガスセンサ)、25…ECU(ショートトリップ運転判定手段,予熱通電制御手段)、26…センサ素子、34…ヒータ
Claims (2)
- 内燃機関の排気管に設けられた排出ガスセンサのセンサ素子を加熱するヒータの通電を制御して該センサ素子の温度を制御する排出ガスセンサのヒータ制御装置において、
前記内燃機関が暖機完了前に停止されるショートトリップ運転を判定するショートトリップ運転判定手段と、
前回の内燃機関運転終了時までに前記ショートトリップ運転の連続回数が所定回数以上になっているときに前記内燃機関を始動する場合にその始動から暫くの期間が経過するまで前記センサ素子をその活性温度よりも低い温度で予熱するように前記ヒータの通電を制御する予熱通電制御を実行する予熱通電制御手段とを備え、
前記予熱通電制御手段は、前記予熱通電制御の実行時間と前記ヒータの通電量のうちの少なくとも一方を前記ショートトリップ運転の連続回数に応じて設定することを特徴とする排出ガスセンサのヒータ制御装置。 - 前記ショートトリップ運転判定手段は、前記ショートトリップ運転を判定する際の判定条件を外気温に応じて変化させることを特徴とする請求項1に記載の排出ガスセンサのヒータ制御装置。
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