JP2009168769A - 排出ガスセンサのヒータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排出ガスセンサの素子割れを防止しながらセンサ素子の早期活性化を実現する。
【解決手段】始動時に始動条件（冷却水温、吸気温、外気温、油温等）に応じて、排出ガスセンサ２５，２６のセンサ素子を予熱する予熱期間と基準ヒータ通電デューティを設定する。予熱期間中は、運転条件（シフトレンジ、エンジン回転速度、点火時期、吸入空気量）に応じて補正デューティを設定し、基準ヒータ通電デューティに補正デューティを加算して予熱期間中のヒータ通電デューティを設定する。始動後の経過時間が予熱期間を越えるまでは、予熱期間中のヒータ通電デューティで排出ガスセンサ２５，２６のヒータ２７，２８に通電してセンサ素子を予熱する。その後、始動後の経過時間が予熱期間を越えた後は、ヒータ通電デューティを増加させてセンサ素子を活性温度まで昇温させて、センサ素子を活性状態に維持するようにヒータ通電デューティを制御する。
【選択図】図１

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発明である。

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）を配置し、この排出ガスセンサの出力に基づいて排出ガスの空燃比を目標空燃比に一致させるように燃料噴射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、始動後に排出ガスセンサに内蔵したヒータでセンサ素子を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。

しかし、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の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、始動直後からセンサ素子をヒータで強く加熱すると、高温に加熱された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２００７−１２０３９０号公報）に記載されているように、内燃機関の始動時から所定の予熱期間が経過するまで、排出ガスセンサのセンサ素子を被水による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デューティ（通電量）を制限して通電し、その後、予熱期間が経過した後に、ヒータの通電デューティを増加させてセンサ素子を活性温度まで昇温させるようにしたものがある。
特開２００７−１２０３９０号公報

ところで、予熱期間中のセンサ素子の予熱温度は、ヒータの通電デューティ（発熱量）の他に、内燃機関から排気通路内に排出される排気熱量によっても変化する。

しかし、上記特許文献１の技術では、予熱期間中の運転条件の変化による排気熱量の変化を考慮せずに、始動条件のみでヒータの通電デューティを設定するため、ヒータの通電デューティを安全側の余裕を見込んで低めの通電デューティに設定する必要があり、その分、センサ素子の予熱温度が低くなって、予熱期間終了後にセンサ素子を活性温度に昇温するまでの時間が長くなってしまい、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という欠点がある。

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、従ってその目的は、排出ガスセンサの素子割れを防止しながらセンサ素子の早期活性化を実現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、内燃機関の排気通路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、内燃機関の始動時から所定の予熱期間が経過するまで前記排出ガスセンサのセンサ素子を被水による素子割れが発生しない温度範囲内で予熱するように前記ヒータの通電量を制限する予熱制御手段を備え、前記予熱制御手段によって、前記予熱期間中に運転条件に応じて前記ヒータの通電量を補正するようにしたものである。

この構成では、予熱期間中に、運転条件の変化に応じて内燃機関から排気通路内に排出される排気熱量が増加又は減少したときに、その排気熱量によってセンサ素子に与えられる熱量が増加又は減少するのに対応して、その増加分又は減少分の影響を少なくするようにヒータの通電量（発熱量）を減少又は増加させるように補正して、ヒータの発熱量と排気熱量とによって決まるセンサ素子の予熱温度を被水による素子割れが発生しない温度範囲内で従来よりも高い温度に制御することが可能となり、排出ガスセンサの素子割れを防止しながらセンサ素子の早期活性化を実現することができる。

この場合、請求項２のように、予熱期間中に、内燃機関の回転速度、点火時期、吸入空気量、変速機のシフトレンジのうちの少なくとも１つに応じてヒータの通電量を補正するようにすれば良い。一般に、内燃機関の回転速度が高くなるほど排気熱量が増加し、また、点火時期が遅角されると排気温度が上昇し、また、吸入空気量が多くなるほど排気熱量が増加するという関係がある。また、始動直後の触媒早期暖機制御中にシフトレンジがＰレンジ又はＮレンジからＤレンジに切り替えられると、目標アイドル回転速度が低下して排気熱量が減少するという関係がある。従って、予熱期間中に、内燃機関の回転速度、点火時期、吸入空気量、変速機のシフトレンジのうちの少なくとも１つに応じてヒータの通電量を補正すれば、予熱期間中の運転条件の変化による排気熱量の変化に応じてヒータの通電量を適正に補正することができる。

また、請求項３のように、予熱期間中に運転条件が変化するまでの経過時間を考慮してヒータの通電量を補正するようにしても良い。このようにすれば、予熱期間中のヒータの通電量の補正精度を高めることができる。

また、請求項４のように、予熱期間中に排気通路内に凝縮水が発生しない状態であると判断したときにヒータの通電量を増加させるようにしたり、或は、請求項５のように、予熱期間中に排気通路内に発生した凝縮水が飛散しない状態であると判断したときに前記ヒータの通電量を増加させるようにしても良い。このようにしても、予熱期間中に被水による素子割れが発生しない温度範囲内でヒータの通電量を増加させてセンサ素子の予熱温度を従来よりも高い温度に制御することが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した幾つかの実施例を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図６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の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８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２０が設けられ、各気筒の吸気マニホールド２０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２１が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

一方、エンジン１１の排気管２３（排気通路）には、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２４が設けられ、この触媒２４の上流側と下流側に、それぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２５，２６（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられ、各排出ガスセンサ２５，２６には、センサ素子を加熱するヒータ２７，２８が内蔵されている（又は外付けされている）。尚、下流側の排出ガスセンサ２６を省略した構成としても良い。

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２９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パルス信号を出力するクランク角センサ３０が取り付けられている。このクランク角センサ３０の出力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、制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３１に入力される。このＥＣＵ３１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２１の燃料噴射量や点火プラグ２２の点火時期を制御する。

その際、ＥＣＵ３１は、上流側の排出ガスセンサ２５の出力に基づいて触媒２４の上流側の排出ガスの空燃比を目標空燃比に一致させるように燃料噴射量等をフィードバック補正するメインフィードバック制御を行うと共に、下流側の排出ガスセンサ２６の出力に基づいて触媒２４の上流側の目標空燃比又は燃料噴射量のフィードバック補正量を補正するサブフィードバック制御を行うことで、触媒２４の排出ガス浄化効率を高めるようにしている。

また、排出ガスセンサ２５，２６は、センサ素子の温度が活性温度（例えば７５０℃）まで昇温しないと検出精度が悪いため、エンジン始動後に空燃比フィードバック制御（メイン／サブフィードバック制御）を開始する前に、排出ガスセンサ２５，２６のヒータ２７，２８に通電してセンサ素子を加熱して活性化する必要がある。従って、エンジン始動後に空燃比フィードバック制御を早期に開始するには、排出ガスセンサ２５，２６のセンサ素子を早期に活性化する必要がある。

しかし、エンジン１１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、エンジン１１の始動直後で排気管２３の温度が低いときには、水蒸気を含んだ排出ガスが排気管２３内で冷やされるため、排気管２３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２３内で生じた凝縮水が排出ガスセンサ２５，２６のセンサ素子に付着する可能性があり、始動直後からセンサ素子をヒータ２７，２８で強く加熱すると、高温に加熱された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、ＥＣＵ３１は、後述する図２のヒータ通電制御プログラムを実行することで、エンジン始動時に予熱期間を始動条件に応じて設定し、始動時から予熱期間が経過するまで、排出ガスセンサ２５，２６のセンサ素子を被水による素子割れが発生しない温度で予熱するようにヒータ２７，２８の通電デューティ（以下「ヒータ通電デューティ」という）を制限して通電する予熱制御を実行し、その後、予熱期間が経過した後に、ヒータ通電デューティを増加させてセンサ素子を活性温度まで昇温させて、センサ素子を活性状態に維持するようにヒータ通電デューティを制御する活性化制御を実行する。

この際、従来のように、予熱期間中のヒータ通電デューティを始動条件のみで設定すると、予熱期間中の運転条件の変化による排気熱量の変化を予熱制御に反映させることができず、予熱期間中の運転条件の変化による排気熱量の変化によってセンサ素子の予熱温度が変化する。

排出ガスセンサ２５，２６の予熱期間中は、触媒２４も活性化していないため、触媒早期暖機制御が実行され、シフトレンジがＰレンジやＮレンジの場合は目標アイドル回転速度が通常よりも高い回転速度（例えば１２５０ｒｐｍ）に設定され、Ｄレンジに切り替えられると、目標アイドル回転速度が低回転側の目標回転速度（例えば９００ｒｐｍ）に低下する。このため、予熱期間中にシフトレンジがＰレンジ又はＮレンジからＤレンジに切り替えられると、目標アイドル回転速度が低下して排気熱量が減少する。この関係から、図６に示すように、従来のものは、予熱期間中にＤレンジで運転すると、センサ素子の予熱温度がＰ，Ｎレンジの場合よりも低下して、予熱期間終了後にセンサ素子を活性温度に昇温するまでの時間が長くなってしまい、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という欠点がある。

この対策として、ＥＣＵ３１は、後述する図２のヒータ通電制御プログラムを実行することで、予熱期間中に運転条件に応じてヒータ通電デューティを補正することで、センサ素子の予熱温度を被水による素子割れが発生しない温度範囲内で高い温度に制御するようにしている。以下、図２のヒータ通電制御プログラムの処理内容を説明する。

図２のヒータ通電制御プログラムは、イグニッションスイッチ（図示せず）のオン期間中に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう予熱制御手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、予熱期間が終了したか否かを判定し、予熱期間終了後であれば、ステップ１０９に進み、活性化制御を実行して、ヒータ通電デューティを増加させてセンサ素子を活性温度まで昇温させると共に、センサ素子を活性状態に維持するようにヒータ通電デューティを制御する。

これに対して、上記ステップ１０１で、予熱期間終了前と判定されれば、ステップ１０２に進み、自動変速機のシフトレンジがＰレンジ又はＮレンジであるか否か（停車中であるか否か）を判定し、Ｐレンジ又はＮレンジであれば、ステップ１０３に進み、予熱期間とヒータ通電デューティが設定されているか否かを判定し、まだ予熱期間とヒータ通電デューティが設定されていなければ、ステップ１０４に進み、始動条件に応じて予熱期間をマップ等により設定する。この際、始動条件として、例えば始動時の冷却水温を用い、図３の予熱期間設定マップを参照して、始動時の冷却水温が低いほど、予熱期間を長くするように設定する。或は、始動条件として、始動時の冷却水温の他に、吸気温、外気温、油温等も考慮し、それらの中から最も低い温度に応じて予熱期間を設定したり、更に、始動時の冷却水温と外気温との差（又は始動時の冷却水温と吸気温との差）に応じて上記予熱期間を補正しても良い。

この後、ステップ１０５に進み、始動条件に応じて予熱期間中の基準ヒータ通電デューティをマップ等により設定する。この際、始動条件として、例えば始動時の冷却水温を用い、図４の基準ヒータ通電デューティ設定マップを参照して、始動時の冷却水温が低いほど、基準ヒータ通電デューティを低下させるように設定する。これは、始動時の冷却水温が低いほど、排気管２３内に凝縮水が生じやすいためである。或は、始動条件として、始動時の冷却水温の他に、吸気温、外気温、油温等も考慮し、それらの中から最も低い温度に応じて基準ヒータ通電デューティを設定したり、更に、始動時の冷却水温と外気温との差（又は始動時の冷却水温と吸気温との差）に応じて上記基準ヒータ通電デューティを補正しても良い。

尚、上記ステップ１０４、１０５の予熱期間と基準ヒータ通電デューティの設定処理は、上記ステップ１０３の判定処理によって、始動時に１回のみ行われる。

一方、前述したステップ１０２で、シフトレンジがＰレンジ又はＮレンジからＤレンジに切り替えられていると判定されれば、ステップ１０６に進み、Ｄレンジに対応した補正デューティを設定する。始動直後の触媒早期暖機制御中にシフトレンジがＰレンジ又はＮレンジからＤレンジに切り替えられると、目標アイドル回転速度が低下して排気熱量が減少するため、本プログラムでは、予熱期間中の運転条件として、予熱期間中のシフトレンジを用い、Ｄレンジに切り替えられたときに、基準ヒータ通電デューティに対する補正デューティを設定して予熱期間中のヒータ通電デューティを増量補正するものである。この補正デューティは、予め設定した一定値としても良いが、始動時の冷却水温等の始動条件（又は基準ヒータ通電デューティ）に応じて変化させるようにしても良い。例えば、図４に示すように、始動時の冷却水温が高くなるほど（又は基準ヒータ通電デューティが大きくなるほど）、補正デューティを小さくするようにしても良い。

本発明は、予熱期間中の運転条件として、シフトレンジの他に、エンジン回転速度、点火時期、吸入空気量のうちの少なくとも１つに応じて補正デューティを設定しても良い。一般に、エンジン回転速度が高くなるほど排気熱量が増加し、また、点火時期が遅角されると排気温度が上昇し、また、吸入空気量が多くなるほど排気熱量が増加するという関係がある。この関係から、例えば、エンジン回転速度が所定値以上高くなったときに予熱期間中のヒータ通電デューティを減少させるように補正デューティを設定したり、点火時期が所定値以上進角されたときに予熱期間中のヒータ通電デューティを増加させるように補正デューティを設定したり、吸入空気量が所定値以上増加したときに予熱期間中のヒータ通電デューティを減少させるように補正デューティを設定しても良い。

尚、上記ステップ１０６で補正デューティを設定（変更）する回数を所定回数以下又は１回のみに制限するようにしても良い。

以上のようにして、ステップ１０３、１０４で、始動条件に応じて予熱期間と基準ヒータ通電デューティを設定すると共に、ステップ１０６で、予熱期間中の運転条件に応じて基準ヒータ通電デューティに対する補正デューティを設定した後、ステップ１０７に進み、基準ヒータ通電デューティに補正デューティを加算して予熱期間中のヒータ通電デューティを設定する。

予熱期間中のヒータ通電デューティ＝基準ヒータ通電デューティ＋補正デューティ
尚、始動後にシフトレンジがＤレンジに切り替えられるまでは、ステップ１０６の補正デューティの設定処理が行われないため、基準ヒータ通電デューティがそのまま予熱期間中のヒータ通電デューティに設定される。

予熱期間中のヒータ通電デューティ＝基準ヒータ通電デューティ
この後、ステップ１０８に進み、始動後の経過時間が予熱期間を越えたか否かを判定し、始動後の経過時間が予熱期間を越えていなければ、ステップ１１０に進み、上記ステップ１０７で設定した予熱期間中のヒータ通電デューティでヒータ２７，２８に通電する予熱制御を実行する。

その後、始動後の経過時間が予熱期間を越えた時点で、ステップ１０９に進み、ヒータ通電デューティを増加させてセンサ素子を活性温度まで昇温させて、センサ素子を活性状態に維持するようにヒータ通電デューティを制御する活性化制御を実行する。

尚、図２のヒータ通電制御プログラムでは、予熱期間中にシフトレンジがＰレンジ（又はＮレンジ）→Ｄレンジ→Ｐレンジ（又はＮレンジ）へと切り替えられた場合、Ｄレンジ→Ｐレンジ（又はＮレンジ）への切り替え時には、ステップ１０２で「Ｙｅｓ」と判定されるため、ステップ１０６の補正デューティの設定処理は行われない。このため、Ｐレンジ（又はＮレンジ）に切り替えられた後も、Ｄレンジ時に設定された補正デューティで増量補正されたヒータ通電デューティを用いて予熱制御を実行するようになっているが、Ｐレンジ（又はＮレンジ）に切り替えられた後は、補正デューティを「０」にキャンセルして、ヒータ通電デューティを、Ｐ，Ｎレンジに対応したヒータ通電デューティ（基準ヒータ通電デューティ）に戻すようにしても良い。

また、上流側の排出ガスセンサ２５の予熱期間やその予熱期間中のヒータ通電デューティと、下流側の排出ガスセンサ２６の予熱期間やその予熱期間中のヒータ通電デューティとを別々に設定するようにしても良い。

以上説明した本実施例１の予熱制御の一例を図５のタイムチャートを用いて説明する。図５の例では、時刻ｔ1 で始動時と判定され、その時点ｔ1 の始動条件に応じて予熱期間と基準ヒータ通電デューティを設定する。始動後の経過時間が予熱期間を越える前（ｔ3 以前）に、シフトレンジがＰレンジ又はＮレンジからＤレンジに切り替えられると、その時点ｔ2 で、Ｄレンジに対応した補正デューティを設定して、予熱期間中のヒータ通電デューティを、基準ヒータ通電デューティに補正デューティを加算したデューティに増加させる。その後、始動後の経過時間が予熱期間を越えた時点ｔ4 で、予熱制御から活性化制御に移行し、ヒータ通電デューティを増加させてセンサ素子を活性温度まで昇温させて、センサ素子を活性状態に維持するようにヒータ通電デューティを制御する。

尚、始動後の経過時間が予熱期間を越える前（ｔ3 以前）に、シフトレンジがＤレンジに切り替えられずに、始動後のＰレンジ又はＮレンジの継続時間が予熱期間を越える場合は、基準ヒータ通電デューティがそのまま予熱期間中のヒータ通電デューティとなり、始動後の経過時間が予熱期間を越えた時点ｔ3 で、活性化制御に移行する。

以上説明した本実施例１によれば、予熱期間中に、シフトレンジがＤレンジに切り換えられてエンジン１１から排気管２３内に排出される排気熱量が減少したときに、その排気熱量によってセンサ素子に与えられる熱量が減少することを考慮して、その熱量の減少分を補うようにヒータ通電デューティ（発熱量）を増加させるように補正して、ヒータ２７，２８の発熱量と排気熱量とによって決まるセンサ素子の予熱温度を被水による素子割れが発生しない温度範囲内で従来よりも高い温度に制御することが可能となり、排出ガスセンサ２５，２６の素子割れを防止しながらセンサ素子の早期活性化を実現することができる。

尚、本実施例１では、予熱期間中の運転条件に応じて設定した補正デューティを基準ヒータ通電デューティに加算することで、予熱期間中のヒータ通電デューティを運転条件に応じて補正するようにしたが、予熱期間中の運転条件に応じて基準ヒータ通電デューティに対する補正係数を設定して、始動条件に応じて設定した基準ヒータ通電ディレイ時間に補正係数を乗算することで、予熱期間中の運転条件に応じてヒータ通電デューティを補正するようにしても良い。
予熱期間中のヒータ通電デューティ＝基準ヒータ通電デューティ×補正係数

図７乃至図９に示す本発明の実施例２では、始動後に運転条件が変化するまでの経過時間を考慮して補正デューティを設定することで、運転条件が変化するまでの始動後の経過時間を考慮して予熱期間中のヒータ通電デューティを補正するようにしている。その他の点は、前記実施例１と同じである。

本実施例２で実行する図７のヒータ通電制御プログラムは、前記実施例１で説明した図２のステップ１０２の後にステップ１０２ａの処理を追加し、図２のステップ１０６の処理をステップ１０６ａの処理に変更したものであり、他の各ステップの処理は図２の各ステップの処理と同じである。

本実施例２では、図９に示すように、始動時ｔ1 に、前記実施例１と同様の方法で、始動条件に応じて予熱期間と基準ヒータ通電デューティを設定した後、運転条件が変化するまでの経過時間として、始動後にＤレンジに切り替えられるまでのＰ，Ｎレンジ継続時間を計測する（ステップ１０２ａ）。そして、Ｄレンジに切り替えられた時点ｔ2 で、図８の補正デューティ設定マップを参照して、Ｐ，Ｎレンジ継続時間に応じた補正デューティを設定し（ステップ１０６ａ）、基準ヒータ通電デューティに補正デューティを加算して予熱期間中のヒータ通電デューティを設定する。

予熱期間中のヒータ通電デューティ＝基準ヒータ通電デューティ＋補正デューティ
ここで、図８の補正デューティ設定マップは、Ｐ，Ｎレンジ継続時間が長くなるほど、基準ヒータ通電デューティに加算する補正デューティが大きくなるように設定されている。これは、Ｐ，Ｎレンジ継続時間が長くなるほど、排気管２３内の温度が高くなって排気管２３内の水分量が少なくなって、被水による素子割れの可能性が少なくなることを考慮したものである。その後、始動後の経過時間が予熱期間を越えた時点ｔ4 で、活性化制御に移行する。

尚、本実施例２においても、予熱期間中の運転条件として、シフトレンジの他に、エンジン回転速度、点火時期、吸入空気量のうちの少なくとも１つに応じて補正デューティを設定しても良い。

以上説明した本実施例２では、予熱期間中に運転条件が変化するまでの経過時間を考慮してヒータ通電デューティを補正するようにしたので、予熱期間中のヒータ通電デューティの補正精度を高めることができる。

本発明の実施例３では、図１０のヒータ通電制御プログラムを実行する。図１０のヒータ通電制御プログラムは、前記実施例１で説明した図２のヒータ通電制御プログラムのステップ１０２の処理を省略し、図２のステップ１０５〜１０７の処理をステップ１０５ａ〜１０７ａの処理に変更しただけであり、その他の各ステップの処理は、前記図２の各ステップの処理と同じである。

図１０のヒータ通電制御プログラムでは、前記実施例１と同様の方法で、始動時に予熱期間を始動条件に応じてマップ等により設定し（ステップ１０４）、更に、始動条件に応じて予熱期間中のヒータ通電デューティ（前記実施例１の基準ヒータ通電デューティに相当）を設定する（ステップ１０５ａ）。

この後、予熱期間中は、ステップ１０６ａに進み、排気管２３内に凝縮水が発生する条件になったか否かを運転条件等に基づいて判定し、凝縮水が発生する条件になっていると判定されれば、予熱期間中のヒータ通電デューティを変更しないが、排気管２３内に凝縮水が発生する条件になっていないと判定されれば（つまり凝縮水が発生しない状態であると判定されれば）、ステップ１０７ａに進み、予熱期間中のヒータ通電デューティを増加させる。このヒータ通電デューティの増加量は、予め設定された一定値としても良いが、始動後の経過時間に応じてヒータ通電デューティの増加量をマップ等により設定しても良い（例えば始動後の経過時間が長くなるほどヒータ通電デューティの増加量を大きくするようにしても良い）。

以上説明した本実施例３では、予熱期間中に、排出ガスセンサ２５，２６の素子割れを防止できる範囲内でヒータ通電デューティを増加させてセンサ素子の予熱温度を従来よりも高い温度に制御することが可能となり、排出ガスセンサ２５，２６の早期活性化を実現することができる。

本発明の実施例４では、図１１のヒータ通電制御プログラムを実行する。図１１のヒータ通電制御プログラムは、前記実施例３で説明した図１０のヒータ通電制御プログラムのステップ１０６ａの処理をステップ１０６ｂの処理に変更しただけであり、その他の各ステップの処理は、前記図１０の各ステップの処理と同じである。

図１１のヒータ通電制御プログラムでは、予熱期間中は、ステップ１０６ｂに進み、排気管２３内に発生した凝縮水が飛散する条件になったか否かを運転条件等に基づいて判定し、凝縮水が飛散する条件になっていると判定されれば、予熱期間中のヒータ通電デューティを変更しないが、凝縮水が飛散する条件になっていないと判定されれば（つまり凝縮水が飛散しない状態であると判定されれば）、ステップ１０７ａに進み、予熱期間中のヒータ通電デューティを増加させる。このヒータ通電デューティの増加量は、予め設定された一定値としても良いが、始動後の経過時間に応じてヒータ通電デューティの増加量をマップ等により設定しても良い（例えば始動後の経過時間が長くなるほどヒータ通電デューティの増加量を大きくするようにしても良い）。

以上説明した本実施例４では、前記実施例３と同様に、予熱期間中に、排出ガスセンサ２５，２６の素子割れを防止できる範囲内でヒータ通電デューティを増加させてセンサ素子の予熱温度を従来よりも高い温度に制御することが可能となり、排出ガスセンサ２５，２６の早期活性化を実現することができる。

尚、本発明は、上流側の排出ガスセンサ２５のヒータ通電制御のみに適用して実施しても良い等、種々変更して実施できることは言うまでもない。

本発明の各実施例１〜４に共通するエンジン制御システム全体の概略構成図である。 実施例１のヒータ通電制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１の予熱期間設定マップの一例を概念的に示す図である。 実施例１の基準ヒータ通電デューティ設定マップの一例を概念的に示す図である。 実施例１の予熱制御の一例を示すタイムチャートである。 従来の予熱制御の課題を説明するためのタイムチャートである。 実施例２のヒータ通電制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例２の補正デューティ設定マップの一例を概念的に示す図である。 実施例２の予熱制御の一例を示すタイムチャートである。 実施例３のヒータ通電制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例４のヒータ通電制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１６…スロットルバルブ、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２３…排気管（排気通路）、２４…触媒、２５…上流側の排出ガスセンサ、２６…下流側の排出ガスセンサ、２７，２８…ヒータ、２９…冷却水温センサ、３１…ＥＣＵ（予熱制御手段）

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路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、
   内燃機関の始動時から所定の予熱期間が経過するまで前記排出ガスセンサのセンサ素子を被水による素子割れが発生しない温度範囲内で予熱するように前記ヒータの通電量を制限する予熱制御手段を備え、
   前記予熱制御手段は、前記予熱期間中に運転条件に応じて前記ヒータの通電量を補正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。
2. 前記予熱制御手段は、前記予熱期間中に、内燃機関の回転速度、点火時期、吸入空気量、変速機のシフトレンジのうちの少なくとも１つに応じて前記ヒータの通電量を補正す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。
3. 前記予熱制御手段は、前記予熱期間中に運転条件が変化するまでの経過時間を考慮して前記ヒータの通電量を補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の排出ガスセンサのヒータ制御装置。
4. 内燃機関の排気通路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、
   内燃機関の始動時から所定の予熱期間が経過するまで前記排出ガスセンサのセンサ素子を被水による素子割れが発生しない温度範囲内で予熱するように前記ヒータの通電量を制限する予熱制御手段を備え、
   前記予熱制御手段は、前記予熱期間中に前記排気通路内に凝縮水が発生しない状態であると判断したときに前記ヒータの通電量を増加させることを特徴とする排出ガスセンサのヒータ制御装置。
5. 内燃機関の排気通路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、
   内燃機関の始動時から所定の予熱期間が経過するまで前記排出ガスセンサのセンサ素子を被水による素子割れが発生しない温度範囲内で予熱するように前記ヒータの通電量を制限する予熱制御手段を備え、
   前記予熱制御手段は、前記予熱期間中に前記排気通路内に発生した凝縮水が飛散しない状態であると判断したときに前記ヒータの通電量を増加させることを特徴とする排出ガスセンサのヒータ制御装置。

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