JP2009281867A - センサ用ヒータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサを加熱するヒータへの給電をエンジンの始動前に行う場合であっても、バッテリの残容量を過度に低下させることなくヒータの給電制御を行うことができるセンサ用ヒータ制御装置を提供する。
【解決手段】バッテリ５から空燃比センサ１のヒータ２へスイッチング素子１１を介して給電を行う構成とし、バッテリセンサ６が検知するバッテリ５のＳＯＣに応じて制御部２０がスイッチング素子１１による給電／遮断の切り替えを制御する。バッテリ５の温度とエンジン始動に必要な必要ＳＯＣとをメモリ２１に記憶しておき、制御部２０は、バッテリセンサ６が検知したバッテリ温度に基づいて必要ＳＯＣを取得し、バッテリ５のＳＯＣが必要ＳＯＣより小さい場合、ヒータ２への給電を行わないようにスイッチング素子１１の切替制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、車輌に搭載される空燃比センサ又は酸素センサ等のセンサに設けられたヒータの給電制御を行うことによって、センサの温度制御を行うセンサ用ヒータ制御装置に関する。

近年、地球温暖化の防止及び環境保全等のために、車輌が排出するガスの規制が強化され、車輌の低エミッション化が求められている。また、ガソリン価格の高騰などにより、車輌の低燃費化が求められている。車輌の低エミッション化及び低燃費化を実現するために、車輌には種々のセンサ及び制御装置等が搭載されている。例えば、エンジンの燃料噴射量を空燃比センサの検知結果に応じて制御する装置が車輌に搭載され、燃料噴射量を適切に制御することによって、低エミッション化及び低燃費化が図られている。

車輌に搭載される空燃比センサは、エンジンの排気中又は吸気中の空気及び燃料の比率を検知するセンサである。空燃比センサの動作温度（活性温度）は数百℃であり、精度のよい検知結果を得るためには空燃比センサをこの活性温度に加熱すると共に、空燃比センサの温度を活性温度に保つ必要がある。このため、空燃比センサには加熱のためのヒータ（例えば抵抗器によるもの）が設けられており、ヒータへの給電量を制御することによって空燃比センサの加熱及び温度保持が行われている。しかし、エンジンの始動直後などにおいては、空燃比センサが適切な温度に達しておらず、空燃比の検出ができない又は検出精度が低いため、エンジンの燃料噴射量を適切に制御することができないという問題があった。

特許文献１においては、内燃機関の始動時の冷却水温度が所定値以下の場合に、始動時から所定時間が経過するまで電源の最大電力を、内燃機関の排気通路に設けたセンサ素子の電気ヒータへ供給することによって温度制御を行う内燃機関用ヒータ付酸素センサの温度制御方法が提案されている。この温度制御方法では、最大電力を供給する所定時間が冷却水の温度又は電源の電圧に応じて決定される。これにより、センサ素子の暖機を促進する必要があるときにのみ電気ヒータに大電流を供給することができ、センサ素子の過剰加熱を生じることなくセンサ素子の暖機促進を効果的に行うことができる。

特許文献２においては、エンジンが停止したときに酸素センサの温度の変化を推定しておき、エンジンが再始動したときには推定温度に最適な供給電力をヒータへ供給し、その後は目標温度となるまで所定の温度変化となるように供給電力を制御する酸素濃度測定装置が提案されている。この酸素濃度測定装置は、短時間にエンジンの始動／停止が繰り返された場合であっても、酸素センサの過度の温度上昇を避けつつ、最短時間で速やかに酸素センサを適温とすることができるため、酸素センサの耐久性を向上することができる。

特許文献３においては、車輌のドアの開閉に応じて運転前準備動作を検出したときに、内燃機関の機関温度を検出し、機関温度が低い場合にはセンサ素子の目標素子温を高めに設定し、機関温度が高い場合には目標素子温を低めに設定して、センサ素子を加熱するヒータに給電を行う構成の内燃機関の空燃比制御装置が提案されている。この空燃比制御装置は、電源の消費電力を低減し、内燃機関の始動時に好適に空燃比制御を行うことができる。

特許文献４においては、運転者が所持する送信機からの無線信号を受信して車輌と運転者との距離を検出して空燃比センサのプリヒートを行うか否かを判別すると共に、プリヒートを行う場合には検出した距離に応じてヒータへの給電量を制御する空燃比センサのヒータ制御装置が提案されている。このヒータ制御装置が車輌と運転者との距離に応じたプリヒートを行うことによって、機関開始直後から確実に空燃比フィードバック制御が実行される。

特許文献５においては、車輌のイグニッションスイッチのオン後に空燃比センサを加熱するヒータへの給電を許可したが、所定時間が経過してもエンジンが始動しなかった場合、また、所定時間内にエンジンが始動してもエンジン冷却水の温度が低温度であり且つバッテリ電圧が定電圧である場合に、ヒータへの給電を禁止する酸素濃度検出装置が提案されている。この酸素濃度検出装置は、イグニッションスイッチがオンのまま内燃機関が始動されずに放置された場合でも、バッテリの電力がヒータに消費され続けてしまうことを防止できる。
特開昭６０−２３５０４７号公報 特開昭６１−２７４２４９号公報 特許第３１０４３６２号公報 特許第３５９３９１２号公報 特開平１０−１１１２６９号公報

特許文献１に記載の内燃機関用ヒータ付酸素センサの温度制御方法及び特許文献２に記載の酸素濃度測定装置は、エンジンが始動してセンサの温度が所定の活性温度に達した後の制御に係る技術であり、エンジン始動直後においてセンサが適切な活性温度に達せずに検出精度が低いという上述の問題を解決し得るものではない。

これに対して、特許文献３に記載の内燃機関の空燃比制御装置及び特許文献４に記載の空燃比センサのヒータ制御装置は、エンジンの始動前からヒータによるセンサの加熱を行う（所謂、プリヒートを行う）ため、エンジンの始動時にはセンサの温度を適切な活性温度まで高めておくことができる。しかし、車輌のエンジン停止時にはバッテリからヒータへ電力供給が行われるため、その後にエンジンが始動されず長期間に亘ってヒータによる加熱が行われた場合、エンジンの始動が不可能な程度までバッテリの残容量が低下するという問題がある。

特許文献５に記載の酸素濃度検出装置は、イグニッションスイッチのオン後にヒータの給電を開始するが、所定時間が経過してもエンジンが始動していなければヒータの給電を停止するため、バッテリの残容量の低下を防止できる。しかしながら、イグニッションスイッチのオン後の時間経過のみでヒータの給電／非給電を制御する構成であるため、イグニッションスイッチのオン時に既にバッテリの残容量が低下していた場合には、所定時間の経過後にはエンジンの始動が不可能な程度までバッテリの残容量が低下している可能性がある。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、エンジンの始動前にヒータへの給電を行ってセンサを加熱する場合であっても、バッテリの残容量を過度に低下させることのないヒータの給電制御を行うことができるセンサ用ヒータ制御装置を提供することにある。

本発明に係るセンサ用ヒータ制御装置は、車輌に搭載されたセンサを加熱するヒータの給電制御を行うセンサ用ヒータ制御装置において、前記ヒータへの給電を行うバッテリの充電深度を検知する充電深度検知手段と、前記バッテリから前記ヒータへの給電／遮断を切り替えるスイッチング手段と、前記充電深度検知手段の検知結果に応じて前記スイッチング手段の切り替えを制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係るセンサ用ヒータ制御装置は、前記制御手段が、前記バッテリの充電深度が所定値より小さい場合に、前記ヒータへの給電を遮断するように前記スイッチング手段の切り替えを制御するようにしてあることを特徴とする。

また、本発明に係るセンサ用ヒータ制御装置は、前記バッテリの温度を検知するバッテリ温度検知手段と、前記車輌のエンジン始動に必要な前記バッテリの充電深度を前記バッテリの温度に対応付けて記憶した記憶手段とを更に備え、前記制御手段は、前記バッテリ温度検知手段が検知した温度に応じた充電深度を前記記憶手段から読み出し、読み出した充電深度を前記所定値として前記バッテリの充電深度との比較を行うようにしてあることを特徴とする。

また、本発明に係るセンサ用ヒータ制御装置は、気温を検知する気温検知手段を更に備え、前記制御手段は、前記気温検知手段が検知した気温が所定温度より低い場合、断続的に給電を行い、前記気温検知手段が検知した気温が所定温度より高い場合、連続的に給電を行うように、前記スイッチング手段の切り替えを制御するようにしてあることを特徴とする。

また、本発明に係るセンサ用ヒータ制御装置は、前記センサの温度を検知するセンサ温度検知手段を更に備え、前記制御手段は、前記センサ温度検知手段が検知した前記センサの温度が前記気温検知手段が検知した気温より低い場合、断続的に給電を行い、前記センサ温度検知手段が検知した前記センサの温度が前記気温検知手段が検知した気温より高い場合、連続的に給電を行うように、前記スイッチング手段の切り替えを制御するようにしてあることを特徴とする。

本発明においては、バッテリからセンサのヒータへスイッチング手段を介して給電を行う構成とし、センサ用ヒータ制御装置は、バッテリの充電深度（所謂、ＳＯＣ（State Of Charge））を検知してスイッチング手段による給電／遮断の切り替えを制御する。バッテリのＳＯＣは、例えばバッテリに流入／流出する電流量の積算値により算出することが可能である。これによりセンサ用ヒータ制御装置は、エンジンの始動前からヒータへの給電を行うときであっても、バッテリのＳＯＣが低下した場合にはヒータへの給電を減少又は停止させることができ、エンジンの始動が不可能な程度までバッテリのＳＯＣが低下することを防止できる。

また本発明においては、エンジンを始動することができる限界でのバッテリのＳＯＣなどの所定値を予め定めておき、検知したバッテリのＳＯＣがこの所定値より小さい場合、センサ用ヒータ制御装置はヒータへの給電を行わないようにスイッチング手段の切り替えを制御する。これにより、エンジンを始動することができるＳＯＣの限界値を維持できる。

しかし、バッテリの出力電圧は温度により変化するため、例えば夏と冬とではエンジンの始動に必要なバッテリの充電深度が変化する虞がある。そこで本発明においては、バッテリの温度と、エンジンの始動に必要なバッテリの充電深度とを対応付けて予め記憶しておき、センサ用ヒータ制御装置はバッテリの温度を検知し、検知した温度に対応するバッテリの充電深度を読み出す。読み出した充電深度を所定値として、検知したバッテリのＳＯＣがこの所定値より小さい場合にヒータへの給電を行わない構成とすることによって、温度に依存して変化するバッテリの特性を考慮してセンサ用ヒータ制御装置がヒータの給電制御を行うことができる。

また、例えばセンサに結露が生じるほどの低温環境においては、センサの温度を急激に上昇させるとセンサを破壊する虞がある。そこで本発明においては、気温が予め定めた所定温度より低い場合、センサ用ヒータ制御装置は例えば周期的にスイッチング手段の給電／遮断を繰り返すなどして断続的にヒータへの給電を行い、ヒータの給電量を低減して、センサの温度上昇を抑制する。気温が所定温度より高い場合、センサ用ヒータ制御装置は連続的に給電を行い、ヒータの給電量を増して、センサの温度上昇を高速化する。これにより、低温環境におけるセンサの破壊が防止される。

ただし、エンジンが停止された直後の再始動時などにおいては、気温が低くてもセンサの温度は十分に高い場合がある。そこで本発明においては、気温が所定温度より低い場合であっても、センサ用ヒータ制御装置は、センサの温度が気温より高い場合には断続的に給電を行い、センサの温度が気温より低い場合には連続的に給電を行う。これにより、センサの温度がある程度高く、破壊の虞がない場合には、センサを高速に活性温度まで上昇させることができる。

本発明による場合は、バッテリの充電深度に応じてセンサ用ヒータの給電／遮断の切替制御を行う構成とすることにより、エンジンの始動前からヒータへの給電を行う場合であっても、エンジンの始動が不可能な程度までバッテリの充電深度が低下することを防止できる。また、バッテリの充電深度が十分に高い場合には、ヒータへの給電を行ってセンサの温度をエンジンの始動前から上昇させておくことができる。よって、本発明のセンサ用ヒータ制御装置を車輌に搭載することによって、エンジンの始動性を確保しながら、空燃比センサなどのセンサを用いたエンジン制御による車輌の低エミッション化及び低燃費化を実現することができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。図１は、本発明に係るセンサ用ヒータ制御装置の構成を示すブロック図である。図において１は空燃比センサであり、図示しない車輌の排気経路中に設けられて、エンジンからの排気に含まれる空気及び燃料の比率を検知するセンサである。空燃比センサ１の検知結果は、例えばエンジンの燃料噴射量を制御する装置へ与えられており、エンジンの排気の空燃比に応じた燃料噴射量の制御が行われ、低エミッション化及び低燃費化が実現されている。

空燃比センサ１は、例えばジルコニア固体電解質により形成されたセンサ素子（図示は省略する）と、このセンサ素子を加熱するためのヒータ２と、センサ素子の温度を検知するセンサ温度検知部３とを内部に備えて構成されている。空燃比センサ１は、数百℃程度まで加熱したセンサ素子に電圧を印加したときに、排気中の空気（酸素）の濃度が高い場合には酸素濃度に応じた電流が発生し、燃料の濃度が高い場合には燃料濃度に応じた電流が発生するため、この電流値を空燃比の検出結果として出力する。

また、空燃比センサ１の検出精度はセンサ素子の温度に依存するため、センサ用ヒータ制御装置は、センサ温度検知部３により検知されたセンサ温度に応じてヒータ２によるセンサ素子の加熱を行うことによって、センサ素子を所定の温度（活性温度）に保つ制御を行い、空燃比センサ１の検出精度を保っている。センサ用ヒータ制御装置による制御処理は制御部２０にて行われており、空燃比センサ１のセンサ温度検知部３が検知したセンサ温度が制御部２０へ与えられると共に、制御部２０はヒータ２への給電を制御するための制御信号をヒューズボックス１０へ出力している。

空燃比センサ１のヒータ２は、ヒューズボックス１０及びヒューズ１５を介して車輌のバッテリ５に接続されており、バッテリ５からの電力供給により発熱し、空燃比センサ１のセンサ素子を加熱する。ヒューズボックス１０はヒータ２及びヒューズ１５の間に直列に接続されるスイッチング素子１１及びヒューズ１３を有しており、スイッチング素子１１の開／閉によりバッテリ５からヒータ２への給電／遮断を切り替えることができる。スイッチング素子１１による切り替えはヒューズボックス１０のＩ／Ｆ（インタフェース）部１２から与えられる信号により行われ、Ｉ／Ｆ部１２は制御部２０からの制御信号に応じてスイッチング素子１１の切り替えのための信号を出力する。これにより制御部２０は、バッテリ５からヒータ２への給電／遮断の切り替えを制御することができる。

ヒューズ１３及び１５は、バッテリ５及びヒータ２の間の電流経路に過大な電流が流れた場合に、この電流経路を遮断するための電気部品である。なお、車輌に搭載されたバッテリ５はヒータ２の他にも種々の機器へ電力供給を行っており、ヒューズボックス１０には他の機器への電流経路及びヒューズが設けられているが、図１においては他の機器、他の機器への電流経路及びヒューズ等は図示を省略してある。

バッテリ５は、例えば鉛蓄電池であり、車輌のエンジン動作時にはオルタネータからの電力供給により充電され、エンジン停止時には蓄積した電力を車輌に搭載された種々の機器へ供給する。なお、図１において車輌のオルタネータの図示は省略するが、バッテリ５からヒータ２への電力供給が行われるのは車輌のエンジン停止時であり、エンジン動作時にはオルタネータが発電した電力がヒータ２へ供給されて空燃比センサ１の加熱が行われる。

バッテリ５にはバッテリセンサ６が設けられている。バッテリセンサ６は、バッテリ５に係る種々の情報を検知して制御部２０へ与えるものであり、種々のセンサの集合体である。本実施の形態においてバッテリセンサ６は、バッテリ５の充電深度（ＳＯＣ）及び温度を検知して制御部２０へ与える。バッテリ５のＳＯＣの検知は、既知の技術を用いて行えばよく、例えばバッテリ５に流入／流出する電流量の積算値により算出することが可能である。

またセンサ用ヒータ制御装置は、車輌の内又は外の気温を検知する気温検知部１７を備えており、気温検知部１７が検知した気温は制御部２０へ与えられる。またセンサ用ヒータ制御装置はメモリ２１を備えており、制御部２０はメモリ２１からデータを読み出すことができる。メモリ２１は、マスクＲＯＭ（Read Only Memory）又はＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）等の不揮発性のメモリ素子で構成され、制御部２０の処理に必要な種々のデータが予め記憶されている。また図示は省略するが、センサ用ヒータ制御装置は車輌に搭載された他の機器との間で通信を行う機能を有しており、車輌に係る種々の情報（エンジンの動作状態、ドアロックの状態、又はイグニッションスイッチの操作状態等の情報）を他の機器から取得することができる。

制御部２０は、上述のように空燃比センサ１のヒータ２への給電／遮断を切り替えることによってセンサ素子の温度を保つ制御を行うと共に、車輌のエンジン始動前にヒータ２への給電を開始して空燃比センサ１の温度を上昇させておく制御（プリヒート）を行うようにしてある。図２は、センサ用ヒータ制御装置のプリヒートを説明するための模式図であり、車輌のカーテシランプのオン／オフ、エンジンのオン／オフ、ヒータ２のオン（給電）／オフ（遮断）、及び空燃比センサ１の温度変化をタイミングチャートとして示してある。また、図２（ａ）はセンサ用ヒータ制御装置がプリヒートを行う場合を示し、図２（ｂ）にはプリヒートを行わない場合を示してある。

本実施の形態に係るセンサ用ヒータ制御装置は、車輌のカーテシランプがオンするタイミングでヒータ２への給電を開始し、空燃比センサ１のプリヒートを行う（図２（ａ）参照）。なお、カーテシランプとは車輌のドアに設けられたランプであり、ドアが開かれた場合にオン（点灯）するランプである。よって、本実施の形態に係るセンサ用ヒータ制御装置は、運転者がドアを開けてからイグニッションキーの操作によりエンジンを始動するまでの間にヒータ２による空燃比センサ１の加熱（プリヒート）を行うことができる。空燃比センサ１の温度は、プリヒートの開始から徐々に上昇し、空燃比の検知を安定して行うことができる活性温度に達する。このため、エンジンの始動から空燃比センサ１が活性温度に達するまでの期間（不安定期間）は短く、運転者によるエンジン始動のタイミングが遅ければ、エンジン始動時には空燃比センサ１が活性温度に達している可能性もある。

なお、図２においてセンサ用ヒータ制御装置は、カーテシランプがオンするタイミングでプリヒートを開始する構成としたが、プリヒートの開始タイミングは一例であって、これに限るものではない。例えば、車輌のドアのロックが解除されたタイミング、車輌の運転席に運転者が着座したことを検知したタイミング、又は運転者によりイグニッションスイッチが操作されてアクセサリスイッチがオンされたタイミング等のその他のタイミングでセンサ用ヒータ制御装置がプリヒートを開始する構成であってよい。

また、プリヒートを行わない場合（図２（ｂ）参照）、センサ用ヒータ制御装置はエンジン始動のタイミングでヒータ２への給電を開始し、空燃比センサ１の加熱を開始する。このため、空燃比センサ１が活性温度に達するまでの不安定期間が長く、エンジンの始動から不安定期間が経過するまで、空燃比センサ１を用いたエンジンの燃料噴射量の制御などを精度よく行うことができない。

このように、センサ用ヒータ制御装置がエンジンの始動前にプリヒートを行って空燃比センサ１の温度を上昇させておくことによって、エンジン始動後の早い段階で空燃比センサ１を用いた精度のよい車輌の制御を行うことができる。センサ用制御装置のプリヒートは、制御部２０がエンジン始動前の適宜のタイミングでスイッチング素子１１を切替制御し、バッテリ５からヒータ２への給電を行うことで実現される。しかし、上述のように車輌のエンジン停止時にはヒータ２へバッテリ５に蓄積された電力が供給されるため、プリヒートの開始後に長期間にわたってエンジンが始動されない場合、車輌のエンジン始動が不可能な程度までバッテリ５のＳＯＣが低下する虞がある。

そこで、本発明に係るセンサ用ヒータ制御装置は、カーテシランプのオンなどのプリヒート開始タイミングに至った場合、バッテリセンサ６が検知したバッテリ５のＳＯＣに応じたヒータ２への給電制御を行う。詳しくは、バッテリセンサ６が検知したＳＯＣがエンジンの始動に必要なＳＯＣ（必要ＳＯＣ）を超えるか否かを制御部２０が判定し、検知したＳＯＣが必要ＳＯＣを超える場合にヒータ２への給電を行ってプリヒートを行い、検知したＳＯＣが必要ＳＯＣを超えない場合にはプリヒートを行わない。

図３は、エンジン始動に必要なバッテリ５のＳＯＣの温度依存性を示す模式図であり、横軸をバッテリ５の温度（℃）とし、縦軸をエンジン始動に必要なＳＯＣ（％）としたグラフである。バッテリ５の出力電圧は、バッテリ５のＳＯＣに依存すると共に、バッテリ５の温度に依存する。このため、エンジン始動に必要なＳＯＣはバッテリ５の温度に依存し、バッテリ５が低温の場合に必要ＳＯＣは高く、バッテリ５が高温の場合に必要ＳＯＣは低くなる。

本発明に係るセンサ用ヒータ制御装置は、図３に示した必要ＳＯＣ及びバッテリ温度の対応関係をメモリ２１に必要ＳＯＣテーブルとして予め記憶しており、制御部２０はメモリ２１からこのテーブルを読み出して、バッテリセンサ６が検知したバッテリ５の温度を基に必要ＳＯＣを取得する。なお、必要ＳＯＣ及びバッテリ温度の対応関係は、センサ用ヒータ制御装置の設計段階又は製造段階等において予め測定又は算出等されてテーブルとしてメモリ２１に記憶される。

また本発明に係るセンサ用ヒータ制御装置は、プリヒートを行う場合に、スイッチング素子１１の開／閉の時間（周期）を制御部２０が制御することによって、ヒータ２への給電を連続的に行う連続給電、又は、断続的の行う断続給電のいずれかで行うことができる。連続給電は、プリヒートの期間中にスイッチング素子１１を開き続ける制御を行うことによって、ヒータ２へ一定の電圧・電流を印加し続ける給電方法である。また断続給電は、プリヒートの期間中にスイッチング素子１１の開／閉を繰り返すことによって、ヒータ２へ印加する電圧・電流の量を調整する給電方法である。よって、断続給電を行うことで、ヒータ２へ供給する電力を連続給電の場合より低減することができ、空燃比センサ１の温度上昇の速度を抑えることができる。なお、連続給電の際に、スイッチング素子１１の開／閉の比率（デューティ比）を例えば気温などに応じて変化させてもよい。

例えば空燃比センサ１に結露が生じるほどの低温環境においては、ヒータ２の加熱により空燃比センサ１の温度を急激に上昇させると、空燃比センサ１が破壊される虞がある。そこで本発明に係るセンサ用ヒータ制御装置は、気温検知部１７が検知した気温に基づいて、制御部２０がヒータ２への給電を連続給電又は断続給電のいずれで行うかを決定する。制御部２０は、気温検知部１７が検知した気温が所定温度（例えば１０℃）より低い場合に断続給電を行い、所定温度より高い場合には連続給電を行う。これにより、低温環境では空燃比センサ１の温度を低速に上昇させることができ、高温環境では空燃比センサ１の温度を高速に上昇させることができる。

ただし、車輌のエンジンが停止された直後に再始動されたときなどにおいては、低温環境であっても空燃比センサ１の温度は十分に高い場合があり、この場合には温度を急激に上昇させても破壊の虞はない。そこで本発明に係るセンサ用ヒータ制御装置は、気温検知部１７が検知した気温が所定温度より低いときであっても、空燃比センサ１のセンサ温度検知部３が検知したセンサ温度が気温より高い場合には連続給電を行う。なお断続給電を行う場合のデューティ比は、予め定められた例えば５０％などの一定値であってもよく、気温検知部１７による気温又はセンサ温度検知部３によるセンサ温度に応じて制御部２０がデューティ比を変化させてもよい。

図４及び図５は、本発明に係るセンサ用ヒータ制御装置が行うプリヒートの処理手順を示すフローチャートであり、制御部２０にて行われる処理である。まず制御部２０は、カーテシランプがオンするタイミング又はドアのロックが解除されたタイミング等のプリヒートを開始するタイミングに至ったか否かを調べ（ステップＳ１）、プリヒート開始のタイミングでない場合には（Ｓ１：ＮＯ）、プリヒート開始のタイミングまで待機する。プリヒート開始のタイミングに至った場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、制御部２０は、バッテリセンサ６からバッテリ５に係るバッテリ情報（ＳＯＣ及びバッテリ温度）を取得し（ステップＳ２）、エンジン始動に必要なＳＯＣ及びバッテリ温度が対応付けられた必要ＳＯＣテーブル（図３参照）をメモリ２１から読み出し（ステップＳ３）、ステップＳ２にて取得したバッテリ温度とステップＳ３にて読み出した必要ＳＯＣテーブルに基づいて必要ＳＯＣを取得する（ステップＳ４）。

次いで制御部２０は、ステップＳ２にて取得したバッテリ５のＳＯＣが、ステップＳ４にて必要ＳＯＣテーブルから取得した必要ＳＯＣより高いか否かを調べる（ステップＳ５）。バッテリ５のＳＯＣが必要ＳＯＣ以下の場合（Ｓ５：ＮＯ）、制御部２０はプリヒートを行わずにステップＳ１２へ進む。

バッテリ５のＳＯＣが必要ＳＯＣより高い場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、制御部２０は気温検知部１７が検知した気温を取得し（ステップＳ６）、取得した気温が所定温度の１０℃より低いか否かを調べる（ステップＳ７）。気温が１０℃より低い場合（Ｓ７：ＹＥＳ）、制御部２０はセンサ温度検知部３が検知したセンサ温度を取得して（ステップＳ８）、センサ温度が気温より低いか否かを更に調べる（ステップＳ９）。

センサ温度が気温より低い場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、制御部２０は断続給電によりプリヒートを行って（ステップＳ１０）、ステップＳ１２へ進む。気温が１０℃以上に高い場合（Ｓ７：ＮＯ）、又は、センサ温度が気温以上に高い場合（Ｓ９：ＮＯ）、制御部２０は連続給電によりプリヒートを行って（ステップＳ１１）、ステップＳ１２へ進む。

その後、制御部２０は、車輌のエンジンが始動されたか否かを調べ（ステップＳ１２）、エンジンが始動されていなければ（Ｓ１２：ＮＯ）、ステップＳ２へ戻り、上述の処理を繰り返し行う。エンジンが始動された場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、制御部２０はプリヒートを終了する。なお、プリヒートの終了後、制御部２０は車輌のオルタネータからの電力に基づくヒータ２の給電制御に移行する。

以上の構成の本発明に係るセンサ用ヒータ制御装置においては、バッテリ５から空燃比センサ１のヒータ２へスイッチング素子１１を介して給電を行う構成とし、バッテリセンサ６が検知するバッテリ５のＳＯＣに応じて制御部２０がスイッチング素子１１による給電／遮断の切り替えを制御する構成とすることにより、車輌のエンジン始動前にヒータ２の給電を行うときであっても、バッテリ５のＳＯＣが低い場合にはヒータ２への給電を停止又は減少させることができ、エンジンの始動が不可能な程度までバッテリのＳＯＣが低下することを防止できる。また、バッテリ５のＳＯＣが十分に高い場合には、ヒータ２への給電を行って空燃比センサ１の温度をエンジン始動前から上昇させておくことができる。よって、本発明のセンサ用ヒータ制御装置を車輌に搭載することによって、エンジンの始動性を確保しながら、空燃比センサ１を用いた精度の高いエンジン制御を行うことができ、車輌の低エミッション化及び低燃費化を実現することができる。

また、バッテリセンサ６が検知したバッテリ５のＳＯＣが、エンジン始動に必要な必要ＳＯＣより小さい場合、ヒータ２への給電を行わないようにスイッチング素子１１の切替制御を行う構成とすることにより、予め定められたエンジンを始動することができるバッテリのＳＯＣの限界値を維持できる。また、バッテリ温度と必要ＳＯＣとの対応をメモリ２１に予め記憶しておき、バッテリセンサ６が検知したバッテリ温度に基づいて必要ＳＯＣを取得し、この必要ＳＯＣを判定のための所定値として用いる構成とすることにより、温度に依存して変化するバッテリ５の特性を考慮して制御部２０がヒータ２の給電制御を行うことができる。よって、エンジンの始動性の確保、車輌の低エミッション化及び低燃費化をより確実に実現することができる。

また、気温検知部１７が検知した気温が所定温度より低く、且つ、センサ温度検知部３が検知したセンサ温度が気温より低い場合に、ヒータ２の断続給電を行う構成とすることにより、空燃比センサ１の温度上昇を低速化することができるため、例えば結露が生じるほどの低温環境にて空燃比センサ１が急激な温度上昇で破壊されることを防止することができる。また気温が所定温度より高い場合、又は、センサ温度が気温より高い場合、ヒータ２の連続給電を行う構成とすることにより、空燃比センサ１の破壊の虞がない場合には、空燃比センサ１を高速に活性温度まで上昇させることができる。

なお、本実施の形態においては、センサ用ヒータ制御装置が空燃比センサ１のヒータ２を制御する構成としたが、これに限るものではなく、例えば酸素センサなどのその他のセンサ用のヒータを制御する構成であってもよい。また、バッテリ温度と必要ＳＯＣとの対応を予めメモリ２１に記憶しておき、バッテリセンサ６が検知したバッテリ温度に応じて必要ＳＯＣを取得して判定を行う構成としたが、これに限るものではなく、予め定められた１つの必要ＳＯＣのみを記憶しておき、この必要ＳＯＣのみで判定を行う構成としてもよい。この場合、記憶しておく１つの必要ＳＯＣは図３における最悪値（最高値）であることが望ましい。また、図３に示したバッテリ温度及び必要ＳＯＣの対応関係は一例であって、これに限るものではない。

また、気温及びセンサ温度に応じて断続給電又は連続給電のいずれか一方を選択する構成としたが、これに限るものではなく、断続給電のみを行う構成としてもよく、この場合には気温及びセンサ温度に応じてデューティ比を調整すればよい（換言すれば、連続給電はデューティ比を１００％とした断続給電である）。この場合、気温又はセンサ温度が高い場合にはデューティ比を高く設定し、気温又はセンサ温度が低い場合にはデューティ比を低く設定すればよい。また、スイッチング素子１１による給電量を線形的に制御することができる構成としてもよく、この場合には気温及びセンサ温度に応じて給電量を調整すればよい。

また、気温検知部１７が検知した気温が所定温度より高いか否かの判定を行わずに、センサ温度検知部３が検知したセンサ温度が所定温度より高いか否かを判定する構成としてもよい。また、空燃比センサ１の強度が十分であり、破壊の虞がない場合には、気温及びセンサ温度に応じた給電を行わず、常に連続給電を行う構成としてもよい。

本発明に係るセンサ用ヒータ制御装置の構成を示すブロック図である。 センサ用ヒータ制御装置のプリヒートを説明するための模式図である。 エンジン始動に必要なバッテリのＳＯＣの温度依存性を示す模式図である。 本発明に係るセンサ用ヒータ制御装置が行うプリヒートの処理手順を示すフローチャートである。 本発明に係るセンサ用ヒータ制御装置が行うプリヒートの処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 空燃比センサ（センサ）
２ ヒータ
３ センサ温度検知部（センサ温度検知手段）
５ バッテリ
６ バッテリセンサ（充電深度検知手段、バッテリ温度検知手段）
１０ ヒューズボックス
１１ スイッチング素子（スイッチング手段）
１２ Ｉ／Ｆ部
１３ ヒューズ
１５ ヒューズ
１７ 気温検知部（気温検知手段）
２０ 制御部（制御手段）
２１ メモリ（記憶手段）

Claims (5)

1. 車輌に搭載されたセンサを加熱するヒータの給電制御を行うセンサ用ヒータ制御装置において、
   前記ヒータへの給電を行うバッテリの充電深度を検知する充電深度検知手段と、
   前記バッテリから前記ヒータへの給電／遮断を切り替えるスイッチング手段と、
   前記充電深度検知手段の検知結果に応じて前記スイッチング手段の切り替えを制御する制御手段と
   を備えることを特徴とするセンサ用ヒータ制御装置。
2. 前記制御手段は、前記バッテリの充電深度が所定値より小さい場合に、前記ヒータへの給電を遮断するように前記スイッチング手段の切り替えを制御するようにしてあること
   を特徴とする請求項１に記載のセンサ用ヒータ制御装置。
3. 前記バッテリの温度を検知するバッテリ温度検知手段と、
   前記車輌のエンジン始動に必要な前記バッテリの充電深度を前記バッテリの温度に対応付けて記憶した記憶手段と
   を更に備え、
   前記制御手段は、
   前記バッテリ温度検知手段が検知した温度に応じた充電深度を前記記憶手段から読み出し、
   読み出した充電深度を前記所定値として前記バッテリの充電深度との比較を行うようにしてあること
   を特徴とする請求項２に記載のセンサ用ヒータ制御装置。
4. 気温を検知する気温検知手段を更に備え、
   前記制御手段は、
   前記気温検知手段が検知した気温が所定温度より低い場合、断続的に給電を行い、
   前記気温検知手段が検知した気温が所定温度より高い場合、連続的に給電を行うように、
   前記スイッチング手段の切り替えを制御するようにしてあること
   を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載のセンサ用ヒータ制御装置。
5. 前記センサの温度を検知するセンサ温度検知手段を更に備え、
   前記制御手段は、
   前記センサ温度検知手段が検知した前記センサの温度が前記気温検知手段が検知した気温より低い場合、断続的に給電を行い、
   前記センサ温度検知手段が検知した前記センサの温度が前記気温検知手段が検知した気温より高い場合、連続的に給電を行うように、
   前記スイッチング手段の切り替えを制御するようにしてあること
   を特徴とする請求項４に記載のセンサ用ヒータ制御装置。

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