JP2010145256A - 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確実に防止できるようにする。
【解決手段】エンジン始動後に、排気管２３や排出ガスセンサ２５に凝縮水が付着している可能性がある場合には、所定の予熱時間が経過するまで、排出ガスセンサ２５のセンサ素子を予熱するようにヒータ２６の通電を制御する予熱通電制御を実行し、予熱時間が経過した後に、センサ素子の温度を活性温度まで昇温させるようにヒータ２６の通電を制御する活性化通電制御を実行する。その際、排出ガス熱量が低下する可能性のある特定異常（例えば排気ＶＣＴ３４の異常等）が検出された場合には、エンジン始動後に排気管２３内の凝縮水が完全に蒸発するまでの時間が長くなる可能性があると判断して、予熱通電制御の実行時間（予熱時間）を長くして活性化通電制御の開始時期を遅らせることで、排気管２３内の凝縮水が完全に蒸発する前に活性化通電制御が開始されることを防止する。
【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）を設置し、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（又は検出不能である）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（特許第４１１０８７４号公報）に記載されているように、内燃機関の始動時に排気管内に水滴が存在するか否かを判定し、水滴が存在すると判定された場合には、始動後所定時間が経過するまで、センサ素子を活性温度よりも低い温度で予熱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し、その後、始動後所定時間が経過したときに、センサ素子の温度を活性温度まで昇温させるようにヒータの通電を制御する活性化通電制御を開始するようにしたものがある。
特許第４１１０８７４号公報

ところで、近年の電子制御化された内燃機関では、可変バルブタイミング装置、電子スロットル装置、点火系等の各種の異常（故障）の有無を判定する異常診断機能を搭載し、万一、異常が検出された場合には、適宜のフェールセーフ処理を行うようにしている。その際、検出された異常の種類によっては、異常検出時のフェールセーフ処理による運転条件の変化により排出ガスの温度や流量が低下して排出ガス熱量が低下する可能性があり、排出ガス熱量が低下すると、内燃機関の始動後に排気管内の凝縮水が完全に蒸発するまでの時間が長くなる。

しかし、上記特許文献１の技術では、排出ガス熱量が低下する可能性がある異常の影響を全く考慮していないため、排出ガス熱量が低下する可能性がある異常発生時に、内燃機関の始動後に排気管内の凝縮水が完全に蒸発するまでの時間が長くなっているにも拘らず、通常時（異常を検出していないとき）と同じ条件で、内燃機関の始動後にセンサ素子の温度を活性温度まで昇温させる活性化通電制御を開始することになる。その結果、排気管内の凝縮水が完全に蒸発する前に活性化通電制御が開始されてしまい、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、排出ガス熱量が低下する可能性がある異常発生時でも、排出ガスセンサの素子割れを確実に防止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、内燃機関の排出ガス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と、内燃機関の始動後にセンサ素子の温度を活性温度まで昇温させるようにヒータの通電を制御する活性化通電制御を実行するヒータ通電制御手段とを備えた排出ガスセンサのヒータ制御装置において、内燃機関の排出ガス熱量が低下する可能性のある特定異常の有無を異常診断手段により判定し、ヒータ通電制御手段は、異常診断手段により特定異常有りと判定された場合に、特定異常無しと判定された場合よりも活性化通電制御の開始時期を遅らせるようにしたものである。

この構成では、排出ガス熱量（排出ガスの温度や流量）が低下する可能性のある特定異常有りと判定された場合には、特定異常による排出ガス熱量の低下によって内燃機関の始動後に排気管内の凝縮水が完全に蒸発するまでの時間が長くなる可能性があると判断して、活性化通電制御の開始時期を遅らせるという制御が可能となり、それによって、排気管内の凝縮水が完全に蒸発した後に活性化通電制御を開始させることができ、排気管内の凝縮水が完全に蒸発する前に活性化通電制御が開始されることを未然に防止できる。これにより、排出ガス熱量が低下する可能性がある特定異常が発生した時でも、排出ガスセンサの素子割れを確実に防止することができる。

この場合、請求項２のように、内燃機関の排気バルブの開閉タイミングを変化させる排気側可変バルブタイミング装置を備えたシステムでは、排出ガス熱量が低下する可能性のある特定異常として、排気側可変バルブタイミング装置の異常の有無を判定するようにしても良い。例えば、排気側可変バルブタイミング装置の異常有りと判定された場合に、排気バルブの開閉タイミングを最進角位置（基準位置）に保持するフェールセーフ処理を行うシステムでは、内燃機関の始動後の早期暖機制御中に、排気側可変バルブタイミング装置の異常検出時のフェールセーフ処理（排気バルブの開閉タイミングを最進角位置に保持する処理）が実行されると、バルブオーバーラップ量が小さくなって内部ＥＧＲ量が減少するため、それに伴って排出ガス温度が低下して排出ガス熱量が低下する可能性があるからである。

また、請求項３のように、内燃機関の吸気バルブの開閉タイミングを変化させる吸気側可変バルブタイミング装置を備えたシステムでは、排出ガス熱量が低下する可能性のある特定異常として、吸気側可変バルブタイミング装置の異常の有無を判定するようにしても良い。例えば、吸気側可変バルブタイミング装置の異常有りと判定された場合に、吸気バルブの開閉タイミングを最遅角位置（基準位置）に保持するフェールセーフ処理を行うシステムでは、内燃機関の始動後の早期暖機制御中に、吸気側可変バルブタイミング装置の異常検出時のフェールセーフ処理（吸気バルブの開閉タイミングを最遅角位置に保持する処理）が実行されると、バルブオーバーラップ量が小さくなって内部ＥＧＲ量が減少するため、それに伴って排出ガス温度が低下して排出ガス熱量が低下する可能性があるからである。

また、請求項４のように、排出ガス熱量が低下する可能性のある特定異常として、内燃機関の点火系の異常の有無を判定するようにしても良い。例えば、点火系の異常有りと判定された場合に、点火時期を基準位置に固定するフェールセーフ処理を行うシステムでは、内燃機関の始動後の早期暖機制御中に、点火系の異常検出時のフェールセーフ処理（点火時期を基準位置に固定する処理）が実行されると、排出ガス温度を高くするための点火時期遅角制御が行われなくなるため、排出ガス温度が低下して排出ガス熱量が低下する可能性があるからである。

更に、請求項５のように、内燃機関のスロットル開度を変化させる電子スロットル装置を備えたシステムの場合には、排出ガス熱量が低下する可能性のある特定異常として、電子スロットル装置の異常の有無を判定するようにしても良い。例えば、電子スロットル装置の異常有りと判定された場合に、スロットル開度を所定開度（いわゆるオープナ開度）に保持して吸入空気量を制限するフェールセーフ処理を行うシステムでは、内燃機関の始動後の早期暖機制御中に、電子スロットル装置の異常検出時のフェールセーフ処理（スロットル開度を所定開度に保持する処理）が実行されると、吸入空気量が制限されるため、排出ガス流量が減少して排出ガス熱量が低下する可能性があるからである。

また、請求項６のように、特定異常有りと判定された場合に、特定異常の種類に応じて活性化通電制御を開始するまでのディレイ時間を設定するようにしても良い。このようにすれば、特定異常の種類に応じて排出ガス熱量の低下度合が変化して排気管内の凝縮水が完全に蒸発するまでの時間が変化するのに対応して、活性化通電制御を開始するまでのディレイ時間を変化させることができる。これにより、排気管内の凝縮水が完全に蒸発する前に活性化通電制御が開始されることを防止できる範囲内で、活性化通電制御を開始するまでのディレイ時間をできるだけ短く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、排出ガスセンサの素子割れ防止と早期活性化とを両立させることができる。

また、本発明は、活性化通電制御の開始前にヒータへの通電を停止するヒータ通電停止期間を設けて活性化通電制御の開始時期を遅らせるようにしても良いが、請求項７のように、活性化通電制御の開始前に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ヒータの通電を制御する予熱通電制御を実行し、特定異常有りと判定された場合に、予熱通電制御の実行時間を長くして活性化通電制御の開始時期を遅らせるようにしても良い。このようにすれば、ヒータ通電停止期間を設けて活性化通電制御の開始時期を遅らせる場合に比べて、活性化通電制御の開始後にセンサ素子の温度を活性温度まで速やかに昇温させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を説明する。
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。これらのモータ１５、スロットルバルブ１６、スロットル開度センサ１７等により電子スロットル装置３５が構成されている。

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、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。

また、エンジン１１には、吸気バルブ３１のバルブタイミング（開閉タイミング）を変化させる吸気側可変バルブタイミング装置（以下「吸気ＶＣＴ」と表記する）３２と、排気バルブ３３のバルブタイミングを変化させる排気側可変バルブタイミング装置（以下「排気ＶＣＴ」と表記する）３４とが設けられている。

一方、エンジン１１の排気管２３（排出ガス通路）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の上流側に、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（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられている。この排出ガスセンサ２５には、センサ素子を加熱するヒータ２６が内蔵されている（又は外付けされている）。尚、触媒２４の下流側にも、排出ガスセンサを設け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２７や、ノッキング振動を検出するノックセンサ２８が取り付けられている。また、クランク軸２９の外周側には、クランク軸２９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、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。更に、外気温センサ３６によって外気温が検出される。

これら各種センサの出力は、制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３７に入力される。このＥＣＵ３７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、ＥＣＵ３７は、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制御する空燃比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（又は検出不能である）ため、エンジン始動後に空燃比フィードバック制御を開始する前に、排出ガスセンサ２５のヒータ２６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、エンジン始動直後に排気管２３内で生じた凝縮水（又は前回のエンジン運転中に蒸発できずに排気管２３内に残留した凝縮水）が排出ガスセンサ２５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２６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、ＥＣＵ３７は、後述する図３乃至図５のヒータ通電制御用の各ルーチンを実行することで、エンジン１１の始動完了後に、排気管２３や排出ガスセンサ２５に凝縮水が付着している可能性があると判定された場合には、エンジン１１の始動完了から所定の予熱時間が経過するまで、排出ガスセンサ２５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ヒータ２６の通電デューティ（発熱量）を小さくして通電する予熱通電制御を実行し、その後、予熱時間が経過した後に、ヒータ２６の通電デューティ（発熱量）を増加させてセンサ素子の温度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２６の通電デューティを制御する活性化通電制御を実行する。

また、ＥＣＵ３７は、後述する図２の異常診断メインルーチンを実行することで、エンジン１１の排出ガス熱量（排出ガスの温度や流量）が低下する可能性のある特定異常の有無を判定する。本実施例では、特定異常として排気ＶＣＴ３４の異常の有無を判定する排気ＶＣＴ異常診断と、特定異常として吸気ＶＣＴ３２の異常の有無を判定する吸気ＶＣＴ異常診断と、特定異常として点火系の異常の有無を判定する点火系異常診断と、特定異常として電子スロットル装置３５の異常の有無を判定する電スロ異常診断を実行する。これらの各異常診断では、それぞれ異常が検出された場合に適宜のフェールセーフ処理を行うようにしているが、後述する理由により異常検出時のフェールセーフ処理によって排出ガス熱量が低下する可能性がある。

異常検出時のフェールセーフ処理によって排出ガス熱量が低下すると、エンジン始動後に排気管２３内の凝縮水（排気管２３や排出ガスセンサ２５に付着した凝縮水）が完全に蒸発するまでの時間が長くなるため、通常時（異常を検出していないとき）と同じ条件で、エンジン始動後に活性化通電制御を開始すると、排気管２３内の凝縮水が完全に蒸発する前に活性化通電制御が開始されて、排出ガスセンサ２５の素子割れが発生する可能性がある。

そこで、本実施例では、排出ガス熱量が低下する可能性のある特定異常有りと判定された場合には、特定異常による排出ガス熱量の低下によってエンジン始動後に排気管２３内の凝縮水が完全に蒸発するまでの時間が長くなる可能性があると判断して、特定異常無しと判定された場合よりも、予熱通電制御の実行時間（つまり予熱時間）を長くして活性化通電制御の開始時期を遅らせることで、排気管２３内の凝縮水が完全に蒸発した後に活性化通電制御を開始させるようにしている。

以下、ＥＣＵ３７が実行する図２の異常診断メインルーチン及び図３乃至図５のヒータ通電制御用の各ルーチンの処理内容を説明する。

［異常診断メインルーチン］
図２に示す異常診断メインルーチンは、ＥＣＵ３７の電源オン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異常診断手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、図示しない排気ＶＣＴ異常診断ルーチンを実行することで、所定の排気ＶＣＴ異常診断実行条件が成立したときに、例えば排気バルブ３３の実バルブタイミングと目標バルブタイミングとに基づいて排気ＶＣＴ３４の異常の有無を判定する排気ＶＣＴ異常診断を実行する。尚、排気ＶＣＴ３４の異常診断方法は、適宜変更しても良い。

その結果、排気ＶＣＴ３４の異常有りと判定された場合には、その異常情報をＥＣＵ３７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（ＥＣＵ３７の電源オフ中でも記憶データを保持する書き換え可能なメモリ）に記憶し、排気バルブ３３のバルブタイミングを最進角位置（基準位置）に保持するフェールセーフ処理を行う。エンジン始動後の早期暖機制御中に、排気ＶＣＴ３４の異常検出時のフェールセーフ処理（排気バルブ３３のバルブタイミングを最進角位置に保持する処理）が実行されると、バルブオーバーラップ量が小さくなって内部ＥＧＲ量が減少するため、それに伴って排出ガス温度が低下して排出ガス熱量が低下する可能性がある。

この後、ステップ１０２で、図示しない吸気ＶＣＴ異常診断ルーチンを実行することで、所定の吸気ＶＣＴ異常診断実行条件が成立したときに、例えば吸気バルブ３１の実バルブタイミングと目標バルブタイミングとに基づいて吸気ＶＣＴ３２の異常の有無を判定する吸気ＶＣＴ異常診断を実行する。尚、吸気ＶＣＴ３２の異常診断方法は、適宜変更しても良い。

その結果、吸気ＶＣＴ３２の異常有りと判定された場合には、その異常情報をＥＣＵ３７のバックアップＲＡＭ等の書き換え可能な不揮発性メモリに記憶し、吸気バルブ３１のバルブタイミングを最遅角位置（基準位置）に保持するフェールセーフ処理を行う。エンジン始動後の早期暖機制御中に、吸気ＶＣＴ３２の異常検出時のフェールセーフ処理（吸気バルブ３１のバルブタイミングを最遅角位置に保持する処理）が実行されると、バルブオーバーラップ量が小さくなって内部ＥＧＲ量が減少するため、それに伴って排出ガス温度が低下して排出ガス熱量が低下する可能性がある。

この後、ステップ１０３で、図示しない点火系異常診断ルーチンを実行することで、所定の点火系異常診断実行条件が成立したときに、例えば燃焼時に筒内で発生するイオン電流に基づいて点火系の異常の有無を判定する点火系異常診断を実行する。尚、点火系の異常診断方法は、適宜変更しても良い。

その結果、点火系の異常有りと判定された場合には、その異常情報をＥＣＵ３７のバックアップＲＡＭ等の書き換え可能な不揮発性メモリに記憶し、点火時期を基準位置に固定するフェールセーフ処理を行う。エンジン始動後の早期暖機制御中に、点火系の異常検出時のフェールセーフ処理（点火時期を基準位置に固定する処理）が実行されると、排出ガス温度を高くするための点火時期遅角制御が行われなくなるため、排出ガス温度が低下して排出ガス熱量が低下する可能性がある。

この後、ステップ１０４で、図示しない電スロ異常診断ルーチンを実行することで、所定の電スロ異常診断実行条件が成立したときに、例えば実スロットル開度と目標スロットルとの偏差の挙動に基づいて電子スロットル装置３５の異常の有無を判定する電スロ異常診断を実行する。尚、電子スロットル装置３５の異常診断方法は、適宜変更しても良い。

その結果、電子スロットル装置３５の異常有りと判定された場合には、その異常情報をＥＣＵ３７のバックアップＲＡＭ等の書き換え可能な不揮発性メモリに記憶し、スロットル開度を所定開度（いわゆるオープナ開度）に保持して吸入空気量を制限するフェールセーフ処理を行う。エンジン始動後の早期暖機制御中に、電子スロットル装置３５の異常検出時のフェールセーフ処理（スロットル開度を所定開度に保持する処理）が実行されると、吸入空気量が制限されるため、それに伴って排出ガス流量が減少して排出ガス熱量が低下する可能性がある。

［排気管水分付着判定ルーチン］
図３に示す排気管水分付着判定ルーチンは、ＥＣＵ３７の電源オン中に所定周期で繰り返し実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ２０１で、外気温センサ３６で検出した外気温が所定温度Ｔ1 よりも低く且つエンジン始動後の経過時間が所定時間ｔ1 よりも短いか否かを判定する。

このステップ２０１で、外気温が所定温度Ｔ1 よりも低く且つエンジン始動後の経過時間が所定時間ｔ1 よりも短いと判定された場合には、ステップ２０２に進み、排気管２３に凝縮水が付着している可能性があると判定して、排気管水分付着フラグｘＥＸＷＥＴを「１」にセットする。

一方、上記ステップ２０１で、外気温が所定温度Ｔ1 以上であると判定された場合、又は、エンジン始動後の経過時間が所定時間ｔ1 以上である判定された場合には、ステップ２０３に進み、排気管２３に凝縮水が付着していないと判定して、排気管水分付着フラグｘＥＸＷＥＴを「０」にリセットする。

この後、ステップ２０４に進み、図示しないＩＧスイッチ（イグニッションスイッチ）がオフされた（ＯＮからＯＦＦに切り替えられた）か否かを判定し、ＩＧスイッチがオフされたと判定された時点で、ステップ２０５に進み、ＩＧスイッチがオフされた時点の排気管水分付着フラグｘＥＸＷＥＴを、エンジン停止時の排気管水分付着フラグｘＢＥＸＷＥＴとして設定し、そのエンジン停止時の排気管水分付着フラグｘＢＥＸＷＥＴをＥＣＵ３７のバックアップＲＡＭ等の書き換え可能な不揮発性メモリに記憶する。
ｘＢＥＸＷＥＴ＝ｘＥＸＷＥＴ

［センサ水分付着判定ルーチン］
図４に示すセンサ水分付着判定ルーチンは、ＥＣＵ３７の電源オン中に所定周期で繰り返し実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ３０１で、外気温センサ３６で検出した外気温が所定温度Ｔ2 よりも低く且つヒータ積算通電時間（エンジン始動後に活性化通電制御によってヒータ２６に通電した積算時間）が所定時間ｔ2 よりも短いか否かを判定する。

このステップ３０１で、外気温が所定温度Ｔ2 よりも低く且つヒータ積算通電時間が所定時間ｔ2 よりも短いと判定された場合には、ステップ３０２に進み、排出ガスセンサ２５に凝縮水が付着している可能性があると判定して、センサ水分付着フラグｘＡＦＷＥＴを「１」にセットする。

一方、上記ステップ３０１で、外気温が所定温度Ｔ2 以上であると判定された場合、又は、ヒータ積算通電時間が所定時間ｔ2 以上である判定された場合には、ステップ３０３に進み、排出ガスセンサ２５に凝縮水が付着していないと判定して、センサ水分付着フラグｘＡＦＷＥＴを「０」にリセットする。

この後、ステップ３０４に進み、ＩＧスイッチがオフされた（ＯＮからＯＦＦに切り替えられた）か否かを判定し、ＩＧスイッチがオフされたと判定された時点で、ステップ３０５に進み、ＩＧスイッチがオフされた時点のセンサ水分付着フラグｘＡＦＷＥＴを、エンジン停止時のセンサ水分付着フラグｘＢＡＦＷＥＴとして設定し、そのエンジン停止時のセンサ水分付着フラグｘＢＡＦＷＥＴをＥＣＵ３７のバックアップＲＡＭ等の書き換え可能な不揮発性メモリに記憶する。
ｘＢＡＦＷＥＴ＝ｘＡＦＷＥＴ

［ヒータ通電制御ルーチン］
図５に示すヒータ通電制御ルーチンは、ＥＣＵ３７の電源オン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ヒータ通電制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ４０１で、エンジン１１の始動完了後であるか否かを、例えば、エンジン回転速度が所定の始動完了判定値を越えたか否かによって判定する。

このステップ４０１で、エンジン１１の始動完了前と判定された場合には、ステップ４０２に進み、冷却水温センサ２７で検出した冷却水温を始動時の冷却水温として読み込んだ後、本ルーチンを終了する。

その後、上記ステップ４０１で、エンジン１１の始動完了後と判定されたときに、ステップ４０３に進み、排出ガス熱量が低下する可能性のある特定異常が検出されたか否かを判定する。具体的には、前記図２の異常診断メインルーチンによる異常診断結果（バックアップＲＡＭ等の書き換え可能な不揮発性メモリに記憶された異常情報）に基づいて、排気ＶＣＴ３４と吸気ＶＣＴ３２と点火系と電子スロットル装置３５のちのいずれか１つでも異常有りと判定されたものがあるか否かを判定する。

このステップ４０３で、排出ガス熱量が低下する可能性のある特定異常が検出されていないと判定された場合には、ステップ４０４に進み、排気管２３に凝縮水が付着している可能性があるか否かを、前回のエンジン停止時に記憶した排気管水分付着フラグｘＢＥＸＷＥＴ＝１であるか否かによって判定する。

このステップ４０４で、排気管２３に凝縮水が付着している可能性がある（ｘＢＥＸＷＥＴ＝１）と判定された場合には、ステップ４０６に進み、排気管水分付着時のヒータ通電制御を次のようにして実行する。

まず、排気管水分付着時のヒータ通電デューティのマップ（図６参照）を検索して、始動時の冷却水温と始動完了後の経過時間とに応じたヒータ２６の通電デューティを設定する。これにより、始動完了から排気管水分付着時の予熱時間Ｔb が経過するまで、排出ガスセンサ２５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ヒータ２６の通電デューティを小さくして通電する予熱通電制御を実行する。

ここで、排気管水分付着時のヒータ通電デューティのマップは、予め、設計データ、試験データ、シミュレーションデータ等に基づいて作成され、ＥＣＵ３７のＲＯＭに記憶されている。この排気管水分付着時のヒータ通電デューティのマップは、始動時の冷却水温が低くなるほど排気管水分付着時の予熱時間Ｔb が長くなるように設定されている。

その後、予熱時間Ｔb が経過した後に、ヒータ２６の通電デューティを増加させてセンサ素子の温度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２６の通電デューティを制御する活性化通電制御を実行する。

一方、上記ステップ４０４で、排気管２３に凝縮水が付着していない（ｘＢＥＸＷＥＴ＝０）と判定された場合には、ステップ４０５に進み、排出ガスセンサ２５に凝縮水が付着している可能性があるか否かを、前回のエンジン停止時に記憶したセンサ水分付着フラグｘＢＡＦＷＥＴ＝１であるか否かによって判定する。

このステップ４０５で、排出ガスセンサ２５に凝縮水が付着している可能性がある（ｘＢＡＦＷＥＴ＝１）と判定された場合には、ステップ４０７に進み、センサ水分付着時のヒータ通電制御を次のようにして実行する。

まず、センサ水分付着時のヒータ通電デューティのマップ（図６参照）を検索して、始動時の冷却水温と始動完了後の経過時間とに応じたヒータ２６の通電デューティを設定する。これにより、始動完了からセンサ水分付着時の予熱時間Ｔc が経過するまで、排出ガスセンサ２５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ヒータ２６の通電デューティを小さくして通電する予熱通電制御を実行する。

ここで、センサ水分付着時のヒータ通電デューティのマップは、予め、設計データ、試験データ、シミュレーションデータ等に基づいて作成され、ＥＣＵ３７のＲＯＭに記憶されている。このセンサ水分付着時のヒータ通電デューティのマップは、センサ水分付着時の予熱時間Ｔc が排気管水分付着時の予熱時間Ｔb よりも短くなり、且つ、始動時の冷却水温が低くなるほどセンサ水分付着時の予熱時間Ｔc が長くなるように設定されている。

その後、予熱時間Ｔc が経過した後に、ヒータ２６の通電デューティを増加させてセンサ素子の温度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２６の通電デューティを制御する活性化通電制御を実行する。

また、上記ステップ４０４で排気管２３に凝縮水が付着していない（ｘＢＥＸＷＥＴ＝０）と判定され、且つ、上記ステップ４０５で排出ガスセンサ２５に凝縮水が付着していない（ｘＢＡＦＷＥＴ＝０）と判定された場合には、ステップ４０８に進み、水分付着無し時のヒータ通電制御を実行する。この水分付着無し時のヒータ通電制御では、予熱通電制御を実行せずに、始動完了直後からヒータ２６の通電デューティを増加させてセンサ素子の温度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２６の通電デューティを制御する活性化通電制御を実行する。

これに対して、上記ステップ４０３で、排出ガス熱量が低下する可能性のある特定異常が検出されたと判定された場合には、特定異常による排出ガス熱量の低下によってエンジン始動後に排気管２３内の凝縮水（排気管２３や排出ガスセンサ２５に付着した凝縮水）が完全に蒸発するまでの時間が長くなる可能性があると判断して、ステップ４０９に進み、特定異常検出時のヒータ通電制御を実行して、特定異常無しと判定された場合よりも、予熱通電制御の実行時間（つまり予熱時間）を長くして活性化通電制御の開始時期を遅らせることで、排気管２３内の凝縮水が完全に蒸発した後に活性化通電制御を開始させるようにする。

特定異常検出時のヒータ通電制御では、まず、特定異常の種類に対応した特定異常検出時のヒータ通電デューティのマップ（図６参照）を選択する。具体的には、排気ＶＣＴ３４の異常有りと判定された場合には排気ＶＣＴ異常検出時のヒータ通電デューティのマップを選択し、吸気ＶＣＴ３２の異常有りと判定された場合には吸気ＶＣＴ異常検出時のヒータ通電デューティのマップを選択する。また、点火系の異常有りと判定された場合には点火系異常検出時のヒータ通電デューティのマップを選択し、電子スロットル装置３５の異常有りと判定された場合には電子スロ異常検出時のヒータ通電デューティのマップを選択する。

この後、特定異常の種類に応じて選択した特定異常検出時のヒータ通電デューティのマップを検索して、始動時の冷却水温と始動完了後の経過時間とに応じたヒータ２６の通電デューティを設定する。これにより、始動完了から特定異常検出時の予熱時間Ｔa が経過するまで、排出ガスセンサ２５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で予熱するようにヒータ２６の通電デューティを小さくして通電する予熱通電制御を実行すると共に、特定異常の種類に応じて予熱時間Ｔa （活性化通電制御を開始するまでのディレイ時間）を設定することで、特定異常の種類に応じて排出ガス熱量の低下度合が変化して排気管２３内の凝縮水が完全に蒸発するまでの時間が変化するのに対応して、活性化通電制御を開始するまでのディレイ時間を変化させる。

ここで、特定異常検出時のヒータ通電デューティのマップは、予め、設計データ、試験データ、シミュレーションデータ等に基づいて特定異常の種類毎に作成され、ＥＣＵ３７のＲＯＭに記憶されている。これらの特定異常の種類毎に作成された各特定異常検出時のヒータ通電デューティのマップは、それぞれ特定異常検出時の予熱時間Ｔa が排気管水分付着時の予熱時間Ｔb 及びセンサ水分付着時の予熱時間Ｔc よりも長くなり、且つ、始動時の冷却水温が低くなるほど特定異常検出時の予熱時間Ｔa が長くなるように設定されている。

その後、予熱時間Ｔa が経過した後に、ヒータ２６の通電デューティを増加させてセンサ素子の温度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２６の通電デューティを制御する活性化通電制御を実行する。

以上説明した本実施例では、排出ガス熱量が低下する可能性のある特定異常が検出された場合には、特定異常による排出ガス熱量の低下によってエンジン始動後に排気管２３内の凝縮水が完全に蒸発するまでの時間が長くなる可能性があると判断して、特定異常無しと判定された場合よりも、予熱通電制御の実行時間（つまり予熱時間）を長くして活性化通電制御の開始時期を遅らせることで、排気管２３内の凝縮水が完全に蒸発した後に活性化通電制御を開始させるようにしたので、排気管２３内の凝縮水が完全に蒸発する前に活性化通電制御が開始されることを未然に防止できる。これにより、排出ガス熱量が低下する可能性がある特定異常の検出時でも、排出ガスセンサ２５の素子割れを確実に防止することができる。

また、本実施例では、特定異常が検出された場合に、その特定異常の種類に応じて予熱時間Ｔa （活性化通電制御を開始するまでのディレイ時間）を設定することで、特定異常の種類に応じて排出ガス熱量の低下度合が変化して排気管２３内の凝縮水が完全に蒸発するまでの時間が変化するのに対応して、活性化通電制御を開始するまでのディレイ時間を変化させるようにしたので、排気管２３内の凝縮水が完全に蒸発する前に活性化通電制御が開始されることを防止できる範囲内で、活性化通電制御を開始するまでのディレイ時間をできるだけ短くすることが可能となり、排出ガスセンサ２５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て、排出ガスセンサ２５の素子割れ防止と早期活性化とを両立させることができる。

しかしながら、本発明は、特定異常が検出された場合に、その特定異常の種類に拘らず活性化通電制御を開始するまでのディレイ時間を一律に設定して、ＥＣＵ３７の演算負荷を軽減するようにしても良い。

また、本実施例では、特定異常が検出された場合に、予熱通電制御の実行時間を長くして活性化通電制御の開始時期を遅らせるようにしたので、ヒータ通電停止期間を設けて活性化通電制御の開始時期を遅らせる場合に比べて、活性化通電制御の開始後にセンサ素子の温度を活性温度まで速やかに昇温させることができる。

しかしながら、本発明は、予熱通電制御の実行前にヒータ通電停止期間を設けることで活性化通電制御の開始時期を遅らせるようにしても良い。また、予熱通電制御を実行せずに活性化通電制御の開始前にヒータ通電停止期間を設けるシステムの場合には、ヒータ通電停止期間を長くして活性化通電制御の開始時期を遅らせるようにしても良い。

また、上記実施例では、排出ガス熱量が低下する可能性のある特定異常として、排気ＶＣＴ３４の異常、吸気ＶＣＴ３２の異常、点火系の異常、電子スロットル装置３５の異常を例示したが、これらに限定されず、例えば、排気バルブのリフト量を変化させる排気側可変バルブリフト装置の異常、吸気バルブのリフト量を変化させる吸気側可変バルブリフト装置の異常、筒内の気流強度（スワール流やタンブル流の強度）を調整する気流制御弁の異常、燃料系の異常等、排出ガス熱量が低下する可能性のある種々の異常を特定異常として検出するようにしても良い。

尚、排出ガス熱量が低下する可能性のある特定異常は、その異常検出時のフェールセーフ処理によって排出ガス熱量が低下する可能性のあるものだけでなく、その異常自体によって排出ガス熱量が低下する可能性のある異常でも良い。
その他、本発明は、触媒２４の下流側の排出ガスセンサのヒータ通電制御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。

本発明の一実施例におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 異常診断メインルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 排気管水分付着判定ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 センサ水分付着判定ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 ヒータ通電制御ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 ヒータ通電デューティのマップの一例を概念的に示す図である。

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（排出ガス通路）、２４…触媒、２５…排出ガスセンサ、２６…ヒータ、２７…冷却水温センサ、３１…吸気バルブ、３２…吸気ＶＣＴ、３３…排気バルブ、３４…排気ＶＣＴ、３５…電子スロットル装置、３７…ＥＣＵ（ヒータ通電制御手段，異常診断手段）

Claims (7)

1. 内燃機関の排出ガス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と、内燃機関の始動後に前記センサ素子の温度を活性温度まで昇温させるように前記ヒータの通電を制御する活性化通電制御を実行するヒータ通電制御手段とを備えた排出ガスセンサのヒータ制御装置において、
   内燃機関の排出ガス熱量が低下する可能性のある特定異常の有無を判定する異常診断手段を備え、
   前記ヒータ通電制御手段は、前記異常診断手段により前記特定異常有りと判定された場合に、特定異常無しと判定された場合よりも前記活性化通電制御の開始時期を遅ら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。
2. 内燃機関の排気バルブの開閉タイミングを変化させる排気側可変バルブタイミング装置を備え、
   前記異常診断手段は、前記特定異常として前記排気側可変バルブタイミング装置の異常の有無を判定する手段を有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. 内燃機関の吸気バルブの開閉タイミングを変化させる吸気側可変バルブタイミング装置を備え、
   前記異常診断手段は、前記特定異常として前記吸気側可変バルブタイミング装置の異常の有無を判定する手段を有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. 前記異常診断手段は、前記特定異常として内燃機関の点火系の異常の有無を判定する手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の排出ガスセンサのヒータ制御装置。
5. 内燃機関のスロットル開度を変化させる電子スロットル装置を備え、
   前記異常診断手段は、前記特定異常として前記電子スロットル装置の異常の有無を判定する手段を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の排出ガスセンサのヒータ制御装置。
6. 前記ヒータ通電制御手段は、前記異常診断手段により前記特定異常有りと判定された場合に、特定異常の種類に応じて前記活性化通電制御を開始するまでのディレイ時間を設定する手段を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の排出ガスセンサのヒータ制御装置。
7. 前記ヒータ通電制御手段は、前記活性化通電制御の開始前に前記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を制御する予熱通電制御を実行する手段と、前記異常診断手段により前記特定異常有りと判定された場合に、前記予熱通電制御の実行時間を長くして前記活性化通電制御の開始時期を遅らせる手段とを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の排出ガスセンサのヒータ制御装置。

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