JP2018168768A - 空燃比センサ制御装置、空燃比センサ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空燃比センサが備えるセンサ素子の損傷を抑制することが可能な、空燃比センサ制御装置及び空燃比センサ制御方法を提供する。【解決手段】エンジンＥＮＧの排気管ＥＸＰに取り付けられて排気管ＥＸＰの内部に存在する空気の空燃比を検出する空燃比センサＡＦＳが備えるセンサ素子に通電する電圧を制御する通電制御部１４と、エンジンＥＮＧに発生した失火を検出する失火検出部１２とを備える空燃比センサ制御装置１であり、通電制御部１４は、失火検出部１２が失火を検出すると、センサ素子への通電を停止する。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車のエンジン等、内燃機関の空燃比制御等に用いる空燃比センサ制御装置と、空燃比センサ制御方法に関する。

自動車のエンジン等、内燃機関から排出される排ガス中に存在する有害成分の浄化や、内燃機関の燃費向上を目的として、例えば、特許文献１に開示されているように、空燃比センサを用いた内燃機関の燃焼制御が行われている。
特許文献１に開示されている内燃機関の燃焼制御では、固体電解質体と、多孔質拡散抵抗層にて被覆され、固体電解質体の一方の面に設けた被測定ガス側電極と、固体電解質体の他方の面に設けた基準ガス側電極を備えた空燃比センサを用いる。

特許第３８５５４８３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている空燃比センサ制御装置を含め、従来の制御装置では、エンジンに失火が発生して燃焼していない燃料（未燃燃料）が排気管へ排出されると、空燃比センサが備えるセンサ素子の表面へ未燃燃料が付着する。そして、センサ素子の表面へ付着した未燃燃料は、毛細管現象でセンサ素子の内部へ侵入し、センサ素子の内部へ未燃燃料が残留した状態で、空燃比センサに電圧を印可すると、未燃燃料が沸騰して気化圧が発生する。このため、気化圧により発生する応力がセンサ素子の強度を超えて、センサ素子に割れ等の損傷が発生するという問題点があった。

本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、空燃比センサが備えるセンサ素子の損傷を抑制することが可能な、空燃比センサ制御装置と、空燃比センサ制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、エンジンに発生した失火を検出すると、エンジンの排気管に取り付けられて排気管の内部に存在する空気の空燃比を検出する空燃比センサが備えるセンサ素子への通電を停止する。

本発明の一態様によれば、エンジンに失火が発生し、センサ素子の内部へ未燃燃料が残留した状態であっても、センサ素子の内部へ残留した未燃燃料の加熱が抑制され、未燃燃料の沸騰による気化圧の発生を抑制することが可能となる。
これにより、エンジンに失火が発生した場合であっても、センサ素子の損傷を抑制することが可能となる。

本発明の第一実施形態の空燃比センサ制御装置を適用したシステム構成を表す図である。 空燃比センサの構成を表す断面図である。 未燃燃料気化制御のタイムチャートである。 第一制御のフローチャートである。 第二制御のフローチャートである。 第三制御のフローチャートである。

以下の詳細な説明では、本発明の実施形態について、完全な理解を提供するように、特定の細部について記載する。しかしながら、かかる特定の細部が無くとも、一つ以上の実施形態が実施可能であることは明確である。また、図面を簡潔なものとするために、周知の構造及び装置を、略図で表す場合がある。

（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
（空燃比センサ制御装置の構成）
図１から図６を用いて、空燃比センサ制御装置１の構成について説明する。
図１中に表すように、空燃比センサ制御装置１は、エンジンＥＮＧの排気管ＥＸＰに取り付けられた空燃比センサＡＦＳを制御する装置であり、コントローラ１０を備える。
エンジンＥＮＧは、インテークマニホールド（図示せず）から吸気した空気を含む混合気をシリンダ（図示せず）内で燃焼させ、燃焼後の空気を、エキゾーストマニホールド２から排気する。エキゾーストマニホールド２から排気された空気は、触媒４を通過した後、排気管ＥＸＰを介して車両の外部（外気）へ放出される。

第一実施形態では、一例として、エンジンＥＮＧが、ディーゼルエンジンである場合について説明する。したがって、第一実施形態では、触媒４として、ディーゼル用酸化触媒（ＤＯＣ:Ｄｉｅｓｅｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ）等を用いる。
また、エンジンＥＮＧには、クランク角センサ６が取り付けられている。
クランク角センサ６は、エンジンＥＮＧが備えるクランク軸（図示せず）やカム軸（図示せず）の回転に応じて、クランク軸の回転角度（以降の説明では、「クランク角」と記載する）を検出する。そして、検出したクランク角を含む情報信号（以降の説明では、「クランク角信号」と記載する）を、コントローラ１０へ出力する。

空燃比センサＡＦＳは、排気管ＥＸＰの内部に存在する空気に対し、空燃比（Ａ／Ｆ）を検出する。空燃比センサＡＦＳが検出した空燃比は、例えば、エンジンＥＮＧの空燃比制御に用いる。
また、空燃比センサＡＦＳは、図２中に表すように、固体電解質体２０と、被測定ガス側電極２２と、基準ガス側電極２４と、多孔質拡散抵抗層２６と、ヒーター基板２８を備える。
固体電解質体２０は、酸素イオン導電性の材料（例えば、部分安定化ジルコニア）を用いて形成されている。

被測定ガス側電極２２は、例えば、白金を用いて形成されており、固体電解質体２０の一方の面（図２中では、上側の面）に設けられている。
なお、被測定ガス側電極２２の構成は、固体電解質体２０と対向する面（図２中では、下側の面）及び多孔質拡散抵抗層２６と対向する面（図２中では、上側の面）のうち少なくとも一方の面に、保護層が形成されている構成としてもよい。この場合、被測定ガス側電極２２と保護層を、例えば、部分安定化ジルコニアを用いて形成された固体電解質体で覆う構成としてもよい。

基準ガス側電極２４は、例えば、白金を用いて形成されており、固体電解質体２０の他方の面（図２中では、下側の面）に設けられている。
なお、基準ガス側電極２４の構成は、固体電解質体２０と対向する面（図２中では、上側の面）及びヒーター基板２８と対向する面（図２中では、下側の面）のうち少なくとも一方の面に、保護層が形成されている構成としてもよい。この場合、基準ガス側電極２４と保護層を、例えば、部分安定化ジルコニアを用いて形成された固体電解質体で覆う構成としてもよい。
多孔質拡散抵抗層２６は、被測定ガス側電極２２を被覆する層である。

ヒーター基板２８は、基準ガス側電極２４を間に挟んで、固体電解質体２０の他方の面に設けられている。
ヒーター基板２８には、ヒーター基板２８からの通電により発熱する発熱体３０が接続されている。ヒーター基板２８による発熱体３０への通電は、コントローラ１０から入力される情報信号に応じて行う。
なお、第一実施形態では、図２中に表すように、ヒーター基板２８のうち基準ガス側電極２４と対向する面（図２中では、上側の面）に発熱体３０を配置した構成としたが、これに限定するものではない。すなわち、例えば、基準ガス側電極２４と発熱体３０との間にヒーター基板を配置し、二枚のヒーター基板の間に発熱体３０を配置した構成としてもよい。この場合、二枚のヒーター基板と発熱体３０を、例えば、部分安定化ジルコニアを用いて形成された固体電解質体で覆う構成としてもよい。

発熱体３０は、通電された電圧に応じて発熱し、空燃比センサＡＦＳが備えるセンサ素子を加熱する。
すなわち、第一実施形態では、一例として、空燃比センサＡＦＳを、ヒーター基板２８、基準ガス側電極２４、固体電解質体２０、被測定ガス側電極２２、多孔質拡散抵抗層２６を順に積層した積層型のセンサを用いて形成した場合について説明する。
したがって、第一実施形態の空燃比センサＡＦＳは、複数の電極を積層した積層型のセンサである。

コントローラ１０は、例えば、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ）を用いて形成されており、失火検出部１２と、通電制御部１４と、ヒーター制御部１６を備える。
失火検出部１２は、クランク角センサ６から入力を受けたクランク角信号が含むクランク角に基づき、回転慣性モーメントを演算する。さらに、失火検出部１２は、演算した回転慣性モーメントを用いて、回転エネルギ量を算出する。そして、失火検出部１２は、算出した回転エネルギ量の変動量と、予め設定した、失火を判定するための失火判定値とを比較して、エンジンＥＮＧの失火を判定することで、エンジンＥＮＧに発生した失火を検出する。

エンジンＥＮＧに発生した失火を検出した失火検出部１２は、失火を検出した結果を含む情報信号（以降の説明では、「失火検出信号」と記載する）を、通電制御部１４及びヒーター制御部１６へ出力する。
通電制御部１４は、空燃比センサＡＦＳのうち、被測定ガス側電極２２と基準ガス側電極２４との間へ通電する電圧を制御する。具体的には、失火検出部１２から失火検出信号の入力を受けておらず、エンジンＥＮＧに失火が発生していない状態では、通常通電信号を、空燃比センサＡＦＳへ出力する。通常通電信号とは、被測定ガス側電極２２と基準ガス側電極２４との間に、空燃比を検出するための電圧を印加する指令信号である。

一方、エンジンＥＮＧに失火が発生し、失火検出部１２から失火検出信号の入力を受けると、被測定ガス側電極２２と基準ガス側電極２４との間への通電を停止する指令信号（以降の説明では、「通電停止信号」と記載する）を、空燃比センサＡＦＳへ出力する。
すなわち、通電制御部１４は、空燃比センサＡＦＳが備えるセンサ素子に通電する電圧を制御する。
また、通電制御部１４は、失火検出部１２がエンジンＥＮＧの失火を検出すると、センサ素子への通電を停止する。

ヒーター制御部１６は、空燃比センサＡＦＳのうち、ヒーター基板２８へ通電する電圧を制御する。具体的には、失火検出部１２から失火検出信号の入力を受けておらず、エンジンＥＮＧに失火が発生していない状態では、通常加熱信号を、空燃比センサＡＦＳへ出力する。通常加熱信号とは、空燃比センサＡＦＳのセンサ素子を発熱体３０により加熱して、センサ素子の温度を活性温度とするための電圧を印加する指令信号である。
一方、エンジンＥＮＧに失火が発生し、失火検出部１２から失火検出信号の入力を受けると、まず、未燃燃料気化制御を行うための指令信号（以降の説明では、「未燃燃料気化制御信号」と記載する）を、空燃比センサＡＦＳへ出力する。なお、未燃燃料気化制御に関する説明は、後述する。
すなわち、第一実施形態の空燃比センサ制御装置１は、発熱体３０に通電する電圧を制御するヒーター制御部１６を備える。

（未燃燃料気化制御）
図１及び図２を参照しつつ、図３から図６を用いて、第一実施形態の空燃比センサ制御装置１を用いて行なう動作の一例を説明する。
未燃燃料気化制御は、エンジンＥＮＧに失火が発生した状態で、ヒーター基板２８へ通電する電圧を変化させる制御であり、図３中に表すように、第一制御（予熱制御）と、第二制御（ランプ制御）と、第三制御（素子温度制御）を含む。なお、図３中では、ヒーター基板２８へ通電する電圧を、「ヒーター電圧（Ｖ）」と表す。また、図３中では、未燃燃料気化制御の実施中に経過する時間を、「時間（ｓ）」と表す。

第一制御は、未燃燃料気化制御のうち、最初に行う制御である。また、第一制御は、ヒーター基板２８へ通電する電圧を一定値とする制御である電圧一定制御と共に開始する。
図４中に表すように、第一制御を開始すると、まず、ステップＳ１００の処理を行う。なお、第一制御は、エンジンＥＮＧを始動させた状態（ＩＧＮ ＯＮ）から開始する。
ステップＳ１００では、失火検出部１２により、エンジンＥＮＧに失火が発生しているか否かを判定する処理（図中に表す「失火判定」）を行う。
ステップＳ１００において、エンジンＥＮＧに失火が発生している（図中に表す「Ｙｅｓ」）と判定した場合、第一制御は、ステップＳ１０２へ移行する。

一方、ステップＳ１００において、エンジンＥＮＧに失火が発生していない（図中に表す「Ｎｏ」）と判定した場合、第一制御は、ステップＳ１０４へ移行する。
ステップＳ１０２では、エンジンＥＮＧに失火が発生していない状態で発熱体３０に発生させる熱量に対する、エンジンＥＮＧに失火が発生している状態で発熱体３０に発生させる熱量の補正値を算出する処理（図中に表す「熱量補正値算出」）を行う。なお、以降の説明では、エンジンＥＮＧに失火が発生していない状態で発熱体３０に発生させる熱量を、「通常熱量」と記載する。同様に、エンジンＥＮＧに失火が発生している状態で発熱体３０に発生させる熱量の補正値を、「失火時熱量」と記載する。

ステップＳ１０２において、失火時熱量を算出する処理を行うと、第一制御は、ステップＳ１０４へ移行する。
ステップＳ１０４では、通常熱量の積算値、または、失火時熱量の積算値を演算する処理（図中に表す「熱量積算値演算」）を行う。
ステップＳ１０４において、通常熱量の積算値、または、失火時熱量の積算値を演算する処理を行うと、第一制御は、ステップＳ１０６へ移行する。
ステップＳ１０６では、ステップＳ１０４で演算した積算値である積算熱量が、予め設定した熱量閾値以上であるか否かを判定する処理（図中に表す「積算熱量≧熱量閾値」）を行う。
なお、熱量閾値は、外気温度や水温毎に決定される閾値であり、エンジンコントロールユニット内に定数設定する。

ステップＳ１０６において、積算熱量が熱量閾値以上である（図中に表す「Ｙｅｓ」）と判定した場合、第一制御は、ステップＳ１０８へ移行する。
一方、ステップＳ１０６において、積算熱量が熱量閾値未満である（図中に表す「Ｎｏ」）と判定した場合、第一制御は、ステップＳ１００へ移行する。
ステップＳ１０８では、電圧一定制御を終了させる処理を行う。すなわち、ステップＳ１０８では、ヒーター基板２８へ通電する電圧を一定値から開放する処理（図中に表す「ヒーターリリース」）を行う。
ステップＳ１０８において、ヒーター基板２８へ通電する電圧を一定値から開放する処理を行うと、第一制御を終了する。

第二制御は、第一制御の次工程で行う制御であり、ヒーター基板２８へ通電する電圧を、時間の経過とともに増加させて、ヒーター基板２８へ通電する電圧の変化を、時間の経過とともに傾斜させる制御である。すなわち、第一制御を終了すると、未燃燃料気化制御は、図３中に表すｔ１の時点で、第二制御へ移行する。
図５中に表すように、第二制御を開始すると、まず、ステップＳ２００の処理を行う。
ステップＳ２００では、失火検出部１２により、エンジンＥＮＧに失火が発生しているか否かを判定する処理（図中に表す「失火判定」）を行う。

ステップＳ２００において、エンジンＥＮＧに失火が発生している（図中に表す「Ｙｅｓ」）と判定した場合、第二制御は、ステップＳ２０２へ移行する。
一方、ステップＳ２００において、エンジンＥＮＧに失火が発生していない（図中に表す「Ｎｏ」）と判定した場合、第二制御は、ステップＳ２０４へ移行する。
ステップＳ２０２では、通常第二制御量に対する、失火時第二制御量を算出する処理（図中に表す「ランプ補正値算出」）を行う。なお、通常第二制御量とは、エンジンＥＮＧに失火が発生していない状態でヒーター基板２８へ通電する電圧の増加量である。また、失火時第二制御量とは、エンジンＥＮＧに失火が発生している状態でヒーター基板２８へ通電する電圧の増加量の補正値である。

ステップＳ２０２において、失火時第二制御量を算出する処理を行うと、第二制御は、ステップＳ２０４へ移行する。
ステップＳ２０４では、通常第二制御量、または、失火時第二制御量に応じて、時間の経過とともにヒーター基板２８へ通電する電圧の増加量を算出する処理（図中に表す「ランプ制御値算出」）を行う。
ステップＳ２０４において、時間の経過とともにヒーター基板２８へ通電する電圧の増加量を算出する処理を行うと、第二制御は、ステップＳ２０６へ移行する。

ステップＳ２０６では、ステップＳ２００と同様、失火検出部１２により、エンジンＥＮＧに失火が発生しているか否かを判定する処理（図中に表す「失火判定」）を行う。
ステップＳ２０６において、エンジンＥＮＧに失火が発生している（図中に表す「Ｙｅｓ」）と判定した場合、第二制御は、ステップＳ２１０へ移行する。
一方、ステップＳ２０６において、エンジンＥＮＧに失火が発生していない（図中に表す「Ｎｏ」）と判定した場合、第二制御は、ステップＳ２０８へ移行する。
ステップＳ２０８では、ヒーター基板２８へ通電する電圧の増加量を、ステップＳ２０２で算出した失火時第二制御量から、通常第二制御量へと移行する処理（図中に表す「ランプ補正値リセット」）を行う。
ステップＳ２０８において、ヒーター基板２８へ通電する電圧の増加量を通常第二制御量へと移行する処理を行うと、第二制御は、ステップＳ２１０へ移行する。

ステップＳ２１０では、第二制御を終了、または、禁止するか否かを判定する処理（図中に表す「ランプ制御終了・禁止判定」）を行う。
第二制御を終了、または、禁止するか否かの判定は、ヒーター基板２８へ通電する電圧（ヒーター電圧（Ｖ））と、予め設定した所定電圧との比較により行う。具体的には、ヒーター電圧（Ｖ）が所定電圧に到達すると、第二制御を終了、または、禁止すると判定する。
ステップＳ２１０において、第二制御を終了、または、禁止する（図中に表す「Ｙｅｓ」）と判定した場合、第二制御を終了する。
一方、ステップＳ２１０において、第二制御を継続する（図中に表す「Ｎｏ」）と判定した場合、第二制御は、ステップＳ２００へ移行する。

第三制御は、第二制御の次工程で行う制御であり、ヒーター基板２８へ通電する電圧を、空燃比センサＡＦＳのセンサ素子の温度が一定となるように変化させる制御である。すなわち、第二制御を終了すると、未燃燃料気化制御は、図３中に表すｔ２の時点で、第三制御へ移行する。
図６中に表すように、第三制御を開始すると、まず、ステップＳ３００の処理を行う。
ステップＳ３００では、失火検出部１２により、エンジンＥＮＧに失火が発生しているか否かを判定する処理（図中に表す「失火判定」）を行う。
ステップＳ３００において、エンジンＥＮＧに失火が発生している（図中に表す「Ｙｅｓ」）と判定した場合、第三制御は、ステップＳ３０２へ移行する。
一方、ステップＳ３００において、エンジンＥＮＧに失火が発生していない（図中に表す「Ｎｏ」）と判定した場合、第三制御は、ステップＳ３０４へ移行する。

ステップＳ３０２では、通常温度制御量に対する、未燃燃料気化制御量を算出する処理（図中に表す「温度補正値算出」）を行う。なお、通常温度制御量とは、エンジンＥＮＧに失火が発生していない状態で、センサ素子の温度が一定となるようにヒーター基板２８へ通電する電圧値である。また、未燃燃料気化制御量とは、エンジンＥＮＧに失火が発生している状態で、センサ素子の温度が一定となるようにヒーター基板２８へ通電する電圧値である。
なお、失火が発生している状態で行う未燃燃料気化制御量は、センサ素子の損傷（素子割れ）を防止するため、失火が発生していない状態に対して、センサ素子の温度（電圧）を、気化を進められる温度まで下げる制御として行う。

ステップＳ３０２において、未燃燃料気化制御量を算出する処理を行うと、第三制御は、ステップＳ３０４へ移行する。
ステップＳ３０４では、通常温度制御量、または、未燃燃料気化制御量に応じて、センサ素子の温度の目標値を算出する処理（図中に表す「目標素子温度算出」）を行う。
ステップＳ３０４において、センサ素子の温度の目標値を算出する処理を行うと、第三制御は、ステップＳ３０６へ移行する。
ステップＳ３０６では、ステップＳ３００と同様、失火検出部１２により、エンジンＥＮＧに失火が発生しているか否かを判定する処理（図中に表す「失火判定」）を行う。

ステップＳ３０６において、エンジンＥＮＧに失火が発生している（図中に表す「Ｙｅｓ」）と判定した場合、第三制御は、ステップＳ３１０へ移行する。
一方、ステップＳ３０６において、エンジンＥＮＧに失火が発生していない（図中に表す「Ｎｏ」）と判定した場合、第三制御は、ステップＳ３０８へ移行する。
ステップＳ３０８では、ヒーター基板２８へ通電する電圧値を、ステップＳ３０２で算出した未燃燃料気化制御量から、通常温度制御量へと移行する処理（図中に表す「温度補正値リセット」）を行う。

ステップＳ３０８において、ヒーター基板２８へ通電する電圧値を通常温度制御量へと移行する処理を行うと、第三制御は、ステップＳ３１０へ移行する。
ステップＳ３１０では、第三制御を終了、または、禁止するか否かを判定する処理（図中に表す「素子温度制御終了・禁止判定」）を行う。
第三制御を終了、または、禁止するか否かの判定は、イグニションスイッチ（ＩＧＮ ＳＷ）の操作状態と、エンジンＥＮＧの動作状態に応じて行う。具体的には、イグニションスイッチの操作状態がＯＦＦ状態（ＩＧＮ ＳＷ ＯＦＦ）であり、エンジンＥＮＧが停止している状態であると、第三制御を終了、または、禁止すると判定する。

ステップＳ３１０において、第三制御を終了、または、禁止する（図中に表す「Ｙｅｓ」）と判定した場合、第三制御を終了する。
一方、ステップＳ３１０において、第三制御を継続する（図中に表す「Ｎｏ」）と判定した場合、第三制御は、ステップＳ３００へ移行する。
以上説明したように、ヒーター制御部１６は、失火検出部１２がエンジンＥＮＧの失火を検出すると、エンジンＥＮＧに発生した失火によりエンジンＥＮＧで燃焼せずにセンサ素子に付着する燃料を気化させる未燃燃料気化制御を行う。
これに加え、ヒーター制御部１６が行う未燃燃料気化制御は、失火検出部１２がエンジンＥＮＧの失火を検出すると、第一制御と、第二制御と、第三制御とを、この順番で行う制御である。

（空燃比センサ制御装置１を用いて行なう空燃比センサ制御方法）
図１から図６を参照して、第一実施形態の空燃比センサ制御装置１を用いて行なう空燃比センサ制御方法（以降の説明では、「空燃比センサ制御方法」と記載する場合がある）を説明する。
空燃比センサ制御方法では、失火検出処理と、通電停止処理と、失火時ヒーター制御処理を行う。
失火検出処理は、エンジンＥＮＧに発生した失火を検出する処理であり、クランク角センサ６から入力を受けたクランク角信号が含むクランク角に基づき、失火検出部１２が行う処理である。

通電停止処理は、被測定ガス側電極２２と基準ガス側電極２４との間への通電を停止する処理であり、失火検出部１２から入力を受けた失火検出信号に応じて、通電制御部１４が行う処理である。
すなわち、空燃比センサ制御方法では、エンジンＥＮＧに発生した失火を検出すると、空燃比センサＡＦＳが備えるセンサ素子への通電を停止する通電停止処理を実行する。
失火時ヒーター制御処理は、エンジンＥＮＧに失火が発生した状態で、ヒーター基板２８へ通電する電圧を変化させる制御であり、第一制御処理と、第二制御処理と、第三制御処理を含む。

第一制御処理は、失火時ヒーター制御処理のうち、最初に行う処理であり、まず、ヒーター基板２８へ通電する電圧を一定値とする処理を行う。次に、通常熱量に対する失火時熱量の積算値である積算熱量が、予め設定した熱量閾値以上であるか否かを判定する処理を行う。そして、積算熱量が熱量閾値以上であると、ヒーター基板２８へ通電する電圧を一定値から開放する処理を行う。
第二制御処理は、第一制御処理の後に行う処理であり、ヒーター基板２８へ通電する電圧を、時間の経過とともに増加させて、ヒーター基板２８へ通電する電圧の変化を、時間の経過とともに傾斜させる処理である。
第三制御処理は、第二制御処理の後に行う処理であり、ヒーター基板２８へ通電する電圧を、空燃比センサＡＦＳのセンサ素子の温度が一定となるように変化させる処理である。

（動作）
図１から図６を参照して、第一実施形態の空燃比センサ制御装置１を用いて行なう動作の一例を説明する。
車両の使用時等にエンジンＥＮＧを始動させると、シリンダ内で燃焼させた後の空気が、エキゾーストマニホールド２から排気され、触媒４を通過した後に排気管ＥＸＰを介して外気へ放出される。
また、エンジンＥＮＧを始動させると、排気管ＥＸＰの内部に存在する空気の空燃比を検出する空燃比センサＡＦＳには、センサ素子の温度を活性温度とするために、ヒーター制御部１６から通常加熱信号が入力される。そして、ヒーター基板２８からの通電により発熱した発熱体３０により、センサ素子が加熱される。

このとき、エンジンＥＮＧに失火が発生すると、エンジンＥＮＧで燃焼していない燃料である未燃燃料が排気管ＥＸＰへ排出され、センサ素子の表面へ付着する。さらに、センサ素子の表面へ付着した未燃燃料は、毛細管現象でセンサ素子の内部へ侵入する。このため、センサ素子の内部へ未燃燃料が残留した状態で、空燃比センサＡＦＳに電圧を印可すると、未燃燃料が沸騰して気化圧が発生し、センサ素子に割れ等の損傷が発生するおそれがある。
ここで、第一実施形態の空燃比センサ制御装置１であれば、失火検出部１２がエンジンＥＮＧに発生した失火を検出すると、通電制御部１４がセンサ素子への通電を停止する。

これにより、エンジンＥＮＧに失火が発生し、センサ素子の内部へ未燃燃料が残留した状態であっても、センサ素子の内部へ残留した未燃燃料の加熱が抑制され、未燃燃料の沸騰による気化圧の発生を抑制することが可能となる。
したがって、第一実施形態の空燃比センサ制御装置１であれば、エンジンＥＮＧに失火が発生した場合であっても、センサ素子の損傷を抑制することが可能となる。
また、上述したように、第一実施形態の空燃比センサ制御装置１の動作で実施する空燃比センサ制御方法では、エンジンＥＮＧに発生した失火を検出すると、空燃比センサＡＦＳが備えるセンサ素子への通電を停止する通電停止処理を実行する。

これにより、エンジンＥＮＧに失火が発生した場合であっても、センサ素子の内部へ残留した未燃燃料の沸騰による気化圧の発生を抑制することが可能となり、センサ素子の損傷を抑制することが可能となる。
なお、上述した第一実施形態は、本発明の一例であり、本発明は、上述した第一実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

（第一実施形態の効果）
第一実施形態の空燃比センサ制御装置１であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
（１）空燃比センサＡＦＳが備えるセンサ素子に通電する電圧を制御する通電制御部１４と、エンジンＥＮＧに発生した失火を検出する失火検出部１２を備え、通電制御部１４が、失火検出部１２がエンジンＥＮＧの失火を検出するとセンサ素子への通電を停止する。
このため、エンジンＥＮＧに失火が発生し、センサ素子の内部へ未燃燃料が残留した状態であっても、センサ素子の内部へ残留した未燃燃料の加熱が抑制され、未燃燃料の沸騰による気化圧の発生を抑制することが可能となる。
その結果、エンジンＥＮＧに失火が発生した場合であっても、センサ素子の内部へ残留した未燃燃料の沸騰による気化圧の発生を抑制することが可能となり、センサ素子の損傷を抑制することが可能となる。

（２）ヒーター制御部１６が、失火検出部１２がエンジンＥＮＧの失火を検出すると、エンジンＥＮＧに発生した失火によりエンジンＥＮＧで燃焼せずにセンサ素子に付着する燃料を気化させる制御である、未燃燃料気化制御を行う。
その結果、エンジンＥＮＧに失火が発生した場合であっても、センサ素子の内部へ残留した未燃燃料の気化を促進することが可能となり、センサ素子の損傷を抑制することが可能となる。

（３）ヒーター制御部１６が行う不燃燃料気化制御が、第一制御と、第二制御と、第三制御とを、この順番で行う制御である。
このため、エンジンＥＮＧに失火が発生した場合であっても、まず、発熱体３０の加熱を抑制し、その後、発熱体３０を徐々に加熱し、さらに、発熱体３０の温度を一定値に保持することが可能となる。
その結果、エンジンＥＮＧに失火が発生した場合であっても、まず、センサ素子の内部へ残留した未燃燃料の沸騰を抑制することが可能となり、その後、センサ素子の内部へ残留した未燃燃料の気化を促進することが可能となる。さらに、センサ素子の内部へ残留した未燃燃料の気化を促進した後は、エンジンＥＮＧに失火が発生していない状態で空燃比センサＡＦＳが行う通常の動作へ、早急に復帰させることが可能となる。

（４）空燃比センサＡＦＳが、複数の電極を積層した積層型のセンサである。
その結果、排気管ＥＸＰの内部に存在する空気に対して空燃比を検出するセンサとして多く用いられる、複数の電極を積層した積層型のセンサに対し、エンジンＥＮＧに失火が発生した場合であっても、センサ素子の損傷を抑制することが可能となる。

（５）エンジンＥＮＧが、ディーゼルエンジンである。
その結果、排気管ＥＸＰの内部に存在する空気に対して検出した空燃比を用いた制御を行うディーゼルエンジンに適用する空燃比センサＡＦＳに対し、エンジンＥＮＧに失火が発生した場合であっても、センサ素子の損傷を抑制することが可能となる。
また、第一実施形態の空燃比センサ制御装置１を用いた空燃比センサ制御方法であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。

（６）エンジンＥＮＧに発生した失火を検出すると、空燃比センサＡＦＳが備えるセンサ素子への通電を停止する通電停止処理を実行する。
このため、エンジンＥＮＧに失火が発生し、センサ素子の内部へ未燃燃料が残留した状態であっても、センサ素子の内部へ残留した未燃燃料の加熱が抑制され、未燃燃料の沸騰による気化圧の発生を抑制することが可能となる。
その結果、エンジンＥＮＧに失火が発生した場合であっても、センサ素子の内部へ残留した未燃燃料の沸騰による気化圧の発生を抑制することが可能となり、センサ素子の損傷を抑制することが可能となる。

（第一実施形態の変形例）
（１）第一実施形態では、空燃比センサＡＦＳを、積層型のセンサとしたが、これに限定するものではなく、空燃比センサＡＦＳを、積層型以外のセンサとしてもよい。
（２）第一実施形態では、エンジンＥＮＧをディーゼルエンジンとしたが、これに限定するものではなく、エンジンＥＮＧを、ガソリンエンジンやロータリーエンジンとしてもよい。
（３）第一実施形態では、失火検出部１２の構成を、クランク角を用いてエンジンＥＮＧに発生した失火を検出する構成としたが、これに限定するものではない。すなわち、例えば、エンジンＥＮＧにノックセンサーを設け、失火検出部１２の構成を、ノックセンサーが検出したノッキングの周波数を用いて、エンジンＥＮＧに発生した失火を検出する構成としてもよい。

１…空燃比センサ制御装置、２…エキゾーストマニホールド、４…触媒、６…クランク角センサ、１０…コントローラ、１２…失火検出部、１４…通電制御部、１６…ヒーター制御部、２０…固体電解質体、２２…被測定ガス側電極、２４…基準ガス側電極、２６…多孔質拡散抵抗層、２８…ヒーター基板、３０…発熱体、ＥＮＧ…エンジン、ＥＸＰ…排気管、ＡＦＳ…空燃比センサ

Claims (6)

1. エンジンの排気管に取り付けられて前記排気管の内部に存在する空気の空燃比を検出する空燃比センサが備えるセンサ素子に通電する電圧を制御する通電制御部と、
   前記エンジンに発生した失火を検出する失火検出部と、を備え、
   前記通電制御部は、前記失火検出部が前記失火を検出すると前記センサ素子への通電を停止することを特徴とする空燃比センサ制御装置。
2. 前記空燃比センサは、通電された電圧に応じて発熱して前記センサ素子を加熱する発熱体を備え、
   前記発熱体に通電する電圧を制御するヒーター制御部をさらに備え、
   前記ヒーター制御部は、前記失火検出部が前記失火を検出すると、前記エンジンに発生した失火によりエンジンで燃焼せずに前記センサ素子に付着する燃料を気化させる未燃燃料気化制御を行うことを特徴とする請求項１に記載した空燃比センサ制御装置。
3. 前記未燃燃料気化制御は、前記発熱体に通電する電圧を一定とする第一制御と、前記発熱体に通電する電圧を時間の経過につれて増加させる第二制御と、前記センサ素子の温度が一定となるように前記発熱体に通電する電圧を変化させる第三制御と、をこの順番で行う制御であることを特徴とする請求項２に記載した空燃比センサ制御装置。
4. 前記空燃比センサは、複数の電極を積層した積層型のセンサであることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載した空燃比センサ制御装置。
5. 前記エンジンは、ディーゼルエンジンであることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載した空燃比センサ制御装置。
6. エンジンに発生した失火を検出すると、前記エンジンの排気管に取り付けられて前記排気管の内部に存在する空気の空燃比を検出する空燃比センサが備えるセンサ素子への通電を停止する通電停止処理を実行することを特徴とする空燃比センサ制御方法。

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