JP2019138188A - センサシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】自動停止・再始動制御が行われる内燃機関において、排気センサのヒータへの電力供給に伴う燃費悪化を可及的に抑制しつつ、該内燃機関の再始動時において排気センサに対する予熱制御の実行が停止されたときの再活性期間が過剰に長くなることを抑制する。【解決手段】予熱温度を所定の予熱温度に設定して予熱制御を実行すると、該予熱制御の実行を停止したときの、排気センサのセンサ素子の再活性期間が所定期間より長くなる条件を所定の遅延条件とする。そして、所定の自動停止条件が成立したときに所定の遅延条件が成立していた場合は、制御手段が、今回の前記自動停止・再始動制御の実行に伴って実行する予熱制御における前記予熱温度を、所定の第1予熱温度よりも高い所定の第2予熱温度に設定する。【選択図】図4

Description

本発明は、内燃機関に適用されるセンサシステムに関する。
内燃機関の排気通路には、排気中の特定成分を検出するための排気センサ(空燃比センサや、酸素センサ等)が設けられている。そして、排気エミッションを良好に維持するために、排気センサの検出値に基づいて内燃機関の運転状態が制御される。また、排気センサは、センサ素子を加熱するためのヒータを有している。そして、排気センサにおいては、ヒータによってセンサ素子が加熱されることで、該センサ素子が活性化される。
また、特許文献1には、所定の自動停止条件が成立したときに内燃機関を自動的に停止させ、その後、所定の自動始動条件が成立したときに該内燃機関を自動的に再始動させる制御(以下、「自動停止・再始動制御」と称する場合もある。)が行われる内燃機関に関する技術が開示されている。この特許文献1に開示の技術では、内燃機関の排気通路に設けられた空燃比センサにおけるセンサ素子の温度を、該空燃比センサが有するヒータへの電力供給を制御することで調整する。より詳しくは、内燃機関の自動停止中は、空燃比センサにおいて、ヒータへの電力供給量を低減することで、センサ素子の温度が活性温度より低い予熱温度付近まで低下させる。その後、所定の自動始動条件が成立したときに、空燃比センサにおいて、ヒータによってセンサ素子が活性温度に昇温される。
特開2003−148206号公報
上記の特許文献1に開示の技術のように、自動停止・再始動制御が行われる内燃機関においては、該内燃機関の自動停止中に予熱制御が行われる場合がある。ここで、予熱制御は、排気センサに設けられたヒータへの電力供給量を低減することで、センサ素子の温度を、所定の活性温度より低い予熱温度に調整する制御である。このような予熱制御を実行することで、排気センサのヒータへの不必要な電力供給を抑制することができる。その結果、ヒータへ電力を供給するバッテリの電力消費を低減できるため、燃費悪化を抑制することができる。
ただし、内燃機関の自動停止中に予熱制御が行われた場合、該内燃機関の再始動時において、該予熱制御の実行を停止して、排気センサのセンサ素子を再度活性化させる必要がある。このとき、排気センサの状態が正常な範囲内であったとしても、該排気センサの劣化度合いがある程度大きくなると、該排気センサの劣化度合いが小さい状態のときに比べて、センサ素子の温度の上昇速度が小さくなる。また、センサ素子を再度活性化させる時のバッテリの充電量が少ないときも、該バッテリの充電量が多いときに比べて、センサ素子の温度の上昇速度が小さくなる。そして、これらに起因してセンサ素子の温度の上昇速度が小さくなると、予熱制御の実行を停止してからセンサ素子の温度が所定の活性温度に達するまでの期間(以下、「再活性期間」と称する場合もある。)が長くなる。そうなると、排気センサの検出値に基づく内燃機関の運転状態の制御を正確に行うことが困難となる期間が長くなることになる。そのため、予熱制御の実行停止後の再活性期間が過剰に長くなると、内燃機関の再始動時における排気エミッションの悪化等の問題が生じる虞がある。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、自動停止・再始動制御が行われる内燃機関において、排気センサのヒータへの電力供給に伴う燃費悪化を可及的に抑制しつつ、該内燃機関の再始動時において排気センサに対する予熱制御の実行が停止されたときの再活性期間が過剰に長くなることを抑制することが可能な技術を提供することを目的とする。
本発明の第1の態様に係るセンサシステムは、所定の自動停止条件が成立したときに内燃機関を自動的に停止させ、その後、所定の自動始動条件が成立したときに前記内燃機関を自動的に再始動させる自動停止・再始動制御が行われる内燃機関に適用されるセンサシステムであって、前記内燃機関の排気通路に設けられ、センサ素子を加熱するヒータを有する排気センサと、前記自動停止・再始動制御によって前記内燃機関が停止されているときは、前記ヒータへの電力供給量を低減することで前記センサ素子の温度を所定の活性温度より低い予熱温度に調整する予熱制御を実行し、且つ、前記所定の自動始動条件が成立したときに、前記予熱制御の実行を停止して、前記センサ素子の温度を前記所定の活性温度まで上昇させる制御手段と、を備え、前記所定の自動始動条件が成立することで前記制御手段が前記予熱制御の実行を停止してから前記センサ素子の温度が前記所定の活性温度に達するまでの期間を再活性期間とし、前記制御手段によって前記予熱温度を所定の第1予熱温度に設定して前記予熱制御を実行すると、前記所定の自動始動条件が成立することで前記予熱制御の実行を停止したときの前記再活性期間が所定期間より長くなる条件を所定の遅延条件としたときにおいて、前記所定の自動停止条件が成立したときに前記所定の遅延条件が成立していなかった場合は、前記制御手段が、今回の前記自動停止・再始動制御の実行に伴って実行する前記予熱制御における前記予熱温度を前記所定の第1予熱温度に設定し、前記所定の自動停止条件が成立したときに前記所定の遅延条件が成立していた場合は、前記制御手段が、今回の前記自動停止・再始動制御の実行に伴って実行する前記予熱制御における前記予熱温度を、前記所定の第1予熱温度よりも高い所定の第2予熱温度に設定する。
ここで、上述したとおり、再活性期間は、予熱制御の実行を停止してからセンサ素子の温度が所定の活性温度に達するまでの期間である。そのため、予熱制御の実行停止後におけるセンサ素子の温度の上昇速度が同一であれば、再活性期間の長さは、予熱制御における予熱温度に応じて変化する。つまり、予熱制御における予熱温度が高いほど再活性期間は短くなる。ただし、予熱制御における予熱温度が高いほど、該予熱制御を実行することで得られるバッテリの電力消費の低減効果が小さくなる。
そこで、本態様においては、所定の自動停止条件が成立したときに所定の遅延条件が成立しているか否かに応じて、今回の自動停止・再始動制御(すなわち、今回の所定の自動停止条件の成立に応じて実行される自動停止・再始動制御)の実行に伴って実行する予熱制御における予熱温度を変更する。ここで、所定の遅延条件とは、制御手段によって予熱温度を所定の第1予熱温度に設定して予熱制御を実行すると、所定の自動始動条件が成立することで該予熱制御の実行を停止したときの再活性期間が所定期間より長くなる条件である。このとき、所定期間は、再活性期間が該所定期間以内であれば、内燃機関の再始動時における排気エミッションが許容範囲内となる期間として定められてもよい。
そして、所定の自動停止条件が成立したときに所定の遅延条件が成立していなかった場合は、制御手段が、今回の前記自動停止・再始動制御の実行に伴って実行する予熱制御における予熱温度を所定の第1予熱温度に設定する。一方、所定の自動停止条件が成立したときに所定の遅延条件が成立していた場合、制御手段が、今回の前記自動停止・再始動制御の実行に伴って実行する予熱制御における予熱温度を、所定の第1予熱温度よりも高い
所定の第2予熱温度に設定する。
所定の自動停止条件が成立したときに所定の遅延条件が成立していなかった場合は、予熱温度を所定の第1予熱温度に設定して予熱制御を実行しても、該予熱制御の実行停止後における再活性期間は所定期間以内となる。したがって、予熱温度を所定の第1予熱温度に設定して予熱制御を実行しても、該予熱制御の実行停止後における再活性期間が過剰に長くなることが抑制される。そして、予熱温度を所定の第1予熱温度に設定して予熱制御を実行することで、予熱温度を所定の第2予熱温度に設定して該予熱制御を実行する場合よりも、該予熱制御を実行することで得られるバッテリの電力消費の低減効果を大きくすることができる。したがって、排気センサのヒータへの電力供給に伴う燃費悪化をより抑制することができる。
一方で、所定の自動停止条件が成立したときに所定の遅延条件が成立していた場合は、予熱温度を所定の第2予熱温度に設定して予熱制御を実行することで、予熱温度を所定の第1予熱温度に設定して該予熱制御を実行したときよりも、該予熱制御の実行停止後における再活性期間を短くすることができる。したがって、所定の自動停止条件が成立したときに所定の遅延条件が成立していた場合であっても、該予熱制御の実行停止後における再活性期間が過剰に長くなることを抑制することができる。したがって、内燃機関の再始動時において排気エミッションの悪化等の問題が生じることを抑制することができる。
上記のように、本態様によれば、所定の自動停止条件が成立したときに所定の遅延条件が成立しているか否かに応じて予熱制御における予熱温度を変更することで、排気センサのヒータへの電力供給に伴う燃費悪化を可及的に抑制しつつ、内燃機関の再始動時において排気センサに対する予熱制御の実行が停止されたときの再活性期間が過剰に長くなることを抑制することができる。
ここで、本態様においては、所定の第1予熱温度は、前回の自動停止・再始動制御の実行に伴って制御手段によって実行された予熱制御における予熱温度であってもよい。このとき、所定の遅延条件は、前回の自動停止・再始動制御の実行時において、制御手段による予熱制御の実行が停止されたときの再活性期間が所定期間より長かったことであってもよい。
前回の自動停止・再始動制御の実行に伴って実行された予熱制御(前回の予熱制御)の実行停止後における再活性期間が所定期間より長かった場合、排気センサの劣化度合いがある程度大きくなっている可能性がある。この場合、今回の自動停止・再始動制御の実行に伴って実行する予熱制御(今回の予熱制御)における予熱温度を、前回の予熱制御における予熱温度(所定の第1予熱温度)と同一の温度に設定すると、今回の予熱制御の実行停止後の再活性期間も再度所定期間よりも長くなってしまう可能性が高い。
そこで、上記のように、前回の予熱制御の実行停止後の再活性期間が所定期間より長かったことを所定の遅延条件とする。この場合、所定の自動停止条件が成立したときに所定の遅延条件が成立していなかった場合、すなわち、前回の予熱制御の実行停止後の再活性期間が所定期間以内であった場合は、今回の自動停止・再始動制御の実行に伴って実行する予熱制御における予熱温度を、前回の予熱制御における予熱温度(所定の第1予熱温度)と同一の温度に設定することになる。一方、所定の自動停止条件が成立したときに所定の遅延条件が成立していた場合、すなわち、前回の予熱制御の実行停止後の再活性期間が所定期間より長かった場合は、今回の自動停止・再始動制御の実行に伴って実行する予熱制御における予熱温度を、前回の予熱制御における予熱温度よりも高い第2予熱温度に設定することになる。これによれば、今回の予熱制御の実行停止後の再活性期間を、前回の予熱制御の実行停止後の再活性期間よりも短くすることができる。したがって、今回の予
熱制御の実行停止後の再活性期間が過剰に長くなることを抑制することができる。
また、排気センサの劣化度合いが大きくなるほど、センサ素子の温度を上昇させる際の上昇速度が小さくなるため、再活性期間が長くなり易い傾向にある。そこで、所定の自動停止条件が成立したときに前記所定の遅延条件が成立しており、予熱温度を所定の第2予熱温度に設定して予熱制御を実行する場合、制御手段が、前回の自動停止・再始動制御の実行時において予熱制御の実行が停止されたときの再活性期間が長かったときは、該再活性期間が短かったときよりも、該所定の第2予熱温度の所定の第1予熱温度に対する増加分を大きくしてもよい。これによれば、排気センサの劣化度合いがより大きくなった場合であっても、再活性期間が過剰に長くなってしまうことを抑制することができる。そのため、排気センサの劣化がより進んでいても、予熱制御の実行停止後の再活性期間を所定期間以内とすることが可能となる。
また、ヒータに電力を供給するバッテリの充電量が再活性期間の長さに影響を与える場合がある。つまり、バッテリの充電量が少なくなることで、該バッテリの電圧が低下すると、ヒータによって加熱することでセンサ素子の温度を上昇させる際の上昇速度が小さくなる。そのため、バッテリの充電量が少ないほど、再活性期間が長くなり易い傾向にある。そこで、本態様に係るセンサシステムは、ヒータに電力を供給するバッテリの充電量を取得するSOC取得手段をさらに備えてもよい。そして、所定の自動停止条件が成立したときに前記所定の遅延条件が成立しており、予熱温度を所定の第2予熱温度に設定して予熱制御を実行する場合、制御手段が、前回の予熱制御の実行停止後の再活性期間の長さに加え、今回の自動停止・再始動制御の実行時における所定の自動停止条件が成立したときのバッテリの充電量に基づいて、該所定の第2予熱温度を設定してもよい。つまり、制御手段が、今回の自動停止・再始動制御の実行時において、所定の自動停止条件が成立したときにSOC取得手段によって取得されたバッテリの充電量が少ないときは該バッテリの充電量が多いときよりも、該所定の第2予熱温度の所定の第1予熱温度に対する増加分を大きくしてもよい。これによれば、排気センサの劣化度合いがある程度大きくなっていた場合において、バッテリの充電量が比較的少ないときであっても、再活性期間が過剰に長くなってしまうことを抑制することができる。
また、排気センサが正常な状態であっても、上記のとおり、バッテリの充電量が少ないほど、センサ素子の温度を上昇させる際の上昇速度が小さくなることで、再活性期間が長くなり易い傾向にある。そこで、本態様に係るセンサシステムがSOC取得手段をさらに備えている場合、所定の遅延条件は、今回の自動停止・再始動制御の実行時において、所定の自動停止条件が成立したときにSOC取得手段によって取得されたバッテリの充電量が所定充電量より少ないことであってもよい。ここで、所定充電量は、排気センサが正常な状態であり、且つ、バッテリの充電量が該所定充電量以上であれば、予熱温度を所定の第1予熱温度に設定して予熱制御を実行したときに、該予熱制御の実行停止後の再活性期間が所定期間以内となる充電量である。
この場合、所定の自動停止条件が成立したときに所定の遅延条件が成立していなかった場合、すなわち、所定の自動停止条件が成立したときのバッテリの充電量が所定充電量以上である場合は、今回の自動停止・再始動制御の実行に伴って実行する予熱制御における予熱温度を所定の第1予熱温度に設定することになる。一方、所定の自動停止条件が成立したときに所定の遅延条件が成立していた場合、すなわち、所定の自動停止条件が成立したときのバッテリの充電量が所定充電量より少なかった場合は、今回の自動停止・再始動制御の実行に伴って実行する予熱制御における予熱温度を所定の第1予熱温度よりも高い所定の第2予熱温度に設定することになる。これによれば、所定の自動停止条件が成立したときのバッテリの充電量が所定充電量より少ない場合であっても、再活性期間が過剰に長くなることを抑制することができる。
また、所定の自動停止条件が成立したときのバッテリの充電量が所定充電量より少なかったために予熱温度を第2予熱温度に設定して予熱制御を実行する場合においても、該バッテリの充電量に基づいて該所定の第2予熱温度を設定してもよい。つまり、所定の自動停止条件が成立したときにSOC取得手段によって取得されたバッテリの充電量が少ないときは該バッテリの充電量が多いときよりも、該所定の第2予熱温度の所定の第1予熱温度に対する増加分を大きくしてもよい。これによれば、所定の自動停止条件が成立したときのバッテリの充電量がより少ないときであっても、再活性期間が過剰に長くなってしまうことを抑制することができる。そのため、バッテリの充電量がより少ない状態であっても、再活性期間を所定期間以内とすることが可能となる。
本発明の第2の態様に係るセンサシステムは、所定の自動停止条件が成立したときに内燃機関を自動的に停止させ、その後、所定の自動始動条件が成立したときに前記内燃機関を自動的に再始動させる自動停止・再始動制御が行われる内燃機関に適用されるセンサシステムであって、前記内燃機関の排気通路に設けられ、センサ素子を加熱するヒータを有する排気センサと、前記自動停止・再始動制御によって前記内燃機関が停止されているときは、前記ヒータへの電力供給量を低減することで前記センサ素子の温度を所定の活性温度より低い予熱温度に調整する予熱制御を実行し、且つ、前記所定の自動始動条件が成立したときに、前記予熱制御の実行を停止して、前記センサ素子の温度を前記所定の活性温度まで上昇させる制御手段と、を備え、前記所定の自動始動条件が成立することで前記制御手段が前記予熱制御の実行を停止してから前記センサ素子の温度が前記所定の活性温度に達するまでの期間を再活性期間とし、前記制御手段によって前記予熱制御を実行すると、前記所定の自動始動条件が成立することで前記予熱制御の実行を停止したときの前記再活性期間が所定期間より長くなる条件を所定の遅延条件としたときにおいて、前記所定の自動停止条件が成立したときに前記所定の遅延条件が成立していなかった場合は、前記制御手段が、今回の前記自動停止・再始動制御の実行に伴って前記予熱制御を実行し、前記所定の自動停止条件が成立したときに前記所定の遅延条件が成立していた場合は、今回の前記自動停止・再始動制御の実行時には、前記制御手段が前記予熱制御を実行しない。
本態様では、所定の自動停止条件が成立したときに所定の遅延条件が成立しているか否かに応じて、今回の自動停止・再始動制御の実行に伴って予熱制御を実行するか否かを決定する。ここでの所定の遅延条件とは、制御手段によって予熱制御を実行すると、所定の自動始動条件が成立することで該予熱制御の実行を停止したときの再活性期間が所定期間より長くなる条件である。
そして、本態様では、所定の自動停止条件が成立したときに所定の遅延条件が成立していなかった場合にのみ、制御手段が、今回の自動停止・再始動制御の実行に伴って予熱制御を実行する。したがって、本態様によっても、排気センサのヒータへの電力供給に伴う燃費悪化を可及的に抑制しつつ、内燃機関の再始動時において排気センサに対する予熱制御の実行が停止されたときの再活性期間が過剰に長くなることを抑制することができる。
また、本態様において、所定の遅延条件は、前回の自動停止・再始動制御の実行時において、制御手段による予熱制御の実行が停止されたときの再活性期間が所定期間より長かったことであってもよい。これによれば、排気センサの劣化がある程度大きくなることで前回の予熱制御の実行停止後の再活性期間が所定期間より長くなっていた場合、今回の自動停止・再始動制御の実行時には予熱制御が実行されないことになる。
また、本態様においても、センサシステムがSOC取得手段をさらに備えている場合、所定の遅延条件は、今回の自動停止・再始動制御の実行時において、所定の自動停止条件が成立したときにSOC取得手段によって取得されたバッテリの充電量が所定充電量より
少ないことであってもよい。これによれば、所定の自動停止条件が成立したときにバッテリの充電量が不十分である場合、今回の自動停止・再始動制御の実行時には予熱制御が実行されないことになる。
本発明によれば、自動停止・再始動制御が行われる内燃機関において、排気センサのヒータへの電力供給に伴う燃費悪化を可及的に抑制しつつ、内燃機関の再始動時における排気エミッションの悪化を抑制することができる。
実施例に係るハイブリッドシステムおよび内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。 実施例に係る空燃比センサの概略構成を示す図である。 自動停止・再始動制御とともに予熱制御を実行したときの、エンジン停止要求信号、予熱制御実行要求信号、バッテリからヒータへの電力供給量、目標素子温度、センサ素子温度の推移を示すタイムチャートである。 実施例1に係る予熱制御を実行する際のフローを示すフローチャートである。 所定の増加分dTsと前回再活性期間dtrとの相関関係を示す図である。 図4に示すフローが実行されることで予熱制御が行われたときの、エンジン停止要求信号、予熱制御実行要求信号、バッテリからヒータへの電力供給量、目標素子温度、センサ素子温度の推移を示すタイムチャートである。 所定の増加分dTsと、前回再活性期間dtrおよび停止時充電量Vcとの相関関係を示す図である。 実施例2に係る予熱制御を実行する際のフローを示すフローチャートである。 所定の増加分dTs´と停止時充電量Vcとの相関関係を示す図である。 実施例3に係る予熱制御を実行する際のフローを示すフローチャートである。 実施例4に係る予熱制御を実行する際のフローを示すフローチャートである。
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
<実施例1>
(ハイブリッドシステムおよび内燃機関の吸排気系の概略構成)
ここでは、本発明に係るセンサシステムを、ハイブリッドシステムを構成する内燃機関に適用した場合の実施例について説明する。図1は、本実施例に係るハイブリッドシステムおよび内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。車両100に搭載されたハイブリッドシステム50は、内燃機関1、動力分割機構51、電動モータ52、発電機53、バッテリ54、インバータ55、減速機57を備えている。減速機57は、車両100の車軸56に接続されている。車軸56の両端には車輪58が接続されている。
動力分割機構51は、内燃機関1からの出力を発電機53や車軸56に振り分ける。発電機53は、内燃機関1から出力される動力によって発電する。また、動力分割機構51は、電動モータ52からの出力を車軸56に伝達する機能をも有する。電動モータ52は、減速機57を介して車軸56の回転速度と比例した回転速度で回転する。また、電動モ
ータ52及び発電機53には、インバータ55を介してバッテリ54が接続されている。
インバータ55は、バッテリ54から供給される直流電力を交流電力に変換して電動モータ52に供給する。また、インバータ55は、発電機53から供給される交流電力を直流電力に変換してバッテリ54に供給する。これによって、バッテリ54の充電を行う。
上記のように構成されたハイブリッドシステム50では、内燃機関1の出力または電動モータ52の出力により車軸56を回転させる。また、内燃機関1の出力と電動モータ52の出力とを合わせて車軸56を回転させることもできる。つまり、車両100の動力源として電動モータ52および内燃機関1を併用することもできる。さらに、電動モータ52の出力により内燃機関1のクランクシャフトを回転させることもできる。つまり、車両100の動力源として電動モータ52のみを用いることもできる。また、車両100の減速時には、車軸56の回転力により電動モータ52を発電機として作動させることで、運動エネルギを電気エネルギに変換しバッテリ54に回収させることもできる。
内燃機関1はガソリンエンジンである。内燃機関1は4つの気筒2を有する。各気筒2には燃料噴射弁3が設けられている。燃料噴射弁3は、各気筒2の吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁でもよく、また、各気筒2内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁であってもよい。なお、本実施例においては、内燃機関1が本発明に係る内燃機関に相当する。ただし、本発明に係る内燃機関は、ガソリンエンジンに限られるものではなく、ディーゼルエンジンであってもよい。内燃機関1には、吸気通路10および排気通路11が接続されている。吸気通路10には、エアフローメータ12及びスロットル弁13が設けられている。エアフローメータ12は内燃機関1の吸入空気量を検出する。スロットル弁13は内燃機関1の吸入空気量を調整する。
内燃機関1の排気通路11には排気浄化触媒4が設けられている。ここで、排気浄化触媒4としては、三元触媒を例示することができる。排気浄化触媒4より上流側の排気通路11には空燃比センサ14が設けられている。空燃比センサ14は、内燃機関1から排出された排気(排気浄化触媒4に流入する排気)の空燃比を検出する。空燃比センサ4としては、例えば、限界電流式酸素センサや、起電力式酸素センサを採用することができる。また、排気浄化触媒4より下流側の排気通路11には排気温度センサ15が設けられている。排気温度センサ15は排気浄化触媒4から流出した排気の温度を検出する。
ここで、空燃比センサ14の概略構成について図2に基づいて説明する。図2に示すように、空燃比センサ14はセンサ素子14aおよびヒータ14bを有している。センサ素子14aは、活性化した状態の下では、排気の空燃比に応じた検出値を出力する機能を有する。ヒータ14bは、センサ素子14aを加熱する機能を有する。そして、空燃比センサ14においては、ヒータ14bによってセンサ素子14aが加熱されることで、該センサ素子14aが活性化される。また、センサ素子14aおよびヒータ14bはバッテリ54と電気的に接続されている。そして、センサ素子14aおよびヒータ14bそれぞれにバッテリ54から電力が供給される。また、内燃機関1の運転中においては、センサ素子14aの温度を所定の活性温度に維持すべく、バッテリ54からのヒータ14bへの電力供給量が制御される。なお、本実施例においては、空燃比センサ14が本発明に係る排気センサに相当する。ただし、本発明に係る排気センサは空燃比センサに限られるものではなく、排気中の特定成分を検出する他のセンサであってもよい。
また、ハイブリッドシステム50は、電子制御ユニット(ECU)20を備えている。ECU20には、エアフローメータ12、空燃比センサ14、および排気温度センサ15が電気的に接続されている。さらに、ECU20には、クランク角センサ16およびアクセル開度センサ17が電気的に接続されている。クランク角センサ16は内燃機関1のク
ランク角を検出する。アクセル開度センサ17は車両100のアクセル開度を検出する。そして、これらのセンサの出力信号がECU20に入力される。ECU20は、クランク角センサ16の検出値に基づいて内燃機関1の機関回転速度を算出する。また、ECU20は、アクセル開度センサ17の検出値に基づいて、車両100の駆動力として要求されるトルクである要求トルクを算出する。また、ECU20は、空燃比センサ14のセンサ素子14aの温度を所定の活性温度に維持するための、バッテリ54からヒータ14bへの電力供給量の制御を実行する。ここで、センサ素子14aの温度は該センサ素子14aのインピータンスと相関がある。そこで、例えば、ECU20は、センサ素子14aのインピータンスを検出し、該検出されたインピータンスが、所定の活性温度に対応する値となるようにヒータ14bへの電力供給量を制御する。このような制御によって、空燃比センサ14のセンサ素子14aの温度を所定の活性温度に調整することができる。
さらに、ECU20は、内燃機関1の運転中に、エアフローメータ12の検出値および燃料噴射弁3からの燃料噴射量に基づいて、内燃機関1から排出される排気の流量を推定する。また、ECU20は、排気温度センサ15の検出値に基づいて排気浄化触媒4の温度を推定する。また、ECU20は、バッテリ54に供給される電力量(発電機53または電動モータ52による発電量)およびバッテリ54から放出される電力量(電動モータ52の駆動等のために消費される電力量)を随時積算することで、該バッテリ54の充電量を推定する。なお、本実施例においては、このようにしてバッテリ54の充電量を推定するECU20が、本発明に係るSOC取得手段に相当する。
また、ECU20には、電動モータ52、動力分割機構51、燃料噴射弁3、およびスロットル弁13が電気的に接続されている。そして、これらの装置がECU20によって制御される。例えば、ECU20は、空燃比センサ14によって検出される排気の空燃比が理論空燃比近傍の目標空燃比となるように、燃料噴射弁3からの燃料噴射量を制御する。また、ECU20は、アクセル開度センサ17の検出値から算出される要求トルク等に基づいて、内燃機関1の運転状態および電動モータ52の駆動状態を制御する。
例えば、ECU20は、内燃機関1に対して自動停止・再始動制御を実行する。自動停止・再始動制御では、内燃機関1の運転中に所定の自動停止条件が成立したときに、ECU20が、該内燃機関1を自動的に停止させる。ここで、所定の自動停止条件としては、内燃機関1の運転中に、要求トルクが、電動モータ52のみを車両100の動力源とする領域に移行すること、または、内燃機関1の運転中に車両100が減速すること等を例示することができる。さらに、自動停止・再始動制御では、内燃機関1を自動的に停止させた後、所定の自動始動条件が成立したときに、ECU20が、該内燃機関を自動的に再始動させる。ここで、所定の自動始動条件としては、内燃機関1を自動的に停止させた後、要求トルクが、内燃機関1を車両100の動力源とする領域に移行すること、または、内燃機関1を自動的に停止させた後、車両100が加速すること等を例示することができる。
(予熱制御)
ここで、自動停止・再始動制御により内燃機関1が自動的に停止されている間は該内燃機関1における燃料噴射弁3からの燃料噴射は停止される。そのため、空燃比センサ14による排気の空燃比の検出は不要となる。そこで、本実施例では、ECU20が、内燃機関1に対して自動停止・再始動制御を実行する際に、空燃比センサ14に対して予熱制御を実行する。
上述したとおり、内燃機関1の運転中は、空燃比センサ14のセンサ素子14aの温度が所定の活性温度となるように、バッテリ54からヒータ14bへの電力供給量が制御されている。そして、予熱制御では、自動停止・再始動制御によって内燃機関1が停止され
ているときは、バッテリ54からヒータ14bへの電力供給量を低減することで、空燃比センサ14のセンサ素子14aの温度を所定の活性温度より低い予熱温度に調整する。このような予熱制御を実行することで、空燃比センサ14のヒータ14bへの不必要な電力供給を抑制することができる。その結果、ヒータ14bへ電力を供給するバッテリ54の電力消費を低減できるため、燃費悪化を抑制することができる。また、ECU20は、自動停止・再始動制御の実行に伴って予熱制御を実行した場合、所定の自動始動条件が成立したときに、該予熱制御の実行を停止して、センサ素子14aの温度を所定の活性温度まで上昇させる。なお、本実施例では、上記のように、予熱制御を実行するとともに、所定の自動始動条件が成立したときに該予熱制御の実行を停止するECU20が、本発明に係る制御手段に相当する。
ここで、自動停止・再始動制御とともに予熱制御を実行したときの、エンジン停止要求信号、予熱制御実行要求信号、バッテリ54からヒータ14bへの電力供給量、センサ素子14aの目標温度(目標素子温度)、センサ素子14aの実際の温度(センサ素子温度)の推移について、図3に示すタイムチャートに基づいて説明する。図3において、時期t1までは、内燃機関1が運転されており、ECU20において、内燃機関1の停止を要求する信号であるエンジン停止要求信号、および、予熱制御の実行を要求する予熱制御実行要求信号はいずれもOFFとなっている。そのため、時期t1までは、目標素子温度が所定の活性温度Tsaに設定されている。ここで、所定の活性温度Tsaは、センサ素子14aの活性温度の下限値Tsal以上の温度である。そして、時期t1までは、バッテリ54からヒータ14bへの電力供給量が所定の活性供給量Eaに制御されることで、センサ素子温度が所定の活性温度Tsaに維持されている。ここで、所定の活性供給量Eaは、センサ素子温度を所定の活性温度Tsaに調整するためのヒータ14bへの電力供給量である。なお、図3では、時期t1までにおける所定の活性供給量Eaは一定値となっているが、排気通路11を流れる排気の温度(すなわち、センサ素子14aが晒される排気の温度)が変動すれば、それに伴って、センサ素子温度を所定の活性温度Tsaに維持するための所定の活性供給量Eaは変化する。
そして、時期t1において所定の自動停止条件が成立すると、ECU20においてエンジン停止要求信号がONとなる。これによって、内燃機関1が自動的に停止される。つまり、内燃機関1における燃料噴射弁3からの燃料噴射が停止される。また、時期t1では、所定の自動停止条件の成立に伴って、ECU20において予熱制御実行要求信号がONとなる。これにより、時期t1から予熱制御の実行が開始される。そのため、図3では、時期t1において、目標素子温度が、所定の活性温度Tsaから、該所定の活性温度Tsaよりも低い所定の第1予熱温度Tsp1に変更される。これに伴い、時期t1では、バッテリ54からヒータ14bへの電力供給量が所定の活性供給量Eaから所定の第1予熱供給量Ep1に低減される。ここで、所定の第1予熱供給量Ep1は、センサ素子温度を所定の第1予熱温度Tsp1に調整するためのヒータ14bへの電力供給量である。ヒータ14bへの電力供給量が所定の第1予熱供給量Ep1に低減されると、センサ素子温度が低下し始める。そして、時期t1からある程度の時間が経過すると、センサ素子温度が所定の第1予熱温度Tsp1となる。
その後、図3では、時期t2において所定の自動始動条件が成立すると、ECU20においてエンジン停止要求信号がOFFとなる。これによって、内燃機関1が自動的に再始動される。つまり、内燃機関1における燃料噴射弁3からの燃料噴射が再開される。また、時期t2では、所定の自動始動条件の成立に伴って、ECU20において予熱制御実行要求信号がOFFとなる。これにより、時期t2において予熱制御の実行が停止される。そのため、時期t2において、目標素子温度が、所定の第1予熱温度Tsp1から所定の活性温度Tsaに変更される。これに伴い、時期t2では、バッテリ54からヒータ14bへの電力供給量が、所定の第1予熱供給量Ep1から所定の活性供給量Eaに増加され
る。これにより、時期t2からセンサ素子温度が上昇し始める。このとき、時期t2において予熱制御の実行が停止されてから、センサ素子温度が再度所定の活性温度Tsaに達するまでにはある程度の時間がかかる。つまり、時期t2から再活性期間が経過してから、センサ素子温度が所定の活性温度Tsaとなる。
ここで、図3においては、時期t2の時点で内燃機関1の運転は再開されている。しかしながら、時期t2から再活性期間が経過するまでの間は、センサ素子温度が所定の活性温度Tsaに達していないため、空燃比センサ14の検出値に基づく内燃機関1の運転状態の制御を正確に行うことが困難となる。したがって、時期t2からの再活性期間、すなわち、予熱制御の実行停止後の再活性期間が過剰に長くなると、内燃機関1の再始動時において排気エミッションの悪化を招く虞がある。このような点を考慮すると、自動停止・再始動条件の実行に伴って予熱制御を行う場合、該予熱制御の実行停止後の再活性期間が過剰に長くなることを抑制する必要がある。そのために、予熱制御においては、センサ素子14aの予熱温度を、該予熱制御の実行を停止したときの再活性期間が所定期間以内となるように設定する必要がある。このとき、所定期間は、再活性期間が該所定期間以内であれば、内燃機関1の再始動時における排気エミッションが許容範囲内となる期間として定められる。
ここで、図3における時期t2以降のセンサ素子温度の推移を示すタイムチャートでは、空燃比センサ14の劣化度合いが小さいときの推移を実線で示しており、空燃比センサ14の劣化度合いがある程度大きくなっているときの推移を一点鎖線で示している。この図3において実線および一点鎖線で示すように、空燃比センサ14の劣化度合いが大きくなると該空燃比センサ14の劣化度合いが小さいときに比べて、予熱制御の実行停止後におけるセンサ素子温度の上昇速度が小さくなる。その結果、空燃比センサ14の劣化度合いが小さいとき(実線)は、時期t3においてセンサ素子温度が所定の活性温度Tsaに達するが、空燃比センサ14の劣化度合いがある程度大きくなっているとき(一点鎖線)は、時期t3よりも遅い時期t4においてセンサ素子温度が所定の活性温度Tsaに達する。つまり、予熱制御における予熱温度が同一であっても、空燃比センサ14の劣化度合いがある程度大きくなると、再活性期間dtr´が、空燃比センサ14の劣化度合いが比較的小さいときの再活性期間dtrよりも長くなる。そのため、空燃比センサ14の劣化度合いが比較的小さいときの再活性期間dTsが所定期間以内となるように所定の第1予熱温度Tsp1が設定されていても、空燃比センサ14の劣化がある程度大きくなっていると、再活性期間dtr´が所定期間より長くなってしまう場合がある。
そこで、本実施例においては、前回の自動停止・再始動制御の実行に伴って実行された予熱制御(以下、「前回の予熱制御」と称する場合もある。)が停止されたときの再活性期間が所定期間以内であったか否かに基づいて、今回の自動停止・再始動制御の実行に伴って実行する予熱制御(以下、「今回の予熱制御」と称する場合もある。)における予熱温度を設定する。より詳細には、自動停止・再始動制御の実行に伴って予熱制御が実行される毎に、ECU20が、該予熱制御における予熱温度を所定の第1予熱温度として記憶するとともに、該予熱制御の実行停止後の再活性期間の長さを該所定の第1予熱温度と対応づけて記憶する。そして、所定の自動停止条件が成立したときに、ECU20に記憶されている前回の予熱制御の実行停止後の再活性期間(以下、「前回再活性期間」と称する場合もある。)が所定期間以内であったか否かを判別する。このとき、ECU20に記憶されている前回再活性期間が所定期間以内であった場合、空燃比センサ14の劣化度合いはまだ比較的小さい可能性が高い。そのため、今回の予熱制御における予熱温度を、前回の予熱制御における予熱温度である所定の第1予熱温度に再度設定しても、今回の予熱制御の実行停止後の再活性期間が所定期間以内となる可能性が高い。そこで、前回再活性期間が所定期間以内であった場合は、今回の予熱制御における予熱温度を、再度、前回の予熱制御における予熱温度である所定の第1予熱温度に設定する。一方、所定の自動停止条
件が成立したときに、ECU20に記憶されている前回再活性期間が所定期間より長かった場合、空燃比センサ14の劣化度合いがある程度大きくなっている可能性がある。そのため、今回の予熱制御における予熱温度を、前回の予熱制御における予熱温度である所定の第1予熱温度に設定すると、今回の予熱制御の実行停止後の再活性期間も再度所定期間よりも長くなってしまう可能性が高い。そこで、前回再活性期間が所定期間より長かった場合は、今回の予熱制御における予熱温度を、所定の第1予熱温度よりも高い所定の第2予熱温度に設定する。
上記によれば、予熱温度を所定の第1予熱温度に設定して予熱制御を実行しても、該予熱制御の実行停止後における再活性期間が所定期間以内となる可能性が高い場合は、今回の予熱制御における予熱温度が所定の第1予熱温度に設定されることになる。これにより、予熱温度を所定の第2予熱温度に設定して該予熱制御を実行する場合よりも、該予熱制御を実行することで得られるバッテリ54の電力消費の低減効果を大きくすることができる。一方、予熱温度を所定の第1予熱温度に設定して予熱制御を実行すると、該予熱制御の実行停止後における再活性期間が所定期間より長くなる可能性が高い場合は、今回の予熱制御における予熱温度が、所定の第1予熱温度より高い所定の第2予熱温度に設定されることになる。これにより、予熱温度を所定の第1予熱温度に設定して該予熱制御を実行したときよりも該予熱制御の実行停止後における再活性期間を短くすることができる。そのため、今回の予熱制御の実行停止後の再活性期間が過剰に長くなることを抑制することができる。したがって、内燃機関1の再始動時における排気エミッションの悪化を抑制することが可能となる。
(予熱制御のフロー)
以下、本実施例に係る予熱制御を実行する際のフローについて、図4に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、内燃機関1の運転中、ECU20によって所定の間隔で繰り返し実行される。なお、内燃機関1の運転中において、空燃比センサ14のセンサ素子温度を所定の活性温度に維持するためのヒータ14bによる加熱制御は、ECU20において本フローとは異なるフローが実行されることで実現される。
本フローでは、先ずS101において、上述したような所定の自動停止条件が成立したか否かが判別される。S101において否定判定された場合、内燃機関1に対する自動停止・再始動制御は実行されない。そのため、予熱制御も実行されない。したがって、この場合は、本フローの実行が一旦終了される。一方、S101において肯定判定された場合、次にS102の処理が実行される。なお、S101において肯定判定された場合、ECU20において、本フローとは異なるフローが実行されることで、内燃機関1に対する自動停止・再始動制御が実行される。したがって、S101において肯定判定されると、内燃機関1が自動的に停止されることになる。
S102においては、ECU20に記憶されている、前回の予熱制御における予熱温度である所定の第1予熱温度Tsp1、および、前回再活性期間dtrが読み込まれる。次に、S103において、S102で読み込まれた前回再活性期間dtrが所定期間dtr0以内であるか否かが判別される。ここで、所定期間dtr0は、上述したとおり、再活性期間が該所定期間dtr0以内であれば、内燃機関1の再始動時における排気エミッションが許容範囲内となる期間である。このような所定期間dtr0は、実験等に基づいて定められ、ECU20に予め記憶されている。
S103において肯定判定された場合、次に、S104において、今回の予熱制御における予熱温度が、S102で読み込まれた所定の第1予熱温度Tsp1に設定される。そして、次に、S105において予熱制御が実行される。この場合、予熱制御では、空燃比センサ14のヒータ14bへの電力供給量が、所定の活性供給量から、所定の第1予熱温
度Tsp1に対応する所定の第1予熱供給量に低減される。
一方、S103において否定判定された場合、次に、S106において、所定の第2予熱温度Tsp2が算出される。このS106では、所定の第2予熱温度Tsp2は、S102で読み込まれた所定の第1予熱温度Tsp1に所定の増加分dTsを加算することで算出される。このとき、所定の増加分dTsは、S102で読み込まれた前回再活性期間dtrに基づいて決定される。図5は、本実施例における、所定の増加分dTsと前回再活性期間dtrとの相関関係を示す図である。図5において、横軸は前回再活性期間dtrを表しており、縦軸は所定の増加分dTsを表している。また、図5の横軸におけるdtr0は所定期間を示している。
ここで、前回再活性期間dtrが長いほど、空燃比センサ14の劣化度合いが大きく、予熱制御の実行停止後のセンサ素子温度の上昇速度が小さくなっている可能性が高い。そのため、今回の予熱制御の実行停止後の再活性期間を所定期間dtr0以内とするためには、前回再活性期間dtrが長いほど、今回の予熱制御における予熱温度を高い温度に設定する必要がある。そこで、図5に示すとおり、前回再活性期間dtrが長いほど、所定の増加分dTsを大きくする。これによれば、S106で算出される所定の第2予熱温度Tsp2が、前回再活性期間dtrが長いほど高い温度となる。本実施例では、図5に示すような、所定の増加分dTsと前回再活性期間dtrとの相関関係が、実験等に基づいて求められ、マップまたは関数としてECU20に予め記憶されている。そして、S106において、ECU20は、このマップまたは関数を用いて所定の増加分dTsを算出し、さらに、該所定の増加分dTsを所定の第1予熱温度Tsp1に加算することで所定の第2予熱温度Tsp2を算出する。なお、所定の増加分dTsを、必ずしも、図5に示すように、前回再活性期間dtrの長さに応じて連続的に変化させる必要はない。つまり、前回再活性期間dtrの長さに応じて所定の増加分dTsの値を段階的に変化させてもよい。
次に、S107において、今回の予熱制御における予熱温度が、S106で算出された所定の第2予熱温度Tsp2に設定される。そして、次に、S105において予熱制御が実行される。この場合、予熱制御では、空燃比センサ14のヒータ14bへの電力供給量が、所定の活性供給量から、所定の第2予熱温度Tsp2に対応する所定の第2予熱供給量に低減される。
なお、S105において予熱制御が実行された場合、その後、所定の自動始動条件が成立したときに、内燃機関1が自動的に再始動されるとともに、該予熱制御の実行が停止される。そして、センサ素子温度が所定の活性温度Tsaまで上昇せしめられる。
(タイムチャート)
次に、図4に示すフローが実行されることで予熱制御が行われたときの、エンジン停止要求信号、予熱制御実行要求信号、バッテリ54からヒータ14bへの電力供給量、センサ素子14aの目標温度(目標素子温度)、センサ素子14aの実際の温度(センサ素子温度)の推移について、図6に示すタイムチャートに基づいて説明する。この図6は、空燃比センサ14の劣化度合いがある程度大きくなっている状態の下で、図4に示すフローが実行されることで予熱制御が行われたときの各パラメータの推移を実線で示している。つまり、図6における実線は、前回再活性期間dtrが所定期間dtr0より長かったために、図4に示すフローのS103において否定判定された場合の各パラメータの推移を示している。また、図6における一点鎖線は、図3のタイムチャートに示した各パラメータの推移と同様の推移を示している。
また、図3のタイムチャートと同様、図6においても、時期t1において所定の自動停
止条件が成立する。そのため、時期t1において、エンジン停止要求信号がONとなるとともに予熱制御実行要求信号もONとなる。また、図3のタイムチャートと同様、図6においても、時期t2において所定の自動始動条件が成立する。そのため、時期t2において、エンジン停止要求信号がOFFとなるとともに予熱制御実行要求信号もOFFとなる。
そして、図6においても、時期t1から予熱制御の実行が開始される。このとき、予熱温度が、所定の第1予熱温度Tsp1よりも高い所定の第2予熱温度Tsp2に設定されている(図4のS107参照)。そのため、図6では、時期t1において、目標素子温度が、所定の活性温度Tsaから所定の第2予熱温度Tsp2に変更される。これに伴い、時期t1では、バッテリ54からヒータ14bへの電力供給量が所定の活性供給量Eaから所定の第2予熱供給量Ep2に低減される。ここで、所定の第2予熱供給量Ep2は、センサ素子温度を所定の第2予熱温度Tsp2に調整するためのヒータ14bへの電力供給量である。ヒータ14bへの電力供給量が所定の第2予熱供給量Ep2に低減されると、センサ素子温度が低下し始める。そして、時期t1からある程度の時間が経過すると、センサ素子温度が所定の第2予熱温度Tsp2となる。
その後、図6においても、時期t2において予熱制御の実行が停止される。そのため、時期t2において、目標素子温度が、所定の第2予熱温度Tsp2から所定の活性温度Tsaに変更される。これに伴い、時期t2では、バッテリ54からヒータ14bへの電力供給量が、所定の第2予熱供給量Ep2から所定の活性供給量Eaに増加される。これにより、時期t2からセンサ素子温度が上昇し始める。そして、時期t2において予熱制御の実行が停止されてから再活性期間dtr´´が経過した時期t5において、センサ素子温度が所定の活性温度Tsaに達する。このとき、予熱制御における予熱温度を所定の第2予熱温度Tsp2としていために、再活性期間dtr´´が、予熱制御における予熱温度を所定の第1予熱温度Tsp1とした場合の再活性期間dtr´よりも短くなる。
上記のように、図4に示すフローによって予熱制御を実行することで、空燃比センサ14の劣化度合いがある程度大きくなっていたとしても、該予熱制御の実行停止後の再活性期間が過剰に長くなることを抑制することができる。したがって、空燃比センサ14の劣化度合いがある程度大きくなっていたとしても、該予熱制御の実行停止後の再活性期間を所定期間以内とすることが可能となる。
なお、図4に示すフローでは、所定の第2予熱温度Tsp2を算出する際の、所定の第1予熱温度Tsp1に対する所定の増加分dTsを、前回再活性期間の長さに応じて変更した(図5参照)。しかしながら、このときの所定の増加分dTsを予め定められた固定値としてもよい。ただし、図6に示すように、前回再活性期間が長いほど、所定の増加分dTsを大きくすることで、空燃比センサ14の劣化度合いが大きいほど、今回の予熱制御における予熱温度である所定の第2予熱温度Tsp2を高くすることができる。そのため、図4に示すフローのように、前回再活性期間に応じて所定の増加分dTsを変更することで、空燃比センサ14の劣化がより進んでいても、今回の予熱制御の実行停止後の再活性期間を所定期間以内とすることが可能となる。
(変形例)
次に、本実施例に係る予熱制御の変形例について説明する。上述したように、空燃比センサ14のヒータ14bにはバッテリ54から電力が供給される。そして、予熱制御の実行が停止され、センサ素子温度を予熱温度から所定の活性温度に上昇させる場合、バッテリ54からヒータ14bへの電力供給量を増加させる。このとき、バッテリ54の充電量が少ないために、該バッテリ54の電圧が低下していると、センサ素子温度の上昇速度が小さくなる。そのため、バッテリ54の充電量が予熱制御の実行停止後の再活性期間の長
さに影響を与える場合がある。つまり、予熱温度が同一であっても、バッテリ54の充電量が少ないほど、再活性期間が長くなり易い傾向にある。
そこで、本変形例では、図4に示すフローのS106において、所定の第2予熱温度Tsp2を算出する際に、前回再活性期間の長さに加え、今回の自動停止・再始動制御の実行時における所定の自動停止条件が成立したときのバッテリ54の充電量(以下、「停止時充電量」と称する場合もある。)を考慮して、該所定の第2予熱温度Tsp2を算出する。つまり、所定の第1予熱温度Tsp1に対する所定の増加分dTsを、前回再活性期間および停止時充電量に基づいて決定する。なお、所定の自動停止条件が成立することで内燃機関1が自動的に停止されると、発電機53において、該内燃機関1からの出力を動力とした発電が行われなくなる。そのため、内燃機関1が自動的に停止されてから該内燃機関1が再始動されるまでの間は、バッテリ54の充電量は増加し難い。したがって、内燃機関1が再始動されるときのバッテリ54の充電量は停止時充電量より多くはなり難い。
図7は、本変形例における、所定の増加分dTsと、前回再活性期間dtrおよび停止時充電量Vcとの相関関係を示す図である。図7において、横軸は前回再活性期間dtrを表しており、縦軸は所定の増加分dTsを表している。また、図7の横軸におけるdtr0は所定期間を示している。そして、図7において、L1、L2、L3は、それぞれ、停止時充電量が異なる値のときの、所定の増加分dTsと前回再活性期間dtrとの相関関係を示している。ここでは、L1、L2、L3の順に停止時充電量が多くなっている。
上述したように、予熱温度が同一の場合、バッテリ54の充電量が少ないほど、再活性期間が長くなり易い傾向にある。そのため、今回の予熱制御の実行停止後の再活性期間を所定期間dtr0以内とするためには、前回再活性期間dtrが同一であることを前提とした場合、停止時充電量Vcが少ないほど、今回の予熱制御における予熱温度を高い温度に設定する必要がある。そこで、図7に示すとおり、前回再活性期間dtrが同一であれば、停止時充電量Vcが少ないほど、所定の増加分dTsを大きくする。これによれば、停止時充電量Vcが同一であれば前回再活性期間dtrが長いほど、また、前回再活性期間dtrが同一であれば停止時充電量Vcが少ないほど、S106で算出される所定の第2予熱温度Tsp2が高い温度となる。
本変形例では、図7に示すような、所定の増加分dTsと、前回再活性期間dtrおよび停止時充電量Vcとの相関関係との相関関係が、実験等に基づいて求められ、マップまたは関数としてECU20に予め記憶されている。そして、S106において、ECU20は、このマップまたは関数を用いて所定の増加分dTsを算出し、さらに、該所定の増加分dTsを所定の第1予熱温度Tsp1に加算することで所定の第2予熱温度Tsp2を算出する。
本変形例では、前回再活性期間dtrが所定期間dtr0より長かった場合、今回の予熱制御における予熱温度が、上記のように算出された所定の第2予熱温度Tsp2に設定される。これにより、空燃比センサ14の劣化度合いがある程度大きくなっていた場合において、停止時充電量が比較的少ないときであっても、再活性期間が過剰に長くなってしまうことを抑制することができる。
<実施例2>
本実施例に係るハイブリッドシステムおよび内燃機関の吸排気系の概略構成は実施例1と同様である。また、本実施例においても、ECU20が、内燃機関1に対して自動停止・再始動制御を実行する際に、空燃比センサ14に対して予熱制御を実行する。そして、本実施例では、予熱制御における予熱温度を、自動停止・再始動制御の実行時において、
所定の自動停止条件が成立したときのバッテリ54の充電量である停止時充電量に基づいて設定する。
上述したように、予熱温度が同一であっても、バッテリ54の充電量が少ないほど、再活性期間が長くなり易い傾向にある。そこで、本実施例では、今回の自動停止・再始動制御の実行時における停止時充電量が所定充電量以上であるか否かに基づいて、今回の予熱制御における予熱温度を設定する。より詳細には、所定の自動停止条件が成立したときに、現時点のバッテリ54の充電量、すなわち、停止時充電量が所定充電量以上であるか否かを判別する。ここで、所定充電量は、空燃比センサ14が正常な状態であり、且つ、バッテリ54の充電量が該所定充電量以上であれば、予熱温度を所定の第1予熱温度に設定して予熱制御を実行したときに、該予熱制御の実行停止後の再活性期間が所定期間以内となる充電量として定められる。なお、ここでの所定期間は、実施例1に係る予熱制御における所定期間と同様、再活性期間が該所定期間以内であれば、内燃機関1の再始動時における排気エミッションが許容範囲内となる期間である。
停止時充電量が所定充電量以上であった場合、今回の予熱制御における予熱温度を所定の第1予熱温度に設定しても、今回の予熱制御の実行停止後の再活性期間が所定期間以内となる可能性が高い。そこで、停止時充電量が所定充電量以上の場合は、今回の予熱制御における予熱温度を所定の第1予熱温度に設定する。一方、停止時充電量が所定充電量より少なかった場合、今回の予熱制御における予熱温度を所定の第1予熱温度に設定すると、今回の予熱制御の実行停止後においてセンサ素子温度を所定の活性温度まで上昇させるときに、バッテリ54の電圧不足に起因して、再活性期間が所定期間よりも長くなってしまう可能性が高い。そこで、停止時充電量が所定充電量より少なかった場合は、今回の予熱制御における予熱温度を、所定の第1予熱温度よりも高い所定の第2予熱温度に設定する。
上記によれば、予熱温度を所定の第1予熱温度に設定して予熱制御を実行しても、該予熱制御の実行停止後における再活性期間は所定期間以内となる可能性が高い場合は、今回の予熱制御における予熱温度が所定の第1予熱温度に設定されることになる。これにより、予熱温度を所定の第2予熱温度に設定して該予熱制御を実行する場合よりも、該予熱制御を実行することで得られるバッテリ54の電力消費の低減効果を大きくすることができる。また、本実施例に係る予熱制御においても、予熱温度を所定の第1予熱温度に設定して予熱制御を実行すると、該予熱制御の実行停止後における再活性期間が所定期間より長くなる可能性が高い場合は、今回の予熱制御における予熱温度が、所定の第1予熱温度より高い所定の第2予熱温度に設定されることになる。これにより、予熱温度を所定の第1予熱温度に設定して該予熱制御を実行したときよりも該予熱制御の実行停止後における再活性期間を短くすることができる。そのため、今回の予熱制御の実行停止後の再活性期間が過剰に長くなることを抑制することができる。したがって、内燃機関1の再始動時における排気エミッションの悪化を抑制することが可能となる。
(予熱制御のフロー)
以下、本実施例に係る予熱制御を実行する際のフローについて、図8に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、内燃機関1の運転中、ECU20によって所定の間隔で繰り返し実行される。本フローでは、S201において、図4に示すフローのS101と同様、所定の自動停止条件が成立したか否かが判別される。S201において否定判定された場合、本フローの実行が一旦終了される。一方、S201において肯定判定された場合、次にS202の処理が実行される。
S202においては、現時点のバッテリ54の充電量(停止時充電量)Vcが読み込まれる。なお、バッテリ54の充電量は、ECU20において本フローと異なるフローが実
行される実行されることで随時算出されている。次に、S203において、S102で読み込まれた停止時充電量Vcが所定充電量Vc0以上であるか否かが判別される。ここで、所定充電量Vc0は、上述したとおり、空燃比センサ14が正常な状態であり、且つ、バッテリ54の充電量が該所定充電量Vc0以上であれば、予熱温度を所定の第1予熱温度に設定して予熱制御を実行したときに、該予熱制御の実行停止後の再活性期間が所定期間dtr0以内となる充電量である。このような所定充電量Vc0は、実験等に基づいて定められ、ECU20に予め記憶されている。
S203において肯定判定された場合、次に、S204において、今回の予熱制御における予熱温度が所定の第1予熱温度Tsp1´に設定される。なお、本実施例に係る予熱制御では、所定の第1予熱制御Tsp1´は予め定められた固定値であってもよい。そして、次に、S205において予熱制御が実行される。この場合、予熱制御では、空燃比センサ14のヒータ14bへの電力供給量が、所定の活性供給量から、所定の第1予熱温度Tsp1´に対応する所定の第1予熱供給量に低減される。
一方、S203において否定判定された場合、次に、S206において、所定の第2予熱温度Tsp2´が算出される。このS206では、所定の第2予熱温度Tsp2´は所定の第1予熱温度Tsp1´に所定の増加分dTs´を加算することで算出される。このとき、所定の増加分dTs´は、S202で読み込まれた停止時充電量Vcに基づいて決定される。図9は、本実施例における、所定の増加分dTs´と停止時充電量Vcとの相関関係を示す図である。図9において、横軸は停止時充電量Vcを表しており、縦軸は所定の増加分dTs´を表している。また、図9の横軸におけるVc0は所定充電量を示している。
ここで、停止時充電量Vcが少ないほど、バッテリ54の電圧が低く、予熱制御の実行停止後のセンサ素子温度の上昇速度が小さくなる可能性が高い。そのため、今回の予熱制御の実行停止後の再活性期間を所定期間dtr0以内とするためには、停止時充電量Vcが少ないほど、今回の予熱制御における予熱温度を高い温度に設定する必要がある。そこで、図9に示すとおり、停止時充電量Vcが少ないほど、所定の増加分dTs´を大きくする。これによれば、S206で算出される所定の第2予熱温度Tsp2´が、停止時充電量Vcが少ないほど高い温度となる。本実施例では、図9に示すような、所定の増加分dTs´と停止時充電量Vcとの相関関係が、実験等に基づいて求められ、マップまたは関数としてECU20に予め記憶されている。そして、S206において、ECU20は、このマップまたは関数を用いて所定の増加分dTs´を算出し、さらに、該所定の増加分dTs´を所定の第1予熱温度Tsp1´に加算することで所定の第2予熱温度Tsp2´を算出する。なお、所定の増加分dTs´を、必ずしも、図9に示すように、停止時充電量Vcに応じて連続的に変化させる必要はない。つまり、停止時充電量Vcに応じて所定の増加分dTs´の値を段階的に変化させてもよい。
次に、S207において、今回の予熱制御における予熱温度が、S206で算出された所定の第2予熱温度Tsp2´に設定される。そして、次に、S205において予熱制御が実行される。この場合、予熱制御では、空燃比センサ14のヒータ14bへの電力供給量が、所定の活性供給量から、所定の第2予熱温度Tsp2´に対応する所定の第2予熱供給量に増加される。
図8に示すフローによって予熱制御を実行することで、バッテリ54の充電量が比較的少なくなっていたとしても、該予熱制御の実行停止後の再活性期間が過剰に長くなることを抑制することができる。したがって、バッテリ54の充電量が比較的少なくなっていたとしても、予熱制御の実行停止後の再活性期間を所定期間以内とすることが可能となる。
なお、図8に示すフローでは、所定の第2予熱温度Tsp2´を算出する際の、所定の第1予熱温度Tsp1´に対する所定の増加分dTs´を、停止時充電量に応じて変更した(図9参照)。しかしながら、このときの所定の増加分dTs´を予め定められた固定値としてもよい。ただし、図9に示すように、停止時充電量が少ないほど、所定の増加分dTs´を大きくすることで、バッテリ54の電圧が低いほど、今回の予熱制御における予熱温度である所定の第2予熱温度Tsp2´を高くすることができる。そのため、バッテリ54の電圧が低くなっていても、今回の予熱制御の実行停止後の再活性期間を所定期間以内とすることが可能となる。
<実施例3>
本実施例に係るハイブリッドシステムおよび内燃機関の吸排気系の概略構成は実施例1と同様である。また、本実施例においても、ECU20が、内燃機関1に対して自動停止・再始動制御を実行する際に、空燃比センサ14に対して予熱制御を実行する。ただし、本実施例では、前回の予熱制御が停止されたときの再活性期間(前回再活性期間)が所定期間以内であったか否かに基づいて、今回の自動停止・再始動制御の実行時に予熱制御を実行するか否かを決定する。
(予熱制御のフロー)
以下、本実施例に係る予熱制御を実行する際のフローについて、図10に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、内燃機関1の運転中、ECU20によって所定の間隔で繰り返し実行される。本フローでは、S301において、図4に示すフローのS101と同様、所定の自動停止条件が成立したか否かが判別される。S301において否定判定された場合、本フローの実行が一旦終了される。一方、S301において肯定判定された場合、次にS302の処理が実行される。
S302においては、ECU20に記憶されている前回再活性期間dtrが読み込まれる。次に、S303において、S302で読み込まれた前回再活性期間dtrが所定期間dtr0以内であるか否かが判別される。S303において肯定判定された場合、次に、S304において予熱制御が実行される。なお、本実施例においては、予熱制御における予熱温度を予め定められた固定値としてもよい。一方、S303において否定判定された場合、本フローの実行が一旦終了される。この場合、予熱制御は実行されない。つまり、空燃比センサ14のセンサ素子温度を所定の活性温度に維持するためのヒータ14bによる加熱制御の実行が継続される。
上記フローによれば、前回再活性期間が所定期間以内であった場合、つまり、空燃比センサ14の劣化度合いがまだ比較的小さい可能性が高い場合にのみ、予熱制御が実行される。したがって、本実施例においても、空燃比センサ14のヒータ14bへの電力供給に伴う燃費悪化を可及的に抑制しつつ、内燃機関1の再始動時において空燃比センサ14に対する予熱制御の実行が停止されたときの再活性期間が過剰に長くなることを抑制することができる。
<実施例4>
本実施例に係るハイブリッドシステムおよび内燃機関の吸排気系の概略構成は実施例1と同様である。また、本実施例においても、ECU20が、内燃機関1に対して自動停止・再始動制御を実行する際に、空燃比センサ14に対して予熱制御を実行する。ただし、本実施例では、今回の自動停止・再始動制御の実行時における所定の自動停止条件が成立したときのバッテリ54の充電量(停止時充電量)が所定充電量以上であるか否かに基づいて、今回の自動停止・再始動制御の実行時に予熱制御を実行するか否かを決定する。
(予熱制御のフロー)
以下、本実施例に係る予熱制御を実行する際のフローについて、図11に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、内燃機関1の運転中、ECU20によって所定の間隔で繰り返し実行される。なお、本フローのS301およびS304における処理は、それぞれ、図10に示すフローチャートのS301およびS304における処理と同一である。そのため、これらのステップについての説明は省略する。
本フローでは、S301において肯定判定された場合、次にS402の処理が実行される。S402においては、図8に示すフローのS202と同様、現時点のバッテリ54の充電量(停止時充電量)Vcが読み込まれる。次に、S403において、S402で読み込まれた停止時充電量Vcが所定充電量Vc以上であるか否かが判別される。S403において肯定判定された場合、次に、S404において予熱制御が実行される。なお、本実施例においては、予熱制御における予熱温度を予め定められた固定値としてもよい。一方、S403において否定判定された場合、本フローの実行が一旦終了される。この場合、予熱制御は実行されない。つまり、空燃比センサ14のセンサ素子温度を所定の活性温度に維持するためのヒータ14bによる加熱制御の実行が継続される。
上記フローによれば、停止時充電量が所定充電量以上であった場合、つまり、バッテリ54の電圧が十分に高い場合にのみ、予熱制御が実行される。したがって、本実施例においても、空燃比センサ14のヒータ14bへの電力供給に伴う燃費悪化を可及的に抑制しつつ、内燃機関1の再始動時において空燃比センサ14に対する予熱制御の実行が停止されたときの再活性期間が過剰に長くなることを抑制することができる。
<その他の実施例>
なお、上記実施例1〜3においては、本発明に係るセンサシステムを、ハイブリッドシステムを構成する内燃機関に適用した場合の実施例について説明した。しかしながら、ハイブリッドシステムを構成する内燃機関以外の内燃機関でも、自動停止・再始動制御が行われる場合がある。例えば、内燃機関のみを動力源とする車両において、アクセル開度センサによって検出されるアクセル開度が零であること、該車両におけるブレーキペダルが踏み込まれていること、車速が所定速度以下であること等を所定の自動停止条件として、内燃機関に対して自動停止・再始動制御が実行される場合がある。このように、ハイブリッドシステムを構成する内燃機関以外の内燃機関であっても、自動停止・再始動制御が実行される内燃機関であれば、本発明に係るセンサシステムを適用することができる。
1・・・内燃機関
2・・・気筒
3・・・燃料噴射弁
4・・・排気浄化触媒
10・・吸気通路
11・・排気通路
12・・エアフローメータ
13・・スロットル弁
14・・空燃比センサ
14a・・センサ素子
14b・・ヒータ
15・・排気温度センサ
20・・ECU
50・・ハイブリッドシステム
51・・動力分割機構
52・・電動モータ
53・・発電機
54・・バッテリ
100・・車両

Claims (9)

  1. 所定の自動停止条件が成立したときに内燃機関を自動的に停止させ、その後、所定の自動始動条件が成立したときに前記内燃機関を自動的に再始動させる自動停止・再始動制御が行われる内燃機関に適用されるセンサシステムであって、
    前記内燃機関の排気通路に設けられ、センサ素子を加熱するヒータを有する排気センサと、
    前記自動停止・再始動制御によって前記内燃機関が停止されているときは、前記ヒータへの電力供給量を低減することで前記センサ素子の温度を所定の活性温度より低い予熱温度に調整する予熱制御を実行し、且つ、前記所定の自動始動条件が成立したときに、前記予熱制御の実行を停止して、前記センサ素子の温度を前記所定の活性温度まで上昇させる制御手段と、を備え、
    前記所定の自動始動条件が成立することで前記制御手段が前記予熱制御の実行を停止してから前記センサ素子の温度が前記所定の活性温度に達するまでの期間を再活性期間とし、
    前記制御手段によって前記予熱温度を所定の第1予熱温度に設定して前記予熱制御を実行すると、前記所定の自動始動条件が成立することで前記予熱制御の実行を停止したときの前記再活性期間が所定期間より長くなる条件を所定の遅延条件としたときにおいて、
    前記所定の自動停止条件が成立したときに前記所定の遅延条件が成立していなかった場合は、前記制御手段が、今回の前記自動停止・再始動制御の実行に伴って実行する前記予熱制御における前記予熱温度を前記所定の第1予熱温度に設定し、前記所定の自動停止条件が成立したときに前記所定の遅延条件が成立していた場合は、前記制御手段が、今回の前記自動停止・再始動制御の実行に伴って実行する前記予熱制御における前記予熱温度を、前記所定の第1予熱温度よりも高い所定の第2予熱温度に設定するセンサシステム。
  2. 前記所定の第1予熱温度が、前回の前記自動停止・再始動制御の実行に伴って前記制御手段によって実行された前記予熱制御における前記予熱温度であって、
    前記所定の遅延条件が、前回の前記自動停止・再始動制御の実行時において、前記制御手段による前記予熱制御の実行が停止されたときの前記再活性期間が前記所定期間より長かったことである請求項1に記載のセンサシステム。
  3. 前記所定の自動停止条件が成立したときに前記所定の遅延条件が成立しており、前記予熱温度を前記所定の第2予熱温度に設定して前記予熱制御を実行する場合、前記制御手段が、前回の前記自動停止・再始動制御の実行時において前記予熱制御の実行が停止されたときの前記再活性期間が長かったときは、前記再活性期間が短かったときよりも、前記所定の第2予熱温度の前記所定の第1予熱温度に対する増加分を大きくする請求項2に記載のセンサシステム。
  4. 前記ヒータに電力を供給するバッテリの充電量を取得するSOC取得手段をさらに備え、
    前記所定の自動停止条件が成立したときに前記所定の遅延条件が成立しており、前記予熱温度を前記所定の第2予熱温度に設定して前記予熱制御を実行する場合、前記制御手段が、前回の前記自動停止・再始動制御の実行時において前記予熱制御の実行が停止されたときの前記再活性期間の長さに加え、今回の前記自動停止・再始動制御の実行時において、前記所定の自動停止条件が成立したときに前記SOC取得手段によって取得された前記バッテリの充電量に基づいて、前記所定の第2予熱温度の前記所定の第1予熱温度に対する増加分を設定するものであって、
    前記制御手段が、今回の前記自動停止・再始動制御の実行時において、前記所定の自動停止条件が成立したときに前記SOC取得手段によって取得された前記バッテリの充電量が少ないときは前記バッテリの充電量が多いときよりも、前記所定の第2予熱温度の前記
    所定の第1予熱温度に対する増加分を大きくする請求項3に記載のセンサシステム。
  5. 前記ヒータに電力を供給するバッテリの充電量を取得するSOC取得手段をさらに備え、
    前記所定の遅延条件が、今回の前記自動停止・再始動制御の実行時において、前記所定の自動停止条件が成立したときに前記SOC取得手段によって取得された前記バッテリの充電量が所定充電量より少ないことである請求項1に記載のセンサシステム。
  6. 前記所定の自動停止条件が成立したときに前記所定の遅延条件が成立しており、前記予熱温度を前記所定の第2予熱温度に設定して前記予熱制御を実行する場合、前記制御手段が、今回の前記自動停止・再始動制御の実行時において、前記所定の自動停止条件が成立したときに前記SOC取得手段によって取得された前記バッテリの充電量が少ないときは前記バッテリの充電量が多いときよりも、前記所定の第2予熱温度の前記所定の第1予熱温度に対する増加分を大きくする請求項5に記載のセンサシステム。
  7. 所定の自動停止条件が成立したときに内燃機関を自動的に停止させ、その後、所定の自動始動条件が成立したときに前記内燃機関を自動的に再始動させる自動停止・再始動制御が行われる内燃機関に適用されるセンサシステムであって、
    前記内燃機関の排気通路に設けられ、センサ素子を加熱するヒータを有する排気センサと、
    前記自動停止・再始動制御によって前記内燃機関が停止されているときは、前記ヒータへの電力供給量を低減することで前記センサ素子の温度を所定の活性温度より低い予熱温度に調整する予熱制御を実行し、且つ、前記所定の自動始動条件が成立したときに、前記予熱制御の実行を停止して、前記センサ素子の温度を前記所定の活性温度まで上昇させる制御手段と、を備え、
    前記所定の自動始動条件が成立することで前記制御手段が前記予熱制御の実行を停止してから前記センサ素子の温度が前記所定の活性温度に達するまでの期間を再活性期間とし、
    前記制御手段によって前記予熱制御を実行すると、前記所定の自動始動条件が成立することで前記予熱制御の実行を停止したときの前記再活性期間が所定期間より長くなる条件を所定の遅延条件としたときにおいて、
    前記所定の自動停止条件が成立したときに前記所定の遅延条件が成立していなかった場合は、前記制御手段が、今回の前記自動停止・再始動制御の実行に伴って前記予熱制御を実行し、前記所定の自動停止条件が成立したときに前記所定の遅延条件が成立していた場合は、今回の前記自動停止・再始動制御の実行時には、前記制御手段が前記予熱制御を実行しないセンサシステム。
  8. 前記所定の遅延条件が、前回の前記自動停止・再始動制御の実行時において、前記制御手段による前記予熱制御の実行が停止されたときの前記再活性期間が前記所定期間より長かったことである請求項7に記載のセンサシステム。
  9. 前記ヒータに電力を供給するバッテリの充電量を取得するSOC取得手段をさらに備え、
    前記所定の遅延条件が、今回の前記自動停止・再始動制御の実行時において、前記所定の自動停止条件が成立したときに前記SOC取得手段によって取得された前記バッテリの充電量が所定充電量より少ないことである請求項7に記載のセンサシステム。
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