JP4151723B2

JP4151723B2 - 内燃機関のガスセンサの加熱制御装置

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Publication number: JP4151723B2
Application number: JP2006258998A
Authority: JP
Inventors: 森永　　修二郎; 幸一清水
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-09-25
Filing date: 2006-09-25
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2022-08-09
Also published as: JP2007041006A

Description

本発明は、内燃機関のガスセンサの加熱制御装置に関し、特にガスセンサの破損の防止に関する。

内燃機関の排気管にはガスセンサが設けられており、機関本体から排出される排気ガス中の酸素等のガス濃度を検出して、その検出信号を機関本体各部の制御に供するようになっている。

ガスセンサは、今日、ジルコニア等の酸素イオン導電性の固体電解質材を基体として構成されたものが広く用いられている。このものでは、固体電解質材を酸素イオンが拡散する性質を利用しており、被測定ガスが存在する基体外部と、基体内部とで酸素が行き来可能に、空洞が形成される。空洞は、例えば基体外部と拡散抵抗を有する拡散層を介して連通する空洞とし、空洞の酸素を、空洞の外周壁の一部をなす固体電解質材を挟んで電極が形成されたポンプセルによりポンピングすることで電極間に限界電流を流し、限界電流の値からガス濃度を測定する。

かかるガスセンサは、ガス濃度を検出可能な状態とすべく固体電解質材を活性温度まで上昇させる必要があり、固体電解質材を活性温度まで高めるためのヒータが一体的に設けられている。ガスセンサの加熱制御装置では、始動後に、活性温度まで昇温可能な駆動電力でヒータに通電する活性化通電制御を実行する。駆動電力は通常、最大駆動電力が出力され、速やかに排気管を流通する排気ガスを監視下におけるようにしている。

ところで、ガスセンサの固体電解質材として一般的なジルコニア等は割れやすいという性質を有する。このため、水分を多く含む排気ガスが流通する排気管に設けられるガスセンサにおいて、液滴状の水分がガスセンサと接触してガスセンサから受熱可能な状態におかれると、ガスセンサから水分への急激な熱の移動でガスセンサが破損するおそれがある。

しかしながら、ガスセンサを構造的な改良により耐久性を向上することには限界がある。

本発明は前記実情に鑑みなされたもので、ガスセンサの破損を防止することのできる内燃機関のガスセンサの制御装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、ガスセンサを実機に搭載した状態を想定したガスセンサの破損について得た知見に基づきなされたものである。すなわち、発明者らは、機関停止中にガスセンサの外部から前記拡散層等を経てガスセンサ内部に浸透した液滴状の水分が、ガスセンサをその活性温度まで昇温が可能な電力で通電すると、ヒータからの熱で突沸し、ガスセンサが破損するおそれがあることを明らかにした。

しかして、請求項１記載の発明では、内燃機関の排気管に設けられたガスセンサのヒータに対し通電制御をする内燃機関のガスセンサの加熱制御装置において、
前記ガスセンサ内部に液滴状の水分があるか否かを判定するガスセンサ水分判定手段と、
前記ガスセンサ水分判定手段で肯定判断されたときに、前記ガスセンサを活性温度まで昇温が可能な電力で通電する活性化通電制御に先立って、該活性化通電制御よりも低い電力で通電する予熱通電制御を実行し、前記ガスセンサ内の液滴状の水分を緩慢に蒸発せしめる予熱通電制御手段を具備せしめ、
前記ガスセンサ水分判定手段は、肯定判断の条件に、前回の前記活性化通電制御による通電開始時から停止時までの積算通電時間が所定の基準値よりも短いことを含むものとする。

ガスセンサ内部に突沸の原因となる液滴状の水分が始動時に存在していても、先ず、この水分は突沸しない程度に緩慢に蒸発せしめられる。したがって、活性化通電制御が実行されたときには突沸が発生することはない。

しかも、ガスセンサ内の液滴状の水分が十分に蒸発し、活性化通電制御が開始される時には既にある程度、ガスセンサの温度は上昇しているから、速やかにガスセンサを活性温度に到達させることができる。

請求項２記載の発明では、請求項１の発明の構成において、前記排気管内に液滴状の水分があるか否かを判定する排気管水分判定手段を具備せしめ、
前記予熱通電制御手段を、前記排気管水分判定手段で否定判断され前記ガスセンサ水分判定手段により肯定判断されたとき、または前記排気管水分判定手段で肯定判断されたときにのみ、前記予熱通電制御を実行するように設定する。

ガスセンサ内部または排気管内に液滴状の水分がないと判断されると予熱通電制御が実行されることなく始動後、即、活性化通電制御が実行されるので、さらに速やかにガスセンサを活性温度に到達させることができる。

請求項３記載の発明では、請求項１または２の発明の構成において、前記ヒータへの通電方式がデューティ制御であり、オンデューティを、前記予熱通電制御では前記活性化通電制御よりも小さくする。

オンデューティを小さくすることで、簡易に加熱力を低くすることができる。

請求項４記載の発明では、請求項１または２の発明の構成において、前記予熱通電制御手段を、前記ガスセンサの温度が予め設定した所定温度となるように、前記ヒータの駆動電力をフィードバック制御するように設定する。

雰囲気温度等に影響されずにガスセンサ温度を所定値に維持することができるので、ガスセンサの破損に対する耐性をより高めることができる。

（第１実施形態）
図１に本発明を適用した第１実施形態になる内燃機関のガスセンサの加熱制御装置を付設した内燃機関の構成を示す。本実施形態は例えば自動車搭載用に適用したものである。内燃機関の本体であるエンジン本体１１は一般的な構成のもので、燃料の燃焼により、動力を発生するとともに排気ガスを排気管１２に排出する。

エンジン本体１１の各部は電子制御ユニット（ＥＣＵ）１３により制御される。ＥＣＵ１３は、基本的な構成は一般的な内燃機関用のもので、イグニッションキー１４のオンによりエンジン本体１１を始動せしめ、スロットル開度等の情報に基づいてトルクや回転数を制御する。

ＥＣＵ１３における制御に供する運転条件は種々のセンサ類により与えられるが、ＥＣＵ１３に検出信号が入力するセンサとして、前記排気管１２の途中には排気ガスのＯ₂濃度に基づいてエンジン本体１１の燃焼室内の空燃比を検出する空燃比センサユニット（以下、適宜、Ａ／Ｆセンサユニットという）１５が設けてある。Ａ／Ｆセンサユニット１５は、排気管１２の管壁を貫通して取り付けられ、排気管１２内に、有底筒状のカバー部材１５２に囲包されたセンサ本体であるＡ／Ｆセンサ１５１（図２参照）が位置している。被測定ガスとしての排気ガスは、カバー部材１５２の流通孔を通りＡ／Ｆセンサ１５１の表面に達する。

Ａ／Ｆセンサ１５１は例えば限界電流式の一般的なもので、図２に示すように、細長の基板３７上に、これと全体形状が同じ固体電解質材であるジルコニアやアルミナ等をシート状に成形して、これを重ねて、複数層よりなる層状構造をなしている。この層状構造は、図中、上から、異物を排除するトラップ層３１、所定の拡散抵抗でガスが流通可能な拡散層３２が積層し、その下にはスペーサ３３、固体電解質層３４、スペーサ３５が積層する。上側のスペーサ３３には板厚方向に貫通する切り欠きが形成されて、拡散層３２と固体電解質層３４との間に空洞２０１が形成される。空洞２０１位置には、固体電解質層３４の上下面に電極３８，３９が形成されて、固体電解質層３４および電極３８，３９でポンプセル２１が構成される。

下側のスペーサ３５の下方には絶縁層３６がきて最下層の基板３７となる。スペーサ３５には、電極３８，３９位置まで長さ方向に伸びる大きさで板厚方向に貫通する切り欠きが形成されており、固体電解質層３４と絶縁層３６との間に、大気通路２０２が形成され、排気管１５の外側で大気に開放されている。

基板３７は表面に導電性の薄膜をパターン形成したヒータ２２が形成されており、ＥＣＵ１３の駆動回路１３２による通電制御で、センサ本体１５１全体を加熱するようになっている。駆動回路１３２はオンデューティの調整で駆動電流を増減する。

電極３８，３９間にＥＣＵ１３の検出回路１３３から、所定の電圧を印加すると、電極３８，３９間に酸素濃度に応じた限界電流が流れ、これを検出回路１３３で測定することで、酸素濃度すなわち空燃比が知られるようになっている。

ＥＣＵ１３にはまた、外気温を検出する外気温センサ１６からの検出信号や、冷却水温度等、一般的なエンジンに設けられるセンサ類からの検出信号が入力している。

ＥＣＵ１３はマイクロコンピュータ１３１を中心に構成された一般的な構成のもので、マイクロコンピュータ１３１と一方向若しくは双方向に通信可能な各種の駆動回路や入出力回路等の周辺回路を備えている。該周辺回路である前記検出回路１３３はＡ／Ｆセンサ１５１のポンプセル２１の電極３８，３９と接続され、前記駆動回路１３２はＡ／Ｆセンサ１５１のヒータ２２と接続される。マイクロコンピュータ１３１は演算を実行するＣＰＵ、作業領域としてのＲＡＭ、制御プログラムや種々のデータを格納したＲＯＭ、バックアップＲＡＭ等からなる。

次に、本内燃機関のガスセンサの加熱制御装置の作動を、マイクロコンピュータ１３１で実行されるヒータ２２への通電制御の内容を示す図３のフローチャートを参照しつつ説明する。ＥＣＵ１３では、この通電制御に関連して、始動後の経過時間をカウントして、イグニッションキーオフ時点における経過時間（以下、適宜、始動後経過時間という）をバックアップＲＡＭに記憶する。また、Ａ／Ｆセンサ１５１のヒータ２２の、後述する活性化通電制御による通電開始後の経過時間をカウントして、イグニッションキーオフ時点における経過時間（以下、適宜、ヒータ積算通電時間という）をバックアップＲＡＭに記憶する。

先ず、ステップＳ１０１では、始動後か否かを判定する。これはイグニッションキー１４がオンされたか否かに基づいて判定される。肯定判断されると、ステップＳ１０２で、排気管１２に液滴状の水分の付着があるか否かを判定する。これは、排気管水分付着の判定用のフラグｘＢＥＸＷＥＴが「１」か否かに基づいて判定される。「１」であれば排気管水分付着あり、を意味する。肯定判断されるとステップＳ１０４で、排気管予熱通電制御を実行し、続いて活性化通電制御を実行する。活性化通電制御以降は従来のものと同様である。活性化通電制御では、Ａ／Ｆセンサ１５１を活性温度まで昇温可能な電力を供給すべくオンデューティ１００％にて通電がなされ、その後は、Ａ／Ｆセンサ１５１を活性温度に維持するようにオンデューティがフィードバック制御される。排気管予熱通電制御の詳細については後述する。

排気管水分付着がなくステップＳ１０２が否定判断されると、ステップＳ１０３でＡ／Ｆセンサ１５１の空洞２０１に液滴状の水分付着があるか否かを判定する。これは、Ａ／Ｆセンサ水分付着の判定用のフラグｘＢＡＦＷＥＴが「１」か否かに基づいて判定される。「１」であればＡ／Ｆセンサ水分付着あり、である。肯定判断されると、ステップＳ１０５で、活性化通電制御に先立ち、センサ予熱通電制御を実行する。

Ａ／Ｆセンサ水分付着がなくステップＳ１０３が否定判断されると、ステップＳ１０６で予熱通電制御を非実行として活性化通電制御から即、実行する。

次に、図４により、前記排気管水分付着の推定処理について説明する。先ず、ステップＳ２０１では、次の推定条件が成立するか否かを判定する。推定条件は前記外気温センサ１６により検出された外気温が予め設定した所定温度Ｔ1 よりも低く、かつ、始動後経過時間が予め設定した所定時間ｔ1 よりも短いか否かを判定する。肯定判断されると、ステップＳ２０２で、排気管水分付着状態と判定し、判定用のフラグｘＥＸＷＥＴを「１」とする。

推定条件は、第１に、始動からごく最初の時期には内燃機関全体が十分な温度に達していないことで排気ガス中に液滴状の水分が多く含まれ、かかる状態でエンジンストールした場合には、再始動の時点で多くの水分が存在することに基づいている。また、始動後経過時間が長いほど、排気管１２を含む内燃機関全体が漸次、温まっていき、水分が蒸発して、排気ガス中に液滴化した水分が減少していくのに対し、始動後経過時間が短ければ、排気管１２を含む内燃機関全体が十分な温度に達しておらず、排気ガス中に液滴化した水分がそのまま多く残留している蓋然性が高いことに基づいている。

推定条件のうち第２のものは、外気温が高ければその分、同じ始動後経過時間であっても、排気管１２を含む内燃機関全体が十分な温度に達しており、飽和蒸気圧が高い分、水分の蒸発が促進されていると推認でき、外気温が低ければその分、同じ始動後経過時間であっても、相対的に水分の蒸発が十分に進行していないと推認することができることに基づいている。

なお、前記ステップＳ２０１で否定判断されると、ステップＳ２０３で、排気管水分付着なし状態と判定し、判定用のフラグｘＥＸＷＥＴを「０」とする。

ステップＳ２０２またはステップＳ２０３に続くステップＳ２０４では、イグニッションキー１４がオフ状態か否かを判定する。イグニッションキー１４オン直後はこれは否定判断されることになるが、この場合はリターンに抜ける。

ステップＳ２０４が肯定判断されると、ステップＳ２０５で、そのときの判定用のフラグｘＥＸＷＥＴによりｘＢＥＸＷＥＴを設定し、バックアップＲＡＭに格納する。そしてリターンに抜ける。

したがって、イグニッションキー１４がオフした時点での判定用のフラグｘＢＥＸＷＥＴが知られることになる。これは、外気温が所定温度Ｔ1 以下であることを条件として、始動後経過時間が基準時間である所定時間ｔ1 を越えるまでは、判定用のフラグｘＥＸＷＥＴは「１」であり、そして、始動後経過時間が所定時間ｔ1 を越えると判定用のフラグｘＥＸＷＥＴが「０」となる。

これにより、判定用のフラグｘＥＸＷＥＴが「１」であれば、排気管１２内に水分が付着しているおそれが高いとして、次の始動時においては排気管１２の水分が存在しなくなるまで、破損を生じない程度の弱い加熱力でＡ／Ｆセンサ１５１の予熱が活性化通電制御に先立って実行されることになる（ステップＳ１０４）。これにより、Ａ／Ｆセンサ１５１の破損を防止することができる。

しかも、Ａ／Ｆセンサ１５１は、活性化通電制御開始時には予熱によりある程度、温められているから、速やかに固体電解質層３４が活性温度に到達する。

排気管予熱通電制御区間の長さ、すなわち、活性化通電制御までの待機時間は、排気管１２内の液滴状の水分の排除が、蒸発や排気管１２の下流への流下で十分進行したとみなせる時間が基準となるが、要求されるＡ／Ｆセンサ１５１の破損に対する安全度を考慮して予め実験等により設定する。

また、前記所定温度Ｔ1 、前記所定時間ｔ1 は、要求されるＡ／Ｆセンサ１５１の破損に対する安全度を考慮して、予め実験等により設定する。

また、始動後経過時間の所定時間ｔ1 が外気温により伸縮するようにして、始動後経過時間と所定時間ｔ1 との比較のみで、ステップＳ２０１の推定条件を構成してもよい。

次に、図５により、前記Ａ／Ｆセンサ水分付着の推定処理について説明する。先ず、ステップＳ３０１では、次の推定条件が成立するか否かを判定する。推定条件は外気温が予め設定した所定温度Ｔ2 よりも低く、かつ、ヒータ積算通電時間が予め設定した所定時間ｔ2 よりも短いか否かを判定する。肯定判断されると、ステップＳ３０２で、センサ水分付着状態と判定し、判定用のフラグｘＡＦＷＥＴを「１」とする。

推定条件は、第１に、ヒータ積算通電時間が十分長ければ機関停止時におけるＡ／Ｆセンサ１５１の温度状態が高温側にあり、その後、Ａ／Ｆセンサ１５１の表面に液滴状の水分が付着し、トラップ層３１および拡散層３２を浸透して空洞２０１に達しても、蒸発が十分に進行して、空洞２０１に液滴化した水分が含まれていないと推認できるのに対し、ヒータ積算通電時間が短ければ、短いほどＡ／Ｆセンサ１５１の空洞２０１に液滴化した水分が残留している蓋然性が高いことに基づいている。

また、推定条件のうち第２のものは、外気温が高ければその分、同じヒータ積算通電時間であっても、相対的に水分が水蒸気化していると推認でき、外気温が低ければその分、同じヒータ積算通電時間であっても、相対的に水分が液滴状のまま残っていると推認できることに基づいている。

なお、前記ステップＳ３０１で否定判断されると、ステップＳ３０３で、センサ水分付着なし状態と判定し、判定用のフラグｘＡＦＷＥＴを「０」とする。

ステップＳ３０２またはステップＳ３０３に続くステップＳ３０４では、イグニッションキー１４がオフ状態か否かを判定する。イグニッションキー１４オン直後はこれは否定判断されることになるが、この場合はリターンに抜ける。

ステップＳ３０４が肯定判断されると、ステップＳ３０５で、そのときの判定用のフラグｘＡＦＷＥＴによりｘＢＡＦＷＥＴを設定し、バックアップＲＡＭに格納する。そしてリターンに抜ける。

したがって、イグニッションキー１４がオフした時点での判定用のフラグｘＢＡＦＷＥＴが知られることになる。これは、外気温が所定温度Ｔ２以下であることを条件として、ヒータ積算通電時間が所定時間ｔ2 を越えるまでは、判定用のフラグｘＡＦＷＥＴは「１」であり、そして、ヒータ積算通電時間が所定時間ｔ2 を越えると判定用のフラグｘＡＦＷＥＴが「０」となる。

これにより、判定用のフラグｘＡＦＷＥＴが「１」であれば、Ａ／Ｆセンサ１５１の空洞２０１に水分付着がある蓋然性が高いとして、次の始動時においてはＡ／Ｆセンサ１５１の空洞２０１に液滴状の水分が存在しなくなるまで、割れを生じない程度の弱い加熱力でＡ／Ｆセンサ１５１の予熱が本通電制御に先立って実行されることになる（ステップＳ１０５）。これにより、Ａ／Ｆセンサ１５１の破損を防止することができる。

センサ予熱通電制御区間の長さは、空洞２０１の水分が蒸発したとみなせる時間が基準となるが、要求されるＡ／Ｆセンサ１５１の破損に対する安全度を考慮して予め実験等により設定する。Ａ／Ｆセンサ１５１の温度が水の沸点である１００°に達すれば、それ以上センサ予熱通電制御を続ける必要がないのは勿論である。

前記所定温度Ｔ2 、前記所定時間ｔ2 は、要求されるＡ／Ｆセンサ１５１の破損に対する安全度を考慮して予め実験等により設定するのがよい。

また、所定時間ｔ2 が外気温により伸縮するようにして、ヒータ積算通電時間と所定時間ｔ2 との比較のみで、推定条件を構成してもよい。

（第２実施形態）
本内燃機関は、第１実施形態の構成においてＥＣＵにおけるヒータの通電制御を変えたもので、各部には第１実施形態と同じ番号を付して説明する。

ＥＣＵ１３で実行される制御は基本的に第１実施形態のものと同じで、通電制御期間中のＡ／Ｆセンサ１５１のヒータ２２への駆動電流のオンデューティを設定する処理が異なる。図６に、かかるデューティ設定処理のフローを示す。これは始動時すなわちイグニッションキー１４のオンにより起動する。

ステップＳ４０１では外気温ｔout が取り込まれる。ステップＳ４０２では、排気管水分付着があるか否かを判定用フラグｘＢＥＸＷＥＴに基づいて判定する。肯定判断されると、ステップＳ４０４でヒータデューティマップ検索用外気温度ｔouttemp を−３０°Ｃに設定し、ステップＳ４０７に進む。

ステップＳ４０２が否定判断されると、ステップＳ４０３で、Ａ／Ｆセンサ水分付着があるか否かを判定用フラグｘＢＡＦＷＥＴに基づいて判定する。肯定判断されると、ステップＳ４０５でヒータデューティマップ検索用外気温度ｔouttemp を−１０°Ｃに設定し、ステップＳ４０７に進む。

ステップＳ４０３が否定判断されると、ステップＳ４０６でヒータデューティマップ検索用外気温度ｔouttemp をステップＳ４０１で取り込まれたｔout に設定し、ステップＳ４０７に進む。

ステップＳ４０７ではヒータデューティマップから、ヒータデューティマップ検索用外気温度ｔouttemp に対応するデューティを読み出し、ヒータ通電期間のデューティとする。

ヒータデューティマップは、図７に示すように、各検索用外気温度ｔouttemp に、７つで１組のデューティが対応しており、始動後から活性化通電制御に到る通電電流のプロファイルを規定する。すなわち、イグニッションキー１４オン後に、通電制御における設定デューティを、読みだしたデューティに所定のタイミングで更新していくようになっている。ヒータデューティマップは、検索用外気温度ｔouttemp が０°Ｃ以下になると予熱通電制御が実行され、デューティ比１００％になる前に、長い時間、デューティ比が３０％以下の期間が設定される。この期間は検索用外気温度ｔouttemp が低くなるほど長くなる。また、予熱通電制御時のデューティが検索用外気温度ｔouttemp が低くなるほど小さくなる。

そして、排気管水分付着のおそれがあると、実際の外気温ｔout にかかわらず検索用外気温度ｔouttemp が−３０°Ｃになって、−３０°Ｃの低温時と同様に、３０％の低いオンデューティで１００秒間の予熱通電制御が実行される。これは前記排気管予熱通電制御と同等の制御である。

また、Ａ／Ｆセンサ水分付着のおそれがあると、実際の外気温ｔout にかかわらず検索用外気温度ｔouttemp が−１０°Ｃになって、−１０°Ｃの低温時と同様に、３０％の低いデューティで１０秒間の予熱通電制御が実行される。これは前記センサ予熱通電制御と同等の制御である。

また、本実施形態では、実際の外気温ｔout が低い場合にも、始動後経過時間、ヒータ積算通電時間によらず、前記排気管予熱通電制御やセンサ予熱通電制御と同等の予熱通電制御が実行されることになる。これは、外気温ｔout が低ければ飽和水蒸気圧が低く、液滴状の水分が存在している蓋然性が高いことから、外気温ｔout が、排気管水分付着の有無やセンサ水分付着の有無を判定するためのパラメータたり得ることに特に注目したためである。このように、排気管水分付着の有無やセンサ水分付着の有無を判定するための判定条件は適宜、設定することができる。

本実施形態では排気管予熱通電制御を実行する場合、センサ予熱通電制御を実行する場合、予熱通電制御を非実行とする場合のいずれもが、単一のヒータデューティマップの元で、画一的に処理できるから制御の構成が簡単である。

（第３実施形態）
本内燃機関は、第１実施形態の構成においてＥＣＵにおけるヒータの通電制御を変えたもので、第１実施形態と同じ番号を付して説明する。

ＥＣＵ１３で実行される制御は基本的に第１実施形態のものと同じで、通電制御期間中のヒータ２２への供給電流のオンデューティを設定する処理が異なる。図８にかかるデューティ設定処理のフローを示す。

ステップＳ５０１では、Ａ／Ｆセンサ１５１のポンプセル２１の電極３８，３９間の抵抗（以下、適宜、素子抵抗という）ＲI を検出する。これは図９に示すように素子抵抗ＲI と温度との間に相関があり、Ａ／Ｆセンサ１５１の温度のパラメータとするためである。具体的には、非限界電流域における電圧に対する電流の傾きから求める一般的な手段が採用し得る。

ステップＳ５０２では、始動後か否かを判定する。肯定判断されると、ステップＳ５０３で排気管水分付着があるか否かを判定用のフラグｘＢＥＸＷＥＴに基づいて判定する。肯定判断されると、ステップＳ５０４で、素子抵抗フィードバック制御を実行する。これは、前記ステップＳ５０１での検出抵抗ＲI が予め設定した目標ＲI に収束するようにデューティをフィードバック制御するものである。例えばＰＩＤ制御が採用し得る。式（１）、式（２）に、このフィードバック制御を規定する式の一例を示す。式中、Ｄはデューティである。Ｋp 、ＫI はゲインである。
ΔＲI ＝目標ＲI −ＲI ・・・（１）
Ｄ＝Ｋp ×ΔＲI ＋ＫI ×∫ΔＲI ・・・（２）

この期間が予め設定した所定時間行われると、オンデューティを１００％とする活性化通電制御が実行され、速やかにＡ／Ｆセンサ温度を活性温度まで上昇せしめる。

ここで目標ＲI を、被水があっても破損の発生しない温度に対応する抵抗値としておけば、割れを回避しつつ、活性化通電制御に移行した後、速やかに活性温度に到達させることができる。発明者らは、割れが生じないＡ／Ｆセンサ温度の上限が略３００°Ｃであることを確認しており、例えば、目標ＲI を２５０°Ｃに対応する抵抗値とする。

ステップＳ５０３が否定判断されると、ステップＳ５０５で予熱制御を行うことなく活性化通電制御が実行される。

いずれの場合も、活性化通電制御実行の後は、Ａ／Ｆセンサ温度を所定の温度に維持する制御に移行する。

本実施形態によれば、Ａ／Ｆセンサ温度を雰囲気温度等によらず適正値にすることができるので、Ａ／Ｆセンサ１５１の割れの発生をさらに良好に防止することができる。

本実施形態では、排気管水分付着を推定する場合を示したが、同様にして、Ａ／Ｆセンサ１５１の水分付着を推定することができる。この場合の目標ＲI は、Ａ／Ｆセンサ１５１の空洞２０１で水分が緩慢に蒸発し突沸が生じない程度の温度、例えば１００°Ｃに対応する抵抗とする。

このように好適には、第１実施形態のごとく、排気管１２の水分付着の推定、およびＡ／Ｆセンサ１５１の水分付着の推定の両方を実行し、いずれの水分付着のおそれがあるか否かにより、目標ＲI を変えるようにするとよい。

なお、前記第１実施形態では、Ａ／Ｆセンサ１５１の温度状態は、ヒータ積算通電時間をパラメータとしているが、ヒータ積算電力などでもよい。あるいは、第３実施形態のごとく、Ａ／Ｆセンサの温度と相関のある素子抵抗により判じてもよい。

また、排気管１２やＡ／Ｆセンサ１５１の空洞２０１に液滴状の水分が付着しているか否かの判定条件は、前記各実施形態のものに限られず、排気ガスの量を規定ししたがって発生する水分の全体量を規定する吸入空気量、排気ガスの飽和蒸気圧を規定する排気温度、排気管を含む内燃機関全体の温度の指標となる冷却水温等に基づいて、水分付着を推定してもよい。この場合、前記各実施形態のように、推定条件を、複数の条件を組み合わせて用いてもよいし、簡単には単独でもよい。

また、排気管に水分付着ありと判定されたときに、排気管予熱通電制御を実行しないで、単に、所定の待機時間の後、活性化通電制御を実行するようにしてもよい。活性化通電制御の時期を遅らせるのを排気管に水分付着のおそれのあるときに限定することで、Ａ／Ｆセンサの速やかな立ち上げという要請に対しても十分に応えることができる。

また、排気管予熱通電制御やセンサ予熱通電制御を、排気管に水分付着ありと判定されたときにのみ実行するのではなく、排気管の水分付着の有無の判定やＡ／Ｆセンサの空洞の水分付着の有無の判定を省略し、常に予熱通電制御が活性化通電制御に先立って実行されるようにしてもよい。

また、本発明はＡ／Ｆセンサだけではなく、ＮＯx 、ＣＯ、ＨＣ等についてガス濃度を検出するガスセンサを搭載した内燃機関にも適用することができる。

本発明の内燃機関のガスセンサの加熱制御装置を適用した第１の内燃機関の構成図である。前記ガスセンサの要部断面図である。前記内燃機関のＥＣＵで実行される制御内容を示す第１のフローチャートである。前記内燃機関のＥＣＵで実行される制御内容を示す第２のフローチャートである。前記内燃機関のＥＣＵで実行される制御内容を示す第３のフローチャートである。本発明の内燃機関のガスセンサの加熱制御装置を適用した第２の内燃機関のＥＣＵで実行される制御内容を示すフローチャートである。前記ＥＣＵで実行される制御内容を説明する表である。本発明の内燃機関のガスセンサの加熱制御装置を適用した第３の内燃機関のＥＣＵで実行される制御内容を示すフローチャートである。前記ＥＣＵで実行される制御内容を説明するグラフである。

符号の説明

１１エンジン本体
１２排気管
１３ＥＣＵ（活性化通電制御手段、予熱通電制御手段、排気管水分推定手段、センサ水分推定手段）
１４イグニッションキー
１５Ａ／Ｆセンサユニット
１５１Ａ／Ｆセンサ（ガスセンサ）
２１ポンプセル
２２ヒータ
２０１空洞（ガスセンサ内部）
１６外気温センサ

Claims

内燃機関の排気管に設けられたガスセンサのヒータに対し通電制御をする内燃機関のガスセンサの加熱制御装置において、
前記ガスセンサ内部に液滴状の水分があるか否かを判定するガスセンサ水分判定手段と、
前記ガスセンサ水分判定手段で肯定判断されたときに、前記ガスセンサを活性温度まで昇温が可能な電力で通電する活性化通電制御に先立って、該活性化通電制御よりも低い電力で通電する予熱通電制御を実行し、前記ガスセンサ内の液滴状の水分を緩慢に蒸発せしめる予熱通電制御手段を具備せしめ、
前記ガスセンサ水分判定手段は、肯定判断の条件に、前回の前記活性化通電制御による通電開始時から停止時までの積算通電時間が所定の基準値よりも短いことを含むことを特徴とする内燃機関のガスセンサの加熱制御装置。
請求項１記載の内燃機関のガスセンサの加熱制御装置において、
前記排気管内に液滴状の水分があるか否かを判定する排気管水分判定手段を具備せしめ、
前記予熱通電制御手段を、前記排気管水分判定手段で否定判断され前記ガスセンサ水分判定手段により肯定判断されたとき、または前記排気管水分判定手段で肯定判断されたときにのみ、前記予熱通電制御を実行するように設定した内燃機関のガスセンサの加熱制御装置。
請求項１または２記載の内燃機関のガスセンサの加熱制御装置において、
前記ヒータへの通電方式がデューティ制御であり、オンデューティを、前記予熱通電制御では前記活性化通電制御よりも小さくした内燃機関のガスセンサの加熱制御装置。
請求項１または２記載の内燃機関のガスセンサの加熱制御装置において、
前記予熱通電制御手段を、前記ガスセンサの温度が予め設定した所定温度となるように、前記ヒータの駆動電力をフィードバック制御するように設定した内燃機関のガスセンサの加熱制御装置。