JP6304100B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、ヒータを内蔵する空燃比センサが排気通路に設けられている内燃機関の制御装置に関する。

下記の特許文献１には、内燃機関の自動停止中、空燃比センサに内蔵されたヒータを制御することにより、空燃比センサの素子温度を活性温度よりも低い予熱温度付近に維持することが開示されている。これによれば、自動停止中のヒータの消費電力を低減しつつ、再始動時には空燃比センサを速やかに活性させることができる。

特開２００３−１４８２０６号公報

しかし、特許文献１に開示された技術は、自動停止からの再始動時、センサ出力のコールドシュートが発生するおそれがある。コールドシュートとは、空燃比センサの暖機過程でセンサ出力がリッチにずれる現象である。排気通路に残留しているＨＣ成分が空燃比センサの拡散律速層及び電極に吸着し、吸着したＨＣ成分が空燃比センサの暖機過程において脱離することで、センサ素子近傍の雰囲気がリッチ雰囲気となってセンサ出力にずれが生じる。コールドシュートが発生すると、実空燃比を目標空燃比に制御することが困難となるため、エミッション性能の低下やドライバビリティの低下を招くおそれがある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関の自動停止中に空燃比センサにＨＣ成分が吸着することによる再始動時のセンサ出力のコールドシュートを抑えることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、ヒータを内蔵する空燃比センサが排気通路に設けられている内燃機関の制御装置である。本発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の自動停止時、第１の処理を実行するように構成される。第１の処理は、空燃比センサの温度が第１温度になるようにヒータを制御する処理である。第１温度は、空燃比センサが活性する活性温度域未満であって、且つ、空燃比センサに吸着したＨＣ成分が脱離する脱離温度域未満の温度である。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、空燃比センサの温度が第１温度になった後、空燃比センサに吸着したＨＣ成分の量が第１所定量を超えて増大したことが推定された場合、第２の処理を実行するように構成される。第２の処理は、空燃比センサの温度が第２温度になるようにヒータを制御する処理である。第２温度は、空燃比センサに吸着したＨＣ成分が脱離する脱離温度域に含まれる温度であって、第１温度よりも高い温度である。第２温度は、活性温度域未満の温度であることが好ましい。第１所定量は、空燃比センサの暖機過程で空燃比センサからＨＣ成分が脱離した場合に、脱離したＨＣ成分によって生じるセンサ出力のコールドシュートが許容範囲に収まる上限の吸着量であってよい。ＨＣ成分の吸着量の推定には、例えば、第１の処理を実行してからの経過時間、或いは、空燃比センサの温度が実際に第１温度になってからの経過時間を用いてもよい。

第１の処理の実行により、内燃機関の自動停止中のヒータの消費電力は低減される。そして、第２の処理の実行により、空燃比センサに吸着したＨＣ成分を脱離させることができるので、内燃機関の再始動時、空燃比センサの暖機過程で脱離するＨＣ成分の量を低減することができる。これにより、再始動時のセンサ出力のコールドシュートを抑えることができる。また、第２の処理は空燃比センサに吸着したＨＣ成分の量が第１所定量を超えなければ実行されないので、ヒータにより空燃比センサを昇温させる頻度を下げて消費電力を抑えることができる。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、空燃比センサの温度が第２温度になった後、空燃比センサに吸着したＨＣ成分の量が第２所定量を下回って低下したことが推定された場合、第３の処理を実行してもよい。第３の処理は、空燃比センサの温度が第３温度になるようにヒータを制御する処理である。第３温度は、空燃比センサが活性する活性温度域未満であって、且つ、空燃比センサに吸着したＨＣ成分が脱離する脱離温度域未満の温度である。第３温度は、第１温度と等しい温度であってもよい。第２所定量は、少ないほうが好ましく、ほぼゼロであることがより好ましい。ＨＣ成分の吸着量の推定には、例えば、第２の処理を実行してからの経過時間、或いは、空燃比センサの温度が実際に第２温度になってからの経過時間を用いてもよい。

第３の処理の実行により、空燃比センサに吸着したＨＣ成分を脱離させた後は、第２温度よりも低い第３温度まで空燃比センサの温度が下げられる。これにより、空燃比センサの温度を第２温度に維持する場合に比べて消費電力を抑えることができる。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、空燃比センサの温度が第３温度になった後、内燃機関の再始動まで、第４の処理を実行してもよい。第４の処理は、空燃比センサの温度を脱離温度域未満の温度に維持するようにヒータを制御する処理である。

第４の処理の実行により、内燃機関の再始動まで空燃比センサの温度を昇温させることがないため消費電力を抑えることができる。第２の処理を実行して空燃比センサからＨＣ成分を脱離させた後、再び空燃比センサに吸着するＨＣ成分の量は少ない。このため、再始動時のセンサ出力のコールドシュートは無視できる程度の大きさに抑えられる。

本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の自動停止中に空燃比センサにＨＣ成分が吸着することによる再始動時のセンサ出力のコールドシュートを抑えることができる。

エンジンシステムの構成を示す図である。 空燃比センサの構成を示す断面図である。 実施の形態１のヒータ通電制御に係る目標素子温度設定ルーチンを示すフローチャートである。 実施の形態１のヒータ通電制御の実行例を示すタイムチャートである。 実施の形態２のヒータ通電制御の実行例を示すタイムチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

実施の形態１．
［エンジンシステムの構成］
図１は、本発明の実施の形態のエンジンシステムの構成を示す図である。図１に示すシステムは、内燃機関２を備えている。内燃機関２は、火花点火式エンジンであり、車両に搭載され、その動力装置とされている。内燃機関２の排気通路４には、第１の三元触媒８と第２の三元触媒１０が直列に設けられている。第１の三元触媒８は排気通路４の最上流部にあたる排気マニホールド６の出口に近接して設けられている。第２の三元触媒１０は車両の床下に設けられている。排気通路４における第１の三元触媒８の上流には、限界電流式の空燃比センサ１２が取り付けられている。排気通路４における第１の三元触媒８と第２の三元触媒１０との間には、起電力式の酸素センサ１４が取り付けられている。

図１に示すシステムは、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０は、少なくとも入出力インタフェース、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵを有している。入出力インタフェースは、空燃比センサ１２や酸素センサ１４を含む各種のセンサからセンサ信号を取り込むとともに、内燃機関２が備える各種のアクチュエータや設備に対して操作信号を出力するために設けられる。ＲＯＭには、内燃機関２を制御するための各種の制御プログラムやマップが記憶されている。ＣＰＵは、制御プログラムをＲＯＭから読みだして実行し、取り込んだセンサ信号に基づいて操作信号を生成する。

［空燃比センサの構成］
図２は、空燃比センサ１２のセンサ素子１００の構成を示す断面図である。空燃比センサ１２は、二重の保護カバー（図示略）の中にセンサ素子１００が配置された構成を有している。センサ素子１００は、ジルコニア固体電解質層１０６を有している。ジルコニア固体電解質層１０６の一方の面には、白金等の貴金属からなる排気側電極層１０２が形成されている。排気側電極層１０２は、ジルコニア固体電解質層１０６の一方の面に積層された多孔質セラミックからなる拡散律速層１１０によって覆われている。排気通路４から保護カバー（図示略）内に流入した排気は、拡散律速層１１０を通過して排気側電極層１０２に到達する。ジルコニア固体電解質層１０６の他方の面は、アルミナ基板１１２上に積層されている。アルミナ基板１１２のジルコニア固体電解質層１０６に接する面には、大気が導入される大気室１０８が形成されている。ジルコニア固体電解質層１０６の大気室１０８に開放された面には、白金等の貴金属からなる大気側電極層１０４が形成されている。また、アルミナ基板１１２には、ジルコニア固体電解質層１０６、排気側電極層１０２、及び大気側電極層１０４を加熱して調温するためのヒータ１１４が内蔵されている。

［空燃比センサのヒータ通電制御］
ＥＣＵ５０において実行される制御プログラムには、空燃比センサ１２のヒータ１１４への通電を制御するための制御プログラムが含まれる（以下、この制御プログラムによる制御をヒータ通電制御という）。ヒータ通電制御では、空燃比センサ１２のセンサ素子１００の温度（以下、素子温度）が目標素子温度になるようにヒータ電力をフィードバック制御することが行われる。ただし、素子温度を直接計測することも可能ではあるが、ここでは素子温度と相関のあるセンサ素子１００のインピーダンス（以下、素子インピーダンス）を素子温度の代替物理量として計測する。つまり、ヒータ通電制御では、より具体的には、素子温度に対応する素子インピーダンスの計測値が、目標素子温度に対応するインピーダンス値になるようにヒータ電力をフィードバック制御することが行われる。

ヒータ通電制御で用いられる目標素子温度は、制御プログラムに含まれる目標素子温度設定ルーチンによって設定される。目標素子温度設定ルーチンをフローチャートで表したものが図３である。以下、図３を参照して目標素子温度の設定に係る処理の流れについて説明する。なお、目標素子温度設定ルーチンは、内燃機関２の始動後、ＥＣＵ５０により所定の制御周期で繰り返し実行される。

目標素子温度設定ルーチンを開始したＥＣＵ５０は、まず、ステップＳ２において、内燃機関２は自動停止しているかどうか判定する。ＥＣＵ５０は、ヒータ通電制御のための制御プログラムとは別に、内燃機関２を自動停止させる自動停止制御のための制御プログラムを実行している。自動停止制御によれば、アクセルペダルが踏まれておらず、ブレーキペダルが踏まれ、車両が停止状態もしくはそれに近い状態になっているときに、内燃機関２を自動停止させることが行われる。そして、先の３つの条件の何れか１つでも満たされなくなったとき、自動停止は解除されて内燃機関２の再始動が行われる。

内燃機関２が運転している場合、処理はステップＳ４に進む。ＥＣＵ５０は、ステップＳ４において、目標素子温度をＲＯＭから読み込んだ高目標温度ＴＨに設定する。高目標温度ＴＨは、空燃比センサ１２のセンサ素子１００が活性する活性温度域に含まれる温度であって、ＲＯＭには固定値（例えば７００℃程度の温度）が記憶されている。

内燃機関２が自動停止している場合、処理はステップＳ６に進み、ＥＣＵ５０は、本ルーチンの前回の実行時に内燃機関２が運転していたかどうか、つまり、内燃機関２の自動停止は本ルーチンの今回の実行から開始されたのかどうか判定する。

内燃機関２の自動停止が本ルーチンの今回の実行から開始されたのであれば、処理はステップＳ８に進む。ＥＣＵ５０は、ステップＳ８において、目標素子温度をＲＯＭから読み込んだ第１低目標温度ＴＬ１に設定する。第１低目標温度ＴＬ１は、センサ素子１００の活性温度域よりも低く、さらに、センサ素子１００に吸着したＨＣ成分が脱離する脱離温度域よりも低い温度域に含まれる温度であって、ＲＯＭには固定値（例えば３００℃程度の温度）が記憶されている。なお、ＨＣ成分の吸着は排気が流れる拡散律速層１１０及び排気側電極層１０２において起こる。センサ素子１００におけるＨＣ成分の吸着／脱離は素子温度に依存し、およそ４００℃よりも低い温度域ではＨＣ成分の吸着が進み、それよりも低い温度域では吸着したＨＣ成分の脱離が進む。ＲＯＭには、ＨＣ成分の吸着が支配的となる温度域と脱離が支配的となる温度域との境界付近の所定温度（例えば４００℃程度の温度）が閾値温度ＴＳとして記憶されている。このステップＳ８の処理は本発明における「第１の処理」に該当し、第１低目標温度ＴＬ１は本発明における「第１温度」に該当する。

内燃機関２の自動停止が本ルーチンの前回の実行以前から続いているのであれば、処理はステップＳ１０に進む。ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０において、現在設定している目標素子温度が第１低目標温度ＴＬ１かどうか判定する。

目標素子温度が第１低目標温度ＴＬ１に設定されているのであれば、処理はステップＳ１２に進む。目標素子温度が第１低目標温度ＴＬ１に設定されている場合、第１低目標温度ＴＬ１は閾値温度ＴＳよりも低いので、ヒータ電力のフィードバック制御によって素子温度は閾値温度ＴＳよりも低下する。閾値温度ＴＳはＨＣ成分の吸着が支配的となる温度域と脱離が支配的となる温度域との境界であるから、素子温度が閾値温度ＴＳよりも低い場合には、センサ素子１００へのＨＣ成分の吸着が進む。そして、素子温度が閾値温度ＴＳよりも低い状態が長く続くほど、センサ素子１００に吸着したＨＣ成分の量は増大していく。センサ素子１００におけるＨＣ成分の吸着量が多くなるほど、内燃機関２の再始動時、空燃比センサ１２の暖機過程で生じるセンサ出力のコールドシュートは助長される。ＥＣＵ５０は、本ルーチンとは別のルーチンにおいて、素子温度と閾値温度ＴＳとを比較し（詳しくは、素子インピーダンスの計測値と閾値温度ＴＳに対応するインピーダンス値とを比較し）、素子温度が閾値温度ＴＳよりも低くなった場合、素子温度が閾値温度ＴＳよりも低くなってからの経過時間を計り始める。経過時間の計測は、具体的には、素子温度が閾値温度ＴＳよりも低い状態の継続時間を表すカウンタ（第１継続カウンタ）の値を制御周期ごとに一定量増加させることによって行なう。

ＥＣＵ５０は、ステップＳ１２において、第１継続カウンタの値が示す継続時間が第１所定時間Ｃ１を超えたかどうか判定する。第１所定時間Ｃ１は、ＨＣ成分の吸着量が第１所定量に達すると推定される時間に設定されている。第１所定量とは、空燃比センサ１２の暖機過程でコールドシュートが発生した場合に、その大きさが許容範囲に収まる上限の吸着量である。第１所定時間Ｃ１の時間長は、自動停止される直前の内燃機関２の運転条件、例えば、エンジン水温に応じて変更される。エンジン水温が低い、すなわち、内燃機関２が十分に暖まっていない場合、燃焼状態が不安定になるため排気中のＨＣ成分の濃度は高くなる。このため、エンジン水温が低い場合は、高い場合に比較して、第１所定時間Ｃ１の時間長は短く設定される。また、本実施の形態のエンジンシステムが内燃機関２を運転条件に応じて稼働及び停止するハイブリッドシステムであるならば、自動停止直前の内燃機関２のエンジン回転速度及び負荷によって第１所定時間Ｃ１の時間長を変更してもよい。排気通路４に残存するＨＣ成分の量は停止直前の運転状態によって異なるからである。何れにしても第１所定時間Ｃ１は適合によって決定され、その適合値がＲＯＭに記憶されている。

素子温度が閾値温度ＴＳよりも低い状態が第１所定時間Ｃ１を超えて継続していない場合、ＥＣＵ５０は、目標素子温度を第１低目標温度ＴＬ１に維持する。目標素子温度が低ければ、その分、ヒータ１１４に与える電力は少なくなるので、目標素子温度を低く維持することで消費電力を抑えることができる。なお、目標素子温度を低くするほど消費電力は下げることができるが、素子温度を低くしすぎると、内燃機関２の再始動時、センサ素子１００が再活性するまでに時間を要してしまう。つまり、空燃比センサ１２の始動時の応答性が低下してしまう。再活性までの所要時間はヒータ１１４に供給する電力量を上げることで短縮することができるが、昇温速度を高くし過ぎるとセンサ素子１００に割れを生じさせるおそれがある。さらに、素子温度を低くしすぎると、センサ素子１００に凝縮水が付着してしまうおそれもある。このようなことから、第１低目標温度ＴＬ１は、内燃機関２の再始動時、素子温度を活性温度まで速やかに上昇させることができ、また、凝縮水が付着することのない温度に設定されている。

素子温度が閾値温度ＴＳよりも低い状態が第１所定時間Ｃ１を超えて継続したのであれば、処理はステップＳ１４に進む。ＥＣＵ５０は、ステップＳ１４において、目標素子温度を第１低目標温度ＴＬ１から第２低目標温度ＴＬ２に変更する。第２低目標温度ＴＬ２は、閾値温度ＴＳよりも高く、高目標温度ＴＨよりも低い温度域に含まれる温度であって、ＲＯＭには固定値（例えば５５０℃程度の温度）が記憶されている。ステップ１２からステップＳ１４までの処理は本発明における「第２の処理」に該当し、第２低目標温度ＴＬ２は本発明における「第２温度」に該当する。

目標素子温度を第１低目標温度ＴＬ１から第２低目標温度ＴＬ２に変更されることで、本ルーチンの次回の実行時にはステップＳ１０の判定結果は否定となる。

目標素子温度が第２低目標温度ＴＬ２に設定されているのであれば、処理はステップＳ１６に進む。目標素子温度が第２低目標温度ＴＬ２に設定されている場合、第２低目標温度ＴＬ２は閾値温度ＴＳよりも高いので、ヒータ電力のフィードバック制御によって素子温度は閾値温度ＴＳよりも上昇する。素子温度が閾値温度ＴＳよりも高い場合には、センサ素子１００に吸着していたＨＣ成分の脱離が進む。そして、素子温度が閾値温度ＴＳよりも高い状態が長く続くほど、センサ素子１００から脱離するＨＣ成分の量は増大していく。脱離によってＨＣ成分の吸着量が減少していくほど、内燃機関２の再始動時、空燃比センサ１２の暖機過程で生じるセンサ出力のコールドシュートは抑制される。ＥＣＵ５０は、本ルーチンとは別のルーチンにおいて、素子温度と閾値温度ＴＳとを比較し、素子温度が閾値温度ＴＳよりも高くなった場合、素子温度が閾値温度ＴＳよりも高くなってからの経過時間を計り始める。経過時間の計測は、具体的には、素子温度が閾値温度ＴＳよりも高い状態の継続時間を表すカウンタ（第２継続カウンタ）の値を制御周期ごとに一定量増加させることによって行なう。

ＥＣＵ５０は、ステップＳ１６において、第２継続カウンタの値が示す継続時間が第２所定時間Ｃ２を超えたかどうか判定する。第２所定時間Ｃ２は、ＨＣ成分の吸着量が第２所定量まで低下すると推定される時間に設定されている。第２所定量は、センサ素子１００に吸着したまま残存することを許容するＨＣ成分の量である。第２所定量は本実施の形態ではゼロに設定されている。つまり、第２所定時間Ｃ２の時間長は、センサ素子１００に吸着したＨＣ成分がほぼ全て脱離することができる時間長に設定されている。ただし、第２所定時間Ｃ２の時間長を長くするほど、より確実に全てのＨＣ成分を脱離させることができる反面、消費電力は増大してしまう。このため、第２所定時間Ｃ２の時間長は、ＨＣ成分をほぼ全て脱離させることができる最短の時間長であることが好ましい。第２所定時間Ｃ２は適合によって決定され、その適合値がＲＯＭに記憶されている。

素子温度が閾値温度ＴＳよりも高い状態が第２所定時間Ｃ２を超えて継続していない場合、ＥＣＵ５０は、目標素子温度を第２低目標温度ＴＬ２に維持し、センサ素子１００からＨＣ成分を脱離させることを継続する。なお、第２低目標温度ＴＬ２を高くするほど、センサ素子１００に吸着したＨＣ成分の脱離は促進され、その分、第２所定時間Ｃ２を短い時間に設定することができる。ただし、第２低目標温度ＴＬ２を高くすることによる消費電力の増大と、第２所定時間Ｃ２が短くなることによる消費電力の低減効果と、を比較した場合、上述のとおり、第２低目標温度ＴＬ２は、高目標温度ＴＨよりも低い温度域、つまり、空燃比センサ１２が活性する活性温度域未満の温度域に含まれる温度であることが好ましい。

素子温度が閾値温度ＴＳよりも高い状態が第２所定時間Ｃ２を超えて継続したのであれば、処理はステップＳ１８に進む。ＥＣＵ５０は、ステップＳ１８において、再び目標素子温度を第２低目標温度ＴＬ２から第１低目標温度ＴＬ１に変更する。目標素子温度を下げることにより、ヒータ１１４の消費電力を抑えることができる。ここでは、ステップＳ１６からステップＳ１８までの処理は本発明における「第３の処理」に該当し、第１低目標温度ＴＬ１は本発明における「第３温度」に該当する。なお、変更後の目標素子温度（すなわち、「第３温度」）は、閾値温度ＴＳよりも低い温度域に含まれる温度であれば、必ずしも第１低目標温度ＴＬ１と同じ温度でなくてもよい。ただし、消費電力の低減と再始動時の応答性との観点からは、変更後の目標素子温度としては、第１低目標温度ＴＬ１を用いることが好ましい。

本ルーチンの次回の実行時、内燃機関２の自動停止が解除されていなければ、処理は再びステップＳ１０まで進み、ＥＣＵ５０は、現在設定している目標素子温度が第１低目標温度ＴＬ１かどうか判定する。今回、ステップＳ１８において目標素子温度が第２低目標温度ＴＬ２から第１低目標温度ＴＬ１に変更されることで、本ルーチンの次回の実行時にはステップＳ１０の判定結果は肯定となり、処理はステップＳ１２に進む。以降、内燃機関２の自動停止が解除されるまで、ステップＳ１２及びＳ１４からなる目標素子温度を第１低目標温度ＴＬ１から第２低目標温度ＴＬ２に切り替えるための処理と、ステップＳ１６及びＳ１８からなる目標素子温度を第２低目標温度ＴＬ２から第１低目標温度ＴＬ１に切り替えるための処理とが交互に繰り返し実施される。

やがて、自動停止は解除されて内燃機関２の再始動が行われると、ステップＳ２の判定結果が否定となり、処理はステップＳ４に進む。ＥＣＵ５０は、ステップＳ４において、目標素子温度を第１低目標温度ＴＬ１或いは第２低目標温度ＴＬ２から高目標温度ＴＨに切り替える。ヒータ電力のフィードバック制御によって素子温度は高目標温度ＴＨまで上昇し、センサ素子１００が活性して空燃比センサ１２による空燃比の計測が可能となる。

このとき、空燃比センサ１２の暖機過程においてセンサ素子１００に吸着したＨＣ成分が脱離すると、センサ素子１００の近傍の雰囲気がリッチ雰囲気となってセンサ出力にずれが生じてしまう。しかし、上述の目標素子温度設定ルーチンを含む本実施の形態のヒータ通電制御によれば、内燃機関２が自動停止している間にセンサ素子１００に吸着したＨＣ成分を脱離させることができるので、暖機過程で脱離するＨＣ成分の量を低減することができる。これにより、従来、問題となっていた再始動時のセンサ出力のコールドシュートを抑えることができる。

［ヒータ通電制御の実行例］
図４は、実施の形態１のヒータ通電制御の実行例を示すタイムチャートである。タイムチャートには、上述の目標素子温度設定ルーチンを実行した場合の空燃比センサ１２の素子温度の時刻による変化が示されている。詳しくは、１段目のチャートは、内燃機関２が自動停止中かどうかを表す自動停止中フラグのステータスを示している。２段目のチャートは、第１継続カウンタの値を示している。３段目のチャートは、第２継続カウンタの値を示している。４段目のチャートは、目標素子温度設定ルーチンで設定される目標素子温度と、空燃比センサ１２の実際の素子温度（実素子温度）を示している。そして、５段目のチャートは、エンジン回転速度を示している。

タイムチャートに示す例によれば、運転者の減速操作によってエンジン回転速度が低下している途中の時刻t1において、自動停止フラグがオンになる。目標素子温度は、内燃機関２の運転中は、空燃比センサ１２を活性状態に維持することができる高目標温度ＴＨに設定されている。そして、自動停止フラグがオンになったことを受けて、目標素子温度は、高目標温度ＴＨから第１低目標温度ＴＬ１へ切り替えられる。目標素子温度が第１低目標温度ＴＬ１に切り替えられると、ヒータ電力のフィードバック制御によって実素子温度は目標素子温度に追従して低下する。

実素子温度が閾値温度ＴＳを下回った時刻から第１継続カウンタのカウントアップが開始される。そして、第１継続カウンタの値が示す継続時間が第１所定時間Ｃ１を超えた時刻t2において、目標素子温度は、第１低目標温度ＴＬ１から第２低目標温度ＴＬ２へ切り替えられる。このとき、第１継続カウンタの値はリセットされてゼロに戻る。目標素子温度が第２低目標温度ＴＬ２に切り替えられると、ヒータ電力のフィードバック制御によって実素子温度は目標素子温度に追従して上昇する。

実素子温度が閾値温度ＴＳを上回った時刻から第２継続カウンタのカウントアップが開始される。そして、第２継続カウンタの値が示す継続時間が第２所定時間Ｃ２を超えた時刻t３において、目標素子温度は、再び第２低目標温度ＴＬ２から第１低目標温度ＴＬ１へ切り替えられる。このとき、第２継続カウンタの値はリセットされてゼロに戻る。目標素子温度の第１低目標温度ＴＬ１への切り替えにより、実素子温度は目標素子温度に追従して低下する。

実素子温度が閾値温度ＴＳを下回った時刻から再び第１継続カウンタのカウントアップが開始される。タイムチャートに示す例によれば、この後、時刻t4において目標素子温度の第２低目標温度ＴＬ２への切り替えが行なわれ、時刻t5において目標素子温度の第１低目標温度ＴＬ１への切り替えが行なわれる。この間、実素子温度は、ヒータ電力のフィードバック制御によって、目標素子温度に追従するように閾値温度ＴＳよりも低い温度域と高い温度域との間で上昇と低下を繰り返す。

タイムチャートに示す例によれば、時刻t5において目標素子温度が第１低目標温度ＴＬ１への切り替えられた後にエンジン回転速度が上昇し始め、エンジン回転速度が上昇している途中の時刻t6において、自動停止フラグがオフになる。自動停止フラグがオフになったことを受けて、目標素子温度は、第１低目標温度ＴＬ１から高目標温度ＴＨへ切り替えられる。目標素子温度が高目標温度ＴＨに切り替えられると、ヒータ電力のフィードバック制御によって実素子温度は目標素子温度に追従して上昇し、センサ素子１００の活性温度である高目標温度ＴＨまで上昇する。これにより、空燃比センサ１２による空燃比の計測が再び可能になる。

なお、タイムチャートに示す例では、目標素子温度の第１低目標温度ＴＬ１から第２低目標温度ＴＬ２への切り替えによるＨＣ成分の脱離操作が２度行われた後に自動停止フラグがオフになっている。しかし、自動停止フラグがオフになるタイミングは成り行きであるので、ＨＣ成分の脱離操作の途中や、ＨＣ成分の脱離操作が行われる前に自動停止フラグがオフになる場合もあり得る。本実施の形態のヒータ通電制御によれば、許容レベルを超えるコールドシュートが発生しないようにＨＣ成分の吸着量が管理されるので、どのタイミングで内燃機関２が再始動されたとしても、センサ出力のコールドシュートを抑えることができる。

実施の形態２．
上述の実施の形態１では、内燃機関２の自動停止が続けられている間、素子温度を閾値温度ＴＳよりも低くして消費電力を抑える処理と、素子温度を閾値温度ＴＳよりも高くして空燃比センサ１２からＨＣ成分を脱離させる処理とを交互に繰り返して実施している。これによれば、許容レベルを超えるコールドシュートが発生するまでＨＣ成分の吸着量が増えることを確実に防ぎつつ、ヒータ１１４への通電による消費電力を抑えることができる。

その一方で、素子温度を閾値温度ＴＳよりも高くして空燃比センサ１２からＨＣ成分を脱離させる処理（第２の処理）を一度実行した場合には、素子温度が閾値温度ＴＳよりも低くなったとしても、再び空燃比センサ１２に吸着するＨＣ成分の量は少ないと考えられる。この考えによれば、素子温度を第１低目標温度ＴＬ１から第２低目標温度ＴＬ２へ上昇させ、再び第２低目標温度ＴＬ２から第１低目標温度ＴＬ１へ低下させた後は、素子温度をそのまま第１低目標温度ＴＬ１に維持してもよく、そうすることで消費電力をより抑えることができる。

図５は、実施の形態２のヒータ通電制御の実行例を示すタイムチャートである。１段目から５段目までの各チャートの項目は図４のタイムチャートに示す項目に等しい。このタイムチャートに示す例では、時刻t３において第２継続カウンタの値が示す継続時間が第２所定時間Ｃ２を超え、目標素子温度が第２低目標温度ＴＬ２から第１低目標温度ＴＬ１へ切り替えられると、それ以降は、第１継続カウンタによるカウントも第２継続カウンタによるカウントも行われず、目標素子温度は第１低目標温度ＴＬ１に維持される。その後、時刻t7において自動停止中フラグがオフとなり、目標素子温度が第１低目標温度ＴＬ１から高目標温度ＴＨに切り替えられるまで、実素子温度は第１低目標温度ＴＬ１の付近に維持される。これらの処理は、本発明における「第４の処理」に該当する。

目標素子温度が高目標温度ＴＨに切り替えられると、ヒータ電力のフィードバック制御によって実素子温度は目標素子温度に追従して上昇し、センサ素子１００の活性温度である高目標温度ＴＨまで上昇する。このとき、センサ素子１００からは時刻t3以降に再吸着したＨＣ成分が脱離するもの、その絶対量は多くはない。このため、ＨＣ成分の脱離にともなってコールドシュートが発生したとしても、その大きさは無視できる程度に抑えられる。

２ 内燃機関
４ 排気通路
６ 排気マニホールド
８ 第１の三元触媒
１０ 第２の三元触媒
１２ 空燃比センサ
１４ 酸素センサ
５０ ＥＣＵ
１００ センサ素子
１０２ 排気側電極層
１０４ 大気側電極層
１０６ ジルコニア固体電解質層
１０８ 大気室
１１０ 拡散律速層
１１２ アルミナ基板
１１４ ヒータ

Claims (4)

1. ヒータを内蔵する空燃比センサが排気通路に設けられている内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の自動停止時、前記空燃比センサの素子温度が、前記空燃比センサが活性する活性温度域未満であって、且つ、前記空燃比センサに吸着したＨＣ成分が脱離する脱離温度域未満である第１温度になるように前記ヒータを制御する第１の処理を実行し、
   前記空燃比センサの素子温度が前記第１温度になった後、前記空燃比センサに吸着したＨＣ成分の量が第１所定量を超えて増大したことが推定された場合、前記空燃比センサの温度が前記脱離温度域に含まれる第２温度になるように前記ヒータを制御する第２の処理を実行するように構成されたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記第２温度は前記活性温度域未満であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記空燃比センサの素子温度が前記第２温度になった後、前記空燃比センサに吸着したＨＣ成分の量が第２所定量を下回って低下したことが推定された場合、前記空燃比センサの温度が前記活性温度域未満であって、且つ、前記脱離温度域未満である第３温度になるように前記ヒータを制御する第３の処理を実行するように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記空燃比センサの素子温度が前記第３温度になった後、前記内燃機関の再始動まで、前記空燃比センサの温度を前記脱離温度域未満の温度に維持するように前記ヒータを制御する第４の処理を実行するように構成されたことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。

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