JP6314808B2 - 排気センサ用ヒータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気センサのヒータに対する通電を制御する装置に関する。

エンジンの空燃比フィードバック制御に用いられる排気センサ（排気ガスセンサとも呼ばれる）は、酸素濃度の検知素子を備える。検知素子は、所定の活性温度以上の場合に、活性化して正常に動作する。このため、排気センサにヒータを設け、そのヒータへの通電により検知素子を加熱することが行われている（例えば、特許文献１参照）。

エンジンの始動後において、検知素子の温度をできるだけ早く活性温度以上にするためには、ヒータによる検知素子の急速加熱が必要となる。しかし、検知素子に結露による水滴が付着している状態で、ヒータによる急速加熱を行うと、検知素子に加わる熱応力が大きくなる。その結果、検知素子にクラック、素子割れ等と称される不具合が生じて、酸素濃度を正しく検出することができなくなってしまうことがある。

そこで、従来の装置として、例えば特許文献１の装置では、エンジンの始動時において、エンジン停止前のエンジン回転数、負荷及び車速やエンジンの停止時間等から、排気管温度を推定し、その排気管温度の推定値を用いて、排気管内で生じる凝縮水量を推定している。そして、凝縮水量の推定値が被水耐力上限値以下になるまでは、ヒータへの通電を禁止又は制限することにより、検知素子の熱応力による損傷を防止している。

特開２０１３−１６３９７８号公報

上記従来の装置では、エンジンの始動時における排気管温度を、エンジンの始動時における排気センサの検知素子の温度（以下、センサ温度ともいう）として推定し、その推定したセンサ温度に基づいて、検知素子の結露状態を判断していると言える。しかし、エンジンの始動時おけるセンサ温度（排気管温度）に影響を与える条件は、不確定なものが多いため、エンジンの始動時におけるセンサ温度を正しく推定することは難しい。つまり、エンジンの始動時におけるセンサ温度の推定精度は低い。このため、従来の装置（特許文献１の装置）では、検知素子の損傷を確実に防止するという安全サイドの観点から、被水耐力上限値と大小比較する凝縮水量の推定値（即ち、結露により検知素子に付着していると推定される水量）として、ワースト条件での最大値を用いている。

よって、従来の装置では、エンジンの始動時から通常のヒータ制御を開始するまでの時間が長くなってしまう。通常のヒータ制御とは、検知素子の温度を活性温度以上に上昇させると共に、検知素子の温度を活性温度以上の目標温度に維持するためのヒータ制御である。このため、従来の装置では、検知素子の温度を活性温度まで高めるのが遅くなり、空燃比フィードバック制御の開始が遅れてしまう。その結果、エミッションや燃費の悪化を招くこととなる。

そこで、本発明は、エンジンが停止してから次に始動するまでの間に、排気センサの検知素子に結露が生じないようにすることで、エンジンの始動時において通常のヒータ制御を早期に開始できるようにすること、目的としている。

第１発明の排気センサ用ヒータ制御装置は、エンジンの排気管に設けられた排気センサのヒータへの通電を制御する。ヒータは、排気センサが備える検知素子を加熱するためのものである。そして、この排気センサ用ヒータ制御装置は、推定手段と、エンジン停止中通電手段と、を備える。

推定手段は、エンジンが停止すると、検知素子の温度であるセンサ温度が、検知素子に結露が発生する可能性がある所定の結露発生温度まで下がるのに要する時間を推定する。そして、エンジン停止中通電手段は、エンジンが停止してから、推定手段により推定された前記時間が経過すると、ヒータに対する通電を所定の通電時間だけ実施する。

エンジンが停止した後、センサ温度が急に下がるときに、検知素子に結露が発生し易い。そこで、この排気センサ用ヒータ制御装置では、エンジンが停止してから、センサ温度が結露発生温度まで下がると推定した時間が経過すると、ヒータへの通電を所定の通電時間だけ実施することにより、センサ温度が低下する傾きを緩やかにして結露の発生を防いでいる。

この排気センサ用ヒータ制御装置によれば、検知素子に結露が生じることを防ぐことができる。このため、エンジンの始動時においては、検知素子に結露による水滴が付着していることを考慮することなく、通常のヒータ制御を早期に開始することができる。よって、検知素子を早期に活性化させることができ、延いては、空燃比フィードバック制御を早期に開始することができるようになる。

尚、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態の電子制御装置（ＥＣＵ）を表す構成図である。 エンジン停止時処理を表すフローチャートである。 ソークタイマの動作を説明するフローチャートである。 エンジン停止中処理を表すフローチャートである。 エンジン始動時処理を表すフローチャートである。 実施形態の作用を説明する説明図である。

本発明が適用された実施形態の電子制御装置について説明する。以下では、電子制御装置のことを、ＥＣＵという。ＥＣＵは、「Electronic Control Unit」の略である。
図１に示す実施形態のＥＣＵ１は、車両に搭載されたエンジンの排気管に設けられている排気センサ３を制御する。

排気センサ３は、例えば、エンジンの排気中の酸素濃度をリニアに検出できる空燃比センサである。排気センサ３としては、セルを１つだけ有した１セルタイプの空燃比センサでも良いし、起電力セルと酸素ポンプセルとを有した２セルタイプの空燃比センサでも良い。また、排気センサ３としては、例えば、排気中の酸素濃度に応じて電圧を生じる酸素センサでも良い。

そして、排気センサ３は、酸素濃度を検出するためのセルである検知素子５と、検知素子５を加熱するためのヒータ７とを備える。検知素子５は、所定の活性温度（例えば６００℃）以上で正常に機能するため、ヒータ７が備えられている。

ＥＣＵ１は、当該ＥＣＵ１の動作を司るマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）１１と、エンジンの停止中においてマイコン１１を自動的に起動させるためのタイマＩＣであるソークタイマ１３と、電源部１５と、を備える。

マイコン１１は、プログラムを実行するＣＰＵ１７と、ＣＰＵ１７によって実行されるプログラムや固定のデータが記憶されたＲＯＭ１８と、ＣＰＵ１７による演算結果が記憶されるＲＡＭ１９と、を備える。以下に説明するマイコン１１の動作は、ＣＰＵ１７がＲＯＭ１８内のプログラムを実行することによって実現される。

電源部１５は、マイコン１１を動作させるための主電源電圧Ｖｍを出力する主電源回路１５ｍと、ソークタイマ１３を動作させるための副電源電圧Ｖｓを出力する副電源回路１５ｓと、を備える。

副電源回路１５ｓには、車両のバッテリ２１のプラス端子の電圧（以下、バッテリ電圧という）ＶＢが常時供給されている。そして、副電源回路１５ｓは、そのバッテリ電圧ＶＢから副電源電圧Ｖｓを常時生成して出力する。

また、主電源回路１５ｍには、ＥＣＵ１の外部に設けられた給電用のメインリレー（ＭＬ）２３を介して、バッテリ電圧ＶＢが供給される。
メインリレー２３は、車両のイグニッションスイッチ（以下、ＩＧＳＷと記載する）２５がオンしている場合、或いは、ソークタイマ１３からの電源起動信号Ｓｉ２がハイの場合、或いは、マイコン１１からの電源保持信号Ｓｈがハイの場合に、オンするようになっている。ＩＧＳＷ２５は、エンジンの電源スイッチであり、車両の使用者によってオンとオフとに操作される。

尚、以下の説明では、バッテリ２１のプラス端子からメインリレー２３を介してＥＣＵ１に供給されるバッテリ電圧を、改めて、バッテリ電圧ＶＰという。そして、主電源回路１５ｍは、メインリレー２３を介して供給されるバッテリ電圧ＶＰから主電源電圧Ｖｍを生成して出力する。

具体的に説明すると、ＥＣＵ１には、ＩＧＳＷ２５を介して、そのＩＧＳＷ２５のオン／オフを示すＩＧＳＷ信号Ｓｉ１が入力される。ＩＧＳＷ信号Ｓｉ１は、ＩＧＳＷ２５がオンされるとハイになり、オフされるとローになる。そして、ＥＣＵ１には、メインリレー２３をオンさせるための駆動回路２７が備えられている。駆動回路２７は、ＩＧＳＷ信号Ｓｉ１と、ソークタイマ１３からの電源起動信号Ｓｉ２と、マイコン１１からの電源保持信号Ｓｈとの、少なくとも１つがハイである場合に、メインリレー２３のコイルに通電して該メインリレー２３をオンさせる。尚、駆動回路２７もソークタイマ１３と同様に、副電源電圧Ｖｓを受けて動作する。

よって、ＩＧＳＷ信号Ｓｉ１と電源起動信号Ｓｉ２と電源保持信号Ｓｈとの何れかがハイである場合に、メインリレー２３がオンして、主電源回路１５ｍにバッテリ電圧ＶＰが供給され、主電源回路１５ｍからマイコン１１へ主電源電圧Ｖｍが出力される。

また、電源部１５は、主電源回路１５ｍが主電源電圧Ｖｍの出力を開始した時に、その主電源電圧Ｖｍが安定すると見なされる微少時間だけマイコン１１にリセット信号を出力する、所謂パワーオンリセット機能も備えている。このため、主電源回路１５ｍが主電源電圧Ｖｍの出力を開始すると、マイコン１１が起動することとなる。

一方、ソークタイマ１３は、時間を計測するためのカウンタ２８と、カウンタ２８のカウント値と比較されるタイマ値が記憶されるレジスタ２９と、を備える。
カウンタ２８は、ソークタイマ１３内で発生されるクロックによってカウントアップする。カウンタ２８のカウント値は、当該ソークタイマ１３が計測する時間の値に相当し、以下では、ソークタイムともいう。

そして、ソークタイマ１３は、ソークタイムとレジスタ２９内のタイマ値とを比較し、ソークタイムが増加してタイマ値と一致したときに、電源起動信号Ｓｉ２の出力レベルをローからハイに変化させ、その出力状態を保持する。

更に、ソークタイマ１３は、以下の（Ａ），（Ｂ）の機能を有している。
（Ａ）マイコン１１から通信線３１を介して与えられる指令（コマンド）に応じて、ソークタイムのリセットと、電源起動信号Ｓｉ２のリセットと、カウンタ２８のカウント動作のスタートとが、実施される。尚、電源起動信号Ｓｉ２のリセットとは、ローへのリセットである。

（Ｂ）レジスタ２９へは、マイコン１１から通信線３１を介して任意のタイマ値が書き込まれる。
一方更に、ＥＣＵ１は、データの書き換えが可能な不揮発性メモリ３３と、ＩＧＳＷ信号Ｓｉ１をマイコン１１に入力させるためのバッファ回路３５と、排気センサ３のヒータ７に通電するためのトランジスタ３７と、センサ制御回路３９と、を備えている。

トランジスタ３７は、マイコン１１によってオン／オフが制御される。そして、トランジスタ３７がオンすることで、バッテリ２１からヒータ７に通電される。尚、ヒータ７の電源として、図１の例ではバッテリ電圧ＶＢを用いているが、メインリレー２３を介して供給されるバッテリ電圧ＶＰでも良い。何れにしても、ヒータ７に対する通電の電力源はバッテリ２１である。

センサ制御回路３９は、排気センサ３の検知素子５に印加する電圧又は電流を制御して、検知素子５により検出された排気中の酸素濃度を表す検出信号を、マイコン１１に出力する。その酸素濃度の検出信号は、エンジンの空燃比制御に用いられる。

更に、センサ制御回路３９は、検知素子５のインピーダンスを検出する機能も有している。例えば、センサ制御回路３９は、検知素子５に、インピーダンス測定用電流を印加すると共に、インピーダンス測定用電流を印加する前と後との各々における検知素子５の両端電圧の差分から、検知素子５のインピーダンスを検出する。

そして、センサ制御回路３９によるインピーダンスの検出結果は、マイコン１１に入力される。検知素子５のインピーダンスは、検知素子５の温度（以下、センサ温度という）と相関がある。このため、マイコン１１は、検知素子５のインピーダンスの検出結果をセンサ温度に換算することにより、センサ温度を検出する。尚、変形例として、例えば、センサ制御回路３９は、検知素子５にインピーダンス測定用電流を印加する前と後との各々における検知素子５の両端電圧の情報を、マイコン１１に出力しても良い。その場合、マイコン１１が、センサ制御回路３９から入力される情報に基づいて、検知素子５のインピーダンスを算出すれば良い。

また、ＥＣＵ１には、エンジンの冷却水温を表す信号や外気温を表す信号など、エンジンの制御に関係する様々な信号が入力される。そして、それらの信号は、図示しない入力回路を介して、マイコン１１に入力される。尚、外気温は、排気管の外部の大気温度であり、例えば、車両に設けられている外気温センサによって検出される。また例えば、エンジンの吸気温度を検出する吸気温センサによる検出結果を、外気温として扱っても良い。

ＥＣＵ１では、車両の使用者によってＩＧＳＷ２５がオンされると、メインリレー２３がオンして、マイコン１１が起動する。そして、マイコン１１は、ＩＧＳＷ２５のオンに伴い起動すると、電源保持信号Ｓｈをハイにする。よって、その後にＩＧＳＷ２５がオフされても、メインリレー２３はオンし続け、その結果、マイコン１１は動作し続けることができる。

そして、マイコン１１は、ＩＧＳＷ２５がオフされたことを検知すると、動作を停止するまでに実施すべきシャットダウン処理を行い、そのシャットダウン処理の最後で、電源保持信号Ｓｈをローにする。すると、メインリレー２３がオフして、マイコン１１は動作を停止することとなる。

また、マイコン１１が、ＩＧＳＷ２５のオフを検知してから電源保持信号Ｓｈをローにするまでの間に、ソークタイマ１３のレジスタ２９に任意のタイマ値を書き込むと共に、ソークタイマ１３のスタートを実施したとする。尚、ソークタイマ１３のスタートとは、ソークタイマ１３におけるソークタイムを０にし、且つ、電源起動信号Ｓｉ２をローにさせた状態で、カウンタ２８のカウント動作をスタートさせることである。

その場合には、ＩＧＳＷ２５のオフによりエンジンが停止してから（厳密にはソークタイマ１３のスタートが実施されてから）、レジスタ２９内のタイマ値に相当するタイマ時間が経過すると、ソークタイマ１３からの電源起動信号Ｓｉ２がハイになり、メインリレー２３がオンする。よって、マイコン１１は、ＩＧＳＷ２３がオフでエンジンが停止している期間であっても、ソークタイマ１３からの電源起動信号Ｓｉ２がハイになることで、起動する。尚、カウンタ２８をカウント動作させるクロックの周期を「Ｔｃ」とし、レジスタ２９内のタイマ値を「Ｎｔ」とすると、上記タイマ時間は、「Ｔｃ×Ｎｔ」となる。

次に、マイコン１１が実行する処理について説明する。
マイコン１１は、ＩＧＳＷ２５がオフされたことを検出すると、図２のエンジン停止時処理を実行する。ＩＧＳＷ２５がオフされるとエンジンは停止するため、図２のエンジン停止時処理は、エンジンが停止すると実行されることとなる。また、マイコン１１は、ＩＧＳＷ２５のオン／オフ状態をＩＧＳＷ信号Ｓｉ１に基づいて検出する。

図２に示すように、マイコン１１は、エンジン停止時処理を開始すると、Ｓ１１０にて、第１時間Ｔ１を推定して算出する。
第１時間Ｔ１は、図６に示すように、センサ温度が結露発生温度まで下がるのに要する時間（図６における時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間）である。結露発生温度は、排気センサ３の検知素子５に結露が発生する可能性がある温度であり、本実施形態では例えば１００℃を想定しているが、それよりも低い温度（例えば８０℃等）でも良い。

例えば、ＲＯＭ１８には、第１時間Ｔ１を推定して算出するための第１時間推定用マップとして、エンジン停止時のセンサ温度及び外気温と、第１時間Ｔ１との関係を表すデータマップが記憶されている。その第１時間推定用マップは、実験結果または理論計算に基づいて設定されている。

そして、マイコン１１は、Ｓ１１０では、第１時間推定用マップから、現在のセンサ温度及び外気温（即ち、今回のエンジン停止時におけるセンサ温度及び外気温）に対応する第１時間Ｔ１を、例えば補間演算等によって算出する。第１時間Ｔ１を算出するのに用いる現在のセンサ温度及び外気温としては、例えば、当該エンジン停止時処理が開始される前の最新の検出値でも良いし、マイコン１１がＳ１１０でセンサ温度及び外気温を検出して、その各検出値を用いても良い。

また、第１時間推定用マップの特性としては、外気温が同じであれば、センサ温度が高いほど、第１時間Ｔ１が大きい値に算出されるようになっている。また、外気温が高いほど、センサ温度の低下速度が下がるため、第１時間推定用マップの特性としては、センサ温度が同じであれば、外気温が高いほど、第１時間Ｔ１が大きい値に算出されるようになっている。

つまり、マイコン１１は、Ｓ１１０では、エンジン停止時のセンサ温度及び外気温に基づいて、第１時間Ｔ１を推定している。エンジン停止時のセンサ温度は、通常は活性温度以上の高温であるため、検知素子５のインピーダンスから精度良く検出することができる。また、エンジン停止時の外気温も、外気温センサや吸気温センサ等の温度センサによって精度良く検出することができる。そして、エンジン停止後のセンサ温度の低下速度は、外気度から簡易に推定することが可能である。よって、第１時間Ｔ１は精度良く推定することができる。

尚、第１時間Ｔ１を推定するための情報として、センサ温度及び外気温だけでなく、他の情報も加えれば、更に推定精度を上げることができる。例えば、エンジンの冷却水が通る流路が排気センサ３の近くにある場合など、エンジンの冷却水温がセンサ温度に影響するのであれば、マイコン１１はエンジン停止時の冷却水温も用いて第１時間Ｔ１を推定するように構成しても良い。その場合、例えば、第１時間推定用マップを、エンジン停止時のセンサ温度、外気温、及び冷却水温と、第１時間Ｔ１との関係を表すデータマップにしておく。そして、マイコン１１は、その第１時間推定用マップから、現在のセンサ温度、外気温、及び冷却水温に対応する第１時間Ｔ１を、補間演算等によって算出すれば良い。

図２の説明に戻る。マイコン１１は、次のＳ１２０にて、第２時間Ｔ２と、エンジン停止中デューティＤｓとを、例えば現在の外気温（即ち、今回のエンジン停止時における外気温）に基づいて算出する。尚、現在の外気温としては、例えばＳ１１０で第１時間Ｔ１を算出するのに用いた外気温と同じ値を用いる。また、マイコン１１は、算出した第２時間Ｔ２及びエンジン停止中デューティＤｓを、例えば不揮発性メモリ３３に格納する。

第２時間Ｔ２は、図６に示すように、ＩＧＳＷ２５がオフになっているエンジン停止中において、排気センサ３のヒータ７に通電する通電時間（図６における時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間）である。尚、図６及び以下の説明において「ヒータ制御デューティ」とは、ヒータ７に流す電流をデューティ制御する際のデューティであり、具体的には、トランジスタ３７をデューティ制御する際のデューティである。「デューティ」とは、詳しくは「デューティ比」のことである。このため、図６において、ヒータ制御デューティが０でない期間は、ヒータ７への通電を実施している期間である。

エンジン停止中デューティＤｓは、図６に示すように、エンジン停止中において、ヒータ７に第２時間Ｔ２だけ通電する際のヒータ制御デューティである。
そして、第２時間Ｔ２とエンジン停止中デューティＤｓは、図６に示すように、センサ温度が前述の結露発生温度から、それよりも低い所定温度（この例ではエンジン停止時の外気温）まで下がる際の低下傾きが、緩やかな所定値となるように決定される。換言すれば、第２時間Ｔ２とエンジン停止中デューティＤｓは、センサ温度が結露発生温度から上記所定温度まで下がる時間が、一定となるように決定される。尚、図６では、センサ温度が結露発生温度から外気温まで下がる時間と、第２時間Ｔ２とが、同じのように図示しているが、必ずしもそうではない。

例えば、ＲＯＭ１８には、第２時間Ｔ２とエンジン停止中デューティＤｓとからなる通電実施情報を算出するための通電実施情報算出用マップが記憶されている。その通電実施情報算出用マップは、エンジン停止時の外気温と、第２時間Ｔ２及びエンジン停止中デューティＤｓとの関係を表すデータマップであり、実験結果または理論計算に基づいて設定されている。そして、マイコン１１は、Ｓ１２０では、通電実施情報算出用マップから、現在の外気温に対応する第２時間Ｔ２とエンジン停止中デューティＤｓとを、例えば補間演算等によって算出する。また、通電実施情報算出用マップの特性としては、例えば、外気温が高いほど、第２時間Ｔ２が小さい値に算出され、エンジン停止中デューティＤｓも小さい値に算出されるようになっている。

尚、第２時間Ｔ２とエンジン停止中デューティＤｓとを算出するための情報としては、外気温だけでなく、他の情報を加えても良い。例えば、前述したようにエンジンの冷却水温がセンサ温度に影響するのであれば、マイコン１１はエンジン停止時の冷却水温も用いて第２時間Ｔ２及びエンジン停止中デューティＤｓを算出するように構成しても良い。その場合、例えば、通電実施情報算出用マップを、エンジン停止時の外気温及び冷却水温と、第２時間Ｔ２及びエンジン停止中デューティＤｓとの関係を表すデータマップにしておく。そして、マイコン１１は、その通電実施情報算出用マップから、現在の外気温及び冷却水温に対応する第２時間Ｔ２及びエンジン停止中デューティＤｓを、補間演算等によって算出すれば良い。

図２の説明に戻る。マイコン１１は、次のＳ１３０にて、エンジン停止中にヒータ７への通電を実施することに関して、バッテリ２１の電力が足りるか否かを判定する。
具体的には、マイコン１１は、ヒータ７への通電を、Ｓ１２０で算出したエンジン停止中デューティＤｓで、且つ、Ｓ１２０で算出した第２時間Ｔ２だけ、実施するのに必要な電力量Ｗ１を算出する。尚、電力量Ｗ１は、例えば、ＲＯＭ１８内に用意されたデータマップあるいは計算式に基づいて算出されるように構成することができる。更に、マイコン１１は、その算出した電力量Ｗ１と、スタータによってエンジンを始動させるのに必要な電力量Ｗ２とを、加算した合計電力量Ｗ３を算出する。尚、合計電力量Ｗ３は所定のマージン分だけ大きく算出される。そして、マイコン１１は、現在バッテリ２１に蓄積されている電力量Ｗ４を、例えば、バッテリ２１の充放電収支を管理している他のＥＣＵから取得し、「Ｗ４≧Ｗ３」であるか否かを判定する。つまり、マイコン１１は、合計電力量Ｗ３がバッテリ２１に蓄積されている否かを判定する。そして、マイコン１１は、「Ｗ４≧Ｗ３」であって、バッテリ２１に合計電力量Ｗ３が蓄積されていれば、バッテリ２１の電力が足りると判定して、Ｓ１４０に進む。

マイコン１１は、Ｓ１４０では、Ｓ１１０で算出した第１時間Ｔ１をソークタイマ１３にセットして、ソークタイマ１３をスタートさせる。具体的には、マイコン１１は、ソークタイマ１３のレジスタ２９に、タイマ値として、Ｓ１１０で算出した第１時間Ｔ１に相当する値（即ち「Ｔ１／Ｔｃ」）を書き込む。そして、マイコン１１は、ソークタイマ１３に指令を与えることにより、ソークタイムのリセットと、電源起動信号Ｓｉ２のリセットと、カウンタ２８のカウント動作のスタートとを行う。尚、ソークタイムと電源起動信号Ｓｉ２のリセットが、ＩＧＳＷ２５のオン中に行われているのであれば、Ｓ１４０では、カウンタ２８のカウント動作のスタートだけを行えば良い。

そして、マイコン１１は、次のＳ１５０にて、ＩＧＳＷ２５のオフ後に実施すべきシャットダウン処理を行う。シャットダウン処理としては、例えば、保存が必要な所定のデータを不揮発性メモリ３３に退避させるデータ退避処理等があるが、マイコン１１は、そのシャットダウン処理における最後で、電源保持信号Ｓｈをハイからローにする。すると、メインリレー２３がオフして、マイコン１１は動作を停止することなる。尚、Ｓ１２０で算出した第２時間Ｔ２及びエンジン停止中デューティＤｓは、シャットダウン処理の一部をなす上記データ退避処理によって不揮発性メモリ３３に格納しても良い。

ここで、マイコン１１が上記Ｓ１４０でソークタイマ１３をスタートさせると、ソークタイマ１３では、図３に示すように、カウンタ２８がカウントアップする（Ｓ２１０）。そして、上記Ｓ１１０で算出された第１時間Ｔ１が経過すると（Ｓ２２０：ＹＥＳ）、カウンタ２８のカウント値（ソークタイム）がレジスタ２９内のタイマ値と一致して、ソークタイマ１３は電源起動信号Ｓｉ２をハイにする（Ｓ２３０）。すると、ＩＧＳＷ２５がオフ中であっても、メインリレー２３がオンして、マイコン１１が起動することとなる。

一方、マイコン１１は、図２のＳ１３０にて、バッテリ２１の電力が足りないと判定した場合（即ち「Ｗ４＜Ｗ３」であり、合計電力量Ｗ３がバッテリ２１に蓄積されていないと判定した場合）には、Ｓ１４０の処理を行うことなく、Ｓ１５０に進む。この場合には、ＩＧＳＷ２５のオフ中において、ソークタイマ１３からの電源起動信号Ｓｉ２がハイにならない。よって、マイコン１１は、ＩＧＳＷ２５が次にオンされるまで起動しない。

次に、マイコン１１が、ＩＧＳＷ２５のオフ中において、ソークタイマ１３によって起動した場合に行うエンジン停止中処理について、図４を用い説明する。尚、マイコン１１は、起動した直後に、ＩＧＳＷ信号Ｓｉ１あるいは電源起動信号Ｓｉ２を参照して、今回の起動要因を判定する。そして、マイコン１１は、例えばＩＧＳＷ信号Ｓｉ１がローであれば、ソークタイマ１３によって起動したと判定して、図４のエンジン停止中処理を実行する。

図４に示すように、マイコン１１は、エンジン停止中処理を開始すると、Ｓ３１０にて、不揮発性メモリ３３から、図２のＳ１２０で算出した第２時間Ｔ２とエンジン停止中デューティＤｓとを読み出す。そして、その読み出したエンジン停止中デューティＤｓでのヒータ７への通電を開始する。つまり、ヒータ制御デューティを、エンジン停止中デューティＤｓに設定して、ヒータ７への通電を開始する。

マイコン１１は、次のＳ３２０にて、上記Ｓ３１０で読み出した第２時間Ｔ２が経過するまで待ち、第２時間Ｔ２が経過したと判定すると（Ｓ３２０：ＹＥＳ）、Ｓ３３０に進み、ヒータ７への通電を停止する。

マイコン１１は、次のＳ３４０にて、エンジン停止中にヒータ７への通電を実施したことを示すヒータ通電履歴を、例えば不揮発性メモリ３３に書き込む。
そして、マイコン１１は、次のＳ３５０にて、ソークタイマ１３に指令を与えて、電源起動信号Ｓｉ２のリセットを行うことにより、メインリレー２３をオフさせる。すると、マイコン１１は動作を停止することとなる。尚、マイコン１１がソークタイマ１３によって起動した場合にも、電源保持信号Ｓｈをハイにするのであれば、マイコン１１は、Ｓ３５０にて、メインリレー２３をオフさせるために、電源保持信号Ｓｈをハイからローにする処理も行えば良い。

次に、マイコン１１が行うエンジン始動時処理について、図５を用い説明する。
マイコン１１は、起動した後、今回の起動要因がＩＧＳＷ２５のオンであると判定した場合には、図５のエンジン始動時処理を実行する。図５のエンジン始動時処理は、エンジンが始動される毎に実行され、この例では、スタータへの通電が開始されると実行される。また例えば、図５のエンジン始動時処理は、ＩＧＳＷ２５のオンによってマイコン１１が起動した直後に実行されるようになっていても良い。

図５に示すように、マイコン１１は、エンジン始動時処理を開始すると、Ｓ４１０にて、不揮発性メモリ３３にヒータ通電履歴が記憶されているか否かを判定し、ヒータ通電履歴が記憶されていれば、検知素子５に結露は生じていないと判断して、Ｓ４２０に進む。そして、マイコン１１は、Ｓ４２０では、ヒータ制御ディレイ時間Ｔｄを０に設定すると共に、不揮発性メモリ３３内のヒータ通電履歴を消去し、その後、Ｓ４４０に進む。

また、マイコン１１は、上記Ｓ４１０にて、ヒータ通電履歴が記憶されていないと判定した場合には、検知素子５に結露が生じている可能性があると判断して、Ｓ４３０に進む。そして、マイコン１１は、Ｓ４３０では、ヒータ制御ディレイ時間Ｔｄを、０よりも大きい所定時間Ｔｘに設定し、その後、Ｓ４４０に進む。

マイコン１１は、Ｓ４４０では、現在設定されているヒータ制御ディレイ時間Ｔｄだけ待ち、そのヒータ制御ディレイ時間Ｔｄが経過したならば、ヒータ７に通電する制御として、通常のヒータ制御を開始する。そして、その後、当該エンジン始動時処理を終了する。

通常のヒータ制御とは、センサ温度を活性温度以上に上昇させると共に、センサ温度を活性温度以上の目標温度（例えば７５０℃）に維持するためのヒータ制御である。例えば、通常のヒータ制御では、ヒータ７への通電開始時から所定の時間はヒータ制御デューティを１００％あるいは１００％に近い値にして、センサ温度を活性温度以上に迅速に上昇させる。そして、その後は、検知素子５のインピーダンスの検出結果から算出されるセンサ温度が目標温度となるように、ヒータ制御デューティを調節する。

また、上記Ｓ４３０にて、ヒータ制御ディレイ時間Ｔｄとして設定する所定時間Ｔｘは、例えば、検知素子５に付着している結露による水滴が、ヒータ７への通電を実施しなくても、エンジンの排気温度によって蒸発すると推定される時間である。そして、その所定時間Ｔｘは、固定値でも良いし、例えば、エンジン始動時におけるセンサ温度及び結露状態等の推定結果に基づいて設定されても良い。

以上のようなＥＣＵ１では、ＩＧＳＷ２５がオフしてエンジンが停止すると、マイコン１１は、センサ温度が結露発生温度まで下がるのに要する時間である第１時間Ｔ１を推定する。そして、マイコン１１は、ソークタイマ１３のレジスタ２９に、タイマ値として、第１時間Ｔ１に相当する値（Ｔ１／Ｔｃ）を書き込み、ソークタイマ１３をスタートさせた後、メインリレー２３をオフして自身の動作を停止する。

このため、図６に示すように、エンジンの停止時（時刻ｔ１）から第１時間Ｔ１が経過した時刻ｔ２になると、ソークタイムがタイマ値（Ｔ１／Ｔｃ）と一致して、マイコン１１が起動する。そして、マイコン１１は、図４のエンジン停止中処理を行うことにより、ヒータ７に対する通電を、図２のＳ１２０で算出した第２時間Ｔ２だけ実施する。また、マイコン１１は、その第２時間Ｔ２の通電では、ヒータ制御デューティを、図２のＳ１２０で算出したエンジン停止中デューティＤｓとする。

このように、エンジンが停止してから第１時間Ｔ１が経過すると、ヒータ７への通電が第２時間Ｔ２だけ実施される。そして、このようなヒータ７への通電により、エンジンの停止中においてセンサ温度が結露発生温度から低下する傾きが緩やかとなり、検知素子５に結露が生じることが防止される。

その後、図６の時刻ｔ４でＩＧＳＷ２５が再びオンされ、時刻ｔ５でエンジンの始動が開始されたとすると、マイコン１１は、図５のエンジン始動時処理を実行する。そして、マイコン１１は、エンジン停止中にヒータ７に通電したことを、前述のヒータ通電履歴によって確認した場合には、ヒータ制御ディレイ時間Ｔｄを０に設定することにより、通常のヒータ制御を即座に開始する（Ｓ４１０：ＹＥＳ→Ｓ４２０→Ｓ４４０）。つまり、マイコン１１は、前述の通り、エンジン停止中に第２時間Ｔ２だけヒータ７への通電を実施することで、検知素子５での結露を防止する。このため、次のエンジン始動時には、検知素子５に結露による水滴が付着していることを考慮することなく、即座に通常のヒータ制御を開始することができる。尚、図６の例では、マイコン１１は、図５のエンジン始動時処理のなかで、ソークタイムのリセットを行っている。

よって、ＥＣＵ１によれば、エンジン始動時において、検知素子５を早期に活性化させることができ、延いては、排気センサ３を用いた空燃比フィードバック制御を早期に開始することができるようになる。

比較例として、図６における点線の波形で示すように、エンジン停止中にヒータ７への通電を実施しない構成では、エンジン始動時において、検知素子５に結露による水滴が付着している可能性がある。このため、エンジン始動時（時刻ｔ５）から、検知素子５に付着している水滴が蒸発すると推定される時間が経過した時刻ｔ６になると、通常のヒータ制御を開始することとなる。よって、この比較例では、検知素子５の温度を活性温度以上にすることが遅れ、その結果、空燃比フィードバック制御の開始が遅れて、エミッションや燃費の悪化という不具合を招く。これに対して、本実施形態のＥＣＵ１によれば、そのような不具合を防止することができる。

また、ＥＣＵ１において、マイコン１１は、エンジンが停止してもヒータ７への通電を継続するのではなく、エンジンが停止してから第１時間Ｔ１が経過したときにヒータ７への通電を実施するため、結露防止のために使用する電力を非常に小さく抑えることができる。

また、マイコン１１は、精度良く検出可能なエンジン停止時のセンサ温度及び外気温に基づいて、第１時間Ｔ１を推定するため、その第１時間Ｔ１を精度良く推定することができる。推定精度が低いエンジン始動時のセンサ温度を用いて結露対策を行う技術と比較すると、制御精度が高く非常に有利である。

また、マイコン１１は、第２時間Ｔ２とエンジン停止中デューティＤｓとを、エンジン停止時における外気温に基づいて算出するため、その第２時間Ｔ２とエンジン停止中デューティＤｓとを、最適な値に可変設定することができる。最適な値とは、検知素子５に結露が生じることを、できるだけ少ない電力で防止できる値、ということである。

また、マイコン１１は、図２のエンジン停止時処理におけるＳ１３０では、エンジンが停止したときにバッテリ２１に蓄積されている電力量Ｗ４に基づいて、ソークタイマ１３を機能させるか否か、即ち、エンジン停止中にヒータ７への通電を実施するか否かを決定している。このため、バッテリ２１の電力量が不足してエンジンの再始動ができなくなることを防止することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得る。また、前述の数値も一例であり他の値でも良い。
例えば、第２時間Ｔ２とエンジン停止中デューティＤｓとの、一方または両方を、固定値にしても良い。また例えば、エンジン停止中デューティＤｓを、ヒータ７への通電実施期間中（つまり第２時間Ｔ２の間）に、変化させるように構成しても良い。また、上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言によって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。また、上述したＥＣＵの他、当該ＥＣＵを構成要素とするシステム、当該ＥＣＵとしてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、排気センサのヒータ制御方法など、種々の形態で本発明を実現することもできる。

１…ＥＣＵ、３…排気センサ、５…ヒータ、７…検知素子、１１…マイコン、Ｔ１…第１時間、Ｔ２…第２時間

Claims (6)

1. エンジンの排気管に設けられた排気センサ（３）が備える検知素子（５）を加熱するための、ヒータ（７）への通電を制御する、排気センサ用ヒータ制御装置（１）であって、
   前記エンジンが停止すると、前記検知素子の温度であるセンサ温度が、前記検知素子に結露が発生する可能性がある所定の結露発生温度まで下がるのに要する時間（Ｔ１）を推定する推定手段（１１，Ｓ１１０）と、
   前記エンジンが停止してから、前記推定手段により推定された前記時間が経過すると、前記ヒータに対する通電を所定の通電時間（Ｔ２）だけ実施するエンジン停止中通電手段（１１，Ｓ３１０〜Ｓ３３０）と、
   を備えること、を特徴とする排気センサ用ヒータ制御装置。
2. 請求項１に記載の排気センサ用ヒータ制御装置において、
   前記推定手段は、前記エンジンの停止時における前記センサ温度及び外気温に基づいて、前記時間を推定すること、
   を特徴とする排気センサ用ヒータ制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の排気センサ用ヒータ制御装置において、
   前記エンジンが停止すると、前記通電時間を前記エンジンの停止時における外気温に基づいて算出する算出手段（１１，Ｓ１２０）を備え、
   前記エンジン停止中通電手段は、前記ヒータに対する通電を、前記算出手段により算出された通電時間だけ実施すること、
   を特徴とする排気センサ用ヒータ制御装置。
4. 請求項３に記載の排気センサ用ヒータ制御装置において、
   前記算出手段は、前記エンジン停止中通電手段が前記ヒータに通電する際のデューティ比も、前記外気温に基づいて算出し、
   前記エンジン停止中通電手段は、前記ヒータに対する通電を、前記算出手段により算出されたデューティ比で前記通電時間だけ実施すること、
   を特徴とする排気センサ用ヒータ制御装置。
5. 請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の排気センサ用ヒータ制御装置において、
   前記ヒータに対する通電の電力源は、前記エンジンが搭載された車両のバッテリ（２１）であり、
   当該排気センサ用ヒータ制御装置は、
   前記エンジンが停止したときに前記バッテリに蓄積されている電力量に基づいて、前記エンジン停止中通電手段を作動させるか否かを決定する通電可否決定手段（１１，Ｓ１３０）、を備えること、
   を特徴とする排気センサ用ヒータ制御装置。
6. 請求項５に記載の排気センサ用ヒータ制御装置において、
   前記通電可否決定手段は、前記エンジン停止中通電手段が前記ヒータに対する通電を前記通電時間だけ実施するのに必要な電力量と、前記エンジンを始動させるのに必要な電力量との、合計の電力量が、前記バッテリに蓄積されている否かを判定し、前記合計の電力量が前記バッテリに蓄積されていないと判定した場合には、前記エンジン停止中通電手段を作動させないこと、
   を特徴とする排気センサ用ヒータ制御装置。

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