WO2012165019A1 - 酸素濃度センサのヒータ制御装置 - Google Patents

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竹田　恵一
賢 野口
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Definitions

  • the present invention relates to a heater control device for an oxygen concentration sensor, which is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and performs heater control of an oxygen concentration sensor having a heater for heating a sensor element.
  • the present invention relates to a heater control device for an oxygen concentration sensor provided in an exhaust passage of an internal combustion engine capable of performing idle stop control.
  • an oxygen concentration sensor for detecting an oxygen concentration and an excess air ratio (lambda value) with respect to a theoretical air-fuel ratio.
  • Information detected by the oxygen concentration sensor is used, for example, for correction of variation in fuel injection amount, correction of variation in EGR amount (exhaust circulation amount), abnormality diagnosis of the exhaust purification device, and the like.
  • a sensor having a sensor element made of a solid electrolyte such as zirconia and a heater for maintaining the sensor element at a predetermined activation temperature is used.
  • Such an oxygen concentration sensor can output a sensor signal according to the oxygen concentration in the exhaust gas when the sensor element is heated by a heater and the sensor element is at an activation temperature or higher.
  • the water vapor contained in the exhaust is condensed into water droplets.
  • the sensor element is heated to about 800 degrees by the heater.
  • the heater is operated after determining that all the condensed water in the exhaust pipe has evaporated.
  • the ECU calculates heat quantity data corresponding to the heat balance in the vicinity of the sensor installation site of the exhaust pipe after starting the internal combustion engine based on the operating state of the internal combustion engine and the vehicle, and based on the heat quantity data, Has been disclosed, and a heater control device for a gas sensor is disclosed in which the energization state of the heater is controlled based on the result of the drying determination (see, for example, Patent Document 1).
  • control for automatically stopping the internal combustion engine during a temporary stop of the vehicle (hereinafter referred to as such control) for the purpose of reducing noise and exhaust emission during idling. "Idle stop control”) is being put into practical use.
  • the inventors of the present invention consider the effects of heat dissipation without resetting the calculated integrated heat value and energization start threshold even when the internal combustion engine is automatically stopped by idle stop control.
  • the present invention has been completed by finding that such a problem can be solved by correcting the heat amount integrated value and the energization start threshold value. That is, the present invention provides a heater control device for an oxygen concentration sensor capable of starting energization of a heater at an appropriate time even when the internal combustion engine is automatically stopped by idle stop control after cold start. The purpose is to do.
  • a sensor element that is provided in an exhaust pipe of an internal combustion engine capable of executing an idle stop control for automatically stopping the internal combustion engine during a temporary stop of the vehicle, detects an oxygen concentration in the exhaust, and the sensor element
  • the heater controller for the oxygen concentration sensor that controls energization to the heater in the oxygen concentration sensor that has the heater to be heated, a model temperature calculation unit that calculates the model temperature around the oxygen concentration sensor, and the oxygen concentration sensor
  • a heat amount integration unit that calculates the integrated heat amount by integrating the heat amount passing through the installation position; an energization instruction unit that starts energization of the heater when the integrated heat amount reaches a predetermined energization start threshold; and the internal combustion engine
  • the accumulated heat amount and the energization start threshold value are reset when the engine is stopped or started, while the internal combustion engine is automatically controlled by the idle stop control.
  • the integrated heat amount or the energization start threshold value is determined in consideration of the influence of heat release during the automatic stop of the internal combustion engine by the idle stop control, and a reset unit that does not reset the accumulated heat amount and the energization start threshold value at the time of stopping and restarting.
  • An oxygen concentration sensor heater control device comprising a correction unit for correction is provided, and the above-described problems can be solved.
  • the oxygen concentration sensor heater control device has the effect of heat radiation without resetting the integrated heat amount or the energization start threshold at the position where the oxygen concentration sensor is installed when the internal combustion engine is automatically stopped by the idle stop control.
  • the integrated heat amount or the energization start threshold value is corrected. Therefore, even if the internal combustion engine is automatically stopped by the idle stop control after the internal combustion engine is started, it is possible to start energization of the heater at an appropriate time. Therefore, it is possible to prevent element breakage of the oxygen concentration sensor and to prevent delay in starting control using the sensor value of the oxygen concentration sensor.
  • the calorific value integrating unit starts accumulating the calorific value when the model temperature reaches a predetermined integration start threshold value.
  • the integrated heat quantity from the time when the generated condensed water starts to evaporate is calculated, and it is possible to accurately estimate the time when the condensed water runs out.
  • the model temperature calculation unit calculates the model temperature based on a heat balance at the installation position of the oxygen concentration sensor, and sets the integration start threshold value in advance as a disturbance. It is preferable to set in consideration of a temperature drop due to the influence of the above.
  • the correction unit may be configured such that an assumed temperature at an installation position of the oxygen concentration sensor during the automatic stop of the internal combustion engine by the idle stop control is an idle state of the internal combustion engine. It is preferable to perform the correction in consideration of the effect of heat dissipation during a period below the assumed temperature.
  • the correction is performed in a state where the influence of heat dissipation exceeds the influence of the disturbance that is considered in advance when setting the integrated start threshold. It is possible to appropriately determine the energization start time to the heater.
  • the correction unit may radiate heat during a period after the model temperature falls below a predetermined correction threshold after the internal stop engine is automatically stopped by the idle stop control. It is preferable to perform the correction in consideration of the influence of the above.
  • the correction unit obtains a difference between an assumed temperature in the idle state of the internal combustion engine and an assumed temperature during the automatic stop of the internal combustion engine by the idle stop control. At the same time, it is preferable that the amount of heat corresponding to the difference is subtracted from the integrated heat amount or added to the energization start threshold.
  • the correction is performed in consideration of the influence of heat radiation excluding the influence of disturbance that is considered in advance when setting the accumulated start threshold. It is possible to more appropriately determine the energization start time to the heater.
  • the correction unit integrates the amount of heat corresponding to the difference during the automatic stop of the internal combustion engine by the idle stop control, and the restart is performed when the internal combustion engine is restarted. It is preferable to subtract the integrated value of the heat amount from the integrated heat amount or add it to the energization start threshold value.
  • the correction unit when the duration of the automatic stop becomes equal to or greater than a predetermined correction cancellation threshold during the automatic stop of the internal combustion engine by the idle stop control, or the model When the temperature falls below the integration start threshold value, the correction unit preferably stops calculating the correction amount and resets the correction amount already reflected.
  • the automatic engine stop time of the internal combustion engine becomes equal to or greater than the correction cancellation threshold or when the model temperature falls below the integration start threshold
  • the calculation of the correction amount is stopped and the correction already reflected
  • the ambient temperature at the position where the oxygen concentration sensor is installed is reduced by resetting the amount
  • the model temperature becomes equal to or higher than the integration start threshold, and then the integration of heat starts again.
  • the correction unit may be configured such that the corrected integrated heat amount falls below a predetermined lower limit value, or the corrected energization start threshold value is set to a predetermined upper limit value. When reaching, it is preferable to stop the subsequent correction.
  • “automatic stop of the internal combustion engine” or “restart of the internal combustion engine” means stop or start of the internal combustion engine by idle stop control.
  • stop of the internal combustion engine or “start of the internal combustion engine”
  • start of the internal combustion engine it means that the internal combustion engine is not stopped or started without the idle stop control.
  • FIG. 1 is a view for explaining the configuration of an exhaust system of an internal combustion engine provided with a heater control device for an oxygen concentration sensor.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the oxygen concentration sensor.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a configuration of an electronic control device as a heater control device of the oxygen concentration sensor.
  • FIG. 4 is a diagram showing a change in ambient temperature at the installation position of the oxygen concentration sensor.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing a change in the ambient temperature at the installation position of the oxygen concentration sensor.
  • FIG. 6 is a flowchart for explaining a main routine of the heater control method executed by the oxygen concentration sensor heater control apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a view for explaining the configuration of an exhaust system of an internal combustion engine provided with a heater control device for an oxygen concentration sensor.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the oxygen concentration sensor.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a configuration of an electronic control device as a heater control device
  • FIG. 7 is a flowchart for explaining the routine of the method for determining the start time of heat integration.
  • FIG. 8 is a flowchart for explaining the routine of the calculation method of the integrated heat quantity.
  • FIG. 9 is a flowchart for explaining the routine of the correction amount calculation method.
  • FIG. 10 is a time chart for explaining the heater control method.
  • an internal combustion engine 1 is typically a diesel engine, and includes a plurality of fuel injection valves 5 and an exhaust pipe 3 through which exhaust gas is circulated.
  • the fuel injection valve 5 is energized and controlled by the electronic control unit 30.
  • the electronic control unit 30 calculates the fuel injection amount based on the engine speed, the accelerator operation amount, and other information, and calculates the calculated fuel.
  • the energization timing and energization time of the fuel injection valve 5 are obtained based on the injection amount, and the energization control of the fuel injection valve 5 is executed.
  • An exhaust pipe 3 connected to the internal combustion engine 1 is provided with an exhaust purification member 11.
  • the exhaust purification member 11 is a catalyst or a filter used for purifying exhaust discharged from the internal combustion engine 1, and the exhaust pipe 3 includes one or more catalysts or filters as the exhaust purification member 11. .
  • the exhaust purification member 11 is typically exemplified by an oxidation catalyst, a particulate filter, and a NO x catalyst, but is not particularly limited.
  • an oxygen concentration sensor 20 is provided on the upstream side of the exhaust purification member 11.
  • the sensor signal of the oxygen concentration sensor 20 is input to the electronic control device 30.
  • the relationship between the installation position of the oxygen concentration sensor 20 and the installation position of the exhaust purification member 11 is not particularly limited, and the oxygen concentration sensor 20 may be provided on the downstream side of the exhaust purification member 11, or a plurality of oxygen concentration sensors 20 may be provided.
  • An oxygen concentration sensor 20 may be provided between the catalyst and the filter.
  • FIG. 2 schematically shows the configuration of the oxygen concentration sensor 20.
  • the oxygen concentration sensor 20 has a sensor element 25 including a first electrode 21, a second electrode 22, a protective layer 23, and a solid electrolyte layer 24.
  • the solid electrolyte layer 24 is disposed between the first electrode 21 and the second electrode 22.
  • the first electrode 21 is covered with a protective layer 23, and the protective layer 23 is exposed to exhaust gas in the exhaust pipe 3.
  • the second electrode 22 is disposed in the reference gas chamber 27.
  • a heater 26 is provided in the solid electrolyte body 28 located on the opposite side of the solid electrolyte layer 24 with the reference gas chamber 27 interposed therebetween.
  • the heater 26 is configured as a heating resistor that generates heat when energized, and energization control is performed by the electronic control unit 30. Since the sensor element 25 is activated in a state where the temperature is equal to or higher than a predetermined temperature and the oxygen concentration can be detected, the sensor element 25 is heated by energizing the heater 26 when the internal combustion engine 1 is started.
  • FIG. 3 shows a part related to heater control of the oxygen concentration sensor 20 in the configuration of the electronic control unit 30 as a functional block.
  • This electronic control device 30 has a function as a heater control device of the oxygen concentration sensor.
  • the electronic control unit 30 is configured around a known microcomputer, and includes an ISS operation detection unit 31, a model temperature calculation unit 33, a heat amount integration unit 35, an energization instruction unit 37, and a reset unit 39.
  • the correction unit 41 is provided. Specifically, each of these means is realized by executing a program by a microcomputer.
  • the electronic control unit 30 is provided with a storage unit (not shown) composed of storage elements such as RAM and ROM, and a heater drive circuit 43 for energizing the heater 27 of the oxygen concentration sensor 20.
  • a storage unit (not shown) composed of storage elements such as RAM and ROM, and a heater drive circuit 43 for energizing the heater 27 of the oxygen concentration sensor 20.
  • a control program and various calculation maps are stored in advance, and calculation results and the like by the above-described units are written.
  • the ISS operation detector 31 is configured to detect an automatic stop state of the internal combustion engine 1 by idle stop control. Specifically, a period from when the idle stop condition is satisfied to when the restart condition is satisfied is detected as an automatic stop state of the internal combustion engine 1.
  • the model temperature calculation unit 33 is configured to calculate the model temperature Tmdl around the installation position of the oxygen concentration sensor 20. Specifically, the model temperature calculation unit 33 estimates the increase / decrease in the ambient temperature based on the heat balance around the installation position of the oxygen concentration sensor 20 based on the initial temperature T0 when the internal combustion engine 1 is started, and the model temperature Tmdl. It is comprised so that may be calculated.
  • the ambient temperature can be, for example, the wall temperature of the exhaust pipe 3 at the installation position of the oxygen concentration sensor 20.
  • the initial temperature T0 can be a temperature detected by a temperature sensor provided in the intake system or the exhaust system of the internal combustion engine 1, but is also related to the ambient temperature at the installation position of the oxygen concentration sensor 20. Various methods such as setting the initial temperature T0 using information can be employed.
  • the heat amount integrating unit 35 integrates the heat amount H that passes through the installation position of the oxygen concentration sensor 20 when the model temperature Tmdl is equal to or higher than the integration start threshold value Tmdl_thre, and the integrated heat amount ⁇ H Is calculated. Specifically, the heat amount integrating unit 35 determines whether or not the model temperature Tmdl calculated by the model temperature calculating unit 33 is equal to or higher than the integration start threshold Tmdl_thre, and when the model temperature Tmdl is equal to or higher than the integration start threshold Tmdl_thre. In addition, the integration of the heat quantity H is started.
  • the integration start threshold value Tmdl_thre is used to determine whether or not the ambient temperature at the installation position of the oxygen concentration sensor 20 has reached a temperature at which condensed water can evaporate. It can be set to an optimum value according to the aspect of the above.
  • the relationship between the initial temperature T0 and the reference temperature (dew point temperature) at which the generated condensed water can evaporate is obtained in advance by experiments and the model temperature.
  • An accumulation start threshold value Tmdl_thre is added by adding an amount of temperature decrease due to the influence of disturbance that cannot be reproduced by the calculation of Tmdl. That is, in the electronic control unit 30 according to the first embodiment, the influence on the ambient temperature at the installation position of the oxygen concentration sensor 20 due to a disturbance such as wind is not integrated into the calculation of the model temperature Tmdl, but is integrated in advance.
  • the value is incorporated into the start threshold value Tmdl_thre.
  • the integration start threshold value Tmdl_thre may be a fixed value or a value that varies depending on the operating conditions of the internal combustion engine 1, environmental conditions around the exhaust system, and the like.
  • the energization instruction unit 37 When the integrated heat amount ⁇ H calculated by the heat amount integrating unit 35 reaches a predetermined energization start threshold value ⁇ H_thre, the energization instruction unit 37 turns on the heater release status and supplies the heater 27 provided in the oxygen concentration sensor 20 to the heater 27. An instruction signal is output to the heater drive circuit 43 so as to be energized.
  • the energization start threshold value ⁇ H_thre is set such that when the internal combustion engine 1 is not automatically stopped by the idle stop control, the evaporation of all the condensed water is completed after the condensed water starts to evaporate. As a value corresponding to the total amount of heat required for the process, an optimum value can be set in advance through experiments or the like.
  • the reset unit 39 is configured to temporarily reset the model temperature Tmdl, integrated heat amount ⁇ H, and energization start threshold ⁇ H_thre stored in the storage unit when the ignition switch is turned on.
  • the model temperature Tmdl, the integrated heat amount ⁇ H, and the energization start threshold ⁇ H_thre are set so as not to be reset when the internal combustion engine 1 is automatically restarted after the idle stop control.
  • the correction unit 41 is configured to correct the energization start threshold ⁇ H_thre in consideration of the influence of heat dissipation during the automatic stop of the internal combustion engine 1 by the idle stop control. That is, the electronic control unit 30 according to the first embodiment resets the model temperature Tmdl, the integrated heat amount ⁇ H, and the energization start threshold ⁇ H_thre when the internal combustion engine 1 is automatically stopped and restarted by the idle stop control. Instead, by considering the influence of heat dissipation during the automatic stop, the energization start threshold value ⁇ H_thre is corrected so that energization to the heater 27 of the oxygen concentration sensor 20 can be started at an appropriate time.
  • the storage unit of the electronic control unit 30 according to the first embodiment stores the idle temperature according to the ambient temperature and the ambient temperature at the installation position of the oxygen concentration sensor 20 when the internal combustion engine 1 is in an idle state or a stopped state. Information obtained by experiments or the like in advance is stored for changes in ambient temperature in the state and changes in ambient temperature when the internal combustion engine 1 is stopped.
  • FIGS. 4A to 4C show examples of changes in the ambient temperature at the position where the oxygen concentration sensor 20 is installed when the outside air temperatures are 25 ° C., 0 ° C. and ⁇ 25 ° C., respectively.
  • the temperature decrease amount in the idle state is the temperature decrease amount in the stopped state. It has exceeded. This is because the ambient temperature is forcibly cooled by the low temperature exhaust.
  • the temperature decrease amount in the stopped state exceeds the temperature decrease amount in the idle state. This is because in the state where the ambient temperature is lowered to some extent, the influence of heat radiation due to the outside air temperature lower than the exhaust temperature in the idle state becomes large.
  • the correction unit 41 of the electronic control device 30 uses the temperature at the time when the assumed temperature in the idle state and the assumed temperature in the stopped state coincide with each other as a required correction threshold, thus, after the internal combustion engine 1 is automatically stopped, the energization start threshold ⁇ H_thre is corrected in consideration of the effect of heat dissipation during the period after the model temperature Tmdl falls below the correction threshold required.
  • the correction unit 41 refers to the information on the temperature decrease exemplified in FIGS. 4A to 4C and automatically stops.
  • the difference between the assumed temperature in the idle state and the assumed temperature in the stopped state is obtained according to the elapsed time from the time, and the difference between the temperatures is converted into the amount of heat.
  • the elapsed time after becoming less than the correction threshold value may be used.
  • amendment part 41 continues integrating
  • FIG. 5 schematically shows a change in the ambient temperature at the installation position of the oxygen concentration sensor 20 after the internal combustion engine 1 enters an idle state or a stopped state.
  • the internal combustion engine 1 is in an idle state or a stopped state at the time t1, and each state is released at the time t2.
  • the ambient temperature has once decreased in the idle state.
  • the integration start threshold value Tmdl_thre is set. It is considered as the influence of disturbance when doing. That is, it is not necessary to correct the energization start threshold ⁇ H_thre unless the internal combustion engine 1 is automatically stopped by the idle stop control.
  • the correction unit 41 of the electronic control unit 30 considers the amount of heat ( ⁇ shaded area B) that is further lost due to the amount of temperature decrease that is not considered as an influence of disturbance, and the energization start threshold ⁇ H_thre. Correct.
  • FIGS. 6 to 9 are flowcharts of heater control executed by the electronic control unit 30 according to the first embodiment.
  • the heater control routine is always executed when the internal combustion engine 1 is started.
  • step S1 when the ignition switch is turned on in step S1, the model temperature Tmdl, the integrated heat amount ⁇ H, and the energization start threshold ⁇ H_thre stored in the storage unit are reset in step S2.
  • step S3 it is determined whether or not to start the heat integration.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an example of a method for determining whether or not to start heat integration.
  • an initial temperature T0 is set based on sensor information such as an intake air temperature sensor and an exhaust gas temperature sensor.
  • a model temperature Tmdl around the installation position of the oxygen concentration sensor 20 is calculated. Is done.
  • the model temperature Tmdl can be calculated, for example, by converting the heat balance between the amount of heat received and the amount of heat released at the installation position of the oxygen concentration sensor 20 into a temperature change amount and adding it to the initial temperature T0.
  • the amount of heat received is calculated from information such as the exhaust temperature, engine speed, and fuel injection amount, and the amount of heat released from information such as the outside air temperature and vehicle speed.
  • the amount of change in temperature per unit cycle is determined by converting the effective amount of heat obtained by subtracting the amount of heat release from the amount of heat received into the amount of change in temperature.
  • the model temperature Tmdl is calculated by adding the temperature change amount to the initial temperature T0.
  • the calculation method of the model temperature Tmdl is not limited to this example.
  • step S23 When the model temperature Tmdl is calculated in step S22, it is then determined in step S23 whether or not the model temperature Tmdl has reached the integration start threshold value Tmdl_thre. In step S23, when the model temperature Tmdl is lower than the integration start threshold value Tmdl_thre (in the case of No), the process returns to step S22, and the calculation and determination of the model temperature Tmdl is repeated until the model temperature Tmdl becomes equal to or higher than the integration start threshold value Tmdl_thre. .
  • Step S23 the determination as to whether or not to start the heat integration is completed, and the process proceeds to Step S4, where the oxygen concentration sensor 20 is installed. Integration of the amount of heat passing through the position is started.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of a method for calculating the integrated heat quantity ⁇ H.
  • step S31 information such as the exhaust flow rate, the fuel injection amount, the exhaust temperature, and the engine speed is read.
  • information may be information detected using a sensor, or information estimated by calculation.
  • step S32 based on the information read in step S31, the amount of heat H that has passed through the installation position of the oxygen concentration sensor 20 in the current calculation cycle is calculated.
  • the passing heat amount H per unit period is calculated.
  • the integrated heat quantity ⁇ H is updated by adding the heat quantity H per unit time obtained in step S32 to the already stored integrated heat quantity ⁇ H, and then the process proceeds to step S5.
  • the specific heat of the exhaust can be set in advance.
  • step S5 it is determined whether or not the integrated heat quantity ⁇ H is equal to or greater than the energization start threshold value ⁇ H_thre.
  • the process proceeds to step S7, and it is determined whether or not the internal combustion engine 1 is in an automatic stop state by idle stop control.
  • the process returns to step S4, and the integration of the heat amount H and the comparison between the integrated heat amount ⁇ H and the energization start threshold ⁇ H_thre are repeated. .
  • step S7 when the internal combustion engine 1 is in the automatic stop state by the idle stop control in step S7 (in the case of Yes), the process proceeds to step S8, and the correction amount is calculated.
  • FIG. 9 is a flowchart showing an example of a correction amount calculation method.
  • step S41 it is determined whether or not the model temperature Tmdl around the installation position of the oxygen concentration sensor 20 is equal to or higher than the integration start threshold value Tmdl_thre.
  • the model temperature Tmdl is continuously calculated according to the procedure of steps S21 to S22 in FIG.
  • step S46 the amount of heat correction stored in the storage unit, The already corrected heat amount correction amount and integrated heat amount ⁇ H are reset, and the process proceeds to step S9.
  • the heat amount integration is not started until the model temperature Tmdl becomes equal to or higher than the integration start threshold value Tmdl_thre, as in the case of the stop of the internal combustion engine 1 not based on the idle stop control.
  • Step S41 when the model temperature Tmdl is equal to or higher than the integration start threshold value Tmdl_thre in Step S41 (in the case of Yes), the process proceeds to Step S42, and the duration of the automatic stop of the internal combustion engine 1 by the idle stop control is corrected and corrected. Whether it is less than or not is determined. If the duration is equal to or greater than the correction cancellation threshold (in the case of No), the ambient temperature at the installation position of the oxygen concentration sensor 20 is lowered and there is a high possibility that condensed water is generated. The amount of heat correction stored in the unit, the amount of heat correction already reflected and the integrated amount of heat ⁇ H are reset, and the process proceeds to step S9.
  • step S42 when the duration is less than the correction cancellation threshold value (in the case of Yes), the process proceeds to step S43, and it is determined whether or not the model temperature Tmdl is less than the correction threshold value. If the model temperature Tmdl is less than the correction threshold required (in the case of No), the calculation returns to step S9 without calculating the heat amount correction amount in the current calculation cycle.
  • step S44 the process proceeds to step S44, and the heat amount correction amount in the current calculation cycle is calculated.
  • step S45 the heat amount correction amount in the current operation cycle is added to the heat amount correction amount stored in the storage unit to update the heat amount correction amount. Is done.
  • Step S43 it is determined whether or not the model temperature Tmdl is less than the required correction threshold, using the temperature at which the estimated temperature in the idle state and the estimated temperature in the stopped state coincide with each other as a required correction threshold. Yes.
  • step S44 the temperature drop amount information exemplified in FIGS. 4A to 4C is referred to, and the assumed temperature and stop state in the idle state according to the elapsed time since the automatic stop is performed.
  • the difference between the temperature and the assumed temperature is calculated, and the temperature difference is converted into the amount of heat to obtain the amount of heat correction for the current calculation cycle.
  • the elapsed time after the model temperature Tmdl becomes less than the correction threshold value may be used instead of the elapsed time after the automatic stop.
  • step S45 the amount of heat correction is integrated.
  • the integrated value of the amount of heat correction obtained in step S45 is not taken into account when setting the energization start threshold ⁇ H_thre that occurs during the period from the automatic stop of the internal combustion engine 1 by the idle stop control to the current calculation cycle. This is the total amount of heat dissipation.
  • the process proceeds to step S9.
  • step S ⁇ b> 9 determines whether or not the restart condition of the internal combustion engine 1 is satisfied. Until the restart condition is satisfied, the calculation of the correction amount in step S8 and the determination of whether the restart condition is satisfied in step S9 are repeated.
  • step S9 When the restart condition is satisfied in step S9 (in the case of Yes), the process proceeds to step S10, the heat amount correction amount calculated during the current automatic stop, the correction amount already reflected in the energization start threshold value ⁇ H_thre. And it is discriminate
  • SIGMA integrated heat amount
  • step S11 the heat amount correction amount obtained in step S8 is added to the energization start threshold value ⁇ H_thre to update the energization start threshold value ⁇ H_thre.
  • the upper limit value is preferably set as the energization start threshold value ⁇ H_thre.
  • step S5 when the accumulated heat amount ⁇ H reaches the energization start threshold value ⁇ H_thre (in the case of Yes), it is estimated that all the condensed water has disappeared at the installation position of the oxygen concentration sensor 20, so that In S6, the heater release status is turned on, and energization of the heater 27 of the oxygen concentration sensor 20 is started, and then this routine is terminated.
  • FIG. 10 is a time chart showing transitions of the operating state of the internal combustion engine 1, the energized state of the heater 27, the model temperature, and the integrated heat quantity.
  • the electronic control unit 30 starts calculating the model temperature Tmdl from that time.
  • the model temperature Tmdl reaches the integration start threshold value Tmdl_thre at time t2
  • the electronic control unit 30 starts calculating the integrated heat quantity ⁇ H.
  • the electronic control unit 30 does not correct the integrated heat amount ⁇ H, but adds the heat release amount integrated during this time to the energization start threshold ⁇ H_thre at the time of the most start.
  • the electronic control unit 30 resumes the calculation of the integrated heat quantity ⁇ H. Thereafter, the energization start threshold ⁇ H_thre is similarly corrected during the period from t5 to t6 when the internal combustion engine 1 is automatically stopped by the idle stop control.
  • the electronic control unit 30 starts energizing the heater 27.
  • the heater control apparatus for the oxygen concentration sensor when the internal combustion engine 1 is automatically stopped by the idle stop control, the model temperature Tmdl and the integrated heat amount ⁇ H at the installation position of the oxygen concentration sensor 20 are The energization start threshold value ⁇ H_thre is corrected in consideration of the influence of heat dissipation without resetting the energization start threshold value ⁇ H_thre. Therefore, even when the automatic stop and restart of the internal combustion engine 1 by the idle stop control are repeated after the internal combustion engine 1 is started, it is possible to start energization of the heater 27 of the oxygen concentration sensor 20 at an appropriate time. Can be. Therefore, element cracking of the oxygen concentration sensor 20 can be prevented, and a delay in starting control using the sensor value of the oxygen concentration sensor 20 can be prevented.
  • the calorific value integrating unit 35 starts to accumulate the calorific value when the model temperature Tmdl reaches the integrating start threshold value Tmdl_thre. Accordingly, the integrated heat amount from the time when the generated condensed water starts to evaporate is calculated, and it is possible to accurately estimate the time when the condensed water is exhausted.
  • the model temperature calculation unit 33 calculates the model temperature Tmdl based on the heat balance at the installation position of the oxygen concentration sensor 20, and the integration start threshold value.
  • Tmdl_thre is set in advance in consideration of a temperature decrease due to the influence of disturbance. Therefore, the calculation start time of the integrated heat quantity can be determined in consideration of the influence of disturbance that is difficult to reproduce by the calculation of the model temperature Tmdl.
  • the correction unit 41 has an assumed temperature at the installation position of the oxygen concentration sensor 20 during the automatic stop of the internal combustion engine 1 by the idle stop control.
  • the correction is performed in consideration of the effect of heat radiation during the period below the assumed temperature in the idle state. Therefore, correction is performed in a state where the influence of heat dissipation that exceeds the influence of disturbance that is considered in advance when setting the integration start threshold value Tmdl_thre, and the start timing of energization of the heater 27 is appropriately determined. Can be made possible.
  • the correction unit 41 is a period after the model temperature Tmdl is less than the correction threshold value after the internal combustion engine 1 is automatically stopped by the idle stop control. Correction is made in consideration of the effect of heat dissipation. Therefore, it becomes possible to grasp the state in which the influence of heat dissipation that exceeds the influence of the disturbance considered in advance when setting the integration start threshold value Tmdl_thre is relatively accurate, and to start the correction, and to start energization of the heater 27 It is possible to appropriately determine the timing.
  • the correction unit 41 includes an assumed temperature in the idling state of the internal combustion engine 1 and an assumed temperature during the automatic stop of the internal combustion engine 1 by idle stop control. And the temperature difference is converted into an amount of heat and added to the energization start threshold ⁇ H_thre. Therefore, correction is performed in consideration of the influence of heat dissipation excluding the influence of disturbance that is considered in advance when setting the integration start threshold Tmdl_thre, and the energization start timing of the heater 27 is more appropriately determined. Can make it possible.
  • the correction unit 41 is configured to assume an assumed temperature in the idle state and an assumed temperature in the stopped state while the internal combustion engine 1 is automatically stopped by the idle stop control.
  • the amount of heat corresponding to the difference is integrated, and when the internal combustion engine 1 is restarted, the integrated value of the amount of heat is added to the energization start threshold ⁇ H_thre as the amount of heat correction. Therefore, it is possible to reduce the calculation load and the compatible load of the electronic control device 30 when the internal combustion engine 1 is automatically stopped.
  • the correction unit 41 stops the calculation of the correction amount and resets the correction amount already reflected. Therefore, when the ambient temperature at the installation position of the oxygen concentration sensor 20 is lowered and the condensed water is likely to be generated, after the next restart, after the model temperature Tmdl becomes equal to or higher than the integration start threshold value Tmdl_thre. Since the integration of the amount of heat is started and compared with the energization start threshold ⁇ H_thre, it is possible to reduce the load on the electronic control unit 30 while enabling energization of the heater at an appropriate time. it can.
  • the energization start timing is determined by deviating from the actual condensate generation state. It is possible to prevent a delay at the start of energization of the heater.
  • the oxygen concentration sensor heater control device is the same as the oxygen concentration sensor heater control device according to the first embodiment in the process up to the start of energization of the heater. It is configured. However, in the oxygen concentration sensor heater control device according to the second embodiment, the ambient temperature at the installation position of the oxygen concentration sensor during the automatic stop of the internal combustion engine by the idle stop control after the energization of the heater is once started. In consideration of the above, the heater is configured to be able to stop energization.
  • FIG. 11 is a flowchart for explaining the main routine of the heater control method executed by the oxygen concentration sensor heater control apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 12 is a flowchart showing a routine of the heater release continuation determination method. The heater control method executed by the heater control apparatus for the oxygen concentration sensor according to the second embodiment will be described below with reference to these flowcharts.
  • the configuration of the exhaust system can be the same as in the case of the first embodiment, so refer to FIGS. 1 and 2.
  • step S1 to step S11 are executed according to the same procedure as in the case of the heater control device according to the first embodiment.
  • the description starts from a state in which the heater release status is turned on in step S6 and the energization of the heater 27 is started.
  • step S51 When energization of the heater 27 is started in step S6, it is determined in step S51 whether or not the internal combustion engine 1 is in an automatic stop state by idle stop control. If the internal combustion engine 1 is not in the automatic stop state (in the case of No), the determination in step S51 is repeated until the internal combustion engine 1 is automatically stopped by the idle stop control.
  • step S52 a determination is made as to whether or not the heater release can be continued.
  • FIG. 12 is a flowchart showing an example of a heater release continuation determination method.
  • step S61 it is determined whether or not the model temperature Tmdl is equal to or higher than the integration start threshold value Tmdl_thr.
  • the model temperature Tmdl is continuously calculated according to the procedure from step S21 to step S22 in FIG.
  • the process proceeds to step S62, and this time, the duration of the automatic stop of the internal combustion engine 1 by the idle stop control becomes less than the correction cancellation threshold value. It is determined whether or not it exists.
  • step S63 If the duration is less than the correction cancellation threshold (in the case of Yes), there is no possibility that condensed water is generated at the position where the oxygen concentration sensor 20 is installed, so the process proceeds to step S63 and the heater 27 is energized. It determines with it being good, complete
  • step S61 when the model temperature Tmdl is less than the integration start threshold value Tmdl_thre in step S61 (in the case of No), or in step S62, the duration of the automatic stop of the internal combustion engine 1 is equal to or greater than the correction cancellation threshold value.
  • the ambient temperature at the installation position of the oxygen concentration sensor 20 may be reduced to generate condensed water. Therefore, the process proceeds to step S64 and it is determined that the energization of the heater 27 cannot be continued. Then, the heater release continuation determination is terminated, and the process proceeds to step S53. At this time, the heater release status is turned off, and the heat amount correction amount and the currently set energization start threshold ⁇ H_thre are also reset.
  • step S53 it is determined in step S53 whether or not the restart condition is satisfied. If the restart condition is not satisfied (in the case of No), the process returns to step S52, and the heater release continuation determination is repeated until the restart condition is satisfied.
  • step S53 if the restart condition is satisfied (in the case of Yes), the process proceeds to step S54, and it is determined whether or not the heater release status is on. If the heater release status is on, the process returns to step S51, and steps S51 to S54 are repeated according to the procedure so far.
  • Step S54 if the heater release status is OFF in Step S54 (No), the process returns to Step S3, and energization to the heater 27 is appropriately started so as not to cause element cracking due to adhesion of condensed water. Thus, each subsequent step is performed.
  • the oxygen concentration sensor heater control device is suitable even when the internal combustion engine 1 is automatically stopped and restarted by the idle stop control after the internal combustion engine 1 is started. Energization of the heater 27 can be started at the time, and the same effect as in the case of the heater control device for the oxygen concentration sensor according to the first embodiment can be obtained.
  • the oxygen concentration sensor heater control device according to the first and second embodiments described above shows one aspect of the present invention, and does not limit the present invention. Any change can be made within the scope of the invention.
  • the heater control device for the oxygen concentration sensor according to the first and second embodiments can be modified as follows, for example.
  • Each component constituting the exhaust system of the internal combustion engine described in the first and second embodiments, the set value and the set condition of the electronic control device 30 are merely examples, and may be arbitrarily changed. Is possible.
  • the oxygen concentration sensor heater control device adds the amount of heat correction during the automatic stop of the internal combustion engine 1 by the idle stop control to the energization start threshold ⁇ H_thre.
  • the accumulated heat amount ⁇ H may be subtracted.
  • the energization to the heater 27 can be started at an appropriate time.
  • the upper limit is set for the energization start threshold ⁇ H_thre
  • the lower limit for the integrated heat quantity ⁇ H it is possible to prevent the energization start timing from being deviated from the actual condensate generation state, A delay in the start of energization of the heater 27 can be prevented.
  • the model temperature is The Tmdl
  • the energization start threshold ⁇ H_thre the heat amount correction amount are reset, but may be reset when the internal combustion engine 1 is stopped.
  • the oxygen concentration sensor heater control device integrates the heat amount correction amount during automatic stop of the internal combustion engine 1 by idle stop control, and the energization start threshold value at the time of the maximum start. Although it is supposed to be added to ⁇ H_thre, it may be added to the energization start threshold ⁇ H_thre at any time during automatic stop.
  • the influence of disturbance that cannot be reflected in the calculation of the heat balance becomes a threshold value for determining whether or not to start integrating heat.
  • the integration start threshold value Tmdl_thre is incorporated, the influence of disturbance may be incorporated into the energization start threshold value ⁇ H_thre.

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Abstract

　冷間始動後にアイドルストップ制御によって内燃機関が自動停止させられる場合であっても、ヒータへの通電を適切な時期に開始することができる酸素濃度センサのヒータ制御装置を提供する。　酸素濃度センサの周囲のモデル温度を演算するモデル温度演算部と、酸素濃度センサの設置位置を通過する熱量を積算して積算熱量を演算する熱量積算部と、積算熱量が所定の通電開始閾値に到達したときにヒータへの通電を開始させる通電指示部と、内燃機関の停止時又は始動時に積算熱量及び通電開始閾値をリセットさせる一方、アイドルストップ制御による内燃機関の自動停止時及び再始動時には積算熱量及び通電開始閾値をリセットさせないリセット部と、アイドルストップ制御による内燃機関の自動停止中の放熱の影響を考慮して積算熱量又は通電開始閾値を補正する補正部と、を備える。

Description

酸素濃度センサのヒータ制御装置
　本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、センサ素子を加熱するためのヒータを有する酸素濃度センサのヒータ制御を行う酸素濃度センサのヒータ制御装置に関する。特に、アイドルストップ制御を実行可能な内燃機関の排気通路に設けられた酸素濃度センサのヒータ制御装置に関する。
　従来、ディーゼルエンジンに代表される内燃機関の排気通路には、酸素濃度や、理論空燃比に対する空気過剰率（ラムダ値）を検出するための酸素濃度センサが設けられている。酸素濃度センサによって検出される情報は、例えば、燃料噴射量のばらつきの補正や、ＥＧＲ量（排気循環量）のばらつきの補正、排気浄化装置の異常診断等に用いられる。
　酸素濃度センサとしては、ジルコニア等の固体電解質よりなるセンサ素子を有するとともに、このセンサ素子を所定の活性温度に保持するためのヒータを備えたものが用いられている。かかる酸素濃度センサは、ヒータによってセンサ素子が加熱されて、センサ素子が活性温度以上になっているときに、排気中の酸素濃度に応じてセンサ信号を出力することができるものとなっている。
　ここで、内燃機関の冷間始動時においては、排気管内が低温状態になっているため、排気に含まれる水蒸気が凝縮して水滴となる。センサ素子は、ヒータによって８００度程度にまで加熱されるが、凝縮水がセンサ素子に触れると、センサ素子が急激に冷やされ、熱衝撃によって素子割れが生じるおそれがある。そのため、内燃機関の冷間始動時においては、排気管内の凝縮水がすべて蒸発したことを判定してからヒータを作動するように制御が行われるようになっている。
　ヒータ制御における排気管内の凝縮水が蒸発したことを判定する手法として、センサ設置部位近傍の熱収支に着目したものがある。例えば、ＥＣＵが、内燃機関の始動後において排気管のセンサ設置部位近傍の熱収支に対応する熱量データを、内燃機関及び車両の運転状態に基づいて算出するとともに、その熱量データに基づいて排気管内の乾燥判定を行い、その乾燥判定の結果に基づいてヒータの通電状態を制御するようにしたガスセンサのヒータ制御装置が開示されている（例えば、特許文献１を参照。）。
特開２００７－１３８８３２号公報
　ところで、近年では、車両に搭載された内燃機関において、アイドリング中の騒音や排気エミッションを低減することを目的として、車両の一時停止中に内燃機関を自動停止させる制御（以下、このような制御を「アイドルストップ制御」と称する。）を実行可能に構成されたものが実用化され始めている。
　上記の特許文献１に記載されたようなガスセンサのヒータ制御装置は、内燃機関が始動するたびに、一旦熱量積算値がリセットされて、再び熱量積算が開始されることになる。そのために、内燃機関の冷間始動後にアイドルストップ制御が繰り返された場合には、そのつど熱量積算値がリセットされ、センサ設置部近傍の温度が低く認識されたままとなって、排気管内の乾燥判定が遅れる結果、ヒータへの通電が遅れるおそれがある。極端な場合には、ヒータへの通電が開始されない状態となる。
　本発明の発明者らはこのような問題にかんがみて、アイドルストップ制御による内燃機関の自動停止時においても、演算されていた熱量積算値や通電開始閾値をリセットすることなく、放熱の影響を考慮して熱量積算値や通電開始閾値を補正するように構成することによりこのような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明は、冷間始動後にアイドルストップ制御によって内燃機関が自動停止させられる場合であっても、ヒータへの通電を適切な時期に開始することができる酸素濃度センサのヒータ制御装置を提供することを目的とする。
　本発明によれば、車両の一時停止中に内燃機関を自動停止させるアイドルストップ制御を実行可能な内燃機関の排気管に備えられ、排気中の酸素濃度を検出するセンサ素子と、前記センサ素子を加熱するヒータと、有する酸素濃度センサにおける前記ヒータへの通電を制御する酸素濃度センサのヒータ制御装置において、前記酸素濃度センサの周囲のモデル温度を演算するモデル温度演算部と、前記酸素濃度センサの設置位置を通過する熱量を積算して積算熱量を演算する熱量積算部と、前記積算熱量が所定の通電開始閾値に到達したときに前記ヒータへの通電を開始させる通電指示部と、前記内燃機関の停止時又は始動時に前記積算熱量及び前記通電開始閾値をリセットさせる一方、前記アイドルストップ制御による前記内燃機関の自動停止時及び再始動時には前記積算熱量及び前記通電開始閾値をリセットさせないリセット部と、前記アイドルストップ制御による前記内燃機関の自動停止中の放熱の影響を考慮して前記積算熱量又は前記通電開始閾値を補正する補正部と、を備えることを特徴とする酸素濃度センサのヒータ制御装置が提供され、上述した問題を解決することができる。
　すなわち、本発明の酸素濃度センサのヒータ制御装置は、アイドルストップ制御による内燃機関の自動停止時において、酸素濃度センサの設置位置における積算熱量、あるいは、通電開始閾値をリセットすることなく、放熱の影響を考慮して積算熱量、あるいは、通電開始閾値を補正するように構成されている。そのため、内燃機関の始動後にアイドルストップ制御による内燃機関の自動停止が繰り返される場合であっても、適切な時期にヒータへの通電を開始することを可能にすることができる。したがって、酸素濃度センサの素子割れを防ぐことができるとともに、酸素濃度センサのセンサ値を用いた制御の開始の遅れを防ぐことができる。
　また、本発明の酸素濃度センサのヒータ制御装置において、前記熱量積算部は、前記モデル温度が所定の積算開始閾値に到達したときに前記熱量の積算を開始することが好ましい。
　このように積算熱量を演算することにより、生じた凝縮水が蒸発し始める時期からの積算熱量が演算され、凝縮水がなくなる時期を精度良く推定することを可能にすることができる。
　また、本発明の酸素濃度センサのヒータ制御装置において、前記モデル温度演算部は、前記酸素濃度センサの設置位置における熱量収支に基づいて前記モデル温度を演算するとともに、前記積算開始閾値を、あらかじめ外乱の影響による温度低下を考慮して設定することが好ましい。
　モデル温度をこのように演算するとともに、積算開始閾値をこのように設定することにより、モデル温度の演算では再現困難な外乱の影響を考慮して、積算熱量の演算開始時期を決定することができる。
　また、本発明の酸素濃度センサのヒータ制御装置において、前記補正部は、前記アイドルストップ制御による前記内燃機関の自動停止中の前記酸素濃度センサの設置位置の想定温度が前記内燃機関のアイドル状態での想定温度を下回る期間の放熱の影響を考慮して前記補正を行うことが好ましい。
　積算熱量又は通電開始閾値の補正をこのように行うことにより、積算開始閾値を設定する際にあらかじめ考慮されている外乱の影響を上回る放熱の影響が生じた状態において補正が行われるようになり、ヒータへの通電開始時期を適切に判定することを可能にすることができる。
　また、本発明の酸素濃度センサのヒータ制御装置において、前記補正部は、前記アイドルストップ制御による前記内燃機関の自動停止後、前記モデル温度が所定の要補正閾値未満になった後の期間の放熱の影響を考慮して前記補正を行うことが好ましい。
　積算熱量又は通電開始閾値の補正をこのように行うことにより、積算開始閾値を設定する際にあらかじめ考慮されている外乱の影響を上回る放熱の影響が生じた状態を比較的精度良く把握して補正を開始できるようになり、ヒータへの通電開始時期を適切に判定することを可能にすることができる。
　また、本発明の酸素濃度センサのヒータ制御装置において、前記補正部は、前記内燃機関のアイドル状態での想定温度と前記アイドルストップ制御による前記内燃機関の自動停止中の想定温度との差分を求めるとともに、前記差分に相当する熱量を前記積算熱量から減算又は前記通電開始閾値に加算することが好ましい。
　積算熱量又は通電開始閾値の補正をこのように行うことにより、積算開始閾値を設定する際にあらかじめ考慮されている外乱の影響を除いた放熱の影響を考慮して補正が行われるようになり、ヒータへの通電開始時期をより適切に判定することを可能にすることができる。
　また、本発明の酸素濃度センサのヒータ制御装置において、前記補正部は、前記アイドルストップ制御による前記内燃機関の自動停止中に前記差分に相当する熱量を積算し、前記内燃機関の再始動時に前記熱量の積算値を前記積算熱量から減算又は前記通電開始閾値に加算することが好ましい。
　このように補正量を演算して反映させることにより、内燃機関の自動停止時における制御装置の演算負荷の低減を可能にすることができる。
　また、本発明の酸素濃度センサのヒータ制御装置において、前記アイドルストップ制御による前記内燃機関の自動停止中に、前記自動停止の継続時間が所定の補正解除閾値以上になったとき、又は、前記モデル温度が前記積算開始閾値未満になったときに、前記補正部は補正量の演算を中止するとともに、すでに反映されている補正量をリセットさせることが好ましい。
　このように、内燃機関の自動停止時間が補正解除閾値以上になったとき、又は、モデル温度が積算開始閾値未満になったときに、補正量の演算を中止するとともに、すでに反映されている補正量をリセットすることにより、酸素濃度センサの設置位置の周囲温度が低下した状態になったときには、次回の再始動時以降、モデル温度が積算開始閾値以上になった後、改めて熱量の積算が開始されて通電開始閾値との比較を行うこととされるため、適切な時期でのヒータへの通電を可能としつつ、制御装置の負荷の低減を可能にすることができる。
　また、本発明の酸素濃度センサのヒータ制御装置において、前記補正部は、補正後の前記積算熱量が所定の下限値を下回ったとき、又は、補正後の前記通電開始閾値が所定の上限値に到達したときに、以降の前記補正を停止することが好ましい。
　このように、積算熱量に下限を設けるか、又は、通電開始閾値に上限を設けることにより、実際の凝縮水の発生状況から乖離して通電開始時期が判定されることが防止され、ヒータへの通電開始時の遅れの防止を可能にすることができる。
　なお、本明細書において、特に説明がない限り、「内燃機関の自動停止」又は「内燃機関の再始動」と記載した場合には、アイドルストップ制御による内燃機関の停止又は始動のことを意味し、単に「内燃機関の停止」又は「内燃機関の始動」と記載した場合には、アイドルストップ制御によらない内燃機関の停止又は始動のことを意味している。
酸素濃度センサのヒータ制御装置が備えられた内燃機関の排気系の構成を説明するために示す図である。 酸素濃度センサの構成を説明するために示す図である。 酸素濃度センサのヒータ制御装置としての電子制御装置の構成を説明するために示す図である。 酸素濃度センサの設置位置の周囲温度の変化を示す図である。 酸素濃度センサの設置位置の周囲温度の変化を模式的に示す図である。 第１の実施の形態にかかる酸素濃度センサのヒータ制御装置によって実行されるヒータ制御方法のメインルーチンを説明するために示すフローチャート図である。 熱量積算の開始時期の判定方法のルーチンを説明するために示すフローチャート図である。 積算熱量の演算方法のルーチンを説明するために示すフローチャート図である。 補正量の演算方法のルーチンを説明するために示すフローチャート図である。 ヒータ制御方法について説明するために示すタイムチャート図である。 第２の実施の形態にかかる酸素濃度センサのヒータ制御装置によって実行されるヒータ制御方法のメインルーチンについて説明するために示すフローチャート図である。 ヒータリリース継続判定方法のルーチンを示すフローチャート図である。
　以下、本発明にかかる酸化濃度センサのヒータ制御装置に関する実施の形態を、図面に基づいて具体的に説明する。
　なお、それぞれの図中において同じ符号が付されているものは、特に説明がない限り同一の構成要素を示しており、適宜説明が省略されている。
［第１の実施の形態］
　図１は、酸素濃度センサのヒータ制御装置が備えられた内燃機関の排気系の構成を説明するために示す図である。図２は、酸素濃度センサの構成を説明するために示す図である。図３は、酸素濃度センサのヒータ制御装置としての電子制御装置の構成を説明するために示す図である。図４は、酸素濃度センサの設置位置の周囲温度の変化を示す図である。図５は、酸素濃度センサの設置位置の周囲温度の変化を模式的に示す図である。図６は、第１の実施の形態にかかる酸素濃度センサのヒータ制御装置によって実行されるヒータ制御方法のメインルーチンを説明するために示すフローチャート図である。図７は、熱量積算の開始時期の判定方法のルーチンを説明するために示すフローチャート図である。図８は、積算熱量の演算方法のルーチンを説明するために示すフローチャート図である。図９は、補正量の演算方法のルーチンを説明するために示すフローチャート図である。図１０は、ヒータ制御方法について説明するために示すタイムチャート図である。
１．内燃機関の排気系の構成
　図１において、内燃機関１は、代表的にはディーゼルエンジンであって、複数の燃料噴射弁５を備えるとともに、排気を流通させる排気管３が接続されている。燃料噴射弁５は電子制御装置３０によって通電制御されるものであり、電子制御装置３０は、機関回転数やアクセル操作量、その他の情報に基づいて燃料噴射量を演算するとともに、算出された燃料噴射量に基づいて燃料噴射弁５の通電時期及び通電時間を求めて、燃料噴射弁５の通電制御を実行するようになっている。
　内燃機関１に接続された排気管３には排気浄化部材１１が備えられている。排気浄化部材１１は、内燃機関１から排出される排気を浄化するために用いられる触媒やフィルタであって、排気管３には、一つ又は複数の触媒やフィルタが排気浄化部材１１として備えられる。排気浄化部材１１としては、代表的には酸化触媒やパティキュレートフィルタ、ＮＯX触媒が例示されるが、特に限定されるものではない。
　また、排気浄化部材１１の上流側には酸素濃度センサ２０が設けられている。酸素濃度センサ２０のセンサ信号は電子制御装置３０に入力されるようになっている。酸素濃度センサ２０の設置位置と排気浄化部材１１の設置位置との関係は特に限定されるものではなく、排気浄化部材１１の下流側に酸素濃度センサ２０が設けられていてもよいし、複数の触媒やフィルタの間に酸素濃度センサ２０が設けられていてもよい。
２．酸素濃度センサの構成
　図２は、酸素濃度センサ２０の構成を概略的に示している。酸素濃度センサ２０は、第１の電極２１と、第２の電極２２と、保護層２３と、固体電解質層２４とを含むセンサ素子２５を有している。固体電解質層２４は、第１の電極２１及び第２の電極２２の間に配置されている。第１の電極２１は保護層２３により被覆され、保護層２３は排気管３内において排気に晒されている。第２の電極２２は、基準ガス室２７内に配置されている。
　また、基準ガス室２７を間に挟んで固体電解質層２４と反対側に位置する固体電解質体２８にはヒータ２６が備えられている。このヒータ２６は、通電により発熱する発熱抵抗体として構成され、電子制御装置３０によって通電制御が行われるものとなっている。センサ素子２５は、所定温度以上の状態において活性化し、酸素濃度を検出可能となるため、内燃機関１の始動時においてはヒータ２６に通電して、センサ素子２５を加熱するようになっている。
３．電子制御装置（ヒータ制御装置）
（１）基本的構成
　図３は、電子制御装置３０の構成のうち、酸素濃度センサ２０のヒータ制御に関連する部分を機能的なブロックで表したものである。この電子制御装置３０が酸素濃度センサのヒータ制御装置としての機能を有している。
　電子制御装置３０は、公知のマイクロコンピュータを中心に構成されたものであり、ＩＳＳ作動検知部３１と、モデル温度演算部３３と、熱量積算部３５と、通電指示部３７と、リセット部３９と、補正部４１とを備えている。具体的に、これらの各手段は、マイクロコンピュータによるプログラムの実行によって実現されるものとなっている。
　また、電子制御装置３０には、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶素子からなる図示しない記憶部、及び、酸素濃度センサ２０のヒータ２７への通電を行うためのヒータ駆動回路４３が備えられている。記憶部には、制御プログラム及び種々の演算マップがあらかじめ記憶されるとともに、上記した各部による演算結果等が書き込まれるようになっている。
　ＩＳＳ作動検知部３１は、アイドルストップ制御による内燃機関１の自動停止状態を検知するように構成されている。具体的には、アイドルストップ条件が成立してから、再始動条件が成立するまでの期間を、内燃機関１の自動停止状態として検知するように構成されている。
　モデル温度演算部３３は、酸素濃度センサ２０の設置位置周囲のモデル温度Ｔｍｄｌを演算するように構成されている。具体的に、モデル温度演算部３３は、内燃機関１の始動時における初期温度Ｔ０をベースに、酸素濃度センサ２０の設置位置周囲の熱量収支に基づいて周囲温度の増減を推定してモデル温度Ｔｍｄｌを演算するように構成されている。周囲温度は、例えば、酸素濃度センサ２０の設置位置の排気管３の壁温とすることができる。初期温度Ｔ０は、内燃機関１の吸気系や排気系に設けられた温度センサによって検出される温度とすることができるが、この他にも、酸素濃度センサ２０の設置位置の周囲温度に関連付けられる情報を用いて初期温度Ｔ０を設定するなど、種々の方法を採用することができる。
　熱量積算部３５は、アイドルストップ制御による内燃機関１の自動停止中、モデル温度Ｔｍｄｌが積算開始閾値Ｔｍｄｌ＿ｔｈｒｅ以上の状態において、酸素濃度センサ２０の設置位置を通過する熱量Ｈを積算し、積算熱量ΣＨを算出するように構成されている。具体的に、熱量積算部３５は、モデル温度演算部３３で算出されるモデル温度Ｔｍｄｌが積算開始閾値Ｔｍｄｌ＿ｔｈｒｅ以上であるか否かを判定し、モデル温度Ｔｍｄｌが積算開始閾値Ｔｍｄｌ＿ｔｈｒｅ以上となったときに、熱量Ｈの積算を開始するように構成されている。積算開始閾値Ｔｍｄｌ＿ｔｈｒｅは、酸素濃度センサ２０の設置位置の周囲温度が、凝縮水が蒸発し得る温度に到達しているか否かを判別するためのものであって、あらかじめ内燃機関１やその排気系の態様等に応じて最適な値に設定することができる。
　ただし、第１の実施の形態にかかる電子制御装置３０においては、初期温度Ｔ０と、発生した凝縮水が蒸発し得る基準温度（露点温度）と、の関係をあらかじめ実験等によって求めるとともに、モデル温度Ｔｍｄｌの演算では再現しきれない外乱の影響による温度低下量を上乗せして積算開始閾値Ｔｍｄｌ＿ｔｈｒｅとしている。すなわち、第１の実施の形態にかかる電子制御装置３０においては、風等の外乱による酸素濃度センサ２０の設置位置の周囲温度への影響を、モデル温度Ｔｍｄｌの演算に組み入れるのではなく、あらかじめ積算開始閾値Ｔｍｄｌ＿ｔｈｒｅに組み入れるようになっている。積算開始閾値Ｔｍｄｌ＿ｔｈｒｅは固定値であってもよいし、内燃機関１の運転条件や排気系の周囲の環境条件等によって変動する値であってもよい。
　通電指示部３７は、熱量積算部３５で算出される積算熱量ΣＨが所定の通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅに到達したときに、ヒータリリースステータスをオンにして、酸素濃度センサ２０に設けられたヒータ２７への通電を行うようヒータ駆動回路４３に指示信号を出力するように構成されている。第１の実施の形態にかかる電子制御装置３０において、通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅは、アイドルストップ制御によって内燃機関１が自動停止しない場合に、凝縮水が蒸発し始めてからすべての凝縮水の蒸発が完了するまでに要する熱量の総量に相当する値として、あらかじめ実験等によって最適な値に設定することができる。
　リセット部３９は、イグニションスイッチがオンにされた時に、記憶部に記憶されているモデル温度Ｔｍｄｌ、積算熱量ΣＨ及び通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅを一旦リセットさせるように構成されている。ただし、アイドルストップ制御による内燃機関１の自動停止後の再始動時においては、モデル温度Ｔｍｄｌ、積算熱量ΣＨ及び通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅをリセットさせないように設定されている。
　補正部４１は、アイドルストップ制御による内燃機関１の自動停止中の放熱の影響を考慮して、通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅを補正するように構成されている。
　すなわち、第１の実施の形態にかかる電子制御装置３０は、アイドルストップ制御によって内燃機関１が自動停止及び再始動した場合においては、モデル温度Ｔｍｄｌ、積算熱量ΣＨ及び通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅをリセットさせることなく、自動停止中の放熱の影響を考慮して、通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅを補正することにより、適切な時期に酸素濃度センサ２０のヒータ２７への通電を開始できるように構成されている。
　第１の実施の形態にかかる電子制御装置３０の補正部４１によって実行される補正の概略について、図４及び図５を参照して詳細に説明する。
　第１の実施の形態にかかる電子制御装置３０の記憶部には、外気温度及び内燃機関１がアイドル状態又は停止状態になったときの酸素濃度センサ２０の設置位置の周囲温度に応じて、アイドル状態での周囲温度の変化と内燃機関１の停止状態での周囲温度の変化とをあらかじめ実験等によって求めた情報が記憶されている。図４（ａ）～（ｃ）は、それぞれ外気温度が２５℃，０℃，－２５℃のときの酸素濃度センサ２０の設置位置の周囲温度の変化の一例を示している。
　この図４（ａ）～（ｃ）から理解できるように、内燃機関１がアイドル状態又は停止状態になった後の所定期間は、アイドル状態での温度低下量が停止状態での温度低下量を上回っている。これは、低温の排気によって周囲温度が強制的に冷却されるからである。一方、内燃機関１がアイドル状態又は停止状態になってから所定期間が経過した後には、停止状態での温度低下量がアイドル状態での温度低下量を上回っている。これは、周囲温度がある程度低下した状態においては、アイドル状態の排気温度よりも低い外気温度による放熱の影響が大きくなるからである。
　このため、第１の実施の形態にかかる電子制御装置３０の補正部４１は、アイドル状態での想定温度と停止状態での想定温度とが一致するときの温度を要補正閾値として、アイドルストップ制御によって内燃機関１が自動停止した後、モデル温度Ｔｍｄｌが要補正閾値を下回った後の期間の放熱の影響を考慮して、通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅを補正するように構成されている。
　具体的に、モデル温度Ｔｍｄｌが要補正閾値未満になった後において、補正部４１は、図４（ａ）～（ｃ）に例示される温度低下量の情報を参照して、自動停止してからの経過時間に応じてアイドル状態での想定温度と停止状態での想定温度との差分を求めるとともに、この温度の差分を熱量に換算する。自動停止してからの経過時間ではなく、要補正閾値未満になってからの経過時間としてもよい。そして、補正部４１は、内燃機関１が再始動するまでの間、熱量の積算を継続し、通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅを補正するための熱量補正量とする。
　図５は、内燃機関１がアイドル状態又は停止状態になった後の、酸素濃度センサ２０の設置位置の周囲温度の変化を模式的に示している。図５において、ｔ１の時点で内燃機関１がアイドル状態又は停止状態となり、ｔ２の時点で各状態が解除されている。
　アイドル状態において周囲温度が一旦低下しているが、第１の実施の形態にかかる電子制御装置３０では、この温度低下量によって失われる熱量（≒斜線領域Ａ）に関しては、積算開始閾値Ｔｍｄｌ＿ｔｈｒｅを設定する際の外乱の影響として考慮されている。すなわち、アイドルストップ制御による内燃機関１の自動停止状態にならない限り、通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅを補正する必要がない。
　一方、内燃機関１の停止状態においては、周囲温度の低下量がアイドル状態における温度低下量を上回っている。第１の実施の形態における電子制御装置３０の補正部４１は、外乱の影響として考慮されていない分の温度低下量によってさらに失われる熱量（≒斜線領域Ｂ）を考慮して、通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅを補正する。
（２）制御方法
　次に、第１の実施の形態にかかる電子制御装置３０によって実行されるヒータ制御方法について具体的に説明する。
（２－１）フローチャート
　図６～図９は、第１の実施の形態にかかる電子制御装置３０によって実行されるヒータ制御のフローチャート図を示している。なお、ヒータ制御のルーチンは、内燃機関１の始動時において常時実行されるものとなっている。
　まず、ステップＳ１において、イグニッションスイッチがオンにされると、ステップＳ２において、記憶部に記憶されているモデル温度Ｔｍｄｌ、積算熱量ΣＨ及び通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅがリセットされる。次いで、ステップＳ３において、熱量積算を開始するか否かの判定が行われる。
　図７は、熱量積算を開始するか否かの判定方法の一例を示すフローチャート図である。この例では、まずステップＳ２１において、吸気温度センサや排気温度センサ等のセンサ情報に基づいて初期温度Ｔ０が設定された後、ステップＳ２２において、酸素濃度センサ２０の設置位置周囲のモデル温度Ｔｍｄｌが演算される。モデル温度Ｔｍｄｌは、例えば、酸素濃度センサ２０の設置位置における受熱量と放熱量との熱量収支を温度変化量に換算するとともに、初期温度Ｔ０に加算することによって算出することができる。
　具体的には、あらかじめ記憶部等に記憶したマップ情報等を用いて、排気温度、機関回転数、燃料噴射量等の情報から受熱量を演算するとともに、外気温度、車速等の情報から放熱量を演算し、受熱量から放熱量を減算した有効熱量を温度変化量に変換することで単位周期当たりの温度変化量を求める。その後、この温度変化量を初期温度Ｔ０に加算することによって、モデル温度Ｔｍｄｌを算出するようになっている。ただし、モデル温度Ｔｍｄｌの演算方法はこの例に限定されない。
　ステップＳ２２でモデル温度Ｔｍｄｌが算出されると、次いで、ステップＳ２３において、モデル温度Ｔｍｄｌが積算開始閾値Ｔｍｄｌ＿ｔｈｒｅに到達したか否かが判別される。ステップＳ２３において、モデル温度Ｔｍｄｌが積算開始閾値Ｔｍｄｌ＿ｔｈｒｅ未満の場合（Ｎｏの場合）には、ステップＳ２２に戻り、モデル温度Ｔｍｄｌが積算開始閾値Ｔｍｄｌ＿ｔｈｒｅ以上になるまでモデル温度Ｔｍｄｌの演算及び判定が繰り返される。一方、ステップＳ２３において、モデル温度Ｔｍｄｌが積算開始閾値Ｔｍｄｌ＿ｔｈｒｅ以上の場合（Ｙｅｓの場合）には、熱量積算を開始するか否かの判定を終了してステップＳ４に進み、酸素濃度センサ２０の設置位置を通過する熱量の積算が開始される。
　図８は、積算熱量ΣＨの演算方法の一例を示すフローチャート図である。この例では、まずステップＳ３１において、排気流量、燃料噴射量、排気温度、機関回転数等の情報が読み込まれる。これらの情報は、センサを用いて検出した情報であってもよいし、演算によって推定された情報であってもよい。
　次いで、ステップＳ３２において、ステップＳ３１で読み込んだ情報に基づいて、今回の演算周期において酸素濃度センサ２０の設置位置を通過した熱量Ｈが算出される。具体的に、第１の実施の形態にかかる電子制御装置３０では、酸素濃度センサ２０が設置された排気管の入り口部分の排気温度から露点温度（＝積算開始閾値Ｔｍｄｌ＿ｔｈｒｅ）を減算し、これに排気の比熱、及び排気質量流量をかけることによって、単位周期当たりの通過熱量Ｈを算出する。そして、ステップＳ３３において、ステップＳ３２で求められた単位時間当たりの熱量Ｈをすでに記憶されている積算熱量ΣＨに加算することにより積算熱量ΣＨを更新した後、ステップＳ５に進む。排気の比熱はあらかじめ設定することができる。
　図６に戻り、ステップＳ４で積算熱量ΣＨが求められた後、ステップＳ５において、積算熱量ΣＨが通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅ以上であるか否かが判別される。積算熱量ΣＨが通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅ未満の場合（Ｎｏの場合）には、ステップＳ７に進み、内燃機関１がアイドルストップ制御による自動停止状態になっているか否かが判別される。内燃機関１がアイドルストップ制御による自動停止状態になっていない場合（Ｎｏの場合）には、ステップＳ４に戻り、熱量Ｈの積算、及び、積算熱量ΣＨと通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅとの比較が繰り返される。
　一方、ステップＳ７において、内燃機関１がアイドルストップ制御による自動停止状態になっている場合（Ｙｅｓの場合）には、ステップＳ８に進み、補正量の演算が行われる。
　図９は、補正量の演算方法の一例を示すフローチャート図である。この例では、まずステップＳ４１において、酸素濃度センサ２０の設置位置周囲のモデル温度Ｔｍｄｌが積算開始閾値Ｔｍｄｌ＿ｔｈｒｅ以上となっているか否かが判別される。フローチャート上に現れてはいないが、モデル温度Ｔｍｄｌは、図７のステップＳ２１～ステップＳ２２の手順に従って継続的に演算されている。
　モデル温度Ｔｍｄｌが積算開始閾値Ｔｍｄｌ＿ｔｈｒｅ未満となっている場合（Ｎｏの場合）には、凝縮水が発生するおそれが高いことから、ステップＳ４６に進んで、記憶部に記憶されている熱量補正量、すでに反映されている熱量補正量及び積算熱量ΣＨをリセットしてステップＳ９に進む。この場合、内燃機関１が再始動したときには、アイドルストップ制御によらない内燃機関１の停止時と同様に、モデル温度Ｔｍｄｌが積算開始閾値Ｔｍｄｌ＿ｔｈｒｅ以上となるまでは熱量積算が開始されないこととなる。
　一方、ステップＳ４１において、モデル温度Ｔｍｄｌが積算開始閾値Ｔｍｄｌ＿ｔｈｒｅ以上となっている場合（Ｙｅｓの場合）には、ステップＳ４２に進み、アイドルストップ制御による内燃機関１の自動停止の継続時間が補正解除閾値未満であるか否かが判別される。継続時間が補正解除閾値以上の場合（Ｎｏの場合）には、酸素濃度センサ２０の設置位置の周囲温度が低下して、凝縮水が発生するおそれが高いことから、ステップＳ４６に進んで、記憶部に記憶されている熱量補正量、すでに反映されている熱量補正量及び積算熱量ΣＨをリセットしてステップＳ９に進む。この場合においても、内燃機関１が再始動したときには、アイドルストップ制御によらない内燃機関１の停止時と同様に、モデル温度Ｔｍｄｌが積算開始閾値Ｔｍｄｌ＿ｔｈｒｅ以上となるまでは熱量積算が開始されないこととなる。
　一方、ステップＳ４２において、継続時間が補正解除閾値未満の場合（Ｙｅｓの場合）には、ステップＳ４３に進み、モデル温度Ｔｍｄｌが要補正閾値未満となっているか否かが判別される。モデル温度Ｔｍｄｌが要補正閾値未満である場合（Ｎｏの場合）には、今回の演算周期においては熱量補正量の演算は行わずにステップＳ９に戻る。
　一方、モデル温度Ｔｍｄｌが要補正閾値未満である場合（Ｙｅｓの場合）には、ステップＳ４４に進み、今回の演算周期における熱量補正量を演算する。今回の演算周期における熱量補正量が求められると、次いで、ステップＳ４５において、記憶部に記憶されている熱量補正量に対して今回の演算周期における熱量補正量が加算されて、熱量補正量が更新される。
　ステップＳ４３～ステップＳ４５における熱量補正量の積算について、図４及び図５を参照しながら説明すると、図４（ａ）～（ｃ）に例示されるように、内燃機関１がアイドル状態又は停止状態になってから所定期間が経過すると、停止状態での温度低下量がアイドル状態での温度低下量を上回る。そのため、ステップＳ４３においては、アイドル状態での想定温度と停止状態での想定温度とが一致するときの温度を要補正閾値として、モデル温度Ｔｍｄｌが要補正閾値未満となったか否かを判別している。
　また、ステップＳ４４においては、図４（ａ）～（ｃ）に例示される温度低下量の情報を参照して、自動停止してからの経過時間に応じてアイドル状態での想定温度と停止状態での想定温度との差分を求めるとともに、温度の差分を熱量に換算して今回の演算周期の熱量補正量とする。自動停止してからの経過時間ではなく、モデル温度Ｔｍｄｌが要補正閾値未満となってからの経過時間であってもよい。
　そして、ステップＳ４５において、熱量補正量を積算する。このステップＳ４５において求められる熱量補正量の積算値が、アイドルストップ制御による内燃機関１の自動停止時から今回の演算周期までの期間に発生した、通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅを設定する際に考慮されていない放熱量の合計量となる。熱量補正量の積算を終えると、ステップＳ９に進む。
　図６に戻り、ステップＳ８での補正量の演算プロセスが終了すると、ステップＳ９に進み、内燃機関１の再始動条件が成立しているか否かが判別される。再始動条件が成立するまでは、ステップＳ８の補正量の演算及びステップＳ９の再始動条件成立の判定が繰り返される。
　ステップＳ９において再始動条件が成立している場合（Ｙｅｓの場合）には、ステップＳ１０に進み、今回の自動停止中において演算された熱量補正量、すでに通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅに反映されている補正量及び積算熱量ΣＨがリセットされているか否かが判別される。リセット済みの状態（Ｙｅｓの場合）であれば、ステップＳ３に戻って、アイドルストップ制御によらない内燃機関１の停止時と同様に、初めから演算を再開する。
　一方、熱量補正量等がリセットされていない場合（Ｎｏの場合）には、ステップＳ１１に進み、ステップＳ８で求められた熱量補正量を通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅに加算して、通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅを更新する。このとき、通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅに上限値を設定しておき、更新後の通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅが上限値を超える場合には、当該上限値を通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅとすることが好ましい。通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅに上限を設けることで、実際の凝縮水の発生状況から乖離して通電開始時期が判定されることが防止され、ヒータ２７への通電開始の遅れを防止することができる。
　通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅが求められた後は、ステップＳ４に戻り、これまでのステップを繰り返し行う。そして、ステップＳ５において、積算熱量ΣＨが通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅに到達した場合（Ｙｅｓの場合）には、酸素濃度センサ２０の設置位置においてすべての凝縮水が消滅したものと推定されることから、ステップＳ６に進み、ヒータリリースステータスがオンにされ、酸素濃度センサ２０のヒータ２７への通電を開始した後、本ルーチンを終了する。
　ここまで説明したヒータ制御方法をタイムチャート図で表すと、図１０に示すようになる。図１０は、内燃機関１の運転状態、ヒータ２７の通電状態、モデル温度、及び積算熱量の推移を示すタイムチャート図を示している。
　ｔ１の時点で内燃機関１が始動すると、電子制御装置３０は、その時点からモデル温度Ｔｍｄｌの演算を開始する。次いで、ｔ２の時点でモデル温度Ｔｍｄｌが積算開始閾値Ｔｍｄｌ＿ｔｈｒｅに到達すると、電子制御装置３０は、積算熱量ΣＨの演算を開始する。
　次いで、ｔ３の時点でアイドルストップ制御によって内燃機関１が自動停止状態になると、再始動されるｔ４の時点までは積算熱量ΣＨの演算は中断される。また、この間、モデル温度Ｔｍｄｌは低下しているが、電子制御装置３０は、積算熱量ΣＨを補正しない一方、この間に積算される放熱量を、最始動時に通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅに加算する。
　内燃機関１が再始動したｔ４の時点以降、電子制御装置３０は、積算熱量ΣＨの演算を再開する。その後、アイドルストップ制御によって内燃機関１が自動停止するｔ５～ｔ６の期間においても、同様に通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅの補正が行われる。
　そして、ｔ７の時点において、積算熱量ΣＨが通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅに到達すると、電子制御装置３０は、ヒータ２７への通電を開始する。
　以上、第１の実施の形態にかかる酸素濃度センサのヒータ制御装置によれば、アイドルストップ制御による内燃機関１の自動停止時において、酸素濃度センサ２０の設置位置におけるモデル温度Ｔｍｄｌや積算熱量ΣＨ、通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅをリセットすることなく、放熱の影響を考慮して通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅを補正するように構成されている。そのため、内燃機関１の始動後にアイドルストップ制御による内燃機関１の自動停止及び再始動が繰り返される場合であっても、適切な時期に酸素濃度センサ２０のヒータ２７への通電を開始することを可能にすることができる。したがって、酸素濃度センサ２０の素子割れを防ぐことができるとともに、酸素濃度センサ２０のセンサ値を用いた制御の開始の遅れを防ぐことができる。
　また、第１の実施の形態にかかる酸素濃度センサのヒータ制御装置において、熱量積算部３５は、モデル温度Ｔｍｄｌが積算開始閾値Ｔｍｄｌ＿ｔｈｒｅに到達したときに熱量の積算を開始することとしている。したがって、生じた凝縮水が蒸発し始める時期からの積算熱量が演算され、凝縮水がなくなる時期を精度良く推定することを可能にすることができる
　また、第１の実施の形態にかかる酸素濃度センサのヒータ制御装置において、モデル温度演算部３３は、酸素濃度センサ２０の設置位置における熱量収支に基づいてモデル温度Ｔｍｄｌを演算するとともに、積算開始閾値Ｔｍｄｌ＿ｔｈｒｅを、あらかじめ外乱の影響による温度低下を考慮して設定することとしている。したがって、モデル温度Ｔｍｄｌの演算では再現困難な外乱の影響を考慮して、積算熱量の演算開始時期を決定することができる。
　また、第１の実施の形態にかかる酸素濃度センサのヒータ制御装置において、補正部４１は、アイドルストップ制御による内燃機関１の自動停止中の酸素濃度センサ２０の設置位置の想定温度が内燃機関１のアイドル状態での想定温度を下回る期間の放熱の影響を考慮して補正を行うこととしている。したがって、積算開始閾値Ｔｍｄｌ＿ｔｈｒｅを設定する際にあらかじめ考慮されている外乱の影響を上回る放熱の影響が生じた状態において補正が行われるようになり、ヒータ２７への通電開始時期を適切に判定することを可能にすることができる。
　また、第１の実施の形態にかかる酸素濃度センサのヒータ制御装置において、補正部４１は、アイドルストップ制御による内燃機関１の自動停止後、モデル温度Ｔｍｄｌが要補正閾値未満になった後の期間の放熱の影響を考慮して補正を行うこととしている。したがって、積算開始閾値Ｔｍｄｌ＿ｔｈｒｅを設定する際にあらかじめ考慮されている外乱の影響を上回る放熱の影響が生じた状態を比較的精度良く把握して補正を開始できるようになり、ヒータ２７への通電開始時期を適切に判定することを可能にすることができる。
　また、第１の実施の形態にかかる酸素濃度センサのヒータ制御装置において、補正部４１は、内燃機関１のアイドル状態での想定温度とアイドルストップ制御による内燃機関１の自動停止中の想定温度との差分を求めるとともに、温度の差分を熱量に換算して通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅに加算することとしている。したがって、積算開始閾値Ｔｍｄｌ＿ｔｈｒｅを設定する際にあらかじめ考慮されている外乱の影響を除いた放熱の影響を考慮して補正が行われるようになり、ヒータ２７への通電開始時期をより適切に判定することを可能にすることができる。
　また、第１の実施の形態にかかる酸素濃度センサのヒータ制御装置において、補正部４１は、アイドルストップ制御による内燃機関１の自動停止中に、アイドル状態での想定温度と停止状態での想定温度との差分に相当する熱量を積算し、内燃機関１の再始動時に熱量の積算値を熱量補正量として通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅに加算することとしている。したがって、内燃機関１の自動停止時における電子制御装置３０の演算負荷及び適合の負荷の低減を可能にすることができる。
　また、第１の実施の形態にかかる酸素濃度センサのヒータ制御装置において、アイドルストップ制御による内燃機関１の自動停止の継続時間が所定の補正解除閾値以上になったとき、及び、モデル温度Ｔｍｄｌが積算開始閾値Ｔｍｄｌ＿ｔｈｒｅ未満になったときに、補正部４１は補正量の演算を中止するとともに、すでに反映されている補正量をリセットさせることとしている。したがって、酸素濃度センサ２０の設置位置の周囲温度が低下して、凝縮水が発生しやすい状態になったときには、次回の再始動時以降、モデル温度Ｔｍｄｌが積算開始閾値Ｔｍｄｌ＿ｔｈｒｅ以上になった後に改めて熱量の積算が開始されて通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅとの比較を行うこととされるため、適切な時期でのヒータへの通電を可能としつつ、電子制御装置３０の負荷の低減を可能にすることができる。
　また、第１の実施の形態にかかる酸素濃度センサのヒータ制御装置においては、通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅに上限を設けることとしているため、実際の凝縮水の発生状況から乖離して通電開始時期が判定されることが防止され、ヒータへの通電開始時の遅れの防止を可能にすることができる。
［第２の実施の形態］
　本発明の第２の実施の形態にかかる酸素濃度センサのヒータ制御装置は、ヒータへの通電を開始するまでのプロセスについては、第１の実施の形態にかかる酸素濃度センサのヒータ制御装置と同様に構成されている。ただし、第２の実施の形態にかかる酸素濃度センサのヒータ制御装置は、一旦ヒータへの通電が開始された後、アイドルストップ制御による内燃機関の自動停止中における酸素濃度センサの設置位置の周囲温度を考慮して、ヒータへの通電を停止可能に構成されたものとなっている。
　図１１は、第２の実施の形態にかかる酸素濃度センサのヒータ制御装置によって実行されるヒータ制御方法のメインルーチンについて説明するために示すフローチャート図である。図１２は、ヒータリリース継続判定方法のルーチンを示すフローチャート図である。以下、これらのフローチャート図に沿って、第２の実施の形態にかかる酸素濃度センサのヒータ制御装置によって実行されるヒータ制御方法について説明する。排気系の構成については、第１の実施の形態の場合と同様とすることができるため、図１及び図２を参照する。
　第２の実施の形態にかかるヒータ制御装置において、図１１のフローチャート図に示すように、内燃機関１の始動後、最初に酸素濃度センサ２０のヒータ２７への通電が開始されるまでは、第１の実施の形態にかかるヒータ制御装置の場合と同様の手順にしたがって、ステップＳ１～ステップＳ１１までの各ステップが実行される。ここでは、ステップＳ６においてヒータリリースステータスがオンにされて、ヒータ２７への通電が開始された状態から説明を始めることとする。
　ステップＳ６においてヒータ２７への通電が開始されると、ステップＳ５１において、内燃機関１がアイドルストップ制御による自動停止状態になっているか否かが判別される。内燃機関１が自動停止状態となっていない場合（Ｎｏの場合）には、アイドルストップ制御による内燃機関１の自動停止状態となるまでステップＳ５１の判定が繰り返される。
　一方、アイドルストップ制御によって内燃機関１が自動停止状態になると、ステップＳ５２に進み、ヒータリリースを継続してよいか否かの判定が開始される。
　図１２は、ヒータリリースの継続判定方法の一例を示すフローチャート図である。この例では、まずステップＳ６１において、モデル温度Ｔｍｄｌが積算開始閾値Ｔｍｄｌ＿ｔｈｒｅ以上となっているか否かが判別される。フローチャート図に現れてはいないものの、モデル温度Ｔｍｄｌは、図７のステップＳ２１～ステップＳ２２の手順に沿って継続的に演算されている。モデル温度Ｔｍｄｌが積算開始閾値Ｔｍｄｌ＿ｔｈｒｅ以上となっている場合（Ｙｅｓの場合）には、ステップＳ６２に進み、今度はアイドルストップ制御による内燃機関１の自動停止の継続時間が補正解除閾値未満となっているか否かが判別される。
　継続時間が補正解除閾値未満の場合（Ｙｅｓの場合）には、酸素濃度センサ２０の設置位置において凝縮水が生じるおそれがないことから、ステップＳ６３に進み、ヒータ２７への通電を継続してもよいと判定して、ヒータリリース継続判定を終了し、ステップＳ５３に進む。
　一方、ステップＳ６１において、モデル温度Ｔｍｄｌが積算開始閾値Ｔｍｄｌ＿ｔｈｒｅ未満となっている場合（Ｎｏの場合）、又は、ステップＳ６２において、内燃機関１の自動停止の継続時間が補正解除閾値以上となっている場合（Ｎｏの場合）には、酸素濃度センサ２０の設置位置の周囲温度が低下して凝縮水が生じるおそれがあることから、ステップＳ６４に進み、ヒータ２７への通電を継続できないと判定して、ヒータリリース継続判定を終了し、ステップＳ５３に進む。このとき、ヒータリリースステータスをオフにするとともに、熱量補正量及び現在設定されている通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅもリセットされる。
　図１２に戻り、ステップＳ５２でヒータリリース継続判定を行った後、ステップＳ５３において、再始動条件が成立しているか否かが判別される。再始動条件が成立していなければ（Ｎｏの場合）、ステップＳ５２に戻って、再始動条件が成立するまで、ヒータリリース継続判定を繰り返す。
　そして、ステップＳ５３において、再始動条件が成立した場合（Ｙｅｓの場合）には、ステップＳ５４に進み、ヒータリリースステータスがオンになっているか否かが判別される。ヒータリリースステータスがオンになっている場合には、ステップＳ５１に戻り、これまでの手順に沿ってステップＳ５１～ステップＳ５４が繰り返される。
　一方、ステップＳ５４において、ヒータリリースステータスがオフになっている場合（Ｎｏの場合）には、ステップＳ３に戻り、ヒータ２７への通電が適切に開始させて凝縮水の付着による素子割れを生じさせないように、以降の各ステップが行われる。
　以上、第２の実施の形態にかかる酸素濃度センサのヒータ制御装置は、内燃機関１の始動後、アイドルストップ制御による内燃機関１の自動停止及び再始動が繰り返される場合であっても、適切な時期にヒータ２７への通電を開始させることができ、第１の実施の形態にかかる酸素濃度センサのヒータ制御装置の場合と同様の効果を得ることができる。
　また、第２の実施の形態にかかる酸素濃度センサのヒータ制御装置によれば、一旦ヒータ２７への通電が開始された後においても、アイドルストップ制御による内燃機関１の自動停止中の酸素濃度センサ２０の設置位置の周囲温度を考慮して、ヒータ２７への通電を停止することとしている。したがって、適切な時期にヒータ２７への通電が開始されたにもかかわらず、その後のアイドルストップ制御による内燃機関１の自動停止の影響によって、酸素濃度センサ２０の素子割れが生じることを防ぐことができる。
［他の実施の形態］
　以上説明した第１及び第２の実施の形態にかかる酸素濃度センサのヒータ制御装置は、本発明の一態様を示すものであってこの発明を限定するものではなく、それぞれの実施の形態は本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。第１及び第２の実施の形態にかかる酸素濃度センサのヒータ制御装置は、例えば、以下のように変更することができる。
（１）第１及び第２の実施の形態において説明した内燃機関の排気系を構成する各構成要素や、電子制御装置３０の設定値、設定条件はあくまでも一例であって、任意に変更することが可能である。
（２）第１及び第２の実施の形態にかかる酸素濃度センサのヒータ制御装置は、アイドルストップ制御による内燃機関１の自動停止中の熱量補正量を通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅに加算することとしているが、積算熱量ΣＨから減算することとしてもよい。このように補正することによっても、適切な時期にヒータ２７への通電を開始することができる。このとき、通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅに上限を設けたように、積算熱量ΣＨに下限を設けておくことにより、実際の凝縮水の発生状況から乖離して通電開始時期が判定されることが防止され、ヒータ２７への通電開始の遅れを防止することができる。
（３）第１及び第２の実施の形態にかかる酸素濃度センサのヒータ制御装置は、アイドルストップ制御によらないで内燃機関１が停止したときにおいて、次回の内燃機関１の始動時に、モデル温度Ｔｍｄｌ、通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅ、及び熱量補正量をリセットすることとしているが、内燃機関１の停止時にリセットすることとしてもよい。
（４）第１及び第２の実施の形態にかかる酸素濃度センサのヒータ制御装置は、アイドルストップ制御による内燃機関１の自動停止中に熱量補正量を積算しておき、最始動時に通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅに加算することとしているが、自動停止中に随時通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅに加算するようにしてもよい。
（５）第１及び第２の実施の形態にかかる酸素濃度センサのヒータ制御装置は、熱量収支の演算では反映しきれない外乱の影響を、熱量の積算を開始するか否かの閾値となる積算開始閾値Ｔｍｄｌ＿ｔｈｒｅに組み入れているが、通電開始閾値ΣＨ＿ｔｈｒｅに外乱の影響を組み入れるようにしてもよい。

Claims (9)

  1. 　車両の一時停止中に内燃機関を自動停止させるアイドルストップ制御を実行可能な内燃機関の排気管に備えられ、排気中の酸素濃度を検出するセンサ素子と、前記センサ素子を加熱するヒータと、有する酸素濃度センサにおける前記ヒータへの通電を制御する酸素濃度センサのヒータ制御装置において、
    　前記酸素濃度センサの設置位置のモデル温度を演算するモデル温度演算部と、
    　前記酸素濃度センサの設置位置を通過する熱量を積算して積算熱量を演算する熱量積算部と、
    　前記積算熱量が所定の通電開始閾値に到達したときに前記ヒータへの通電を開始させる通電指示部と、
    　前記内燃機関の停止時又は始動時に前記積算熱量及び前記通電開始閾値をリセットさせる一方、前記アイドルストップ制御による前記内燃機関の自動停止時及び再始動時には前記積算熱量及び前記通電開始閾値をリセットさせないリセット部と、
    　前記アイドルストップ制御による前記内燃機関の自動停止中の放熱の影響を考慮して前記積算熱量又は前記通電開始閾値を補正する補正部と、
    　を備えることを特徴とする酸素濃度センサのヒータ制御装置。
  2. 　前記熱量積算部は、前記モデル温度が所定の積算開始閾値に到達したときに前記熱量の積算を開始することを特徴とする請求項１に記載の酸素濃度センサのヒータ制御装置。
  3. 　前記モデル温度演算部は、前記酸素濃度センサの設置位置における熱量収支に基づいて前記モデル温度を演算するとともに、前記積算開始閾値を、あらかじめ外乱の影響による温度低下を考慮して設定することを特徴とする請求項２に記載の酸素濃度センサのヒータ制御装置。
  4. 　前記補正部は、前記アイドルストップ制御による前記内燃機関の自動停止中の前記酸素濃度センサの設置位置の想定温度が前記内燃機関のアイドル状態での想定温度を下回る期間の放熱の影響を考慮して前記補正を行うことを特徴とする請求項３に記載の酸素濃度センサのヒータ制御装置。
  5. 　前記補正部は、前記アイドルストップ制御による前記内燃機関の自動停止後、前記モデル温度が所定の要補正閾値未満になった後の期間の放熱の影響を考慮して前記補正を行うことを特徴とする請求項３又は４に記載の酸素濃度センサのヒータ制御装置。
  6. 　前記補正部は、前記内燃機関のアイドル状態での想定温度と前記アイドルストップ制御による前記内燃機関の自動停止中の想定温度との差分を求めるとともに、前記差分に相当する熱量を前記積算熱量から減算又は前記通電開始閾値に加算することを特徴とする請求項４又は５に記載の酸素濃度センサのヒータ制御装置。
  7. 　前記補正部は、前記アイドルストップ制御による前記内燃機関の自動停止中に前記差分に相当する熱量を積算し、前記内燃機関の再始動時に前記熱量の積算値を前記積算熱量から減算又は前記通電開始閾値に加算することを特徴とする請求項６に記載の酸素濃度センサのヒータ制御装置。
  8. 　前記アイドルストップ制御による前記内燃機関の自動停止中に、前記自動停止の継続時間が所定の補正解除閾値以上になったとき、又は、前記モデル温度が前記積算開始閾値未満になったときに、前記補正部は補正量の演算を中止するとともに、すでに反映されている補正量をリセットさせることを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載の酸素濃度センサのヒータ制御装置。
  9. 　前記補正部は、補正後の前記積算熱量が所定の下限値を下回ったとき、又は、補正後の前記通電開始閾値が所定の上限値に到達したときに、以降の前記補正を停止することを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載の酸素濃度センサのヒータ制御装置。
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