(57)【要約】      （修正有）【課題】排出ガスセンサの素子割れを防止しながらセンサ素子の早期活性化を実現する。【解決手段】始動時から所定の予熱期間が経過するまで、排出ガスセンサ２５のセンサ素子を被水による素子割れが発生しない温度で予熱するようにヒータ２７の通電デューティ（以下「ヒータ通電デューティ」という）を小さくして通電する予熱制御を実行する。この予熱期間中に、冷却水温センサ２９の検出履歴に基づいて始動後の冷却水温上昇量を算出すると共に、始動後のヒータ通電デューティ積算値を算出し、始動後の冷却水温上昇量に基づいて始動後のヒータ通電デューティ積算値の目標範囲を設定して、始動後のヒータ通電デューティ積算値を目標範囲内に収めるようにヒータ通電デューティを補正する。これにより、予熱期間中のセンサ素子の温度を被水による素子割れが発生しない温度範囲内に収めるようにヒータ通電デューティを補正することが可能となる。【選択図】図１
2010066053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排出ガス通路に設けられた排出ガスセンサのセンサ素子を加熱するヒータを備え、内燃機関の始動時から所定の予熱期間が経過するまで前記排出ガスセンサのセンサ素子を被水による素子割れが発生しない温度範囲内で予熱するように前記ヒータの通電量を制御する排出ガスセンサのヒータ制御装置において、
内燃機関の冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、
前記冷却水温検出手段の検出履歴に基づいて始動後の冷却水温上昇量を算出する冷却水温上昇量算出手段と、
始動後のヒータ通電量積算値を算出するヒータ通電量積算手段と、
前記予熱期間中に前記始動後のヒータ通電量積算値と前記始動後の冷却水温上昇量とに基づいて前記ヒータの通電量を補正する予熱制御手段と
を備えていることを特徴とする排出ガスセンサのヒータ制御装置。
【請求項２】
前記予熱制御手段は、前記予熱期間中に、前記始動後の冷却水温上昇量に基づいて始動後のヒータ通電量積算値の目標範囲を設定し、前記ヒータ通電量積算手段で算出した前記始動後のヒータ通電量積算値を前記目標範囲内に収めるように前記ヒータの通電量を補正することを特徴とする請求項１に記載の排出ガスセンサのヒータ制御装置。
【請求項３】
前記予熱制御手段は、前記予熱期間中に、前記始動後のヒータ通電量積算値と前記始動後の冷却水温上昇量とに基づいて前記センサ素子の温度を推定し、その温度推定値が被水による素子割れが発生しない温度範囲内に収まるように前記ヒータの通電量を補正することを特徴とする請求項１に記載の排出ガスセンサのヒータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排出ガスセンサのセンサ素子を加熱するヒータの通電を制御して該センサ素子の温度を制御する排出ガスセンサのヒータ制御装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子制御化された内燃機関では、排気管に排出ガスの空燃比やリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ（空燃比センサ、酸素センサ等）を設置し、この排出ガスセンサの出力に基づいて排出ガスの空燃比を目標空燃比に一致させるように燃料噴射量等をフィードバック制御するようにしている。一般に、排出ガスセンサは、センサ素子の温度が活性温度まで昇温しないと検出精度が悪いため、始動後に排出ガスセンサに内蔵したヒータでセンサ素子を加熱して排出ガスセンサの活性化を促進するようにしている。
【０００３】
しかし、内燃機関の排出ガスには、燃料と空気の燃焼反応によって生成された水蒸気が含まれており、内燃機関の始動直後で排気管の温度が低いときには、水蒸気を含んだ排出ガスが排気管内で冷やされるため、排気管内で排出ガス中の水蒸気が凝縮して凝縮水が生じることがある。このため、始動直後に排気管内で生じた凝縮水が排出ガスセンサのセンサ素子に付着する可能性があり、始動直後からセンサ素子をヒータで強く加熱すると、高温に加熱されたセンサ素子が凝縮水の付着による局所冷却（熱歪み）によって割れてしまう“素子割れ”が発生することがある。
【０００４】
この対策として、特許文献１（特開２００７−１２０３９０号公報）に記載されているように、内燃機関の始動時から所定の予熱期間が経過するまで、排出ガスセンサのセンサ素子を被水による素子割れが発生しない温度で予熱するようにヒータの通電デューティ（通電量）を小さくして通電し、その後、予熱期間が経過した後に、ヒータの通電デューティを増加させてセンサ素子を活性温度まで昇温させるようにしたものがある。
【特許文献１】特開２００７−１２０３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、予熱期間中の排出ガスセンサのセンサ素子の温度は、ヒータの通電デューティ（ヒータ発熱量）の他に、排出ガスセンサの周辺を流れる排出ガスの熱量（排気熱量）によっても変化する。この排気熱量はエンジン運転条件によって変化するため、予熱期間中にセンサ素子に与えられる排気熱量もエンジン運転条件によって変化する。
【０００６】
しかし、上記特許文献１の技術では、予熱期間中のエンジン運転条件による排気熱量の変動を考慮せずに、始動条件のみでヒータの通電デューティを設定するため、予熱期間中にセンサ素子温度が排気熱量の変動に応じて変動する。このため、予熱期間中にセンサ素子温度が目標予熱温度範囲を越えて素子割れが発生する可能性がある。
【０００７】
この対策として、上記特許文献１の技術では、ヒータの通電デューティを安全側の余裕を見込んで低めの通電デューティに設定する必要があり、その分、センサ素子の予熱温度が低くなって、予熱期間終了後にセンサ素子を活性温度に昇温するまでの時間が長くなってしまい、空燃比フィードバック制御の開始が遅れて、その分、排気エミッションが悪くなるという欠点がある。
【０００８】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、排出ガスセンサの素子割れを防止しながらセンサ素子の早期活性化を実現することができる排出ガスセンサのヒータ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の排出ガス通路に設けられた排出ガスセンサのセンサ素子を加熱するヒータを備え、内燃機関の始動時から所定の予熱期間が経過するまで前記排出ガスセンサのセンサ素子を被水による素子割れが発生しない温度範囲内で予熱するように前記ヒータの通電量を制御する排出ガスセンサのヒータ制御装置において、内燃機関の冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、前記冷却水温検出手段の検出履歴に基づいて始動後の冷却水温上昇量を算出する冷却水温上昇量算出手段と、始動後のヒータ通電量積算値を算出するヒータ通電量積算手段と、前記予熱期間中に前記始動後のヒータ通電量積算値と前記始動後の冷却水温上昇量とに基づいて前記ヒータの通電量を補正する予熱制御手段とを備えた構成としたものである。
【００１０】
ここで、始動後のヒータ通電量積算値は、始動後のヒータ発熱量積算値と相関関係がある。また、始動後の冷却水温上昇量は、始動後の内燃機関発熱量積算値と相関関係があり、始動後の内燃機関発熱量積算値と始動後の排気熱量積算値との間に相関関係があるため、始動後の冷却水温上昇量は、始動後の排気熱量積算値と相関関係がある。従って、始動後のヒータ通電量積算値と始動後の冷却水温上昇量は、予熱期間中にヒータの発熱と排気熱によって予熱されるセンサ素子の温度を評価するパラメータとなるため、始動後のヒータ通電量積算値と始動後の冷却水温上昇量とを用いれば、センサ素子の温度を被水による素子割れが発生しない温度範囲内に収めるようにヒータの通電量を補正することが可能となる。これにより、予熱期間中のセンサ素子の温度を被水による素子割れが発生しない温度範囲内で従来よりも高い温度に制御することが可能となり、排出ガスセンサの素子割れを防止しながらセンサ素子の早期活性化を実現することができる。
【００１１】
本発明は、例えば、始動後のヒータ通電量積算値と始動後の冷却水温上昇量とをパラメータとしてヒータ通電量の補正量を算出するマップ又は数式を、実験データ、設計データ、シミュレーション等によって設定するようにしても良いが、予熱制御の精度を向上させるために、請求項２のように、予熱期間中に、始動後の冷却水温上昇量に基づいて始動後のヒータ通電量積算値の目標範囲を設定し、ヒータ通電量積算手段で算出した始動後のヒータ通電量積算値を前記目標範囲内に収めるようにヒータの通電量を補正するようにしても良い。
【００１２】
つまり、予熱期間中のセンサ素子の温度は、始動後のヒータ発熱量積算値と排気熱量積算値とによって決まるため、始動後の排気熱量積算値と相関する始動後の冷却水温上昇量が分かれば、センサ素子の温度を被水による素子割れが発生しない温度範囲内に収めるのに必要なヒータ発熱量積算値（ヒータ通電量積算値）が判明する。従って、始動後の冷却水温上昇量に基づいて、センサ素子の温度を目標予熱温度範囲内に収めるのに必要なヒータ通電量積算値の目標範囲を設定して、始動後のヒータ通電量積算値を目標範囲内に収めるようにヒータの通電量を補正すれば、予熱期間中のセンサ素子の温度を被水による素子割れが発生しない温度範囲内に収めるようにヒータの通電量を補正することが可能となる。
【００１３】
また、請求項３のように、予熱期間中に、始動後のヒータ通電量積算値と始動後の冷却水温上昇量とに基づいてセンサ素子の温度を推定し、その温度推定値が被水による素子割れが発生しない温度範囲内に収まるようにヒータの通電量を補正するようにしても良い。このようにすれば、予熱期間中にセンサ素子の温度を推定できるため、予熱期間中のセンサ素子の温度をより精度良く制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した２つの実施例１，２を説明する。
【実施例１】
【００１５】
本発明の実施例１を図１乃至図４に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。
【００１６】
更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、各気筒の吸気マニホールド２０の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。
【００１７】
一方、エンジン１１の排気管２３（排気通路）には、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２４が設けられ、この触媒２４の上流側に、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２５（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ２５には、センサ素子を加熱するヒータ２７が内蔵されている（又は外付けされている）。尚、触媒２４の下流側にも、排出ガスセンサを設けた構成としても良い。
【００１８】
また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２９（冷却水温検出手段）や、エンジン１１のクランク軸が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ３０が取り付けられている。このクランク角センサ３０の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
【００１９】
これら各種センサの出力は、制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３１に入力される。このＥＣＵ３１は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転条件に応じて燃料噴射弁２１の燃料噴射量や点火プラグ２２の点火時期を制御する。
【００２０】
その際、ＥＣＵ３１は、上流側の排出ガスセンサ２５の出力に基づいて触媒２４の上流側の排出ガスの空燃比を目標空燃比に一致させるように燃料噴射量等をフィードバック補正する空燃比フィードバック制御を行うことで、触媒２４の排出ガス浄化効率を高めるようにしている。
【００２１】
また、排出ガスセンサ２５は、センサ素子の温度が活性温度（例えば７５０℃）まで昇温しないと検出精度が悪いため、エンジン始動後に空燃比フィードバック制御を開始する前に、排出ガスセンサ２５のヒータ２７に通電してセンサ素子を加熱して活性化する必要がある。従って、エンジン始動後に空燃比フィードバック制御を早期に開始するには、排出ガスセンサ２５のセンサ素子を早期に活性化する必要がある。
【００２２】
しかし、エンジン１１の排出ガスには、燃料と空気の燃焼反応によって生成された水蒸気が含まれており、エンジン１１の始動直後で排気管２３の温度が低いときには、水蒸気を含んだ排出ガスが排気管２３内で冷やされるため、排気管２３内で排出ガス中の水蒸気が凝縮して凝縮水が生じることがある。このため、始動直後に排気管２３内で生じた凝縮水が排出ガスセンサ２５のセンサ素子に付着する可能性があり、始動直後からセンサ素子をヒータ２７で強く加熱すると、高温に加熱されたセンサ素子が凝縮水の付着による局所冷却（熱歪み）によって割れてしまう“素子割れ”が発生することがある。
【００２３】
この対策として、ＥＣＵ３１は、後述する図２のヒータ通電制御プログラムを実行することで、エンジン始動時に予熱期間を例えば始動条件等に応じて設定し、始動時から予熱期間が経過するまで、排出ガスセンサ２５のセンサ素子を被水による素子割れが発生しない温度で予熱するようにヒータ２７の通電デューティ（以下「ヒータ通電デューティ」という）を小さくして通電する予熱制御を実行し、その後、予熱期間が経過した後に、通常のヒータ通電制御に移行し、ヒータ通電デューティを増加させてセンサ素子を活性温度まで昇温させた後に、センサ素子を活性状態に維持するようにヒータ通電デューティを制御する。
【００２４】
この際、従来のように、予熱期間中のヒータ通電デューティを始動条件のみで設定すると、予熱期間中のエンジン運転条件の変化による排気熱量の変化を予熱制御に反映させることができず、予熱期間中のエンジン運転条件の変化による排気熱量の変化によってセンサ素子の予熱温度が変化する。このため、予熱期間中にセンサ素子温度が目標予熱温度範囲を越えて素子割れが発生する可能性がある。この対策として、ヒータ通電デューティを安全側の余裕を見込んで低めのヒータ通電デューティに設定すると、その分、センサ素子の予熱温度が低くなって、予熱期間終了後にセンサ素子を活性温度に昇温するまでの時間が長くなってしまい、空燃比フィードバック制御の開始が遅れて、排気エミッションが悪くなってしまう。
【００２５】
そこで、本実施例１では、予熱期間中に、冷却水温センサ２９の検出履歴に基づいて始動後の冷却水温上昇量（現在の冷却水温と始動時の冷却水温との差）を算出すると共に、始動後のヒータ通電デューティ積算値（ヒータ通電量積算値）を算出し、始動後の冷却水温上昇量と始動後のヒータ通電デューティ積算値とに基づいて、センサ素子が被水による素子割れが発生しない温度範囲内で予熱されるようにヒータ通電デューティを補正するようにしている。
【００２６】
ここで、始動後のヒータ通電デューティ積算値は、始動後のヒータ発熱量積算値と相関関係がある。また、始動後の冷却水温上昇量は、始動後のエンジン発熱量積算値と相関関係があり、始動後のエンジン発熱量積算値と始動後の排気熱量積算値との間に相関関係があるため、始動後の冷却水温上昇量は、始動後の排気熱量積算値と相関関係がある。従って、始動後のヒータ通電デューティ積算値と始動後の冷却水温上昇量は、予熱期間中にヒータ２７の発熱と排気熱によって予熱されるセンサ素子の温度を評価するパラメータとなるため、始動後のヒータ通電デューティ積算値と始動後の冷却水温上昇量とを用いれば、センサ素子の温度を被水による素子割れが発生しない温度範囲内に収めるようにヒータ通電デューティを補正することが可能となる。これにより、予熱期間中のセンサ素子の温度を被水による素子割れが発生しない温度範囲内で従来よりも高い温度に制御することが可能となり、排出ガスセンサ２５の素子割れを防止しながらセンサ素子の早期活性化を実現することができる。
【００２７】
本発明は、例えば、始動後のヒータ通電デューティ積算値と始動後の冷却水温上昇量とをパラメータとしてヒータ通電デューティの補正量を算出するマップ又は数式を、実験データ、設計データ、シミュレーション等によって設定するようにしても良いが、本実施例１では、予熱制御の精度を向上させるために、予熱期間中に、始動後の冷却水温上昇量に基づいて始動後のヒータ通電デューティ積算値の目標範囲を設定し、始動後のヒータ通電デューティ積算値を目標範囲内に収めるようにヒータ通電デューティを補正するようにしている。
【００２８】
つまり、予熱期間中のセンサ素子の温度は、始動後のヒータ発熱量積算値と排気熱量積算値とによって決まるため、始動後の排気熱量積算値と相関する始動後の冷却水温上昇量が分かれば、センサ素子の温度を被水による素子割れが発生しない温度範囲内に収めるのに必要なヒータ発熱量積算値（ヒータ通電デューティ積算値）が判明する。従って、始動後の冷却水温上昇量に基づいて、センサ素子の温度を目標予熱温度範囲内に収めるのに必要なヒータ通電デューティ積算値の目標範囲を設定して、始動後のヒータ通電デューティ積算値を目標範囲内に収めるようにヒータ通電デューティを補正すれば、予熱期間中のセンサ素子の温度を被水による素子割れが発生しない温度範囲内に収めるようにヒータ通電デューティを補正することが可能となる。
【００２９】
以上説明した本実施例１の排出ガスセンサ２５のヒータ通電制御は、ＥＣＵ３１によって図２のヒータ通電制御プログラムに従って実行される。以下、図２のヒータ通電制御プログラムの処理内容を説明する。
【００３０】
図２のヒータ通電制御プログラムは、イグニッションスイッチ（図示せず）のオン期間中に所定周期で繰り返し実行される。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、予熱期間終了後であるか否かを判定し、予熱期間内と判定されれば、ステップ１０２に進み、予熱期間とヒータ通電デューティが設定されているか否かを判定し、まだ予熱期間とヒータ通電デューティが設定されていなければ、ステップ１０３に進み、始動条件に応じて予熱期間とヒータ通電デューティをマップ等により設定する。
【００３１】
この際、始動条件として、例えば始動時の冷却水温を用い、予熱期間設定マップ（図示せず）を参照して、始動時の冷却水温が低いほど、予熱期間を長くするように設定する。或は、始動条件として、始動時の冷却水温の他に、吸気温、外気温、油温等も考慮し、それらの中から最も低い温度に応じて予熱期間を設定したり、更に、始動時の冷却水温と外気温との差（又は始動時の冷却水温と吸気温との差）に応じて上記予熱期間を補正しても良い。
【００３２】
同様に、始動条件に応じてヒータ通電デューティを設定する際に、始動条件として、例えば始動時の冷却水温を用い、ヒータ通電デューティ設定マップ（図示せず）を参照して、始動時の冷却水温が低いほど、ヒータ通電デューティを低下させるように設定する。これは、始動時の冷却水温が低いほど、排気管２３内に凝縮水が生じやすいためである。或は、始動条件として、始動時の冷却水温の他に、吸気温、外気温、油温等も考慮し、それらの中から最も低い温度に応じてヒータ通電デューティを設定したり、更に、始動時の冷却水温と外気温との差（又は始動時の冷却水温と吸気温との差）に応じて上記ヒータ通電デューティを補正しても良い。
【００３３】
尚、上記ステップ１０３の予熱期間とヒータ通電デューティの設定処理は、上記ステップ１０２の判定処理によって、始動時に１回のみ行われる。
【００３４】
予熱期間とヒータ通電デューティの設定後、ステップ１０４に進み、冷却水温センサ２９の検出履歴に基づいて始動後（始動時から現在まで）の冷却水温上昇量を算出する。
［始動後の冷却水温上昇量］＝［現在の冷却水温］−［始動時の冷却水温］
このステップ１０４の処理が特許請求の範囲でいう冷却水温上昇量算出手段としての役割を果たす。
【００３５】
この後、ステップ１０５に進み、始動後（始動時から現在まで）のヒータ通電デューティ積算値を算出する。このステップ１０５の処理が特許請求の範囲でいうヒータ通電量積算手段としての役割を果たす。
【００３６】
この後、ステップ１０６に進み、始動後の冷却水温上昇量に基づいて、センサ素子の温度を目標予熱温度範囲内に収めるのに必要なヒータ通電デューティ積算値の目標範囲の上限値と下限値をマップ又は数式等により算出する。
【００３７】
この後、ステップ１０７に進み、上記ステップ１０５で算出した始動後のヒータ通電デューティ積算値が目標範囲上限値を越えているか否かを判定し、始動後のヒータ通電デューティ積算値が目標範囲上限値を越えていれば、センサ素子温度が目標予熱温度範囲上限値を越えていると判断して、ステップ１０９に進み、ヒータ通電デューティを減少させるように補正する。この際、ヒータ通電デューティの減少量は、予め設定した一定値としても良いが、始動後のヒータ通電デューティ積算値と目標範囲上限値との差が大きくなるほど、ヒータ通電デューティの減少量を大きくするようにしても良い。
【００３８】
一方、上記ステップ１０７で、始動後のヒータ通電デューティ積算値が目標範囲上限値以下と判定されれば、ステップ１０８に進み、上記ステップ１０５で算出した始動後のヒータ通電デューティ積算値が目標範囲下限値を下回っているか否かを判定し、始動後のヒータ通電デューティ積算値が目標範囲下限値を下回っていれば、センサ素子温度が目標予熱温度範囲下限値を下回っている（つまり予熱不足）と判断して、ステップ１１０に進み、ヒータ通電デューティを増加させるように補正する。この際、ヒータ通電デューティの増加量は、予め設定した一定値としても良いが、始動後のヒータ通電デューティ積算値と目標範囲上限値との差が大きくなるほど、ヒータ通電デューティの増加量を大きくするようにしても良い。
【００３９】
上記ステップ１０７、１０８で、共に「Ｎｏ」と判定された場合、つまり始動後のヒータ通電デューティ積算値が目標範囲内に収まっていれば、センサ素子温度が目標予熱温度範囲内に収まっていると判断して、現在のヒータ通電デューティを引き続き維持する。
【００４０】
上述した処理を予熱期間中に所定周期で繰り返すことで、始動後のヒータ通電デューティ積算値を目標範囲内に収めるようにヒータ通電デューティを補正して、センサ素子の温度を被水による素子割れが発生しない目標予熱温度範囲内に収めるようにヒータ通電デューティを補正する。上記ステップ１０６〜１１０の処理が特許請求の範囲でいう予熱制御手段としての役割を果たす。
【００４１】
予熱期間終了後は、ステップ１０１からステップ１１１に進み、通常ヒータ通電制御を実行する。これにより、予熱期間終了後に、ヒータ通電デューティを増加させてセンサ素子を活性温度まで昇温させた後、センサ素子を活性状態に維持するようにヒータ通電デューティを制御する。
【００４２】
ところで、従来は、図３に示すように、予熱期間中にヒータ通電デューティが一定に維持されるため、予熱期間中のエンジン運転条件の変化による排気熱量の変化（冷却水温の変化）をセンサ素子の予熱制御に反映させることができず、予熱期間中のエンジン運転条件の変化による排気熱量の変化（冷却水温の変化）によってセンサ素子の予熱温度が変化する。このため、予熱期間中にセンサ素子温度が目標予熱温度範囲を越えて素子割れが発生する可能性がある。
【００４３】
これに対して、本実施例１では、予熱期間中に、冷却水温センサ２９の検出履歴に基づいて始動後の冷却水温上昇量を算出すると共に、始動後のヒータ通電デューティ積算値を算出し、図４に示すように、始動後の冷却水温上昇量と始動後のヒータ通電デューティ積算値とに基づいて、センサ素子が被水による素子割れが発生しない目標予熱温度範囲内で予熱されるようにヒータ通電デューティを補正するようにした。これにより、予熱期間中のセンサ素子の温度を被水による素子割れが発生しない温度範囲内で従来よりも高い温度に制御することが可能となり、排出ガスセンサの素子割れを防止しながらセンサ素子の早期活性化を実現することができる。
【実施例２】
【００４４】
本発明の実施例２では、ＥＣＵ３１によって図５のヒータ通電制御プログラムを実行することで、予熱期間中に、始動後のヒータ通電デューティ積算値（ヒータ通電量積算値）と始動後の冷却水温上昇量とに基づいてセンサ素子の温度を推定し、その温度推定値が被水による素子割れが発生しない目標予熱温度範囲内に収まるようにヒータ通電デューティを補正するようにしている。前記実施例１でも説明したように、始動後のヒータ通電デューティ積算値と始動後の冷却水温上昇量は、予熱期間中にヒータ２７の発熱と排気熱によって予熱されるセンサ素子の温度を評価するパラメータとなるため、始動後のヒータ通電デューティ積算値と始動後の冷却水温上昇量とを用いれば、センサ素子温度を推定することが可能となり、このセンサ素子温度推定値に基づいてヒータ通電デューティを補正することで、予熱期間中のセンサ素子温度を適正に制御することができる。
【００４５】
本実施例２で実行する図５のヒータ通電制御プログラムは、前記実施例１で実行する図２のヒータ通電制御プログラムのステップ１０６〜１０８の処理をステップ１０６ａ〜１０８ａに変更しただけであり、その他の各ステップの処理は同じである。
【００４６】
図５のヒータ通電制御プログラムでは、前記実施例１と同様の方法で、予熱期間中に、始動後の冷却水温上昇量と始動後のヒータ通電デューティ積算値を算出する（ステップ１０４、１０５）。この後、ステップ１０６ａに進み、始動後のヒータ通電デューティ積算値と始動後の冷却水温上昇量とに基づいてセンサ素子温度を推定する。この際、始動後のヒータ通電デューティ積算値と始動後の冷却水温上昇量とをパラメータとしてセンサ素子温度推定値を算出するマップ又は数式を用いて、センサ素子温度推定値を算出すれば良い。
【００４７】
この後、ステップ１０７ａに進み、上記ステップ１０６ａで算出したセンサ素子温度推定値が目標範囲上限値を越えているか否かを判定し、センサ素子温度推定値が目標予熱温度範囲上限値を越えていれば、ステップ１０９に進み、ヒータ通電デューティを減少させるように補正する。この際、ヒータ通電デューティの減少量は、予め設定した一定値としても良いが、始動後のヒータ通電デューティ積算値と目標範囲上限値との差が大きくなるほど、ヒータ通電デューティの減少量を大きくするようにしても良い。
【００４８】
一方、上記ステップ１０７ａで、センサ素子温度推定値が目標予熱温度範囲上限値以下と判定されれば、ステップ１０８ａに進み、センサ素子温度推定値が目標予熱温度範囲下限値を下回っているか否かを判定し、センサ素子温度推定値が目標予熱温度範囲下限値を下回っていれば、ステップ１１０に進み、ヒータ通電デューティを増加させるように補正する。この際、ヒータ通電デューティの増加量は、予め設定した一定値としても良いが、始動後のヒータ通電デューティ積算値と目標範囲上限値との差が大きくなるほど、ヒータ通電デューティの増加量を大きくするようにしても良い。
【００４９】
上記ステップ１０７ａ、１０８ａで、共に「Ｎｏ」と判定された場合、つまりセンサ素子温度推定値が目標予熱温度範囲内に収まっていれば、現在のヒータ通電デューティを引き続き維持する。
【００５０】
上述した処理を予熱期間中に所定周期で繰り返すことで、予熱期間中のセンサ素子温度推定値を目標予熱温度範囲内に収めるようにヒータ通電デューティを補正して、実際のセンサ素子温度を被水による素子割れが発生しない目標予熱温度範囲内に収めるようにヒータ通電デューティを補正する。上記ステップ１０６ａ〜１１０の処理が特許請求の範囲でいう予熱制御手段としての役割を果たす。
【００５１】
以上説明した本実施例２でも、前記実施例１と同様の効果を得ることができる。
尚、本発明は、触媒２４の下流側の排出ガスセンサのヒータ通電制御に適用して実施しても良い等、種々変更して実施できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の各実施例１，２に共通するエンジン制御システム全体の概略構成図である。
【図２】実施例１のヒータ通電制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】従来の予熱期間中のヒータ通電制御の一例を説明するタイムチャートである。
【図４】実施例１の予熱期間中のヒータ通電制御の一例を説明するタイムチャートである。
【図５】実施例２のヒータ通電制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５３】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１６…スロットルバルブ、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２３…排気管（排気通路）、２４…触媒、２５…排出ガスセンサ、２７…ヒータ、２９…冷却水温センサ（冷却水温検出手段）、３１…ＥＣＵ（冷却水温上昇量算出手段，ヒータ通電量積算手段，予熱制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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