(57)【要約】【課題】予熱制御において素子温度を精度高く制御する。【解決手段】制御装置は、予熱期間中に（Ｓ１００にてＹＥＳ）、予熱期間とデューティー比の基本値が未設定の場合には（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、予熱期間の終期を設定するステップ（Ｓ１０４）と、デューティー比の基本値を設定するステップ（Ｓ１０６）と、排ガスの流量と温度とに基づいて第１補正量を算出するステップ（Ｓ１０８）と、車速に基づいて第２補正量を算出するステップ（Ｓ１１０）と、デューティー比の基本値と第１補正量と第２補正量とを用いてデューティー比の制御値を設定するステップ（Ｓ１１２）と、予熱期間が終了していなければ（Ｓ１１４にてＮＯ）、予熱制御を実行するステップ（Ｓ１１８）とを含む、制御処理を実行する。【選択図】図３
2018205054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されたエンジンの排気通路に設けられる空燃比センサの温度制御装置であって、
前記空燃比センサの検出素子に隣接して設けられるヒータと、
前記検出素子の活性化温度である第１目標温度まで前記ヒータを用いて前記検出素子の素子温度を昇温する昇温制御と、前記エンジンの始動時から所定の予熱時間が経過するまでの間、前記第１目標温度よりも低く、かつ、排気通路内で発生する凝縮水による素子割れが発生しない第２目標温度で前記ヒータを用いて前記検出素子を予熱する予熱制御とを実行する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記予熱制御の実行時の、前記ヒータの通電期間と非通電期間との割合を示すデューティー比を、基本デューティー比に受熱補正と放熱補正とを行なうことで決定し、
前記放熱補正は、排ガスの温度が前記第２目標温度よりも低温である場合に前記排ガスの温度と前記排ガスの流量とに応じてデューティー比を増加させるように第１補正値を設定する排ガス流量補正、および、前記車両の速度に応じてデューティー比を増加させるように第２補正値を設定する車速補正のうちの少なくともいずれかである、空燃比センサの温度制御装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記排ガス流量補正において、前記排ガスの温度が第１温度であり、かつ、前記排ガスの流量が第１流量のときには、前記排ガスの温度が前記第１温度であり、かつ、前記排ガスの流量が前記第１流量よりも低流量である第２流量のときに設定される値よりも前記デューティー比の増加量が大きくなる値を前記第１補正値として設定する、請求項１に記載の空燃比センサの温度制御装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記車速補正において、前記車両の速度が第１速度のときには、前記第１速度よりも低車速である第２速度のときに設定される値よりも前記デューティー比の増加量が大きくなる値を前記第２補正値として設定する、請求項１または２に記載の空燃比センサの温度制御装置。
【請求項４】
前記第２目標温度は、前記検出素子の周囲の水分を蒸発可能な温度範囲内の温度であって、かつ、前記検出素子が水分と接触しても発生する熱応力が許容範囲内となる温度である、請求項１〜３のいずれかに記載の空燃比センサの温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気通路に設けられる空燃比センサの検出素子を予熱するときの温度制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のエンジンでは、排気通路に、排ガスの空燃比を検出するための空燃比センサを設け、この空燃比センサからの出力に基づいて、排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ことが行なわれている。このような空燃比センサは、検出素子が活性化する温度まで上昇しないと空燃比を精度高く検出することができない。このため、検出素子が低温である場合には、検出素子の温度を活性化温度（たとえば、７５０℃）にまで昇温させる必要がある。
【０００３】
たとえば、エンジン始動後の、検出素子の温度が低温であるときには、空燃比センサの検出素子の温度を活性化温度にまで昇温させるように、空燃比センサに内蔵されたヒータ回路の通電制御が行なわれる。ヒータ回路の通電動作（オンオフ動作）のデューティー比を調整することによって検出素子の温度が制御される。一般的に、検出素子の素子温度と検出素子のアドミタンスやインピーダンスとは、相関があるため、検出素子のアドミタンスやインピーダンスが目標素子温度に対応する値になるように通電動作のデューティー比をフィードバック制御することによって、素子温度を目標素子温度まで上昇させることができる。
【０００４】
たとえば、特開２０１５−２１２６６８号公報（特許文献１）には、空燃比センサの検出素子のインピーダンスを目標インピーダンスに一致させるように、予熱制御のデューティー比を調整する技術が開示される。
【０００５】
一方、エンジンの冷間始動直後などの排ガス温度が低い期間には、排ガス中に含まれる水蒸気が排気通路内で冷やされて凝縮水が発生する。発生した凝縮水が活性化温度にまで昇温された高温の検出素子と接触すると、急激な温度変化による熱応力によって検出素子の割れが生じてしまう虞があるので、凝縮水が発生する可能性のあるエンジンの冷間始動直後から所定期間においては、検出素子の素子温度を活性化温度まで上昇させる昇温制御ではなく、検出素子の素子温度を所定の予熱温度（たとえば、１００℃〜２００℃）に維持する予熱制御が実行される。この予熱制御においては、通常の昇温制御よりも低いデューティー比でヒータ回路の通電動作が行なわれる。予熱制御を実行して、検出素子の温度を所定の予熱温度にまで昇温し、その後、所定期間の間、その予熱温度を維持することにより、検出素子の周辺の水分を蒸発させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−２１２６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、予熱制御においてデューティー比を固定した場合には、排気通路を流通する排ガスからの受熱や走行風による排気通路からの放熱の影響により、素子温度を所定の予熱温度に維持できない場合がある。即ち、予熱制御において検出素子の温度を所定の予熱温度よりも高く昇温しすぎたり、検出素子の温度を所定の予熱温度にまで昇温できなかったりする。さらに、空燃比センサの検出素子は、活性化温度よりも低温側である所定の予熱温度近傍の温度領域においては、検出素子のインピーダンスの変化が緩慢になるという特徴がある。そのため、予熱制御においては検出素子のインピーダンスを検出してフィードバック制御することにより素子温度を予熱温度に維持することは難しい。
【０００８】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、予熱制御において素子温度を精度高く制御する空燃比センサの温度制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明のある局面に係る空燃比センサの温度制御装置は、車両に搭載されたエンジンの排気通路に設けられる空燃比センサの温度制御装置である。温度制御装置は、空燃比センサの検出素子に隣接して設けられるヒータと、検出素子の活性化温度である第１目標温度までヒータを用いて検出素子の素子温度を昇温する昇温制御と、エンジンの始動時から所定の予熱時間が経過するまでの間、第１目標温度よりも低く、かつ、排気通路内で発生する凝縮水による素子割れが発生しない第２目標温度でヒータを用いて検出素子を予熱する予熱制御とを実行する制御装置とを備える。制御装置は、予熱制御の実行時の、ヒータの通電期間と非通電期間との割合を示すデューティー比を、基本デューティー比に受熱補正と放熱補正とを行なうことで決定する。放熱補正は、排ガスの温度が第２目標温度よりも低温である場合に排ガスの温度と排ガスの流量とに応じてデューティー比を増加させるように第１補正値を設定する排ガス流量補正、および、車両の速度に応じてデューティー比を増加させるように第２補正値を設定する車速補正のうちの少なくともいずれかである。
【００１０】
このようにすると、排気通路に設けられた検出素子が排気通路を流れる排ガスにより加熱されたり冷やされたりするといった排ガスによる受熱や放熱の影響や、車両の速度に応じて変化する走行風により排気通路が冷やされることで排気通路に設けられた検出素子が冷やされるといった車両の速度に応じて変化する走行風による放熱の影響を考慮してヒータを制御するためのデューティー比を決定しているので、予熱制御において第２目標温度になるように素子温度を精度高く制御することができる。
【００１１】
好ましくは、制御装置は、排ガス流量補正において、排ガスの温度が第１温度であり、かつ、排ガスの流量が第１流量のときには、排ガスの温度が第１温度であり、かつ、排ガスの流量が第１流量よりも低流量である第２流量のときに設定される値よりもデューティー比の増加量が大きくなる値を第１補正値として設定する。
【００１２】
このようにすると、排ガスの流量が大きくなるほど予熱制御におけるデューティー比の制御値が大きくなるように放熱補正としての排ガス流量補正を実行することにより、ヒータへの通電量を増加させて、素子温度を第２目標温度に維持することができる。
【００１３】
さらに好ましくは、制御装置は、車速補正において、車両の速度が第１速度のときには、第１速度よりも低車速である第２速度のときに設定される値よりもデューティー比の増加量が大きくなる値を第２補正値として設定する。
【００１４】
このようにすると、車速が速くなるほど予熱制御におけるデューティー比を大きくなるように放熱補正として車速補正を実行することにより、ヒータへの通電量が増加し、素子温度を第２目標温度に維持することができる。
【００１５】
さらに好ましくは、第２目標温度は、検出素子の周囲の水分を蒸発可能な温度範囲内の温度であって、かつ、検出素子が水分と接触しても発生する熱応力が許容範囲内となる温度である。
【００１６】
このようにすると、予熱制御において、検出素子の温度を第２目標温度に維持することにより水分が付着しても発生する熱応力を許容範囲内としつつ、検出素子の周囲の水分を蒸発させることができる。そのため、昇温制御を実行したときに水分が検出素子に付着することを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によると、予熱制御において素子温度を精度高く制御する空燃比センサの温度制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】エンジンの構成を示す図である。
【図２】素子温度とアドミタンスとの関係を示す図である。
【図３】制御装置で実行される制御処理を示すフローチャートである。
【図４】排ガスの流量および温度と第１補正量との関係を示す所定の第１マップの一例を示す図である。
【図５】車速と第２補正量との関係を示す所定の第２マップの一例を示す図である。
【図６】車速と排ガスの流量とデューティー比の制御値との変化を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２０】
図１は、車両１００に搭載されるエンジン１０の構成を示した図である。図１に示すエンジン１０は、ディーゼルエンジン等の内燃機関である。エンジン１０は、車両１００の駆動源として搭載される。エンジン１０は、気筒１１と吸気通路８と排気通路７とを含む。気筒１１は、たとえば、複数個設けられる。
【００２１】
吸気通路８の一方端には、不図示のエアクリーナ等が設けられる。吸気通路８は途中の分岐点から枝通路に分岐して各気筒に接続される。分岐点は、後述するＥＧＲ通路１８との合流位置よりも下流に設けられる。吸気通路８の分岐点よりも上流側にはエアフローメータ２および吸気絞り弁１６が設けられる。エアフローメータ２は、吸気通路８を流れる新気の流量（吸入空気量）を測定し、空気流量情報を制御装置６に検知信号として送信する。エアフローメータ２の下流に吸気絞り弁１６が設けられる。吸気絞り弁１６の開度は、絞り弁センサ１７によって制御装置６に送信され、絞り弁センサ１７を介して制御装置６からの制御信号によって制御される。
【００２２】
各気筒１１は、シリンダ１１ａとピストン１１ｂとを含む。気筒１１には燃料噴射装置１３が設けられる。燃料噴射装置１３は、コモンレール１５を介して燃料ポンプ１４および燃料タンク１２に接続される。燃料噴射装置１３は、制御装置６によって制御されて、気筒１１内の燃焼室に燃料を供給する。
【００２３】
排気通路７は、第１通路７ａと、第２通路７ｂと、第３通路７ｃと、第４通路７ｄとを含む。第４通路７ｄの端部には、排ガスを大気に放出する出口が形成される。
【００２４】
エンジン１０には、ＥＧＲ（排ガス再循環）システムが設けられる。ＥＧＲシステムは、ＥＧＲ通路１８とＥＧＲ弁１９とを含む。ＥＧＲ通路１８は、排気通路７と吸気通路８を連通して、排気通路７に排出された排ガスの一部を吸気通路８に戻す。ＥＧＲ弁１９は、制御装置６によって制御されて開度が調整され、ＥＧＲ通路１８によって循環するガス流量を調整する。制御装置６は、エアフローメータ２やＥＧＲ弁１９の開度により空気流量を検出する。
【００２５】
制御装置６は、プログラムおよびデータを記憶するＲＯＭ（Read  Only  Memory）と、各種処理を行なうＣＰＵ（Central  Processing  Unit）と、ＣＰＵの処理結果等を記憶するＲＡＭ（Random  Access  Memory）と、外部との情報のやり取りを行なう入・出力ポート（いずれも図示せず）とを含む。入力ポートには、上述したセンサ類（エアフローメータ２および絞り弁センサ１７）の他に、排気温度センサ５、車速センサ２０および空燃比センサ２１等が接続される。
【００２６】
排気温度センサ５は、排気通路７（第２通路７ｂ）内の排ガスの温度を検出する。排気温度センサ５は、検出された排ガスの温度を示す信号を制御装置６に送信する。
【００２７】
車速センサ２０は、車両１００の速度（以下、車速とも記載する場合がある）を検出する。車速センサ２０は、たとえば、車両１００の車輪（図示せず）の回転速度を検出し、検出された車輪の回転速度を車速に換算して、制御装置６に送信してもよい。あるいは、制御装置６は、車速センサ２０から車輪の回転速度を取得し、取得された回転速度を示す信号を車速に換算して、車速を取得してもよい。
【００２８】
空燃比センサ２１は、排気通路７内の排ガスの空燃比を検出する。空燃比センサ２１は、検出された排ガスの空燃比を示す信号を制御装置６に送信する。空燃比センサ２１は、検出素子２１ａとヒータ回路２１ｂとを含む。ヒータ回路２１ｂは、検出素子２１ａに隣接した位置に設けられる。ヒータ回路２１ｂは、スイッチ２２を介して電源２３に接続される。制御装置６は、通電期間と非通電期間との割合を示すデューティー比に従ってスイッチ２２の通電と非通電とを切り換えることによって（スイッチ２２の通電制御）ヒータ回路２１ｂを用いて検出素子２１ａを昇温させる。
【００２９】
制御装置６は、入力ポートに接続された各機器から信号を受信し、受信した信号に基づいて出力ポートに接続された燃料添加装置３、燃料噴射装置１３、燃料ポンプ１４、吸気絞り弁１６、ＥＧＲ弁１９等の各機器に制御信号を送信することによって各機器を制御する。
【００３０】
図１に示した排気処理装置１は、燃料添加装置３とＰＭ除去フィルター４と酸化触媒９とを含む。ＰＭ除去フィルター４は、セラミックまたはステンレス等から形成される。ＰＭ除去フィルター４は、第３通路７ｃに収納される。ＰＭ除去フィルター４は、排ガスの通過を許容しつつ、通過する排ガスから粒子状物質（以下、ＰＭと記載する）を捕集する。
【００３１】
以上のような構成を有するエンジン１０では、排気通路７に、空燃比センサ２１を設け、この空燃比センサ２１からの出力に基づいて、排ガスの空燃比を目標空燃比に一致させるように、燃料噴射等をフィードバック制御することが行なわれている。このような空燃比センサ２１は、検出素子２１ａが活性化する温度まで上昇しないと空燃比を精度高く検出することができない。このため、検出素子２１ａが低温である場合には、検出素子２１ａを所定の活性化温度（たとえば、７５０℃）（以下、第１目標温度Ｔａと記載する）にまで昇温させる必要がある。
【００３２】
たとえば、エンジン１０の始動後の、検出素子２１ａの温度が低温であるときには、空燃比センサ２１の検出素子２１ａの温度を活性化温度まで昇温させるように、空燃比センサ２１に内蔵されたヒータ回路２１ｂの通電制御が行なわれる。ヒータ回路２１ｂの通電動作（オンオフ動作）のデューティー比を調整することによって検出素子２１ａの温度が制御される。
【００３３】
一般的に、検出素子２１ａの素子温度と検出素子２１ａのアドミタンスやインピーダンスとは、相関があるため、検出素子２１ａのアドミタンスやインピーダンスが第１目標温度Ｔａに対応する値になるようにデューティー比をフィードバック制御することによって素子温度を第１目標温度Ｔａまで上昇させることができる。
【００３４】
一方、エンジン１０の冷間始動直後などの排ガスの温度が低い期間には、排ガス中に含まれる水蒸気が排気通路７内で冷やされて凝縮水が発生する。発生した凝縮水が活性化温度にまで昇温された高温の検出素子２１ａと接触すると、急激な温度変化による熱応力によって検出素子２１ａの割れが生じてしまう虞があるので、凝縮水が発生する可能性のあるエンジン１０の冷間始動直後から所定期間においては、検出素子２１ａの素子温度を第１目標温度Ｔａまで上昇させる昇温制御ではなく、検出素子２１ａの素子温度が所定の予熱温度（たとえば、１００℃〜２００℃、以下、第２目標温度Ｔｂと記載する。）に維持する予熱制御が実行される。この予熱制御においては、通常の昇温制御よりも低いデューティー比でヒータ回路２１ｂの通電動作が行なわれる。予熱制御を実行して、検出素子２１ａの温度を所定の予熱温度にまで昇温し、その後、所定の期間の間、その予熱温度を維持することにより、検出素子２１ａの周辺の水分を蒸発させることができる。
【００３５】
しかしながら、予熱制御においてデューティー比を固定とした場合に、排気通路７を流通する排ガスからの受熱や走行風による排気通路からの放熱の影響により、素子温度を所定の予熱温度に維持できない場合がある。即ち、予熱制御において検出素子２１ａの温度を所定の予熱温度よりも高く昇温しすぎたり、検出素子２１ａの温度を所定の予熱温度にまで昇温できなかったりする。
【００３６】
さらに、空燃比センサ２１の検出素子２１ａは、第１目標温度Ｔａよりも低温側である所定の予熱温度近傍の温度領域においては、検出素子２１ａのアドミタンスやインピーダンスの変化が緩慢になるという特徴がある。図２は、素子温度とアドミタンスとの関係を示す図である。図２の縦軸は、検出素子２１ａのアドミタンスを示し、図２の横軸は、検出素子２１ａの素子温度を示す。図２に示すように、第１目標温度Ｔａよりも低い第２目標温度Ｔｂあたりの低温度領域では、素子温度の変化に対するアドミタンスの変化が小さいため、アドミタンスに基づいて予熱制御を行なっても、素子温度を精度高く制御することはできない場合がある。
【００３７】
そこで、本実施の形態においては、制御装置６は、予熱制御の実行時の、ヒータ回路２１ｂの通電期間と非通電期間との割合を示すデューティー比を、基本デューティー比に受熱補正と放熱補正とを行なうことで決定することを特徴とする。なお、放熱補正は、排ガスの温度が第２目標温度Ｔｂよりも低温である場合に排ガスの温度と排ガスの流量とに応じてデューティー比を増加させるように第１補正値を設定する排ガス流量補正、および、車両の速度に応じてデューティー比を増加させるように第２補正値を設定する車速補正のうちの少なくともいずれかである。
【００３８】
このようにすると、排ガスによる受熱や放熱の影響や走行風による放熱の影響を考慮してヒータの予熱制御におけるデューティー比を決定しているので、予熱制御の実行時において第２目標温度Ｔｂになるように検出素子２１ａの素子温度を精度高く制御することができる。
【００３９】
図３を参照して、本実施の形態における制御装置６で実行される制御処理について説明する。図３は、制御装置６で実行される制御処理を示すフローチャートである。
【００４０】
ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１００にて、制御装置６は、予熱期間中であるか否かを判定する。制御装置６は、たとえば、予熱期間中であることを示すフラグがオン状態である場合に予熱期間中であると判定し、フラグがオフ状態である場合に予熱期間中でないと判定する。制御装置６は、たとえば、エンジン１０の始動後であって、エンジン１０の水温が暖機完了を示すしきい値よりも低く、かつ、フラグがオフ状態である場合に、フラグをオン状態にし、予熱期間のカウントを開始する。予熱期間中であると判定される場合（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ１０２に移される。
【００４１】
Ｓ１０２にて、制御装置６は、予熱期間の終期とデューティー比の基本値とが未設定であるか否かを判定する。制御装置６は、内蔵するメモリ（図示せず）内の所定の記憶領域に予熱期間の終期とデューティー比の基本値とが記憶されていない場合には、予熱期間の終期とデューティー比の基本値とが未設定であると判定する。なお、所定の記憶領域に記憶されるデータは、たとえば、予熱期間の終了とともに消去される。予熱期間の終期とデューティー比の基本値とが未設定であると判定される場合（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、処理はＳ１０４に移される。
【００４２】
Ｓ１０４にて、制御装置６は、予熱期間の終期を設定する。制御装置６は、たとえば、エンジン１０の状態（冷却水温、吸気温、排ガスの温度、あるいは、油温等）に基づいて予熱期間を設定する。制御装置６は、たとえば、冷却水温、吸気温、排ガスの温度、あるいは、油温等が低くなるほど、エンジン１０の始動から長い期間を経過した後の時点を予熱期間の終期として設定してもよい。なお、エンジン１０の始動から予め定められた期間経過した時点を予熱期間の終期としてもよい。
【００４３】
Ｓ１０６にて、制御装置６は、デューティー比の基本値（所謂、基本デューティー）を設定する。制御装置は、たとえば、予め定められた値を基本値として設定してもよいし、あるいは、上述のエンジン１０の状態に基づいて基本値を設定してもよい。制御装置６は、たとえば、冷却水温、吸気温、排気温、あるいは、油温等が低くなるほど小さい値を基本値として設定してもよい。
【００４４】
Ｓ１０８にて、制御装置６は、排ガスの流量と温度とに基づいて第１補正量を取得する。このとき、制御装置６は、空燃比センサ２１を通過する排ガスの温度を、たとえば、排気温度センサ５によって検出される排ガスの温度に基づいて推定する。
【００４５】
また、制御装置６は、たとえば、エンジン１０の運転条件（冷却水温、吸入空気量、吸気温度、排ガスの温度、エンジン回転数等）に基づいて排ガスの流量を算出する。運転条件に基づく排ガスの流量の推定方法としては、周知の技術を用いればよく、たとえば、エンジン１０の運転条件と排ガスの流量との間の関係を示すマップ等（マップ、あるいは、数式や表など）を用いて行なわれてもよい。
【００４６】
制御装置６は、算出された排ガスの流量および温度と、所定の第１マップとを用いて第１補正量を取得する。所定の第１マップは、排ガスの流量と、排ガスの温度と、第１補正量との関係を示すマップである。マップに代えて数式や表等が用いられてもよい。ここで、予熱制御の実行時において、制御装置６は、排ガスの温度が第２目標温度Ｔｂよりも低温である場合には放熱補正を実行し、排ガスの温度が第２目標温度Ｔｂよりも高温である場合には受熱補正を実行する。ここで、放熱補正とは空燃比センサ２１の検出素子２１ａから熱が奪われる（所謂、放熱）影響を考慮して予熱制御におけるデューティー比を増加させる補正であり、受熱補正とは、空燃比センサ２１の検出素子２１ａが加熱される（所謂、受熱）影響を考慮して予熱制御におけるデューティー比を減少させる補正である。
【００４７】
図４は、排ガスの温度が第２目標温度Ｔｂよりも低温である場合に実行される放熱補正としての排ガス流量補正における、排ガスの流量および排ガスの温度と第１補正量との関係を示す所定の第１マップの一例を示す図である。図４の縦軸は、第１補正量を示し、図４の横軸は、排ガスの流量を示す。
【００４８】
図４の実線は、排ガスの温度が第２目標温度Ｔｂよりも低温の第１温度である場合の排ガスの流量と第１補正量との関係を示す。図４の破線は、排ガスの温度が第１温度よりも低い第２温度である場合の排ガスの流量と第１補正量との関係を示す。さらに、図４の一点鎖線は、排ガスの温度が第２温度よりもさらに低い第３温度である場合の排ガスの流量と第１補正量との関係を示す。
【００４９】
図４の実線に示すように、排ガスの温度が第２目標温度Ｔｂよりも低温である場合には、予熱制御の実行時において、排気通路７を流通する排ガスにより空燃比センサ２１の検出素子２１ａから熱が奪われることになるため、排ガスの流量が高流量になるほど設定される第１補正量を大きくしている。すなわち、制御装置６は、排ガスの流量が第１流量ｆ（０）のときには、第１流量ｆ（０）よりも低流量である第２流量ｆ（１）のときに設定される補正量Ｃａ（３）に基づき予熱制御のデューティー比が補正される場合よりも補正後のデューティー比が大きくなるように、補正量Ｃａ（３）よりも大きい補正量Ｃａ（０）を第１補正量として設定する。制御装置６は、排ガスの温度が第２温度である場合、および、第３温度である場合も同様に、排ガスの流量が第１流量ｆ（０）のときには、第１流量ｆ（０）よりも低流量である第２流量ｆ（１）のときに設定される補正量より補正後のデューティー比が大きくなるように、補正量Ｃａ（１）、および、補正量Ｃａ（２）を第１補正量として設定する。
【００５０】
一方、図４の実線、破線および一点鎖線に示すように、排ガスの温度が第２目標温度Ｔｂよりも低温である場合には、排気通路７を流通する排ガスにより空燃比センサ２１の検出素子２１ａから熱が奪われることになるため、排ガスの温度が低くなるほど設定される第１補正量を大きくしている。たとえば、排ガスの流量がｆ（０）である場合において、排ガスの温度が第１温度の時は、制御装置６は補正量Ｃａ（０）を第１補正量として設定し、排ガスの流量がｆ（０）である場合において、排ガスの温度が第１温度よりも低温の第２温度の時は、制御装置６は補正量Ｃａ（１）（＞Ｃａ（０））を第１補正量として設定し、排ガスの流量がｆ（０）である場合において、排ガスの温度が第２温度よりも低温の第３温度の時は、制御装置６は補正量Ｃａ（２）（＞Ｃａ（１））を第１補正量として設定する。すなわち、制御装置６は、排ガスの温度が第３温度のときには、第３温度よりも高い第２温度のときに設定される補正量Ｃａ（１）よりも補正後のデューティー比が大きくなるような補正量Ｃａ（２）を第１補正量として設定する。同様に、制御装置６は、排ガスの温度が第２温度のときには、第２温度よりも高い第１温度のときに設定される補正量Ｃａ（０）よりも補正後のデューティー比が大きくなるような補正量Ｃａ（１）を第１補正量として設定する。
【００５１】
ところで、排ガスの温度は、エンジン１０の始動から時間の経過とともに次第に高温になる。このため、排ガスの温度が、第２目標温度Ｔｂよりも高温となると、予熱制御の実行時において排気通路７を流通する排ガスから空燃比センサ２１の検出素子２１ａは熱を受けることになるため、予熱制御におけるデューティー比は、排ガスの流量および排ガスの温度に基づき設定される第１補正量によって受熱補正される。受熱補正では、排ガスの温度と流量に応じて予熱制御におけるデューティー比を減少させるように補正が実行される。具体的には、排ガスの流量が一定である場合には、排ガスの温度が高温になるほど検出素子２１ａが排ガスから受ける受熱の影響が大きくなるので、排ガスの温度が高温になるほどデューティー比の減少割合（又は減少量）を大きくするように受熱補正における第１補正量を設定する。また、排ガスの温度が一定である場合には、排ガスの流量が大きくなるほど検出素子２１ａが排ガスから受ける受熱の影響が大きくなるので、排ガスの流量が大きくなるほどデューティー比の減少割合（又は減少量）を大きくするように受熱補正における第１補正量が設定される。
【００５２】
図３に戻って、Ｓ１１０にて、制御装置６は、車速に基づいて第２補正量を取得する。制御装置６は、車速センサ２０を用いて車速を取得する。制御装置６は、車速と、所定の第２マップとを用いて第２補正量を取得する。所定の第２マップは、車速と、第２補正量との関係を示すマップである。マップに代えて数式や表等が用いられてもよい。ここで、制御装置６は、予熱制御の実行時において、車速に基づいて放熱補正を実行する。車速が速くなると、排気通路７が走行風により冷却されて、排気通路７に設けられた空燃比センサ２１の検出素子２１ａから熱が奪われることになる。このため、制御装置６は、この走行風による空燃比センサ２１の検出素子２１ａからの放熱の影響を考慮して、予熱制御の実行時に放熱補正としての車速補正を実行する。
【００５３】
図５は、予熱制御の実行時に放熱補正として実行される車速補正における、車速および外気温と第２補正量との関係を示す所定の第２マップの一例を示す図である。図５の縦軸は、第２補正量を示し、図５の横軸は、車速を示す。
【００５４】
図５の実線は、外気温が第１外気温である場合の車速と第２補正量との関係を示す。図５の破線は、外気温が第１温度よりも低温である第２外気温である場合の車速と第２補正量との関係を示す。図５の一点鎖線は、外気温が第２外気温よりもさらに低温である第３外気温である場合の車速と第２補正量との関係を示す。
【００５５】
図５の実線に示すように、車速が大きくなるほど、走行風による放熱の影響が大きくなるので、設定される第２補正量を大きくしている。すなわち、制御装置６は、車速が第１速度Ｖ（０）のときには、車速が第１速度Ｖ（０）よりも低車速である第２速度Ｖ（１）のときに設定される補正量Ｃｂ（３）よりも補正後のデューティー比が大きくなるような補正量Ｃｂ（０）を第２補正量として設定する。制御装置６は、外気温が第２外気温である場合、および、第３外気温である場合も同様に、車速が第１速度Ｖ（０）のときには、車速が第１速度Ｖ（０）よりも低車速である第２速度Ｖ（１）のときに設定される補正量よりも補正後のデューティー比が大きくなるような補正量を第２補正量として設定する。
【００５６】
一方、図５の実線、破線および一点鎖線に示すように、たとえば、車速がＶ（０）である場合において、外気温が第１外気温の時には、第２補正量はＣｂ（０）となり、外気温が第２外気温の時には、第２補正量はＣｂ（１）（＞Ｃｂ（０））となり、外気温が第３外気温の時には、第２補正量はＣｂ（２）（＞Ｃｂ（１））となる。すなわち、制御装置６は、外気温が第３外気温の時には、外気温が第３外気温よりも高温である第２外気温の時に設定される補正量Ｃｂ（１）よりも補正後のデューティー比が大きくなるような補正量Ｃｂ（２）を第２補正量として設定する。同様に、制御装置６は、外気温が第２外気温の時には、外気温が第２外気温よりも高温である第１外気温の時に設定される補正量Ｃｂ（０）よりも補正後のデューティー比が大きくなるような補正量Ｃｂ（１）を第２補正量として設定する。
【００５７】
図３に戻って、Ｓ１１２にて、制御装置６は、予熱制御におけるデューティー比の制御値を設定する。具体的には、制御装置６は、デューティー比の制御値＝基本値＋第１補正量＋第２補正量の式を用いて算出される値を、予熱制御における最終的なデューティー比の制御値として設定する。即ち、制御装置６は、基本デューティー比に対して受熱補正や放熱補正を行なうことで、予熱制御におけるデューティー比の制御値を決定する。
【００５８】
Ｓ１１４にて、制御装置６は、予熱期間が終了するか否かを判定する。制御装置６は、予熱期間のカウント値が予熱期間の終期を示す値以上となる場合に、予熱期間が終了していると判定する。予熱期間が終了していると判定される場合（Ｓ１１４にてＹＥＳ）、処理はＳ１１６に移される。
【００５９】
Ｓ１１６にて、制御装置６は、昇温制御を実行する。制御装置６は、上述したとおり、検出素子２１ａのアドミタンスやインピーダンスが第１目標温度Ｔａに対応する値になるようにデューティー比をフィードバック制御する。
【００６０】
Ｓ１１８にて、制御装置６は、予熱制御を実行する。具体的には、制御装置６は、Ｓ１１２にて設定された制御値に従ってヒータ回路２１ｂの通電制御を行なう。
【００６１】
なお、Ｓ１００にて予熱期間中でないと判定される場合（Ｓ１００にてＮＯ）、処理は終了される。また、Ｓ１０２にて予熱期間とデューティー比の基本値が設定済の場合（Ｓ１０２にてＮＯ）、処理はＳ１０８に移される。
【００６２】
以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態に係る空燃比センサ２１の温度制御装置である制御装置６の動作について図６を参照しつつ説明する。
【００６３】
図６は、排ガスの温度が第２目標温度Ｔｂよりも低温である場合における、車速と排ガスの流量と予熱制御におけるデューティー比の制御値との変化を示すタイミングチャートである。図６の上段のグラフの縦軸は、車速を示し、横軸は、時間を示す。図６の中段のグラフの縦軸は、排ガスの流量を示し、横軸は、時間を示す。図６の下段のグラフの縦軸は、デューティー比の制御値を示し、横軸は、時間を示す。
【００６４】
図６の上段のグラフに示すように、たとえば、車両１００が停車しており、時間Ｔ（０）にて、エンジン１０を冷間始動（暖機未完了の状態で始動）する場合を想定する。
【００６５】
エンジン１０が始動すると、暖機が未完了の状態であるためエンジン１０の始動とともに予熱期間中であることを示すフラグがオン状態になる。その結果、予熱期間中であると判定される（Ｓ１００にてＹＥＳ）。予熱期間の終期とデューティー比の基本値とが未設定である場合には（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、予熱期間の終期が設定されるとともに（Ｓ１０４）、デューティー比の基本値が設定される（Ｓ１０６）。そして、排ガスの流量および排ガスの温度と上述した第１マップとを用いて第１補正量が算出される（Ｓ１０８）。さらに、車速と上述した第２マップとを用いて第２補正量が算出される（Ｓ１１０）。デューティー比の基本値に、第１補正量と第２補正量とを加味した値が、予熱制御におけるデューティー比の制御値として設定される（Ｓ１１２）。予熱期間が終了していない場合には（Ｓ１１４）、予熱制御が実行される（Ｓ１１８）。すなわち、設定された予熱制御におけるデューティー比の制御値にしたがってヒータ回路２１ｂの通電制御が行なわれる。
【００６６】
時間Ｔ（１）にて、たとえば、車両１００の運転者がアクセルペダルを踏み込むなどすると、停止状態の車両１００の移動が開始し、時間の経過とともに車速が増加していく。また、車速の増加に伴ってエンジン回転数が増加するため、排ガスの流量も増加していくことになる。
【００６７】
車速の増加と排ガスの流量の増加によって第１補正量と第２補正量とが時間の経過とともに変化する。第１補正量と第２補正量の変化によって、予熱制御におけるデューティー比の制御値も時間Ｔ（１）以降に時間の経過とともに増加していく。
【００６８】
時間Ｔ（２）にて、車速がＶ（０）で一定状態になるように車両１００の運転者がアクセルペダルを操作した場合には、エンジン回転数が一定の状態になるため、車速とともに、排ガスの流量も一定の状態になる。その結果、第１補正量および第２補正量も一定の状態になるため、図６の下段のグラフに示すように、予熱制御におけるデューティー比の制御値も一定の状態になる。このように予熱制御におけるデューティー比の制御値が車速および排ガスの流量に応じて変化させることによって、予熱制御中における空燃比センサ２１の検出素子２１ａの温度を、精度よく所望の温度範囲内に維持することができる。
【００６９】
以上のようにして、本実施の形態に係る空燃比センサの温度制御装置によると、排ガスによる検出素子への受熱や放熱の影響を考慮するために排ガスの流量および排ガスの温度に基づき設定される第１補正量や、走行風による検出素子への放熱の影響を考慮するために車速に基づき設定される第２補正量を用いて、予熱制御におけるヒータ回路２１ｂを制御するためのデューティー比の制御値を決定しているので、予熱制御において素子温度が第２目標温度Ｔｂになるように精度高く制御することができる。したがって、予熱制御において素子温度を精度高く制御する空燃比センサの温度制御装置を提供することができる。
【００７０】
さらに、排ガスの温度が第２目標温度Ｔｂよりも低温の所定温度である場合には、排ガスの流量が第１流量のときに第１補正量として設定される値は、排ガスの流量が第１流量よりも低流量である第２流量のときに第１補正量として設定される値よりも補正後のデューティー比が大きくなるような値としている。排ガスの流量が大きくなるほど低温の排ガスが流通することによって検出素子２１ａから奪われる熱が大きくなる（放熱の影響が大きくなる）ため、排ガスの流量が大きくなるほど予熱制御におけるデューティー比の制御値が大きくなるように放熱補正としての排ガス流量補正を実行することにより、ヒータ回路２１ｂへの通電量を増加させて、素子温度を第２目標温度Ｔｂに維持することができる。
【００７１】
さらに、排ガスの温度が第２目標温度Ｔｂよりも低温である場合には、排ガスの温度が第１温度のときに第１補正量として設定される値は、排ガスの温度が第１温度よりも高温である第２温度のときに設定される値よりも補正後のデューティー比が大きくなるような値としている。排ガスの温度が低くなるほど、排ガスが流通することによって検出素子２１ａから奪われる熱が大きくなる（放熱の影響が大きくなる）ため、排ガスの温度が低くなるほど予熱制御におけるデューティー比の制御値が大きくなるように放熱補正としての排ガス流量補正を実行することにより、ヒータ回路２１ｂへの通電量を増加させて、素子温度を第２目標温度Ｔｂに維持することができる。
【００７２】
さらに、外気温が同一である場合において、車速が第１速度のときには、車速が第１速度よりも低車速である第２速度のときに設定される値よりも予熱制御におけるデューティー比が大きくなるような値が第２補正値として設定される。車速が高車速になるほど、走行風で排気通路７が冷やされることに起因する検出素子２１ａの排気通路７への放熱量が増加するため、車速が速くなるほど予熱制御におけるデューティー比が大きくなるように放熱補正としての車速補正を実行することにより、ヒータ回路２１ｂへの通電量が増加し、素子温度を第２目標温度Ｔｂで維持することができる。
【００７３】
以下、変形例について説明する。
上述の実施の形態においては、排ガスの流量に基づく第１補正量と、車速に基づく第２補正量との両方を用いて予熱制御におけるデューティー比の基本値を補正し、予熱制御における最終的なデューティー比の制御値を算出するものとして説明したが、たとえば、第１補正量と第２補正量とのうちのいずれか一方を用いて予熱制御におけるデューティー比の基本値を補正し、予熱制御における最終的なデューティー比の制御値を決定してもよい。
【００７４】
さらに上述の実施の形態においては、排ガスの流量と第１補正量との関係が線形の関係であるものとして説明したが、特に線形の関係であることに限定されるものではなく、たとえば、非線形の関係であってもよい。
【００７５】
さらに上述の実施の形態においては、車速と第２補正量との関係が線形の関係であるものとして説明したが、特に線形の関係であることに限定されるものではなく、たとえば、非線形の関係であってもよい。
【００７６】
さらに上述の実施の形態においては、第１補正量と第２補正量とは、予熱制御におけるデューティー比の基本値に加算することによって予熱制御における最終的なデューティー比の制御値を算出するものとして説明したが、第１補正量および第２補正量とは、いずれも補正係数であって、予熱制御におけるデューティー比の基本値に乗算することによって予熱制御における最終的なデューティー比の制御値を算出してもよい。あるいは、第１補正量および第２補正量とのうちのいずれか一方の補正係数を、予熱制御におけるデューティー比の基本値に乗算した後に、他方を補正量として加算することによって予熱制御における最終的なデューティー比の制御値を算出してもよいし、あるいは、一方を補正量として加算し、加算後の値に他方を補正係数として乗算することによって予熱制御における最終的なデューティー比の制御値を算出してもよい。
【００７７】
さらに上述の実施の形態においては、予熱制御におけるデューティー比の基本値を第１補正量と第２補正量とを用いて補正することによって予熱制御における最終的なデューティー比の制御値を決定するものとして説明したが、たとえば、少なくとも排ガスの流量および車速のうちのいずれかを含むエンジンの運転条件に基づいて予熱制御における最終的なデューティー比の制御値を決定するものであってもよい。
【００７８】
さらに上述の実施の形態においては、エンジン１０としてディーゼルエンジンを一例として説明したが、ガソリンエンジンであってもよい。
【００７９】
さらに上述の実施の形態においては、排ガスの流量および温度に基づいて第１補正量を決定するものとして説明したが、排ガスの流量および温度の各々に対応する２つの補正量を決定してもよい。
【００８０】
なお、上記した変形例は、その全部または一部を組み合わせて実施してもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８１】
１  排気処理装置、２  エアフローメータ、３  燃料添加装置、５  排気温度センサ、６  制御装置、７  排気通路、７ａ  第１通路、７ｂ  第２通路、７ｃ  第３通路、７ｄ  第４通路、８  吸気通路、９  酸化触媒、１０  エンジン、１１  気筒、１１ａ  シリンダ、１１ｂ  ピストン、１２  燃料タンク、１３  燃料噴射装置、１４  燃料ポンプ、１５  コモンレール、１６  吸気絞り弁、１７  絞り弁センサ、１８  ＥＧＲ通路、１９  ＥＧＲ弁、２０  車速センサ、２１  空燃比センサ、２１ａ  検出素子、２１ｂ  ヒータ回路、２２  スイッチ、２３  電源、１００  車両。
【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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【図６】
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