(57)【要約】【課題】排気ガス中の凝縮水によってヒータ付きセンサが割れる等の不具合が発生するおそれを軽減する。【解決手段】排気管２４に設けられた、ヒータ付きの空燃比センサ２２と、排気管２４に設けられ、空燃比センサ２２よりも上流側に位置する排気管用ヒータ２５と、を備え、エンジン１０始動前の排気管２４の温度が所定基準値以下のときは、空燃比センサ用ヒータ３２への通電を行う前に排気管用ヒータ２５への通電を行う。制御ユニット１１は、ヒータ２５通電後の排気管温度に応じて、空燃比センサ用ヒータ３２への通電時期を決定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから排出される排気ガス中のガス濃度を検出するためのセンサ素子と、前記センサ素子を加熱するための第１のヒータと、を有し、前記エンジンの排気管に設けられるガスセンサと、
前記排気管の温度に応じて、前記第１のヒータへの通電時期を決定する制御手段と、を備えることを特徴とする車両の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両の制御装置であって、
前記排気管に設けられ、前記ガスセンサよりも上流側に位置する第２のヒータを備えることを特徴とする車両の制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の車両の制御装置であって、
前記制御手段は、前記エンジンの始動前の前記排気管の温度が所定基準値以下のときは、前記第１のヒータへの通電を行う前に前記第２のヒータへの通電を行うことを特徴とする車両の制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の車両の制御装置であって、
前記制御手段は、前記第２のヒータが通電された後の前記排気管温度に応じて前記第１のヒータへの通電時期を決定することを特徴とする車両の制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の車両の制御装置であって、
前記制御手段は、前記エンジン始動時における前記排気管温度が所定基準値以下のときは、前記排気管温度が所定基準値より大きいときに比べて、前記第１のヒータへの通電時期を遅くすることを特徴とする車両の制御装置。
【請求項６】
請求項２から５の何れか１項に記載の車両の制御装置であって、
前記車両は、外部電源からの電力供給を受けて充電されることが可能なバッテリを備えた電気車両であり、
前記バッテリが外部電源からの電力供給を受けて充電中であることを検出する充電検出手段を更に備え、
前記制御手段は、前記充電検出手段によって前記バッテリが充電中であると検出され、かつ、前記エンジン始動前の前記排気管の温度が所定基準値以下のときは、前記第１のヒータへの通電を行う前に前記第２のヒータへの通電を行うことを特徴とする車両の制御装置。
【請求項７】
エンジンから排出される排気ガス中のガス濃度を検出するためのセンサ素子と、前記センサ素子を加熱するための第１のヒータと、を有し、前記エンジンの排気管に設けられるガスセンサと、
前記排気管に設けられ、前記ガスセンサよりも上流側に位置する第２のヒータと、を備えることを特徴とする車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気管にヒータ付きのガスセンサを設けている車両の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、排気ガス中の酸素濃度を検出するための空燃比センサをエンジンの排気管に設けるという技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。空燃比センサには、センサを活性温度まで加熱するためのヒータが内蔵される。空燃比センサは、活性温度まで加熱されると、酸素濃度に応じた信号を出力するという特性を有している。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２４９６７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、外気温が低い冬場においては、エンジンの排気管の温度は低い状態になる。そのような場合にエンジンを始動すると、エンジンから排出される排気ガスは、排気管を通過するときに冷却される。そうすると、排気ガス中の水蒸気が凝縮して水分が発生する。
【０００５】
排気ガス中の水分が加熱された空燃比センサに接触すると、センサは冷却されて大きな温度差がセンサに生じる。これにより、センサに大きな熱応力が発生してセンサが割れる等、センサに不具合が生ずるおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、エンジンから排出される排気ガス中のガス濃度を検出するためのセンサ素子と、センサ素子を加熱するための第１のヒータと、を有し、エンジンの排気管に設けられるガスセンサと、排気管の温度に応じて、第１のヒータへの通電時期を決定する制御手段と、を備えることを特徴とする。かかる構成によれば、ガスセンサに割れ等の不具合が発生することを軽減できる。
【０００７】
本発明の車両の制御装置であって、排気管に設けられ、ガスセンサよりも上流側に位置する第２のヒータを備えることが好適である。かかる構成によれば、第２のヒータによって排気管を十分に暖めることができ、センサに割れ等の不具合が発生することを軽減できる。
【０００８】
本発明の車両の制御装置であって、制御手段は、エンジンの始動前の排気管の温度が所定基準値以下のときは、第１のヒータへの通電を行う前に第２のヒータへの通電を行うことが好適である。かかる構成によれば、第１のヒータへの通電を行う前に排気管を暖めることができ、センサに割れ等の不具合が発生することを軽減できる。
【０００９】
本発明の車両の制御装置であって、制御手段は、第２のヒータが通電された後の排気管温度に応じて第１のヒータへの通電時期を決定することが好適である。かかる構成によれば、ガスセンサに不具合が発生することを軽減しつつ第１のヒータへの通電時期を早めることができる。
【００１０】
本発明の車両の制御装置であって、制御手段は、エンジン始動時における排気管温度が所定基準値以下のときは、排気管温度が所定基準値より大きいときに比べて、第１のヒータへの通電時期を遅くすることが好適である。かかる構成によれば、排気管温度に応じた適切な時期に第１のヒータへ通電を行うことができる。
【００１１】
本発明の車両の制御装置であって、車両は、外部電源からの電力供給を受けて充電されることが可能なバッテリを備えた電気車両であり、バッテリが外部電源からの電力供給を受けて充電中であることを検出する充電検出手段を更に備え、制御手段は、充電検出手段によってバッテリが充電中であると検出され、かつ、エンジン始動前の排気管の温度が所定基準値以下のときは、第１のヒータへの通電を行う前に第２のヒータへの通電を行うことが好適である。かかる構成によれば、外部電源の電力を利用して第２のヒータへの通電を行うことができる。これにより、バッテリの容量が減少することを抑制できる。
【００１２】
本発明は、エンジンから排出される排気ガス中のガス濃度を検出するためのセンサ素子と、センサ素子を加熱するための第１のヒータと、を有し、エンジンの排気管に設けられるガスセンサと、排気管に設けられ、ガスセンサよりも上流側に位置する第２のヒータと、を備えることを特徴とする。かかる構成によれば、第２のヒータによって排気管を十分に暖めることができる。これにより、センサに割れ等の不具合が発生することを軽減できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ヒータ付きガスセンサに不具合が発生することを軽減できる。
【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形態（以下、実施形態という）を図面に従って説明する。
【００１５】
［構成］
図１は、本実施形態に係る車両のエンジンの概略構成を示す断面図である。エンジン１０は、制御ユニット１１により制御される。エンジン１０のシリンダ１２内部には、ピストン１３が上下に往復可能に設けられる。シリンダ１２内部のピストン１３の上側の空間は燃焼室１４となる。燃焼室１４には、吸気通路１５及び排気通路１６が連通している。吸気通路１５及び排気通路１６と燃焼室１４との連通部には、開閉用の吸気バルブ１７及び排気バルブ１８がそれぞれ設けられている。
【００１６】
吸気通路１５には、スロットル弁１９、サージタンク２０、燃料噴射弁２１が設けられている。スロットル弁１９はアクセル操作に連動して開閉される。スロットル弁１９の弁本体には図示しないスロットルポジションセンサが設けられ、スロットルポジションセンサは制御ユニット１１と接続される。サージタンク２０は空気の脈動を平滑化させるものである。燃料噴射弁２１は制御ユニット１１と接続され、制御ユニット１１からの制御信号に応じて燃料を吸気通路１５内に噴射する。
【００１７】
排気通路１６には、排気ガス中の酸素濃度を検出するための空燃比センサ２２と、排気ガス中の有害成分（ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等）を低減させるための触媒２３が設けられている。空燃比センサ２２は、制御ユニット１１に接続されている。空燃比センサ２２の上流側には、排気管２４を暖めるための排気管用ヒータ２５と、排気管２４の温度を検出するための温度センサ２６が設けられている。排気管用ヒータ２５は、通電回路２７を介して制御ユニット１１に接続される。通電回路は、制御ユニット１１からの制御信号を受けて、車載バッテリ２８を電源とする電流を排気管用ヒータ２５へ通電する。温度センサ２６は、制御ユニット１１に接続されている。
【００１８】
排気管用ヒータ２５は、シート内部に発熱抵抗線が設けられたシート状ヒータを排気管２４に設けるものであってもよいし、発熱抵抗線が樹脂材料で被覆されてなるコード状ヒータを排気管２４に巻き付けるものであってもよい。排気管用ヒータ２５は、空燃比センサ２２の上流側の排気管全体を暖めることができるものが好ましい。例えば、空燃比センサ２２より上流側の排気管２４全体にコード状ヒータを巻き付けてもよいし、排気管２４の一部にコード状ヒータを巻き付けてもよい。また、温度センサ２６は、空燃比センサ２２よりも上流側の排気管２４の温度を検出できるものであればよく、排気管２４に温度センサ２６を複数設け、それらによって検出された温度の平均値を排気管２４の温度として検出してもよい。また、排気管２４の好適な位置に温度センサ２６を１つだけ設け、それによって検出された温度を排気管２４の温度として検出してもよい。また、排気管２４に湾曲部（エルボ）がある場合は、その湾曲部にヒータ２５を設けることが好ましい。排気管２４の湾曲部には、水分が溜まり易いためである。
【００１９】
また、本実施形態においては、排気管２４に直接温度センサ２６を設けているが、センサ２６を設けずに、排気管２４の温度を計算で求めて検出してもよい。例えば、ヒータ２５の排気管２４への取付位置、ヒータ２５への通電量、外気温度、エンジン停止後の経過時間等に基づいて排気管２４の温度を推定することもできる。エンジン停止後の経過時間が長い場合は、排気管温度はエンジン冷却水温度と同じとみなしてもよい。かかる態様によれば、温度センサ２６が不要となるため、部品コストを削減できると共に排気管２４においてセンサ取付位置を確保する必要が無い。
【００２０】
また、制御ユニット１１には、イグニッションセンサ２９と、シートセンサ３０と、ドアロックセンサ３１が更に接続されている。制御ユニット１１は、イグニッションセンサ２９からの出力信号に基づいてイグニッションスイッチポジションを検出する。また、制御ユニット１１は、シートセンサ３０からの出力信号に基づいて運転者のシートへの着座を検出する。また、制御ユニット１１は、ドアロックセンサ３１からの出力信号に基づいてドアのロック状態を検出する。なお、これらのセンサ２９〜３１は、必要に応じて設けることとしてもよい。
【００２１】
図２は、空燃比センサ２２の概略構成を示す図である。空燃比センサ２２は、従来より広く知られている空燃比センサの構成と同様である。空燃比センサ２２は、ケース３２の内部にセンサ素子３３と、センサ素子３３を加熱するための空燃比センサ用ヒータ３４と、を備えている。ケース３２には、複数の貫通穴が設けられ、その貫通穴を通じて排気ガスがケース３２の内部に流入する。センサ素子３３は、例えばジルコニア材料からなり、制御ユニット１１に接続されている。センサ素子３３は、ヒータ３４によって加熱されて活性温度に達すると、酸素濃度に応じた信号を出力する。制御ユニット１１は、センサ素子３３からの出力信号に基づいて空燃比を検出する。
【００２２】
ヒータ３４は、例えばニッケル−クロム系の抵抗発熱線からなり、通電回路３５を介して制御ユニット１１に接続される。通電回路３５は、制御ユニット１１からの制御信号を受けて、車載バッテリ２８を電源とする電流をヒータ３４へ通電する。制御ユニット１１は、センサ素子３３の温度が活性温度に達した後は、その温度を維持するようにヒータ３４への通電を制御する。
【００２３】
［排気管プレヒート制御］
次に、制御ユニット１１によって実行される排気管プレヒート制御について説明する。図３は、制御ユニット１１により実行される排気管プレヒート制御の一例を示すフローチャートである。
【００２４】
ステップ１０１においては、エンジン１０が始動前であるか否かが判断される。エンジン１０が始動前であると判断されたときは、ステップ１０２に進む。エンジン始動前であるか否かは、例えば、イグニッションセンサ２９からの出力信号に基づきイグニッションポジションがオフ位置であることを検出することによって判断してもよい。
【００２５】
ステップ１０２においては、排気管温度が所定基準値以下であるか否かが判断される。排気管温度が所定基準値以下であると判断されたときは、次のステップ１０３に進む。ステップ１０３においては、排気管用ヒータ２５への通電が所定期間行われ、所定期間を経過すると、再びステップ１０１に戻る。以下、エンジン１０が始動するか排気管温度が所定基準値を越えるまで、上記制御が繰り返し行われる。
【００２６】
本実施形態の構成によれば、エンジン始動前に排気管２４を暖めることができる。そうすると、エンジン始動後に排気管２４を通過する排気ガスが冷却され、排気ガス中の水蒸気が凝縮して水分が発生することを抑制できる。これにより、空燃比センサ２２に割れ等の不具合が発生するおそれを軽減できる。
【００２７】
また、本実施形態に係るステップ１０１においては、エンジン始動前であることを検出したときに、次のステップ１０２に進むこととしているが、例えば、まもなくエンジン１０が始動されるタイミング、すなわちエンジン始動直前であると判断されたときに、次のステップ１０２に進むこととしてもよい。例えば、運転者のキー操作によってドアロックが解除されたときは、暫くするとエンジン１０が始動される可能性が高い。そこで、ドアロックセンサ３１からの出力信号に基づいてドアロックが解除されたと判断されたときに次のステップ１０２に進むこととしてもよい。また、シートセンサ３０からの出力信号に基づいて運転者がシートに着座したと判断されたときに次のステップ１０２に進むこととしてもよい。かかる態様によれば、エンジン始動前の長時間に亘る排気管プレヒートを防止できるため、車載用バッテリの残存容量を十分に確保できる。
【００２８】
［空燃比センサ用ヒータ通電制御］
次に、制御ユニット１１によって実行される空燃比センサ用ヒータ通電制御について説明する。図４は、制御ユニット１１により実行される空燃比センサ用ヒータ通電制御の一例を示すフローチャートである。
【００２９】
ステップ２０１においては、エンジン１０が始動されるタイミングであるか否かが判断される。エンジン１０が始動されるタイミングであると判断されたときは、次のステップ２０２に進む。ここで、エンジン１０が始動されるタイミングであるか否かは、イグニッションセンサ２９からの出力信号に基づきイグニッションポジションがオン位置であることを検出することによって判断してもよい。
【００３０】
ステップ２０２においては、空燃比センサ用ヒータ３４への通電時期を決定する。本実施形態においては、制御ユニット１１は、エンジン始動時における排気管２４の温度に応じて空燃比センサ用ヒータ３４への通電時期を決定する。
【００３１】
ここで、図５の実線で示された直線Ａは、エンジン始動時における排気管温度と、エンジン始動後、排気ガス中の水蒸気が排気管２４内で凝縮して水分が発生しなくなるまでの時間と、の関係を示すグラフである。また、図５の点線で示された直線Ｂは、エンジン始動時における排気管温度と、エンジン始動時に空燃比センサ用ヒータ３４への通電を開始したときに空燃比センサ２２が活性温度に達するまでの時間と、の関係を示すグラフである。図５のグラフは予め実験等によって求めておき、そのデータは制御ユニット１１が記憶していてもよいし、他の装置が記憶していてもよい。
【００３２】
本実施形態においては、制御ユニット１１は、エンジン始動時における排気管温度が所定基準値より大きいときは、エンジン始動と同時に空燃比センサ用ヒータ３４への通電を開始する。エンジン始動時における排気管温度が所定基準値より大きいときは、図５に示すように、エンジン始動後、排気ガス中の水蒸気が凝縮して水分が発生しなくなるまでの時間は、エンジン始動時に空燃比センサ用ヒータ３４への通電を開始したときに空燃比センサ２２が活性温度に達するまでの時間よりも短い。すなわち、エンジン始動と同時にヒータ３４への通電が開始された空燃比センサ２２が活性温度に到達したときには、排気管２４は、既に排気ガス中の水蒸気が凝縮して水分が発生しない温度まで暖められている。この場合は、加熱された空燃比センサ２２が冷却されてセンサ２２に割れ等の不具合が発生するおそれは少なく、エンジン始動と同時にヒータ３４への通電を行うことができる。
【００３３】
一方、エンジン始動時における排気管温度が所定基準値以下のときは、図５に示すように、エンジン始動後、排気ガス中の水蒸気が凝縮して水分が発生しなくなるまでの時間は、エンジン始動時に空燃比センサ用ヒータ３４への通電を開始したときに空燃比センサ２２が活性温度に達するまでの時間よりも長い。
【００３４】
本実施形態においては、制御ユニット１１は、エンジン始動時における排気管温度が所定基準値以下のときは、排気管温度が所定基準値より大きいときに比べて、空燃比センサ用ヒータ３４への通電時期を遅らせている。かかる構成によれば、排気管温度に応じた適切な時期に空燃比センサ用ヒータ３４へ通電を行うことができ、センサ２２に割れ等の不具合が発生することを軽減できる。
【００３５】
制御ユニット１１は、エンジン始動時における排気管温度が図５に示すｔ１のときは、空燃比センサ用ヒータ３４への通電時期をエンジン始動時から少なくとも図５に示す△ｔだけ遅らせる。図５に示すように、△ｔは、エンジン始動時の排気管温度がｔ１のときにおける、エンジンが始動してから排気ガス中の水蒸気が凝縮して水分が発生しなくなるまでの時間ｔ３と、エンジン始動時の排気管温度がｔ１のときにおける、エンジン始動時に空燃比センサ用ヒータ３４への通電を開始したときに空燃比センサ２２が活性温度に達するまでの時間ｔ２と、の差を表す。
【００３６】
図５においてハッチングされた領域は、上記△ｔの領域を示す。図５に示すように、エンジン始動時における排気管温度が低いほど、上記△ｔは大きくなる。本実施形態においては、制御ユニット１１は、エンジン始動時における排気管温度が所定基準値以下のときは、エンジン始動時における排気管温度が低いほど、空燃比センサ用ヒータ３４への通電時期をエンジン始動時から大きく遅らせている。
【００３７】
なお、上述したように、本実施形態に係る制御ユニット１１は、エンジン始動前に排気管温度が所定基準値以下のときは、排気管２４のプレヒートを行っている。本実施形態においては、排気管プレヒート後の排気管温度に応じて空燃比センサ用ヒータ３２への通電時期を決定することができる。排気管プレヒートにより、エンジン始動時における排気管温度を上昇させることができるので、上記△ｔを小さくできる。そうすると、空燃比センサ２２に不具合が発生することを軽減しつつ、ヒータ３４への通電時期を排気管プレヒートが無い場合に比べて早めることができる。また、本実施形態においては、排気管プレヒートはエンジン始動前に行っているが、エンジン始動後に排気管プレヒートを行うという態様であってもよいし、エンジン始動前にプレヒートを開始して、エンジン始動後も継続してプレヒートを行うという態様であってもよい。また、制御ユニット１１は、排気管２４のプレヒートを行うことなく、エンジン始動時における排気管温度に応じて空燃比センサ用ヒータ３４への通電時期を決定するという態様であってもよい。
【００３８】
再び図４に戻って説明する。ステップ２０２において、空燃比センサ用ヒータ３４への通電時期が決定されると、ステップ２０３に進む。ステップ２０３においては、ステップ２０２で求められた通電時期にヒータ３４への通電が行われる。
【００３９】
［別の実施形態］
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は、例えば外部電源からの電力供給を受けて充電されることが可能なバッテリと、そのバッテリが充電中であることを検出する充電検出手段と、を備えた電気車両に適用することもできる。充電検出手段は、例えば、バッテリに充電用プラグが接続されたことを検出することによって、バッテリが充電中であることを検出してもよい。図６は、この別の実施形態に係る制御ユニット１１により実行される排気管プレヒート制御の一例を示すフローチャートである。
【００４０】
図６のステップ３０１においては、バッテリが外部電源からの電力供給を受けて充電中であるか否かが判断される。充電検出手段からの検出信号によって、バッテリに充電用プラグが接続されたことが検出され、バッテリが外部電源からの電力供給を受けて充電中であると判断されたときは、ステップＳ３０２に進む。ステップ３０２以降のフローは、図３におけるステップ１０１以降のフローと同一であるため、説明を省略する。
【００４１】
かかる構成によれば、外部電源からの電力を利用して排気管用ヒータ３４への通電を行うことができる。これにより、バッテリの容量が減少することを抑制できる。また、このような電気車両において、制御ユニット１１は上記空燃比センサ用ヒータ通電制御を行うこともできる。また、本発明は空燃比センサに限らず、エンジンの排気管に設けられる、様々なヒータ付きガスセンサに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本実施形態に係る車両のエンジンの概略構成図である。
【図２】本実施形態に係る空燃比センサの概略構成図である。
【図３】本実施形態に係る制御ユニットにより実行される排気管プレヒート制御を説明するフローチャートである。
【図４】本実施形態に係る制御ユニットにより実行される空燃比センサ通電制御を説明するフローチャートである。
【図５】エンジン始動時の排気管温度と、エンジン始動後、排気ガス中の水蒸気が排気管内で凝縮して水分が発生しなくなるまでの時間と、の関係及びエンジン始動時の排気管温度と、エンジン始動時に空燃比センサ用ヒータへの通電を開始したときに空燃比センサが活性温度に達するまでの時間と、の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の別の実施形態に係る制御ユニットにより実行される排気管プレヒート制御を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
１０  エンジン、１１  制御ユニット、１２  シリンダ、１３  ピストン、１４  燃焼
室、１５  吸気通路、１６  排気通路、１７  吸気バルブ、１８  排気バルブ、１９    スロットル弁、２０  サージタンク、２２  燃料噴射弁、２２  空燃比センサ、２３    触媒、２４  排気管、２５  排気管用ヒータ、２６  温度センサ、２７  通電回路、２
８  車載バッテリ、２９  イグニッションセンサ、３０  シートセンサ、３１  ドアロ
ックセンサ、３２  ケース、３３  センサ素子、３４  空燃比センサ用ヒータ、３５  
通電回路。
【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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