(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ素子および前記センサ素子を昇温させるヒータを備えた自動車両用酸素センサを制御するための制御装置であって、
車体の傾斜を検出する傾斜検出部と、
前記傾斜検出部の検出結果に応じた傾斜情報を記憶する記憶部と、
始動時に前記ヒータを、前記記憶部に記憶された前記傾斜情報に基づいて通常モードおよび前記通常モードよりも昇温を遅延させる遅延モードを含む複数のモードのいずれかで制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記傾斜情報が車体の転倒を示すとき、始動から所定時間経過するまで前記ヒータを前記遅延モードで制御する、制御装置。
【請求項２】
センサ素子および前記センサ素子を昇温させるヒータを備えた自動車両用酸素センサを制御するための制御装置であって、
車体の傾斜を検出する傾斜検出部と、
前記傾斜検出部の検出結果に応じた傾斜情報を記憶する記憶部と、
始動時に前記ヒータを、前記記憶部に記憶された前記傾斜情報に基づいて通常モードおよび前記通常モードよりも昇温を遅延させる遅延モードを含む複数のモードのいずれかで制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記傾斜情報が車体の転倒を示すとき、始動から内燃機関の運転量が所定量に達するまでの期間前記ヒータを前記遅延モードで制御する、制御装置。
【請求項３】
前記期間は、始動から内燃機関の回転速度の時間積分値が所定値に達するまでの期間である請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
センサ素子および前記センサ素子を昇温させるヒータを備えた自動車両用酸素センサを制御するための制御装置であって、
車体の傾斜を検出する傾斜検出部と、
前記傾斜検出部の検出結果に応じた傾斜情報を記憶する記憶部と、
始動時に前記ヒータを、前記記憶部に記憶された前記傾斜情報に基づいて通常モードおよび前記通常モードよりも昇温を遅延させる遅延モードを含む複数のモードのいずれかで制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記傾斜情報が車体の転倒を示すとき、始動から前記センサ素子の温度が所定温度に達するまで前記ヒータを前記遅延モードで制御する、制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記センサ素子の内部抵抗値に基づいて前記センサ素子の温度を推定する請求項４に記載の制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記ヒータの抵抗値に基づいて前記センサ素子の温度を推定する請求項４に記載の制御装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記遅延モードでは、前記ヒータへの通電率を１０％以下にする請求項１から６のいずれかに記載の制御装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記遅延モードでは、前記ヒータへの加熱のための通電を行わない請求項１から７のいずれかに記載の制御装置。
【請求項９】
センサ素子および前記センサ素子を昇温させるヒータを備えた自動車両用酸素センサを制御するための制御装置であって、
車体の傾斜を検出する傾斜検出部と、
前記傾斜検出部の検出結果に応じた傾斜情報を記憶する記憶部と、
始動時に前記ヒータを、前記記憶部に記憶された前記傾斜情報に基づいて制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記傾斜情報が車体の転倒を示しているとき、前記ヒータへの投入電力を前記傾斜情報が車体の転倒を示していないときに比べて一時的に抑制する、制御装置。
【請求項１０】
請求項１から９に記載の制御装置を備えた空燃比制御装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の空燃比制御装置を備えた自動車両。
【請求項１２】
鞍乗り型車両である請求項１１に記載の自動車両。
【請求項１３】
排気管をさらに備え、
前記排気管は、下流側で斜め上方に向かって延びている請求項１２に記載の自動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒータを備えた自動車両用酸素センサを制御するための制御装置に関する。また、本発明は、そのような制御装置を備えた空燃比制御装置や自動車両にも関する。
【背景技術】
【０００２】
環境問題やエネルギー問題の観点から、内燃機関の燃費を向上させたり、内燃機関の排気ガス中に含まれる規制物質（ＮＯｘなど）の排出量を低減したりすることが求められている。このためには、常に最適な条件で燃料の燃焼が行えるよう、燃焼状態に応じて燃料と空気との比率を適切に制御する必要がある。空気と燃料との比率は空燃比（Ａ／Ｆ）と呼ばれ、三元触媒を用いる場合、最適な空燃比は理論空燃比である。理論空燃比とは、空気と燃料とが過不足なく燃焼する空燃比である。
【０００３】
理論空燃比で燃料が燃焼している場合、排気ガス中には一定の酸素が含まれる。空燃比が理論空燃比よりも小さい（つまり燃料の濃度が相対的に高い）場合には、排気ガス中の酸素濃度が、理論空燃比の場合の酸素濃度に比べて減少する。一方、空燃比が理論空燃比よりも大きい（つまり燃料の濃度が相対的に低い）場合には、排気ガス中の酸素濃度は増加する。このため、排気ガス中の酸素濃度を計測することによって、空燃比が理論空燃比からどの程度ずれているかを推定し、空燃比を調節して最適な条件で燃料が燃焼するように制御することが可能となる。
【０００４】
排気ガス中の酸素濃度を計測するための酸素センサとしては、特許文献１に開示されているような起電力型の酸素センサや、特許文献２に開示されているような抵抗型の酸素センサが知られている。酸素センサから酸素濃度に応じた正確なセンサ出力を得るためには、センサ素子を高温（例えば３００℃以上）にする必要があるので、一般的な酸素センサは、センサ素子を昇温させるヒータを備えている。ヒータへの通電を電子制御ユニット（ＥＣＵ）等で適切に制御することにより、センサ素子の温度管理を行うことができる。
【０００５】
排気ガス中の酸素濃度を計測する酸素センサは、内燃機関の排気管内に設けられており、排気管内には水が溜まることがある。水が溜まる原因は、内燃機関の停止後に排気管内のガスに含まれる水分が凝縮したり、内燃機関の始動直後に温度が低いままの排気管内に流入した排気ガス中の水分が凝縮したりすることにある。滞留水が、内燃機関の振動や排気ガスの流れによって飛散し、その飛沫が昇温された酸素センサに付着すると、熱衝撃（サーマルショック）によって酸素センサが破損する（「被水割れ」と呼ばれる。）ことがある。
【０００６】
特許文献３には、このような被水による酸素センサの破損を防止するための手法が開示されている。この手法では、排気管内に溜まっている水の量（滞留量）を推定し、推定された滞留量に応じて酸素センサを保護するための処理を行う。
【０００７】
滞留量の推定は、内燃機関の燃焼室に供給される空気量や燃料量、外気温度などに基づいて随時行われる。そして、滞留量が基準値以上である場合には、ヒータへの通電を停止したままで水の滞留量を減少させる処理を行い、滞留量が基準値未満になってからヒータへの通電が開始される。
【特許文献１】特開平８−１１４５７１号公報
【特許文献２】特開平５−１８９２１号公報
【特許文献３】特開２００４−２２５６１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、排気管内に水が溜まる原因としては、上述したもの以外にも、自動二輪車の転倒が挙げられる。特許文献３に開示されている手法は、あくまでも内燃機関を通常運転したときに排気管内に溜まる水の量（つまりガス中の水分の凝縮により溜まる水の量）を推定するものであり、自動二輪車が転倒したときに外部から排気管内に浸入する水を想定したものではない。自動二輪車の排気管は、四輪自動車の排気管に比べて短いので、外部から浸入した水が酸素センサの設けられている部分にまで到達することが容易に起こり得る。
【０００９】
市販されている自動二輪車の多くは、転倒すると、内燃機関等への通電（酸素センサのヒータへの通電も含む）が停止される機構を備えているが、再始動時にヒータへの通電が再開されると、被水割れが発生するおそれがある。このように、特許文献３の手法を用いても、酸素センサの被水割れを十分に防止することはできない。
【００１０】
ここで、図１２〜図１７を参照しながら、自動二輪車の酸素センサが被水しやすい理由をより具体的に説明する。図１２に示すように、自動二輪車５００は、内燃機関５１４と、内燃機関５１４に接続された排気管５２３とを備える。また、自動二輪車５００は、排気音を低減するためのマフラ（消音器）５２４をさらに備える。
【００１１】
図１３は、自動二輪車５００の内燃機関５１４、排気管５２３およびマフラ５２４を取り出して模式的に示す図であり、図１４は、図１３中の１４Ａ−１４Ａ’線に沿った断面図である。図１３に示すように、排気管５２３には、排気ガス中の酸素濃度を計測するための酸素センサ５１０が取り付けられている。ここでは図示していないが、酸素センサ５１０の先端部は、排気管５２３内に露出している。また、排気菅５２３の後方（下流側）部分は、マフラ５２４内に収容されている。
【００１２】
マフラ５２４内は、隔壁５２５によって、前方（上流側）から順に１次膨張室５２４ａおよび２次膨張室５２４ｂに区画されている。排気管５２３は、隔壁５２５を貫通しており、排気管５２３の下流側の端部は、２次膨張室５２４ｂ内で開口している。
【００１３】
１次膨張室５２４ａと２次膨張室５２４ｂとは、隔壁５２５を貫通するように設けられた連通パイプ５２６によって連通している。２次膨張室５２４には、テールパイプ５２７が配置されている。テールパイプ５２７は、隔壁５２５を貫通しており、その上流側の端部が１次膨張室５２４ａ内で開口している。また、テールパイプ５２７は、マフラ５２４の外壁５２４ｗを貫通しており、その下流側の端部がマフラ５２４の外部で開口している。排気管５２３から２次膨張室５２４ｂ内に排出された排気ガスは、連通パイプ５２６を通って１次膨張室５２４ａに導入され、さらにテールパイプ５２７を通って外部に排出される。マフラ５２４の１次膨張室５２４ａには、マフラ５２４内で凝縮した水を外部に排出するための水抜き孔５２４ｈ（図１３ではわかりやすさのために実際よりも大きく示されている）が形成されている。
【００１４】
図１５は、冠水した地面上で転倒した自動二輪車５００を示す図であり、図１６は、そのときのマフラ５２４の断面を示す図（図１４に対応）である。図１５に示すように自動二輪車５００が転倒すると、図１６に示すようにテールパイプ５２７からマフラ５２４内に水が流入し、マフラ５２４内に水が溜まる。マフラ５２４には、図１３に示したように水抜き孔５２４ｈが形成されているが、この水抜き孔５２４ｈは多量の排気ガスが漏れないように小径（直径１〜２ｍｍ程度）であるため、転倒によりマフラ内に流入した水を十分に排出する能力はない。
【００１５】
マフラ５２４内に水が溜まったまま自動二輪車５００の車体を起こすと、図１７に示すように、マフラ５２４内の水が排気管５２３の上流側へ流入する。従って、流入した水の量が多い場合には、酸素センサ５１０の排気管５２３内に突出した部分まで水が到達してしまう。そのため、再始動時にヒータへの通電が再開されると、被水割れが発生することがある。
【００１６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、車体の傾斜に起因して外部から排気管内に浸入した水による酸素センサの被水割れを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明による制御装置は、センサ素子および前記センサ素子を昇温させるヒータを備えた自動車両用酸素センサを制御するための制御装置であって、車体の傾斜を検出する傾斜検出部と、前記傾斜検出部の検出結果に応じた傾斜情報を記憶する記憶部と、始動時に前記ヒータを、前記記憶部に記憶された前記傾斜情報に基づいて通常モードおよび前記通常モードよりも昇温を遅延させる遅延モードを含む複数のモードのいずれかで制御する制御部とを有する。
【００１８】
ある好適な実施形態において、前記制御部は、前記遅延モードでは、前記ヒータへの通電率を１０％以下にする。
【００１９】
ある好適な実施形態において、前記制御部は、前記遅延モードでは、前記ヒータへの加熱のための通電を行わない。
【００２０】
ある好適な実施形態において、前記制御部は、前記傾斜情報が車体の転倒を示すとき、始動から所定時間経過するまで前記ヒータを前記遅延モードで制御する。
【００２１】
ある好適な実施形態において、前記制御部は、前記傾斜情報が車体の転倒を示すとき、始動から内燃機関の運転量が所定量に達するまでの期間前記ヒータを前記遅延モードで制御する。
【００２２】
ある好適な実施形態において、前記期間は、始動から内燃機関の回転速度の時間積分値が所定値に達するまでの期間である。
【００２３】
ある好適な実施形態において、前記制御部は、前記傾斜情報が車体の転倒を示すとき、始動から前記センサ素子の温度が所定温度に達するまで前記ヒータを前記遅延モードで制御する。
【００２４】
ある好適な実施形態において、前記制御部は、前記酸素センサの近傍に設けられた温度センサの測定値に基づいて前記センサ素子の温度を推定する。
【００２５】
ある好適な実施形態において、前記制御部は、前記センサ素子の内部抵抗値に基づいて前記センサ素子の温度を推定する。
【００２６】
ある好適な実施形態において、前記制御部は、前記ヒータの抵抗値に基づいて前記センサ素子の温度を推定する。
【００２７】
ある好適な実施形態において、前記センサ素子は、センサ出力の温度依存性を補償するための温度補償材を含み、前記制御部は、前記温度補償材の抵抗値に基づいて前記センサ素子の温度を推定する。
【００２８】
あるいは、本発明による制御装置は、センサ素子および前記センサ素子を昇温させるヒータを備えた自動車両用酸素センサを制御するための制御装置であって、車体の傾斜を検出する傾斜検出部と、前記傾斜検出部の検出結果に応じた傾斜情報を記憶する記憶部と、始動時に前記ヒータを、前記記憶部に記憶された前記傾斜情報に基づいて制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記傾斜情報が車体の転倒を示しているとき、前記ヒータへの投入電力を前記傾斜情報が車体の転倒を示していないときに比べて一時的に抑制する。
【００２９】
本発明による空燃比制御装置は、上記構成を有する制御装置を備える。
【００３０】
本発明による自動車両は、上記構成を有する空燃比制御装置を備える。
【００３１】
ある好適な実施形態において、本発明による自動車両は、鞍乗り型車両である。
【００３２】
ある好適な実施形態において、本発明による自動車両は、排気管をさらに備え、前記排気管は、下流側で斜め上方に向かって延びている。
【００３３】
本発明による制御装置は、車体の傾斜を検出する傾斜検出部と、傾斜検出部の検出結果に応じた傾斜情報を記憶する記憶部とを有し、さらに、始動時にヒータを、傾斜情報に基づいて「通常モード」および「遅延モード」を含む複数のモードのいずれかで制御する制御部を有している。ここで、「遅延モード」とは、通常モードよりも昇温を遅延させるモードである。本発明による制御装置は、このような制御部を有しているので、所定以上の傾斜が検出された後の始動時（つまり排気管内に外部から水が浸入している蓋然性が高いとき）に、ヒータを遅延モードで制御することができる。そのため、車体の傾斜に起因して排気管内に浸入した水による酸素センサの被水割れを抑制することができる。
【００３４】
制御部が、遅延モードではヒータへの通電率（通電時間）を１０％以下にすることによって、通常モードに比べて昇温を十分に遅延させることができる。また、制御部が、遅延モードではヒータへの加熱のための通電を行わない（つまり通電率が実質的に０％である）ことによって、より確実に酸素センサの破損（被水割れ）を防止することができる。
【００３５】
例えば、制御部は、傾斜情報が車体の転倒を示すとき、始動から所定時間経過するまでヒータを遅延モードで制御する。ヒータを遅延モードで制御する時間は、排気管内に溜まっている水が始動後の排気ガスの流動によって減少するのに十分な長さに設定される。制御部がこのような制御を行うと、ヒータによる本格的な昇温を排気管内における水の滞留量が十分に減少してから行うことになるので、酸素センサの被水割れを抑制することができる。
【００３６】
また、制御部は、傾斜情報が車体の転倒を示すとき、始動から内燃機関の運転量が所定量に達するまでの期間ヒータを遅延モードで制御してもよい。内燃機関の運転量が多くなるほど、外部から排気管内に浸入した水が減少するので、運転量が所定量に達するまで遅延モードでの制御を行うことにより、酸素センサの被水割れを抑制できる。
【００３７】
内燃機関の運転量を表すパラメータとしては、例えば、内燃機関の回転速度の時間積分値を用いることができる。回転速度の時間積分値を用いる場合、ヒータを遅延モードで制御する期間は、始動から内燃機関の回転速度の時間積分値が所定値に達するまでの期間である。
【００３８】
あるいは、制御部は、傾斜情報が車体の転倒を示すとき、始動からセンサ素子の温度が所定温度に達するまでヒータを遅延モードで制御してもよい。始動後の排気ガスの熱によってセンサ素子の温度が所定温度に達する頃には、外部から排気管内に浸入した水が十分に減少しているので、センサ素子の温度が所定温度に達するまで遅延モードでの制御を行うことにより、酸素センサの被水割れを抑制できる。
【００３９】
センサ素子の温度は、種々の手法により推定することができる。例えば、制御部は、酸素センサの近傍に設けられた温度センサの測定値に基づいてセンサ素子の温度を推定してもよいし、センサ素子の内部抵抗値に基づいてセンサ素子の温度を推定してもよい。あるいは、制御部は、ヒータの抵抗値に基づいてセンサ素子の温度を推定してもよい。また、センサ素子がセンサ出力の温度依存性を補償するための温度補償材を含んでいる場合には、制御部は、温度補償材の抵抗値に基づいてセンサ素子の温度を推定してもよい。
【００４０】
本発明による制御装置は、内燃機関の空燃比を制御する空燃比制御装置に好適に用いられる。本発明による制御装置を備えた空燃比制御装置は、各種の自動車両に用いられ、自動二輪車などの鞍乗り型車両に特に好適に用いられる。排気管が下流側で斜め上方に向かって延びている鞍乗り型車両では、転倒した車体を起こしたときに酸素センサ付近に水が滞留しやすいので、本発明を用いる意義が大きい。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によると、車体の傾斜に起因して外部から排気管内に浸入した水による酸素センサの被水割れを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００４３】
本実施形態における制御装置の説明に先立ち、まず、図１を参照しながら、制御対象である自動車両用酸素センサの構造を説明する。図１に示す酸素センサ１０は、センサ素子１と、センサ素子１を昇温させるヒータ２とを備えている。
【００４４】
センサ素子１は、センサ素子１に接する雰囲気中に含まれる酸素の濃度や量を検出する。図１に例示しているセンサ素子１は、いわゆる抵抗型であり、酸化物半導体層３と、酸化物半導体層３の抵抗値を検出する電極４と、これらを支持する基板５とを有する。
【００４５】
酸化物半導体層３は、多孔質構造を有し、雰囲気の酸素分圧に応じて酸素を放出あるいは吸収する。これにより、酸化物半導体層３中の酸素濃度が変化し、酸化物半導体層３の抵抗値（抵抗率）が変化する。酸化物半導体層３の材料としては、例えばチタニア（二酸化チタン）やセリア（酸化セリウム）を用いることができる。耐久性や安定性の観点からは、酸化物半導体層３は５０ｗｔ％以上のセリアを含むことが好ましい。
【００４６】
電極４は、酸化物半導体層３に接触するように設けられている。電極４は、例えば、白金や白金ロジウム合金、金などの金属材料から形成されている。また、電極４は、酸化物半導体層３の抵抗値の変化を効率よく計測できるよう、図１に示しているように櫛歯状に形成されていることが好ましい。
【００４７】
基板５は、互いに対向する主面５ａおよび裏面５ｂを有しており、主面５ａ上に酸化物半導体層３および電極４が設けられている。基板５は、アルミナやマグネシアなどの絶縁体（好ましくはセラミックス材料）から形成されている。
【００４８】
ヒータ２は、抵抗損失を利用して加熱を行う抵抗加熱型の加熱素子である。ヒータ２は、具体的には、白金やタングステンなどの金属材料や、酸化レニウムなどの良導体酸化物から形成された抵抗体である。ヒータ２によってセンサ素子１を昇温させることにより、酸化物半導体層３を速やかに活性化させることができる。
【００４９】
また、ヒータ２は、温度に応じてその抵抗値が変化する。そのため、ヒータ２の抵抗値を測定することにより、ヒータ２の温度を検出できる。ヒータ２とセンサ素子１とは接触しているので、ヒータ２の温度を検出することにより、センサ素子１の温度も検出できる。つまり、ヒータ２は、センサ素子１を昇温させる「加熱素子」として用いられるだけでなく、ヒータ２やセンサ素子１の温度を検出する「温度検出素子」としても用いられる。
【００５０】
ヒータ２は、基板５の裏面５ｂ側に設けられている。ヒータ２の両端は、図１に示されているように電極６ａおよび６ｂに接続されている。電極６ａおよび６ｂは、ヒータ２に電力を供給するため（加熱のための通電）にも用いられるし、ヒータ２の抵抗値を測定してヒータ２の温度を検出するためにも用いられる。電極６ａおよび６ｂは、好適にはヒータ２と一体に形成される。
【００５１】
なお、ここでは図示しないが、酸化物半導体層３上には、触媒層が設けられていることが好ましい。触媒層は、触媒金属を含んでおり、触媒金属の触媒作用によって、検出すべきガス（つまり酸素）以外の少なくとも１種の物質を分解する。具体的には、センサ素子１による酸素の検出に悪影響を及ぼすガスや微粒子（例えば完全には燃焼しなかった炭化水素や炭素、窒素酸化物など）を分解し、そのようなガスや微粒子が酸化物半導体層３の表面に付着するのを防止する。触媒金属としては、例えば白金が用いられる。
【００５２】
上述した自動車両用酸素センサ１０は、内燃機関からの排気ガスが通過する排気管内に設けられ、排気ガス中の酸素濃度を検出する。なお、典型的には、酸素センサ１０は、センサ素子１やヒータ２を収容するハウジング（不図示）を有し、ハウジングごと排気管に固定される。ハウジングの先端からは、センサ素子１の先端部（酸化物半導体層３が設けられている領域）が露出しており、この露出した部分を覆うようにカバー部材（不図示）が設けられている。カバー部材には、排気ガスを内部に導入するための開口部（通気孔）が形成されている。ここでは抵抗型のセンサ素子１を例示したが、固体電解質層を備えた起電力型のセンサ素子を用いてもよい。起電力型のセンサ素子は、例えば特許文献１に開示されている。
【００５３】
次に、図２を参照しながら、本実施形態における制御装置１００を説明する。制御装置１００は、図１に示したようなセンサ素子１およびヒータ２を備えた酸素センサ１０を制御するための装置である。センサ素子１は、電極４を介して制御装置１００に電気的に接続されており、ヒータ２は、電極６ａおよび６ｂを介して制御装置１００に電気的に接続されている。また、制御装置１００は、自動車両の内燃機関を制御するための内燃機関制御装置でもある。つまり、本実施形態では、内燃機関制御装置が酸素センサ１０を制御する装置としても機能する。
【００５４】
本実施形態における制御装置１００は、車体の傾斜を検出する傾斜検出部と、傾斜検出部の検出結果に応じた傾斜情報を記憶する記憶部と、記憶部に記憶された傾斜情報に基づいてヒータ２を制御する制御部とを備えている。図２に例示している構成では、後述する傾斜センサ１５、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２２および中央演算処理ユニット（ＣＰＵ）２０がそれぞれ傾斜検出部、記憶部および制御部に相当する。
【００５５】
制御装置１００の制御部は、内燃機関の始動時にヒータを、傾斜情報に基づいて通常モードおよび遅延モードを含む複数のモードのいずれかで制御する。通常モードは、ヒータ２への加熱のための通電が通常通り行われるモードである。これに対し、遅延モードは、通常モードよりも昇温を遅延させるモードである。つまり、遅延モードでは、通常モードよりも昇温開始のタイミングや昇温速度が遅くなるように、ヒータ２への通電が行われる。なお、通常モードおよび遅延モード以外の制御モードがあってもよい。
【００５６】
本実施形態における制御装置１００は、このような制御部を有しているので、所定以上の傾斜が検出された後の始動時（つまり排気管内に外部から水が浸入している蓋然性が高いとき）に、ヒータ２を遅延モードで制御することができる。そのため、車体の傾斜に起因して排気管内に浸入した水による酸素センサ１０の被水割れを抑制することができる。
【００５７】
以下、制御装置１００のより具体的な構成を説明する。
【００５８】
制御装置１００は、図２に示すように、センサ素子１に接続された抵抗−電圧変換回路１１と、ヒータ２に接続された定電流回路１２および両端電圧検知回路１３と、抵抗−電圧変換回路１１および両端電圧検知回路１３の出力を受け取るコントローラ１４とを備えている。本実施形態のコントローラ１４は、１チップマイクロコンピュータによって構成されている。
【００５９】
制御装置１００は、さらに、傾斜センサ１５、クランク角センサ１６および排気温度センサ１７を含む各種センサ（スロットルセンサや水温センサなどは図示していない。）と、これらのセンサに接続されたセンサ入力回路１８とを有している。傾斜センサ１５は、車体の傾斜を検出する。また、クランク角センサ１６は、クランクシャフトの回転角を検出し、排気温度センサ１７は、排気ガスの温度を検出する。センサ入力回路１８の出力もコントローラ１４に入力される。また、コントローラ１４には、アクチュエータ出力回路１９が接続されており、アクチュエータ出力回路１９の出力により、内燃機関各部の動作が制御される。
【００６０】
コントローラ１４は、既に述べたように１チップマイクロコンピュータから構成されており、ＣＰＵ２０、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）２１、ＲＡＭ２２、タイマー２３、センサＩ／Ｆ（インターフェース）回路２４、アクチュエータＩ／Ｆ回路２５などを備えている。ＣＰＵ２０からの指令やＲＯＭ２１から読み出されたデータなどのやり取りは、データバスライン２６を介して行われる。センサＩ／Ｆ回路２４は、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）、タイマー、ポートなどを含み、センサ入力回路１８に接続されている。アクチュエータＩ／Ｆ回路２５は、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）、タイマー、ポートなどを含み、アクチュエータ出力回路１９に接続されている。
【００６１】
抵抗−電圧変換回路１１は、センサ素子１の内部抵抗値、つまり、酸化物半導体層３の抵抗値Ｒｇを計測し、計測した抵抗値Ｒｇに応じた電圧を出力する（抵抗−電圧変換）。抵抗−電圧変換回路１１は、コントローラ１４の内部で生成されてポート２７から与えられるデータ（例えば２ビットのデータ）によって制御される。抵抗−電圧変換回路１１によって酸化物半導体層３の抵抗値Ｒｇを計測することにより、雰囲気ガス中の酸素濃度を求めることができる。センサ素子１に接続された抵抗−電圧変換回路１１の出力（電圧）は、セレクタ２８を介してＡＤＣ２９に入力される。ＡＤＣ２９からは、抵抗−電圧変換回路１１の出力（アナログ値）に対応するデジタル値（酸素濃度を示す値）がデータバスライン２６に出力される。
【００６２】
両端電圧検知回路１３は、ヒータ２に所定の大きさの電流（定電流）Ｉが供給されているときのヒータ２の両端に印加されている電圧（両端電圧）ＶRを検知する。ヒータ２の両端電圧ＶRは温度に依存するため、検知された電圧の値からヒータ２の温度を決定することができる。ヒータ２はセンサ素子１と接触しているため、ヒータ２の温度を検出してヒータ２の温度を所定範囲内に制御すれば、センサ素子１の温度を（薄い基板５を介してヒータ２と熱的に接触している酸化物半導体層３の温度も）適切な範囲内に制御することができる。
【００６３】
制御装置１００は、ヒータ２へ定電流を供給する定電流回路１２に加え、制御装置１００内における各電子回路の動作に必要な電源電圧を生成する電源回路３０を備えており、電源回路３０は＋１２Ｖの電源（バッテリー）に接続されている。電源からヒータ２に供給される電流がヒータ２を加熱するために用いられるのに対し、定電流回路１２からヒータ２に供給される電流は、ヒータ２の抵抗値を計測するために用いられる。なお、制御装置１００と電源との電気的な接続のオン／オフは、自動車両のメインスイッチＳＷによって切り替えられる。
【００６４】
ヒータ２は、コントローラ１４のポート３１がゲートドライブ３２を介して半導体スイッチング素子３３のオン・オフを切り替えることにより、図１に示した電極６ａおよび６ｂを介して＋１２Ｖの電源または定電流回路１２に選択的に接続される。ヒータ２を加熱するときは、ヒータ２と電源とを接続し、ヒータ２の温度を計測するときには、半導体スイッチング素子３３により、ヒータ２の接続先を電源から定電流回路１２に切り替える。定電流回路１２から供給される微弱な電流の大きさは、ＤＡＣ３４の出力電圧によって制御される。
【００６５】
ヒータ２が定電流回路１２に接続されると、定電流回路１２からヒータ２に所定の大きさを有する電流Ｉが流れ、両端電圧検知回路１３により、ヒータ２の両端電圧ＶRが検知される。定電流回路１２から供給される電流Ｉは、ヒータ２が実質的に加熱されないような大きさ（例えば数十ｍＡ）の微弱なものである。両端電圧ＶRの検知は、短時間（例えば１ｍｓ〜５ｍｓ程度）で行うことができる。ヒータ２の両端電圧ＶRと温度との間には、所定の関係が存在するため、検知された電圧の値に基づいて、ヒータ２の温度（センサ素子１の温度にも対応する。）を推定することができる。
【００６６】
例えば、ヒータ２の両端電圧ＶRと０℃時の両端電圧ＶTとを差動増幅（Ａ倍）した電圧ＶｈをＡＤＣ２９でアナログ−デジタル変換し、コントローラ１４（１チップマイクロコンピュータ）のプログラムで温度を計算する。０℃時の両端電圧ＶTは、コントローラ１４のポート３５の出力電圧を分圧して得る。
【００６７】
なお、本実施形態では、１つのＡＤＣ２９により、抵抗−電圧変換回路１１および両端電圧検知回路１３のいずれの出力に対してもアナログ−デジタル変換を施している。センサ素子１の内部抵抗値Ｒｇを計測するタイミングおよびヒータ２の両端電圧ＶRを検知するタイミングは相互にずれているため、セレクタ２８による切り替え動作により、１つのＡＤＣ２９を用いて効率よく種々のアナログ−デジタル変換を行うことができる。
【００６８】
制御装置１００では、ヒータ２の温度を制御するために、ヒータ２への加熱のための通電を行うオン動作と、ヒータ２への加熱のための通電を停止するオフ動作とが選択的に実行される。オン動作を実行することにより、ヒータ２の温度を上昇させてセンサ素子１を昇温させることができる。また、オフ動作を実行することにより、ヒータ２の温度を低下させてセンサ素子１を降温させることができる。ただし、センサ素子１を昇温させるときに、オン動作が行われるだけでなく、オフ動作も周期的且つ短期的に行われる。昇温時にもオフ動作が実行されるのは、ヒータ２の温度を測定するためである。制御部がオフ動作を実行している期間（つまりヒータ２への加熱のための通電が停止されている期間）に定電流回路１２からヒータ２へ定電流が供給され、このときのヒータ２の両端電圧が両端電圧検知回路１３によって検知される。検知された電圧に基づいてヒータ２の温度を決定し、ヒータ２の温度が所定範囲内の値を有するようにヒータ２の通電状態を調節することができる。
【００６９】
上述した構成により制御装置１００は、ヒータ２を制御してセンサ素子１の温度を適切に管理しながら、酸素センサ１０による酸素濃度の検出を行うことができる。以下、本実施形態における制御装置１００の制御部（ＣＰＵ２０）が始動時にヒータ２を制御する際の複数のモードをより具体的に説明する。
【００７０】
制御装置１００の制御部（ＣＰＵ２０）は、既に述べたように、始動時にヒータ２を、記憶部（ＲＡＭ２２）に記憶された傾斜情報に基づいて通常モードまたは遅延モードで制御する。より具体的には、制御部は、傾斜情報が車体の転倒を示しているときに、遅延モードでの制御を行う。言い換えると、制御部は、傾斜情報が車体の転倒を示しているとき、そうでないとき（つまり傾斜情報が車体の転倒を示していないとき）に比べてヒータ２への投入電力を一時的に抑制する。
【００７１】
まず、図３を参照しながら、傾斜センサ１５による傾斜検出動作を説明する。まず、傾斜センサ１５の検出結果に基づいて、車体の傾斜角が所定値以上であるか否かが判定され、車体が転倒しているか否かが判定される（ステップＳ１）。傾斜角が所定値以上である場合には、ＲＡＭ２２に転倒を示す傾斜情報が記憶され（ステップＳ２）、その後、内燃機関等への通電（酸素センサ１０のヒータ２への通電も含む）が停止される（ステップＳ３）。一方、傾斜角が所定値未満である場合には、ＲＡＭ２２には転倒を示さない傾斜情報が記憶され（ステップＳ４）、その後、再び判定ステップＳ１が行われる。
【００７２】
転倒判定のしきい値としては、典型的には、車体の最大傾斜角が用いられる。車体の最大傾斜角とは、走行中に車体をそれよりも倒すことのできない角度、具体的には車体を傾けたときに地面に最初に接触する部材（フットレストなど）が地面に接触したときの角度を意味する。勿論、最大傾斜角よりも小さな値をしきい値としてもよい。
【００７３】
記憶部であるＲＡＭ２２に記憶される傾斜情報は、傾斜角が所定値以上であるか否か、つまり、転倒が発生したか否かの判定結果を含んでいればよい。従って、傾斜情報は、必ずしも車体の傾斜角そのものを含んでいる必要はない。
【００７４】
傾斜センサ１５としては、例えば、特許第３５１２３９２号公報に開示されているものが用いられる。上記公報に開示されている傾斜センサは、車体の傾斜に応じて揺動し、一部に磁界領域（磁界が生じる領域）を含む振り子と、振り子の磁界領域が傾斜センサ本体に対して所定の位置にあるか否かを検知するための磁気センサとを備えている。なお、傾斜検出部は、車体の傾斜を検出し得るものであればよく、例示している傾斜センサに限定されない。ジャイロ計器や、接地面との接触を検出するための接触スイッチなどを傾斜検出部として用いてもよい。
【００７５】
次に、図４を参照しながら、始動時の制御装置１００の動作を説明する。内燃機関を運転可能な状態に設定する（つまり制御装置１００への通電を行う）メインスイッチＳＷがオンされる（つまり始動操作が行われる）と、転倒を示す傾斜情報が記憶されているか否かが判定される（ステップＳ１１）。転倒を示す傾斜情報が記憶されていない場合（つまり転倒後の再始動操作ではない場合）には、通常モードでのヒータ２の制御が開始される（ステップＳ１２）。一方、転倒を示す傾斜情報が記憶されている場合（つまり転倒後の再始動操作である場合）には、遅延モードでのヒータ２の制御が開始される（ステップＳ１３）。
【００７６】
遅延モードでは、通常モードよりも昇温が遅延される。つまり、遅延モードでは、通常モードよりも昇温開始のタイミングや昇温速度が遅くなるように、ヒータ２への加熱のための通電が行われる。典型的には、制御部は、遅延モードではヒータ２への加熱のための通電を行わない。加熱のための通電が全く行われなければ、当然ながらヒータ２による昇温は行われないので、通常モードに比べて昇温を遅延させることができる。
【００７７】
勿論、通常モードに比べて昇温を十分に遅延させることができるのであれば、加熱のための通電を多少行ってもよい。通常モードにおけるヒータへの通電率は、典型的には、６０％〜１００％程度であるので、遅延モードにおいてヒータ２への通電率を１０％以下にすることによって、通常モードに比べて昇温を十分に遅延させることができる。なお、ヒータ２への「通電率」は、所定時間内で実際に加熱のための通電が行われている時間（オン動作が行われている時間）の割合である（つまり「通電時間」である）。より確実に酸素センサ１０の破損（被水割れ）を防止する観点からは、遅延モードにおける通電率（通電時間）は５％以下であることがより好ましく、実質的に０％である（つまり加熱のための通電を行わない）ことがもっとも好ましい。また、通電率を低下させることに代えて（あるいは加えて）、ヒータ２への印加電圧を低下させることによって昇温を遅延させてもよい。
【００７８】
続いて、制御部が遅延モードでは加熱のための通電をまったく行わない場合を例として、制御部の動作の具体例を図５から図８を参照しながら説明する。
【００７９】
図５に示す例では、制御部は、傾斜情報が車体の転倒を示すとき、始動から所定時間経過するまでヒータ２を遅延モードで制御する。具体的には、まず、メインスイッチＳＷがオンされると、転倒を示す傾斜情報が記憶されているか否かが判定される（ステップＳ２１）。転倒を示す傾斜情報が記憶されていない場合には、通常モードでのヒータ２の制御が開始され、ヒータ２への加熱のための通電が開始される（ステップＳ２２）。
【００８０】
一方、転倒を示す傾斜情報が記憶されている場合には、遅延モードでのヒータ２の制御が開始される。具体的には、通電遅延カウンタがインクリメント（つまり遅延カウント値が増加）される（ステップＳ２３）。続いて、遅延カウント値が所定時間（通電開始を遅らせる時間として予め設定されている。）に対応する所定値以上か否かが判定される（ステップＳ２４）。
【００８１】
遅延カウント値が所定値未満である場合には、再び通電遅延カウンタのインクリメント（ステップＳ２３）、遅延カウント値の判定（ステップＳ２４）が行われる。これに対し、遅延カウント値が所定値以上である場合には、遅延モードでの制御が終了し、ヒータ２への加熱のための通電が開始される（ステップＳ２５）。通電開始を遅らせる時間（つまりヒータ２の待機時間）は、排気管内に溜まっている水が始動後の排気ガスの流動によって減少するのに十分な長さに設定され、例えば、１０秒〜３０秒程度である。なお、遅延時間のカウントは、メインスイッチＳＷがオンされるタイミングではなく、セルモータがオンされるタイミングで開始してもよい。
【００８２】
このように、転倒後の再始動である場合（つまり傾斜情報が車体の転倒を示すとき）には、始動から所定時間経過するまでヒータ２を遅延モードで制御すると、ヒータ２による本格的な昇温を排気管内における水の滞留量が十分に減少してから行うことになるので、酸素センサ１０の被水割れを抑制することができる。
【００８３】
また、図６に示すように、制御部は、傾斜情報が車体の転倒を示すとき、始動から内燃機関の運転量が所定量に達するまでの期間、ヒータ２を遅延モードで制御してもよい。内燃機関の運転量が多くなるほど、外部から排気管内に浸入した水が減少するので、運転量が所定量に達するまで遅延モードでの制御を行うことにより、酸素センサ１０の被水割れを抑制できる。
【００８４】
内燃機関の運転量を表すパラメータとしては、例えば図６に示しているように、内燃機関の回転速度の時間積分値を用いることができる。回転速度の時間積分値を用いる場合、ヒータ２を遅延モードで制御する期間は、始動から内燃機関の回転速度の時間積分値が所定値に達するまでの期間である。
【００８５】
図６に示す例では、まず、メインスイッチＳＷがオンされると、転倒を示す傾斜情報が記憶されているか否かが判定される（ステップＳ３１）。転倒を示す傾斜情報が記憶されていない場合には、通常モードでのヒータ２の制御が開始され、ヒータ２への加熱のための通電が開始される（ステップＳ３２）。
【００８６】
一方、転倒を示す傾斜情報が記憶されている場合には、遅延モードでのヒータ２の制御が開始される。具体的には、まず、内燃機関の回転速度の時間積分値（累積回転数に相当する）の計算が行われる（ステップＳ３３）。内燃機関の回転速度は、クランク角センサ１６によって検出される。回転速度をＲ、回転速度の時間積分値をＳＲとしたとき、時間積分値ＳＲは、単位時間ごとに回転速度Ｒを加算することにより求めることができる（つまり１単位時間前の時間積分値をＳＲPとすると、ＳＲ＝ＳＲP＋Ｒ）。続いて、時間積分値ＳＲが所定値以上か否かが判定される（ステップＳ３４）。判定基準となる所定値は、通電開始を遅らせる基準となる運転量として予め設定されている。なお、内燃機関の運転量は、クランク角センサ１６から出力されるパルス信号そのものを計数することによっても算出できる。
【００８７】
時間積分値ＳＲが所定値未満である場合には、再び回転速度の時間積分値ＳＲの計算（ステップＳ３３）、時間積分値ＳＲの判定（ステップＳ３４）が行われる。これに対し、時間積分値ＳＲが所定値以上である場合には、遅延モードでの制御が終了し、ヒータ２への加熱のための通電が開始される（ステップＳ３５）。通電開始を遅らせる基準となる運転量は、水の滞留量が十分減少する量に設定されている。
【００８８】
このように、転倒後の再始動である場合（つまり傾斜情報が車体の転倒を示すとき）には、内燃機関の運転量が所定量に達するまでの期間ヒータ２を遅延モードで制御すると、ヒータ２による本格的な昇温を排気管内における水の滞留量が十分に減少してから行うことになるので、酸素センサ１０の被水割れを抑制することができる。
【００８９】
あるいは、図７に示すように、制御部は、傾斜情報が車体の転倒を示すとき、始動からセンサ素子１の温度が所定温度に達するまでヒータ２を遅延モードで制御してもよい。始動後の排気ガスによってセンサ素子１の温度が所定温度に達する頃には、外部から排気管内に浸入した水が十分に減少しているので、センサ素子１の温度が所定温度に達するまで遅延モードでの制御を行うことにより、酸素センサ１０の被水割れを抑制できる。
【００９０】
図７に示す例では、まず、メインスイッチＳＷがオンされると、転倒を示す傾斜情報が記憶されているか否かが判定される（ステップＳ４１）。転倒を示す傾斜情報が記憶されていない場合には、通常モードでのヒータ２の制御が開始され、ヒータ２への加熱のための通電が直ちに開始される（ステップＳ４２）。
【００９１】
一方、転倒を示す傾斜情報が記憶されている場合には、遅延モードでのヒータ２の制御が開始される。具体的には、まず、センサ素子１の温度の推定が行われる（ステップＳ４３）。センサ素子１の温度を推定する手法については後述する。続いて、センサ素子１の温度が所定温度以上か否かが判定される（ステップＳ４４）。判定基準となる所定温度は、通電開始を遅らせる基準となる温度として予め設定されている。
【００９２】
センサ素子１の温度が所定温度未満である場合には、再びセンサ素子１の温度の推定（ステップＳ４３）および判定（ステップＳ４４）が行われる。これに対し、センサ素子１の温度が所定温度以上である場合には、遅延モードでの制御が終了し、ヒータ２への加熱のための通電が開始される（ステップＳ４５）。通電開始を遅らせる基準となる温度は、水の滞留量が十分減少するような温度に設定されており、例えば２００℃である。
【００９３】
このように、転倒後の再始動である場合（つまり傾斜情報が車体の転倒を示すとき）には、センサ素子１の温度が所定温度に達するまでヒータ２を遅延モードで制御すると、ヒータ２による本格的な昇温を排気管内における水の滞留量が十分に減少してから行うことになるので、酸素センサ１０の被水による割れを抑制することができる。
【００９４】
ここで、センサ素子１の温度を推定する手法を説明する。
【００９５】
制御装置１００の制御部は、例えば、酸素センサ１０の近傍に設けられた温度センサの測定値に基づいてセンサ素子１の温度を推定することができる。このような温度センサとしては、図２に示しているような排気温度センサ１７を用いることができる。センサ素子１の温度を正確に推定する観点からは、排気管内で、排気温度センサ１７の設けられている位置と酸素センサ１０の設けられている位置との距離が短いことが好ましい。具体的には、この距離を５００ｍｍ以下にすることにより、十分に高い精度でセンサ素子１の温度を推定することができる。なお、排気温度センサ１７は、酸素センサ１０と触媒（典型的には三元触媒）との間に配置されていることが好ましい。
【００９６】
あるいは、制御部は、センサ素子１の内部抵抗値に基づいてセンサ素子１の温度を推定してもよい。図１に例示したような抵抗型のセンサ素子１では、センサ素子１の内部抵抗値とは、酸化物半導体層３の抵抗値を指す。酸化物半導体層３の抵抗値は、酸素分圧依存性だけでなく、温度依存性も有している。また、始動時は酸化物半導体層３が活性化しておらず、理論空燃比近傍でのフィードバック制御は難しいので、酸素センサ１０から出力される検出信号（酸素濃度を示す）に基づかないフィードフォワード制御が行われる。具体的には、空燃比がリッチ側の適当な値となるように空燃比制御が行われる。従って、このときの排気ガス中の酸素分圧はほぼ一定である。そのため、酸化物半導体層３の抵抗値を検出することによって、センサ素子１の温度を推定することができる。また、起電力型のセンサ素子では、センサ素子の内部抵抗値とは、固体電解質層の抵抗値を指す。固体電解質層の抵抗値も、温度依存性を有しているので、固体電解質層の抵抗値を検出することによって、センサ素子の温度を推定することができる。
【００９７】
なお、本実施形態で例示しているような，抵抗値に温度依存性を有するヒータ２が設けられている場合には、制御部は、ヒータ２の抵抗値に基づいてセンサ素子１の温度を推定してもよい。ヒータ２とセンサ素子１とは接触しているので、ヒータ２の抵抗値からヒータ２の温度を推定することにより、センサ素子１の温度を推定することができる。
【００９８】
また、センサ素子１が、センサ出力の温度依存性を補償するための温度補償材を含んでいる場合には、制御部は、温度補償材の抵抗値に基づいてセンサ素子１の温度を推定してもよい。センサ出力の温度依存性を補償するための温度補償材は、例えば特開２００４−８５５４９号公報に開示されている。この公報に開示されている温度補償材は、抵抗型のセンサ素子用の温度補償材である。酸化物半導体層の抵抗値が、温度と酸素分圧の両方に依存性を有しているのに対し、酸素イオン伝導体から形成された温度補償材の抵抗値は、温度には依存性を有しているが、酸素分圧には依存性をほとんど有していない。酸化物半導体層の抵抗値の温度依存性と、温度補償材の抵抗値の温度依存性とができるだけ同じになるように、酸化物半導体層および温度補償材の材料が選択される。このような温度補償材を酸化物半導体層と同じ基板上に（さらに電気的に直列な接続関係を有するように）設けることにより、センサ出力の温度依存性を補償することができる。既に述べたように、温度補償材の抵抗値は温度依存性を有しているので、温度補償材の抵抗値を検出することによって、センサ素子１の温度を推定することができる。
【００９９】
ここで、本実施形態における制御装置１００の動作を、タイミングチャートを参照しながらさらに具体的に説明する。
【０１００】
図８は、始動時に通常モードでの制御が行われる場合のタイミングチャートである。図８に示すように、転倒後の再始動ではない、通常の始動時には、転倒が有ったことを示すフラグ（転倒フラグ）や通常通りの通電を禁止するフラグ（通常通電禁止フラグ）は立っていない（つまりオフのまま）。そのため、メインスイッチＳＷがオンされると同時に（つまり始動と同時に）、通常モードでヒータ２の制御が開始される（図８中の時刻ｔ1）。
【０１０１】
なお、図８にも示すように、セルモータが起動される（オンされる）タイミングは、メインスイッチＳＷがオンされるタイミングよりも少し遅れ（図８中の時刻ｔ2）、内燃機関が起動される（オンされる）タイミングは、セルモータが起動されるタイミングよりも少し遅れている（図８中の時刻ｔ3）。また、内燃機関が起動されると同時に、内燃機関の運転量（例えば回転速度の時間積分値）のカウントが開始されるが、図８に示す例は、転倒後の再始動ではないので、運転量がしきい値以上であるか否かにかかわらず、ヒータ２は通常モードで制御される。
【０１０２】
図９は、始動時に遅延モードでの制御が行われる場合のタイミングチャートである。つまり、図９は、車体が転倒し、その後運転者が車体を起こして再始動する場合を示している。図９に示すように、まず、車体の転倒が発生し、傾斜センサ１５によって検出される傾斜が転倒判定のためのしきい値を超えると（図９中の時刻ｔ1）、転倒フラグや通常通電禁止フラグが立つ（つまりオンとなる）。また、このとき（転倒が発生したとき）、内燃機関は停止され、ヒータ２への通電も停止される（つまり両方オフとされる）。
【０１０３】
次に、一旦メインスイッチＳＷをオフして車体を起こす（つまり再始動の準備を開始する）と、傾斜センサ１５によって検出される傾斜はゼロとなる（図９中の時刻ｔ2）。続いて、再びメインスイッチＳＷをオンすると（つまり再始動すると）、通常通電禁止フラグが立っているので、遅延モードでヒータ２の制御が開始される（図９中の時刻ｔ3）。このとき、転倒フラグは降ろされる。
【０１０４】
その後、セルモータが起動され（図９中の時刻ｔ4）、次いで、内燃機関が起動される（図９中の時刻ｔ5）。内燃機関の起動と同時に、内燃機関の運転量のカウントが開始される。運転量がしきい値以上になると、通常通電禁止フラグが降ろされる（図９中の時刻ｔ6）。これにより、遅延モードでの制御が終了し、通常モードでの制御（つまり通常通りの加熱のための通電）が開始される。
【０１０５】
上述したように、本実施形態における制御装置１００は、始動時にヒータを、傾斜情報に基づいて通常モードおよび遅延モードを含む複数のモードのいずれかで制御する制御部を有しており、そのことによって、酸素センサ１０の被水割れを抑制することができる。
【０１０６】
続いて、本実施形態における制御装置１００を備えた自動車両の例を説明する。本実施形態における制御装置１００は、例えば図１０に示すような自動二輪車３００に好適に用いられる。
【０１０７】
図１０に示す自動二輪車３００は、車体の骨格であるフレーム３０２を備えている。フレーム３０２は、ステアリングヘッドパイプ３０３、一対のメインパイプ３０４（一方のみを図示）および一対のシートレール３０５（一方のみを図示）を含んでいる。
【０１０８】
ステアリングヘッドパイプ３０３は、フレーム３０２の前端に位置し、フロントフォーク３０６を介して前輪３０７を支持している。各メインパイプ３０４は、ステアリングヘッドパイプ３０３から後方に延びている。メインパイプ３０４は、前半部３０４ａおよび後半部３０４ｂと、これらの間に位置する中間部３０４ｃとから構成されている。前半部３０４ａは、ステアリングヘッドパイプ３０３から斜め下向きに延びている。中間部３０４ｃは、前半部３０４ａの下端からほぼ水平に延びている。後半部３０４ｂは、中間部３０４ｃの後端から斜め上向きに延びている。
【０１０９】
シートレール３０５は、メインパイプ３０４の前半部３０４ａと後半部３０４ｂとの間に架け渡されている。シートレール３０５は、シート３０８を支持している。シート３０８の下端に、車体カバー３０９が連続している。フレーム３０２は、この車体カバー３０９によって覆われている。
【０１１０】
各メインパイプ３０４の中間部３０４ｃにリヤアームブラケット３１０が固定されている。リヤアームブラケット３１０は、メインパイプ３０４の中間部３０４ｃから下方に突出している。リヤアームブラケット３１０は、リヤアーム３１１を支持している。リヤアーム３１１は、リヤアームブラケット３１０から後方に突出している。このリヤアーム３１１の後端部に後輪３１２が支持されている。
【０１１１】
フレーム３０２は、後輪３１２を駆動するパワーユニット３１３を支持している。パワーユニット３１３は、駆動源である内燃機関（エンジン）３１４とベルト式連続無段変速装置（不図示）とを備えている。パワーユニット３１３は、車体カバー３０９の下部で覆い隠されている。
【０１１２】
内燃機関３１４は、メインパイプ３０４の前半部３０４ａに懸架されている。内燃機関３１４は、クランクケース３１６と、このクランクケース３１６に連結されたシリンダ３１７とを備えている。
【０１１３】
クランクケース３１６は、クランクシャフト３１８および歯車減速機（不図示）を収容している。クランクシャフト３１８は、クランクケース３１６に軸受（不図示）を介して支持されているとともに、自動二輪車３００の車幅方向に沿って水平に配置されている。歯車減速機は、その出力端にドライブスプロケット３２０を有している。ドライブスプロケット３２０は、クランクシャフト３１８の後方に位置している。ドライブスプロケット３２０と後輪３１２のドリブンスプロケット３２１との間にチェーン３２２が巻き掛けられている。
【０１１４】
内燃機関３１４のシリンダ３１７は、クランクケース３１６からメインパイプ３０４の前半部３０４ａに沿うように上向きに突出している。シリンダ３１７は、ピストン（不図示）を収容している。
【０１１５】
内燃機関３１４の排気ポートには排気管３２３が接続されている。排気管３２３には、排気温度センサ１７および酸素センサ１０が設けられている。排気管３２３は、下流側で斜め上方に向かって（つまり水平方向から上側に傾斜した方向に）延びている。酸素センサ１０の先端部は排気管３２３の排気ガスが通過する通路内に露出しており、酸素センサ１０は排気ガス中の酸素濃度を検出する。酸素センサ１０には、図１に示したヒータ２が取り付けられており、内燃機関３１４の始動時にはヒータ２によりセンサ素子１が昇温される（通常モードでは例えば５秒で７００℃まで昇温される）ことによって、酸化物半導体層３の検出感度が高められる。
【０１１６】
図１１は、内燃機関３１４の制御系の主要な構成を示している。内燃機関３１４のシリンダ３１７には吸気弁３３０、排気弁３３１および点火プラグ３３２が設けられている。また内燃機関３１４を冷却する冷却水の水温を計測する水温センサ３３３が設けられている。吸気弁３３０は、空気吸入口をもつ吸気管３３４に接続されている。吸気管３３４にはエアーフローメータ３３５、スロットルバルブ３３６、スロットルセンサ３３６ａおよび燃料噴射装置３３７が設けられている。なお、エアーフローメータ３３５の代わりにスロットルバルブ３３６と吸気弁３３０との間に負圧センサを設けて吸気量を測定してもよい。
【０１１７】
エアーフローメータ３３５、スロットルセンサ３３６ａ、燃料噴射装置３３７、水温センサ３３３、点火プラグ３３２、酸素センサ１０および排気温度センサ１７は、ＥＣＵ（電子制御ユニット）３３８に接続されている。ＥＣＵ３３８には自動二輪車３００の速度を示す車速信号３３９も入力される。ＥＣＵ３３８は、図２に示した制御装置１００の大部分（各種センサ以外の部分）を含む。ＥＣＵ３３８へのバッテリーＢＴからの通電は、メインスイッチＳＷによってオン／オフ制御される。
【０１１８】
図示しないセルモータによって、ライダーが内燃機関３１４を始動させると、ＥＣＵ３３８はエアーフローメータ３３５、スロットルセンサ３３６ａ、水温センサ３３３および排気温度センサ１７から得られる検出信号および車速信号３３９に基づき、最適な燃料量を計算し、計算結果に基づいて、燃料噴射装置３３７へ制御信号を出力する。燃料噴射装置３３７から噴射される燃料は、吸気管３３４から供給される空気と混合され、適切なタイミングで開閉される吸気バルブ３３０を介してシリンダ３１７へ噴出される。シリンダ３１７において噴出された燃料は燃焼し、排気ガスとなって排気弁３３１を介して排気管３２３へ導かれる。排気管３２３には、酸素センサ１０や排気温度センサ１７の他、三元触媒３４０および消音器３４１も設けられている。
【０１１９】
酸素センサ１０は排気ガス中の酸素を検出し、検出信号をＥＣＵ３３８へ出力する。ＥＣＵ３３８は、酸素センサ１０からの信号に基づき、空燃比が理想空燃比からどの程度ずれているかを判断する。そして、エアーフローメータ３３５およびスロットルセンサ３３６ａから得られる信号によって定まる空気量に対して、理想空燃比となるように燃料噴射装置３３７から噴出する燃料量を制御する。このように、酸素センサ１０と、酸素センサ１０に接続されたＥＣＵ３３８とを含む空燃比制御装置によって、内燃機関の空燃比が適切に制御される。
【０１２０】
なお、図１１に示したＥＣＵ３３８と各種センサとが、図２に示した制御装置１００として機能する。つまり、制御装置１００のセンサ以外の主な構成要素（（コントローラ１４を構成するマイクロコンピュータなど）は、ＥＣＵ３３８に搭載されている。
【０１２１】
本実施形態における制御装置１００を備えた自動二輪車３００では、酸素センサ１０の被水割れが抑制されるので、酸素センサ１０の寿命が長い。そのため、長期間にわたって適切な空燃比で燃料および空気を混合し、最適な条件で燃料を燃焼させることができる。
【０１２２】
なお、本発明の制御装置は、例示した自動二輪車に限定されず、自動車両全般に用いることができるが、鞍乗り型車両に用いることが特に好ましい。ライダーが跨って乗る鞍乗り型車両（自動二輪車や自動三輪車だけでなく、バギーなどのＡＴＶも含む。）では、転倒が発生しやすく、排気管へ水が浸入しやすいので、本発明を用いる意義が大きい。排気管が下流側で斜め上方に向かって延びている鞍乗り型車両（例えば図１０に示す自動二輪車３００）では、転倒した車体を起こしたときに酸素センサ付近に水が滞留しやすいので、本発明を用いる意義が大きい。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
本発明によると、車体の傾斜に起因して外部から排気管内に浸入した水による酸素センサの被水割れを抑制し得る制御装置が提供される。本発明による制御装置は、自動車両用の空燃比制御装置に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】酸素センサを模式的に示す分解斜視図である。
【図２】本発明の好適な実施形態における制御装置を模式的に示すブロック図である。
【図３】本発明の好適な実施形態における制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明の好適な実施形態における制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の好適な実施形態における制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の好適な実施形態における制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】本発明の好適な実施形態における制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明の好適な実施形態における制御装置の動作を説明するためのタイミングチャートであり、始動時に通常モードでの制御が行われる場合を示している。
【図９】本発明の好適な実施形態における制御装置の動作を説明するためのタイミングチャートであり、始動時に遅延モードでの制御が行われる場合を示している。
【図１０】本発明の好適な実施形態における制御装置を備えた自動二輪車の例を模式的に示す図である。
【図１１】図１０に示す自動二輪車における内燃機関の制御系を模式的に示す図である。
【図１２】従来の自動二輪車の例を模式的に示す図である。
【図１３】図１２に示す自動二輪車が備える内燃機関、排気管、マフラおよび酸素センサを模式的に示す図である。
【図１４】図１３中の１４Ａ−１４Ａ’線に沿った断面図である。
【図１５】図１２に示す自動二輪車が冠水した地面上で転倒している様子を模式的に示す図である。
【図１６】図１５に示すように自動二輪車が転倒しているときのマフラの断面を示す図である。
【図１７】自動二輪車の転倒後に車体を起こしたときに排気管内に水が溜まっている様子を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【０１２５】
１    センサ素子
２    ヒータ
１０    酸素センサ
１１    抵抗−電圧変換回路
１２    定電流回路
１３    両端電圧検知回路
１４    コントローラ
１５    傾斜センサ（傾斜検出部）
１６    クランク角センサ
１７    排気温度センサ
２０    ＣＰＵ（制御部）
２１    ＲＯＭ
２２    ＲＡＭ（記憶部）
１００    制御装置
３００    自動二輪車
３１４    内燃機関（エンジン）
３２３    排気管
【図１】
0005112266.tif 000002
【図２】
0005112266.tif 000003
【図３】
0005112266.tif 000004
【図４】
0005112266.tif 000005
【図５】
0005112266.tif 000006
【図６】
0005112266.tif 000007
【図７】
0005112266.tif 000008
【図８】
0005112266.tif 000009
【図９】
0005112266.tif 000010
【図１０】
0005112266.tif 000011
【図１１】
0005112266.tif 000012
【図１２】
0005112266.tif 000013
【図１３】
0005112266.tif 000014
【図１４】
0005112266.tif 000015
【図１５】
0005112266.tif 000016
【図１６】
0005112266.tif 000017
【図１７】
0005112266.tif 000018