(57)【要約】【課題】本発明は、排気管壁面温度を測定するための専用の温度センサを設けることや、特別に温度コントロールをすることなく、水分による第１空燃比センサの素子割れを回避し得るエンジンの空燃比センサの保護制御装置を実現することを目的としている。【解決手段】このため、エンジンの排気通路に触媒を設け、触媒の上流側排気通路に空燃比を検出する第１空燃比センサと、触媒の下流側排気通路に空燃比を検出する第２空燃比センサと、第１空燃比センサのセンサ素子を加熱する第１加熱手段と、第２空燃比センサのセンサ素子を加熱する第２加熱手段とを備えたエンジンの空燃比センサの保護制御装置において、センサ素子保護判定条件が成立しているときには、第１加熱手段による加熱量を通常加熱量よりも制限し、且つ第２加熱手段による加熱量を通常加熱量よりも制限する素子保護制御手段を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に触媒を設け、この触媒の上流側排気通路に空燃比を検出する第１空燃比センサと、前記触媒の下流側排気通路に空燃比を検出する第２空燃比センサと、前記第１空燃比センサのセンサ素子を加熱する第１加熱手段と、前記第２空燃比センサのセンサ素子を加熱する第２加熱手段とを備えたエンジンの空燃比センサの保護制御装置において、センサ素子保護判定条件が成立しているときには、前記第１加熱手段による加熱量を通常加熱量よりも制限し、且つ前記第２加熱手段による加熱量を通常加熱量よりも制限する素子保護制御手段を備えたことを特徴とするエンジンの空燃比センサの保護制御装置。
【請求項２】
前記素子保護制御手段は、前記第２空燃比センサの出力電圧が設定電圧以上になってから一定時間経過するか、あるいは始動後の経過時間が設定時間を経過した時には停止されることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの空燃比センサの保護制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はエンジンの空燃比センサの保護制御装置に係り、特に排気管壁面温度を測定するための専用の温度センサを設けることや、特別に温度コントロールをすることなく、水分によるセンサの素子割れを回避し得るエンジンの空燃比センサの保護制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車等のエンジンにおいては、このエンジンからの排気空燃比を検出し、排気空燃比を目標空燃比、例えば理論空燃比になるようにフィードバック制御するために、空燃比センサが採用されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２２７４００号公報
【特許文献２】特開２００４−２２５６１７号公報
【特許文献３】特開２００４−３５３４９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来の排出ガス浄化システムにおいては、図１０に示す如く、エンジンＰ０１の燃焼室Ｐ０２よりも上流側に吸気通路Ｐ０３を連通させて設けるとともに、エンジンＰ０１の燃焼室Ｐ０２よりも下流側に排気通路Ｐ０４を連通させて設けている。
【０００５】
そして、前記吸気通路Ｐ０３の途中に、前記燃焼室Ｐ０２に指向させてインジェクタＰ０５を配設し、吸気通路Ｐ０３の下流側端部には、この下流側端部を開閉する吸気バルブＰ０６を配設している。
また、前記排気通路Ｐ０４の上流側端部には、この上流側端部を開閉する排気バルブＰ０７を配設している。
【０００６】
このとき、前記排気通路Ｐ０４の途中には、上流側から順次に、排気タービン（「過給器」とも換言できる。）Ｐ０８と、触媒Ｐ０９とを配設している。
そして、この触媒Ｐ０９の直上流部位、つまり触媒Ｐ０９の上流側排気通路Ｐ０４ａに空燃比センサ（「Ａ／Ｆセンサ」ともいう。）からなる第１空燃比センサＰ１０を配設するとともに、触媒Ｐ０９の直下流部位、つまり触媒Ｐ０９の下流側排気通路Ｐ０４ｂには酸素センサ（「Ｏ２センサ」ともいう。）からなる第２空燃比センサＰ１１を配設している。
なお、前記排気通路Ｐ０４において、前記第１空燃比センサＰ１０の直上流部位には排気管Ｐ１２が接続されており、この排気管Ｐ１２の内周面を排気管壁面Ｐ１３として説明する。
【０００７】
前記空燃比センサからなる第１空燃比センサＰ１０の内部に設けられる電気的なヒータは、第１空燃比センサＰ１０の早期活性化を図るために、始動後はヒータに最大の電力（「ＤＵＴＹ比１００％」とも換言できる。）を供給し、センサ素子温度を急激に上昇させるように制御される。
しかし、低温始動時においては、始動直後に、排気ガスが排気管Ｐ１２内で冷却され、凝縮された水分が水滴化して前記排気管壁面Ｐ１３に付着する。
このとき、排気管壁面Ｐ１３に付着した水分、つまり水滴が飛散して下流側に位置する第１空燃比センサＰ１０のセンサ素子に付着した場合には、前記ヒータで加熱されたセンサ素子が急激に冷却されることとなるため、センサ素子に割れが生ずる、いわゆる素子割れを起こすおそれがある。
【０００８】
ところで、素子割れ防止を図るための素子保護制御としては、上述した条件下においては、始動後の一定時間はヒータの駆動を禁止または抑制することが一般的である。
【０００９】
しかし、上記素子保護制御を行う場合には、水滴の発生要因となる排気管壁面温度を測定するためには、温度センサ等を新たに追加しなければならず、コストアップなどの要因になってしまうという不都合がある。
【００１０】
この発明の目的は、排気管壁面温度を測定するための専用の温度センサを設けることや、特別に温度コントロールをすることなく、第１空燃比センサ付近の水分によるセンサの素子割れを回避し得るエンジンの空燃比センサの保護制御装置を実現するにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、エンジンの排気通路に触媒を設け、この触媒の上流側排気通路に空燃比を検出する第１空燃比センサと、前記触媒の下流側排気通路に空燃比を検出する第２空燃比センサと、前記第１空燃比センサのセンサ素子を加熱する第１加熱手段と、前記第２空燃比センサのセンサ素子を加熱する第２加熱手段とを備えたエンジンの空燃比センサの保護制御装置において、センサ素子保護判定条件が成立しているときには、前記第１加熱手段による加熱量を通常加熱量よりも制限し、且つ前記第２加熱手段による加熱量を通常加熱量よりも制限する素子保護制御手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上詳細に説明した如くこの本発明によれば、エンジンの排気通路に触媒を設け、触媒の上流側排気通路に空燃比を検出する第１空燃比センサと、触媒の下流側排気通路に空燃比を検出する第２空燃比センサと、第１空燃比センサのセンサ素子を加熱する第１加熱手段と、第２空燃比センサのセンサ素子を加熱する第２加熱手段とを備えたエンジンの空燃比センサの保護制御装置において、センサ素子保護判定条件が成立しているときには、第１加熱手段による加熱量を通常加熱量よりも制限し、且つ第２加熱手段による加熱量を通常加熱量よりも制限する素子保護制御手段を備えたので、専用の温度センサ（排気管壁面温度測定用）を設けることや、特別に温度コントロール（単に、加熱量を低減するだけでよいため）をすることなく、第１空燃比センサ付近の水分によるセンサの素子割れを回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
上述の如く発明したことにより、センサ素子保護判定条件が成立しているときには、素子保護制御手段によって、第１加熱手段による加熱量を通常加熱量よりも制限し、且つ第２加熱手段による加熱量を通常加熱量よりも制限し、第１空燃比センサ付近の水分によるセンサの素子割れを回避している。
【実施例】
【００１４】
以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。
【００１５】
図１〜図９はこの発明の実施例を示すものである。
図２において、１は図示しないエンジンの空燃比センサの保護制御装置である。
ここで、エンジン周辺における配設状況は、上述した図１０の排出ガス浄化システムを参照することが可能である。
【００１６】
前記保護制御装置１は、図２に示す如く、制御手段２と、第１空燃比センサ３と、第２空燃比センサ４と、第１加熱手段５と、第２加熱手段６とを備えている。
そして、前記制御手段２は、第１空燃比センサ３や第２空燃比センサ４、水温センサ７、その他の各種センサからの検出信号を入力して制御、例えばフィードバック制御手段と、素子保護制御手段９とを備えている。
また、前記第１空燃比センサ３は、空燃比センサ（「Ａ／Ｆセンサ」あるいは「リニアＡ／Ｆセンサ」、「ＬＡＦＳ」ともいう。）からなり、エンジン（図１０の符号Ｐ０１参照）の排気通路（図１０の符号Ｐ０４参照）において、触媒（図１０の符号Ｐ０９参照）の上流側排気通路（図１０の符号Ｐ０４ａ参照）内の空燃比を検出するものである。
更に、前記第２空燃比センサ４は、酸素センサ（「Ｏ２センサ」ともいう。）からなり、前記触媒（図１０の符号Ｐ０９参照）の下流側排気通路（図１０の符号Ｐ０４ｂ参照）内の空燃比を検出するものである。
更にまた、前記第１加熱手段５は、前記第１空燃比センサ３の内部に設けられる電気的なヒータからなり、低温時にヒータに通電して加熱し、第１空燃比センサ３のセンサ素子を加熱するものである。
また、前記第２加熱手段６は、前記第２空燃比センサ４の内部に設けられる電気的なヒータからなり、低温時にヒータに通電して加熱し、第２空燃比センサ４のセンサ素子を加熱するものである。
【００１７】
追記すれば、前記保護制御装置１の制御手段２の入力側には、第１空燃比センサ３と、第２空燃比センサ４と、水温センサ７と、その他の各種センサとが接続されるとともに、制御手段２の出力側には、インジェクタ８と、第１加熱手段５と、第２加熱手段６とが接続される。
【００１８】
そして、センサ素子保護判定条件が成立しているときには、前記第１加熱手段５による加熱量を通常加熱量よりも制限し、且つ前記第２加熱手段６による加熱量を通常加熱量よりも制限する素子保護制御手段９を備える構成とする。
この素子保護制御手段９は、始動後の経過時間Ｔが設定時間Ｔｍａｘを経過した時、あるいは前記第２空燃比センサ４の出力電圧Ｖが設定電圧Ｖ１以上になってから一定時間ＴＶｍａｘ経過したときのいずれかが成立した場合に停止される。
【００１９】
詳述すれば、前記センサ素子保護判定条件は、図７に示す如く、前記水温センサ７からの検出信号による始動時水温が設定温度Ｔ１未満の場合に成立する。
なお、センサ素子保護判定条件が成立した後に、図７に示す如く、以下のいずれかの項目が成立した際には、センサ素子保護判定条件は不成立となる。
（１）始動後の経過時間Ｔが設定時間Ｔｍａｘを超えた場合
（２）酸素センサ（「Ｏ２センサ」ともいう。）からなる前記第２空燃比センサ４の解除条件が成立した場合、すなわち第２空燃比センサ４の出力電圧Ｖが設定電圧Ｖ１以上になってから一定時間ＴＶ１ｍａｘ経過した場合
【００２０】
このとき、第２空燃比センサ４の解除条件は、図８に示す如く、以下の項目の全てが成立した際に成立する。
（１）センサ素子保護判定条件が成立した場合
（２）Ｏ２センサ出力電圧である前記第２空燃比センサ４の出力電圧ＶがＯ２センサ電圧である設定電圧Ｖ１を超えてから積算開始する積算カウンタＣの値が閾値Ｃｍａｘを超えた場合
【００２１】
そして、上述したセンサ素子保護判定条件が成立した際に、前記素子保護制御手段９は、図１及び図９に示す如く、空燃比センサヒータ駆動ＤＵＴＹにおける空燃比センサ素子保護制御時ヒータ駆動ＤＵＴＹである前記第１加熱手段５のヒータ駆動ＤＵＴＹを設定値Ｌ１に設定し、第１加熱手段５による加熱量を通常加熱量よりも小さくなるように制限する。
また、前記素子保護制御手段９は、センサ素子保護判定条件が成立した際には、図６及び図９に示す如く、Ｏ２センサヒータ駆動ＤＵＴＹにおける空燃比センサ素子保護制御時Ｏ２ヒータ駆動ＤＵＴＹである前記第２加熱手段６のヒータ駆動ＤＵＴＹを第２設定値Ｘ２に設定し、第２加熱手段６による加熱量を通常加熱量よりも小さくなるように制限する。
【００２２】
なお、センサ素子保護判定条件が不成立の場合には、前記素子保護制御手段９は停止され、図１及び図９に示す如く、前記第１加熱手段５のヒータ駆動ＤＵＴＹが通常制御である温度フィードバック制御（「温度Ｆ／Ｂ制御」ともいう。）が行われ、図９に示す如く、前記第２加熱手段６のヒータ駆動ＤＵＴＹが通常制御である第１設定値Ｘ１に設定される。
【００２３】
ここで、始動後の運転条件によるＯ２センサである前記第２空燃比センサ４の出力信号と各種温度とに関して説明する。
図３には始動後アイドル運転時における第２空燃比センサ４からのＯ２センサ出力信号（「第２空燃比センサ４の活性信号」あるいは「第２空燃比センサ４の立ち上がり信号」とも換言できる。）と、Ｏ２センサ部位の排気温度と、空燃比センサである前記第１空燃比センサ３付近の排気管壁面温度と、センサの素子割れを引き起こす水滴の水滴発生下限温度とを開示する。
この始動後アイドル運転時には、エンジンの発熱量が少ない状況にある。
そして、図４に示すが如く、始動後走行運転時には、始動後アイドル運転時と比較して、エンジンの発熱量が大きいため、排気温度の上昇が早くなる。
これにより、前記第２空燃比センサ４の活性信号が早くなるとともに、前記第１空燃比センサ３付近の排気管壁面温度の上昇が早くなり、Ｏ２センサ部位の排気温度の上昇も早くなる。
このとき、前記第２空燃比センサ４の活性信号と前記第１空燃比センサ３付近の排気管壁面温度とには、相関関係がある。
また、前記第１空燃比センサ３付近の排気管壁面温度の上昇に伴い、第１空燃比センサ３付近の排気管壁面温度がセンサの素子割れを引き起こす水滴の水滴発生下限温度を超える時間、つまり、水滴の発生時期が短縮されるため、速やかに水滴の発生を防止することができる。
【００２４】
また、前記第２空燃比センサ４からのＯ２センサ出力信号特性について説明する。
この第２空燃比センサ４からのＯ２センサ出力信号特性において、空燃比センサである前記第１空燃比センサ３とＯ２センサである第２空燃比センサ４との取付位置や構造等の違いによって、第１空燃比センサ３付近の排気管壁面温度と第２空燃比センサ４の活性化とにはタイミングのズレが生ずる。
このタイミングのズレを修正して最適化するために、空燃比センサである前記第１空燃比センサ３のセンサ素子保護制御時には、通常時とは異なるように、Ｏ２センサである第２空燃比センサ４のヒータ制御を排気経路や始動条件等に応じたＤＵＴＹ制御を行うものである。
つまり、第２空燃比センサ４からのＯ２センサ出力信号において、図５に示す如く、Ｏ２ヒータＤＵＴＹを大としたり、あるいはＯ２ヒータＤＵＴＹを小とし、ＤＵＴＹ値により活性化タイミングを変更する。
【００２５】
次に、図１のエンジンの空燃比センサの保護制御装置１の空燃比センサヒータ制御用フローチャートに沿って作用を説明する。
【００２６】
空燃比センサヒータ制御用プログラムがスタート（１０１）すると、センサ素子保護判定成立か否かの判断（１０２）に移行する。
そして、この判断（１０２）がＹＥＳの場合には、空燃比センサ素子保護制御時ヒータ駆動ＤＵＴＹである前記第１加熱手段５のヒータ駆動ＤＵＴＹを設定値Ｌ１に設定する処理（１０３）に移行し、その後に後述するリターン（１０５）に移行する。
また、上述のセンサ素子保護判定成立か否かの判断（１０２）がＮＯの場合には、前記素子保護制御手段９が停止され、通常制御である温度フィードバック制御（「温度Ｆ／Ｂ制御」ともいう。）を行う処理（１０４）に移行し、その後にリターン（１０５）に移行する。
【００２７】
また、図６のエンジンの空燃比センサの保護制御装置１のＯ２センサヒータ制御用フローチャートに沿って作用を説明する。
【００２８】
Ｏ２センサヒータ制御用プログラムがスタート（２０１）すると、センサ素子保護判定成立か否かの判断（２０２）に移行する。
そして、この判断（２０２）がＹＥＳの場合には、Ｏ２センサヒータ駆動ＤＵＴＹにおける空燃比センサ素子保護制御時Ｏ２ヒータ駆動ＤＵＴＹである前記第２加熱手段６のヒータ駆動ＤＵＴＹを第２設定値Ｘ２に設定する処理（２０３）に移行し、その後に後述するリターン（２０５）に移行する。
また、上述のセンサ素子保護判定成立か否かの判断（２０２）がＮＯの場合には、前記素子保護制御手段９が停止され、前記第２加熱手段６のヒータ駆動ＤＵＴＹが通常制御である第１設定値Ｘ１とする処理（２０４）に移行し、その後にリターン（２０５）に移行する。
【００２９】
更に、図７のエンジンの空燃比センサの保護制御装置１の空燃比センサ素子保護判定用フローチャートに沿って作用を説明する。
【００３０】
空燃比センサ素子保護判定用プログラムがスタート（３０１）すると、前記水温センサ７からの検出信号による始動時水温が設定温度Ｔ１未満であるか否かの判断（３０２）に移行する。
そして、この判断（３０２）がＮＯの場合には、センサ素子保護判定条件が成立していると判定する処理（３０３）に移行し、センサ素子保護判定条件成立後に、以下のいずれかの項目が成立したか否かの判断（３０４）に移行する。
（１）始動後の経過時間Ｔが設定時間Ｔｍａｘを超えた場合
（２）酸素センサ（「Ｏ２センサ」ともいう。）からなる前記第２空燃比センサ４の解除条件が成立した場合
（３）第２空燃比センサ４の出力電圧Ｖが設定電圧Ｖ１以上になってから一定時間ＴＶ１ｍａｘ経過した場合
このとき、この判断（３０４）がＮＯの場合には、判断（３０４）がＹＥＳとなるまで繰り返し判断（３０４）を行い、判断（３０４）がＹＥＳの場合には、センサ素子保護判定条件が不成立となったと判定する処理（３０５）に移行する。
また、上述の前記水温センサ７からの検出信号による始動時水温が設定温度Ｔ１未満であるか否かの判断（３０２）がＮＯの場合には、センサ素子保護判定条件が不成立となったと判定する処理（３０５）に移行し、その後にリターン（３０６）に移行する。
【００３１】
更にまた、図８のエンジンの空燃比センサの保護制御装置１のＯ２センサ解除条件用フローチャートに沿って作用を説明する。
【００３２】
Ｏ２センサ解除条件用プログラムがスタート（４０１）すると、センサ素子保護判定成立か否かの判断（４０２）に移行する。
そして、この判断（４０２）がＮＯの場合には、判断（４０２）がＹＥＳとなるまで繰り返し判断（４０２）を行い、判断（４０２）がＹＥＳの場合には、Ｏ２センサ出力電圧である前記第２空燃比センサ４の出力電圧ＶがＯ２センサ電圧である設定電圧Ｖ１を超えたか否かの判断（４０３）に移行する。
この判断（４０３）がＹＥＳの場合には、積算カウンタ値Ｃを、式
Ｃ＝Ｃ（ｎ−１）＋Ｃ１
Ｃ１：任意の定数
によって算出する処理（４０４）に移行し、判断（４０３）がＮＯのに場合には、積算カウンタ値Ｃを、式
Ｃ＝Ｃ（ｎ−１）
によって算出する処理（４０５）に移行し、これらの処理（４０４）及び（４０５）の後に、積算カウンタ値Ｃが閾値Ｃｍａｘを超えたか否かの判断（４０６）に移行する。
この判断（４０６）がＹＥＳの場合には、Ｏ２センサ解除条件が成立したと判定する処理（４０７）に移行し、その後にエンド（４０８）に移行する。
また、上述の判断（４０６）がＮＯの場合には、Ｏ２センサ出力電圧である前記第２空燃比センサ４の出力電圧ＶがＯ２センサ電圧である設定電圧Ｖ１を超えたか否かの判断（４０３）に戻る。
【００３３】
これにより、センサ素子保護判定条件が成立しているときに、前記第１加熱手段５による加熱量を通常加熱量よりも制限し、且つ前記第２加熱手段６による加熱量を通常加熱量よりも制限する素子保護制御手段９によって、専用の温度センサ（排気管壁面温度測定用）を設けることや、特別に温度コントロール（単に、加熱量を低減するだけでよいため）をすることなく、第１空燃比センサ３付近の水分によるセンサの素子割れを回避することができる。
【００３４】
また、前記素子保護制御手段９は、始動後の経過時間Ｔが設定時間Ｔｍａｘを経過した時と、前記第２空燃比センサ４の出力電圧Ｖが設定電圧Ｖ１以上になってから一定時間ＴＶ１ｍａｘ経過した時には停止されることにより、第１空燃比センサ３付近に水滴が発生しない程度に加熱するだけであるので、空燃比のフィードバック制御の開始タイミングに悪影響を与えることがなく、素子保護制御と、排気ガス浄化性能の向上と、燃料消費量の低減との全てを成立させることができる。
【００３５】
なお、この発明は上述実施例に限定されるものではなく、種々の応用改変が可能である。
【００３６】
例えば、この発明の実施例においては、排気通路の上流側に空燃比センサを配設するとともに、下流側に酸素センサであるＯ２センサを配設する構成としたが、Ｏ２センサの下流側に空燃比センサを配設した特別構成とすることも可能である。
さすれば、排気通路においてＯ２センサよりも下流側に空燃比センサを配設した場合でも、空燃比センサのセンサ素子保護制御を行うことができ、実施例のものと同様な効果を奏することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明の実施例を示すエンジンの空燃比センサの保護制御装置の空燃比センサヒータ制御用フローチャートである。
【図２】エンジンの空燃比センサの保護制御装置の概略ブロック図である。
【図３】始動後アイドル運転時における第２加熱手段からのＯ２センサ出力信号と、Ｏ２センサ部位の排気温度と、空燃比センサである第１加熱手段付近の排気管壁面温度と、センサの素子割れを引き起こす水滴の水滴発生下限温度とを示すタイムチャートである。
【図４】始動時走行運転時における第２加熱手段からのＯ２センサ出力信号と、Ｏ２センサ部位の排気温度と、空燃比センサである第１加熱手段付近の排気管壁面温度と、センサの素子割れを引き起こす水滴の水滴発生下限温度とを示すタイムチャートである。
【図５】第１加熱手段付近の排気管壁面温度と第２加熱手段の活性化とのタイミングのズレを修正して最適化するためのＯ２ヒータＤＵＴＹによる出力信号特性を示すタイムチャートである。
【図６】エンジンの空燃比センサの保護制御装置のＯ２センサヒータ制御用フローチャートである。
【図７】エンジンの空燃比センサの保護制御装置の空燃比センサ素子保護判定用フローチャートである。
【図８】エンジンの空燃比センサの保護制御装置のＯ２センサ解除条件用フローチャートである。
【図９】エンジンの空燃比センサの保護制御装置のタイムチャートである。
【図１０】この発明の従来技術を示す排出ガス浄化システムの概略構成図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  エンジンの空燃比センサの保護制御装置
２  制御手段
３  第１空燃比センサ
４  第２空燃比センサ
５  第１加熱手段
６  第２加熱手段
７  水温センサ
８  インジェクタ
９  素子保護制御手段
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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