(57)【要約】【課題】内燃機関に対して早期に適切なフィードバック制御を行なうことができるとともに、不要な電力消費を防止することができ、排気ガスの浄化効率の低下を防止することができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】排ガス成分に感応して出力値が変化する排気センサ４４を備え、排気センサ４４の出力値に応じて内燃機関１に供給される混合気の空燃比を目標空燃比に近づけるようにフィードバック制御を実行する内燃機関の制御装置において、排気センサ４４を加熱するヒータ５８と、内燃機関１が停止してから内燃機関１の始動前操作がされるまでの停止時間を計時する計時手段６７と、停止時間に応じて、ヒータ５８による排気センサ４４の予熱時間を算出する予熱時間算出手段６１と、算出された予熱時間に基づいて、ヒータ５８を制御する制御手段６１と、を備えた。【選択図】図１
2009030513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関からの排ガス成分に感応して出力値が変化する排気センサを備え、前記排気センサの出力値に応じて前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を求め、空燃比を目標空燃比に近づけるようにフィードバック制御を実行する内燃機関の制御装置において、
前記排気センサを加熱するヒータと、
前記内燃機関が停止してから前記内燃機関の始動前操作がされるまでの停止時間を計時する計時手段と、
前記計時手段により計時された前記停止時間に応じて、前記ヒータによる前記排気センサの予熱時間を算出する予熱時間算出手段と、
前記予熱時間算出手段によって算出された予熱時間に基づいて、前記ヒータを制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御手段が、前記内燃機関の始動前に前記排気センサの予熱を開始するよう前記ヒータを制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関の前回の停止時における排気センサの出力値から求められた前回空燃比を記憶する前回空燃比記憶手段と、
前記前回空燃比記憶手段により記憶された前記前回空燃比に基づいて、前記予熱時間の補正値を算出する補正値算出手段と、をさらに備え、
前記予熱時間算出手段が、前記計時手段により計時された前記停止時間に応じて算出された予熱時間と、前記補正値算出手段により算出された前記補正値と、に基づいて補正後の予熱時間をさらに算出し、
前記制御手段が、前記予熱時間算出手段によって算出された補正後の予熱時間に基づいて、前記ヒータを制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関の冷却水の温度を検出する水温センサと、
前記内燃機関の吸入空気の温度を検出する吸気温センサと、
前記計時手段により計時された前記停止時間、前記水温センサにより検出された前記冷却水の温度および前記吸気温センサに検出された前記吸入空気の温度に基づいて、前記排気管内に結露が生じるか否かを判定する結露判定手段と、をさらに備え、
前記制御手段が、前記結露判定手段により前記排気管内に結露が生じると判定された場合に、前記排気センサの予熱を禁止するよう前記ヒータを制御することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１の請求項に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に内燃機関の排気系に取り付けられた排気センサによるフィードバック制御に好適な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車の内燃機関の制御装置においては、排気管に排気センサが設けられており、排気センサにより排気ガス中の酸素濃度を検出し、検出した酸素濃度から空燃比を求め、求めた空燃比を理論空燃比に近づけるようにフィードバック制御して、内燃機関の燃料噴射制御を行なうことにより三元触媒よる排気ガスの浄化効率を高めるようになっている。
【０００３】
この排気センサに排気ガスの成分が付着している場合には、内燃機関の始動時に排気センサがリッチ（濃い）側の値を制御装置に出力し、制御装置は、実際の空燃比がリッチでないにもかかわらず、リーン（薄い）側に燃料噴射制御する。排気センサが検出を開始する活性化温度に到達しても、排気センサに排気ガスの成分が付着しているため、内燃機関の始動から排気センサが正常な値を検出するまでに時間がかかり、内燃機関の燃料噴射制御に対する正常なフィードバック制御が遅れ、排気ガス中のＮＯｘ等の大気汚染ガスの濃度が高くなり排気ガスの浄化効率が低下してしまうという課題があった。
【０００４】
従来、この課題を解決する内燃機関の制御装置として、内燃機関の停止時に間欠的に排気センサを加熱して、内燃機関の始動時にリーン側に燃料噴射制御が行なわれることを防止するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この特許文献１に開示された従来の内燃機関の制御装置にあっては、排気センサにヒータを内蔵し、内燃機関の停止時に排気センサを４３０℃〜５００℃で間欠的に一定時間加熱して、排気センサに付着した排気ガスの成分を脱離させている。そして、内燃機関が始動すると、一定時間経過後に排気センサが活性化温度に到達し、排気ガス中の酸素濃度の正常値を検出可能な状態となり、フィードバック制御を行なうようになっている。
【特許文献１】特開２００６−１１８９７６号公報
【０００６】
しかしながら、従来の内燃機関の制御装置にあっては、排気ガスの成分が付着しないように排気センサを一定間隔で間欠的に加熱するため、長期にわたり内燃機関を始動しないような場合には、不要に電力を消費してしまうという問題があった。
【０００７】
また、排気センサに付着する排気ガスの成分量は、排気管内での排気センサの放置時間に応じて増加するにもかかわらず、従来の内燃機関の制御装置は、排気センサに付着する排気ガスの成分量と無関係に、一定時間加熱して排気ガスの成分を脱離させるため、不要に電力を消費してしまうという問題があった。
【０００８】
さらに、従来の内燃機関の制御装置は、間欠的に排気センサを加熱しているため、その加熱するタイミングによっては、内燃機関の始動から排気センサが活性化温度に到達するまでに時間がかかり、早期に排気センサの正常な値が検出されず、適切なフィードバック制御の実行が遅れるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、内燃機関に対して早期に適切なフィードバック制御を行なうことができるとともに、不要な電力消費を防止することができ、排気ガスの浄化効率の低下を防止することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、上記目的を達成するため、（１）内燃機関からの排ガス成分に感応して出力値が変化する排気センサを備え、前記排気センサの出力値に応じて前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を求め、空燃比を目標空燃比に近づけるようにフィードバック制御を実行する内燃機関の制御装置において、前記排気センサを加熱するヒータと、前記内燃機関が停止してから前記内燃機関の始動前操作がされるまでの停止時間を計時する計時手段と、前記計時手段により計時された前記停止時間に応じて、前記ヒータによる前記排気センサの予熱時間を算出する予熱時間算出手段と、前記予熱時間算出手段によって算出された予熱時間に基づいて、前記ヒータを制御する制御手段と、を備えた構成を有している。
【００１１】
この構成により、停止時間に応じて算出された予熱時間が経過するまで予熱されるため、予熱により排気センサ内部に付着した排気ガスの成分が脱離することとなる。この結果、排気センサがリッチ側の値を検出することなく、正常な値を検出するため、この正常な値に基づいて、適切なフィードバック制御が行なわれ、排気ガスの浄化効率の低下を防止することができる。これに加えて、長期にわたり内燃機関を始動しない場合でも、フィードバック制御が実行される前に算出された予熱時間だけ予熱すればよく、排気センサを一定間隔で間欠的に予熱する構成と比較して、予熱による不要な電力消費を防止することができる。さらに、内燃機関の停止時間に応じて予熱時間が算出されるため、排気センサに付着した排気ガスの成分量に応じた適切な予熱時間で予熱が行なわれるため、排気ガスの成分量と無関係に一定時間予熱する構成と比較して、予熱による不要な電力消費を防止することができる。このように、不要な電力消費を防止しつつ適切なフィードバック制御が行なわれ、排気ガスの浄化効率の低下を防止することができる。
【００１２】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置は、上記（１）に記載の内燃機関の制御装置において、（２）前記制御手段が、前記内燃機関の始動前に前記排気センサの予熱を開始するよう前記ヒータを制御する構成を有している。
【００１３】
この構成により、内燃機関の始動前から前記排気センサが正常な値を検出するように予熱されるため、内燃機関の始動時には、内燃機関に対してフィードバック制御を開始することが可能となり、従来のものと比較して、早期にフィードバック制御を実行可能となる。
【００１４】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置は、上記（１）又は（２）に記載の内燃機関の制御装置において、（３）前記内燃機関の前回の停止時における排気センサの出力値から求められた前回空燃比を記憶する前回空燃比記憶手段と、前記前回空燃比記憶手段により記憶された前記前回空燃比に基づいて、前記予熱時間の補正値を算出する補正値算出手段と、をさらに備え、前記予熱時間算出手段が、前記計時手段により計時された前記停止時間に応じて算出された予熱時間と、前記補正値算出手段により算出された前記補正値と、に基づいて補正後の予熱時間をさらに算出し、前記制御手段が、前記予熱時間算出手段によって算出された補正後の予熱時間に基づいて、前記ヒータを制御する構成を有している。
【００１５】
この構成により、内燃機関の前回の停止時における前回空燃比から補正値が算出され、算出された補正値により予熱時間が補正されるため、前回空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の場合には、予熱時間が長くなるように補正し、一方、前回空燃比が理論空燃比よりもリーン側の場合には、予熱時間が短くなるように補正することができる。このように、内燃機関の前回の停止時における前回空燃比を考慮して予熱時間を補正するので、より適切な予熱時間で排気センサを予熱することができる。
【００１６】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置は、上記（１）ないし（３）のいずれか１の請求項に記載の内燃機関の制御装置において、（４）前記内燃機関の冷却水の温度を検出する水温センサと、前記内燃機関の吸入空気の温度を検出する吸気温センサと、前記計時手段により計時された前記停止時間、前記水温センサにより検出された前記冷却水の温度および前記吸気温センサに検出された前記吸入空気の温度に基づいて、前記排気管内に結露が生じるか否かを判定する結露判定手段と、をさらに備え、前記制御手段が、前記結露判定手段により前記排気管内に結露が生じると判定された場合に、前記排気センサの予熱を禁止するよう前記ヒータを制御する構成を有している。
【００１７】
この構成により、排気管内に結露が生じると判定された場合に、排気センサの予熱が禁止されるため、排気管内に結露が生じた場合に、飛散した水滴が加熱された排気センサの素子を急冷して、排気センサの急激な温度変化による素子割れを回避することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、内燃機関に対して早期に適切なフィードバック制御を行なうことができるとともに、不要な電力消費を防止することができ、排気ガスの浄化効率の低下を防止することができる内燃機関の制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置の概略ブロック構成図である。
【００２１】
まず、構成について説明する。
図１に示すように、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置は、自動車等の車両に搭載される例えば４気筒のエンジンによって構成される内燃機関１を制御するようになっている。
【００２２】
内燃機関１は、吸気系を通して流入した空気を燃料と混合して燃焼することにより動力を発生し、排気系を通じて燃焼後の排気ガスを系外に排出するようになっている。この内燃機関１は、ＥＣＵ２により駆動制御され、このＥＣＵ２は、電源制御部３によって電源供給されるようになっている。
【００２３】
吸気系は、空気取入口１１、エアクリーナ１２、吸気管１３、サージタンク１４および吸気マニホールド１５を備えている。
【００２４】
空気取入口１１は、吸気系の最上流の位置に設けられており、系外から空気を取り込み、エアクリーナ１２に送り込むようになっている。エアクリーナ１２は、空気取入口１１に接続されており、内部に設けたフィルタ１６により空気取入口１１に取り込まれた空気中に含まれる塵や埃等の異物の混入を防止するようになっている。サージタンク１４は、吸気管１３を介してエアクリーナ１２に接続されており、空気を貯留して、内燃機関１への吸気量不足を防止するようになっている。吸気マニホールド１５は、上流側がサージタンク１４に接続され、下流側が気筒数分の枝管に分岐してシリンダ３１に接続されている。
【００２５】
すなわち、空気取入口１１、エアクリーナ１２、吸気管１３、サージタンク１４および吸気マニホールド１５が接続されることにより、系外の空気をシリンダ３１に送り込むための吸気通路が形成されるようになっている。
【００２６】
また、吸気管１３には、エアフローメータ２１、吸気温センサ２２およびスロットルバルブ２３が設けられており、それぞれＥＣＵ２に接続されている。
【００２７】
エアフローメータ２１は、ホットワイヤー式であって、吸気量を検出し、電気信号に変換してＥＣＵ２に出力する。吸気温センサ２２は、吸気管１３の壁面に設けたサーミスタにより、吸気管１３内を流れる空気の温度を検出し、電気信号に変換してＥＣＵ２に出力するようになっている。スロットルバルブ２３は、図示しないアクセルペダルにワイヤーにより接続され、アクセルペダルの踏込量に応じて開閉することにより、シリンダ３１内に送り込む吸気量を調整するようになっている。
【００２８】
内燃機関１は、シリンダ３１を備えている。シリンダ３１には４つの気筒３２が横並びに設けられており、各気筒３２に対応して、気筒３２内に空気を送り込む図示しない吸気弁と、燃焼後の排気ガスを排出する図示しない排気弁と、気筒３２内の空気を圧縮する図示しないピストンと、がそれぞれ備えられている。
【００２９】
そして、各気筒３２には、吸気弁、排気弁およびピストンに仕切られて燃焼室が形成され、燃焼室内の上方には、電極部が燃焼室内に露出するように点火プラグ３３が設けられている。各点火プラグ３３は、ＥＣＵ２に接続され、ＥＣＵ２により点火タイミングが制御されるようになっている。
【００３０】
また、吸気弁の上流側には各気筒３２に対応してインジェクタ３４が設けられている。各インジェクタ３４は、ＥＣＵ２に接続されており、ＥＣＵ２に制御されて燃料タンクから供給された燃料を噴射して空気と混合して混合気を生成するようになっている。生成された混合気は、吸気弁が開弁することにより燃焼室内に吸入され、燃焼室内において点火プラグ３３により点火されて運動エネルギーを発生するようになっている。
【００３１】
また、シリンダ３１内には、冷却水の通路となるウォータジャケットが形成されており、このウォータジャケットには、水温センサ３５が設けられている。水温センサ３５は、サーミスタによりウォータジャケット内の冷却水の温度を検出し、電気信号に変換してＥＣＵ２に出力するようになっている。
【００３２】
排気系は、排気マニホールド４１および排気管４２を備えている。
【００３３】
排気マニホールド４１は、シリンダ３１の各気筒３２に対応して分岐した各枝管を下流側で合流して１本の排気管４２に接続されており、各気筒３２の燃焼室から排出された排気ガスを集合させて１本の排気管４２を通じて系外に排出するようになっている。
【００３４】
排気管４２には、触媒コンバータ４３が介設されており、触媒コンバータ４３と排気マニホールド４１との間には排気センサ４４が設けられている。
【００３５】
触媒コンバータ４３は、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）などの有害物質を浄化するものであり、排気ガス中の有害物質を人体に無害な物質に変えて系外に排出するようになっている。この触媒コンバータ４３は、理論空燃比付近で最も良い浄化効率が得られるように構成されているため、空燃比を理論空燃比に近づけるように、燃料噴射量がフィードバック制御されるようになっている。
【００３６】
排気センサ４４は、いわゆる酸素センサであって、ＥＣＵ２に接続され、排気ガス中の酸素濃度を検出し、ＥＣＵ２に出力するようになっている。ＥＣＵ２は、排気センサ４４により検出された酸素濃度に応じて空燃比を算出し、算出した空燃比を理論空燃比に近づけるように燃料噴射量をフィードバック制御するようになっている。以下、図２を参照して排気センサ４４について詳細に説明する。
【００３７】
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る排気センサの模式図である。
【００３８】
図２に示すように、排気センサ４４は、通気性カバー５１内に、基板５２と、固体電解質基板５３と、多孔質拡散層５４と、が積層して構成されている。
【００３９】
固体電解質基板５３は、酸化ジルコニウムにより板状に形成され、両板面にそれぞれ白金により形成された電極５５ａ、５５ｂが設けられている。酸化ジルコニウムは、活性化温度以上になると、酸素イオンを発生し、酸素イオンの移動によって起電力を生じさせる性質を有している。
【００４０】
多孔質拡散層５４は、多孔質のセラミック等の多孔質材料により板状に形成されており、固体電解質基板５３の電極５５ａを接触状態で被覆するように設けられている。排気管４２内の排気ガスは、多孔質拡散層５４を拡散して固体電解質基板５３の電極５５ａに到達するようになっている。
【００４１】
基板５２には、大気室５６が形成されており、固体電解質基板５３により被覆されて、固体電解質基板５３の電極５５ｂが大気室５６に面する構成となっている。また、基板５２には、大気室５６と排気管４２外と連通する連通路５７が形成されている。このように、電極５５ａは、排気管４２内の排気ガスと反応し、電極５５ｂは、連通路５７を通じて大気室５６内に取り込まれた、外気と反応するようになっている。
【００４２】
また、基板５２内には、ヒータ５８が埋設されており、ヒータ５８はＥＣＵ２に接続されている。ＥＣＵ２は、排気センサ４４が排気ガス中の酸素濃度を検出可能な活性化温度に達するように、ヒータ５８に電圧を印加して排気センサ４４を加熱するようになっている。具体的には、ＥＣＵ２が、排気センサ４４のインピーダンスとしての抵抗値が、活性化温度に対応する抵抗値となるまでヒータ５８に電圧を印加して排気センサ４４を加熱し、排気センサ４４の抵抗値が活性化温度に応じた抵抗値に達すると、その抵抗値を維持するようにヒータ５８を制御するようになっている。
【００４３】
排気センサ４４は、活性化温度に達すると、排気ガス中の酸素濃度の検出を開始するようになっている。詳細には、活性化された固体電解質基板５３に酸素イオンが発生し、排気管４２内の排気ガスと反応する電極５５ａ側と大気室５６に取り込まれた外気と反応する電極５５ｂ側との酸素濃度差により、酸素イオンが、酸素濃度が高い方から低い方へ移動して起電力が生じるようになっている。この生じた起電力に基づいて、ＥＣＵ２が空燃比を算出するようになっている。
【００４４】
ＥＣＵ２は、算出した空燃比が理論空燃比よりもリーンの場合には、燃料噴射量を増加するように制御し、検出した空燃比が理論空燃比よりもリッチの場合には、燃料噴射量を減少するように制御するようになっている。
【００４５】
このように、排気センサ４４が検出した排気ガス中の酸素濃度に応じてフィードバック制御を行ない、空燃比を理論空燃比に近づけることにより、触媒コンバータ４３の排気ガスの浄化効率を高めるようになっている。
【００４６】
再び図１に戻り、電源制御部３は、押しボタン式の操作スイッチ５９に接続されており、操作スイッチ５９が押圧操作されることにより、各部への電力供給を制御するようになっている。操作スイッチ５９は、イグニッションＯＦＦ、アクセサリＯＮ、イグニッションＯＮ、スタータＯＮの計４つの状態に切り換え可能であり、押圧操作により各状態に応じた操作信号を電源制御部３に入力するようになっている。
【００４７】
電源制御部３は、アクセサリＯＮではアクセサリ駆動系の各電気部品に電力供給し、イグニッションＯＮではアクセサリ駆動系の各電気部品およびＥＣＵ２に電力供給し、スタータＯＮではアクセサリ駆動系の各電気部品、ＥＣＵ２および図示しないスタータモータに電力供給するようになっている。
【００４８】
ＥＣＵ２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６１、ＲＯＭ（Read Only Memory）６２、ＲＡＭ（Random Access Memory）６３、バッテリを利用するバックアップ用メモリとしてのＢ−ＲＡＭ（Back-up ＲＡＭ）６４に加えて、Ａ／Ｄ変換器等を含む入力インターフェース回路６５、出力インターフェース回路６６等を備えている。
【００４９】
また、ＥＣＵ２は、内燃機関１が停止してからイグニッションＯＮになるまでの停止時間を計時する停止時間計時タイマー部６７、およびヒータ５８により排気センサ４４の予熱が開始されてから終了するまでの実予熱時間を計時する予熱時間計時タイマー部６８を備えている。
【００５０】
停止時間計時タイマー部６７は、内燃機関１が停止してから計時を開始し、イグニッションＯＦＦからイグニッションＯＮになると、計時を停止して停止時間をＲＡＭ６３に記憶させるとともに、カウンタをリセットするようになっている。また、停止時間計時タイマー部６７は、ＥＣＵ２への電力供給が遮断されても、バッテリから電力供給が行なわれ、ＥＣＵ２の停止時にも停止時間を計時することができるようになっている。
【００５１】
予熱時間計時タイマー部６８は、ヒータ５８により排気センサ４４の予熱が開始されると同時に計時を開始し、後述する予熱時間算出処理により算出された実予熱時間が経過すると計時を停止して、実予熱時間が経過したことを示す予熱時間経過信号を出力するとともに、カウンタをリセットするようになっている。
【００５２】
また、このＥＣＵ２のＲＯＭ６２には、ＥＣＵ２の各処理を実行させるためのプログラムに加えて、後述する停止時間と基礎予熱時間との関係を示す予熱時間算出用マップや、前回空燃比と補正係数との関係を示す補正係数算出用マップが記憶されている。なお、本実施の形態における基礎予熱時間とは、排気センサ４４を加熱する時間であって、停止時間に基づいて算出される時間をいい、本発明に係る予熱時間を構成する。本実施の形態における実予熱時間とは、排気センサ４４を加熱する時間であって、基礎予熱時間と、後述する補正値とに基づいて算出される時間をいい、本発明に係る補正後の予熱時間を構成する。
【００５３】
また、このＥＣＵ２の入力インターフェース回路６５には、エアフローメータ２１、吸気温センサ２２、水温センサ３５、排気センサ４４、クランク角センサ４６、スロットルセンサ４７、車速センサ４８、カムポジションセンサ４９等のセンサ群が接続されており、これらのセンサ群からのセンサ情報がＥＣＵ２に取り込まれるようになっている。また、ＥＣＵ２の出力インターフェース回路６６には、インジェクタ３４の他に、図示しないディストリビュータを介して各点火プラグ３３を駆動する図示しないイグナイタや排気センサ４４を加熱するヒータ５８が接続されている。
【００５４】
ＥＣＵ２のＣＰＵ６１は、主としてＲＯＭ６２に格納された制御プログラムに従って、ＲＡＭ６３およびＢ−ＲＡＭ６４との間でデータを授受しながら、入力インターフェース回路６５から取り込んだセンサ情報や予め設定された設定値情報、マップデータ等に基づいて演算処理を実行し、その結果に応じて出力インターフェース回路６６からの制御信号を各部に出力することで、内燃機関１の燃料噴射量制御および後述する排気センサ４４の予熱制御を実行するようになっている。
【００５５】
図３を参照して、予熱時間算出用マップおよび補正係数算出用マップについて説明する。
【００５６】
図３（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る予熱時間算出用マップの一例を示す図であり、図３（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る補正係数算出用マップの一例を示す図である。
【００５７】
図３（ａ）に示すように、予熱時間算出用マップは、縦軸を基礎予熱時間、横軸を停止時間として、基礎予熱時間と停止時間との関係を表したものである。前述のように基礎予熱時間は、排気センサ４４に付着した排気ガスの成分量を脱離させるために必要な時間であり、停止時間が３時間を超えてから急激に長くなり、８時間を超えるあたりから一定の時間となる。つまり、停止時間が３時間を超えてから排気センサ４４に付着する排気ガスの成分量が増加し始め、停止時間が８時間を超えると飽和状態になることを示している。例えば、停止時間が６時間の場合には、排気センサ４４に付着した排気ガスの成分を脱離させるために、およそ１２秒間予熱する必要があり、停止時間が１０時間の場合には、排気センサ４４に付着した排気ガスの成分を脱離させるために、およそ２０秒間予熱する必要がある。この予熱時間算出用マップは、過去の実験データ等により求められたものである。
【００５８】
図３（ｂ）に示すように、補正係数算出用マップは、縦軸を補正係数、横軸を内燃機関１が停止する直前の前回空燃比として、補正係数と前回空燃比との関係を表したものである。補正係数は、付着した排気ガスの成分量が内燃機関１の停止直前の前回空燃比によっても変化するため、基礎予熱時間を補正して、よりフィードバック制御に適した実予熱時間を算出する際に用いられる。補正係数は、０．８から１．２の間の値であり、前回空燃比がリッチになるにつれて大きな値になり、逆に前回空燃比がリーンになるにつれて小さな値になる。また、補正係数は、前回空燃比が理論空燃比（１４．５）の場合には１．０となる。この補正係数算出用マップは、予熱時間算出用マップと同様に、過去の実験データ等により求められたものである。
【００５９】
なお、本発明に係る予熱時間算出手段、制御手段、前回空燃比記憶手段、補正値算出手段および結露判定手段は、ＥＣＵ２によって実現されている。
【００６０】
次に動作について説明する。
【００６１】
図４は、本発明の第１の実施の形態に係る排気センサの予熱処理を示すフロー図である。なお、以下の処理フローが開始される前に、内燃機関１を停止する直前の前回空燃比がＢ−ＲＡＭ６４に記憶されるとともに、停止時間計時タイマー部６７によって計時が開始されているものとする。
【００６２】
イグニッションＯＮになると（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、電源制御部３からＥＣＵ２に電力供給されるとともに、停止時間計時タイマー部６７が計時を終了して停止時間をＲＡＭ６３に記憶する（ステップＳ１２）。
【００６３】
ＣＰＵ６１は、停止時間をＲＡＭ６３から読み出し、読み出した停止時間とＲＯＭ６２に記憶された予熱時間算出用マップとから、停止時間に応じた基礎予熱時間を算出する（ステップＳ１３）。
【００６４】
ＣＰＵ６１は、前回空燃比をＢ−ＲＡＭ６４から読み出し、読み出した前回空燃比とＲＯＭ６２に記憶された補正係数算出用マップとから、前回空燃比に応じた補正係数を算出し、補正係数と基礎予熱時間とを乗算することにより実予熱時間を算出する（ステップＳ１４）。このように、ＣＰＵ６１は、前回空燃比に応じて補正係数を算出するので、前回空燃比が理論空燃比よりもリッチである場合には、補正係数を大きな値にして実予熱時間を長くし、前回空燃比が理論空燃比よりもリーンである場合には、補正係数を小さな値にして実予熱時間を短くするように基礎予熱時間を補正して、最適な予熱時間を算出することができる。
【００６５】
ＣＰＵ６１は、実予熱時間を算出すると、停止時間、水温センサ３５に検出された水温および吸気温センサ２２に検出された吸気温に基づいて、ヒータ５８により加熱された際に排気管４２内に結露が生じるか否かを判定する（ステップＳ１５）。
【００６６】
具体的には、停止時間が規定時間を超え、かつ水温または吸気温のいずれかが０℃以下である場合に、排気管４２内に結露が生じると判定する。なお、判定基準は、上述した判定基準に限らず、水温および吸気温だけで判定してもよいし、水温および吸気温のいずれかだけで判定するようにしてもよい。また、水温および吸気温の温度は、０℃以下に限らず任意の温度を基準として判定してもよく、さらに使用時期や使用地域等によって判定基準を変える構成としてもよい。
【００６７】
ＣＰＵ６１が、排気管４２内に結露が生じると判定すると（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、排気センサ４４の予熱禁止を示す禁止フラグがセットされ、内燃機関１の始動時に排気センサ４４の予熱が禁止される（ステップＳ１６）。このように、排気管４２内に結露が生じると判定された場合に、排気センサ４４の予熱が禁止されるため、排気管４２内に結露が生じて、飛散した水滴が加熱された排気センサ４４の素子を急冷して、排気センサ４４の急激な温度変化による素子割れを回避することができる。なお、禁止フラグは内燃機関１の停止時にリセットされるようになっている。
【００６８】
一方、ＣＰＵ６１が、排気管４２内に結露が生じないと判定すると（ステップＳ１５：Ｎｏ）、ヒータ５８に電圧が印加され（ステップＳ１７）、排気センサ４４の予熱が開始される。
【００６９】
ヒータ５８により排気センサ４４が活性化温度まで加熱されると（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、ＣＰＵ６１は実予熱時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１９）。
【００７０】
詳しくは、排気センサ４４の予熱開始に合わせて、予熱時間計時タイマー部６８が計時を開始し、排気センサ４４が活性化温度到達時に実予熱時間が経過している場合には、予熱時間経過信号を出力し、活性化温度到達時に実予熱時間が経過していない場合には、残りの実予熱時間が経過した後に予熱時間経過信号を出力する。ＣＰＵ６１は、予熱時間経過信号が出力されたか否かにより、実予熱時間を経過したか否かを判定する。
【００７１】
ＣＰＵ６１が、実予熱時間が経過したと判定すると（ステップＳ１９：Ｙｅｓ）、排気センサ４４に検出された排気ガス中の酸素濃度から空燃比を算出し、算出した空燃比が理論空燃比に近づくように内燃機関１の燃料噴射量のフィードバック制御を開始する（ステップＳ２０）。
【００７２】
つまり、排気センサ４４は、活性化温度に到達した時点から排気ガス中の酸素濃度の検出を開始するが、ＣＰＵ６１は、実予熱時間が経過したことをもって空燃比を算出して、フィードバック制御を開始する。
【００７３】
なお、実予熱時間が経過する前に内燃機関１が始動開始した場合には、実予熱時間が経過するのを待ってからフィードバック制御が開始される。一方、実予熱時間が経過した後に、内燃機関１を始動開始した場合には、始動開始と同時にフィードバック制御が開始される。このように、早期に内燃機関１に対してフィードバック制御を開始することができる。
【００７４】
また、本実施の形態では、イグニッションＯＮを条件に、排気センサ４４の予熱処理が開始される構成としたが、これに代えて、ドアの開閉を検出するカーテシスイッチがＯＮになることを条件に、排気センサ４４の予熱処理が開始される構成としてもよい。この場合、乗車する際にドアが閉められてカーテシスイッチがＯＮになると、運転者が内燃機関１を始動させるまでの間に、既に排気センサ４４が正常な値を検出するよう予熱され、さらに早期にフィードバック制御を開始することができる。なお、本発明に係る始動前操作とは、操作スイッチ５９によりイグニッションＯＮにする操作、又はカーテシスイッチをＯＮにする操作のことをいう。
【００７５】
また、停止時間計時タイマー部６７および予熱時間計時タイマー部６８を１つのタイマー部で構成してもよい。この構成より、部品点数を削減することができる。
【００７６】
なお、基礎予熱時間および補正係数をマップから算出する構成としたが、この構成に限定されるものではなく、例えば、基礎予熱時間と停止時間との関係を示す数式および補正係数と前回空燃比との関係を示す数式から算出する構成にしてもよい。
【００７７】
また、実予熱時間を算出せずに基礎予熱時間が経過するまで排気センサ４４を予熱する構成としてもよい。この構成より、排気センサ４４の予熱制御を簡易に行なうことができる。
【００７８】
以上のように、本実施の形態に係る内燃機関１の制御装置によれば、予熱時間の経過により排気センサ４４内部に付着した排気ガスの成分が脱離し、排気センサ４４はリッチ側の値を検出することなく、正常な値を検出する。このため、正常な値に基づく適切なフィードバック制御が行なわれ、排気ガスの浄化効率の低下を防止することができる。これに加えて、長期にわたり内燃機関１を始動しない場合でも、フィードバック制御前に算出された実予熱時間だけ予熱すればよく、排気センサ４４を一定間隔で間欠的に予熱する構成と比較して、予熱による不要な電力消費を防止することができる。さらに、排気センサ４４に付着した排気ガスの成分量に応じた適切な実予熱時間で予熱が行なわれるため、排気ガスの成分量と無関係に一定時間予熱する構成と比較して、予熱による不要な電力消費を防止することができる。このように、不要な電力消費を防止しつつ適切なフィードバック制御が行なわれ、排気ガスの浄化効率の低下を防止することができる。
【００７９】
なお、第１の実施の形態では、内燃機関始動前に排気センサ４４を予熱する構成としたが、以下に説明する第２の実施の形態では、内燃機関停止時に排気センサ４４を間欠的に加熱する構成としてもよい。なお、第１の実施の形態と同様の構成については説明を省略する。
【００８０】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、予熱の終了時から次の予熱の開始までの時間間隔を示す間隔時間と、間隔時間に応じた間隔予熱時間がＲＯＭ６２に記憶されている。また、第１の実施の形態の停止時間計時タイマー部６７および予熱時間計時タイマー部６８に加え、図示しない間隔時間計時タイマー部を備えている。なお、第２の実施の形態における予熱時間計時タイマー部６８は、第１の実施の形態における実予熱時間を計時する機能に加え、実間隔予熱時間を計時する機能を有している。
【００８１】
なお、本実施の形態における間隔予熱時間とは、一定間隔で排気センサ４４を加熱する時間であって、間隔時間に応じた時間をいう。本実施の形態における実間隔予熱時間とは、一定間隔で排気センサ４４を加熱する時間であって、間隔予熱時間と補正値とに基づいて算出される時間をいう。
【００８２】
間隔時間計時タイマー部は、実間隔予熱時間の経過後に計時を開始し、間隔時間が経過すると計時を停止し、起動信号を出力する。間隔時間計時タイマー部が起動信号を出力すると、ＥＣＵ２が起動して予熱処理を行なうようになっている。なお、間隔時間計時タイマー部の初期始動は、実間隔予熱時間が算出されると同時に計時を開始するようになっている。
【００８３】
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る排気センサの予熱処理を示すフロー図である。
【００８４】
内燃機関１が停止されると（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、内燃機関１を停止する直前の前回空燃比をＢ−ＲＡＭ６４に記憶する（ステップＳ２２）。
【００８５】
ＣＰＵ６１は、間隔予熱時間をＲＯＭ６２から読み出し、読み出した間隔予熱時間とＲＯＭ６２に記憶された補正係数算出用マップとから、前回空燃比に応じた補正係数を算出し、補正係数と間隔予熱時間とを乗算することにより実間隔予熱時間を算出する（ステップＳ２３）。
【００８６】
実間隔予熱時間を算出すると間隔時間計時タイマー部が計時を開始し（ステップＳ２４）、ＥＣＵ２が停止する（ステップＳ２５）。
【００８７】
ＥＣＵ２の停止後に間隔時間が経過すると（ステップＳ２６：Ｙｅｓ）、間隔時間計時タイマー部が起動信号を出力し、停止中のＥＣＵ２が起動する（ステップＳ２７）。
【００８８】
ＥＣＵ２が起動すると、ＣＰＵ６１が排気管４２内に結露が生じるか否かを判定する（ステップＳ２８）。
【００８９】
ＣＰＵ６１が排気管４２内に結露が生じると判定すると（ステップＳ２８：Ｙｅｓ）、禁止フラグがセットされ、排気センサ４４の予熱が禁止される（ステップＳ２９）。一方、排気管４２内に結露が生じないと判定すると（ステップＳ２８：Ｎｏ）、ヒータ５８に電圧が印加され（ステップＳ３０）、実間隔予熱時間が経過するまで排気センサ４４が予熱される（ステップＳ３１）。
【００９０】
実間隔予熱時間が経過すると（ステップＳ３１：Ｙｅｓ）、ヒータ５８に電圧が印加されなくなり（ステップＳ３２）、間隔時間計時タイマー部がリセットされる（ステップＳ３３）。
【００９１】
そして、イグニッションＯＮされない場合には（ステップＳ３４：Ｎｏ）、ステップＳ２４からＳ３３までの処理を繰り返すようになっている。なお、ステップＳ３４は、イグニッションＯＮを判定条件としているが、これに代えてカーテシスイッチのＯＮを判定条件としてもよい。
【００９２】
また、停止時間計時タイマー部６７、予熱時間計時タイマー部６８および間隔時間計時タイマー部を１つのタイマー部で構成してもよい。この構成により、部品点数を削減することができる。
【００９３】
以上のように、本実施の形態に係る内燃機関１の制御装置によれば、前回空燃比に応じて実間隔予熱時間を算出するため、適切な予熱時間で排気センサ４４を予熱することができる。また、内燃機関１の停止時に一定間隔で排気センサ４４を予熱して、排気センサ４４内部に付着した排気ガスの成分を脱離することができるため、内燃機関１の始動時に排気センサ４４が正常な値を内燃機関１に出力することができ、燃料噴射制御がリーン側に寄ることなく適切な制御が行なわれ、排気ガスの浄化効率の低下を防止することができる。
【００９４】
なお、第２の実施の形態においては、排気センサ４４に付着した排気ガスの成分が脱離する約４３０℃以上で予熱すればよく、排気センサ４４の活性化温度まで温度を上げて予熱する必要はない。ここで例えば、第１の実施の形態に第２の実施の形態を組み合わせた構成としてもよい。この場合、内燃機関１の停止時は、排気センサ４４を排気ガスの成分が脱離する温度で間欠的に予熱しておき、内燃機関１の始動直前に排気センサ４４を活性化温度にまで予熱するようにする。これにより、間隔時間が長い場合、例えば、６時間毎にヒータ５８により排気センサ４４を加熱する場合には、排気センサ４４に排気ガスの成分が付着するため、排気ガスの成分が脱離するまで排気センサ４４を予熱して、フィードバック制御を正常に行なうことができる。
【００９５】
以上説明したように、本発明は、内燃機関に対して適切なフィードバック制御を行なうことができるとともに、不要な電力消費を防止することができ、排気ガスの浄化効率の低下を防止することができるという効果を奏するものであり、排気センサによるフィードバック制御に好適な内燃機関の制御装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の制御装置の概略ブロック構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る排気センサの模式図である。
【図３】（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る予熱時間算出用マップの一例を示す図であり、（ｂ）は本発明の第１の実施の形態に係る補正係数算出用マップの一例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る排気センサの予熱処理を示すフロー図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る排気センサの予熱処理を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００９７】
１  内燃機関
２  ＥＣＵ
３  電源制御部
１１  空気取入口
１２  エアクリーナ
１３  吸気管
１４  サージタンク
１５  吸気マニホールド
１６  フィルタ
２１  エアフローメータ
２２  吸気温センサ
２３  スロットルバルブ
２４  メジャーリングプレート
３１  シリンダ
３２  気筒
３３  点火プラグ
３４  インジェクタ
３５  水温センサ
４１  排気マニホールド
４２  排気管
４３  触媒コンバータ
４４  排気センサ
４６  クランク角センサ
４７  スロットルセンサ
４８  車速センサ
４９  カムポジションセンサ
５１  通気性カバー
５２  基板
５３  固体電解質基板
５４  多孔質拡散層
５５ａ  電極
５５ｂ  電極
５６  大気室
５７  連通路
５８  ヒータ
５９  操作スイッチ
６１  ＣＰＵ（予熱時間算出手段、制御手段、前回空燃比記憶手段、補正値算出手段、結露判定手段）
６２  ＲＯＭ
６３  ＲＡＭ
６４  Ｂ−ＲＡＭ
６５  入力インターフェース回路
６６  出力インターフェース回路
６７  停止時間計時タイマー部（計時手段）
６８  予熱時間計時タイマー部
【図１】
2009030513.tif 000003
【図２】
2009030513.tif 000004
【図３】
2009030513.tif 000005
【図４】
2009030513.tif 000006
【図５】
2009030513.tif 000007