(57)【要約】【課題】第２の空燃比センサよりも第１の空燃比センサの活性を早めて、内燃機関の燃料噴射量のフィードバック制御を早期に実現することができる空燃比センサの制御装置を提供すること。【解決手段】触媒コンバータ３３の上流側、下流側に設けられ、排気ガス中の特定成分濃度を検出する空燃比センサ３４、３５と、空燃比センサ３４、３５を加熱するヒータ３６、３７と、ヒータ３６、３７に電力を供給する電力供給源３、４と、電力供給源３、４からヒータ３６、３７へ電力供給を制御するヒータ制御手段２と、空燃比センサ３４、３５が活性したか否かを判定する活性判定手段２と、を備え、ヒータ制御手段２が、ヒータ３６へ電力供給するとともにヒータ３７へ電力供給をしないよう制御して、活性判定手段２によって空燃比センサ３４が活性したと判定された場合に、ヒータ３７へ電力供給するよう制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に設けられた排気ガスを浄化する触媒コンバータの上流側、下流側に設けられ、排気ガス中の特定成分濃度を検出する第１、第２の空燃比センサと、
前記第１、第２の空燃比センサを加熱する第１、第２のヒータと、
前記第１、第２のヒータに電力を供給する電力供給源と、
前記電力供給源から前記第１、第２のヒータへ電力供給を制御するヒータ制御手段と、を備えた空燃比センサの制御装置であって、
前記第１、第２の空燃比センサが活性したか否かを判定する活性判定手段をさらに備え、
前記ヒータ制御手段が、前記第１のヒータへ電力供給するとともに前記第２のヒータへ電力供給をしないよう制御して、前記活性判定手段によって前記第１の空燃比センサが活性したと判定された場合に、前記第２のヒータへ電力供給するよう制御することを特徴とする空燃比センサの制御装置。
【請求項２】
前記ヒータ制御手段が、前記第１の空燃比センサが前記活性判定手段によって活性したと判定された後、前記第１の空燃比センサが前記活性判定手段によって活性していないと判定された場合に、前記第２のヒータに供給される電力を減少するよう制御することを特徴とする請求項１に記載の空燃比センサの制御装置。
【請求項３】
前記ヒータ制御手段が、前記第２のヒータに供給される電力を減少するよう制御した後、前記第１の空燃比センサが前記活性判定手段によって活性していないと判定された場合に、前記第２のヒータへ電力供給をしないよう制御することを特徴とする請求項２に記載の空燃比センサの制御装置。
【請求項４】
前記第１、第２のヒータへの供給電圧が最大となる最大モードと、前記第１、第２のヒータへの供給電圧が通常となる通常モードとの間で前記電力供給源を制御する電力供給源制御手段をさらに備え、
前記電力供給源制御手段は、前記内燃機関の始動後に、前記最大モードとなるよう前記電力供給源を制御することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１の請求項に記載の空燃比センサの制御装置。
【請求項５】
前記電力供給源制御手段が、前記最大モードとなるよう制御した後、前記第１の空燃比センサの素子インピーダンスが、予め定めた値よりも小さくなった場合に、前記通常モードとなるよう前記電力供給源を制御することを特徴とする請求項４に記載の空燃比センサの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空燃比センサの制御装置に関し、特に空燃比センサを加熱するヒータの電力供給を制御する空燃比センサの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車の空燃比センサの制御装置では、排気管に設けられた空燃比センサをヒータにより加熱して活性させるよう制御している。そして、内燃機関の制御装置においては、前述した空燃比センサの制御装置によって制御された空燃比センサから出力された信号に基づいて空燃比を求め、求めた空燃比を理論空燃比に近づけるようフィードバック制御して、内燃機関の燃料噴射制御を行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】
このような内燃機関の制御装置として、三元触媒の上流側および下流側に空燃比センサを設け、燃料の含有成分による被毒や熱損などにより三元触媒が徐々に劣化した場合であっても、高い浄化効率を得ることができるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載の内燃機関の制御装置は、三元触媒の劣化により浄化に最適な空燃比が変動した場合であっても、三元触媒の上流側の空燃比センサから出力された信号に基づいて決定された燃料噴射量を、下流側の空燃比センサから出力された信号に基づいて補正することにより、高い浄化効率を得ることができるようになっている。
【特許文献１】特開昭６３−１７６６４２号公報
【０００５】
しかしながら、内燃機関は、電力供給源であるオルタネータの発電量やバッテリ残量に応じて各電気部品に供給される電力が制限されるため、電力を制御することができる範囲が狭く、特許文献１に記載したように内燃機関が複数の空燃比センサを有している場合には、各センサを加熱するヒータに供給する電力が不足して各センサを早期に活性させることができないという問題があった。この結果、複数の空燃比センサのうちいずれの空燃比センサも活性が遅れるため、内燃機関の燃料噴射のフィードバック制御が遅れて排気ガスの浄化効率が低下してしまうという問題があった。
【０００６】
この場合、各ヒータのヒータ抵抗を小さくすることにより、各空燃比センサを早期に活性する方法が考えられるが、空燃比センサは温度変化に応じて出力される信号が変化する温度依存特性があり、ヒータの昇温特性が良すぎると高温になりすぎて活性温度付近で空燃比に応じた信号とは異なる大きさの信号が出力され、空燃比センサの検出精度が低下してしまうという問題があった。この結果、内燃機関の燃料噴射のフィードバック制御の制御性が悪化して排気ガスの浄化効率が低下してしまうという問題があった。
【０００７】
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、第２の空燃比センサよりも第１の空燃比センサの活性を早めて、内燃機関の燃料噴射量のフィードバック制御を早期に実現することができる空燃比センサ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】
【０００８】
本発明に係る空燃比センサの制御装置は、上記目的を達成するため、（１）内燃機関の排気系に設けられた排気ガスを浄化する触媒コンバータの上流側、下流側に設けられ、排気ガス中の特定成分濃度を検出する第１、第２の空燃比センサと、前記第１、第２の空燃比センサを加熱する第１、第２のヒータと、前記第１、第２のヒータに電力を供給する電力供給源と、前記電力供給源から前記第１、第２のヒータへ電力供給を制御するヒータ制御手段と、を備えた空燃比センサの制御装置であって、前記第１、第２の空燃比センサが活性したか否かを判定する活性判定手段をさらに備え、前記ヒータ制御手段が、前記第１のヒータへ電力供給するとともに前記第２のヒータへ電力供給をしないよう制御して、前記活性判定手段によって前記第１の空燃比センサが活性したと判定された場合に、前記第２のヒータへ電力供給するよう制御するよう構成する。
【０００９】
この構成により、第１の空燃比センサが活性したと判定された場合に、第２のヒータへ電力供給するよう制御することができる。この結果、第２の空燃比センサよりも第１の空燃比センサの活性を早めて、内燃機関の燃料噴射量のフィードバック制御を早期に実現することができ、排気ガスの浄化効率を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明に係る空燃比センサの制御装置は、上記（１）に記載の空燃比センサの制御装置において、（２）前記ヒータ制御手段が、前記第１の空燃比センサが前記活性判定手段によって活性したと判定された後、前記第１の空燃比センサが前記活性判定手段によって活性していないと判定された場合に、前記第２のヒータに供給される電力を減少するよう制御するよう構成する。
【００１１】
この構成により、第１の空燃比センサが活性した後に、電力供給源からの電力供給量の減少によって再び不活性となった場合であっても、第２のヒータに供給される電力が減少されるため、第１のヒータに供給される電力が増加し、第１の空燃比センサを再活性させることができる。
【００１２】
また、本発明に係る空燃比センサの制御装置は、上記（２）に記載の空燃比センサの制御装置において、（３）前記ヒータ制御手段が、前記第２のヒータに供給される電力を減少するよう制御した後、前記第１の空燃比センサが前記活性判定手段によって活性していないと判定された場合に、前記第２のヒータへ電力供給をしないよう制御するよう構成する。
【００１３】
この構成により、第２のヒータに供給される電力が減少されて、第１のヒータに供給される電力が増加しても、第１の空燃比センサが活性していない場合には、第２のヒータに電力供給されなくなり、第１のヒータに供給される電力がさらに増加し、第１の空燃比センサを再活性させることができる。
【００１４】
また、本発明に係る空燃比センサの制御装置は、上記（１）ないし（３）のいずれか１の請求項に記載の空燃比センサの制御装置において、（４）前記第１、第２のヒータへの供給電圧が最大となる最大モードと、前記第１、第２のヒータへの供給電圧が通常となる通常モードとの間で前記電力供給源を制御する電力供給源制御手段をさらに備え、前記電力供給源制御手段は、前記内燃機関の始動後に、前記最大モードとなるよう構成する。
【００１５】
この構成により、内燃機関の始動後に電力供給源の供給電圧が最大となるため、第１、第２のヒータに供給される電力を増加させ、早期に空燃比センサを活性させることができる。
【００１６】
また、本発明に係る空燃比センサの制御装置は、上記（４）に記載の空燃比センサの制御装置において、（５）前記電力供給源制御手段が、前記最大モードとなるよう制御した後、前記第１の空燃比センサの素子インピーダンスが、予め定めた値よりも小さくなった場合に、前記通常モードとなるよう前記電力供給源を制御するよう構成する。
【００１７】
この構成により、電力供給源の供給電圧が最大となった後に、第１の空燃比センサの素子インピーダンスが、予め定めた値よりも小さくなった場合に、供給電圧が通常に戻るため適正な供給電圧で電力を供給することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、第２の空燃比センサよりも第１の空燃比センサの活性を早めて、内燃機関の燃料噴射量のフィードバック制御を早期に実現することができる。
【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。
図１は、本発明の実施の形態に係る空燃比センサの制御装置の概略ブロック構成図である。
【００２０】
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空燃比センサの制御装置は、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。
【００２１】
内燃機関１は、空気を吸入する吸気系と、排気ガスを排気する排気系とを有し、吸気系を通じて吸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、バッテリ３およびオルタネータ４から電力が供給されるようになっている。
【００２２】
吸気系は、空気取入口１１と、エアクリーナ１２と、吸気管１３と、サージタンク１４と、吸気マニホールド１５とを備えている。
【００２３】
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、上流側が空気取入口１１に接続され、下流側が吸気管１３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し、空気を吸気管１３に送り込むようになっている。
【００２４】
サージタンク１４は、上流側が吸気管１３を介してエアクリーナ１２に接続され、下流側が吸気マニホールド１５に接続されており、空気を貯留して内燃機関１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２１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２１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。また、吸気マニホールド１５の上流側にサージタンク１４が接続されることにより、シリンダ２１の各気筒における吸入負圧の影響がサージタンク１４内にとどま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１７と、吸気温センサ１８と、スロットルバルブ１９とが設けられており、それぞれＥＣＵ２に接続されている。
【００２７】
エアフローメータ１７は、ホットワイヤー式であって、吸気量を検出して電気信号に変換し、ＥＣＵ２に出力するようになっている。
吸気温センサ１８は、吸気管１３の内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１９は、図示しないアクセルペダルにワイヤーを介して接続され、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２１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、４つの気筒２２を横並びに設けたシリンダ２１を備えており、シリンダ２１には、各気筒２２に対応して、気筒２２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２２内の空気を圧縮する図示しないピストンとがそれぞれ設けられている。
【００２９】
また、各気筒２２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２３が設けられている。各点火プラグ２３は、ＥＣＵ２に接続されており、ＥＣＵ２に点火タイミングが制御されるようになっている。
【００３０】
また、燃焼室の上流側には、気筒２２毎にインジェクタ２４が設けられており、各インジェクタ２４は、図示しない燃料タンクに接続されている。また、各インジェクタ２４は、ＥＣＵ２に接続されており、ＥＣＵ２により燃料噴射量が制御されるようになっている。そして、インジェクタ２４に噴射された燃料と空気とが混合して混合気が生成され、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２３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２１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６５が設けられている。水温センサ６５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３１と、排気管３２とを備えている。
排気マニホールド３１は、上流側が気筒数分の枝管に分岐してシリンダ２１に接続され、下流側が各枝管を接合して１本の排気管３２に接続されており、各気筒２２の燃焼室から排出された排気ガスを合流させて排気管３２を通じて系外に排出するようになっている。
【００３３】
排気管３２には、触媒コンバータ３３が介設されており、この触媒コンバータ３３の上流側には上流側空燃比センサ３４が設けられ、触媒コンバータ３３の下流側には下流側空燃比センサ３５が設けられている。
【００３４】
触媒コンバータ３３は、酸化・還元触媒を有し、この酸化・還元触媒により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ようになっている。また、触媒コンバータ３３は、浄化効率の高い浄化最適空燃比が理論空燃比付近に設定されており、触媒コンバータ３３の浄化効率を向上させるため、燃料噴射量は空燃比が理論空燃比に近づくようフィードバック制御されるようになっている。
【００３５】
なお、触媒コンバータ３３は、燃料の含有成分による被毒や熱損などにより徐々に劣化するものであるが、触媒コンバータ３３の下流側に設けた下流側空燃比センサ３５により、触媒コンバータ３３が劣化して浄化最適空燃比が変動した場合であっても高い浄化効率を得ることができるようになっている。
【００３６】
上流側空燃比センサ３４および下流側空燃比センサ３５は、いわゆる酸素センサであって、それぞれＥＣＵ２に接続されている。上流側空燃比センサ３４は、触媒コンバータ３３通過前の排気ガス中の酸素濃度に応じた出力信号をＥＣＵ２に出力し、ＥＣＵ２は、上流側空燃比センサ３４の出力信号に応じて空燃比を算出し、算出された空燃比と理論空燃比を比較して燃料噴射量を決定するようになっている。
【００３７】
下流側空燃比センサ３５は、触媒コンバータ３３通過後の排気ガス中の酸素濃度に応じた出力信号をＥＣＵ２に出力し、ＥＣＵ２は、下流側空燃比センサ３５の出力信号に応じて空燃比を算出し、算出した空燃比に基づいて、上流側空燃比センサ３４の出力信号に基づいて決定された燃料噴射量を補正するようになっている。
【００３８】
このように、触媒コンバータ３３の上流に設けられた上流側空燃比センサ３４の出力信号に基づいて決定された燃料噴射量が、触媒コンバータ３３の下流に設けられた下流側空燃比センサ３５の出力信号に基づいて補正されるため、触媒コンバータ３３の劣化した場合であっても、触媒コンバータ３３が高い浄化効率を得ることができるようになっている。
【００３９】
また、上流側空燃比センサ３４および下流側空燃比センサ３５には、それぞれ上流側ヒータ３６および下流側ヒータ３７が設けられており、上流側空燃比センサ３４および下流側空燃比センサ３５は、上流側ヒータ３６および下流側ヒータ３７の加熱により活性されるようになっている。なお、上流側空燃比センサ３４および下流側空燃比センサ３５の詳細については後述する。
【００４０】
オルタネータ４は、内燃機関１の動力により発電するものであり、発電した電力を各部に供給するとともに、余った電力をバッテリ３に充電するようになっている。また、オルタネータ４は、図示しない電圧レギュレータを有しており、ＥＣＵ２の指令により電圧レギュレータが制御され、発電電圧が最大電圧である最大モードと、発電電圧が通常電圧である通常モードとの間で発電モードが切換えられ、発電電圧が制御されるようになっている。なお、最大モードの最大電圧は１６Ｖであり、通常モードの通常電圧は１２Ｖである。
【００４１】
バッテリ３は、オルタネータ４に発電された電力を充電するものであり、内燃機関１の電力使用量がオルタネータ４の発電量を超えた場合に、電力を補うようになっている。
【００４２】
また、オルタネータ４およびバッテリ３は、電源制御部５を通じて各部に電力を供給するようになっており、電源制御部５は、押しボタン式の図示しない操作スイッチにより、各部への電力供給を制御するようになっている。電源制御部５は、操作スイッチによりイグニッションＯＮの状態にされると、アクセサリ駆動系の各電気部品、ＥＣＵ２、上流側ヒータ３６および下流側ヒータ３７への通電が許可され電力供給するようになっている。
【００４３】
また、電源制御部５は、上流側空燃比センサ３４の上流側ヒータ３６および下流側空燃比センサ３５の下流側ヒータ３７に接続したヒータ用回路部７１を有している。上流側ヒータ３６および下流側ヒータ３７には、オルタネータ４およびバッテリ３によりヒータ用回路部７１を通じて通電されるようになっている。
【００４４】
ここで、図２を参照してヒータ用回路部７１について説明する。
図２は、本発明の実施の形態に係る上流側ヒータおよび下流側ヒータの電力供給系の一例を示す図である。
【００４５】
図２に示すように、ヒータ用回路部７１は、スイッチ７２と、可変抵抗部７３とを有しており、スイッチ７２、可変抵抗部７３および下流側ヒータ３７は、直列に接続されている。スイッチ７２は、ＥＣＵ２の指令によりＯＮ／ＯＦＦされるようになっており、ＥＣＵ２の指令によりスイッチ７２がＯＮにされると、下流側ヒータ３７への通電が許可されて下流側ヒータ３７に電力供給され、ＥＣＵ２の指令によりスイッチ７２がＯＦＦにされると、下流側ヒータ３７への通電が禁止され、上流側ヒータ３６の電力供給量が増加するようになっている。
【００４６】
可変抵抗部７３は、ＥＣＵ２の指令により抵抗値が可変するようになっており、ＥＣＵ２の指令により抵抗値が増加すると、下流側ヒータ３７の通電量が制限されて電力供給量が減少するとともに、上流側ヒータ３６の電力供給量が増加し、ＥＣＵ２の指令により抵抗値が減少すると、下流側ヒータ３７の電力供給量が増加するとともに、上流側ヒータ３６の通電量が減少するようになっている。なお、初期状態では、スイッチ７２がＯＮ、可変抵抗部７３の抵抗値が０に設定され、上流側ヒータ３６および下流側ヒータ３７の通電量が同一になるよう制御されている。
【００４７】
図３を参照して上流側空燃比センサ３４および下流側空燃比センサ３５について詳細に説明する。
図３は、本発明の実施の形態に係る上流側空燃比センサの断面模式図である。
【００４８】
図３に示すように、上流側空燃比センサ３４は、通気性カバー４１を有し、通気性カバー４１内には、基板４２と、固体電解質基板４３と、多孔質拡散層４４とが積層されている。
【００４９】
固体電解質基板４３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４５ａ、４５ｂが設けられている。酸化ジルコニウムは、活性温度以上になると、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。
【００５０】
多孔質拡散層４４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４３の電極４５ａを接触状態で被覆するよう設けられている。排気管３２内の排気ガスは、多孔質拡散層４４を拡散し、固体電解質基板４３の電極４５ａに到達するようになっている。
【００５１】
基板４２には、大気室４６が形成されており、固体電解質基板４３の電極４５ｂが大気室４６に面する構成となっている。また、基板４２には、大気室４６と排気管３２外と連通する連通路４７が形成され、連通路４７を通じて外気を取り込むようになっている。このように、電極４５ａは、排気管３２内の排気ガスと反応し、電極４５ｂは、連通路４７を通じて大気室４６内に取り込まれた外気と反応するようになっている。
【００５２】
また、基板４２内には、上流側ヒータ３６が埋設されており、上流側ヒータ３６はヒータ用回路部７１に接続されている。そして、ＥＣＵ２の指令によりヒータ用回路部７１を介して上流側ヒータ３６が通電され、上流側空燃比センサ３４が排気ガス中の酸素濃度を検出可能な活性温度に達するよう加熱されるようになっている。具体的には、ＥＣＵ２の指令により、上流側空燃比センサ３４の素子インピーダンスが活性温度に対応する抵抗値となるまで上流側ヒータ３６が通電されて上流側空燃比センサ３４を加熱し、上流側空燃比センサ３４の素子インピーダンスが活性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上流側ヒータ３６の通電量が制御されるようになっている。
【００５３】
上流側空燃比センサ３４は、上流側ヒータ３６に加熱されて活性温度に達すると、触媒コンバータ３３通過前の排気ガス中の酸素濃度に応じた出力信号をＥＣＵ２に出力するようになっている。より詳細には、活性された固体電解質基板４３に酸素イオンが発生し、排気管３２内の排気ガスと反応する電極４５ａ側と大気室４６に取り込まれた外気と反応する電極４５ｂ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に出力信号が出力され空燃比が算出されるようになっている。
【００５４】
下流側空燃比センサ３５は、上流側空燃比センサ３４と同一の構成を有しており、下流側ヒータ３７により加熱され、活性温度に達すると、触媒コンバータ３３通過後の排気ガス中の酸素濃度に応じた出力信号をＥＣＵ２に出力するようになっている。
【００５５】
ＥＣＵ２は、上流側空燃比センサ３４の出力信号から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方向に決定し、上流側空燃比センサ３４の出力信号から算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方向に決定するようになっている。さらに、ＥＣＵ２は、下流側空燃比センサ３５の出力信号から算出した空燃比により、決定された燃料噴射量を増減するよう補正するようになっている。
【００５６】
そして、ＥＣＵ２は、補正された燃料噴射量でフィードバック制御を行い、触媒コンバータ３３の排気ガスの浄化効率を高めるようになっている。
【００５７】
再び図１に戻り、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５１、ＲＯＭ（Read Only Memory）５２、ＲＡＭ（Random Access Memory）５３、バッテリ３を利用するバックアップ用メモリとしてのＢ−ＲＡＭ（Back-up ＲＡＭ）５４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５５、出力インターフェース回路５６等を備えている。
【００５８】
このＥＣＵ２のＲＯＭ５２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、上流側空燃比センサ３４および下流側空燃比センサ３５の活性判定のための閾値Ｉａ、および上流側空燃比センサ３４が活性から完全に不活性になったことを判定するための閾値Ｉｂが記憶されている。
【００５９】
閾値Ｉａは、上流側空燃比センサ３４および下流側空燃比センサ３５の活性温度に対応する抵抗値であり、ＥＣＵ２により上流側空燃比センサ３４および下流側空燃比センサ３５の素子インピーダンスと閾値Ｉａとが比較されることにより活性判定されるようになっている。
【００６０】
なお、空燃比センサの素子インピーダンスは、空燃比センサの温度に反比例するため、上流側空燃比センサ３４および下流側空燃比センサ３５は、素子インピーダンスが閾値Ｉａよりも小さい場合に活性と判定され、素子インピーダンスが閾値Ｉａ以上の場合に不活性と判定されるようになっている。
【００６１】
閾値Ｉｂは、閾値Ｉａよりも大きい抵抗値、すなわち活性温度よりも低い温度に対応する抵抗値であり、ＥＣＵ２により上流側空燃比センサ３４の素子インピーダンスと閾値Ｉｂとが比較されることにより上流側空燃比センサ３４が活性から完全に不活性になったことが判定されるようになっている。つまり、上流側空燃比センサ３４の素子インピーダンスが閾値Ｉｂよりも小さい場合には、活性するための通電量が足りず上流側空燃比センサ３４が再活性するのが困難なことを示している。
【００６２】
また、このＥＣＵ２の入力インターフェース回路５５には、エアフローメータ１７、吸気温センサ１８、上流側空燃比センサ３４、下流側空燃比センサ３５、クランク角センサ６１、スロットルセンサ６２、車速センサ６３、カムポジションセンサ６４、水温センサ６５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５６には、インジェクタ２４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２３を駆動する図示しないイグナイタが接続されている。
【００６３】
ＥＣＵ２のＣＰＵ５１は、主としてＲＯＭ５２に格納された制御プログラムに従って、ＲＡＭ５３およびＢ−ＲＡＭ５４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５５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５６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上流側ヒータ３６および下流側ヒータ３７の電力供給処理を実行するようになっている。
【００６４】
なお、本発明に係る電力供給源は、オルタネータ４およびバッテリ３により構成され、ヒータ制御手段は、ＥＣＵ２およびヒータ用回路部７１により実現され、活性判定手段および電力供給源制御手段は、ＥＣＵ２によって実現されている。
【００６５】
次に動作について説明する。
図４は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の始動時の電力供給処理を示すフロー図である。
【００６６】
上流側空燃比センサ３４および下流側空燃比センサ３５が不活性の状態で、イグニッションＯＮになると（ステップＳ１１）、アクセサリ駆動系の各電気部品、ＥＣＵ２、上流側ヒータ３６および下流側ヒータ３７が通電されて電力が供給される。上流側ヒータ３６および下流側ヒータ３７に電力が供給されると、ＥＣＵ２により内燃機関１が始動されているか否かが判定される（ステップＳ１２）。内燃機関１が始動されているか否かは、内燃機関１の回転数や、回転開始からの経過時間等により判定される。
【００６７】
ＥＣＵ２により内燃機関１が始動されていると判定されると（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２からヒータ用回路部７１に下流側ヒータ３７の通電を禁止するよう指令が出力される。ヒータ用回路部７１は、ＥＣＵ２からの指令を受けてスイッチ７２をＯＦＦにし、上流側ヒータ３６の通電のみが許可されて電力が供給される（ステップＳ１３）。
【００６８】
上流側ヒータ３６に電力が供給されてから所定時間が経過するまでの間、上流側空燃比センサ３４の素子インピーダンスが閾値Ｉａより大きい場合には（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２により上流側空燃比センサ３４が不活性であると判定される。
一方、上流側ヒータ３６が通電されてから所定時間が経過する前に、上流側空燃比センサ３４の素子インピーダンスが閾値Ｉａ以下になった場合には（ステップＳ１４：Ｎｏ）、ＥＣＵ２により上流側空燃比センサ３４が活性したと判定される。なお、ここでいう所定時間とは一般的な空燃比センサが活性するのに要する時間をいう。
【００６９】
ＥＣＵ２により上流側空燃比センサ３４が不活性であると判定されると、ＥＣＵ２からオルタネータ４に発電電圧を最大にするよう指令が出力され、オルタネータ４の発電モードが最大モードに切換えられ、発電電圧が最大電圧である１６Ｖに制御される（ステップＳ１５）。このように、内燃機関の始動後にオルタネータ４の発電電圧が最大となるため、上流側ヒータ３６に供給される電力を増加させ、早期に空燃比センサを活性させることができるようになっている。
【００７０】
オルタネータ４の発電電圧が最大に制御された後に、上流側空燃比センサ３４の素子インピーダンスが閾値Ｉａ以下になった場合には（ステップＳ１６：Ｎｏ）、ＥＣＵ２により上流側空燃比センサ３４が活性したと判定される。
ＥＣＵ２により上流側空燃比センサ３４が活性したと判定されると、上流側空燃比センサ３４が活性したことを示す活性フラグがセットされる（ステップＳ１７）。
【００７１】
ＥＣＵ２により活性フラグがセットされると、ＥＣＵ２からオルタネータ４に発電電圧を通常電圧に戻すよう指令が出力され、オルタネータ４の発電モードが通常モードに切換えられ、発電電圧が１６Ｖから通常電圧である１２Ｖに制御される（ステップＳ１８）。
【００７２】
一方、ステップＳ１４においてＥＣＵ２により上流側空燃比センサ３４が活性したと判定されると、活性したことを示す活性フラグがセットされる（ステップＳ１９）。
ステップＳ１８においてオルタネータ４が通常モードに切換えられた場合、またはステップＳ１９において活性フラグがセットされた場合には、ＥＣＵ２からヒータ用回路部７１に下流側ヒータ３７の通電を許可するよう指令が出力される。ヒータ用回路部７１は、ＥＣＵ２からの指令を受けてスイッチ７２をＯＮにし、下流側ヒータ３７の通電が許可されて電力が供給される（ステップＳ２０）。そして、上流側空燃比センサ３４および下流側排気センサ３５活性すると、活性温度を維持するよう上流側ヒータ３６および下流側ヒータ３７の電力供給量が制御される。
【００７３】
図５は、本発明の実施の形態に係る上流側ヒータの通電量減少時の電力供給処理を示すフロー図である。
【００７４】
上流側ヒータ３６の加熱温度の低下により、上流側空燃比センサ３４の素子インピーダンスが閾値Ｉｂより大きくなった場合には（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２により上流側空燃比センサ３４が完全に不活性になったと判定される。すなわち、バッテリ３の容量不足や、オルタネータ４の発電量の減少などにより、上流側ヒータ３６の通電量が減少し、上流側ヒータ３６の加熱温度が低下し始めている状態で、上流側空燃比センサ３４の素子インピーダンスが閾値Ｉｂより大きくなった場合にＥＣＵ２により上流側空燃比センサ３４が完全に不活性になったと判定される。
ＥＣＵ２により上流側空燃比センサ３４が完全に不活性になったと判定されると、活性フラグが外される（ステップＳ２２）。
【００７５】
ＥＣＵ２により活性フラグが外されると、ＥＣＵ２からヒータ用回路部７１に下流側ヒータ３７の通電量を減少するよう指令が出力される。ヒータ用回路部７１は、ＥＣＵ２からの指令を受けて可変抵抗部７３の抵抗値を増加して下流側ヒータ３７の通電量を制限して電力供給量を減少し（ステップＳ２３）、上流側ヒータ３６の電力供給量を増加させる。
【００７６】
ＥＣＵ２の指令により下流側ヒータ３７の電力供給量が減少されから所定時間が経過するまでの間、上流側空燃比センサ３４の素子インピーダンスが閾値Ｉａより大きい場合には（ステップＳ２４：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２により上流側空燃比センサ３４が不活性であると判定され、ＥＣＵ２からヒータ用回路部７１に下流側ヒータ３７の通電を禁止するよう指令が出力される。ヒータ用回路部７１は、ＥＣＵ２からの指令を受けてスイッチ７２をＯＦＦにし、上流側空燃比センサ３４が活性するまで、上流側ヒータ３６の通電のみが許可されて電力が供給される（ステップＳ２５）。なお、ここでいう所定時間とは、一般的な空燃比センサの素子インピーダンスが閾値Ｉｂより大きくなってから再び活性するまでに要する時間をいう。
【００７７】
ＥＣＵ２の指令により下流側ヒータ３７の通電量を制限した後に、上流側空燃比センサ３４の素子インピーダンスが閾値Ｉａ以下になった場合には（ステップＳ２４：Ｎｏ）、ＥＣＵ２により上流側空燃比センサ３４が活性したと判定される。ＥＣＵ２により上流側空燃比センサ３４が活性したと判定されると、再び活性フラグがセットされる（ステップＳ２６）。活性フラグがセットされると、ＥＣＵ２からヒータ用回路部７１に下流側ヒータ３７の通電を許可するよう指令が出力される。ヒータ用回路部７１は、ＥＣＵ２からの指令を受けてスイッチ７２をＯＮにするとともに、可変抵抗部７３の抵抗値を０にして下流側ヒータ３７の通電量の制限を解除する（ステップＳ２７）。
【００７８】
以上のように、本実施の形態に係る空燃比センサの制御装置によれば、上流側空燃比センサ３４が活性したと判定された場合に、下流側ヒータ３７へ電力を供給するよう制御することができる。この結果、下流側空燃比センサ３５よりも上流側空燃比センサ３４の活性を早めて、内燃機関１の燃料噴射量のフィードバック制御を早期に実現することができ、排気ガスの浄化効率を向上させることができる。
【００７９】
また、上流側空燃比センサ３４が活性した後に、オルタネータ４やバッテリ３からの電力供給量の減少によって、再び不活性となった場合であっても、下流側ヒータ３７に供給される電力が減少されるため、上流側ヒータ３６に供給される電力が増加し、上流側空燃比センサ３４を再活性させることができる。
【００８０】
また、下流側ヒータ３７に供給される電力が減少されて、上流側ヒータ３６に供給される電力が増加しても、上流側空燃比センサ３４が活性していない場合には、下流側ヒータ３７に電力が供給されなくなり、上流側ヒータ３６に供給される電力がさらに増加し、上流側空燃比センサ３４を再活性させることができる。
【００８１】
また、本実施の形態では、ステップＳ２１において閾値Ｉｂを閾値Ｉａよりも大きい抵抗値としたが、閾値Ｉｂを閾値Ｉａと同じ活性温度に応じた抵抗値としてもよい。この構成により、上流側ヒータ３６の通電量減少時の下流側ヒータ３７の電力供給処理の反応を早めることができる。
【００８２】
また、本実施の形態では、ステップＳ１６においてオルタネータ４の発電電圧が上流側空燃比センサ３４を活性判定するための閾値Ｉａを基準に制御されるが、閾値Ｉａよりも高い抵抗値を示す閾値Ｉａ´を設け、オルタネータ４の発電モードが閾値Ｉａ´を基準に切換えられる構成としてもよい。この構成により、活性温度よりも低い温度で、オルタネータ４の発電電圧を制御することができる。
【００８３】
また、本実施の形態では、上流側空燃比センサ３４および下流側空燃比センサ３５を酸素センサとしたが、Ａ／Ｆセンサ等の排気ガスから空燃比に応じた信号を出力するセンサでもよい。
【００８４】
また、本実施の形態では、電源制御部５のヒータ用回路部７１により上流側ヒータ３６および下流側ヒータ３７の通電制御を行ったが、オルタネータ４にヒータ用回路部７１を設けて、上流側ヒータ３６および下流側ヒータ３７の電力供給処理を実行するようにしてもよい。
【００８５】
また、本実施の形態では、上流側空燃比センサ３４および下流側空燃比センサ３５の２つの空燃比センサを有する構成としたが、上流側空燃比センサ３４、下流側空燃比センサ３５の他に、触媒コンバータ３３に取り付けられた空燃比センサを有する構成としてもよいし、４つ以上の空燃比センサを有する構成としてもよい。また、３つ以上の空燃比センサを有する場合には、２つ以上の空燃比センサを優先的に加熱するようにしてもよい。
【００８６】
以上説明したように、本発明は、複数の空燃比センサを有する内燃機関に対して早期にフィードバック制御を行うことができるという効果を奏するものであり、特に空燃比センサを加熱するヒータの電力供給制御に好適な空燃比センサの制御装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の実施の形態に係る空燃比センサの制御装置の概略ブロック構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る上流側ヒータおよび下流側ヒータの電力供給系の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る上流側空燃比センサの断面模式図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る内燃機関の始動時の電力供給処理を示すフロー図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る上流側ヒータの通電量減少時の電力供給処理を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００８８】
１  内燃機関
２  ＥＣＵ（ヒータ制御手段、活性判定手段）
３  バッテリ（電力供給源）
４  オルタネータ（電力供給源）
５  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
１７  エアフローメータ
１８  吸気温センサ
１９  スロットルバルブ
２１  シリンダ
３１  排気マニホールド
３２  排気管
３３  触媒コンバータ
３４  上流側空燃比センサ
３５  下流側空燃比センサ
３６  上流側ヒータ
３７  下流側ヒータ
４１  通気性カバー
４２  基板
４３  固体電解質基板
４４  多孔質拡散層
４５ａ、４５ｂ  電極
４６  大気室
４７  連通路
７１  ヒータ用回路部
７２  スイッチ
７３  可変抵抗部
【図１】
2009127516.tif 000003
【図２】
2009127516.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009127516.tif 000006
【図５】
2009127516.tif 000007