CN101446242A - 机动车辆用氧传感器的控制装置和具备它的空燃比控制装置以及机动车辆 - Google Patents

机动车辆用氧传感器的控制装置和具备它的空燃比控制装置以及机动车辆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种控制装置，该控制装置抑制由于因车体的倾斜而从外部进入排气管内的水所导致的氧传感器的覆水破裂。本发明所涉及的控制装置，用于控制具备传感器元件以及使传感器元件升温的加热器的机动车辆用氧传感器。本发明所涉及的控制装置，具有：检测车体的倾斜的倾斜检测部；存储与倾斜检测部的检测结果相对应的倾斜信息的存储部；和控制部，该控制部在启动时基于在存储部中所存储的倾斜信息，以包括通常模式以及使升温比通常模式延迟的延迟模式的多种模式中的任意一种，对加热器进行控制。

Description

机动车辆用氧传感器的控制装置和具备它的空燃比控制装置以及机动车辆
技术领域
本发明涉及一种用于控制具备加热器的机动车辆用氧传感器的控制装置。此外，本发明也涉及具备那样的控制装置的空燃比控制装置、机动车辆。
背景技术
从环境问题、能源问题的观点出发，要求提高内燃机的燃料消耗率、降低内燃机的排气气体(废气)中所含的限制物质(NOx等)的排出量。因此，为了总是能够以最适当的条件进行燃料的燃烧，需要根据燃烧状态来适当控制燃料和空气的比率。空气与燃料的比率被称为空燃比(A/F)，在使用三元催化剂时，最适当的空燃比是理论空燃比。所谓理论空燃比是空气与燃料既不过量又没有不足地燃烧的空燃比。
在以理论空燃比燃烧时，排气气体中含有一定的氧。在空燃比小于理论空燃比(即燃料的浓度相对地较高)时，排气气体中的氧浓度与理论空燃比时的氧浓度相比有所减少。另一方面，在空燃比大于理论空燃比(即燃料的浓度相对地较低)时，排气气体中的氧浓度增大。因此，能够通过计测排气气体中的氧浓度，推定空燃比从理论空燃比偏离怎样的程度，调节空燃比进行控制，使得燃料以最适当的条件进行燃烧。
作为用于计测排气气体中的氧浓度的氧传感器，已知专利文献1所公开的那样的电动势型的氧传感器、专利文献2所公开的那样的电阻型的氧传感器。为了从氧传感器得到与氧浓度相应的正确的传感器输出，必须使传感器元件处于高温(例如300℃以上)，所以一般的氧传感器具备使传感器元件升温的加热器。能够通过由电子控制单元(ECU)等适当地控制对加热器的通电来进行传感器元件的温度管理。
计测排气气体中的氧浓度的氧传感器，被设置在内燃机的排气管内，有时在排气管内滞留有水。水滞留的原因在于：在内燃机停止后排气管内的气体所含的水分凝结、或者在内燃机启动后即刻流入温度尚低的排气管内的排气气体中的水分凝结。滞留水，因内燃机的振动、排气气体的流动而飞散，如果其飞沫附着在已升温的氧传感器上，则会出现氧传感器由于热冲击而破损(也称覆水破裂)的情况。
在专利文献1中，公开了用于防止由于这样的覆水所引发的氧传感器的破损的方法。在该方法中，推定排气管内滞留的水量(滞留量)，根据推定的滞留量进行用于保护氧传感器的处理。
滞留量的推定可以基于对内燃机的燃烧室供给的空气量、燃料量、外部空气温度等而随时进行。而且，在滞留量为基准值以上时，停止对加热器的通电而进行使水的滞留量减少的处理，在滞留量变得小于基准值后开始对加热器的通电。
专利文献1：日本特开平8-114571号公报
专利文献2：日本特开平5-18921号公报
专利文献3：日本特开2004-225617号公报
发明内容
但是，作为在排气管内滞留有水的原因，除了以上的原因以外，还可以举出机动二轮车的翻倒。专利文献1所公开的方法，只是推定在内燃机正常运行时排气管内滞留的水的量(即由于气体中的水分的凝结而滞留的水的量)的方法，而没有设想在机动二轮车翻倒时从外部进入排气管内的水。机动二轮车的排气管，比四轮机动车的排气管短，所以能够容易地发生从外部进入的水到达设有氧传感器的部分的情况。
市场上销售的机动二轮车中的多数，虽然具备在翻倒时停止对内燃机等的通电(也包括对氧传感器的加热器的通电)的机构，但如果在再次启动时再次开始对加热器的通电，则会有发生覆水破裂的危险。这样一来，即便使用专利文献1的方法，也不能充分防止氧传感器的覆水破裂。
这里，参照图12至图17，更具体地说明机动二轮车的氧传感器容易覆水的原因。如图12所示，机动二轮车500，具备内燃机514和与内燃机514连接的排气管523。此外，机动二轮车500还具有用于降低排气声音的消音器524。
图13是取出机动二轮车500中的内燃机514、排气管523以及消音器524并示意表示的图。图14是沿图13中的14A-14A’线的剖视图。如图13所示，在排气管523安装有用于计测排气气体中的氧浓度的氧传感器510。这里虽没有图示，但氧传感器510的前端部在排气管523内露出。此外，排气管523的后方(下游侧)部分被收纳在消音器524内。
消音器524内，由隔板525按照从前方(上游侧)起的顺序划分为一次膨胀室524a和二次膨胀室524b。排气管523穿过隔板525，排气管523的下游侧的端部在二次膨胀室524b内开口。
一次膨胀室524a和二次膨胀室524b，通过以穿过隔板525的方式设置的连通管526连通。在二次膨胀室524b中配置有尾管527。尾管527穿过隔板525，其上游侧的端部在一次膨胀室524内开口。此外，尾管527穿过消音器524的外壁524w，其下游侧的端部在消音器524的外部开口。从排气管523排出到二次膨胀室524b内的排气气体，通过连通管526被导入一次膨胀室524a，进而通过尾管527被排出至外部。在消音器524的一次膨胀室524a中，形成有用于将在消音器524内凝结的水排出至外部的出水孔524h(在图13中为了便于理解而表示得比实物大)。
图15是表示在水淹的地面上翻倒了的机动二轮车500的图，图16是表示此时的消音器524的截面的图(与图14相对应)。当机动二轮车500如图15所示那样翻倒时，如图16所示，水从尾管527流入消音器524内，水滞留在消音器524内。如图13所示，虽然在消音器524上形成有出水孔524h，但为了***露大量的排气气体，该出水孔524h直径较小(直径1～2mm左右)，因此没有将由于翻倒而流入消音器内的水完全排出的能力。
如果在水仍滞留在消音器524内的状态下扶起机动二轮车500的车体，则如图17所示，消音器524内的水向排气管523的上游侧流入。因此，在流入的水量较大时，水会到达氧传感器510的向排气管510内突出的部分。因此，当在再次启动时再次开始向加热器通电时，会发生覆水破裂的情况。
本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的在于抑制由于因车体的翻倒而引起的从外部进入排气管内的水所产生的氧传感器的覆水破裂。
本发明所涉及的控制装置，它是用于对具备传感器元件以及使所述传感器元件升温的加热器的机动车辆用氧传感器进行控制的控制装置，具备：对车体的倾斜进行检测的倾斜检测部；存储与所述倾斜检测部的检测结果相对应的倾斜信息的存储部；和控制部，其在启动时，基于在所述存储部内存储的所述倾斜信息，以包括通常模式以及使升温比所述通常模式延迟的延迟模式的多种模式中的任意一种控制所述加热器。
在某一优选实施方式中，所述控制部在所述延迟模式下将对所述加热器的通电率设定在10％以下。
在某一优选实施方式中，所述控制部在所述延迟模式下不进行用于对所述加热器加热的通电。
在某一优选实施方式中，所述控制部，在所述倾斜信息表示车体的翻倒时，从启动起直到经过预定时间为止，以所述延迟模式控制所述加热器。
在某一优选实施方式中，所述控制部，在所述倾斜信息表示车体的翻倒时，从启动起直到内燃机的运行量达到预定量的期间，以所述延迟模式控制所述加热器。
在某一优选实施方式中，所述期间是从启动起直到内燃机的旋转速度的时间积分值达到预定值为止的期间。
在某一优选实施方式中，所述控制部，在所述倾斜信息表示车体的翻倒时，从启动起直到所述传感器元件的温度达到预定温度为止，以所述延迟模式控制所述加热器。
在某一优选实施方式中，所述控制部，基于设置在所述氧传感器的附近的温度传感器的测定值，推定所述传感器元件的温度。
在某一优选实施方式中，所述控制部基于所述传感器元件的内部电阻值推定所述传感器元件的温度。
在某一优选实施方式中，所述控制部基于所述加热器的电阻值推定所述传感器元件的温度。
在某一优选实施方式中，所述传感器元件包括用于补偿传感器输出的温度依存性的温度补偿材料，所述控制部基于所述温度补偿材料的电阻值推定所述传感器元件的温度。
或者，本发明所涉及的控制装置，它是用于对具备传感器元件以及使所述传感器元件升温的加热器的机动车辆用氧传感器进行控制的控制装置，具备：对车体的倾斜进行检测的倾斜检测部；存储与所述倾斜检测部的检测结果相对应的倾斜信息的存储部；和在启动时基于所述存储部所存储的所述倾斜信息对所述加热器进行控制的控制部，所述控制部，在所述倾斜信息表示车体的翻倒时，与所述倾斜信息未表示车体的翻倒时相比，暂时地抑制对所述加热器的投入电力。
本发明所涉及的空燃比控制装置，具备具有上述结构的控制装置。
本发明所涉及的机动车辆，具备具有上述结构的空燃比控制装置。
在某一优选实施方式中，本发明所涉及的机动车辆是鞍乘型车辆。
在某一优选实施方式中，本发明所涉及的机动车辆还具备排气管，所述排气管在下游侧朝向斜上方延伸。
本发明所涉及的控制装置，具有对车体的倾斜进行检测的倾斜检测部和存储与倾斜检测部的检测结果相对应的倾斜信息的存储部，还具有控制部，该控制部在启动时基于倾斜信息，以包括“通常模式”以及“延迟模式”的多种模式中的任意一种对加热器进行控制。这里，所谓“延迟模式”是指使升温比所述通常模式延迟的模式。本发明所涉及的控制装置具有这样的控制部，所以在检测出预定以上的倾斜后的启动时(即水从外部进入排气管内的可能性高时)，能够以延迟模式对加热器进行控制。因此，能够抑制由于因车体的倾斜而引起的进入排气管内的水所带来的氧传感器的覆水破裂。
控制部，通过在延迟模式下将对加热器的通电率(通电时间)设在10％以下，从而能够使升温与通常模式相比充分地延迟。此外，控制部，通过在延迟模式下不进行为了对加热器进行加热的通电(即通电率实际为零)，从而能够更加可靠地防止氧传感器的破损(覆水破裂)。
例如，控制部，在倾斜信息表示车体的翻倒时，从启动起直到经过预定时间为止，以延迟模式控制加热器。以延迟模式控制加热器的时间，被设定为通过启动后的排气气体的流动而减少在排气管内滞留的水所需的足够长的时间。控制部进行这样的控制，则在排气管内的水的滞留量充分减少之后进行由加热器进行的正式的升温，所以能够抑制氧传感器的覆水破裂。
此外，控制部，可以在倾斜信息表示车体的翻倒时，从启动起直到内燃机的运行量达到预定量为止的期间，以延迟模式控制加热器。内燃机的运行量越大，从外部进入排气管内的水越减少，所以通过进行延迟模式下的控制直到运行量达到预定量为止，能够抑制氧传感器的覆水破裂。
作为表示内燃机的运行量的参数，可以使用例如内燃机的旋转速度的时间积分值。在使用旋转速度的时间积分值时，以延迟模式控制加热器的期间，是从启动起直到内燃机的旋转速度的时间积分值达到预定值为止的期间。
或者，控制部，可以在倾斜信息表示车体的翻倒时，从启动起直到传感器元件的温度达到预定温度为止，以延迟模式控制加热器。在通过启动后的排气气体的热量使传感器元件的温度达到预定温度时，从外部进入排气管内的水充分减少，所以通过直到传感器元件的温度达到预定温度为止进行延迟模式下的控制，从而能够抑制氧传感器的覆水破裂。
传感器元件的温度，能够通过各种方法推定。例如，控制器可以基于设置在氧传感器的附近的温度传感器的测定值来推定传感器元件的温度，还可以基于传感器元件的内部电阻值推定传感器元件的温度。或者，控制器可以基于加热器的电阻值推定传感器元件的温度。此外，在传感器元件包括用于补偿传感器输出的温度依存性的温度补偿材料时，控制部可以基于温度补偿材料的电阻值来推定传感器元件的温度。
本发明所涉及的控制装置，适合用于控制内燃机的空燃比的空燃比控制装置。具备本发明所涉及的控制装置的空燃比控制装置，可以用于各种机动车辆，尤其适合用于机动二轮车等的鞍乘型车辆。在排气管在下游侧朝向斜上方延伸的鞍乘型车辆中，在扶起翻倒的车体后水容易滞留在氧传感器附近，所以使用本发明的意义重大。
根据本发明，能够抑制由于因车体的倾斜而引起的从外部进入排气管内的水所带来的氧传感器的覆水破裂。
附图说明
图1是示意地表示氧传感器的分解立体图。
图2是示意地表示本发明的优选实施方式中的控制装置的框图。
图3是用于说明本发明的优选实施方式中的控制装置的动作的流程图。
图4是用于说明本发明的优选实施方式中的控制装置的动作的流程图。
图5是用于说明本发明的优选实施方式中的控制装置的动作的流程图。
图6是用于说明本发明的优选实施方式中的控制装置的动作的流程图。
图7是用于说明本发明的优选实施方式中的控制装置的动作的流程图。
图8是用于说明本发明的优选实施方式中的控制装置的动作的时间图，其表示出在启动时进行通常模式下的控制的情况。
图9是用于说明本发明的优选实施方式中的控制装置的动作的时间图，其表示在启动时进行延迟模式下的控制的情况。
图10是示意地表示具备本发明的优选实施方式中的控制装置的机动二轮车的图。
图11是示意地表示图10所示的机动二轮车中的内燃机的控制***的图。
图12是示意地表示现有的机动二轮车的例子的图
图13是示意地表示图12所示的机动二轮车所具备的内燃机、排气管、消音器以及氧传感器的图。
图14是沿图13中的14A-14A’线的剖视图。
图15是示意地表示图12所示的机动二轮车翻倒在水淹的地面上的状态的图。
图16是表示机动二轮车如图15所示那样翻倒时的消音器的截面的图。
图17是示意地表示在机动二轮车翻倒后将车体扶起后在排气管内有水滞留的状态的图。
符号说明
1     传感器元件
2     加热器
10    氧传感器
11    电阻-电压转换电路
12    定电流电路
13    两端电压检测电路
14    控制器
15    倾斜传感器(倾斜检测部)
16    曲轴角度传感器
17    排气温度传感器
20C   CPU(控制部)
21    ROM
22    RAM(存储部)
100   控制部
300   机动二轮车
314   内燃机(发动机)
323     排气管
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，本发明不限定于下面的实施方式。
在进行本实施方式中的控制装置的说明之前，首先，参照图1，说明控制对象即机动车辆氧传感器的结构。图1所示的氧传感器10具备传感器元件1和使传感器元件1升温的加热器2。
传感器元件1，检测与传感器元件1接触的周围所含的氧的浓度、量。图1所例示的传感器元件1，是所谓电阻型，具有氧化物半导体层3、检测氧化物半导体层3的电阻值的电极4和支撑它们的基板5。
氧化物半导体层3，具有多孔质结构，与周围气体的氧分压相对应地放出或吸收氧。由此，氧化物半导体层3中的氧浓度变化，氧化物半导体层3的电阻值(电阻率)变化。作为氧化物半导体层3的材料，能够使用二氧化钛、氧化铈。从耐久性、稳定性的观点出发，优选，氧化物半导体层3包括50wt％以上的氧化铈。
电极4接触氧化物半导体层3地设置。电极4，例如由白金、白金铑合金、金等的金属材料形成。此外，电极4，为了能够高效地计测氧化物半导体层3的电阻值，优选，如图1所示，形成为梳齿状。
基板5具有相互相对的主面5a以及背面5b，在主面5a上设置有氧化物半导体层3以及电极4。基板5由氧化铝、氧化镁等的绝缘体(优选陶瓷材料)形成。
加热器2是利用电阻损失进行加热的电阻加热型的加热元件。加热器2，具体而言，是由白金、钨等的金属材料、氧化铼等的良导体氧化物形成的电阻体。通过利用加热器2使传感器元件1升温，能够使氧化物半导体层3快速活性化。
此外，加热器2，其电阻值与温度相对应地变化。因此，通过测定加热器2的电阻值，能够检测出加热器2的温度。加热器2与传感器元件1接触，所以通过检测出加热器2的温度，也能够检测出传感器元件1的温度。即，加热器2不仅作为使传感器元件1升温的“加热元件”使用，而且作为检测加热器2、传感器元件1的温度的“温度检测元件”使用。
加热器2被设置在基板5的背面5b侧。如图1所示，加热器2的两端连接于电极6a以及6b。电极6a以及6b，用于对加热器2供给电力(用于加热的通电)，也用于测定加热器2的电阻值而检测加热器2的温度。优选，电极6a以及6b与加热器2形成为一体。
另外，这里虽未图示，但优选，在氧化物半导体层3上设有催化剂层。催化剂层包括催化剂金属，通过催化剂金属的催化作用分解应该检测的气体(即氧气)以外的至少一种物质。具体而言，分解对由传感器元件1进行的氧的检测有恶劣影响的气体、微粒子(例如没有完全燃烧的碳氢化合物、碳、氮氧化物等)，防止这样的气体、微粒子附着在氧化物半导体层3的表面。作为催化剂金属，使用例如白金。
上述机动车辆用氧传感器10，被设置在来自内燃机的排气气体所通过的排气管内，检测出排气气体中的氧浓度。另外，典型的，氧传感器10具有收纳传感器元件1、加热器2的壳体(未图示)，其连同壳体被固定于排气管。从壳体的前端露出有传感器元件1的前端部(设有氧化物半导体层3的区域)，设有覆盖部件(未图示)以覆盖该露出部分。覆盖部件形成有用于将排气气体导入内部的开口部(通气孔)。这里例示了电阻型的传感器元件1，但也可以使用具备固体电解质层的电动势型的传感器元件。电动势型的传感器元件，在例如专利文献1中公开。
接着，参照图2，对本实施方式中的控制装置100进行说明。控制装置100，是用于对图1所示的具备传感器元件1以及加热器2的氧传感器10进行控制的装置。传感器元件1经由电极4与控制装置100电连接，加热器2经由电极6a以及6b与控制装置100电连接。此外，控制装置100也是用于对机动车辆的内燃机进行控制的内燃机控制装置。即，在本实施方式中，内燃机控制装置也可以作为控制氧传感器10的装置发挥作用。
本实施方式中的控制装置100具备：检测车体的倾斜的倾斜检测部；存储与倾斜检测部的检测结果相对应的倾斜信息的存储部；和基于存储部所存储的倾斜信息对加热器2进行控制的控制部。在图2所例示的结构中，后述的倾斜传感器15、随机访问存储器(RAM)22以及中央运算处理单元(CPU)20分别相当于倾斜检测部、存储部以及控制部。
控制装置100的控制部，在内燃机的启动时，基于倾斜信息，以包括通常模式以及延迟模式的多种模式中的任意一种对加热器进行控制。通常模式是用于对加热器2加热的通电按照通常那样进行的模式。与此相对，延迟模式是使升温比通常模式延迟的模式。即，在延迟模式下进行对加热器2的通电，以使升温开始的定时、升温速度比通常模式慢。另外，也可以是通常模式以及延迟模式以外的模式。
本实施方式中的控制装置100具有这样的控制部，所以在检测出预定以上的倾斜后的启动时(即水从外部进入排气管内的可能性高的时候)，能够以延迟模式对加热器2进行控制。因此，能够抑制由于因车体的倾斜所引起的进入排气管内的水所带来的氧传感器10的覆水破裂。
下面，说明控制装置100的更加具体的结构。
控制装置100，如图2所示，具备：与传感器元件1连接的电阻-电压转换电路11；与加热器2连接的定电流电路12以及两端电压检测电路13；和获得电阻-电压转换电路11以及两端电压检测电路13的输出的控制器14。本实施方式的控制器14由单片机构成。
控制装置100还具有：包括倾斜传感器15、曲轴角度传感器16以及排气温度传感器17的各种传感器(节气门开度传感器、水温传感器等没有图示)，和与这些传感器连接的传感器输入电路18。倾斜传感器15检测车体的倾斜。此外，曲轴角度传感器16检测曲轴的旋转角，排气温度传感器17检测排气气体的温度。传感器输入电路18的输出也被输入控制器14。此外，执行器输出电路19连接于控制器14，通过执行器输出电路19的输出控制内燃机各部的动作。
控制器14，如上所述，由单片机构成，具备CPU20、只读存储器(ROM)21、RAM22、定时器23、传感器I/F(电流/频率)(接口)电路24和执行器I/F电路25等。来自CPU20的指令、从ROM21读取的数据等的交换经由数据总线26进行。传感器I/F电路24包括模拟数字转换器(ADC)、定时器和端口等，与传感器输入电路18连接。执行器I/F电路25包括数据模拟转换器(DAC)、定时器和端口等，与执行器输出电路19连接。
电阻-电压转换电路11，计测传感器元件1的内部电阻值、即氧化物半导体层3的电阻值Rg，输出与计测的电阻值Rg相对应的电压(电阻-电压转换)。电阻-电压转换电路11，通过在控制器14的内部产生而从端口27给与的数据(例如两位(bit)数据)予以控制。通过利用电阻-电压转换电路11计测氧化物半导体层3的电阻值Rg，能够求出周围气体中的氧浓度。与传感器元件1连接的电阻-电压转换电路11的输出(电压)经由选择器28被输入至ADC29。与电阻-电压转换电路11的输出(模拟值)相对应的数字值(表示氧浓度的值)从ADC29被输出至数据总线26。
两端电压检测电路13，检测出在对加热器2供给预定大小的电流(定电流)I时的施加于加热器2的两端的电压(两端电压)VR。因为加热器2的两端电压VR依存于温度，所以能够根据检测出的电压的值来确定加热器2的温度。因为加热器2与传感器元件1相接触，所以如果检测出加热器2的温度并将加热器2的温度控制在预定范围内，则能够将传感器元件1的温度(还有经由薄基板5与加热器2热接触的氧化物半导体层3的温度)控制在适当的范围内。
控制装置100，除了向加热器2供给定电流的定电流电路12，还具备产生控制装置100内的各电子电路的动作所必需的电源电压的电源电路30，电源电路30连接于+12V的电源(蓄电池)。从电压供给至加热器2的电流被用于加热加热器2，与此相对，从定电流电路12供给至加热器2的电流，被用于计测加热器2的电阻值。另外，控制装置100与电源的电连接的接通/断开，由机动车辆的主开关SW切换。
加热器2，通过控制器14的端口31经由栅极驱动32切换半导体元件开关元件33的导通/截止，经由图1所示的电极6a以及6b选择性地连接于+12V的电源或定电流电路12。在对加热器2进行加热时，加热器2与电源连接，在计测加热器2的温度时，通过半导体开关元件33将加热器2的连接对象从电源切换为定电流电路12。从定电流电路12供给的微弱的电流的大小，由DAC34的输出电压控制。
当加热器2连接于定电流电路12时，从定电流电路12向加热器2流入具有预定大小的电流I，通过两端电压检测电路13检测出加热器2的两端电压VR。从定电流电路12供给的电流I是加热器2不会被实质性加热的大小(例如数十mA)的微弱的电流。能够在短时间内(例如1ms至5ms左右)进行两端电压VR的检测。因为在加热器2的两端电压VR与温度之间存在预定的关系，所以能够基于检测出的电压的值，推定加热器2的温度(也与传感器元件1的温度相对应)。
例如，将加热器2的两端电压VR与0℃时的两端电压VT进行差动放大(A倍)后所得的电压Vh在ADC29中进行模拟数字转换，用控制器14(单片机)的程序计算温度。0℃时的两端电压VT，通过对控制器14的端口35的输出电压进行分压而得。
另外，在本实施方式中，通过一个ADC29，对电阻-电压转换电路11以及两端电压检测电路13中的任意一方的输出实施模拟数字转换。因为计测传感器元件1的内部电阻值Rg的定时以及检测加热器2的两端电压VR的定时相互错开，所以通过选择器28所进行的切换动作，能够使用一个ADC29高效地进行各种模拟数字转换。
在控制装置100中，为了控制加热器2的温度，选择性地执行进行用于对加热器2加热的通电的通电动作，和为了停止用于对加热器2加热的通电的断电动作。通过执行通电动作，能够使加热器2的温度上升，使传感器元件1升温。此外，通过执行断电动作，能够使加热器2的温度降低，使传感器元件1降温。只不过，在使传感器元件1升温时，不仅进行通电动作，还周期性地且短周期性地进行断电动作。在升温时也执行断电动作是为了测定加热器2的温度。在控制部执行断电动作的期间(即停止为了对加热器2加热的通电的期间)，定电流从定电流电路12流向加热器2，通过两端电压检测电路13检测此时的加热器2的两端电压。基于检测出的电压确定加热器2的温度，能够对加热器2的通电状态进行调节，以使加热器2的温度具有预定范围内的值。
通过以上结构，控制装置100，能够控制加热器2而适当地管理传感器元件1的温度，并进行由氧传感器10所进行的氧浓度的检测。下面，更加具体地说明在本实施方式中的控制装置100的控制部(CPU20)在启动时控制加热器2时的多种模式。
控制装置100的控制部(CPU20)，如上所述，在启动时基于存储部(RAM22)所存储的倾斜信息，以通常模式或延迟模式控制加热器2。更加具体而言，控制部，在倾斜信息表示车体翻倒时，进行延迟模式下的控制。换言之，控制部，在倾斜信息表示车体翻倒时，与倾斜信息未表示车体的翻倒时相比，暂时抑制对加热器2的投入电力。
首先，参照图3，说明由倾斜传感器15所进行的倾斜检测动作。首先，基于倾斜传感器15的检测结果，判定车体的倾斜角度是否在预定值以上，判定车体是否翻倒(步骤S1)。在倾斜角度在预定值以上时，在RAM22中存储表示翻倒的倾斜信息(步骤S2)，之后，停止对内燃机等的通电(也包括对氧传感器10的加热器2的通电)(步骤S3)。另一方面，在倾斜角小于预定值时，在RAM22中存储不表示翻倒的倾斜信息(步骤S4)，之后，再次进行判定步骤S1。
作为翻倒判定的阈值，较典型的是使用车体的最大倾斜角度。车体的最大倾斜角，是指在行驶中车体已无法进一步放倒的角度，具体而言是指车体倾斜时最先与地面接触的部件(脚蹬等)与地面接触时的角度。当然，也可以将比最大倾斜角小的值作为阈值。
存储部即RAM22中所存储的倾斜信息，也可以包括倾斜角度是否在预定值以上、即是否发生了翻倒的判定结果。因此，倾斜信息并非必须包括车体的倾斜角本身。
作为倾斜传感器15，可以使用例如日本专利第3512392号公报所公开的传感器。上述公报所公开的倾斜传感器具备：随着车体的倾斜而摆动、局部包括磁场区域(产生磁场的区域)的摆，和用于检测摆的磁场区域相对于倾斜传感器主体是否位于预定的位置的磁力传感器。另外，倾斜检测部只要是能够检测出车体的倾斜的设备即可，不限定于例示的倾斜传感器。可以将陀螺仪表、用于检测与接地面的接触的接触开关等作为倾斜检测部使用。
接着，参照图4，对启动时的控制装置100的动作进行说明。当将内燃机设定为可运行状态(即进行对控制装置100的通电)的主开关SW接通(即进行启动操作)时，判定是否存储有表示翻倒的倾斜信息(步骤S11)。当没有存储表示倾斜的倾斜信息时(即不是翻倒后的再次启动操作时)，开始通常模式下的加热器2的控制(步骤S12)。另一方面，当存储有表示翻倒的倾斜信息时(即是翻倒后的再次启动操作时)，开始延迟模式下的加热器2的控制(步骤S13)。
在延迟模式下，升温比通常模式延迟。即，在延迟模式下，进行用于对加热器2加热的通电，以使升温开始的定时、升温速度比通常模式的慢。较典型的是，控制部在延迟模式下不进行用于对加热器2加热的通电。如果完全不进行用于加热的通电，则当然也不会通过加热器2进行升温，所以能够使升温比通常模式延迟。
当然，只要能够使升温比通常模式充分延迟，可以稍微进行用于加热的通电。通常模式下的加热器的通电率，典型的是60％～100％左右，所以通过在延迟模式下将加热器2的通电率设在10％以下，能够使升温比通常模式充分延迟。另外，加热器2的“通电率”是在预定时间内实际进行用于加热的通电的时间(进行接通动作的时间)的比例(即“通电时间”)。从更加可靠地防止氧传感器10的破损(覆水破裂)的观点出发，更加优选延迟模式下的通电率(通电时间)在5％以下，最为优选实质上为0％(即不进行用于加热的通电)。此外，也可以取代使通电率减低而通过使对加热器2的施加电压降低，或者两者兼用，从而使升温延迟。
接着，以控制部在延迟模式下完全不进行用于加热的通电的情况为例，参照图5至图8对控制部的动作的具体例子进行说明。
在图5所示的例子中，控制部，在倾斜信息表示车体的翻倒时，从启动起直到经过预定时间为止，以延迟模式对加热器2进行控制。具体而言，首先，当主开关SW接通时，判定是否存储有表示翻倒的倾斜信息(步骤S21)。在未存储有表示翻倒信息的倾斜信息的情况下，开始在通常模式下的加热器2的控制，开始用于对加热器2加热的通电(步骤S22)。
另一方面，在存储有表示翻倒的倾斜信息时，开始在延迟模式下的加热器2的控制。具体而言，通电延迟计数递增(即延迟计数值增加)(步骤S23)。接着，判定延迟计数值是否为与预定时间(作为使通电开始延迟的时间而预先设定)相对应的预定值以上(步骤S24)。
在预定计数值小于预定值时，再次进行通电延迟计数的递增(步骤S23)，进行延迟计数值的判定(步骤S24)。与此相对，当延迟计数值在预定值以上时，延迟模式下的控制结束，开始用于对加热器2加热的通电(步骤S25)。使通电开始延迟的时间(即加热器2的待机时间)，被设定为通过启动后的排气气体的流动而减少在排气管内滞留的水所需的足够长的时间，例如为10秒到30秒之间。另外，延迟时间的计数，也可以不在主开关SW接通的时刻，而是在启动马达开启的时刻开始进行。
这样，在翻倒后的再启动时(即倾斜信息表示车体的翻倒时)，从启动到经过预定时间为止以延迟模式对加热器2进行控制，则在排气管内的水的滞留量充分地减少之后由加热器2进行正式的升温，所以能够抑制氧传感器10的覆水破裂。
还有，如图6所示，在倾斜信息表示车体的翻倒时，控制部可以在从启动到内燃机的运行量达到预定量为止的期间，以延迟模式对加热器2进行控制。内燃机的运行量越大，从外部进入排气管内的水就越会减少，因此通过进行延迟模式下的控制直到运行量达到预定量，从而能够抑制氧传感器10的覆水破裂。
作为表示内燃机的运行量的参数，例如如图6所示，可以使用内燃机的转速的时间积分值。在使用转速的时间积分值时，以延迟模式控制加热器2的期间是从启动起到内燃机的转速的时间积分值达到预定值的期间。
在图6所示的例子中，首先，当主开关SW接通时，判定是否存储有表示翻倒的倾斜信息(步骤S31)。在未存储有表示翻倒的倾斜信息时，开始通常模式下的加热器2的控制，开始用于对加热器2加热的通电(步骤S32)。
另一方面，在存储有表示翻倒的倾斜信息的情况下，开始延迟模式下的加热器2的控制。具体而言，首先，进行内燃机的转速的时间积分值(相当于累计转速)的计算(步骤S33)。通过曲轴角度传感器16检测内燃机的转速。在将转速设为R、转速的时间积分值设为SR时，能够按各单位时间对转速R进行加法计算而求出时间积分值SR(即如果将一个单位时间前的时间积分值设为SRP，则SR＝SRP+R)。接着，判定时间积分值SR是否在预定值以上(步骤S34)。判定基准的预定值，作为使通电开始延迟的基准的运行量而预先设定。另外，内燃机的运行量，可以通过对从曲轴角度传感器16输出的脉冲信号本身进行计数而算出来。
在时间积分值SR小于预定值时，再次进行转速的时间积分值SR的计算(步骤S33)，进行时间积分值SR的判定(步骤S34)。与此相对，在时间积分值SR为预定值以上时，结束延迟模式下的控制，开始用于对加热器2加热的通电(步骤S35)。成为使通电开始延迟的基准的运行量，被设定为水的滞留量充分减少的量。
这样，在翻倒后的再次启动时(即倾斜信息表示车体的翻倒时)，在内燃机的运行量达到预定量为止的期间，以延迟模式对加热器2进行控制，则在排气管内的水的滞留量充分地减少后进行由加热器所进行的正式的升温，所以能够抑制氧传感器10的覆水破裂。
或者，如图7所示，控制部，在倾斜信息表示车体的翻倒时，可以从启动到传感器元件1的温度达到预定温度为止，以延迟模式控制加热器2。在传感器元件1的温度达到预定温度时，通过启动后的排气气体而使从外部进入排气管内的水充分减少，所以通过进行延迟模式下的控制直到传感器元件1的温度达到预定温度为止，从而能够抑制氧传感器10的覆水破裂。
在图7所示的例子中，首先，当主开关SW接通时，判定是否存储有表示翻倒的倾斜信息(步骤S41)。在未存储有表示翻倒的倾斜信息时，开始在通常模式下的加热器2的控制，立刻开始用于对加热器2加热的通电(步骤S42)。
另一方面，在存储有表示翻倒的倾斜信息的情况下，开始延迟模式下的加热器2的控制。具体而言，首先，进行传感器元件1的温度的推定(步骤S43)。关于推定传感器元件1的温度的方法，将在后面叙述。接着，判定传感器元件1的温度是否在预定温度以上(步骤S44)。成为判定基准的预定温度，作为成为使通电开始延迟的基准的温度而预先设定。
在传感器元件1的温度低于预定温度的情况下，再次进行传感器元件1的温度的推定(步骤S43)以及判定(步骤S44)。与此相对，在传感器元件1的温度在预定温度以上的情况下，结束延迟模式下的控制，开始用于对加热器2加热的通电(步骤S45)。成为使通电开始延迟的基准的温度，设定为使水的滞留量充分减少的温度，例如200℃。
这样，在翻倒后的再启动时(即倾斜信息表示车体的翻倒时)，以延迟模式控制加热器2直到传感器元件1的温度达到预定温度为止，则在排气管内的水的滞留量充分减少后进行由加热器2所进行的正式的升温，所以能够抑制氧传感器10的覆水破裂。
在此，说明推定传感器元件1的温度的方法。
控制装置100的控制部，例如，可以基于设置在氧传感器10的附近的温度传感器的测定值来推定传感器元件1的温度。作为这样的温度传感器，可以使用图2所示那样的排气温度传感器17。从正确推定传感器元件1的温度的观点出发，优选，在排气管内排气温度传感器17的设置位置与氧传感器10的设置位置的距离短。具体而言，通过使该距离为500mm以下，能够以足够高的精度推定传感器元件1的温度。另外，优选，将排气温度传感器17配置在氧传感器10和催化剂(典型的是三元催化剂)之间。
或者，控制部可以基于传感器元件1的内部电阻推定传感器元件1的温度。在图1例示的那样的电阻型的传感器元件1中，传感器元件1的内部电阻值是指氧化物半导体层3的电阻值。氧化物半导体层3的电阻值，除了氧分压依存性外，还具有温度依存性。此外，在启动时氧化物半导体层3尚未活性化，在理论空燃比附近的反馈控制是很困难的，所以进行未基于从氧传感器10输出的检测信号(表示氧浓度)的反馈前馈控制。具体而言，进行空燃比控制，以使空燃比成为较浓侧的适当的值。因此，此时的排气气体中的氧分压大体一定。因此，通过检测氧化物半导体层3的电阻值，能够推定传感器元件1的温度。此外，在电动势型的传感器元件中，传感器元件的内部电阻值是指固体电解质层的电阻值。固体电解质层的电阻值也具有温度依存性，所以通过检测固体电解质层的电阻值，能够推定传感器元件的温度。
另外，在设置有本实施方式所例示那样的其电阻值具有温度依存性的加热器2的情况下，控制部也可以基于加热器2的电阻值来推定传感器元件1的温度。因为加热器2和传感器元件1接触，所以通过根据加热器2的电阻值推定加热器2的温度，能够推定传感器元件1的温度。
此外，在传感器元件1包括用于对传感器输出的温度依存性进行补偿的温度补偿材料的情况下，控制部也可以基于温度补偿材料的电阻值推定传感器元件1的温度。用于对传感器输出的温度依存性进行补偿的温度补偿材料在例如特开2004-85549号公报中已有公开。该公报所公开的温度补偿材料是电阻型的传感器元件用的温度补偿材料。氧化物半导体的电阻值，对温度和氧分压的双方具有依存性，与此相对，由氧离子导体形成的温度补偿材料的电阻值，虽然对温度具有依存性，但对氧分压几乎没有依存性。选择氧化物半导体层以及温度补偿材料的材料，使得氧化物半导体层的电阻值的温度依存性和温度补偿材料的电阻值的温度依存性尽可能相同。通过将这样的温度补偿材料和氧化物半导体层设置在同一基板上(而且还具有电串联连接关系)，能够补偿传感器输出的温度依存性。如上所述，温度补偿材料的电阻值具有温度依存性，通过检测温度补偿材料的电阻值，能够推定传感器元件1的温度。
这里，参照时间图，更加具体地说明本实施方式中的控制装置100的动作。
图8是启动时进行通常模式下的控制的情况的时间图。如图8所示，在非翻倒后的再启动而是通常的启动时，表示发生了翻倒的标志(翻倒标志)、禁止按照通常那样进行通电的标志(通常通电禁止标志)未立起(即尚为关闭(OFF))。因此，在接通主开关SW的同时(即与启动同时)，开始以通常模式控制加热器2(图8中的时刻t1)。
另外，如图8所示，启动马达(cell motor)起动(开启(ON))的时刻比接通主开关SW的时刻稍晚(图8中的时刻t2)，内燃机起动(开启(ON))的时刻比启动马达起动的时刻稍晚(图8中的时刻t3)。此外，在内燃机起动的同时，开始内燃机的运行量(例如转速的时间积分值)的计数开始，但图8所示的例子，并非翻倒后的再启动，所以不管运行量是否在阈值以上，都以通常模式控制加热器2。
图9是在启动时进行延迟模式下的控制的情况下的时间图。即，图9表示车体翻倒、之后驾驶者扶起车体再次启动的情况。如图9所示，首先，在发生车体的翻倒、通过倾斜传感器15所检测出的倾斜超过用于翻倒判定的阈值时(图9中的时刻t1)，翻倒标志、通常通电禁止标志立起(即变为开启(ON))。此外，此时(发生了翻倒时)，内燃机停止，也停止对加热器2的通电(即两方都关闭(OFF))。
接着，当一旦断开主开关SW而扶起车体(即开始再次启动的准备)时，通过倾斜传感器15所检测出的倾斜为零(图9中的时刻t2)。接着，当再次接通主开关SW时(即再次启动时)，通常通电禁止标志立起，所以开始以延迟模式控制加热器2(图9中的时刻t3)。此时，翻倒标记降下。
之后，启动马达被起动(图9中的时刻t4)，接着，起动内燃机(图9中的时刻t5)。与内燃机的起动同时，开始内燃机的运行量的计数。当运行量在阈值以上时，通常通电禁止标志降下(图9中的时刻t6)。由此，结束延迟模式下的控制，开始通常模式下的控制(即按照通常那样进行用于加热的通电)。
如上所述，本实施方式中的控制装置100，具有在启动时基于倾斜信息以包括通常模式以及延迟模式的多种模式中的任意一种对加热器进行控制的控制部，由此能够抑制氧传感器10的覆水破裂。
接着，说明具备本实施方式中的控制装置100的机动车辆的例子。本实施方式中的控制装置100，适合用于例如图10所示的机动二轮车300。
图10所示的机动二轮车300，具备作为车体的骨架的框架302。框架302包括：转向前管303、一对主管304(仅图示一方)以及一对座位导轨305(仅图示一方)。
转向前管303，位于框架302的前端，经由前叉306支撑前轮307。各主管304从转向前管303向后方延伸。主管304由前半部304a、后半部304b以及位于它们之间的中间部304c构成。前半部304a，从转向前管303向斜下方延伸。中间部304c从前半部304a的下端大致水平延伸。后半部304b，从中间部304c的后端向斜上方延伸。
座位导轨305架设在主管304的前半部304a和后半部304b之间。座位导轨305支撑座位308。座位308的下端与车体盖309连接。框架302由该车体盖309覆盖。
在各主管304的中间部304c上固定有后臂托架310。后臂托架310从主管304的中间部304c向下方突出。后臂托架310支撑后臂311。后臂311从后臂托架310向后方突出。该后臂311的后端部支撑着后轮312。
框架302支撑驱动后轮312的动力单元313。动力单元313具备：作为驱动源的内燃机(发电机)314和带式连续无级变速装置(没有图示)。动力单元313在车体盖309的下部被覆盖而隐藏。
内燃机314悬架于主管304的前半部304a。内燃机314具备曲轴壳体316和与该曲轴壳体316连接的气缸317。
曲轴壳体316收纳有曲轴318以及齿轮减速器(没有图示)。曲轴318经由轴承(没有图示)由曲轴壳体316支持，并且沿着机动二轮车300的车宽方向水平地配置。齿轮减速器，其输出端具有驱动链轮齿320。驱动链轮齿320位于曲轴318的后方。在驱动链轮齿320和后轮312的从动链轮齿321之间卷挂有链条322。
内燃机314的气缸317，从曲轴壳体316以沿主管304的前半部304a的方式向上突出。气缸317中收纳有活塞(没有图示)。
内燃机314的排气口与排气管323连接。排气管323设置有排气温度传感器17以及氧传感器10。排气管323，在下游侧朝向斜上方(即从水平方向朝上侧倾斜的方向)延伸。氧传感器10的前端部露出在排气管323的排气气体所通过的通路内，氧传感器10检测排气气体中的氧浓度。在氧传感器10中安装有图1所示的加热器2，通过在内燃机314的启动时通过加热器2使传感器元件1升温(在通常模式下例如在5秒内升温至700℃)，从而提高氧化物半导体层3的检测灵敏度。
图11表示内燃机314的控制***的主要结构。在内燃机314的气缸317设有吸气阀330、排气阀331以及火花塞332。还有，设置有计测对内燃机314进行冷却的冷却水的水温的水温传感器333。吸气阀330，连接于具有空气吸入口的吸气管334。在吸气管334中设置有空气流量计335、节气门336、节气门开度传感器336a以及燃料喷射装置337。另外，也可以取代空气流量计335，在节气门336和吸气阀330之间设置负压传感器来测定吸气量。
空气流量计335、节气门开度传感器336a、燃料喷射装置337、水温传感器333、火花塞332、氧传感器10以及排气温度17连接于ECU(电子控制单元)338。表示机动二轮车300的速度的车速信号339也被输入ECU338。ECU338包括图2所示的控制装置100的大部分(各种传感器以外的部分)。通过主开关SW接通/断开控制从蓄电池BT向ECU338的通电。
当驾驶者通过没有图示的启动马达启动内燃机314时，ECU338基于从空气流量计335、节气门开度传感器336a、水温传感器333以及排气温度传感器17所得的检测信号以及车速信号339，计算最适合的燃料量，基于该计算结果，向燃料喷射装置337输出控制信号。从燃料控制装置337喷射出的燃料，与从吸气管334供给的空气混合，经由在适当的定时开闭的吸气阀330向气缸317喷出。在气缸317中，喷出的燃料燃烧变为排气气体，经由排气阀331向排气管323导出。在排气管323中，除了氧传感器10、排气温度传感器17，还设置有三元催化剂340以及消音器341。
氧传感器10检测排气气体中的氧，向ECU338输出检测信号。ECU338，基于来自氧传感器10的信号，判断空燃比从理想空燃比偏离怎样的程度。接着，相对于根据从空气流量计335以及节气门开度传感器336a得到的信号确定的空气量，控制从燃料喷射装置337喷出的燃料量，以使空燃比成为理想空燃比。这样，通过包括氧传感器10和与氧传感器10连接的ECU338的空燃比控制装置，适当控制内燃机的空燃比。
另外，图11所示的ECU338和各种传感器作为图2所示的控制装置100发挥作用。即，控制装置100的传感器以外的主要构成要素(构成控制器14的微型计算机等)被搭载在ECU338上。
在具备本实施方式中的控制装置100的机动二轮车300中，抑制了氧传感器10的覆水破裂，所以氧传感器10的寿命长。因此，能够长期以适当的空燃比混合燃料以及空气，使燃料以最适当的条件燃烧。
另外，本发明的控制装置不限于例示的机动二轮车，能够应用于全部的机动车辆，但特别优选用于鞍乘型车辆。对于驾驶者跨乘的鞍乘型车辆(不仅是机动二轮车、机动三轮车，还包括手推车等的ATV(All terrainVehicle，沙滩车，四轮全地形车))，容易发生翻倒，水容易进入排气管，所以使用本发明的意义很大。对于排气管在下游侧向斜上方延伸的鞍乘型车辆(例如图10所示的机动二轮车300)，在扶起翻倒的车体后，水容易滞留在氧传感器附近，所以使用本发明的意义很大。
根据本发明，提供能够抑制由于因车体的倾斜而从外部进入排气管内的水所导致的氧传感器的覆水破裂的控制装置。本发明所涉及的控制装置，适合用于机动车辆的空燃比控制装置。

Claims (14)

1.一种控制装置，其用于对具备传感器元件以及使所述传感器元件升温的加热器的机动车辆用氧传感器进行控制，该控制装置具备：
对车体的倾斜进行检测的倾斜检测部；
存储与所述倾斜检测部的检测结果相对应的倾斜信息的存储部；和
控制部，该控制部在启动时基于所述存储部存储的所述倾斜信息，以包括通常模式以及使升温比所述通常模式延迟的延迟模式的多种模式中的任意一种，对所述加热器进行控制。
2.根据权利要求1所记载的控制装置，其中，
所述控制部，在所述延迟模式下使对所述加热器的通电率为10％以下。
3.根据权利要求1或2所记载的控制装置，其中，
所述控制部，在所述延迟模式下不进行用于对所述加热器加热的通电。
4.根据权利要求1至3中任一项所记载的控制装置，其中，
所述控制部，在所述倾斜信息表示车体的翻倒时，从启动起直到经过预定时间为止，以所述延迟模式控制所述加热器。
5.根据权利要求1至3中任一项所记载的控制装置，其中，
所述控制部，在所述倾斜信息表示车体的翻倒时，从启动起直到内燃机的运行量达到预定量的期间为止，以所述延迟模式控制所述加热器。
6.根据权利要求5所记载的控制装置，其中，
所述期间是从启动起直到内燃机的旋转速度的时间积分值达到预定值为止的期间。
7.根据权利要求1至3中任一项所记载的控制装置，其中，
所述控制部，在所述倾斜信息表示车体的翻倒时，从启动起直到所述传感器元件的温度达到预定温度为止，以所述延迟模式控制所述加热器。
8.根据权利要求7所记载的控制装置，其中，
所述控制部，基于所述传感器元件的内部电阻值推定所述传感器元件的温度。
9.根据权利要求7所记载的控制装置，其中，
所述控制部，基于所述加热器的电阻值推定所述传感器元件的温度。
10.一种控制装置，其用于对具备传感器元件以及使所述传感器元件升温的加热器的机动车辆用氧传感器进行控制，该控制装置具备：
对车体的倾斜进行检测的倾斜检测部；
存储与所述倾斜检测部的检测结果相对应的倾斜信息的存储部；和
在启动时基于所述存储部存储的所述倾斜信息对所述加热器进行控制的控制部，
所述控制部，在所述倾斜信息表示车体的翻倒时，与所述倾斜信息未表示车体的翻倒时相比，暂时抑制对所述加热器的投入电力。
11.一种空燃比控制装置，具备根据权利要求1至10中所记载的控制装置。
12.一种机动车辆，具备根据权利要求11所记载的空燃比控制装置。
13.根据权利要求12所记载的机动车辆，是鞍乘型车辆。
14.根据权利要求13所记载的机动车辆，
还具备排气管，
所述排气管，在下游侧朝向斜上方延伸。
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