JP2010237000A - Heater control device of gas sensor for internal combustion engine, and control device of internal combustion engine - Google Patents

Heater control device of gas sensor for internal combustion engine, and control device of internal combustion engine Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent exhaust emission degradation and drivability deterioration by obtaining a heater control device preventing output deviation caused by an exhaust gas component remaining in an exhaust pipe, and preventing cost increase caused by battery exhaustion or complication of a system. <P>SOLUTION: An ECU 13 for executing energization control of a heater 22 of a gas sensor 2 includes an output deviation prevention means for removing an adhering exhaust gas component by performing heater energization during stop of an engine. The output deviation prevention means knows beforehand a relation between a standing time after stop and an output deviation converging time at a restarting time by the exhaust gas component, and executes energization to the heater in heater energization execution times t1, t2 set so that the output deviation converging time does not exceed an allowable value based on the relation. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の排気管に取付けられたガスセンサのヒータへの通電を制御する装置と、これを有する内燃機関の制御装置に関するものである。   The present invention relates to a device for controlling energization to a heater of a gas sensor attached to an exhaust pipe of an internal combustion engine, and a control device for an internal combustion engine having the device.

車両エンジンは、排気管に設置したガスセンサによって、エンジン本体から排出される排気ガス中のガス成分濃度を検出し、エンジン各部を制御している。例えば、空燃比センサを用いた空燃比フィードバック制御では、空燃比センサの検出値が目標値となるように燃料噴射量等を制御して、エンジンの燃焼状態を最適化し、また有害成分の排出を抑制している。空燃比センサ等のガスセンサは、一般に、酸素イオン導電性固体電解質体を基材とし、一対の電極を設けたガス検出部と、ガス検出部を活性状態とするためのヒータを備え、一対の電極を排気側空間および大気側空間にそれぞれ配置することで、排気ガス成分濃度に応じた出力が得られる構成となっている。   The vehicle engine detects the gas component concentration in the exhaust gas discharged from the engine body by a gas sensor installed in the exhaust pipe, and controls each part of the engine. For example, in air-fuel ratio feedback control using an air-fuel ratio sensor, the fuel injection amount is controlled so that the detected value of the air-fuel ratio sensor becomes a target value, the engine combustion state is optimized, and harmful components are discharged. Suppressed. A gas sensor such as an air-fuel ratio sensor is generally provided with a gas detection unit using an oxygen ion conductive solid electrolyte as a base material, a pair of electrodes, and a heater for activating the gas detection unit. Are arranged in the exhaust side space and the atmosphere side space, respectively, so that an output corresponding to the exhaust gas component concentration can be obtained.

エンジン始動時には、速やかに空燃比フィードバック制御を開始するために、ヒータへの通電がなされガス検出部を活性化する。ところが、エンジン始動と同時にヒータ通電を開始すると、空燃比センサに付着していた排気ガス成分が気化してガス検出部近傍の雰囲気が変動する。この影響で、空燃比センサの出力が、エンジン始動時に実際の空燃比よりもリッチ側にずれた値となる問題が生じる。こうした問題は、エンジン停止と同時にヒータによる加熱が停止し、空燃比センサが冷却していく過程において、排気管内に残存する排気ガス成分が付着するために発生する。この出力ずれによって、空燃比センサを装着した車両のエミッションやドライバビリティ等が悪化する懸念がある。   When the engine is started, the heater is energized to activate the gas detector in order to start air-fuel ratio feedback control promptly. However, when the heater energization is started simultaneously with the engine start, the exhaust gas component adhering to the air-fuel ratio sensor is vaporized and the atmosphere in the vicinity of the gas detection unit changes. Due to this influence, there arises a problem that the output of the air-fuel ratio sensor becomes a value shifted to the rich side with respect to the actual air-fuel ratio when the engine is started. Such a problem occurs because the exhaust gas component remaining in the exhaust pipe adheres in the process in which the heating by the heater stops simultaneously with the engine stop and the air-fuel ratio sensor cools. Due to this output deviation, there is a concern that emissions, drivability, and the like of a vehicle equipped with an air-fuel ratio sensor deteriorate.

出力ずれの問題を解決するために、従来のプレヒート技術を応用することが検討されている。プレヒート技術は、エンジン始動前にガスセンサを活性温度まで上昇させることを目的として実施されるもので、例えば特許文献１に記載がある。具体的にはエンジン始動が予測された時、例えば、ドアの開操作および施錠解除、運転者の着座、イグニッションキーのキーシリンダー差込を検知した時点で、ヒータ通電を開始する手段が設けられ、早期に昇温させることにより、センサ素子に付着した排気ガス成分を燃焼除去可能となる。   In order to solve the problem of output deviation, it is considered to apply a conventional preheating technique. The preheat technology is implemented for the purpose of raising the gas sensor to the activation temperature before starting the engine, and is described in, for example, Patent Document 1. Specifically, when the engine start is predicted, for example, when a door opening operation and unlocking, a driver's seating, a key cylinder insertion of an ignition key is detected, a means for starting energization of the heater is provided, By raising the temperature early, the exhaust gas component adhering to the sensor element can be burned and removed.

ただしプレヒート実施後、エンジンが始動されなかった場合、何度もプレヒートが実施されることになり、バッテリ上がりの問題を生じる。このため、特許文献１の装置では、ドア開放検出とイグニッションキーの挿入とエンジン始動を組み合わせ、検出された状態やバッテリ電圧に応じた通電を実施して、バッテリ上がりを回避している。   However, if the engine is not started after the preheating, the preheating is performed many times, resulting in a problem of battery exhaustion. For this reason, in the apparatus of Patent Document 1, the door opening detection, the ignition key insertion, and the engine start are combined, and energization according to the detected state and the battery voltage is performed to avoid the battery running out.

また、特許文献２、３には、排気ガス成分の付着による出力への影響を考慮した制御装置が開示されている。特許文献２は、低温始動時の出力ずれを回避する目的で、空燃比センサの本活性状態および半活性状態を判定する手段を設け、半活性状態にある時には、空燃比センサ出力を理論空燃比にマスクして対応している(オープン制御)。マスク実施時間は、エンジン停止後からの放置時間により設定する。特許文献３は、エンジン始動後の経過時間（リーン時間）または吸入空気量の積算値を計数し、所定の回復判定値に達するまでは、センサ素子の目標温度を通常より高温の回復目標温度としてヒータを制御し、早期回復を図っている。   Patent Documents 2 and 3 disclose control devices that take into consideration the influence on the output due to the attachment of exhaust gas components. Patent Document 2 provides a means for determining the main active state and the semi-active state of the air-fuel ratio sensor for the purpose of avoiding output deviation at the time of low-temperature start. (Open control). The mask execution time is set by the time left after the engine is stopped. Patent Document 3 counts the elapsed time (lean time) after engine startup or the integrated value of the intake air amount, and sets the target temperature of the sensor element as a recovery target temperature higher than usual until a predetermined recovery judgment value is reached. The heater is controlled to achieve early recovery.

特開２００３−１９３８９７号公報JP 2003-193897 A 特開２００８−１３８５６９号公報JP 2008-138569 A 特開２００８−２５６７０７号公報JP 2008-256707 A

特許文献１の装置は、１回のサイクルにおいては、バッテリ上がりの問題が発生する可能性は低いものの、例えば、洗車等でドア開放が繰り返されるケースにおいては、ヒータ通電が何度も繰り返される。イグニッションキーの挿入でエンジン始動が無かった時にヒータ通電を止める場合も同様であり、バッテリ上がりを回避することは難しい。   In the apparatus of Patent Document 1, although there is a low possibility that the battery will run out in one cycle, for example, in the case where the door is repeatedly opened in a car wash or the like, the heater energization is repeated many times. The same applies to the case where the heater energization is stopped when the engine is not started by inserting the ignition key, and it is difficult to avoid battery exhaustion.

また、ドア開放の時点ではヒータ通電を開始せず、イグニッションキーの挿入でヒータ通電してエンジン始動が無い場合にヒータ通電を止める制御においても、ラジオ、オーディオのみのＯＮ、ＯＦＦ等で同様にバッテリ上がりが懸念される。さらに、バッテリ上がりの問題以外に、システムの複雑化によるコストアップ等の問題もある。   Also, when the door is opened, heater energization is not started, and the heater energization is performed by inserting the ignition key and the heater energization is stopped when the engine is not started. There is concern about the rise. In addition to the problem of running out of the battery, there is a problem of cost increase due to the complexity of the system.

一方、特許文献２の装置は、排気ガス成分の影響がある間、空燃比センサ出力を理論空燃比とみなすもので、出力ずれが収束するまでは実際の空燃比を反映した出力が得られない。このため、低温始動になりやすい環境では、マスク中に車両が発進することで、エミッションが悪化しやすい。   On the other hand, the apparatus of Patent Document 2 considers the air-fuel ratio sensor output as the theoretical air-fuel ratio while the exhaust gas component is affected, and an output reflecting the actual air-fuel ratio cannot be obtained until the output deviation converges. . For this reason, in an environment that tends to start at a low temperature, the emission of the vehicle tends to deteriorate due to the vehicle starting in the mask.

特許文献３の装置は、排気ガス成分の脱離は促進されるものの、特性が回復したと判定されるまでは、排気ガス成分による出力ずれが解消しない。このため、エンジン停止期間が長い場合は、エミッションを改善できず、また、エンジン始動時にセンサ温度を必要以上に高温とすることで、センサ素子に対する被水割れ発生率が増加する。さらに排気ガス成分の影響があるか否か、特性が回復したか否かを、エンジン停止から始動までの時間や、素子温度、雰囲気温度等から判断しており、システムの複雑化によるコストアップが問題となる。   Although the device of Patent Document 3 promotes the desorption of the exhaust gas component, the output deviation due to the exhaust gas component is not resolved until it is determined that the characteristics have been recovered. For this reason, when the engine stop period is long, the emission cannot be improved, and the incidence of water cracking on the sensor element increases by making the sensor temperature higher than necessary when starting the engine. Furthermore, it is judged from the time from engine stop to start, element temperature, ambient temperature, etc., whether there is an influence of exhaust gas components or whether the characteristics have been restored. It becomes a problem.

そこで、本願発明の目的は、排気管内に残存する排気ガス成分に起因する出力ずれを防止し、かつ頻繁な通電によるバッテリ上がりやシステムの複雑化によるコストアップといった問題を生じないヒータ制御装置を実現すること、そして、ガスセンサの出力に基づいて車両各部を制御することにより、排気エミッション悪化やドライバビリティ悪化を防止できる、簡易なシステムで信頼性の高い内燃機関の制御装置を提供することにある。   Therefore, the object of the present invention is to realize a heater control device that prevents output deviation due to exhaust gas components remaining in the exhaust pipe and that does not cause problems such as battery exhaustion due to frequent energization and system complexity. It is another object of the present invention to provide a highly reliable control apparatus for an internal combustion engine with a simple system that can prevent deterioration of exhaust emission and drivability by controlling each part of the vehicle based on the output of a gas sensor.

本願請求項１の発明は、内燃機関の排気管に設けられたガスセンサのヒータに対し通電制御をする内燃機関のガスセンサのヒータ制御装置であり、前記内燃機関の停止中に、前記ヒータへの通電を行って、前記ガスセンサに付着した排気ガス成分を脱離させる出力ずれ防止手段を備える。
前記出力ずれ防止手段は、
前記内燃機関の停止後の放置時間と、前記排気管内に残存する排気ガス成分による再始動時の前記ガスセンサの出力ずれ収束時間との関係を予め知り、該関係に基づいて、前記出力ずれ収束時間の許容値に対応する前記停止後の放置時間を超えないように設定されたヒータ通電実施時間ｔ１において、前記ヒータへの通電を実施することを特徴とする。 The invention of claim 1 of the present application is a heater control device for a gas sensor of an internal combustion engine that controls energization of a heater of a gas sensor provided in an exhaust pipe of the internal combustion engine, and energizes the heater while the internal combustion engine is stopped. And an output deviation preventing means for desorbing an exhaust gas component adhering to the gas sensor.
The output deviation prevention means is
Knowing in advance the relationship between the standing time after the internal combustion engine is stopped and the output deviation convergence time of the gas sensor at the time of restart due to the exhaust gas component remaining in the exhaust pipe, and based on this relationship, the output deviation convergence time The heater is energized at a heater energization time t1 set so as not to exceed the standing time after the stop corresponding to the allowable value.

本願請求項２の発明では、前記出力ずれ防止手段は、
前記ヒータ通電実施時間ｔ１における前記ヒータへの通電後の放置時間と前記出力ずれ収束時間との関係を予め知り、該関係に基づいて、前記出力ずれ収束時間の許容値に対応する前記通電後の放置時間を超えないように設定されたヒータ通電実施時間ｔ２において、前記ヒータへの通電を再実施する。 In the invention of claim 2 of the present application, the output deviation preventing means is
The relationship between the leaving time after energization of the heater at the heater energization time t1 and the output deviation convergence time is known in advance, and based on this relationship, the post-energization time corresponding to the allowable value of the output deviation convergence time The heater is energized again at the heater energization time t2 set so as not to exceed the standing time.

本願請求項３の発明では、前記出力ずれ防止手段は、
前記ヒータ通電実施時間ｔ１における前記ヒータへの通電後の放置時間と前記出力ずれ収束時間との関係を予め知り、該関係に基づいて、前記出力ずれ収束時間が安定し、前記排気管内の雰囲気がほぼ大気に置換されたとみなされる前記通電後の放置時間から設定されたヒータ通電実施時間ｔ２において、前記ヒータへの通電を再実施する。 In the invention of claim 3 of the present application, the output deviation preventing means is
The relationship between the leaving time after energizing the heater at the heater energization time t1 and the output deviation convergence time is known in advance, and based on this relationship, the output deviation convergence time is stabilized, and the atmosphere in the exhaust pipe is The heater is energized again at the heater energization time t2 set from the standing time after the energization, which is regarded as being almost replaced with the atmosphere.

本願請求項４の発明では、前記ヒータへの通電は、前記ガスセンサがセンサ使用温度域にて所定時間保持されるように実施する。   In the invention of claim 4 of the present application, energization of the heater is performed so that the gas sensor is held for a predetermined time in the sensor operating temperature range.

本願請求項５の発明では、前記ガスセンサの出力ずれ収束時間は、前記内燃機関の再始動時に前記ガスセンサの出力が安定するのに要する時間であり、前記出力ずれ収束時間の許容値は、前記ガスセンサの出力に基づくフィードバック制御開始時間に基づいて設定される。   In the invention of claim 5 of the present application, the output deviation convergence time of the gas sensor is a time required for the output of the gas sensor to be stabilized when the internal combustion engine is restarted, and the allowable value of the output deviation convergence time is the gas sensor. Is set based on the feedback control start time based on the output of.

本願請求項６の発明では、前記内燃機関の停止後の放置時間を計測するタイマ手段を備え、該タイマ手段の計測結果に基づいて、前記出力ずれ防止手段を作動させる。   According to the sixth aspect of the present invention, there is provided timer means for measuring the standing time after the internal combustion engine is stopped, and the output deviation preventing means is operated based on the measurement result of the timer means.

本願請求項７の発明では、前記内燃機関の停止後の放置時間と前記ガスセンサの温度および前記ガスセンサの出力ずれ収束時間との関係を予め知り、前記ガスセンサの温度を直接または間接的に検出する温度検出手段を設けて、該温度検出手段の出力に基づいて、前記出力ずれ防止手段を作動させる。   In the invention of claim 7 of the present application, a temperature at which the temperature of the gas sensor is directly or indirectly detected by knowing in advance the relationship between the standing time after the internal combustion engine is stopped, the temperature of the gas sensor, and the output deviation convergence time of the gas sensor. A detecting means is provided, and the output deviation preventing means is operated based on the output of the temperature detecting means.

本願請求項８の発明では、前記温度検出手段が、前記ガスセンサのインピーダンスまたはアドミタンス、前記ヒータの抵抗値、前記排気管内の排気温度、または前記内燃機関の冷却水温度に基づいて、前記ガスセンサの温度を検出する。   In the invention of claim 8, the temperature detecting means is configured to detect the temperature of the gas sensor based on the impedance or admittance of the gas sensor, the resistance value of the heater, the exhaust temperature in the exhaust pipe, or the cooling water temperature of the internal combustion engine. Is detected.

本願請求項９の発明は、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の内燃機関用ガスセンサのヒータ制御装置を備え、前記ガスセンサにより検出される排気ガス成分濃度が所定範囲となるようにフィードバック制御を実施する内燃機関の制御装置である。   The invention of claim 9 includes the heater control device for a gas sensor for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 8, and feeds back the exhaust gas component concentration detected by the gas sensor within a predetermined range. 1 is a control device for an internal combustion engine that performs control.

本願請求項１の発明によれば、出力ずれ防止手段が、内燃機関の停止中にヒータ通電を実施し、ガスセンサに付着した排気ガス成分を燃焼させるので、再始動時や始動直前に複雑な制御を行うことなく、ガスセンサの出力ずれを防止できる。特に、内燃機関の停止後の放置時間と、排気管内の燃料成分による再始動時の出力ずれの関係に着目し、出力ずれ収束時間の許容値からヒータ通電実施時間ｔ１を設定したので、再始動までの放置時間が短ければ出力ずれ防止手段は作動させず、不必要なヒータ通電はなされない。また、ヒータ通電実施時間ｔ１に達すると出力ずれ防止手段が作動し、付着した排気ガス成分を除去するので、次回始動時の出力異常が回避できる。   According to the invention of claim 1 of the present application, the output deviation prevention means energizes the heater while the internal combustion engine is stopped and burns the exhaust gas component adhering to the gas sensor. The output deviation of the gas sensor can be prevented without performing the operation. In particular, focusing on the relationship between the leaving time after the internal combustion engine is stopped and the output deviation at the time of restart due to the fuel component in the exhaust pipe, the heater energization execution time t1 is set from the allowable value of the output deviation convergence time. If the standing time is short, the output deviation prevention means is not operated, and unnecessary heater energization is not performed. Further, when the heater energization execution time t1 is reached, the output deviation prevention means operates and the attached exhaust gas component is removed, so that output abnormality at the next start can be avoided.

よって、最小限の通電でバッテリ上がりを防止し、簡易なシステムでコストアップを抑制しながら、出力ずれを防止することができる。したがって、始動直後からガスセンサの出力に基づく内燃機関の制御が可能であり、排気エミッションやドライバビリティを改善して、信頼性を大きく向上させることができる。   Therefore, it is possible to prevent the battery from running out with minimum energization, and to prevent an output shift while suppressing an increase in cost with a simple system. Therefore, it is possible to control the internal combustion engine based on the output of the gas sensor immediately after the start, and it is possible to improve exhaust emission and drivability and greatly improve reliability.

本願請求項２の発明によれば、ヒータ通電実施時間ｔ１後の放置時間が長くなり、再び排気ガス成分の吸着量が増加しても、ヒータ通電実施時間ｔ２において再通電することで、出力ずれを許容時間内に収束させることができる。内燃機関の仕様や排気管形状によっては、排気ガス成分が残存しやすい場合があるが、ヒータ通電実施時間ｔ１に加えてヒータ通電実施時間ｔ２にて通電を実施することによって、出力ずれを確実に回避し、信頼性をさらに高めることができる。   According to the invention of claim 2 of the present application, even if the leaving time after the heater energization time t1 becomes longer and the adsorption amount of the exhaust gas component increases again, the output deviation occurs by re-energizing at the heater energization time t2. Can be converged within an allowable time. Depending on the specifications of the internal combustion engine and the shape of the exhaust pipe, exhaust gas components may easily remain. However, by conducting the energization at the heater energization execution time t2 in addition to the heater energization execution time t1, the output deviation can be assured. By avoiding this, the reliability can be further increased.

本願請求項３の発明によれば、ヒータ通電実施時間ｔ１後の放置時間が長くなり、再び排気ガス成分が付着しても、ヒータ通電実施時間ｔ２において再通電することで除去し、その影響をより小さくできる。この時、排気管内がほぼ大気に置換され、排気ガス成分が大幅に減少した時点にて通電を実施すると、出力ずれを効率よく回避することができる。   According to the invention of claim 3 of the present application, the standing time after the heater energization time t1 becomes longer, and even if the exhaust gas component adheres again, it is removed by re-energization at the heater energization time t2, and the influence is removed. Can be smaller. At this time, if energization is performed when the inside of the exhaust pipe is substantially replaced with the atmosphere and the exhaust gas component is greatly reduced, the output deviation can be efficiently avoided.

本願請求項４の発明によれば、ヒータ通電により、ガスセンサを使用温度域まで加熱し、適当な時間保持することで、付着していた排気ガス成分を燃焼させて除去することができる。   According to the invention of claim 4 of the present application, by heating the gas sensor to the operating temperature range by energizing the heater and holding it for an appropriate time, the attached exhaust gas component can be burned and removed.

本願請求項５の発明によれば、ガスセンサの出力が安定するのに要する時間の許容値を、フィードバック制御開始時間に基づいて設定するので、次回始動時のフィードバック制御開始時間までに、出力ずれを収束させて制御性を高めることができる。   According to the invention of claim 5 of the present application, since an allowable value for the time required for the output of the gas sensor to be stabilized is set based on the feedback control start time, the output deviation is detected by the feedback control start time at the next start. It is possible to improve controllability by converging.

本願請求項６の発明によれば、タイマ手段を用いることによって放置時間を容易に計測し、ヒータ通電実施時間ｔ１においてヒータ通電を実施することができる。   According to the invention of claim 6 of the present application, the leaving time can be easily measured by using the timer means, and the heater energization can be performed at the heater energization execution time t1.

本願請求項７の発明によれば、内燃機関停止後の放置時間と相関のあるガスセンサの温度を用いることによって、出力ずれ防止手段を作動させることもできる。   According to the seventh aspect of the present invention, the output deviation preventing means can be operated by using the temperature of the gas sensor which is correlated with the standing time after the internal combustion engine is stopped.

本願請求項８の発明によれば、ガスセンサの温度を、ガスセンサのインピーダンスまたはアドミタンス、ヒータ抵抗値から検出し、または排気温センサ、冷却水温センサの検出値を用いることによって、既存部材を利用して出力ずれ防止手段を作動させることができる。   According to the invention of claim 8 of the present application, the temperature of the gas sensor is detected from the impedance or admittance of the gas sensor, the heater resistance value, or the detected value of the exhaust temperature sensor or the cooling water temperature sensor is used. The output deviation preventing means can be activated.

本願請求項９の発明によれば、ガスセンサのヒータ制御装置を内燃機関の停止中に効果的に作動させることで、再始動時のガスセンサの信頼性を高め、その検出結果に基づくフィードバック制御を、制御性よく実施することができる。   According to the invention of claim 9 of the present application, by effectively operating the heater control device of the gas sensor while the internal combustion engine is stopped, the reliability of the gas sensor at the time of restart is improved, and feedback control based on the detection result is performed. It can be implemented with good controllability.

（ａ）は本発明を適用した自動車用内燃機関の制御装置の構成を示す全体概略図であり、（ｂ）は空燃比センサのセンサ素子の主要部断面図である。(A) is the whole schematic diagram which shows the structure of the control apparatus of the internal combustion engine for motor vehicles to which this invention is applied, (b) is principal part sectional drawing of the sensor element of an air fuel ratio sensor. （ａ）は本発明の第１実施形態におけるエンジン停止中のヒータ通電実施時間の設定方法を説明するためのタイムチャートであり、（ｂ）はヒータ通電を実施しない場合のエンジン停止時間と出力ずれ収束時間の関係を示す図である。(A) is a time chart for demonstrating the setting method of the heater energization implementation time in the 1st Embodiment of this invention during an engine stop, (b) is an engine stop time and output deviation when not carrying out heater energization. It is a figure which shows the relationship of convergence time. （ａ）は仕様の異なる複数の車両についてエンジン再始動時の出力ずれ収束時間を比較して示す図であり、（ｂ）は同一車両についてソーク時間が異なる場合のエンジン再始動時の出力ずれ収束時間を比較して示す図である。(A) is a diagram showing a comparison output deviation convergence time when the engine is restarted for a plurality of vehicles having different specifications, (b) an output deviation of when the engine is restarted when the same vehicle soak time different It is a figure which compares and shows a convergence time. 内燃機関のＥＣＵで実行される制御内容を示す第１のフローチャートである。It is a 1st flowchart which shows the control content performed by ECU of an internal combustion engine. 内燃機関のＥＣＵで実行される制御内容を示す第２のフローチャートである。It is a 2nd flowchart which shows the control content performed with ECU of an internal combustion engine. （ａ）はヒータ通電保持時間と出力回復率の関係を示す図であり、（ｂ）は第１実施形態のヒータ通電制御による出力ずれ抑制効果を説明するための図である。(A) is a figure which shows the relationship between heater energization holding time and an output recovery rate, (b) is a figure for demonstrating the output shift suppression effect by heater energization control of 1st Embodiment. 本発明の第２実施形態におけるエンジン停止中のヒータ通電実施時間の設定方法を説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating the setting method of heater energization implementation time in the engine stop in 2nd Embodiment of this invention. 内燃機関のＥＣＵで実行される制御内容を示す第３のフローチャートである。It is a 3rd flowchart which shows the control content performed by ECU of an internal combustion engine. 本発明の第３実施形態におけるエンジン停止中のセンサ温度および排気管温度変化と、出力ずれ収束時間の関係を比較して示す図である。It is a figure which compares and shows the relationship of sensor temperature and exhaust pipe temperature change in engine stop in 3rd Embodiment of this invention, and output deviation convergence time. 内燃機関のＥＣＵで実行される制御内容を示す第４のフローチャートである。It is a 4th flowchart which shows the control content performed with ECU of an internal combustion engine.

（第１実施形態）
図１に本発明を自動車用内燃機関に適用した第１実施形態を示す。図１（ａ）は、ガスセンサのヒータ制御装置を付設した内燃機関の制御装置構成を示す概略図である。内燃機関の本体であるエンジン本体１１は一般的な構成のもので、燃料の燃焼により動力を発生するとともに排気ガスを排気管１２に排出する。排気管１２には、排気中の特定ガス成分濃度を検出するためのガスセンサとして、空燃比センサ２が設置されており、図の下半部が管壁を貫通して排気管１２内に突出位置している。空燃比センサ２は、そのヒータ制御を含む各種制御を実施する電子制御ユニット（ＥＣＵ）１３に接続されている。排気管１２には、通常図示を略す排気浄化装置が配設されており、ＥＣＵ１３にて制御される所定の空燃比において、排気ガス中の有害成分を触媒作用等により除去する。 (First embodiment)
FIG. 1 shows a first embodiment in which the present invention is applied to an internal combustion engine for an automobile. FIG. 1A is a schematic diagram showing the configuration of a control device for an internal combustion engine provided with a heater control device for a gas sensor. An engine main body 11 which is a main body of an internal combustion engine has a general configuration, and generates power by combustion of fuel and exhausts exhaust gas to an exhaust pipe 12. The exhaust pipe 12 is provided with an air-fuel ratio sensor 2 as a gas sensor for detecting the concentration of a specific gas component in the exhaust, and the lower half of the figure passes through the pipe wall and protrudes into the exhaust pipe 12. is doing. The air-fuel ratio sensor 2 is connected to an electronic control unit (ECU) 13 that performs various controls including the heater control. The exhaust pipe 12 is generally provided with an exhaust gas purification device (not shown), which removes harmful components in the exhaust gas by a catalytic action or the like at a predetermined air-fuel ratio controlled by the ECU 13.

空燃比センサ２の排気管１２内に位置する下半部は、有底筒状のカバー部材２ｂにセンサ素子２ａが包囲された状態で排気ガスに晒される。排気ガスは、カバー部材２ｂの側面および底面に設けられた複数の通気孔を通過して、センサ素子２ａの表面に到達する。空燃比センサ２のセンサ素子２ａは、排気ガス中の酸素濃度に基づいてエンジン本体１１内の燃焼室における空燃比を検出する。   The lower half portion of the air-fuel ratio sensor 2 located in the exhaust pipe 12 is exposed to the exhaust gas in a state where the sensor element 2a is surrounded by the bottomed cylindrical cover member 2b. The exhaust gas passes through a plurality of vent holes provided in the side surface and the bottom surface of the cover member 2b and reaches the surface of the sensor element 2a. The sensor element 2a of the air-fuel ratio sensor 2 detects the air-fuel ratio in the combustion chamber in the engine body 11 based on the oxygen concentration in the exhaust gas.

センサ素子２ａは、例えば限界電流式の一般的なもので、図１（ｂ）に示すように、細長形状のセラミック基板３７上に、略同一形状に成形したセラミックシート層を重ねて一体化した層状構造をなしている。この層状構造は、図中、上から、異物を排除するトラップ層３１、所定の拡散抵抗でガスが流通可能な拡散層３２、スペーサ３３、固体電解質層３４、スペーサ３５が積層して、ガス検出部２１を形成する。固体電解質層３４は、例えばジルコニア系の固体電解質材を基材とし、トラップ層３１および拡散層３２は、例えば多孔質アルミナ等からなり、気孔径や気孔率を調整することで所望の特性を得ている。   The sensor element 2a is, for example, a general limiting current type, and as shown in FIG. 1B, a ceramic sheet layer formed in substantially the same shape is stacked and integrated on an elongated ceramic substrate 37. It has a layered structure. This layered structure includes a trap layer 31 for removing foreign substances, a diffusion layer 32 through which a gas can flow with a predetermined diffusion resistance, a spacer 33, a solid electrolyte layer 34, and a spacer 35, stacked from the top in the figure. Part 21 is formed. The solid electrolyte layer 34 is made of, for example, a zirconia-based solid electrolyte material, and the trap layer 31 and the diffusion layer 32 are made of, for example, porous alumina, etc., and obtain desired characteristics by adjusting the pore diameter and the porosity. ing.

上側のスペーサ３３には板厚方向に貫通する切り欠きが形成されて、拡散層３２と固体電解質層３４との間に空洞２０１を形成する。空洞２０１位置には、固体電解質層３４の上面に排気側電極３８、下面に大気側電極３９が形成されて、固体電解質層３４および電極３８、３９でポンプセルを構成している。下側のスペーサ３５には、電極３８、３９位置まで長さ方向に伸びる大きさで板厚方向に貫通する切り欠きが形成されている。この切り欠きにより、固体電解質層３４と対向する絶縁層３６との間に、大気通路２０２が形成され、排気管１２の外部にて大気に開放されている。   A cutout penetrating in the thickness direction is formed in the upper spacer 33, and a cavity 201 is formed between the diffusion layer 32 and the solid electrolyte layer 34. At the position of the cavity 201, an exhaust side electrode 38 is formed on the upper surface of the solid electrolyte layer 34, and an atmosphere side electrode 39 is formed on the lower surface, and the solid electrolyte layer 34 and the electrodes 38, 39 constitute a pump cell. The lower spacer 35 is formed with notches penetrating in the plate thickness direction so as to extend in the length direction to the positions of the electrodes 38 and 39. By this notch, an air passage 202 is formed between the solid electrolyte layer 34 and the insulating layer 36 facing the solid electrolyte layer 34, and is open to the atmosphere outside the exhaust pipe 12.

ガス検出部の下側には、基板３７の表面に導電性の薄膜をパターン形成したヒータ２２が形成されており、ＥＣＵ１３の駆動回路１３２による通電制御で、センサ素子２ａ全体を加熱するようになっている。駆動回路１３２は、例えばオンデューティの調整で駆動電流を増減する。ポンプセルの電極３８、３９間にＥＣＵ１３の検出回路１３３から、所定の電圧を印加すると、電極３８、３９間に酸素濃度に応じた限界電流が流れ、これを検出回路１３３で測定することで、酸素濃度すなわち空燃比が知られるようになっている。   A heater 22 having a conductive thin film pattern formed on the surface of the substrate 37 is formed below the gas detection unit, and the entire sensor element 2a is heated by energization control by the drive circuit 132 of the ECU 13. ing. For example, the drive circuit 132 increases or decreases the drive current by adjusting the on-duty. When a predetermined voltage is applied from the detection circuit 133 of the ECU 13 between the electrodes 38 and 39 of the pump cell, a limit current corresponding to the oxygen concentration flows between the electrodes 38 and 39, and this is measured by the detection circuit 133. The concentration or air / fuel ratio is known.

ＥＣＵ１３には、空燃比センサ２の他、エンジン冷却水温度を検出する水温センサ１４、排気管１２内の温度を検出する排気温センサ１５の他、スロットル開度センサ、回転数センサといった各種センサからの検出信号やイグニッションスイッチ１６からのオンオフ信号が入力されており、これら検出信号に基づいてエンジン本体１１が所望の運転条件となるように、各部に制御信号を出力する。   In addition to the air-fuel ratio sensor 2, the ECU 13 includes various sensors such as a water temperature sensor 14 that detects the engine coolant temperature, an exhaust temperature sensor 15 that detects the temperature in the exhaust pipe 12, a throttle opening sensor, and a rotation speed sensor. Detection signal and an on / off signal from the ignition switch 16 are input, and based on these detection signals, a control signal is output to each part so that the engine body 11 is in a desired operating condition.

ＥＣＵ１３はマイクロコンピュータ１３１を中心に構成された一般的な構成のもので、マイクロコンピュータ１３１と一方向若しくは双方向に通信可能な各種の駆動回路や入出力回路等の周辺回路を備えている。該周辺回路である前記検出回路１３３は、センサ素子２ａのガス検出部２１と接続され、駆動回路１３２は、センサ素子２ａのヒータ２２と接続される。マイクロコンピュータ１３１は演算を実行するＣＰＵ、作業領域としてのＲＡＭ、制御プログラムや種々のデータを格納したＲＯＭ、バックアップＲＡＭ等からなる。   The ECU 13 has a general configuration mainly composed of a microcomputer 131 and includes various drive circuits and peripheral circuits such as input / output circuits that can communicate with the microcomputer 131 in one direction or in both directions. The detection circuit 133 which is the peripheral circuit is connected to the gas detection unit 21 of the sensor element 2a, and the drive circuit 132 is connected to the heater 22 of the sensor element 2a. The microcomputer 131 is composed of a CPU for executing calculations, a RAM as a work area, a ROM storing a control program and various data, a backup RAM, and the like.

ここで、空燃比センサ２の出力に基づくフィードバック制御について説明する。自動車用内燃機関では、燃費の向上と有害ガス排出量の低減とを両立させるために、エンジン本体１１の燃焼室における混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）を広範囲に制御する必要がある。排気管１２に配設されて排気ガス中の有害成分を除去する排気浄化装置、例えば三元触媒は理論空燃比において浄化性能を効果的に発揮することから、ＥＣＵ１３は空燃比センサ２の検出値が理論空燃比となるように、燃料噴射量その他の制御値をフィードバック制御する。また、リーンバーンエンジンやディーゼルエンジンに使用されるＮＯｘ触媒等では、通常燃焼時のリーン雰囲気から一時的にリッチ雰囲気とすることにより有害成分を浄化しており、運転状態に応じた高度なフィードバック制御が要求される。   Here, feedback control based on the output of the air-fuel ratio sensor 2 will be described. In an automobile internal combustion engine, it is necessary to control the air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture in the combustion chamber of the engine body 11 in a wide range in order to achieve both improvement in fuel consumption and reduction in harmful gas emissions. An exhaust purification device that is disposed in the exhaust pipe 12 and removes harmful components in the exhaust gas, for example, a three-way catalyst, effectively exhibits purification performance at the theoretical air-fuel ratio. Therefore, the ECU 13 detects the detected value of the air-fuel ratio sensor 2. The fuel injection amount and other control values are feedback controlled so that becomes the stoichiometric air-fuel ratio. In addition, NOx catalysts used in lean burn engines and diesel engines purify harmful components by temporarily changing from a lean atmosphere during normal combustion to a rich atmosphere, and advanced feedback control according to the operating conditions Is required.

このような空燃比フィードバック制御を可能とするために、上記構成のセンサ素子２ａは、電圧印加に伴い排気ガス中の酸素濃度に応じた限界電流が生ずる広域空燃比センサ（リニア空燃比センサ）として構成されている。空燃比センサ２による空燃比検出を良好に実施するには、センサ素子２ａのガス検出部２１を加熱して、活性状態に維持することが不可欠である。このため、センサ素子２ａは、ガス検出部２１にヒータ２２を積層させた構造を有し、本発明のガスセンサのヒータ制御装置を構成するＥＣＵ１３により、ヒータ２２の活性化通電制御を行っている。   In order to enable such air-fuel ratio feedback control, the sensor element 2a configured as described above is a wide-range air-fuel ratio sensor (linear air-fuel ratio sensor) that generates a limit current corresponding to the oxygen concentration in the exhaust gas when voltage is applied. It is configured. In order to satisfactorily perform air-fuel ratio detection by the air-fuel ratio sensor 2, it is indispensable to heat the gas detector 21 of the sensor element 2a and maintain it in an active state. For this reason, the sensor element 2a has a structure in which the heater 22 is stacked on the gas detection unit 21, and the energization control of the heater 22 is performed by the ECU 13 constituting the heater control device of the gas sensor of the present invention.

ＥＣＵ１３による活性化通電制御では、エンジン本体１１の始動後、センサ素子２ａを活性温度まで昇温可能な電力を供給すべくオンデューティ１００％にて通電がなされ、速やかな昇温がなされる。その後は、センサ素子２ａが活性状態を維持するようにオンデューティがフィードバック制御され、センサ素子２ａの温度を一定の値に保つようになっている。この時、センサ素子２ａの温度と素子インピーダンスが相関関係を有することから、例えば、素子インピーダンスを検出して素子温度を推定することができる。センサ素子２ａは、通常５００℃以上を使用温度域とし、例えば７００℃を目標温度として制御される。   In the activation energization control by the ECU 13, after the engine body 11 is started, the sensor element 2a is energized at an on-duty of 100% so as to supply electric power that can raise the temperature to the activation temperature, and the temperature is quickly raised. Thereafter, the on-duty is feedback-controlled so that the sensor element 2a maintains the active state, and the temperature of the sensor element 2a is maintained at a constant value. At this time, since the temperature of the sensor element 2a and the element impedance have a correlation, for example, the element temperature can be estimated by detecting the element impedance. The sensor element 2a is normally controlled at a temperature range of 500 ° C. or higher, for example, 700 ° C. as a target temperature.

ただし、空燃比センサ２には、エンジン本体１１の停止中に、排気管１２内に滞留する排気ガス成分が付着しており、これが始動後の昇温過程で放出されると、空燃比センサ２の出力が安定しなくなる。そこで本発明では、ヒータ制御装置に出力ずれ防止手段を設け、エンジン本体１１の停止後に付着した排気ガス成分を脱離させる通電制御を実施する。出力ずれ防止手段は、エンジン本体１１停止後の放置時間と、排気管１２内に残存する排気ガス成分による再始動時の空燃比センサ２の出力ずれが収束するまでの時間（出力ずれ収束時間）とが一定の関係にあることを利用し、通電を実施する最適時期を設定する。具体的には、エンジン本体１１停止後、徐々に増加する空燃比センサ２の出力ずれ収束時間が、予め設定した出力ずれ収束時間の許容値に達したら、ヒータ２２への通電を行う。これにより、停止中の最適な時点にて最小限の通電を実施し、無駄な通電によるバッテリの消耗を防止しながら、空燃比センサ２の出力ずれを回避できる。   However, the exhaust gas component staying in the exhaust pipe 12 adheres to the air-fuel ratio sensor 2 while the engine body 11 is stopped, and if this is released in the temperature rising process after the start, the air-fuel ratio sensor 2 The output of becomes unstable. Therefore, in the present invention, the heater control device is provided with output deviation prevention means, and energization control is performed to desorb the exhaust gas component adhering after the engine body 11 is stopped. The output deviation prevention means is the time until the engine main body 11 is stopped and the time until the output deviation of the air-fuel ratio sensor 2 at the restart due to the exhaust gas component remaining in the exhaust pipe 12 converges (output deviation convergence time). Is used to set the optimal time for energization. Specifically, when the output deviation convergence time of the air-fuel ratio sensor 2 that gradually increases after stopping the engine body 11 reaches a preset allowable value of the output deviation convergence time, the heater 22 is energized. Thereby, the minimum energization is performed at the optimal time during the stop, and the output deviation of the air-fuel ratio sensor 2 can be avoided while the battery is not consumed due to the unnecessary energization.

次に、図２〜図４により本実施形態における出力ずれ防止手段の詳細を説明する。図２（ａ）は、エンジン本体１１の仕様の異なる複数の車両Ａ、Ｂについて、出力ずれ防止手段によるヒータ通電制御を実施するタイミングを示すタイムチャートで、ヒータ通電制御を実施しない場合と比較して示している。横軸は、エンジン本体エンジン本体１１の運転を停止した後、再始動するまでの時間（デッドソーク時間）、縦軸は、出力ずれ収束時間Δｔである。複数の車両Ａ、Ｂは、エンジン本体１１の排気容量や排気管１２に排気が滞留しやすい形状である等の違いにより、出力ずれの程度に違いがあり、ここでは、車両Ａに対して車両Ｂの排気管１２に残存する排気ガス成分濃度が濃く、出力ずれも生じやすいとして説明する。   Next, details of the output deviation prevention means in the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2A is a time chart showing the timing of performing heater energization control by the output deviation prevention means for a plurality of vehicles A and B having different specifications of the engine body 11, and is compared with a case where heater energization control is not performed. It shows. The horizontal axis represents the time (dead soak time) from when the operation of the engine body 11 is stopped to restart, and the vertical axis represents the output deviation convergence time Δt. The plurality of vehicles A and B differ in the degree of output deviation due to the difference in the exhaust capacity of the engine body 11 and the shape in which the exhaust gas tends to stay in the exhaust pipe 12. The description will be made on the assumption that the concentration of the exhaust gas component remaining in the B exhaust pipe 12 is high and output deviation is likely to occur.

まず、図２（ｂ）により、ヒータ通電制御を実施しない場合の出力ずれについて説明する。図２（ｂ）は、図２（ａ）の複数の車両Ａ、Ｂについて、ヒータ通電制御を実施しない場合のみを取り出したものである。いずれもエンジン本体１１停止後の時間経過とともに、出力ずれ収束時間ΔｔＡ、ΔｔＢが増加していき、徐々に増加速度が緩やかになって、一定値に収束する。これは、エンジン停止直後は排気ガス成分が高濃度であるために、センサ素子２ａの温度が急降下する過程で排気ガス成分が付着しやすく、その後は、排気ガス成分が拡散するとともに、センサ素子２ａの温度低下も緩やかになるためであり、ほぼ外気温まで低下すると出力ずれも安定する。この時、排気管１２内の排気ガス成分量が多い車両Ｂでは、センサ素子２ａへの排気ガス成分の付着量も多くなることから、その影響による出力ずれがより大きくなり、出力ずれ収束時間ΔｔＢ＞ΔｔＡとなる。この関係を図３（ａ）に示す。   First, with reference to FIG. 2B, output deviation when heater energization control is not performed will be described. FIG. 2B shows only the case where the heater energization control is not performed for the plurality of vehicles A and B in FIG. In any case, as time elapses after the engine main body 11 stops, the output deviation convergence times ΔtA and ΔtB increase, and the increasing speed gradually decreases and converges to a constant value. This is because the exhaust gas component has a high concentration immediately after the engine is stopped, so that the exhaust gas component easily adheres in the process in which the temperature of the sensor element 2a rapidly drops, and thereafter, the exhaust gas component diffuses and the sensor element 2a This is because the temperature drop becomes moderate, and the output deviation becomes stable when the temperature drops to almost the outside temperature. At this time, in the vehicle B having a large amount of exhaust gas component in the exhaust pipe 12, the amount of exhaust gas component adhering to the sensor element 2a also increases, so that the output deviation due to the influence becomes larger and the output deviation convergence time ΔtB. > ΔtA. This relationship is shown in FIG.

図３（ａ）は、エンジン本体１１停止時の条件（デッドソーク時間）が同じ複数の車両Ａ、Ｂについて、エンジン始動時からのセンサ出力信号（Ａ／Ｆ値）の変化を示したものである。エンジン本体１１の始動後、通常のエンジン活性化通電制御を行うことにより、センサ素子２ａの温度が上昇する。これに伴い、センサ素子２ａに付着していた排気ガス成分が脱離し始めるために、センサ素子２ａ周辺のＡ／Ｆ値が燃料リッチ側（図の下側）にシフトする。この出力ずれは排気ガス成分が脱離した後、周辺の雰囲気への影響がなくなるまで続くため、複数の車両Ａ、Ｂにおいて出力ずれが収束する時間ｔＡ、ｔＢは、出力ずれがない場合に正確なＡ／Ｆ値を出力し始める時間に対して、それぞれΔｔＡ、ΔｔＢ（出力ずれ収束時間）だけ遅れることになる。また、付着した排気ガス成分量が多い車両Ｂでより遅れが大きくなり、出力ずれ収束時間ΔｔＢ＞ΔｔＡとなる。   FIG. 3A shows the change in sensor output signal (A / F value) from when the engine is started for a plurality of vehicles A and B having the same conditions (dead soak time) when the engine body 11 is stopped. . After the engine body 11 is started, the temperature of the sensor element 2a is increased by performing normal engine activation energization control. Along with this, the exhaust gas component adhering to the sensor element 2a starts to be desorbed, so that the A / F value around the sensor element 2a is shifted to the fuel rich side (lower side in the figure). Since this output deviation continues after the exhaust gas component is desorbed until there is no influence on the surrounding atmosphere, the times tA and tB at which the output deviation converges in the plurality of vehicles A and B are accurate when there is no output deviation. With respect to the time at which a new A / F value starts to be output, they are delayed by ΔtA and ΔtB (output deviation convergence time), respectively. Further, the delay becomes larger in the vehicle B having a large amount of attached exhaust gas component, and the output deviation convergence time ΔtB> ΔtA.

一方、この関係を同一車種について示すと、図３（ｂ）のようになる。排気ガス成分の付着量は、エンジン停止から再始動するまでの時間（デッドソーク時間）に依存して増加することから、ソーク時間が短い場合の出力ずれに対し、ソーク時間が長い場合の出力ずれが大きくなる。すなわち、ソーク時間が短い場合の出力ずれ波形とソーク時間が長い場合の出力ずれ波形は、図３（ａ）の車両Ａの波形と車両Ｂの波形の関係と同様になり、ソーク時間が短い場合の出力ずれ収束時間ΔｔＳ＜ソーク時間が長い場合の出力ずれ収束時間ΔｔＬである。   On the other hand, this relationship is shown in FIG. 3B for the same vehicle type. Since the amount of exhaust gas components increases depending on the time from engine stop to restart (dead soak time), the output deviation when the soak time is long is different from the output deviation when the soak time is short. growing. That is, the output deviation waveform when the soak time is short and the output deviation waveform when the soak time is long are similar to the relationship between the waveform of the vehicle A and the waveform of the vehicle B in FIG. Output deviation convergence time ΔtS <output deviation convergence time ΔtL when the soak time is long.

ここで、出力ずれが収束する前に、空燃比センサ２出力に基づくフィードバック制御が開始されると、正確なＡ／Ｆ値を出力することができずに燃焼や排ガス浄化性能が悪化してしまう。そこで、車種毎に異なる図２（ｂ）の関係を予め試験等によって知り、図３（ｂ）にて、出力ずれがない場合に正確なＡ／Ｆ値を出力し始める時間Ｘと、フィードバック（Ｆ／Ｂ）開始時間Ｙから、出力ずれ許容時間Δｔmax（＝Ｙ−Ｘ）を設定して、この範囲内で出力ずれが収束するように、エンジン停止中のヒータ通電を実施する。   Here, if feedback control based on the output of the air-fuel ratio sensor 2 is started before the output deviation converges, an accurate A / F value cannot be output and the combustion and exhaust gas purification performance deteriorates. . Therefore, the relationship in FIG. 2 (b), which differs for each vehicle type, is known in advance by testing or the like. In FIG. 3 (b), when there is no output deviation, the time X at which an accurate A / F value starts to be output and feedback ( F / B) From the start time Y, the output deviation allowable time Δtmax (= Y−X) is set, and the heater energization is performed while the engine is stopped so that the output deviation converges within this range.

具体的には、図２（ａ）に示すように、出力ずれ収束時間ΔｔＡ、ΔｔＢが、出力ずれ許容時間Δｔmaxに達する時点ｔ１Ａ、ｔ１Ｂを、ヒータ通電実施時間ｔ１とする。ヒータ２２への通電によりセンサ素子２ａに付着していた排気ガス成分が脱離すると、出力ずれが小さくなる方向へ、出力ずれ収束時間ΔｔＡ、ΔｔＢの特性線がシフトする。出力ずれが大きい車両Ｂでは、通電処理後に再び排気ガス成分が付着することにより、出力ずれが再び大きくなるため、シフト後の出力ずれ収束時間ΔｔＢが、出力ずれ許容時間Δｔmaxに達する時点ｔ２にて、再度、ヒータ通電を実施する（ヒータ通電実施時間ｔ２）。これにより、出力ずれ収束時間ΔｔＢの特性線が、出力ずれが小さくなる方向へ再びシフトするが、その後の排気ガス成分による影響は小さく、出力ずれ許容時間Δｔmaxを超えることはない。   Specifically, as shown in FIG. 2A, the time points t1A and t1B when the output deviation convergence times ΔtA and ΔtB reach the output deviation allowable time Δtmax are set as the heater energization execution time t1. When the exhaust gas component adhering to the sensor element 2a is desorbed by energizing the heater 22, the characteristic lines of the output deviation convergence times ΔtA and ΔtB shift in a direction in which the output deviation becomes smaller. In the vehicle B having a large output deviation, the exhaust gas component adheres again after the energization process, so that the output deviation becomes larger again. Therefore, at the time t2 when the output deviation convergence time ΔtB after the shift reaches the output deviation allowable time Δtmax. The heater energization is performed again (heater energization execution time t2). As a result, the characteristic line of the output deviation convergence time ΔtB is shifted again in the direction in which the output deviation is reduced, but the influence of the subsequent exhaust gas component is small and does not exceed the output deviation allowable time Δtmax.

このように、通常の車両では、エンジン停止中に少なくとも１回、多くても２回の通電実施により、排気ガス成分の付着による出力ずれを許容範囲内に抑え、所定のＦ／Ｂ開始時間に、フィードバック制御を遅滞なく開始することができる。ヒータ通電実施時間は、車種によって異なるが、ヒータ通電実施時間ｔ１が例えば１時間程度、ヒータ通電実施時間ｔ２が例えば５時間程度の放置時間に対応する。したがって、頻繁な通電によるバッテリ上がりを生じるおそれが小さく、制御も簡易である。基準となる出力ずれ許容時間Δｔmaxは、車種による違いは小さいことから、図２（ａ）では、複数の車両Ａ、Ｂで共通としたが、車両毎に設定することもできる。また、Ｆ／Ｂ開始時間までに出力ずれが収束すればよいので、出力ずれ許容時間Δｔmax≦Ｙ−Ｘとなるように設定されていてもよい。   As described above, in a normal vehicle, by conducting energization at least once and at most twice while the engine is stopped, output deviation due to the attachment of exhaust gas components is suppressed within an allowable range, and a predetermined F / B start time is reached. The feedback control can be started without delay. Although the heater energization time varies depending on the vehicle type, the heater energization time t1 corresponds to a leaving time of about 1 hour, for example, and the heater energization time t2 of about 5 hours, for example. Therefore, there is little risk of battery exhaustion due to frequent energization, and control is simple. The reference output deviation allowable time Δtmax is small for each vehicle type, so that it is common to the plurality of vehicles A and B in FIG. 2A. However, it can be set for each vehicle. Further, since it is sufficient that the output deviation converges by the F / B start time, the output deviation allowable time Δtmax ≦ Y−X may be set.

図４、５は、出力ずれ防止手段として、ＥＣＵ１３のマイクロコンピュータ１３１で実行されるヒータ２２への通電制御の内容を示すフローチャートである。図４は、出力ずれの大きい車両Ｂの場合であり、まずステップＳ１で、エンジン本体１１が停止中か否かを、例えばイグニッションスイッチ１６のオフにより判定する。エンジン停止中でなければその後の処理を実行することなく終了し、エンジン停止中と確認されると、ステップＳ２へ進む。ステップＳ２では、通電フラグがセットされているか否かを判定する。通電フラグは、ヒータ通電実施時間ｔ１における第１回目の通電が終了していることを示すもので、後述するステップＳ６にてセットされる。   4 and 5 are flow charts showing the contents of energization control to the heater 22 executed by the microcomputer 131 of the ECU 13 as output deviation prevention means. FIG. 4 shows the case of the vehicle B having a large output deviation. First, in step S1, it is determined whether or not the engine body 11 is stopped by turning off the ignition switch 16, for example. If the engine is not stopped, the process is terminated without executing the subsequent processing. If it is confirmed that the engine is stopped, the process proceeds to step S2. In step S2, it is determined whether the energization flag is set. The energization flag indicates that the first energization at the heater energization execution time t1 has been completed, and is set in step S6 described later.

ステップＳ２が否定判定されると、ステップＳ３へ進み、ステップＳ２が肯定判定されると、ステップＳ７へ進む。ステップＳ３では、エンジン停止からの経過時間を読み込み、続くステップＳ４では、エンジン停止後の経過時間が、ヒータ通電実施時間ｔ１に達したか否かを判定する。ＥＣＵ１３は、この通電制御に関連して、停止後の経過時間をカウントするタイマ手段を備え、タイマ手段から出力される経過時間を、ヒータ通電実施時間ｔ１と比較する。経過時間がヒータ通電実施時間ｔ１に達していなければ（経過時間＜ヒータ通電実施時間ｔ１）、ステップＳ１へ戻る。   If a negative determination is made in step S2, the process proceeds to step S3. If a positive determination is made in step S2, the process proceeds to step S7. In step S3, the elapsed time from the engine stop is read, and in the subsequent step S4, it is determined whether or not the elapsed time after the engine stop has reached the heater energization execution time t1. In connection with this energization control, the ECU 13 includes timer means for counting the elapsed time after the stop, and compares the elapsed time output from the timer means with the heater energization execution time t1. If the elapsed time does not reach the heater energization execution time t1 (elapsed time <heater energization execution time t1), the process returns to step S1.

ステップＳ４が肯定判定され、エンジン停止後の経過時間がヒータ通電実施時間ｔ１に達した（経過時間≧ヒータ通電実施時間ｔ１）場合は、ステップＳ５へ進んで、ヒータ通電を実行する。ヒータ通電は、空燃比センサ２の使用温度域で付着物質を除去可能な温度（例えば５００℃以上）において、所定の通電時間Ｔａ保持することにより行われる。通電時間Ｔａは、エンジン停止後、ヒータ通電実施時間ｔ１までに付着した排気ガス成分を脱離させるのに必要な保持時間である。車種や出力ずれ許容時間Δｔmaxの設定値、必要な回復率によっても異なるが、通常２〜１０秒間程度の範囲で適宜設定され、例えば４〜６秒間程度の通電で十分な効果が得られる。   When an affirmative determination is made in step S4 and the elapsed time after the engine stops reaches the heater energization execution time t1 (elapsed time ≧ heater energization execution time t1), the process proceeds to step S5 and the heater energization is executed. The energization of the heater is performed by holding a predetermined energization time Ta at a temperature (for example, 500 ° C. or more) at which the adhering substance can be removed in the operating temperature range of the air-fuel ratio sensor 2. The energization time Ta is a holding time necessary for desorbing the exhaust gas component adhering to the heater energization execution time t1 after the engine is stopped. Although it varies depending on the set value of the vehicle type, the output deviation allowable time Δtmax, and the necessary recovery rate, it is normally set appropriately in the range of about 2 to 10 seconds, and a sufficient effect can be obtained by energization for about 4 to 6 seconds, for example.

図６（ａ）は、ヒータ通電保持時間と出力ずれ回復率の関係を一例として示すもので、空燃比センサ２の使用温度（７００℃）に到達してからの保持時間を示している。使用温度に到達するまでの時間は、センサ仕様によって異なるが、例えば５〜１０秒程度である。図示されるように、ヒータ通電保持時間が長くなるほど回復率が上昇し、約３秒で８０％、約４秒でほぼ１００％に到達する。通常は、回復率が１００％となる通電時間Ｔａを設定し、上記図２（ａ）に示したような出力ずれ特性が得られる。また、例えば出力ずれが比較的小さい車両において、通電時間Ｔａを、例えば回復率が８０％程度となるように設定することも可能である。これによって電力消費が抑制され、バッテリ上がりを防止する効果が高まる。   FIG. 6A shows the relationship between the heater energization holding time and the output deviation recovery rate as an example, and shows the holding time after reaching the operating temperature (700 ° C.) of the air-fuel ratio sensor 2. The time required to reach the use temperature varies depending on the sensor specifications, but is, for example, about 5 to 10 seconds. As shown in the figure, the recovery rate increases as the heater energization holding time becomes longer, reaching 80% in about 3 seconds and almost 100% in about 4 seconds. Normally, the energization time Ta at which the recovery rate is 100% is set, and the output deviation characteristic as shown in FIG. For example, in a vehicle with a relatively small output deviation, the energization time Ta can be set so that the recovery rate is, for example, about 80%. This suppresses power consumption and enhances the effect of preventing the battery from running out.

ステップＳ４が否定判定された場合は、ステップＳ１に戻ってステップＳ２以降をヒータ通電実施時間ｔ１に達するまで繰り返す。ステップＳ５でヒータ通電がなされると、ステップＳ６へ進んで通電フラグをセットし、ステップＳ１へ戻る。ここで、一旦通電フラグがセットされると、ステップＳ２が否定判定されるので、経過時間がｔ１時間を超えてもステップＳ５のヒータ通電が繰り返しなされることはない。   When a negative determination is made in step S4, the process returns to step S1 and repeats step S2 and subsequent steps until the heater energization time t1 is reached. When the heater is energized in step S5, the process proceeds to step S6, the energization flag is set, and the process returns to step S1. Here, once the energization flag is set, a negative determination is made in step S2, so that the heater energization in step S5 is not repeated even if the elapsed time exceeds t1 hours.

ステップＳ２が肯定判定されてステップＳ７へ進んだ場合は、タイマ手段から出力される経過時間を読み込み、続くステップＳ８において、ヒータ通電実施時間ｔ２と比較する。経過時間がヒータ通電実施時間ｔ２に達していなければ（経過時間＜ヒータ通電実施時間ｔ２）、ステップＳ１へ戻る。ステップＳ８が肯定判定され、エンジン停止後の経過時間がヒータ通電実施時間ｔ２に達した（経過時間≧ヒータ通電実施時間ｔ２）場合は、ステップＳ９へ進んで、ヒータ通電を実行し、ステップＳ１０で通電フラグをリセットして本ルーチンを終了する。ヒータ通電は、上記ステップＳ５と同様に、空燃比センサ２の使用温度域（例えば５００℃以上）において、所定の通電時間Ｔａ保持することにより行われる。   If the determination in step S2 is affirmative and the process proceeds to step S7, the elapsed time output from the timer means is read, and in the subsequent step S8, it is compared with the heater energization execution time t2. If the elapsed time has not reached the heater energization execution time t2 (elapsed time <heater energization execution time t2), the process returns to step S1. If an affirmative determination is made in step S8 and the elapsed time after the engine stops reaches the heater energization execution time t2 (elapsed time ≧ heater energization execution time t2), the process proceeds to step S9 to execute the heater energization, and in step S10 The energization flag is reset and this routine is terminated. The heater energization is performed by holding a predetermined energization time Ta in the operating temperature range (for example, 500 ° C. or more) of the air-fuel ratio sensor 2 as in step S5.

図５は、出力ずれの小さい車両Ａの場合であり、まずステップＳ２１で、エンジン本体１１が停止中か否かを、例えばイグニッションスイッチ１６のオフにより判定する。エンジン停止中でなければその後の処理を実行することなく終了し、エンジン停止中と確認されると、ステップＳ２２へ進む。ステップＳ２２では、経過時間を読み込み、続くステップＳ２３において、エンジン停止後の経過時間が、ヒータ通電実施時間ｔ１に達したか否かを判定する。タイマ手段から出力される経過時間を、ヒータ通電実施時間ｔ１と比較して、経過時間がヒータ通電実施時間ｔ１に達していなければ（経過時間＜ヒータ通電実施時間ｔ１）、ステップＳ２１へ戻る。   FIG. 5 shows the case of the vehicle A with a small output deviation. First, in step S21, it is determined whether or not the engine body 11 is stopped by turning off the ignition switch 16, for example. If the engine is not stopped, the process is terminated without executing the subsequent processes. If it is confirmed that the engine is stopped, the process proceeds to step S22. In step S22, the elapsed time is read, and in the subsequent step S23, it is determined whether or not the elapsed time after the engine stop has reached the heater energization execution time t1. The elapsed time output from the timer means is compared with the heater energization time t1, and if the elapsed time does not reach the heater energization time t1 (elapsed time <heater energization time t1), the process returns to step S21.

ステップＳ２３が肯定判定され、エンジン停止後の経過時間がヒータ通電実施時間ｔ１と一致した場合は、ステップＳ２４へ進んで、ヒータ通電を実行し、本ルーチンを終了する。ヒータ通電は、上記ステップＳ５と同様に、空燃比センサ２の使用温度域（例えば５００℃以上）において、所定の通電時間Ｔａ保持することにより行われる。   When an affirmative determination is made in step S23 and the elapsed time after the engine stops coincides with the heater energization execution time t1, the process proceeds to step S24, the heater energization is executed, and this routine is terminated. The heater energization is performed by holding a predetermined energization time Ta in the operating temperature range (for example, 500 ° C. or more) of the air-fuel ratio sensor 2 as in step S5.

このように、出力ずれが小さい車両Ａでは、エンジン本体１１の停止後、適切なヒータ通電実施時間ｔ１Ａにおいて、１度のヒータ通電を実施することにより、再始動時の出力ずれ収束時間Δｔが許容値を超えないようにすることができる。出力ずれが大きい車両Ｂにおいても、ヒータ通電実施時間ｔ１Ｂにｔ２を加えた２度のヒータ通電によって、出力ずれを抑制する同様の効果が得られる。また、エンジン本体１１の停止時間がヒータ通電実施時間ｔ１Ａより短ければ、ヒータ通電は不要であり、ヒータ通電実施時間ｔ２より長くてもそれ以上のヒータ通電は不要であるので、極めて効率よく出力ずれが防止できる。   Thus, in the vehicle A with a small output deviation, the output deviation convergence time Δt at the restart is allowed by performing the heater energization once at an appropriate heater energization execution time t1A after the engine body 11 is stopped. The value can not be exceeded. Even in the vehicle B with a large output deviation, the same effect of suppressing the output deviation can be obtained by the heater energization twice by adding t2 to the heater energization execution time t1B. Further, if the stop time of the engine body 11 is shorter than the heater energization execution time t1A, heater energization is unnecessary, and even if the heater energization execution time t2 is longer than that, no further heater energization is required. Can be prevented.

図６（ｂ）は、車両Ｂについて、上記図４のフローチャートに基づくヒータ通電制御を実施した後の、エンジン始動時からのセンサ出力信号（Ａ／Ｆ値）の変化を示したものである。図中には、ヒータ通電制御を実施しない場合の車両Ａ、Ｂのセンサ出力信号（Ａ／Ｆ値）を併せて示している。図示されるように、本発明のヒータ通電制御を行うことにより、出力ずれがほぼ解消され、フィードバック制御開始と同時に、正確なＡ／Ｆ値を出力することができる。   FIG. 6B shows a change in sensor output signal (A / F value) from the start of the engine after the heater energization control based on the flowchart of FIG. In the figure, sensor output signals (A / F values) of the vehicles A and B when the heater energization control is not performed are also shown. As shown in the figure, by performing the heater energization control of the present invention, the output deviation is substantially eliminated, and an accurate A / F value can be output simultaneously with the start of feedback control.

（第２実施形態）
図７、８に本発明の第２実施形態を示す。図７は、エンジン本体１１の仕様の異なる複数の車両Ａ、Ｂについて、本実施形態の出力ずれ防止手段によるヒータ通電制御のタイミングを示すタイムチャートである。本実施形態では、車種によらず、ヒータ通電時間ｔ１、ヒータ通電時間ｔ２において、ヒータ通電制御を行うものとする。図中、ヒータ通電時間ｔ１の設定および制御方法は、上記第１実施形態と同様であり、説明を省略する。ヒータ通電時間ｔ２の設定は、いずれの車両においても、出力ずれ収束時間Δｔが出力ずれ許容時間Δｔmaxを超えないようにし、例えば図示するように、出力ずれの大きい車両Ｂの出力ずれ収束時間ΔｔＢが、出力ずれ許容時間Δｔmaxに達する時点ｔ２にて、２度目のヒータ通電を実施するものとする。 (Second Embodiment)
7 and 8 show a second embodiment of the present invention. FIG. 7 is a time chart showing the timing of heater energization control by the output deviation prevention means of the present embodiment for a plurality of vehicles A and B having different specifications of the engine body 11. In the present embodiment, heater energization control is performed during the heater energization time t1 and the heater energization time t2 regardless of the vehicle type. In the figure, the heater energization time t1 is set and controlled in the same manner as in the first embodiment, and the description thereof is omitted. The heater energization time t2 is set so that the output deviation convergence time Δt does not exceed the output deviation allowable time Δtmax in any vehicle. For example, as shown in FIG. It is assumed that the second heater energization is performed at time t2 when the output deviation allowable time Δtmax is reached.

図８は、本実施形態の出力ずれ防止手段として、ＥＣＵ１３で実行されるヒータ２２への通電制御の内容を示すフローチャートであり、車両Ａ、Ｂの両方に適用される。まずステップＳ３１で、エンジン本体１１が停止中か否かを、例えばイグニッションスイッチ１６のオフにより判定する。エンジン停止中でなければその後の処理を実行することなく終了し、エンジン停止中と確認されると、ステップ３２へ進む。ステップＳ３２では、通電フラグがセットされているか否かを判定する。通電フラグは、ヒータ通電実施時間ｔ１における第１回目の通電が終了していることを示すもので、後述するステップＳ３６にてセットされる。   FIG. 8 is a flowchart showing the contents of energization control to the heater 22 executed by the ECU 13 as output deviation prevention means of this embodiment, and is applied to both the vehicles A and B. First, in step S31, whether or not the engine body 11 is stopped is determined by turning off the ignition switch 16, for example. If the engine is not stopped, the process is terminated without executing the subsequent processes. If it is confirmed that the engine is stopped, the process proceeds to step 32. In step S32, it is determined whether the energization flag is set. The energization flag indicates that the first energization at the heater energization execution time t1 has been completed, and is set in step S36 described later.

ステップＳ３２が否定判定されると、ステップＳ３３へ進み、ステップＳ３２が肯定判定されると、ステップＳ３７へ進む。ステップＳ３３では、エンジン停止からの経過時間を読み込み、続くステップＳ３４では、エンジン停止後の経過時間が、ヒータ通電実施時間ｔ１に達したか否かを判定する。この時、ヒータ通電実施時間ｔ１は、車両毎に適合されたヒータ通電実施時間ｔ１Ａ（車両Ａ）、ヒータ通電実施時間ｔ１Ｂ（車両Ｂ）を用いる。ＥＣＵ１３のタイマ手段から出力される経過時間を、ヒータ通電実施時間ｔ１と比較し、経過時間がヒータ通電実施時間ｔ１に達していなければ（経過時間＜ヒータ通電実施時間ｔ１）、ステップＳ３１へ戻る。   If a negative determination is made in step S32, the process proceeds to step S33, and if a positive determination is made in step S32, the process proceeds to step S37. In step S33, the elapsed time from the engine stop is read, and in the subsequent step S34, it is determined whether or not the elapsed time after the engine stop has reached the heater energization execution time t1. At this time, the heater energization time t1A (vehicle A) and the heater energization time t1B (vehicle B) adapted for each vehicle are used as the heater energization time t1. The elapsed time output from the timer means of the ECU 13 is compared with the heater energization execution time t1, and if the elapsed time has not reached the heater energization execution time t1 (elapsed time <heater energization execution time t1), the process returns to step S31.

ステップＳ３４が肯定判定され、エンジン停止後の経過時間がヒータ通電実施時間ｔ１に達した（経過時間≧ヒータ通電実施時間ｔ１）場合は、ステップＳ３５へ進んで、ヒータ通電を実行する。ヒータ通電は、上記ステップＳ５と同様に、空燃比センサ２の使用温度域（例えば５００℃以上）において、所定の通電時間Ｔａ保持することにより行われる。通電時間Ｔａの設定方法については、上記第１実施形態と同様とする。   When an affirmative determination is made in step S34 and the elapsed time after the engine stops reaches the heater energization execution time t1 (elapsed time ≧ heater energization execution time t1), the process proceeds to step S35 and heater energization is executed. The heater energization is performed by holding a predetermined energization time Ta in the operating temperature range (for example, 500 ° C. or more) of the air-fuel ratio sensor 2 as in step S5. The method for setting the energization time Ta is the same as in the first embodiment.

ステップＳ３４が否定判定された場合は、ステップＳ３１に戻ってステップＳ３２以降をヒータ通電実施時間ｔ１に達するまで繰り返す。ステップＳ３５でヒータ通電がなされると、ステップＳ３６へ進んで通電フラグをセットし、ステップＳ３１へ戻る。ここで、一旦通電フラグがセットされると、ステップＳ３２が肯定判定されるので、経過時間がｔ１時間を超えてもステップＳ３５のヒータ通電が繰り返しなされることはない。   If a negative determination is made in step S34, the process returns to step S31, and steps S32 and after are repeated until the heater energization time t1 is reached. When the heater is energized in step S35, the process proceeds to step S36, the energization flag is set, and the process returns to step S31. Here, once the energization flag is set, an affirmative determination is made in step S32, so that the heater energization in step S35 is not repeated even if the elapsed time exceeds t1 hours.

ステップＳ３２が肯定判定されて、ステップＳ３７へ進んだ場合は、タイマ手段から出力される経過時間を読み込み、続くステップＳ３８において、ヒータ通電実施時間ｔ２と比較する。経過時間がヒータ通電実施時間ｔ２に達していなければ（経過時間＜ヒータ通電実施時間ｔ２）、ステップＳ３１へ戻る。ステップＳ３８が肯定判定され、エンジン停止後の経過時間がヒータ通電実施時間ｔ２に達した（経過時間≧ヒータ通電実施時間ｔ１）場合は、ステップＳ３９へ進んで、ヒータ通電を実行し、ステップＳ４０で通電フラグをリセットして本ルーチンを終了する。ヒータ通電は、上記ステップＳ５と同様に、空燃比センサ２の使用温度域（例えば５００℃以上）において、所定の通電時間Ｔｂ保持することにより行われる。   If the determination in step S32 is affirmative and the process proceeds to step S37, the elapsed time output from the timer means is read, and in step S38, it is compared with the heater energization time t2. If the elapsed time has not reached the heater energization execution time t2 (elapsed time <heater energization execution time t2), the process returns to step S31. If an affirmative determination is made in step S38 and the elapsed time after the engine stops reaches the heater energization execution time t2 (elapsed time ≧ heater energization execution time t1), the process proceeds to step S39, where the heater energization is performed, and in step S40 The energization flag is reset and this routine is terminated. The heater energization is performed by holding a predetermined energization time Tb in the operating temperature range (for example, 500 ° C. or more) of the air-fuel ratio sensor 2 as in step S5.

ここで、図示するように、ヒータ通電実施時間ｔ２の時点では、出力ずれの大きい車両Ｂは、出力ずれ収束時間ΔｔＢが、出力ずれ許容時間Δｔmaxに達しているが、出力ずれの小さい車両Ａの出力ずれ収束時間ΔｔＡは、出力ずれ許容時間Δｔmaxに達していない。これは、一定のヒータ通電実施時間ｔ２では、空燃比センサ２のセンサ素子２ａに付着している排気ガス成分量が、車両毎に異なるためであり、排気ガス成分を脱離させるための通電時間Ｔｂも、車両毎に適宜設定する。車両Ｂは、出力ずれ収束時間ΔｔＢが、出力ずれ許容時間Δｔmaxに達しているため、通電時間Ｔｂ＝通電時間Ｔａとすることで、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。   Here, as shown in the figure, at the time when the heater energization time t2, the vehicle B having a large output deviation has the output deviation convergence time ΔtB that has reached the output deviation allowable time Δtmax, but the vehicle A having a small output deviation. The output deviation convergence time ΔtA does not reach the output deviation allowable time Δtmax. This is because the amount of exhaust gas component adhering to the sensor element 2a of the air-fuel ratio sensor 2 varies from vehicle to vehicle at a constant heater energization time t2, and the energization time for desorbing the exhaust gas component. Tb is also set appropriately for each vehicle. Since the output deviation convergence time ΔtB of the vehicle B has reached the output deviation allowable time Δtmax, the same effect as in the first embodiment can be obtained by setting the energization time Tb = the energization time Ta.

出力ずれの小さい車両Ａは、排気ガス成分を脱離させるために必要な通電時間Ｔｂ（＜通電時間Ｔａ）を適宜設定する。これにより、図示するように出力ずれ収束時間ΔｔＡの特性線がシフトし、出力ずれを防止する効果を大きく向上させる。また、ヒータ通電後の必要な回復率によっては、通電時間Ｔｂをさらに短縮して最小限のヒータ通電にて出力ずれを抑制することもできる。   The vehicle A with a small output deviation appropriately sets the energization time Tb (<energization time Ta) necessary for desorbing the exhaust gas component. As a result, the characteristic line of the output deviation convergence time ΔtA is shifted as shown in the figure, and the effect of preventing the output deviation is greatly improved. Further, depending on the required recovery rate after the heater energization, the energization time Tb can be further shortened to suppress the output deviation with the minimum heater energization.

（第３実施形態）
図９、１０に本発明の第３実施形態を示す。上記第１、２実施形態では、ヒータ通電時間ｔ１、ｔ２に到達したか否かを判定するために、ＥＣＵ１３にタイマ手段を設けてエンジン本体１１停止後の経過時間をカウントするようにしたが、本実施形態では、経過時間と同様に出力ずれ収束時間Δｔと相関のあるセンサ素子２ａの温度等を用いて判定を行う。センサ素子２ａの温度は、センサ素子２ａのインピーダンスもしくはアドミタンスの他、ヒータ抵抗により検出することができる。あるいは、センサ素子２ａの温度と相関のある排気管１２内の温度やエンジン冷却水の温度等を用い、ヒータ通電時間ｔ１、ｔ２を設定するようにしてもよい。 (Third embodiment)
9 and 10 show a third embodiment of the present invention. In the first and second embodiments, in order to determine whether or not the heater energization times t1 and t2 have been reached, the ECU 13 is provided with timer means to count the elapsed time after the engine body 11 stops. In the present embodiment, the determination is performed using the temperature of the sensor element 2a having a correlation with the output deviation convergence time Δt as with the elapsed time. The temperature of the sensor element 2a can be detected by a heater resistance in addition to the impedance or admittance of the sensor element 2a. Or you may make it set heater energization time t1, t2 using the temperature in the exhaust pipe 12, the temperature of engine cooling water, etc. which have a correlation with the temperature of the sensor element 2a.

図９は、エンジン停止後の空燃比センサ２の温度および排気管１２の温度の変化を示したもので、出力ずれ収束時間Δｔの変化を併せて示している。空燃比センサ２の温度は、センサ素子２ａのインピーダンスから、排気管１２の温度は排気温センサ１５を用いてモニタした。図に明らかなように、空燃比センサ２の温度は、エンジン停止により７００℃から３００℃付近まで急激に降下し、その後は緩やかに降下する。この傾向は、排気管１２の温度変化と同様であり、排気管温度の方がやや遅れて全体的に緩やかに降下する。   FIG. 9 shows changes in the temperature of the air-fuel ratio sensor 2 and the temperature of the exhaust pipe 12 after the engine is stopped, and also shows changes in the output deviation convergence time Δt. The temperature of the air-fuel ratio sensor 2 was monitored using the exhaust temperature sensor 15 from the impedance of the sensor element 2 a and the temperature of the exhaust pipe 12. As is apparent from the figure, the temperature of the air-fuel ratio sensor 2 rapidly decreases from 700 ° C. to around 300 ° C. when the engine is stopped, and then gradually decreases. This tendency is the same as the temperature change of the exhaust pipe 12, and the exhaust pipe temperature gradually falls with a slight delay.

出力ずれの発生原因となる排気中の排気ガス成分は、エンジン本体１１の停止直後に空燃比センサ２が冷えていく過程で最も多くセンサ素子２ａに付着する。図より、出力ずれ収束時間の変化が、空燃比センサ２の温度変化に追従しており、素子温度の低下に伴って出力ずれ収束時間が急上昇し、温度低下が緩やかになると、出力ずれも収束に向かうことが分かる。そこで、図示の温度特性より、例えば吸着律速となる温度(約３００℃ないしその前後)をヒータ通電実施温度Ｔ１、対応する時間をヒータ通電実施時間ｔ１として、上記実施形態と同様に、付着物質を除去できる５００℃以上で数秒間程度、ヒータ通電を実施することで同様の効果が得られる。この時、ヒータ通電実施温度Ｔ１における出力ずれ収束時間Δｔが、前述した出力ずれ許容時間Δmax以下となるように設定することが好ましい。   Exhaust gas components in the exhaust gas that cause output deviation are most often attached to the sensor element 2a in the process of cooling the air-fuel ratio sensor 2 immediately after the engine body 11 is stopped. From the figure, the change in the output deviation convergence time follows the temperature change of the air-fuel ratio sensor 2, and the output deviation convergence time suddenly increases as the element temperature decreases, and the output deviation converges when the temperature decrease becomes gradual. I can see that Therefore, from the illustrated temperature characteristics, for example, the temperature (about 300 ° C. or around) is the heater energization execution temperature T1, and the corresponding time is the heater energization execution time t1, as in the above embodiment. The same effect can be obtained by carrying out heater energization for about several seconds at 500 ° C. or higher. At this time, it is preferable to set the output deviation convergence time Δt at the heater energization temperature T1 to be equal to or less than the above-described output deviation allowable time Δmax.

この場合も、ヒータ通電実施温度Ｔ１でのヒータ通電後において、排気管１２内に残存している排気ガス成分が、再度センサ素子２aに付着する。このため、センサ素子２aの温度が十分低下した時点（例えば約１００℃ないしその前後）を、ヒータ通電実施温度Ｔ２（対応する時間をヒータ通電実施時間ｔ２）として、再度ヒータ通電する。ただし、再度吸着する量はエンジン始動直後に対して排気ガス成分濃度が低減されているため、大幅に減少しており、ヒータ通電温度、時間等はこれに応じて適宜設定すればよい。   Also in this case, after the heater energization at the heater energization temperature T1, the exhaust gas component remaining in the exhaust pipe 12 adheres to the sensor element 2a again. For this reason, the heater energization is performed again at the time when the temperature of the sensor element 2a is sufficiently lowered (for example, about 100 ° C. or around that) as the heater energization temperature T2 (the corresponding time is the heater energization time t2). However, the amount to be adsorbed again is greatly reduced because the exhaust gas component concentration is reduced immediately after the engine is started, and the heater energization temperature, time, etc. may be set appropriately accordingly.

その後、センサ素子２ａの温度、排気管内温度が大気とほぼ同じになると、排気ガス成分はそれ以上付着しない。そこで、車両が長期放置される場合等は、必要により、さらにヒータ通電実施温度Ｔ３（対応する時間をヒータ通電実施時間ｔ３）を設定として、再度ヒータ通電することもできる。また、再度付着する量はエンジン始動直後に対して排気ガス成分濃度が低減されているため、大幅に減少しており、ヒータ通電温度、時間等はこれに応じて適宜設定すればよい。   Thereafter, when the temperature of the sensor element 2a and the temperature in the exhaust pipe become substantially the same as the atmosphere, the exhaust gas component does not adhere any more. Therefore, when the vehicle is left for a long period of time, the heater energization can be performed again by setting the heater energization temperature T3 (the corresponding time is the heater energization time t3) as necessary. Further, the amount of re-adhesion is greatly reduced because the exhaust gas component concentration is reduced immediately after the engine is started, and the heater energization temperature, time, etc. may be appropriately set accordingly.

図１０は、本実施形態の出力ずれ防止手段として、ＥＣＵ１３で実行されるヒータ２２への通電制御の内容を示すフローチャートであり、車両Ａ、Ｂの両方に適用される。まずステップＳ４１で、エンジン本体１１が停止中か否かを、例えばイグニッションスイッチ１６のオフにより判定する。エンジン停止中でなければその後の処理を実行することなく終了し、エンジン停止中と確認されると、ステップＳ４２へ進み、通電フラグがセットされているか否かを判定する。通電フラグは、ヒータ通電実施時間ｔ１における第１回目の通電が終了していることを示すもので、後述するステップＳ４６にてセットされる。   FIG. 10 is a flowchart showing the contents of energization control to the heater 22 executed by the ECU 13 as output deviation prevention means of this embodiment, and is applied to both the vehicles A and B. First, in step S41, whether or not the engine body 11 is stopped is determined by turning off the ignition switch 16, for example. If the engine is not stopped, the process is terminated without executing the subsequent processing. If it is confirmed that the engine is stopped, the process proceeds to step S42, and it is determined whether or not the energization flag is set. The energization flag indicates that the first energization at the heater energization execution time t1 has been completed, and is set in step S46 described later.

ステップＳ４２が否定判定されると、ステップＳ４３へ進み、ステップＳ４２が肯定判定されると、ステップＳ４７へ進む。ステップＳ４３では、センサ素子２ａの温度を読み込む。センサ素子２ａの温度は、例えばセンサ素子２ａのインピーダンスもしくはアドミタンス、ヒータ抵抗により検出する。   If a negative determination is made in step S42, the process proceeds to step S43. If a positive determination is made in step S42, the process proceeds to step S47. In step S43, the temperature of the sensor element 2a is read. The temperature of the sensor element 2a is detected by, for example, the impedance or admittance of the sensor element 2a and the heater resistance.

続くステップＳ４４では、ステップＳ４３で検出したセンサ温度が、ヒータ通電実施時間ｔ１に相当するヒータ通電実施温度Ｔ１以下となったか否かを判定する。否定判定された場合は、ステップＳ４１へ戻る。ステップＳ４４が肯定判定された場合は、ステップＳ４５へ進んで、ヒータ通電を実行し、ステップＳ４６へ進んで通電フラグをセットし、ステップＳ４１へ戻る。ヒータ通電は、上記ステップＳ５と同様に、空燃比センサ２の使用温度域で付着成分が脱離可能な温度（例えば５００℃以上）において、所定の通電時間Ｔａ保持することにより行われる。通電時間Ｔａの設定方法については、上記第１実施形態と同様とする。   In the subsequent step S44, it is determined whether or not the sensor temperature detected in step S43 is equal to or lower than the heater energization temperature T1 corresponding to the heater energization time t1. If a negative determination is made, the process returns to step S41. When an affirmative determination is made in step S44, the process proceeds to step S45, heater energization is performed, the process proceeds to step S46, the energization flag is set, and the process returns to step S41. The heater energization is performed by holding a predetermined energization time Ta at a temperature (for example, 500 ° C. or more) at which the adhering component can be desorbed in the operating temperature range of the air-fuel ratio sensor 2 as in step S5. The method for setting the energization time Ta is the same as in the first embodiment.

ステップＳ４２が肯定判定され、ステップＳ４７へ進んだ場合は、センサ温度を検出し、続くステップＳ４８で検出したセンサ温度が、ヒータ通電実施時間ｔ２に相当するヒータ通電実施温度Ｔ２以下となったか否かを判定する。否定判定された場合はＳ４１へ戻る。ステップＳ４８が肯定判定された場合は、ステップＳ４９へ進んで、ヒータ通電を実行し、ステップＳ５０で通電フラグをリセットして本ルーチンを終了する。ヒータ通電は、上記ステップＳ５と同様に、空燃比センサ２の使用温度域（例えば５００℃以上）において、所定の通電時間Ｔａ保持することにより行われる。   If the determination in step S42 is affirmative and the process proceeds to step S47, the sensor temperature is detected, and whether or not the sensor temperature detected in the subsequent step S48 is equal to or lower than the heater energization execution temperature T2 corresponding to the heater energization execution time t2. Determine. If a negative determination is made, the process returns to S41. If the determination in step S48 is affirmative, the process proceeds to step S49, the heater energization is executed, the energization flag is reset in step S50, and this routine is terminated. The heater energization is performed by holding a predetermined energization time Ta in the operating temperature range (for example, 500 ° C. or more) of the air-fuel ratio sensor 2 as in step S5.

上記実施形態では、空燃比センサ２のヒータ制御装置について説明したが、本発明は、内燃機関の排気管に装着される酸素センサ、ＮＯｘセンサ、その他、排気ガス中のガス成分濃度を検出するガスセンサのヒータ制御にも適用することができる。また、例えば自動車以外の内燃機関にも好適に使用されて、始動時の出力ずれを防止し、フィードバック制御を良好に行うことができる。   Although the heater control device for the air-fuel ratio sensor 2 has been described in the above embodiment, the present invention is an oxygen sensor, a NOx sensor, and other gas sensors that detect the concentration of gas components in the exhaust gas. It can also be applied to the heater control. Further, it can be suitably used for an internal combustion engine other than an automobile, for example, to prevent output deviation at the time of starting and to perform feedback control satisfactorily.

１１ エンジン本体
１２ 排気管
１３ ＥＣＵ（出力ずれ防止手段）
１４ 冷却水温センサ
１５ 排気温センサ
１６ イグニッションスイッチ
２ 空燃比センサ（ガスセンサ）
２１ 検出部
２２ ヒータ
２ａ センサ素子
２ｂ カバー 11 Engine body 12 Exhaust pipe 13 ECU (Output deviation prevention means)
14 Cooling water temperature sensor 15 Exhaust temperature sensor 16 Ignition switch 2 Air-fuel ratio sensor (gas sensor)
21 detector 22 heater 2a sensor element 2b cover

Claims (9)

内燃機関の排気管に設けられたガスセンサのヒータに対し通電制御をするガスセンサのヒータ制御装置において、
前記内燃機関の停止中に、前記ヒータへの通電を行って、前記ガスセンサに付着した排気ガス成分を脱離させる出力ずれ防止手段を設け、
前記出力ずれ防止手段は、
前記内燃機関の停止後の放置時間と、前記排気管内に残存する排気ガス成分による再始動時の前記ガスセンサの出力ずれ収束時間との関係を予め知り、該関係に基づいて、前記出力ずれ収束時間の許容値に対応する前記停止後の放置時間を超えないように設定されたヒータ通電実施時間ｔ１において、前記ヒータへの通電を実施することを特徴とする内燃機関用ガスセンサのヒータ制御装置。 In a heater control device for a gas sensor that performs energization control on a heater of a gas sensor provided in an exhaust pipe of an internal combustion engine,
An output deviation prevention means is provided for energizing the heater while the internal combustion engine is stopped to desorb an exhaust gas component adhering to the gas sensor,
The output deviation prevention means is
Knowing in advance the relationship between the standing time after the internal combustion engine is stopped and the output deviation convergence time of the gas sensor at the time of restart due to the exhaust gas component remaining in the exhaust pipe, and based on this relationship, the output deviation convergence time A heater control device for a gas sensor for an internal combustion engine, wherein the heater is energized at a heater energization time t1 set so as not to exceed the standing time after the stop corresponding to an allowable value. 前記出力ずれ防止手段は、
前記ヒータ通電実施時間ｔ１における前記ヒータへの通電後の放置時間と前記出力ずれ収束時間との関係を予め知り、該関係に基づいて、前記出力ずれ収束時間の許容値に対応する前記通電後の放置時間を超えないように設定されたヒータ通電実施時間ｔ２において、前記ヒータへの通電を再実施する請求項１記載の内燃機関用ガスセンサのヒータ制御装置。 The output deviation prevention means is
The relationship between the leaving time after energization of the heater at the heater energization time t1 and the output deviation convergence time is known in advance, and based on this relationship, the post-energization time corresponding to the allowable value of the output deviation convergence time The heater control device for a gas sensor for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the heater is energized again at a heater energization time t2 set so as not to exceed the leaving time. 前記出力ずれ防止手段は、
前記ヒータ通電実施時間ｔ１における前記ヒータへの通電後の放置時間と前記出力ずれ収束時間との関係を予め知り、該関係に基づいて、前記出力ずれ収束時間が安定し、前記排気管内の雰囲気がほぼ大気に置換されたとみなされる前記通電後の放置時間から設定されたヒータ通電実施時間ｔ２において、前記ヒータへの通電を再実施する請求項１記載の内燃機関用ガスセンサのヒータ制御装置。 The output deviation prevention means is
The relationship between the leaving time after energizing the heater at the heater energization time t1 and the output deviation convergence time is known in advance, and based on this relationship, the output deviation convergence time is stabilized, and the atmosphere in the exhaust pipe is 2. The heater control device for a gas sensor for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the heater is energized again at a heater energization time t <b> 2 set from a standing time after the energization that is considered to have been substantially replaced with the atmosphere. 前記ヒータへの通電は、前記ガスセンサがセンサ使用温度域にて所定時間保持されるように実施する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の内燃機関用ガスセンサのヒータ制御装置。   The heater control device for a gas sensor for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein energization of the heater is performed such that the gas sensor is held in a sensor operating temperature range for a predetermined time. 前記ガスセンサの出力ずれ収束時間は、前記内燃機関の再始動時に前記ガスセンサの出力が安定するのに要する時間であり、前記出力ずれ収束時間の許容値は、前記ガスセンサの出力に基づくフィードバック制御開始時間に基づいて設定される請求項１ないし４のいずれか１項に記載の内燃機関用ガスセンサのヒータ制御装置。   The output deviation convergence time of the gas sensor is a time required for the output of the gas sensor to be stabilized when the internal combustion engine is restarted. The allowable value of the output deviation convergence time is a feedback control start time based on the output of the gas sensor. The heater control device for a gas sensor for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the heater control device is set based on the above. 前記内燃機関の停止後の放置時間を計測するタイマ手段を備え、該タイマ手段の出力に基づいて、前記出力ずれ防止手段を作動させる請求項１ないし５のいずれか１項に記載の内燃機関用ガスセンサのヒータ制御装置。   6. The internal combustion engine for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising timer means for measuring a standing time after the internal combustion engine is stopped, and operating the output deviation preventing means based on an output of the timer means. Gas sensor heater control device. 前記内燃機関の停止後の放置時間と前記ガスセンサの温度および前記ガスセンサの出力ずれ収束時間との関係を予め知り、前記ガスセンサの温度を直接または間接的に検出する温度検出手段を設けて、該温度検出手段の出力に基づいて、前記出力ずれ防止手段を作動させる請求項１ないし５のいずれか１項に記載の内燃機関用ガスセンサのヒータ制御装置。   Knowing in advance the relationship between the standing time after the internal combustion engine is stopped, the temperature of the gas sensor and the output deviation convergence time of the gas sensor, and provided with temperature detection means for detecting the temperature of the gas sensor directly or indirectly, 6. The heater control device for a gas sensor for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the output deviation prevention means is operated based on an output of the detection means. 前記温度検出手段が、前記ガスセンサのインピーダンスまたはアドミタンス、前記ヒータの抵抗値、前記排気管内の排気温度、または前記内燃機関の冷却水温度に基づいて、前記ガスセンサの温度を検出する請求項７記載の内燃機関用ガスセンサのヒータ制御装置。   The temperature detection unit detects the temperature of the gas sensor based on an impedance or admittance of the gas sensor, a resistance value of the heater, an exhaust temperature in the exhaust pipe, or a cooling water temperature of the internal combustion engine. A heater control device for a gas sensor for an internal combustion engine. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の内燃機関用ガスセンサのヒータ制御装置を備え、前記ガスセンサにより検出される排気ガス成分濃度が所定範囲となるようにフィードバック制御を実施する内燃機関の制御装置。   Control of an internal combustion engine comprising the heater control device for a gas sensor for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 8, wherein feedback control is performed so that an exhaust gas component concentration detected by the gas sensor falls within a predetermined range. apparatus.
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