JP2017203644A - 排気センサの制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】排気センサの制御装置は、バッテリ0の電圧を検出するバッテリ電圧検出部と、電気化学セルの目標温度を設定すると共に電気化学セルの温度が目標温度になるようにバッテリからヒータに供給される電力を制御するヒータ制御部とを備える。ヒータ制御部は、内燃機関の始動後、バッテリ電圧検出部によって検出されたバッテリの電圧が所定電圧に回復するまで目標温度を第一温度に設定し、バッテリ電圧検出部によって検出されたバッテリの電圧が上記所定電圧に回復したときに目標温度を第一温度から第二温度に切り替える。第一温度は電気化学セルの作動温度よりも低く且つ保護層の外面においてライデンフロスト現象が発生する最低温度以上の温度であり、第二温度は作動温度以上の温度である。
【選択図】図6
Description
最初に図1〜図7を参照して、本発明の第一実施形態について説明する。
図1は、本発明の第一実施形態に係る排気センサの制御装置が用いられる内燃機関1を概略的に示す図である。図1に示される内燃機関1は、圧縮自着火式内燃機関(ディーゼルエンジン)である。内燃機関1は例えば車両に搭載される。
本実施形態では、排気センサの制御装置によって制御される排気センサとして、内燃機関1の排気通路に空燃比センサ10が配置されている。空燃比センサ10は、内燃機関1の排気通路を流れる排気ガス中の特定の成分を検出する。具体的には、空燃比センサ10は、排気ガス中の酸素濃度を検出することで、排気ガスの空燃比をリニアに検出する。
ところで、排気管の温度が水の露点温度以下である場合、排気ガス中の水蒸気が凝縮し、凝縮水が発生する。排気通路に凝縮水が存在していると、凝縮水の水滴が排気ガスと共に空燃比センサ10の保護層60に衝突する。保護層60が撥水性を有しない場合、保護層60に衝突した水滴は保護層60内に浸透する。ヒータ55による加熱によって保護層60の温度が高温である場合には、保護層60内に浸透した水滴は保護層60内で蒸発する。この結果、保護層60及び素子本体50に熱衝撃が加えられ、センサ素子12の素子割れが発生する場合がある。
ところで、内燃機関1の始動後、ヒータ55によって素子本体50及び保護層60を加熱するとき、空燃比センサ10のヒータ55には、内燃機関1を搭載した車両のバッテリから電力が供給される。しかしながら、内燃機関1の始動の際には、内燃機関1のクランキングのためにバッテリの負荷が増大し、バッテリの電圧が一時的に低下する。空燃比センサ10の素子本体50及び保護層60を加熱すべくバッテリ電圧の低下時にヒータの消費電力を増大させると、バッテリ電圧の回復が遅れ、燃料噴射量の制御等に悪影響を及ぼす。
そこで、本実施形態に係る排気センサの制御装置は、内燃機関1の始動の際に以下の制御を実行する。図5は、本発明の第一実施形態に係る排気センサの制御装置等の構成を概略的に示すブロック図である。排気センサの制御装置はバッテリ電圧検出部80a及びヒータ制御部80bを備える。本実施形態では、バッテリ電圧検出部80a及びヒータ制御部80bはECU80の一部である。
以下、図6のタイムチャートを参照して、内燃機関1を始動させるときの制御について具体的に説明する。図6は、内燃機関1を始動させるときの、内燃機関1のオンオフ、バッテリ90の電圧、センサセル51の目標温度及びセンサセル51の温度の概略的なタイムチャートである。図示した例では、センサセル51の温度はセンサセル51のインピーダンスに基づいて算出されている。
以下、図7のフローチャートを参照して、センサセル51の目標温度を設定するための制御について説明する。図7は、本発明の第一実施形態における目標温度設定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、内燃機関1の始動後、ECU80によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。
第二実施形態に係る排気センサの制御装置の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態に係る排気センサの制御装置の構成及び制御と同様である。このため、以下、本発明の第二実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
以下、図9のタイムチャートを参照して、内燃機関1’を始動させるときの制御について具体的に説明する。図9は、内燃機関1’を始動させるときの、内燃機関1’のオンオフ、バッテリ90の電圧、上流側空燃比センサ10aのセンサセル51の目標温度、上流側空燃比センサ10aのセンサセル51の温度、下流側空燃比センサ10bのセンサセル51の目標温度及び下流側空燃比センサ10bのセンサセル51の温度の概略的なタイムチャートである。
上流側空燃比センサ10aについては、センサセル51の目標温度を設定するために、図7に示した制御ルーチンが実行される。一方、下流側空燃比センサ10bについては、センサセル51の目標温度を設定するために、図10に示した制御ルーチンが実行される。図10は、本発明の第二実施形態における目標温度設定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、内燃機関1’の始動後、ECU80によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。
第三実施形態に係る排気センサの制御装置の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態に係る排気センサの制御装置の構成及び制御と同様である。このため、以下、本発明の第三実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
以下、図14のタイムチャートを参照して、内燃機関1を始動させるときの制御について具体的に説明する。図14は、内燃機関1を始動させるときの、内燃機関1のオンオフ、バッテリ90の電圧、排気管27の温度、センサセル51の目標温度及びセンサセル51の温度の概略的なタイムチャートである。図示した例では、排気管27の温度は排気温度センサ105の出力から算出されている。また、センサセル51の温度はセンサセル51のインピーダンスに基づいて算出されている。
図15は、本発明の第三実施形態における目標温度設定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、内燃機関1の始動後、ECU80によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。図15におけるステップS301〜ステップS305は、図7におけるステップS101〜ステップS105と同様であることから説明を省略する。
10 空燃比センサ
12 センサ素子
50 素子本体
51 センサセル
55 ヒータ
60 保護層
80 電子制御ユニット(ECU)
80a バッテリ電圧検出部
80b ヒータ制御部
80c 温度推定部
90 バッテリ
Claims (5)
- 内燃機関の排気通路に配置されると共に排気ガス中の特定の成分を検出する排気センサを制御する、排気センサの制御装置であって、
前記排気センサは、電気化学セルが設けられた素子本体と、該素子本体の外面上に形成されると共に多孔質セラミックから構成された保護層と、バッテリから電力が供給されることによって前記素子本体及び前記保護層を加熱するヒータとを備え、
当該制御装置は、前記バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出部と、前記電気化学セルの目標温度を設定すると共に前記電気化学セルの温度が前記目標温度になるように前記バッテリから前記ヒータに供給される電力を制御するヒータ制御部とを備え、
前記ヒータ制御部は、前記内燃機関の始動後、前記バッテリ電圧検出部によって検出された前記バッテリの電圧が所定電圧に回復するまで前記目標温度を第一温度に設定し、前記バッテリ電圧検出部によって検出された前記バッテリの電圧が前記所定電圧に回復したときに前記目標温度を前記第一温度から第二温度に切り替え、前記第一温度は前記電気化学セルの作動温度よりも低く且つ前記保護層の外面においてライデンフロスト現象が発生する最低温度以上の温度であり、前記第二温度は前記作動温度以上の温度である、排気センサの制御装置。 - 前記ヒータ制御部は、前記内燃機関の始動後、前記目標温度を前記第一温度に設定する前に、前記目標温度が前記第一温度に設定されたときに前記ヒータに供給される電力よりも小さい電力を前記ヒータに供給する、請求項1に記載の排気センサの制御装置。
- 前記ヒータ制御部は、前記内燃機関の始動後、前記目標温度を前記第一温度に設定する前に、前記目標温度を第三温度に設定し、該第三温度は水の沸点以上前記第一温度未満の温度である、請求項2に記載の排気センサの制御装置。
- 前記排気センサは、排気流れ方向において最も上流側に配置された上流側排気センサと、該上流側排気センサの排気流れ方向下流側に配置された下流側排気センサとを含み、
前記ヒータ制御部は、前記内燃機関の始動後、前記バッテリ電圧検出部によって検出された前記バッテリの電圧が前記所定電圧に回復するまで、前記上流側排気センサにおける前記目標温度を前記第一温度に設定し、且つ、前記下流側排気センサにおける前記目標温度を前記最低温度未満の温度に設定し又は前記下流側排気センサの前記ヒータへの電力供給を停止する、請求項1から3のいずれか1項に記載の排気センサの制御装置。 - 前記排気センサ周りの排気管の温度を推定する温度推定部を更に備え、
前記ヒータ制御部は、前記バッテリ電圧検出部によって検出された前記バッテリの電圧が前記所定電圧に回復した後、前記温度推定部によって推定された前記排気管の温度が水の沸点以上の温度に達したときに前記目標温度を前記第二温度から第四温度に切り替え、前記第二温度は前記作動温度よりも高い温度であり、前記第四温度は前記作動温度である、請求項1から4のいずれか1項に記載の排気センサの制御装置。
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