JP4325641B2 - 空燃比センサの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、空燃比センサの制御装置に関し、特に、空燃比センサの素子を加熱するように制御する技術に関する。

従来より、空燃比センサにより空燃比を検出し、内燃機関が所望の空燃比で運転するように制御する技術が知られている。空燃比センサは、ジルコニア素子が発生する起電力を用いて空燃比を検出する。この空燃比センサを活性化させるためには、ジルコニア素子を加熱する必要がある。そのため、空燃比センサには、ジルコニア素子を加熱するヒータが設けられる。

ところで、空燃比センサが設けられる排気通路の温度が低い状態では、排気通路中に水滴が存在する。ジルコニア素子の加熱中に排気通路中の水滴がジルコニア素子に触れると、ジルコニア素子が破損する場合がある。したがって、ジルコニア素子の加熱は、排気通路中の水滴がなくなったと考えられる状態において行なわれる。

特開２００３−２２７４００号公報（特許文献１）は、センサ素子がひび割れを起こしたりすることなく、空燃比センサの早期活性化を可能とする空燃比センサの温度制御装置を開示する。特許文献１に記載の温度制御装置は、センサ素子を保護する保護部の温度が所定値に達するまでは、センサ素子の活性化のための熱量を付与する加温部を予熱状態に、所定値に達した後は予熱状態よりも発熱量の大きい加熱状態に切り換える切換部を含む。

この公報に記載の温度制御装置によれば、センサ素子の近傍にあり、センサ素子の被水状態を正確に反映できる保護部の温度が所定値に達して被水状態が解除されるまでは加温部を予熱し、解除後により発熱量の大きい加熱状態に切り換える。そのため、センサ素子に被水したまま急速加熱したときに生じるセンサ素子の割れを確実に防止しつつ、センサ素子の早期の活性化が可能となる。
特開２００３−２２７４００号公報

ところで、内燃機関においては、排気ガスを浄化する触媒を早期に暖機するために、点火時期を遅角し、排気ガスの温度を高くする場合がある。この場合、素子を保護する保護カバーの温度が速やか上昇する。一方、点火時期の遅角が禁止された状態では、保護カバーの温度が上昇し難い。したがって、特開２００３−２２７４００号公報に記載の温度制御装置のように、センサ素子を保護する保護部材（保護カバー）の温度が所定値に達するまで予熱状態にしていたのでは、必要以上に空燃比センサの活性化が遅れる場合があり得る。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、早期に空燃比センサを活性化することができる空燃比センサの制御装置を提供することである。

第１の発明に係る空燃比センサの制御装置は、素子を覆う保護部材を有し、内燃機関の排気通路に設けられた空燃比センサを制御する。この制御装置は、素子を加熱するための加熱手段と、排気通路の温度および保護部材の温度を検出するための検出手段と、排気通
路の温度が第１のしきい値よりも低く、かつ保護部材の温度が第２のしきい値よりも低い場合において素子を加熱せず、排気通路の温度が第１のしきい値よりも高い場合および保護部材の温度が第２のしきい値よりも高い場合のうちの少なくともいずれか一方の場合において素子を加熱するように、加熱手段を制御するための制御手段とを含む。

第１の発明によると、加熱手段により、空燃比センサの素子が加熱される。この素子を覆う保護部材の温度が高いと、排気通路中の水滴が素子に触れる前に保護部材に触れた際に蒸発し得る。したがって、保護部材の温度が高くなってから素子を加熱するようにすれば、素子の加熱中に水滴が素子に触れることを抑制することができる。ところで、空燃比センサは排気通路に設けられることから、保護部材の温度は排気ガスの温度が高いほど上昇し易い。したがって、たとえば触媒を暖機するために点火時期が遅角されていれば、排気ガスの温度が高いために保護部材の温度が速やかに上昇する。一方、点火時期の遅角が禁止された状態では、排気ガスの温度が高い状態ではないため、保護部材の温度が上昇し難い。しかしながら、保護部材の温度が高い状態ではなくても、排気通路の温度が高ければ水滴が存在しなくなる。そこで、加熱手段は、排気通路の温度が第１のしきい値よりも低く、かつ保護部材の温度が第２のしきい値よりも低い場合において素子を加熱せず、排気通路の温度が第１のしきい値よりも高い場合および保護部材の温度が第２のしきい値よりも高い場合のうちの少なくともいずれか一方の場合において素子を加熱するように制御される。これにより、排気通路の温度が第１のしきい値よりも高くなったタイミングおよび保護部材の温度が第２のしきい値よりも高くなったタイミングのうちの早い方のタイミングで素子の加熱を開始することができる。そのため、早期に空燃比センサを活性化することができる空燃比センサの制御装置を提供することができる。

第２の発明に係る空燃比センサの制御装置は、第１の発明の構成に加え、内燃機関の排気ガスの温度を算出するための算出手段をさらに含む。検出手段は、排気通路の温度および保護部材の温度のうちの少なくともいずれか一方の温度を排気ガスの温度に基づいて検出するための手段を含む。

第２の発明によると、排気ガスの温度が算出される。排気通路の温度および保護部材の温度は、排気ガスの温度の影響を強く受ける。そのため、排気通路の温度および保護部材の温度のうちの少なくともいずれか一方の温度が排気ガスの温度に基づいて検出される。これにより、排気通路の温度もしくは保護部材の温度を精度よく検出することができる。

第３の発明に係る空燃比センサの制御装置においては、第２の発明の構成に加え、算出手段は、内燃機関の点火時期および内燃機関に吸入される空気量に基づいて、排気ガスの温度を算出するための手段を含む。

第３の発明によると、排気ガスの温度は内燃機関の点火時期および内燃機関に吸入される空気量の影響を強く受けるため、点火時期および空気量に基づいて排気ガスの温度が算出される。これにより、排気ガスの温度を精度よく算出することができる。

第４の発明に係る空燃比センサの制御装置においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加え、内燃機関は、冷間時において点火時期を遅角することにより排気通路に設けられた触媒を暖機するように制御される。

第４の発明によると、冷間時において点火時期を遅角することにより排気通路に設けられた触媒を暖機するように制御される内燃機関に対して設けられた空燃比センサを早期に活性化することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

＜第１の実施の形態＞
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る空燃比センサの制御装置を搭載した車両のエンジン１００について説明する。車両は、エンジン１００からの駆動力により走行する。エンジン１００は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２００により制御される。本実施の形態に係る空燃比センサの制御装置は、たとえばＥＣＵ２００が実行するプログラムにより実現される。

エンジン１００に吸入される空気は、エアクリーナ１０２から吸入され、吸気管１０４を通り、インジェクタ１０６から噴射された燃料との混合気としてエンジン１００の燃焼室に導入される。混合気は、燃焼室内で点火プラグ１０８により点火されて燃焼させられる。燃焼室内で混合気が燃焼させられることにより、ピストン１１０が押し下げられて、クランクシャフト１１２が回転させられる。燃焼後の混合気、すなわち排気ガスは、排気ポート１１４およびエキゾーストマニホールド１１６を通り、触媒１１８により浄化された後、車外に排出される。

触媒１１８は、三元触媒である。触媒１１８は、活性化している状態において、排気ガス、すなわちＮＯx、ＣＯ、ＨＣの浄化作用を発揮する。

エンジン１００に吸入される空気量は、スロットルバルブ１２０により調整される。スロットルバルブ１２０のスロットル開度は、スロットル開度センサ１２２により検出される。スロットル開度センサ１２２の検出結果を表す信号は、ＥＣＵ２００に送信される。

エンジン１００に吸入される空気量はエアフローメータ１２４により検出され、吸気圧は吸気圧センサ１２６により検出される。エアフローメータ１２４および吸気圧センサ１２６の検出結果を表す信号は、ＥＣＵ２００に送信される。

エンジン１００の空燃比を検出するため、触媒１１８の上流側にはＡ／Ｆセンサ（空燃比センサ）１２８が設けられている。図２に示すように、Ａ／Ｆセンサ１２８は、空燃比に比例した電圧を出力する。Ａ／Ｆセンサ１２８は、空燃比がリーンになるほど（空燃比が高くなるほど）、高い電圧を出力する。

なお、Ａ／Ｆセンサ１２８の代わりに、Ｏ₂センサを用いるようにしてもよい。また、触媒１１８の上流側にＡ／Ｆセンサを設けるとともに、触媒１１８の下流側にＯ₂センサを設けるようにしてもよい。さらに、触媒１１８の上流側および下流側の両方に、Ａ／Ｆセンサを設けたり、Ｏ₂センサを設けたりしてもよい。

Ａ／Ｆセンサ１２８は、十分に暖められて活性化した状態において、上述した特性の電圧を出力する。Ａ／Ｆセンサ１２８の電圧を表す信号は、ＥＣＵ２００に送信される。ＥＣＵ２００は、Ａ／Ｆセンサ１２８送信された電圧を表す信号に基づいて、空燃比を検出する。

図１に戻り、エンジン１００の回転数（クランクシャフト１１２の回転数）は、クランクシャフト１１２に設けられたタイミングロータ１３２に対向して設けられたクランクポジションセンサ１３４のパルス信号に基づいて検出される。クランクポジションセンサ１３４のパルス信号がＥＣＵ２００に送られ、ＥＣＵ２００は、送信されたパルス信号によりエンジン１００の回転数を検出する。

また、ＥＣＵ２００には、シフトレバー１３６のポジションを検出するポジションセンサ１３８、車速を検出する車速センサ１４０、アクセルペダル１４２のアクセル開度を検出するアクセル開度センサ１４４が接続されている。さらに、ＥＣＵ２００には、エンジン１００の冷却水温ＷＴを検出する温度センサ１４６が接続されている。

ＥＣＵ２００のＣＰＵ（Central Processing Unit）（図示せず）は、送信された信号、メモリ（図示せず）に記憶されたプログラムおよびマップなどに基づいて演算処理を行なう。これにより、ＥＣＵ２００は、エンジン１００を所望の運転状態となるように制御する。

本実施の形態において、ＥＣＵ２００は、Ａ／Ｆセンサ１２８により検出された空燃比（Ａ／Ｆセンサ１２８の出力電圧）に基づいて空燃比を制御するフィードバック制御を行なう。

また、ＥＣＵ２００は、エンジン１００の始動直後など、エンジン１００の冷却水温ＷＴがしきい値よりも低い冷間時において、点火時期を遅角して排気ガスの温度を高め、触媒１１８の暖機を行なう急速暖機制御を行なう。

図３を参照して、Ａ／Ｆセンサ１２８についてさらに説明する。本実施の形態におけるＡ／Ｆセンサ１２８は、コップ型Ａ／Ｆセンサである。なお、積層型Ａ／Ｆセンサを用いるようにしてもよい。

Ａ／Ｆセンサ１２８は、固体電解質であるジルコニア素子３００と、ジルコニア素子３００の内表面に設けられた大気側電極３０２と、ジルコニア素子３００の外表面に設けられた排気側電極３０４と、排気側電極３０４覆うセラミックコーティング３０６と、ジルコニア素子３００を加熱するヒータ３１０とを含む。

さらに、Ａ／Ｆセンサ１２８は、ジルコニア素子３００、大気側電極３０２、排気側電極３０４およびセラミックコーティング３０６を保護するように、これら覆うインナーカバー３２０と、アウターカバー３３０とを含む。

ジルコニア素子３００は、活性化した状態、すなわち高温である状態において、内表面と外表面との酸素濃度の差に応じた電圧を出力する。酸素濃度の差が大きいほど、大きい電圧が出力される。ジルコニア素子３００は、ヒータ３１０により加熱され、活性化される。

大気側電極３０２および排気側電極３０４は、共に白金により形成される。白金は、排気ガス中の酸素をＣＯとを結合させる触媒作用がある。排気ガス側のジルコニア素子付近の酸素濃度を低下させて、大気側との酸素濃度差を増大させることで、電圧の出力が促進される。

インナーカバー３２０およびアウターカバー３３０には、排気ガスを通過させるための小さな孔が複数設けられる。本実施の形態においては、インナーカバー３２０の孔とアウターカバー３３０の孔とが重複しないように設けられる。なお、インナーカバー３２０の孔およびアウターカバー３３０の孔が重複するように設けてもよい。

図４を参照して、本実施の形態に係る空燃比センサの制御装置であるＥＣＵ２００が実行するプログラムの制御構造について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ＥＣＵ２００は、エンジン１００に吸入される空気量ＧＡおよびエンジン１００の点火時期ＳＡに基づいて、排気ガスの温度ＥＸｔｅｍｐを算出する。排気ガスの温度ＥＸｔｅｍｐは、図５に示すように、空気量ＧＡおよび点火時期ＳＡをパラメータとしたマップにしたがって算出される。空気量ＧＡが大きいほど、排気ガスの温度ＥＸｔｅｍｐが高く算出される。点火時期ＳＡが遅いほど（遅角側であるほど）、排気ガスの温度ＥＸｔｅｍｐが高く算出される。

図４に戻って、Ｓ１１０にて、ＥＣＵ２００は、排気ガスの温度ＥＸｔｅｍｐに基づいて、排気ポート１１４の壁面の温度Ｔｅｘｐおよびインナーカバー３２０の外側（ジルコニア素子３００とは反対側）の壁面の温度Ｔｓｅｎを算出（検出）する。

排気ポート１１４の壁面の温度Ｔｅｘｐは、
Ｔｅｘｐ１＝Ｔｅｘｐ０＋（ＥＸｔｅｍｐ−Ｔｅｘｐ０）×α＋ＷＴ＋γ…（１）
という式を用いて算出される。ここで、Ｔｅｘｐ１は、今回算出される排気ポート１１４の壁面の温度である。Ｔｅｘｐ０は、前回算出された排気ポート１１４の壁面の温度である。ＷＴは、エンジン１００の冷却水の温度である。αおよびγは、実験やシミュレーションにより定められる係数である。なお、排気ポート１１４の壁面の温度Ｔｅｘｐの初期値には、冷却水の温度ＷＴおよび外気温のうち、低い方の温度が用いられる。

インナーカバー３２０の壁面の温度Ｔｓｅｎは、
Ｔｓｅｎ１＝Ｔｓｅｎ０＋（ＥＸｔｅｍｐ−Ｔｓｅｎ０）×β…（２）
という式を用いて算出される。ここで、Ｔｓｅｎ１は、今回算出されるインナーカバー３２０の壁面の温度である。Ｔｓｅｎ０は、前回算出されたインナーカバー３２０の壁面の温度である。βは、実験やシミュレーションにより定められる係数である。なお、インナーカバー３２０の壁面の温度Ｔｓｅｎの初期値には、冷却水の温度ＷＴおよび外気温のうち、低い方の温度が用いられる。

Ｓ１２０にて、ＥＣＵ２００は、排気ポート１１４の壁面の温度Ｔｅｘｐが第１しきい値以上であるという条件およびインナーカバー３２０の壁面の温度Ｔｓｅｎが第２しきい値以上であるという条件のうちの少なくともいずれか一つの条件が満たされたか否かを判別する。

ここで、第１しきい値は、水滴（水分）の露点に対応した温度に設定される。第２しきい値は、水滴がインナーカバー３２０の壁面に触れると水滴が瞬時に蒸発すると考えられる温度である。

排気ポート１１４の壁面の温度Ｔｅｘｐが第１しきい値以上であるという条件およびインナーカバー３２０の壁面の温度Ｔｓｅｎが第２しきい値以上であるという条件のうちの少なくともいずれか一つの条件が満たされると（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、処理はＳ１３０に移される。もしそうでないと（Ｓ１２０にてＮＯ）、処理はＳ１４０に移される。

Ｓ１３０にて、ＥＣＵ２００は、ヒータ３１０によりジルコニア素子３００を加熱する。その後、この処理は終了する。Ｓ１４０にて、ＥＣＵ２００は、ヒータ３１０によるジルコニア素子３００の加熱を禁止する。その後、処理はＳ１００に戻される。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ２００の動作について説明する。

エンジン１００を始動すると、排気ガスの温度ＥＸｔｅｍｐが算出される（Ｓ１００）。図６に示すように、エンジン１００に吸入される空気量ＧＡが大きいほど、排気ガスの温度ＥＸｔｅｍｐが高くなる傾向がある。また、点火時期ＳＡが遅いほど、排気ガスの温度ＥＸｔｅｍｐが高くなる傾向がある。そこで、エンジン１００に吸入される空気量ＧＡおよびエンジン１００の点火時期ＳＡに基づいて、排気ガスの温度ＥＸｔｅｍｐが算出される。

この排気ガスの温度ＥＸｔｅｍｐに基づいて、排気ポート１１４の壁面の温度Ｔｅｘｐおよびインナーカバー３２０の壁面の温度Ｔｓｅｎが算出される（Ｓ１１０）。

排気ポート１１４の壁面の温度Ｔｅｘｐは、排気ガスの温度ＥＸｔｅｍｐの他、冷却水の温度ＷＴの影響を受ける。したがって、排気ポート１１４の壁面の温度Ｔｅｘｐは、上述した式（１）に示すように、冷却水の温度ＷＴを考慮して算出される。

一方、エキゾーストマニホールド１１６に取り付けられたＡ／Ｆセンサ１２８のインナーカバー３２０の壁面の温度Ｔｓｅｎは、冷却水の温度ＷＴの影響を受けない。したがって、インナーカバー３２０の壁面の温度Ｔｓｅｎは、上述した式（２）に示すように、冷却水の温度ＷＴを考慮せずに算出される。

排気ポート１１４の温度Ｔｅｘｐが第１しきい値以上になった状態では、残存していた水滴が蒸発したといえる。この状態では、ジルコニア素子３００に水滴が触れることがないといえる。

また、Ａ／Ｆセンサ１２８のインナーカバー３２０が第２しきい値以上になった状態では、エキゾーストマニホールド１１６内の水滴がインナーカバー３２０に付着した際に蒸発するといえる。この状態では、ジルコニア素子３００に水滴が触れることがないといえる。

ここで、エンジン１００の冷間時に触媒１１８を急速に暖機するために、点火時期を遅角する急速暖機制御が行なわれた場合には、排気ガスの温度ＥＸｔｅｍｐが高い。そのため、図７において実線で示すように、インナーカバー３２０の壁面の温度Ｔｓｅｎが速やかに上昇し、第２しきい値を超える。

一方、たとえば運転者がアクセルペダル１４２を大きく踏み込み、加速を要求した場合などにおいては、エンジン１００の冷間時であっても、点火時期の遅角により出力が低下し得る急速暖機制御が禁止される。この場合、排気ガスの温度ＥＸｔｅｍｐが低い。そのため、図７において一点鎖線で示すように、インナーカバー３２０の壁面の温度Ｔｓｅｎが上昇し難い。

ところが、インナーカバー３２０の壁面の温度Ｔｓｅｎが第２しきい値を超えていない状態であっても、排気ポート１１４の温度Ｔｅｘｐが第１しきい値を超える場合がある。

そこで、排気ポート１１４の壁面の温度Ｔｅｘｐが第１しきい値以上であるという条件およびインナーカバー３２０の壁面の温度Ｔｓｅｎが第２しきい値以上であるという条件のうちの少なくともいずれか一つの条件が満たされると（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、ヒータ３１０によりジルコニア素子３００が加熱される（Ｓ１３０）。

これにより、排気ポート１１４の壁面の温度Ｔｅｘｐが第１しきい値以上になるタイミングおよびインナーカバー３２０の壁面の温度Ｔｓｅｎが第２しきい値以上になるタイミングのうちの早い方のタイミングで、Ａ／Ｆセンサ１２８を活性化することができる。そのため、早期にＡ／Ｆセンサ１２８を活性化することができる。

排気ポート１１４の壁面の温度Ｔｅｘｐが第１しきい値より小さく、かつインナーカバー３２０の壁面の温度Ｔｓｅｎが第２しきい値より小さいと（Ｓ１２０にてＮＯ）、ヒータ３１０によるジルコニア素子３００の加熱が禁止される（Ｓ１４０）。これにより、ジルコニア素子３００に水滴が触れる可能性がある状態でジルコニア素子３００を加熱することを抑制することができる。そのため、ジルコニア素子３００の破損を抑制することができる。

以上のように、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵによれば、排気ポートの壁面の温度Ｔｅｘｐが第１しきい値以上であるという条件およびインナーカバーの壁面の温度Ｔｓｅｎが第２しきい値以上であるという条件のうちの少なくともいずれか一つの条件が満たされると、ヒータによりジルコニア素子が加熱される。排気ポートの壁面の温度Ｔｅｘｐが第１しきい値より小さく、かつインナーカバーの壁面の温度Ｔｓｅｎが第２しきい値より小さいと、ヒータによるジルコニア素子の加熱が禁止される。これにより、ジルコニア素子の破損を抑制しつつ、早期にＡ／Ｆセンサを活性化することができる。

なお、インナーカバー３２０の壁面の温度の代わりに、アウターカバー３３０の壁面の温度を用いるようにしてもよい。

＜第２の実施の形態＞
以下、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、排気ガスの温度に応じた増大量で大きくなるようにカウントされるカウント数が第３しきい値以上になった場合にジルコニア素子を加熱するという点で、前述の第１の実施の形態と相違する。その他の構造については、前述の第１の実施の形態と同じである。それらの機能についても同じである。したがって、ここではその詳細な説明は繰り返さない。

図８を参照して、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ２００が実行するプログラムの制御構造について説明する。

Ｓ２００にて、ＥＣＵ２００は、エンジン１００の点火時期が基準値よりも進角側（早い）か遅角側（遅い）かを判別する。ここで、基準値は、たとえば上死点に設定される。

エンジン１００の点火時期が基準値よりも進角側であると（Ｓ２００にて進角側）、処理はＳ２１０に移される。エンジン１００の点火時期が基準値よりも遅角側であると（Ｓ２００にて遅角側）、処理はＳ２２０に移される。

Ｓ２１０にて、ＥＣＵ２００は、エンジン１００に吸入される空気量ＧＡとエンジン１００の始動時における冷却水の温度ＷＴとをパラメータとした図９に示す第１のマップにしたがって、カウンタの増大量を設定する。エンジン１００に吸入される空気量ＧＡが大きいほど大きい増大量が設定される。冷却水の温度ＷＴが大きいほど大きい増大量が設定される。

図８に戻って、Ｓ２２０にて、ＥＣＵ２００は、エンジン１００に吸入される空気量ＧＡとエンジン１００の始動時における冷却水の温度ＷＴとをパラメータとした図１０に示す第２のマップにしたがって、カウンタの増大量を設定する。エンジン１００に吸入される空気量ＧＡが大きいほど大きい増大量が設定される。冷却水の温度ＷＴが大きいほど大きい増大量が設定される。

この第２のマップにより定められるカウンタの増大量は、第１のマップにより定められるカウンタの増大量に比べて大きい。すなわち、空気量ＧＡおよび冷却水の温度ＷＴが同じであれば、第２のマップにより定められるカウンタの増大量は、第１のマップにより定められるカウンタの増大量に比べて大きい。

図８に戻って、Ｓ２３０にて、ＥＣＵ２００は、カウンタのカウント数を、設定された増大量だけ大きくする。Ｓ２４０にて、ＥＣＵ２００は、カウンタのカウント数が第３しきい値以上になったという条件および冷却水の温度ＷＴが第４しきい値以上になったという条件のうちの少なくともいずれか一方の条件が満たされたか否かを判別する。

第３しきい値は、排気ポート１１４の壁面の温度が水滴の露点に達するために必要な時間が、カウント数が第３しきい値以上になる間に経過するように設定される。第４しきい値は、排気ポート１１４の壁面の温度が水滴の露点に達したと考えられる値に設定される。

カウンタのカウント数が第３しきい値以上になったという条件および冷却水の温度ＷＴが第４しきい値以上になったという条件のうちの少なくともいずれか一方の条件が満たされると（Ｓ２４０にてＹＥＳ）、処理はＳ２５０に移される。もしそうでないと（Ｓ２４０にてＮＯ）、処理はＳ２６０に移される。

Ｓ２５０にて、ＥＣＵ２００は、ヒータ３１０によりジルコニア素子３００を加熱する。その後、この処理は終了する。Ｓ２６０にて、ＥＣＵ２００は、ヒータ３１０によるジルコニア素子３００の加熱を禁止する。その後、処理はＳ２００に戻される。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ２００の動作について説明する。

エンジン１００の始動後、エンジン１００の点火時期が基準値よりも進角側であると（Ｓ２００にて進角側）、エンジン１００に吸入される空気量ＧＡとエンジン１００の始動時における冷却水の温度ＷＴとをパラメータとした第１のマップにしたがって、カウンタの増大量が設定される（Ｓ２１０）。

カウンタのカウント数は、設定された増大量だけ大きくされる（Ｓ２３０）。カウンタのカウント数が第３しきい値以上になったという条件および冷却水の温度ＷＴが第４しきい値以上になったという条件のうちの少なくともいずれか一方の条件が満たされると（Ｓ２４０にてＹＥＳ）、ヒータ３１０によりジルコニア素子３００が加熱される（Ｓ２５０）。

カウンタのカウント数が第３しきい値より小さく、かつ冷却水の温度ＷＴが第４しきい値より小さいと（Ｓ２４０にてＮＯ）、ヒータ３１０によるジルコニア素子３００の加熱が禁止される（Ｓ２６０）。

ところで、点火時期が遅角された場合は、進角された場合に比べて排気ガスの温度が高い。したがって、点火時期により、排気ポート１１４の壁面の温度の上昇度合が異なる。このような差を考慮するために、エンジン１００の点火時期が基準値よりも遅角側であると（Ｓ２００にて遅角側）、カウンタの増大量が比較的大きい第２のマップを用いて、カウンタの増大量が設定される（Ｓ２２０）。この増大量でカウント数が大きくされる（Ｓ２３０）。

これにより、排気ガスの温度が高く、排気ポート１１４の壁面の温度が速やかに上昇するといえる場合には、カウント数が第３しきい値以上になるために要する時間を短くすることができる。そのため、ジルコニア素子３００の加熱を早期に開始することができる。

以上のように、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵによれば、点火時期が基準値よりも遅い場合、早い場合に比べてカウント数の増大量が大きくされる。カウント数が第３しきい値以上になると、ヒータによりジルコニア素子が加熱される。これにより、排気ガスの温度が高く、排気ポートの壁面の温度が速やかに上昇するといえる場合には、カウント数が第３しきい値以上になるために要する時間を短くすることができる。そのため、ジルコニア素子の加熱を早期に開始することができる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の第１の実施の形態に係る空燃比センサの制御装置を搭載した車両のエンジンを示す制御ブロック図である。 Ａ／Ｆセンサの出力特性を示す図である。 Ａ／Ｆセンサを示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る空燃比センサの制御装置のＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 排気ガスの温度を算出するために用いられるマップを示す図である。 排気ガスの温度を示す図である。 空燃比センサのインナーカバーの温度を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る空燃比センサの制御装置のＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態において、カウント数の増大量を設定するために用いられる第１のマップを示す図である。 本発明の第２の実施の形態において、カウント数の増大量を設定するために用いられる第２のマップを示す図である。

符号の説明

１００ エンジン、１１４ 排気ポート、１１６ エキゾーストマニホールド、１１８ 触媒、１２４ エアフローメータ、１２８ Ａ／Ｆセンサ、１４６ 温度センサ、２００ ＥＣＵ、３００ ジルコニア素子、３０２ 大気側電極、３０４ 排気側電極、３０６ セラミックコーティング、３１０ ヒータ、３２０ インナーカバー、３３０ アウターカバー。

Claims (4)

1. 素子を覆う保護部材を有し、内燃機関の排気通路に設けられた空燃比センサの制御装置であって、
   前記素子を加熱するための加熱手段と、
   前記排気通路の壁面の温度を前記内燃機関の冷却水の温度を反映させて検出し、前記保護部材の、前記素子とは反対側の壁面の温度を前記内燃機関の冷却水の温度を反映させずに検出するための検出手段と、
   前記排気通路の壁面の温度が第１のしきい値よりも低く、かつ前記保護部材の、前記素子とは反対側の壁面の温度が第２のしきい値よりも低い場合において前記素子を加熱せず、前記排気通路の壁面の温度が第１のしきい値よりも高い場合および前記保護部材の、前記素子とは反対側の壁面の温度が第２のしきい値よりも高い場合のうちの少なくともいずれか一方の場合において前記素子を加熱するように、前記加熱手段を制御するための制御手段とを含む、空燃比センサの制御装置。
2. 前記制御装置は、前記内燃機関の排気ガスの温度を算出するための算出手段をさらに含み、
   前記検出手段は、前記排気通路の壁面の温度および前記保護部材の、前記素子とは反対側の壁面の温度のうちの少なくともいずれか一方の温度を前記排気ガスの温度に基づいて検出するための手段を含む、請求項１に記載の空燃比センサの制御装置。
3. 前記算出手段は、前記内燃機関の点火時期および前記内燃機関に吸入される空気量に基づいて、前記排気ガスの温度を算出するための手段を含む、請求項２に記載の空燃比センサの制御装置。
4. 前記内燃機関は、冷間時において点火時期を遅角することにより前記排気通路に設けられた触媒を暖機するように制御される、請求項１〜３のいずれかに記載の空燃比センサの制御装置。

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