JP4180730B2 - 空燃比センサのヒータ温度制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は空燃比センサのヒータ温度制御装置に関し、より詳しくは、ガソリン燃料を気筒燃焼室に直接噴射して超希薄燃焼運転あるいは予混合燃焼運転される筒内噴射型の火花点火式の内燃機関の排気系に配置されて排気空燃比を検出する空燃比センサのヒータ温度を制御するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気系に空燃比センサを配置して排気空燃比を検出することは良く行われているが、センサ素子部の温度状態によってセンサ出力が異なることから、ヒータを取り付け、検出した機関負荷などに応じてヒータに通電して温度制御することは、例えば、特公平８−７１７６号公報から知られている。
【０００３】
この従来技術においては空燃比センサとして公知のＯ2 センサ、即ち、排気空燃比が理論空燃比に対してリーンかリッチかを示す２値信号を出力するセンサが使用されているが、排気空燃比に比例したリニアな検出特性を備えた広域空燃比センサも提案されており、本出願人も先に、特開平７−９１２９２号公報においてその種のセンサを提案している。
【０００４】
また、近時、ガソリン燃料を気筒燃焼室に噴射して超希薄燃焼運転あるいは予混合燃焼運転させる筒内噴射（直接噴射）型の火花点火式内燃機関が提案されており、その例として、特公平４−３７２６４号公報などの技術を挙げることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した筒内噴射型の火花点火式内燃機関においては、負荷に応じて均一混合気で燃焼させる予混合燃焼運転と成層混合気で燃焼される超希薄燃焼運転のいずれかが選択されるが、予混合燃焼運転から超希薄燃焼運転に切り換えられた場合、吸入空気量は同一であっても、燃焼形態が異なるために燃焼温度が低下し、センサ素子部から排気ガスへの熱移動が大きくなる。
【０００６】
その結果、センサ素子部の温度が低下して素子部の抵抗値の変化を招き、最悪の場合にはブラックニングと呼ばれる素子部の分子構造の変化に起因してセンサとしての機能を低下させる事態も生じ得る。
【０００７】
従って、この発明の目的は、空燃比センサのヒータ温度を適正に制御し、よって筒内噴射型の火花点火式内燃機関の排気空燃比の検出に使用されるときも上記した不都合を生じないようにした空燃比センサのヒータ温度制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために請求項１項において、ガソリン燃料を気筒燃焼室に直接噴射して超希薄燃焼あるいは予混合燃焼運転される筒内噴射型の火花点火式内燃機関において、前記内燃機関の排気系に配置され、前記内燃機関から排出される排気空燃比を検出する空燃比センサ、前記空燃比センサに取り付けられ、通電されて前記空燃比センサの素子部を加熱するヒータ、前記空燃比センサの素子部の温度を検出する温度検出手段、前記検出された温度に基づいて前記ヒータに供給すべき通電量を算出する通電量算出手段、前記内燃機関が超希薄燃焼運転されているか否か判断する超希薄燃焼運転判断手段、前記内燃機関の運転状態および前記内燃機関が搭載される車両の走行状態の少なくともいずれかを検出する運転状態検出手段、前記内燃機関が超希薄燃焼運転されていると判断されるとき、前記検出された運転状態および走行状態の少なくともいずれかに基づいて前記ヒータに供給すべき通電量を増加補正する通電量増加補正手段、および前記算出あるいは増加補正された通電量を前記ヒータに供給する通電手段、を備える如く構成した。
【０００９】
このように、検出したセンサ素子部の温度（センサ温度）に基づいて通電量を算出してヒータに通電するように構成したので、空燃比センサの素子部の温度を所望の範囲に制御することができて良好な空燃比検出精度を得ることができると共に、燃焼形態に応じてヒータ温度制御を行う、即ち、超希薄燃焼運転のときは通電量を増加補正してヒータの発熱量を増加させるように構成したので、燃焼形態の変化に応じて燃焼温度が低下しても素子部の温度の低下を防止することができる、センサ機能の低下を効果的に防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に即してこの発明の実施の形態を説明する。
【００１１】
図１はこの発明に係る空燃比センサのヒータ温度制御装置を全体的に示す概略図である。
【００１２】
図において、符号１０はＯＨＣ直列４気筒の内燃機関（以下「エンジン」という）を示しており、吸気管１２の先端に配置されたエアクリーナ１４から導入された吸気は、サージタンク１６を通り、スロットルバルブ１８でその流量を調節されつつインテーク（吸気）マニホルド２０を経て、２個の吸気バルブ（図示せず）を介して第１から第４シリンダ（気筒）２２に流入する。尚、図では１つのシリンダのみ示す。
【００１３】
各シリンダ２２にはピストン２４が移動自在に設けられると共に、その頂部に凹部が形成され、ピストン２４の頂部とシリンダヘッド２６の内壁との間には、燃焼室２８が形成される。燃焼室２８に臨む位置の中央付近には、インジェクタ（燃料噴射弁）３０が設けられる。
【００１４】
インジェクタ３０は燃料供給管３４に接続され、燃料供給管３４を通じて燃料タンク（図示せず）から燃料ポンプ（図示せず）によって加圧された燃料（ガソリン燃料）の供給を受け、開弁するとき、燃料を燃焼室２８に噴射する。
【００１５】
また、各シリンダ２２の燃焼室２８には点火プラグ３６が配置される。点火プラグ３６は点火コイルを含む点火装置（図示せず）から点火エネルギの供給を受け、所定の点火時期において噴射燃料と吸入空気の混合気を点火する。点火された混合気は燃焼して爆発し、ピストン２４を駆動する。
【００１６】
このように、この実施の形態に係るエンジン１０は、ガソリン燃料をインジェクタ３０を介して各シリンダ２２の燃焼室２８に直接噴射する、筒内噴射型の火花点火式の内燃機関である。
【００１７】
燃焼後の排気ガスは、２個の排気バルブ（図示せず）を介してエキゾースト（排気）マニホルド４０に排出され、排気管４２を進んでＮＯｘ成分除去触媒装置４４および三元触媒装置４６に達し、そこで浄化されてエンジン１０外に排出される。
【００１８】
エキゾーストマニホルド４０の下流において排気管４２はＥＧＲ管５０を介して吸気管１２に接続され、排気ガスの一部を吸気系に還流させる。ＥＧＲ管５０には吸気管１２に接続される付近でＥＧＲバルブ５２が設けられ、ＥＧＲ還流量を調節する。
【００１９】
また、スロットルバルブ１８と車両運転席床面に配置されたアクセルペダル（図示せず）と機械的に連結されず、スロットルバルブ１８はパルスモータ５４に連結され、その出力で駆動されて吸気管１２を開閉する。このように、スロットルバルブ１８は、ＤＢＷ方式で駆動される。
【００２０】
ピストン２４はクランクシャフト５６に連結されると共に、クランクシャフト５６の付近にはクランク角センサ６２が配置される。クランク角センサ６２は、クランクシャフト５６に取り付けられたパルサ６２ａおよびそれに対向配置された磁気ピックアップ６２ｂからなる。
【００２１】
クランク角センサ６２は、クランク角度７２０度ごとに気筒判別用のＣＹＬ信号を、各シリンダ２２のＢＴＤＣ所定クランク角度ごとにＴＤＣ信号を、ＴＤＣ信号間隔を６個に細分したクランク角度３０度ごとにＣＲＫ信号を出力する。
【００２２】
図１の説明に戻ると、パルスモータ５４にはスロットル開度センサ６４が接続され、パルスモータ開度を通じてスロットルバルブ１８の開度ＴＨに応じた信号を出力する。
【００２３】
吸気管１２のスロットルバルブ１８の配置位置付近には絶対圧（ＭＡＰ）センサ６６が設けられ、スロットル下流の吸気圧力を図示しない通路を介して導入して吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じた信号を出力する。また、吸気管１２においてスロットルバルブ１８の配置位置の上流側には吸気温センサ６８が設けられ、吸入空気の温度ＴＡに応じた信号を出力する。
【００２４】
また、シリンダ２２の付近には水温センサ７０が設けられ、エンジン冷却水温ＴＷに応じた信号を出力する。排気管４２には触媒装置４４，４６の上流側において広域空燃比センサ（以下「ＬＡＦセンサ」という）７２が設けられ、排気空燃比に比例した信号を出力すると共に、触媒装置４４，４６の下流側においてＯ2 センサ７４が設けられ、排気空燃比が理論空燃比に対してリーンあるいはリッチにあることを示す信号を出力する。
【００２５】
この発明は、ＬＡＦセンサ７２のヒータ温度制御に関するが、それについては後述する。
【００２６】
さらに、アクセルペダルの付近にはアクセル開度センサ７６が設けられ、運転者により操作されるアクセル開度（アクセルペダル踏み込み量）θＡＰに応じた信号を出力する。
【００２７】
これらセンサ出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）８０に送られる。ＥＣＵ８０はＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータおよびカウンタ（図示せず）を備え、クランク角センサ６２が出力するＣＲＫ信号をカウントしてエンジン回転数ＮＥを検出する。
【００２８】
ＥＣＵ８０は検出したエンジン回転数ＮＥおよび入力したセンサ出力値に基づいて燃料噴射量および点火時期を算出する。
【００２９】
燃料噴射量算出について説明すると、検出したエンジン回転数ＮＥとアクセル開度θＡＰから目標トルクＰＭＥを算出する。次いで、算出した目標トルクＰＭＥと検出したエンジン回転数ＮＥとから目標空燃比ＫＣＭＤを算出する。
【００３０】
他方、検出したエンジン回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡとから基本燃料噴射量ＴＩを算出する。基本燃料噴射量ＴＩは、インジェクタ３０の開弁時間で算出する。上記の如く算出して得た値に基づいて出力燃料噴射量ＴＯＵＴを算出する。
ＴＯＵＴ＝ＴＩ×ＫＣＭＤＭ×ＫＥＧＲ×ＫＬＡＦ×ＫＴ＋ＴＴ
【００３１】
ここで、ＫＣＭＤＭは目標空燃比補正係数であり、前記した目標空燃比ＫＣＭＤに充填効率補正を施して算出する。尚、目標空燃比ＫＣＭＤも目標空燃比補正係数ＫＣＭＤＭも、実際には、当量比で示される。
【００３２】
ＫＥＧＲはＥＧＲ（排気ガス還流）による補正係数であり、前記した目標トルクＰＭＥとエンジン回転数ＮＥとから算出する。ＫＬＡＦは前記したＬＡＦセンサ出力に基づく空燃比フィードバック補正係数である。ＫＴは残余の乗算形式による補正項、ＴＴは残余の加算形式による補正項である。
【００３３】
ＥＣＵ８０は、具体的には、点火プラグ近傍の空燃比が負荷に関わらず１２．０：１から１５．０：１となると共に、筒内平均空燃比が高負荷時には１２．０：１から１５．０：１の間、中負荷時にはそれを超えて２２．０：１までの間、低負荷時にはそれを超えて６０．０：１までの間の値となるように目標空燃比を設定し、ガソリン燃料を高中負荷時には吸入行程で、低負荷時には圧縮行程で噴射する。
【００３４】
噴射された燃料は吸入空気と一体化して点火され、前記した超希薄燃焼あるいは成層燃焼（ＤＩＳＣ（Direct Injection Stratified Charge) ）を生じる。
【００３５】
また、ＥＣＵ８０は、検出したエンジン回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡとから基本点火時期を算出し、エンジン水温ＴＷなどから補正して出力点火時期を算出する。
【００３６】
図２は前記したＬＡＦセンサ７２の素子部の構造を示す説明断面図である。
【００３７】
ＬＡＦセンサ７２は前記した特開平７−９１２９２号公報に記載されたセンサと同一の構造を備え、気体拡散室７２ａと酸素基準室７２ｂとの間には酸素イオン伝導性の固体電解質材の基体からなる電池素子（セル）７２ｃが形成されると共に、基体拡散室７２ａを挟んで対向する側には酸素ポンプ素子（セル）７２ｄが形成される。
【００３８】
そして、基体拡散室７２ａ内の酸素濃度が所定値に保持されるように、電池素子７２ｃの発生電圧と所定基準電圧を比較し、比較結果に応じて酸素ポンプ素子７２ｄの電極にポンプ電流Ｉｐを供給する。従って、そのポンプ電流値を排気ガス中の酸素濃度に比例した信号として増幅回路（図示せず）を介して取り出すとで、空燃比を検出することが可能となる。
【００３９】
酸素ポンプ素子７２ｄの付近には、ヒータ７２ｅが取り付けられ、ヒータ通電回路８４から通電されて加熱し、酸素ポンプ素子７２ｄなどのセンサ素子部を加熱する。
【００４０】
即ち、センサ出力特性（ポンプ電流特性）は、素子部の温度（酸素ポンプ素子７２ｄなどの温度）が７００℃程度まで昇温しないと活性化しないので安定しない。また、活性温度まで昇温した後も、センサ出力特性は、素子部の温度にある程度依存する。さらに、素子部の温度が活性温度未満に低下すると、前記したブラックニングによるセンサ機能の低下が生じる可能性がある。
【００４１】
そのため、ヒータ通電回路８４を介してヒータ７２ｅに通電し、ＬＡＦセンサ７２、より詳しくは酸素ポンプ素子７２などのセンサ素子部の温度制御を行うようにした。
【００４２】
図３はそのヒータ通電回路８４の回路図である。
【００４３】
ヒータ通電回路８４は電流制限駆動回路８４ａを備え、電流制限駆動回路８４ａは、後述の如くＥＣＵ８０によって算出（決定）されるデューティ比に応じて、電源電圧ＶＢを調圧してヒータ７２ｅに通電する。尚、ＥＣＵ８０は、通電電流をレベル変換回路８４ｂを介してモニタし、ヒータ７２ｅの通電電流が過大となるのを防止する。
【００４４】
ここで、ヒータ通電回路８４には電流センサ８４ｃが配置されてヒータ供給電流を検出すると共に、電圧センサ８４ｄが配置されてヒータ７２ｅの両端電圧を検出する。これらセンサ８４ｃ，８４ｄの検出値はＥＣＵ８０に送られる。
【００４５】
ＥＣＵ８０は、検出値からヒータ７２ｅの抵抗を算出する。ヒータ抵抗とその温度（加熱度）は、例えば抵抗３．１５Ωで約２５℃、９．０Ωで約８００℃のような略線形の関係にあるので、算出した抵抗を通じてＬＡＦセンサ７２の温度（より詳しくはセンサ素子部の温度）ＴＬＡＦを検出（推定）し、検出した温度ＴＬＡＦに基づいて後述のようにＰＷＭ制御を介してヒータ７２ｅの温度制御を行う。
【００４６】
図４はヒータ温度制御、即ち、この発明に係る空燃比センサのヒータ温度制御装置の動作を示すフロー・チャートである。尚、図示のプログラムは、１００ｍｓｅｃごとに実行される。
【００４７】
以下説明すると、先ずＳ１０において前記の如く検出したセンサ温度ＴＬＡＦからデューティ比をテーブル検索する。
【００４８】
図５を参照して説明すると、同図（ａ）に示す如く、ＰＷＭ制御においてオン時間ｔ／周期Ｔで定義されるデューティ比をテーブル検索して算出（決定）し、それに基づいて前述のように電流制限駆動回路８４ａを介してヒータ７２ｅにデューティ比に比例した通電量を供給して加熱する。
【００４９】
図５（ｂ）はデューティ比のテーブル特性を示す説明グラフである。図示の如く、デューティ比（実線で示す）はセンサ温度ＴＬＡＦが低温にある間は最大値（例えば９０％から９５％）に設定され、昇温して７４０℃に達すると、徐々に減少するように設定される。尚、図示の特性は、予混合燃焼運転を前提として設定される。
【００５０】
図４の説明に戻ると、次いでＳ１２に進み、エンジン１０がフューエルカット（Ｆ／Ｃ。燃料供給停止）中にあるか否か判断する。フューエルカット中にあっては、スロットル開度が絞られて吸入空気量が減少するために素子部の温度低下が少ないことから、肯定されるときは以降の処理をスキップする。
【００５１】
Ｓ１２で否定されるときはＳ１４に進み、フラグＦ．ＤＩＳＣのビットが１にセットされているか否か判断する。
【００５２】
このフラグは図示しない別ルーチンにおいて、前述の如く、超希薄燃焼（あるいは成層燃焼）運転されるべきと判断されるときにそのビットが１にセットされると共に、予混合燃焼運転されるべきと判断されるときにそのビットが０にリセットされる。
【００５３】
従って、Ｓ１２においては現在超希薄燃焼運転されているか否か判断することになるが、これは、前記した如く、超希薄燃焼運転においては燃焼温度が低下してセンサ素子部から排気ガスへの熱移動が大きくなり、センサ素子部の温度が低下して素子部の抵抗値の変化を招き、最悪の場合にはブラックニングと呼ばれる、素子部の分子構造の変化に起因してセンサとしての機能を低下する場合が生じ恐れがあるためである。
【００５４】
Ｓ１４で肯定されるときはＳ１６に進み、前記した目標トルクＰＭＥからオン時間加算値ｔａをテーブル検索し、デューティ比を増加補正する。
【００５５】
図５（ｃ）を参照して説明すると、この制御にあっては、超希薄燃焼運転されるときは、オン時間ｔにｔａ（アミカケで示す）を加算し、よってデューティ比を増加補正するようにした。
【００５６】
図６（ａ）にそのオン時間加算値ｔａのテーブル特性を示す。図示の如く、オン時間加算値ｔａは、目標トルクＰＭＥが増大するにつれて減少するように設定される。
【００５７】
図４フロー・チャートにあっては次いでＳ１８に進み、決定したデューティ比が出力される。これによって、電流制限駆動回路８４ａを介してＬＡＦセンサ７２のヒータ７２ｅへ通電され、温度制御される。デューティ比が増加補正されるときは通電量が増加させられ、ヒータの発熱量が増加させられる。
【００５８】
上記の如く、この実施の形態にあっては、検出（推定）したセンサ温度ＴＬＡＦに基づいてデューティ比を決定（算出）してヒータに通電するように構成したので、ＬＡＦセンサ７２の素子部の温度を所望の範囲に制御することができ、良好な空燃比検出精度を得ることができる。
【００５９】
また、燃焼形態に応じてヒータ温度制御を行う、即ち、超希薄燃焼運転のときは通電量を増加してヒータの発熱量を増加させるようにしたので、燃焼形態の変化に応じて燃焼温度が低下しても素子部の温度の低下を防止することができ、センサ機能の低下を効果的に防止することができる。
【００６０】
図７は、この発明の第２の実施の形態に係る空燃比センサのヒータ温度制御装置の動作を示すフロー・チャートである。
【００６１】
第１の実施の形態と相違する点に焦点をおいて説明すると、Ｓ１００からＳ１０４まで第１の実施の形態と同様の処理を行った後、Ｓ１０６に進み、検出したエンジン回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡとからオン時間加算値ｔａをマップ検索するようにした。
【００６２】
図６（ｂ）（ｃ）はそのマップの特性を示す説明図である。図示の如く、オン時間加算値ｔａは、エンジン回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡが増大するにつれて減少するように設定される。
【００６３】
検出したエンジン回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡとからオン時間加算値ｔａを検索する点を除くと、残余の構成は第１の実施の形態と同様であり、効果も同様である。
【００６４】
図８は、この発明の第３の実施の形態に係る空燃比センサのヒータ温度制御装置の動作を示すフロー・チャートである。
【００６５】
第１の実施の形態と相違する点に焦点をおいて説明すると、Ｓ２００からＳ２０４まで第１の実施の形態と同様の処理を行った後、Ｓ２０６に進み、検出した車速Ｖからオン時間加算値ｔａをテーブル検索するようにした。
【００６６】
図６（ｄ）はそのマップの特性を示す説明図である。図示の如く、オン時間加算値ｔａは、車速Ｖが増大するにつれて減少するように設定される。
【００６７】
検出した車速Ｖからオン時間加算値ｔａを検索する点を除くと、残余の構成は第１の実施の形態と同様であり、効果も同様である。
【００６８】
図９は、この発明の第４の実施の形態に係る空燃比センサのヒータ温度制御装置の動作を示すフロー・チャートである。
【００６９】
第４の実施の形態においては、ＥＧＲ運転（導入）の有無に応じてデューティ比およびオン時間加算値を検索するようにした。これは、ＥＧＲ運転（導入）によって排気ガスが吸気系に還流させられる結果、燃焼温度が変化するためである。
【００７０】
以下説明すると、Ｓ３００において前記したＥＧＲバルブ５２のリフト量あるいは補正係数ＫＥＧＲの値からＥＧＲ運転されているか否か判断する。
【００７１】
Ｓ３００で否定されるときはＳ３０２に進み、図５（ｂ）に示したテーブル特性からデューティ比を検索すると共に、肯定されるときはＳ３０４に進み、図５（ｂ）に想像線で示すテーブル特性からデューティ比を検索する。
【００７２】
次いでＳ３０６，Ｓ３０８の処理を経てＳ３１０に達したときは再びＥＧＲ運転の有無を判断し、否定されるときはＳ３１２に進み、検出車速Ｖを用いて図６（ｄ）に示したテーブル特性からオン時間加算値ｔａを検索すると共に、肯定されるときはＳ３１４に進み、同様に検出車速Ｖを用いて図６（ｄ）に想像線で示すテーブル特性からオン時間加算値ｔａを検索する。次いでＳ３１６に進み、デューティ比を出力する。
【００７３】
第４の実施の形態においてはＥＧＲ運転の有無に応じてデューティ比およびオン時間加算値ｔａを検索することから、従前の実施の形態に比して一層良好な空燃比検出精度を得ることができると共に、センサ素子部の温度の低下およびセンサ機能の低下を一層効果的に防止することができる。
【００７４】
尚、第４の実施の形態において検出車速Ｖからオン時間加算値ｔａを検索したが、第１あるいは第４の実施の形態と同様に目標トルクＰＭＥなどから検索しても良い。
【００７５】
この実施の形態は上記の如く、ガソリン燃料を気筒燃焼室に直接噴射して超希薄燃焼あるいは予混合燃焼運転される筒内噴射型の火花点火式内燃機関（エンジン１０）において、前記内燃機関の排気系に配置され、前記内燃機関から排出される排気空燃比を検出する空燃比センサ（広域空燃比センサあるいはＬＡＦセンサ７２）、前記空燃比センサに取り付けられ、通電されて前記空燃比センサの素子部（酸素ポンプ素子７２ｄなど）を加熱するヒータ（７２ｅ）、前記空燃比センサの素子部の温度（ＴＬＡＦ）を検出する温度検出手段（電流センサ８４ｃ、電圧センサ８４ｄ、ＥＣＵ８０）、前記検出された温度に基づいて前記ヒータに供給すべき通電量（デューティ比）を算出する通電量算出手段（ＥＣＵ８０，Ｓ１０，Ｓ１００，Ｓ２００，Ｓ３０２，Ｓ３０４）、前記内燃機関が超希薄燃焼運転されているか否か判断する超希薄燃焼運転判断手段（ＥＣＵ８０，Ｓ１４，Ｓ１０４，Ｓ２０４，Ｓ３０８）、前記内燃機関の運転状態（目標トルクＰＭＥ、エンジン回転数ＮＥ、吸気管内絶対圧ＰＢＡ）および前記内燃機関が搭載される車両の走行状態（車速Ｖ）の少なくともいずれかを検出する運転状態検出手段（クランク角センサ６２，ＥＣＵ８０など）、前記内燃機関が超希薄燃焼運転されていると判断されるとき、前記検出された運転状態および走行状態の少なくともいずれかに基づいて前記ヒータに供給すべき通電量、より具体的にはデューティ比のオン時間加算値ｔａを検索して前記デューティ比を増加補正する通電量増加補正手段（ＥＣＵ８０，Ｓ１６，Ｓ１０６，Ｓ２０６，Ｓ３１２，Ｓ３１４）、および前記算出あるいは増加補正された通電量を前記ヒータに供給する通電手段（ＥＣＵ８０，Ｓ１８，Ｓ１０８，Ｓ２０８，Ｓ３１６、ヒータ通電回路８４）を備える如く構成した。
【００７６】
【発明の効果】
請求項１項にあっては、検出したセンサ素子部の温度（センサ温度）に基づいて通電量を算出してヒータに通電するように構成したので、空燃比センサの素子部の温度を所望の範囲に制御することができて良好な空燃比検出精度を得ることができると共に、燃焼形態に応じてヒータ温度制御を行う、即ち、超希薄燃焼運転のときは通電量を増加補正してヒータの発熱量を増加させるように構成したので、燃焼形態の変化に応じて燃焼温度が低下しても素子部の温度の低下を防止することができ、センサ機能の低下を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る空燃比センサのヒータ温度制御装置を全体的に示す概略図である。
【図２】図１の装置の中の空燃比センサの素子部の構造を示す説明断面図である。
【図３】図２断面図の中のヒータ通電回路の回路図である。
【図４】図１の装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図５】図４フロー・チャートのデューティ比、テーブル特性およびオン時間加算値を示す説明図である。
【図６】図４フロー・チャートなどのテーブル特性を示す説明図である。
【図７】この発明の第２の実施の形態に係る空燃比センサのヒータ温度制御装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図８】この発明の第３の実施の形態に係る空燃比センサのヒータ温度制御装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図９】この発明の第４の実施の形態に係る空燃比センサのヒータ温度制御装置の動作を示すフロー・チャートである。
【符号の説明】
１０ 内燃機関（エンジン）
１２ 吸気管
２２ シリンダ（気筒）
２８ 燃焼室
３０ インジェクタ（燃料噴射弁）
３６ 点火プラグ
６２ クランク角センサ
６６ 絶対圧（ＭＡＰ）センサ
７２ 広域空燃比センサ（空燃比センサあるいはＬＡＦセンサ）
７２ｅ ヒータ
８０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
８４ ヒータ通電回路
【発明の属する技術分野】
この発明は空燃比センサのヒータ温度制御装置に関し、より詳しくは、ガソリン燃料を気筒燃焼室に直接噴射して超希薄燃焼運転あるいは予混合燃焼運転される筒内噴射型の火花点火式の内燃機関の排気系に配置されて排気空燃比を検出する空燃比センサのヒータ温度を制御するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気系に空燃比センサを配置して排気空燃比を検出することは良く行われているが、センサ素子部の温度状態によってセンサ出力が異なることから、ヒータを取り付け、検出した機関負荷などに応じてヒータに通電して温度制御することは、例えば、特公平８−７１７６号公報から知られている。
【０００３】
この従来技術においては空燃比センサとして公知のＯ2 センサ、即ち、排気空燃比が理論空燃比に対してリーンかリッチかを示す２値信号を出力するセンサが使用されているが、排気空燃比に比例したリニアな検出特性を備えた広域空燃比センサも提案されており、本出願人も先に、特開平７−９１２９２号公報においてその種のセンサを提案している。
【０００４】
また、近時、ガソリン燃料を気筒燃焼室に噴射して超希薄燃焼運転あるいは予混合燃焼運転させる筒内噴射（直接噴射）型の火花点火式内燃機関が提案されており、その例として、特公平４−３７２６４号公報などの技術を挙げることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した筒内噴射型の火花点火式内燃機関においては、負荷に応じて均一混合気で燃焼させる予混合燃焼運転と成層混合気で燃焼される超希薄燃焼運転のいずれかが選択されるが、予混合燃焼運転から超希薄燃焼運転に切り換えられた場合、吸入空気量は同一であっても、燃焼形態が異なるために燃焼温度が低下し、センサ素子部から排気ガスへの熱移動が大きくなる。
【０００６】
その結果、センサ素子部の温度が低下して素子部の抵抗値の変化を招き、最悪の場合にはブラックニングと呼ばれる素子部の分子構造の変化に起因してセンサとしての機能を低下させる事態も生じ得る。
【０００７】
従って、この発明の目的は、空燃比センサのヒータ温度を適正に制御し、よって筒内噴射型の火花点火式内燃機関の排気空燃比の検出に使用されるときも上記した不都合を生じないようにした空燃比センサのヒータ温度制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために請求項１項において、ガソリン燃料を気筒燃焼室に直接噴射して超希薄燃焼あるいは予混合燃焼運転される筒内噴射型の火花点火式内燃機関において、前記内燃機関の排気系に配置され、前記内燃機関から排出される排気空燃比を検出する空燃比センサ、前記空燃比センサに取り付けられ、通電されて前記空燃比センサの素子部を加熱するヒータ、前記空燃比センサの素子部の温度を検出する温度検出手段、前記検出された温度に基づいて前記ヒータに供給すべき通電量を算出する通電量算出手段、前記内燃機関が超希薄燃焼運転されているか否か判断する超希薄燃焼運転判断手段、前記内燃機関の運転状態および前記内燃機関が搭載される車両の走行状態の少なくともいずれかを検出する運転状態検出手段、前記内燃機関が超希薄燃焼運転されていると判断されるとき、前記検出された運転状態および走行状態の少なくともいずれかに基づいて前記ヒータに供給すべき通電量を増加補正する通電量増加補正手段、および前記算出あるいは増加補正された通電量を前記ヒータに供給する通電手段、を備える如く構成した。
【０００９】
このように、検出したセンサ素子部の温度（センサ温度）に基づいて通電量を算出してヒータに通電するように構成したので、空燃比センサの素子部の温度を所望の範囲に制御することができて良好な空燃比検出精度を得ることができると共に、燃焼形態に応じてヒータ温度制御を行う、即ち、超希薄燃焼運転のときは通電量を増加補正してヒータの発熱量を増加させるように構成したので、燃焼形態の変化に応じて燃焼温度が低下しても素子部の温度の低下を防止することができる、センサ機能の低下を効果的に防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に即してこの発明の実施の形態を説明する。
【００１１】
図１はこの発明に係る空燃比センサのヒータ温度制御装置を全体的に示す概略図である。
【００１２】
図において、符号１０はＯＨＣ直列４気筒の内燃機関（以下「エンジン」という）を示しており、吸気管１２の先端に配置されたエアクリーナ１４から導入された吸気は、サージタンク１６を通り、スロットルバルブ１８でその流量を調節されつつインテーク（吸気）マニホルド２０を経て、２個の吸気バルブ（図示せず）を介して第１から第４シリンダ（気筒）２２に流入する。尚、図では１つのシリンダのみ示す。
【００１３】
各シリンダ２２にはピストン２４が移動自在に設けられると共に、その頂部に凹部が形成され、ピストン２４の頂部とシリンダヘッド２６の内壁との間には、燃焼室２８が形成される。燃焼室２８に臨む位置の中央付近には、インジェクタ（燃料噴射弁）３０が設けられる。
【００１４】
インジェクタ３０は燃料供給管３４に接続され、燃料供給管３４を通じて燃料タンク（図示せず）から燃料ポンプ（図示せず）によって加圧された燃料（ガソリン燃料）の供給を受け、開弁するとき、燃料を燃焼室２８に噴射する。
【００１５】
また、各シリンダ２２の燃焼室２８には点火プラグ３６が配置される。点火プラグ３６は点火コイルを含む点火装置（図示せず）から点火エネルギの供給を受け、所定の点火時期において噴射燃料と吸入空気の混合気を点火する。点火された混合気は燃焼して爆発し、ピストン２４を駆動する。
【００１６】
このように、この実施の形態に係るエンジン１０は、ガソリン燃料をインジェクタ３０を介して各シリンダ２２の燃焼室２８に直接噴射する、筒内噴射型の火花点火式の内燃機関である。
【００１７】
燃焼後の排気ガスは、２個の排気バルブ（図示せず）を介してエキゾースト（排気）マニホルド４０に排出され、排気管４２を進んでＮＯｘ成分除去触媒装置４４および三元触媒装置４６に達し、そこで浄化されてエンジン１０外に排出される。
【００１８】
エキゾーストマニホルド４０の下流において排気管４２はＥＧＲ管５０を介して吸気管１２に接続され、排気ガスの一部を吸気系に還流させる。ＥＧＲ管５０には吸気管１２に接続される付近でＥＧＲバルブ５２が設けられ、ＥＧＲ還流量を調節する。
【００１９】
また、スロットルバルブ１８と車両運転席床面に配置されたアクセルペダル（図示せず）と機械的に連結されず、スロットルバルブ１８はパルスモータ５４に連結され、その出力で駆動されて吸気管１２を開閉する。このように、スロットルバルブ１８は、ＤＢＷ方式で駆動される。
【００２０】
ピストン２４はクランクシャフト５６に連結されると共に、クランクシャフト５６の付近にはクランク角センサ６２が配置される。クランク角センサ６２は、クランクシャフト５６に取り付けられたパルサ６２ａおよびそれに対向配置された磁気ピックアップ６２ｂからなる。
【００２１】
クランク角センサ６２は、クランク角度７２０度ごとに気筒判別用のＣＹＬ信号を、各シリンダ２２のＢＴＤＣ所定クランク角度ごとにＴＤＣ信号を、ＴＤＣ信号間隔を６個に細分したクランク角度３０度ごとにＣＲＫ信号を出力する。
【００２２】
図１の説明に戻ると、パルスモータ５４にはスロットル開度センサ６４が接続され、パルスモータ開度を通じてスロットルバルブ１８の開度ＴＨに応じた信号を出力する。
【００２３】
吸気管１２のスロットルバルブ１８の配置位置付近には絶対圧（ＭＡＰ）センサ６６が設けられ、スロットル下流の吸気圧力を図示しない通路を介して導入して吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じた信号を出力する。また、吸気管１２においてスロットルバルブ１８の配置位置の上流側には吸気温センサ６８が設けられ、吸入空気の温度ＴＡに応じた信号を出力する。
【００２４】
また、シリンダ２２の付近には水温センサ７０が設けられ、エンジン冷却水温ＴＷに応じた信号を出力する。排気管４２には触媒装置４４，４６の上流側において広域空燃比センサ（以下「ＬＡＦセンサ」という）７２が設けられ、排気空燃比に比例した信号を出力すると共に、触媒装置４４，４６の下流側においてＯ2 センサ７４が設けられ、排気空燃比が理論空燃比に対してリーンあるいはリッチにあることを示す信号を出力する。
【００２５】
この発明は、ＬＡＦセンサ７２のヒータ温度制御に関するが、それについては後述する。
【００２６】
さらに、アクセルペダルの付近にはアクセル開度センサ７６が設けられ、運転者により操作されるアクセル開度（アクセルペダル踏み込み量）θＡＰに応じた信号を出力する。
【００２７】
これらセンサ出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）８０に送られる。ＥＣＵ８０はＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータおよびカウンタ（図示せず）を備え、クランク角センサ６２が出力するＣＲＫ信号をカウントしてエンジン回転数ＮＥを検出する。
【００２８】
ＥＣＵ８０は検出したエンジン回転数ＮＥおよび入力したセンサ出力値に基づいて燃料噴射量および点火時期を算出する。
【００２９】
燃料噴射量算出について説明すると、検出したエンジン回転数ＮＥとアクセル開度θＡＰから目標トルクＰＭＥを算出する。次いで、算出した目標トルクＰＭＥと検出したエンジン回転数ＮＥとから目標空燃比ＫＣＭＤを算出する。
【００３０】
他方、検出したエンジン回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡとから基本燃料噴射量ＴＩを算出する。基本燃料噴射量ＴＩは、インジェクタ３０の開弁時間で算出する。上記の如く算出して得た値に基づいて出力燃料噴射量ＴＯＵＴを算出する。
ＴＯＵＴ＝ＴＩ×ＫＣＭＤＭ×ＫＥＧＲ×ＫＬＡＦ×ＫＴ＋ＴＴ
【００３１】
ここで、ＫＣＭＤＭは目標空燃比補正係数であり、前記した目標空燃比ＫＣＭＤに充填効率補正を施して算出する。尚、目標空燃比ＫＣＭＤも目標空燃比補正係数ＫＣＭＤＭも、実際には、当量比で示される。
【００３２】
ＫＥＧＲはＥＧＲ（排気ガス還流）による補正係数であり、前記した目標トルクＰＭＥとエンジン回転数ＮＥとから算出する。ＫＬＡＦは前記したＬＡＦセンサ出力に基づく空燃比フィードバック補正係数である。ＫＴは残余の乗算形式による補正項、ＴＴは残余の加算形式による補正項である。
【００３３】
ＥＣＵ８０は、具体的には、点火プラグ近傍の空燃比が負荷に関わらず１２．０：１から１５．０：１となると共に、筒内平均空燃比が高負荷時には１２．０：１から１５．０：１の間、中負荷時にはそれを超えて２２．０：１までの間、低負荷時にはそれを超えて６０．０：１までの間の値となるように目標空燃比を設定し、ガソリン燃料を高中負荷時には吸入行程で、低負荷時には圧縮行程で噴射する。
【００３４】
噴射された燃料は吸入空気と一体化して点火され、前記した超希薄燃焼あるいは成層燃焼（ＤＩＳＣ（Direct Injection Stratified Charge) ）を生じる。
【００３５】
また、ＥＣＵ８０は、検出したエンジン回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡとから基本点火時期を算出し、エンジン水温ＴＷなどから補正して出力点火時期を算出する。
【００３６】
図２は前記したＬＡＦセンサ７２の素子部の構造を示す説明断面図である。
【００３７】
ＬＡＦセンサ７２は前記した特開平７−９１２９２号公報に記載されたセンサと同一の構造を備え、気体拡散室７２ａと酸素基準室７２ｂとの間には酸素イオン伝導性の固体電解質材の基体からなる電池素子（セル）７２ｃが形成されると共に、基体拡散室７２ａを挟んで対向する側には酸素ポンプ素子（セル）７２ｄが形成される。
【００３８】
そして、基体拡散室７２ａ内の酸素濃度が所定値に保持されるように、電池素子７２ｃの発生電圧と所定基準電圧を比較し、比較結果に応じて酸素ポンプ素子７２ｄの電極にポンプ電流Ｉｐを供給する。従って、そのポンプ電流値を排気ガス中の酸素濃度に比例した信号として増幅回路（図示せず）を介して取り出すとで、空燃比を検出することが可能となる。
【００３９】
酸素ポンプ素子７２ｄの付近には、ヒータ７２ｅが取り付けられ、ヒータ通電回路８４から通電されて加熱し、酸素ポンプ素子７２ｄなどのセンサ素子部を加熱する。
【００４０】
即ち、センサ出力特性（ポンプ電流特性）は、素子部の温度（酸素ポンプ素子７２ｄなどの温度）が７００℃程度まで昇温しないと活性化しないので安定しない。また、活性温度まで昇温した後も、センサ出力特性は、素子部の温度にある程度依存する。さらに、素子部の温度が活性温度未満に低下すると、前記したブラックニングによるセンサ機能の低下が生じる可能性がある。
【００４１】
そのため、ヒータ通電回路８４を介してヒータ７２ｅに通電し、ＬＡＦセンサ７２、より詳しくは酸素ポンプ素子７２などのセンサ素子部の温度制御を行うようにした。
【００４２】
図３はそのヒータ通電回路８４の回路図である。
【００４３】
ヒータ通電回路８４は電流制限駆動回路８４ａを備え、電流制限駆動回路８４ａは、後述の如くＥＣＵ８０によって算出（決定）されるデューティ比に応じて、電源電圧ＶＢを調圧してヒータ７２ｅに通電する。尚、ＥＣＵ８０は、通電電流をレベル変換回路８４ｂを介してモニタし、ヒータ７２ｅの通電電流が過大となるのを防止する。
【００４４】
ここで、ヒータ通電回路８４には電流センサ８４ｃが配置されてヒータ供給電流を検出すると共に、電圧センサ８４ｄが配置されてヒータ７２ｅの両端電圧を検出する。これらセンサ８４ｃ，８４ｄの検出値はＥＣＵ８０に送られる。
【００４５】
ＥＣＵ８０は、検出値からヒータ７２ｅの抵抗を算出する。ヒータ抵抗とその温度（加熱度）は、例えば抵抗３．１５Ωで約２５℃、９．０Ωで約８００℃のような略線形の関係にあるので、算出した抵抗を通じてＬＡＦセンサ７２の温度（より詳しくはセンサ素子部の温度）ＴＬＡＦを検出（推定）し、検出した温度ＴＬＡＦに基づいて後述のようにＰＷＭ制御を介してヒータ７２ｅの温度制御を行う。
【００４６】
図４はヒータ温度制御、即ち、この発明に係る空燃比センサのヒータ温度制御装置の動作を示すフロー・チャートである。尚、図示のプログラムは、１００ｍｓｅｃごとに実行される。
【００４７】
以下説明すると、先ずＳ１０において前記の如く検出したセンサ温度ＴＬＡＦからデューティ比をテーブル検索する。
【００４８】
図５を参照して説明すると、同図（ａ）に示す如く、ＰＷＭ制御においてオン時間ｔ／周期Ｔで定義されるデューティ比をテーブル検索して算出（決定）し、それに基づいて前述のように電流制限駆動回路８４ａを介してヒータ７２ｅにデューティ比に比例した通電量を供給して加熱する。
【００４９】
図５（ｂ）はデューティ比のテーブル特性を示す説明グラフである。図示の如く、デューティ比（実線で示す）はセンサ温度ＴＬＡＦが低温にある間は最大値（例えば９０％から９５％）に設定され、昇温して７４０℃に達すると、徐々に減少するように設定される。尚、図示の特性は、予混合燃焼運転を前提として設定される。
【００５０】
図４の説明に戻ると、次いでＳ１２に進み、エンジン１０がフューエルカット（Ｆ／Ｃ。燃料供給停止）中にあるか否か判断する。フューエルカット中にあっては、スロットル開度が絞られて吸入空気量が減少するために素子部の温度低下が少ないことから、肯定されるときは以降の処理をスキップする。
【００５１】
Ｓ１２で否定されるときはＳ１４に進み、フラグＦ．ＤＩＳＣのビットが１にセットされているか否か判断する。
【００５２】
このフラグは図示しない別ルーチンにおいて、前述の如く、超希薄燃焼（あるいは成層燃焼）運転されるべきと判断されるときにそのビットが１にセットされると共に、予混合燃焼運転されるべきと判断されるときにそのビットが０にリセットされる。
【００５３】
従って、Ｓ１２においては現在超希薄燃焼運転されているか否か判断することになるが、これは、前記した如く、超希薄燃焼運転においては燃焼温度が低下してセンサ素子部から排気ガスへの熱移動が大きくなり、センサ素子部の温度が低下して素子部の抵抗値の変化を招き、最悪の場合にはブラックニングと呼ばれる、素子部の分子構造の変化に起因してセンサとしての機能を低下する場合が生じ恐れがあるためである。
【００５４】
Ｓ１４で肯定されるときはＳ１６に進み、前記した目標トルクＰＭＥからオン時間加算値ｔａをテーブル検索し、デューティ比を増加補正する。
【００５５】
図５（ｃ）を参照して説明すると、この制御にあっては、超希薄燃焼運転されるときは、オン時間ｔにｔａ（アミカケで示す）を加算し、よってデューティ比を増加補正するようにした。
【００５６】
図６（ａ）にそのオン時間加算値ｔａのテーブル特性を示す。図示の如く、オン時間加算値ｔａは、目標トルクＰＭＥが増大するにつれて減少するように設定される。
【００５７】
図４フロー・チャートにあっては次いでＳ１８に進み、決定したデューティ比が出力される。これによって、電流制限駆動回路８４ａを介してＬＡＦセンサ７２のヒータ７２ｅへ通電され、温度制御される。デューティ比が増加補正されるときは通電量が増加させられ、ヒータの発熱量が増加させられる。
【００５８】
上記の如く、この実施の形態にあっては、検出（推定）したセンサ温度ＴＬＡＦに基づいてデューティ比を決定（算出）してヒータに通電するように構成したので、ＬＡＦセンサ７２の素子部の温度を所望の範囲に制御することができ、良好な空燃比検出精度を得ることができる。
【００５９】
また、燃焼形態に応じてヒータ温度制御を行う、即ち、超希薄燃焼運転のときは通電量を増加してヒータの発熱量を増加させるようにしたので、燃焼形態の変化に応じて燃焼温度が低下しても素子部の温度の低下を防止することができ、センサ機能の低下を効果的に防止することができる。
【００６０】
図７は、この発明の第２の実施の形態に係る空燃比センサのヒータ温度制御装置の動作を示すフロー・チャートである。
【００６１】
第１の実施の形態と相違する点に焦点をおいて説明すると、Ｓ１００からＳ１０４まで第１の実施の形態と同様の処理を行った後、Ｓ１０６に進み、検出したエンジン回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡとからオン時間加算値ｔａをマップ検索するようにした。
【００６２】
図６（ｂ）（ｃ）はそのマップの特性を示す説明図である。図示の如く、オン時間加算値ｔａは、エンジン回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡが増大するにつれて減少するように設定される。
【００６３】
検出したエンジン回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡとからオン時間加算値ｔａを検索する点を除くと、残余の構成は第１の実施の形態と同様であり、効果も同様である。
【００６４】
図８は、この発明の第３の実施の形態に係る空燃比センサのヒータ温度制御装置の動作を示すフロー・チャートである。
【００６５】
第１の実施の形態と相違する点に焦点をおいて説明すると、Ｓ２００からＳ２０４まで第１の実施の形態と同様の処理を行った後、Ｓ２０６に進み、検出した車速Ｖからオン時間加算値ｔａをテーブル検索するようにした。
【００６６】
図６（ｄ）はそのマップの特性を示す説明図である。図示の如く、オン時間加算値ｔａは、車速Ｖが増大するにつれて減少するように設定される。
【００６７】
検出した車速Ｖからオン時間加算値ｔａを検索する点を除くと、残余の構成は第１の実施の形態と同様であり、効果も同様である。
【００６８】
図９は、この発明の第４の実施の形態に係る空燃比センサのヒータ温度制御装置の動作を示すフロー・チャートである。
【００６９】
第４の実施の形態においては、ＥＧＲ運転（導入）の有無に応じてデューティ比およびオン時間加算値を検索するようにした。これは、ＥＧＲ運転（導入）によって排気ガスが吸気系に還流させられる結果、燃焼温度が変化するためである。
【００７０】
以下説明すると、Ｓ３００において前記したＥＧＲバルブ５２のリフト量あるいは補正係数ＫＥＧＲの値からＥＧＲ運転されているか否か判断する。
【００７１】
Ｓ３００で否定されるときはＳ３０２に進み、図５（ｂ）に示したテーブル特性からデューティ比を検索すると共に、肯定されるときはＳ３０４に進み、図５（ｂ）に想像線で示すテーブル特性からデューティ比を検索する。
【００７２】
次いでＳ３０６，Ｓ３０８の処理を経てＳ３１０に達したときは再びＥＧＲ運転の有無を判断し、否定されるときはＳ３１２に進み、検出車速Ｖを用いて図６（ｄ）に示したテーブル特性からオン時間加算値ｔａを検索すると共に、肯定されるときはＳ３１４に進み、同様に検出車速Ｖを用いて図６（ｄ）に想像線で示すテーブル特性からオン時間加算値ｔａを検索する。次いでＳ３１６に進み、デューティ比を出力する。
【００７３】
第４の実施の形態においてはＥＧＲ運転の有無に応じてデューティ比およびオン時間加算値ｔａを検索することから、従前の実施の形態に比して一層良好な空燃比検出精度を得ることができると共に、センサ素子部の温度の低下およびセンサ機能の低下を一層効果的に防止することができる。
【００７４】
尚、第４の実施の形態において検出車速Ｖからオン時間加算値ｔａを検索したが、第１あるいは第４の実施の形態と同様に目標トルクＰＭＥなどから検索しても良い。
【００７５】
この実施の形態は上記の如く、ガソリン燃料を気筒燃焼室に直接噴射して超希薄燃焼あるいは予混合燃焼運転される筒内噴射型の火花点火式内燃機関（エンジン１０）において、前記内燃機関の排気系に配置され、前記内燃機関から排出される排気空燃比を検出する空燃比センサ（広域空燃比センサあるいはＬＡＦセンサ７２）、前記空燃比センサに取り付けられ、通電されて前記空燃比センサの素子部（酸素ポンプ素子７２ｄなど）を加熱するヒータ（７２ｅ）、前記空燃比センサの素子部の温度（ＴＬＡＦ）を検出する温度検出手段（電流センサ８４ｃ、電圧センサ８４ｄ、ＥＣＵ８０）、前記検出された温度に基づいて前記ヒータに供給すべき通電量（デューティ比）を算出する通電量算出手段（ＥＣＵ８０，Ｓ１０，Ｓ１００，Ｓ２００，Ｓ３０２，Ｓ３０４）、前記内燃機関が超希薄燃焼運転されているか否か判断する超希薄燃焼運転判断手段（ＥＣＵ８０，Ｓ１４，Ｓ１０４，Ｓ２０４，Ｓ３０８）、前記内燃機関の運転状態（目標トルクＰＭＥ、エンジン回転数ＮＥ、吸気管内絶対圧ＰＢＡ）および前記内燃機関が搭載される車両の走行状態（車速Ｖ）の少なくともいずれかを検出する運転状態検出手段（クランク角センサ６２，ＥＣＵ８０など）、前記内燃機関が超希薄燃焼運転されていると判断されるとき、前記検出された運転状態および走行状態の少なくともいずれかに基づいて前記ヒータに供給すべき通電量、より具体的にはデューティ比のオン時間加算値ｔａを検索して前記デューティ比を増加補正する通電量増加補正手段（ＥＣＵ８０，Ｓ１６，Ｓ１０６，Ｓ２０６，Ｓ３１２，Ｓ３１４）、および前記算出あるいは増加補正された通電量を前記ヒータに供給する通電手段（ＥＣＵ８０，Ｓ１８，Ｓ１０８，Ｓ２０８，Ｓ３１６、ヒータ通電回路８４）を備える如く構成した。
【００７６】
【発明の効果】
請求項１項にあっては、検出したセンサ素子部の温度（センサ温度）に基づいて通電量を算出してヒータに通電するように構成したので、空燃比センサの素子部の温度を所望の範囲に制御することができて良好な空燃比検出精度を得ることができると共に、燃焼形態に応じてヒータ温度制御を行う、即ち、超希薄燃焼運転のときは通電量を増加補正してヒータの発熱量を増加させるように構成したので、燃焼形態の変化に応じて燃焼温度が低下しても素子部の温度の低下を防止することができ、センサ機能の低下を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る空燃比センサのヒータ温度制御装置を全体的に示す概略図である。
【図２】図１の装置の中の空燃比センサの素子部の構造を示す説明断面図である。
【図３】図２断面図の中のヒータ通電回路の回路図である。
【図４】図１の装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図５】図４フロー・チャートのデューティ比、テーブル特性およびオン時間加算値を示す説明図である。
【図６】図４フロー・チャートなどのテーブル特性を示す説明図である。
【図７】この発明の第２の実施の形態に係る空燃比センサのヒータ温度制御装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図８】この発明の第３の実施の形態に係る空燃比センサのヒータ温度制御装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図９】この発明の第４の実施の形態に係る空燃比センサのヒータ温度制御装置の動作を示すフロー・チャートである。
【符号の説明】
１０ 内燃機関（エンジン）
１２ 吸気管
２２ シリンダ（気筒）
２８ 燃焼室
３０ インジェクタ（燃料噴射弁）
３６ 点火プラグ
６２ クランク角センサ
６６ 絶対圧（ＭＡＰ）センサ
７２ 広域空燃比センサ（空燃比センサあるいはＬＡＦセンサ）
７２ｅ ヒータ
８０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
８４ ヒータ通電回路
Claims (1)
- ガソリン燃料を気筒燃焼室に直接噴射して超希薄燃焼あるいは予混合燃焼運転される筒内噴射型の火花点火式内燃機関において、
ａ．前記内燃機関の排気系に配置され、前記内燃機関から排出される排気空燃比を検出する空燃比センサ、
ｂ．前記空燃比センサに取り付けられ、通電されて前記空燃比センサの素子部を加熱するヒータ、
ｃ．前記空燃比センサの素子部の温度を検出する温度検出手段、
ｄ．前記検出された温度に基づいて前記ヒータに供給すべき通電量を算出する通電量算出手段、
ｅ．前記内燃機関が超希薄燃焼運転されているか否か判断する超希薄燃焼運転判断手段、
ｆ．前記内燃機関の運転状態および前記内燃機関が搭載される車両の走行状態の少なくともいずれかを検出する運転状態検出手段、
ｇ．前記内燃機関が超希薄燃焼運転されていると判断されるとき、前記検出された運転状態および走行状態の少なくともいずれかに基づいて前記ヒータに供給すべき通電量を増加補正する通電量増加補正手段、
および
ｈ．前記算出あるいは増加補正された通電量を前記ヒータに供給する通電手段、を備えることを特徴とする空燃比センサのヒータ温度制御装置。
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