KR101501915B1 - 산소 농도 센서의 히터 제어 장치 - Google Patents
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Abstract
냉간 시동 후에 아이들 스톱 제어에 의해 내연 기관이 자동 정지시켜질 경우에도, 히터로의 통전을 적절한 시기에 개시할 수 있는 산소 농도 센서의 히터 제어 장치를 제공한다. 산소 농도 센서의 주위의 모델 온도를 연산하는 모델 온도 연산부와, 산소 농도 센서의 설치 위치를 통과하는 열량을 적산하여 적산 열량을 연산하는 열량 적산부와, 적산 열량이 소정의 통전 개시 임계값에 도달했을 때에 히터로의 통전을 개시시키는 통전 지시부와, 내연 기관의 정지시 또는 시동시에 적산 열량 및 통전 개시 임계값을 리셋시키는 한편, 아이들 스톱 제어에 의한 내연 기관의 자동 정지시 및 재시동시에는 적산 열량 및 통전 개시 임계값을 리셋시키지 않는 리셋부와, 아이들 스톱 제어에 의한 내연 기관의 자동 정지 중의 방열의 영향을 고려하여 적산 열량 또는 통전 개시 임계값을 보정하는 보정부를 구비한다.
Description
본 발명은 내연 기관의 배기 통로에 설치되고, 센서 소자를 가열하기 위한 히터를 갖는 산소 농도 센서의 히터 제어를 행하는 산소 농도 센서의 히터 제어 장치에 관한 것이다. 특히, 아이들 스톱 제어를 실행 가능한 내연 기관의 배기 통로에 설치된 산소 농도 센서의 히터 제어 장치에 관한 것이다.
종래, 디젤 엔진에 대표되는 내연 기관의 배기 통로에는 산소 농도나 이론공연비에 대한 공기 과잉율(람다값)을 검출하기 위한 산소 농도 센서가 설치되어 있다. 산소 농도 센서에 의해 검출되는 정보는, 예를 들면, 연료 분사량의 편차의 보정이나, EGR량(배기 순환량)의 편차의 보정, 배기 정화 장치의 이상 진단 등에 사용된다.
산소 농도 센서로서는 지르코니아 등의 고체 전해질로 이루어지는 센서 소자를 갖는 동시에, 이 센서 소자를 소정의 활성 온도로 유지하기 위한 히터를 구비한 것이 사용되고 있다. 이러한 산소 농도 센서는 히터에 의해 센서 소자가 가열되어 센서 소자가 활성 온도 이상이 되었을 때에, 배기 중의 산소 농도에 따라 센서 신호를 출력할 수 있는 것으로 되어 있다.
여기서, 내연 기관의 냉간 시동시에 있어서는 배기관 안이 저온 상태로 되고 있기 때문에, 배기에 포함되는 수증기가 응축되어 물방울이 된다. 센서 소자는 히터에 의해 800도 정도까지 가열되지만, 응축수가 센서 소자에 접촉하면, 센서 소자가 급격하게 차가워져서 열 충격에 의해 소자 붕괴가 발생할 우려가 있다. 이 때문에, 내연 기관의 냉간 시동시에 있어서는 배기관내의 응축수가 모두 증발된 것을 판정하고 나서 히터를 작동하도록 제어가 행해지게 되어 있다.
히터 제어에 있어서의 배기관내의 응축수가 증발된 것을 판정하는 수법으로서, 센서 설치 부위 근방의 열 수지(收支)에 착목한 것이 있다. 예를 들면, ECU가 내연 기관의 시동 후에 있어서 배기관의 센서 설치 부위 근방의 열 수지에 대응하는 열량 데이터를 내연 기관 및 차량의 운전 상태에 기초하여 산출하는 동시에, 그 열량 데이터에 기초하여 배기관내의 건조 판정을 행하고, 그 건조 판정의 결과에 기초하여 히터의 통전 상태를 제어하도록 한 가스 센서의 히터 제어 장치가 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1을 참조.).
그런데, 최근에는 차량에 탑재된 내연 기관에 있어서, 아이들링 중의 소음이나 배기 에미션을 저감하는 것을 목적으로, 차량의 일시 정지 중에 내연 기관을 자동 정지시키는 제어(이하, 이러한 제어를 「아이들 스톱 제어」라고 칭한다. )를 실행 가능하게 구성된 것이 실용화되기 시작했다.
상기의 특허문헌 1에 기재된 바와 같은 가스 센서의 히터 제어 장치는 내연 기관이 시동할 때마다 일단 열량 적산값이 리셋되어, 다시 열량 적산이 개시되게 된다. 그 때문에, 내연 기관의 냉간 시동 후에 아이들 스톱 제어가 반복된 경우에는, 그때마다 열량 적산값이 리셋되고, 센서 설치부 근방의 온도가 낮게 인식된 채로 되어, 배기관내의 건조 판정이 지연된 결과, 히터로의 통전이 지연될 우려가 있다. 극단적인 경우에는 히터로의 통전이 개시되지 않는 상태가 된다.
본 발명의 발명자들은 이러한 문제를 감안하여, 아이들 스톱 제어에 의한 내연 기관의 자동 정지시에 있어서도 연산되어 있던 열량 적산값이나 통전 개시 임계값을 리셋하지 않고, 방열의 영향을 고려하여 열량 적산값이나 통전 개시 임계값을 보정하도록 구성함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있는 것을 찾아내어, 본 발명을 완성시킨 것이다. 즉, 본 발명은 냉간 시동 후에 아이들 스톱 제어에 의해 내연 기관이 자동 정지시켜진 경우에도, 히터로의 통전을 적절한 시기에 개시할 수 있는 산소 농도 센서의 히터 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의하면, 차량의 일시 정지 중에 내연 기관을 자동 정지시키는 아이들 스톱 제어를 실행 가능한 내연 기관의 배기관에 구비되어, 배기 중의 산소 농도를 검출하는 센서 소자와, 상기 센서 소자를 가열하는 히터를 갖는 산소 농도 센서에 있어서의 상기 히터로의 통전을 제어하는 산소 농도 센서의 히터 제어 장치에 있어서, 상기 산소 농도 센서의 주위의 모델 온도를 연산하는 모델 온도 연산부와, 상기 산소 농도 센서의 설치 위치를 통과하는 열량을 적산하여 적산 열량을 연산하는 열량 적산부와, 상기 적산 열량이 소정의 통전 개시 임계값에 도달했을 때에 상기 히터로의 통전을 개시시키는 통전 지시부와, 상기 내연 기관의 정지시 또는 시동시에 상기 적산 열량 및 상기 통전 개시 임계값을 리셋시키는 한편, 상기 아이들 스톱 제어에 의한 상기 내연 기관의 자동 정지시 및 재시동시에는 상기 적산 열량 및 상기 통전 개시 임계값을 리셋시키지 않는 리셋부와, 상기 아이들 스톱 제어에 의한 상기 내연 기관의 자동 정지 중의 방열의 영향을 고려하여 상기 적산 열량 또는 상기 통전 개시 임계값을 보정하는 보정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 산소 농도 센서의 히터 제어 장치가 제공되어, 상기한 문제를 해결할 수 있다.
즉, 본 발명의 산소 농도 센서의 히터 제어 장치는, 아이들 스톱 제어에 의한 내연 기관의 자동 정지시에 있어서, 산소 농도 센서의 설치 위치에 있어서의 적산 열량, 또는 통전 개시 임계값을 리셋하지 않고, 방열의 영향을 고려하여 적산 열량, 또는 통전 개시 임계값을 보정하도록 구성되어 있다. 그 때문에 내연 기관의 시동 후에 아이들 스톱 제어에 의한 내연 기관의 자동 정지가 반복되는 경우라도, 적절한 시기에 히터로의 통전을 개시하는 것을 가능하게 할 수 있다. 따라서, 산소 농도 센서의 소자 붕괴를 방지할 수 있는 동시에, 산소 농도 센서의 센서값을 사용한 제어의 개시 지연을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 산소 농도 센서의 히터 제어 장치에 있어서 상기 열량 적산부는 상기 모델 온도가 소정의 적산 개시 임계값에 도달했을 때에 상기 열량의 적산을 개시하는 것이 바람직하다.
이와 같이 적산 열량을 연산함으로써, 발생한 응축수가 증발하기 시작하는 시기부터의 적산 열량이 연산되어, 응축수가 없어지는 시기를 정밀도 좋게 추정하는 것을 가능하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 산소 농도 센서의 히터 제어 장치에 있어서 상기 모델 온도 연산부는 상기 산소 농도 센서의 설치 위치에 있어서의 열량 수지에 기초하여 상기 모델 온도를 연산하는 동시에, 상기 적산 개시 임계값을 미리 외란(外亂)의 영향에 의한 온도 저하를 고려하여 설정하는 것이 바람직하다.
모델 온도를 이와 같이 연산하는 동시에, 적산 개시 임계값을 이와 같이 설정함으로써, 모델 온도의 연산에서는 재현 곤란한 외란의 영향을 고려하여 적산 열량의 연산 개시 시기를 결정할 수 있다.
또한, 본 발명의 산소 농도 센서의 히터 제어 장치에 있어서 상기 보정부는 상기 아이들 스톱 제어에 의한 상기 내연 기관의 자동 정지 중의 상기 산소 농도 센서의 설치 위치의 상정 온도가 상기 내연 기관의 아이들 상태에서의 상정 온도를 하회하는 기간의 방열의 영향을 고려하여 상기 보정을 행하는 것이 바람직하다.
적산 열량 또는 통전 개시 임계값의 보정을 이와 같이 행함으로써, 적산 개시 임계값을 설정할 때에 미리 고려되어 있는 외란의 영향을 상회하는 방열의 영향이 발생한 상태에 있어서 보정이 행하여지게 되고, 히터로의 통전 개시 시기를 적절히 판정하는 것을 가능하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 산소 농도 센서의 히터 제어 장치에 있어서, 상기 보정부는, 상기 아이들 스톱 제어에 의한 상기 내연 기관의 자동 정지 후, 상기 모델 온도가 소정의 요보정(要補正) 임계값(required correction threshold value) 미만이 된 후의 기간의 방열의 영향을 고려하여 상기 보정을 행하는 것이 바람직하다.
적산 열량 또는 통전 개시 임계값의 보정을 이와 같이 행함으로써, 적산 개시 임계값을 설정할 때에 미리 고려되어 있는 외란의 영향을 상회하는 방열의 영향이 발생한 상태를 비교적 정밀도 좋게 파악하여 보정을 개시할 수 있게 되고, 히터로의 통전 개시 시기를 적절히 판정하는 것을 가능하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 산소 농도 센서의 히터 제어 장치에 있어서, 상기 보정부는 상기 내연 기관의 아이들 상태에서의 상정 온도와 상기 아이들 스톱 제어에 의한 상기 내연 기관의 자동 정지 중의 상정 온도의 차분(差分)을 구하는 동시에, 상기 차분에 상당하는 열량을 상기 적산 열량에서 감산 또는 상기 통전 개시 임계값에 가산하는 것이 바람직하다.
적산 열량 또는 통전 개시 임계값의 보정을 이와 같이 행함으로써, 적산 개시 임계값을 설정할 때에 미리 고려되어 있는 외란의 영향을 제외한 방열의 영향을 고려하여 보정이 행하여지게 되고, 히터로의 통전 개시 시기를 보다 적절히 판정하는 것을 가능하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 산소 농도 센서의 히터 제어 장치에 있어서, 상기 보정부는 상기 아이들 스톱 제어에 의한 상기 내연 기관의 자동 정지 중에 상기 차분에 상당하는 열량을 적산하고, 상기 내연 기관의 재시동시에 상기 열량의 적산값을 상기 적산 열량에서 감산 또는 상기 통전 개시 임계값에 가산하는 것이 바람직하다.
이와 같이 보정량을 연산하여 반영시킴으로써, 내연 기관의 자동 정지시에 있어서의 제어 장치의 연산 부하의 저감을 가능하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 산소 농도 센서의 히터 제어 장치에 있어서, 상기 아이들 스톱 제어에 의한 상기 내연 기관의 자동 정지 중에, 상기 자동 정지의 계속 시간이 소정의 보정 해제 임계값 이상이 되었을 때, 또는 상기 모델 온도가 상기 적산 개시 임계값 미만이 되었을 때에, 상기 보정부는 보정량의 연산을 중지하는 동시에, 이미 반영되어 있는 보정량을 리셋시키는 것이 바람직하다.
이와 같이, 내연 기관의 자동 정지 시간이 보정 해제 임계값 이상이 되었을 때, 또는 모델 온도가 적산 개시 임계값 미만이 되었을 때에, 보정량의 연산을 중지하는 동시에, 이미 반영되어 있는 보정량을 리셋함으로써, 산소 농도 센서의 설치 위치의 주위 온도가 저하된 상태가 되었을 때에는, 다음번의 재시동시 이후, 모델 온도가 적산 개시 임계값 이상이 된 후, 재차 열량의 적산이 개시되어 통전 개시 임계값과의 비교를 행하게 되므로, 적절한 시기에서의 히터로의 통전을 가능하게 하면서, 제어 장치의 부하의 저감을 가능하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 산소 농도 센서의 히터 제어 장치에 있어서, 상기 보정부는, 보정 후의 상기 적산 열량이 소정의 하한값을 하회했을 때, 또는 보정 후의 상기 통전 개시 임계값이 소정의 상한값에 도달했을 때에, 이후의 상기 보정을 정지하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 적산 열량에 하한을 설치하거나, 또는 통전 개시 임계값에 상한을 설치함으로써, 실제의 응축수의 발생 상황으로부터 괴리되어 통전 개시 시기를 판정하는 것을 방지하여, 히터로의 통전 개시시의 지연 방지를 가능하게 할 수 있다.
또한, 본 명세서에 있어서 특별히 설명이 없는 한, 「내연 기관의 자동 정지」 또는 「내연 기관의 재시동」이라고 기재한 경우에는, 아이들 스톱 제어에 의한 내연 기관의 정지 또는 시동을 의미하고, 단지 「내연 기관의 정지」 또는 「내연 기관의 시동」이라고 기재한 경우에는, 아이들 스톱 제어에 따르지 않는 내연 기관의 정지 또는 시동을 의미한다.
도 1은 산소 농도 센서의 히터 제어 장치가 구비된 내연 기관의 배기계의 구성을 설명하기 위해서 도시한 도면이다.
도 2는 산소 농도 센서의 구성을 설명하기 위해서 도시한 도면이다.
도 3은 산소 농도 센서의 히터 제어 장치로서의 전자 제어 장치의 구성을 설명하기 위해서 도시한 도면이다.
도 4는 산소 농도 센서의 설치 위치의 주위 온도의 변화를 도시한 도면이다.
도 5는 산소 농도 센서의 설치 위치의 주위 온도의 변화를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 6은 제 1 실시형태에 관한 산소 농도 센서의 히터 제어 장치에 의해 실행되는 히터 제어 방법의 메인 루틴을 설명하기 위해서 도시한 플로우차트 도면이다.
도 7은 열량 적산의 개시 시기의 판정 방법의 루틴을 설명하기 위해서 도시한 플로우차트 도면이다.
도 8은 적산 열량의 연산 방법의 루틴을 설명하기 위해서 도시한 플로우차트 도면이다.
도 9는 보정량의 연산 방법의 루틴을 설명하기 위해서 도시한 플로우차트 도면이다.
도 10은 히터 제어 방법에 관하여 설명하기 위해서 도시한 타임 차트 도면이다.
도 11은 제 2 실시형태에 관한 산소 농도 센서의 히터 제어 장치에 의해 실행되는 히터 제어 방법의 메인 루틴에 관하여 설명하기 위해서 도시한 플로우차트 도면이다.
도 12는 히터 릴리스 계속 판정 방법의 루틴을 도시한 플로우차트 도면이다.
도 2는 산소 농도 센서의 구성을 설명하기 위해서 도시한 도면이다.
도 3은 산소 농도 센서의 히터 제어 장치로서의 전자 제어 장치의 구성을 설명하기 위해서 도시한 도면이다.
도 4는 산소 농도 센서의 설치 위치의 주위 온도의 변화를 도시한 도면이다.
도 5는 산소 농도 센서의 설치 위치의 주위 온도의 변화를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 6은 제 1 실시형태에 관한 산소 농도 센서의 히터 제어 장치에 의해 실행되는 히터 제어 방법의 메인 루틴을 설명하기 위해서 도시한 플로우차트 도면이다.
도 7은 열량 적산의 개시 시기의 판정 방법의 루틴을 설명하기 위해서 도시한 플로우차트 도면이다.
도 8은 적산 열량의 연산 방법의 루틴을 설명하기 위해서 도시한 플로우차트 도면이다.
도 9는 보정량의 연산 방법의 루틴을 설명하기 위해서 도시한 플로우차트 도면이다.
도 10은 히터 제어 방법에 관하여 설명하기 위해서 도시한 타임 차트 도면이다.
도 11은 제 2 실시형태에 관한 산소 농도 센서의 히터 제어 장치에 의해 실행되는 히터 제어 방법의 메인 루틴에 관하여 설명하기 위해서 도시한 플로우차트 도면이다.
도 12는 히터 릴리스 계속 판정 방법의 루틴을 도시한 플로우차트 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 산화 농도 센서의 히터 제어 장치에 관한 실시형태를 도면에 기초하여 구체적으로 설명한다.
또한, 각각의 도면 중에 있어서 동일한 부호가 첨부되어 있는 것은 특별히 설명이 없는 한 동일한 구성 요소를 나타내고 있어, 적절히 설명이 생략되어 있다.
[제 1 실시형태]
도 1은 산소 농도 센서의 히터 제어 장치가 구비된 내연 기관의 배기계의 구성을 설명하기 위해서 도시한 도면이다. 도 2는 산소 농도 센서의 구성을 설명하기 위해서 도시한 도면이다. 도 3은 산소 농도 센서의 히터 제어 장치로서의 전자 제어 장치의 구성을 설명하기 위해서 도시한 도면이다. 도 4는 산소 농도 센서의 설치 위치의 주위 온도의 변화를 도시한 도면이다. 도 5는 산소 농도 센서의 설치 위치의 주위 온도의 변화를 모식적으로 도시한 도면이다. 도 6은 제 1 실시형태에 관한 산소 농도 센서의 히터 제어 장치에 의해 실행되는 히터 제어 방법의 메인 루틴을 설명하기 위해서 도시한 플로우차트 도면이다. 도 7은 열량 적산의 개시 시기의 판정 방법의 루틴을 설명하기 위해서 도시한 플로우차트 도면이다. 도 8은 적산 열량의 연산 방법의 루틴을 설명하기 위해서 도시한 플로우차트 도면이다. 도 9는 보정량의 연산 방법의 루틴을 설명하기 위해서 도시한 플로우차트 도면이다. 도 10은 히터 제어 방법에 관하여 설명하기 위해서 도시한 타임차트 도면이다.
1. 내연 기관의 배기계의 구성
도 1에 있어서 내연 기관(1)은 대표적으로는 디젤 엔진이며, 복수의 연료 분사 밸브(5)를 구비하는 동시에 배기를 유통시키는 배기관(3)이 접속되어 있다. 연료 분사 밸브(5)는 전자 제어 장치(30)에 의해 통전 제어되는 것이며, 전자 제어 장치(30)는 기관 회전수나 액셀 조작량, 그 밖의 정보에 기초하여 연료 분사량을 연산하는 동시에, 산출된 연료 분사량에 기초하여 연료 분사 밸브(5)의 통전 시기 및 통전 시간을 구하여, 연료 분사 밸브(5)의 통전 제어를 실행하도록 되어 있다.
내연 기관(1)에 접속된 배기관(3)에는 배기 정화 부재(11)가 구비되어 있다. 배기 정화 부재(11)는 내연 기관(1)으로부터 배출되는 배기를 정화하기 위해서 사용되는 촉매나 필터이며, 배기관(3)에는 1개 또는 복수의 촉매나 필터가 배기 정화 부재(11)로서 구비된다. 배기 정화 부재(11)로서는 대표적으로는 산화 촉매나 파티큐레이트 필터, NOx 촉매가 예시되지만 특별히 한정되는 것은 아니다.
또한, 배기 정화 부재(11)의 상류측에는 산소 농도 센서(20)가 설치되어 있다. 산소 농도 센서(20)의 센서 신호는 전자 제어 장치(30)에 입력되도록 되어 있다. 산소 농도 센서(20)의 설치 위치와 배기 정화 부재(11)의 설치 위치의 관계는 특별히 한정되는 것은 아니고, 배기 정화 부재(11)의 하류측에 산소 농도 센서(20)가 설치되어 있어도 좋고, 복수의 촉매나 필터 사이에 산소 농도 센서(20)가 설치되어 있어도 좋다.
2. 산소 농도 센서의 구성
도 2는 산소 농도 센서(20)의 구성을 개략적으로 도시하고 있다. 산소 농도 센서(20)는 제 1 전극(21)과, 제 2 전극(22)과, 보호층(23)과, 고체 전해질층(24)을 포함하는 센서 소자(25)를 갖고 있다. 고체 전해질층(24)은 제 1 전극(21) 및 제 2 전극(22) 사이에 배치되어 있다. 제 1 전극(21)은 보호층(23)에 의해 피복되고, 보호층(23)은 배기관(3) 안에서 배기에 노출되어 있다. 제 2 전극(22)은 기준 가스실(27) 안에 배치되어 있다.
또한, 기준 가스실(27)을 사이에 끼워서 고체 전해질층(24)과 반대측에 위치하는 고체 전해질체(28)에는 히터(26)가 구비되어 있다. 이 히터(26)는 통전에 의해 발열하는 발열 저항체로서 구성되고, 전자 제어 장치(30)에 의해 통전 제어가 행하여지게 되어 있다. 센서 소자(25)는 소정 온도 이상의 상태에서 활성화되고, 산소 농도를 검출 가능하게 하기 위해서, 내연 기관(1)의 시동시에 있어서는 히터(26)에 전류가 통전하여, 센서 소자(25)를 가열하게 되어 있다.
3. 전자 제어 장치(히터 제어 장치)
(1) 기본적 구성
도 3은, 전자 제어 장치(30)의 구성 중, 산소 농도 센서(20)의 히터 제어에 관련된 부분을 기능적인 블록으로 나타낸 것이다. 이 전자 제어 장치(30)가 산소 농도 센서의 히터 제어 장치로서의 기능을 갖고 있다.
전자 제어 장치(30)는 공지된 마이크로 컴퓨터를 중심으로 구성된 것이고, ISS 작동 검지부(31)와, 모델 온도 연산부(33)와, 열량 적산부(35)와, 통전 지시부(37)와, 리셋부(39)와, 보정부(41)를 구비하고 있다. 구체적으로, 이들의 각 수단은 마이크로 컴퓨터에 의한 프로그램의 실행에 의해 실현되는 것으로 되어 있다.
또한, 전자 제어 장치(30)에는 RAM이나 ROM 등의 기억 소자로 이루어지는 도시하지 않은 기억부, 및 산소 농도 센서(20)의 히터(27)로의 통전을 행하기 위한 히터 구동 회로(43)가 구비되어 있다. 기억부에는 제어 프로그램 및 여러가지 연산 맵이 미리 기억되는 동시에, 상기한 각 부에 의한 연산 결과 등이 기록되게 되어 있다.
ISS 작동 검지부(31)는 아이들 스톱 제어에 의한 내연 기관(1)의 자동 정지 상태를 검지하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 아이들 스톱 조건이 성립되고 나서, 재시동 조건이 성립될 때까지의 기간을 내연 기관(1)의 자동 정지 상태로 하여 검지하도록 구성되어 있다.
모델 온도 연산부(33)는 산소 농도 센서(20)의 설치 위치 주위의 모델 온도(Tmdl)를 연산하도록 구성되어 있다. 구체적으로, 모델 온도 연산부(33)는, 내연 기관(1)의 시동시에 있어서의 초기 온도(TO)를 베이스로, 산소 농도 센서(20)의 설치 위치 주위의 열량 수지에 기초하여 주위 온도의 증감을 추정하여 모델 온도(Tmdl)를 연산하도록 구성되어 있다. 주위 온도는 예를 들면 산소 농도 센서(20)의 설치 위치의 배기관(3)의 벽 온도로 할 수 있다. 초기 온도(TO)는 내연 기관(1)의 흡기계나 배기계에 설치된 온도 센서에 의해 검출되는 온도로 할 수 있지만, 이 밖에도, 산소 농도 센서(20)의 설치 위치의 주위 온도에 관련된 정보를 사용하여 초기 온도(TO)를 설정하는 등 여러가지 방법을 채용할 수 있다.
열량 적산부(35)는, 아이들 스톱 제어에 의한 내연 기관(1)의 자동 정지 중, 모델 온도(Tmdl)가 적산 개시 임계값(Tmdl_thre) 이상인 상태에 있어서, 산소 농도 센서(20)의 설치 위치를 통과하는 열량(H)을 적산하여, 적산 열량(ΣH)을 산출하도록 구성되어 있다. 구체적으로, 열량 적산부(35)는 모델 온도 연산부(33)에서 산출되는 모델 온도(Tmdl)가 적산 개시 임계값(Tmdl-thre) 이상인지 여부를 판정하고, 모델 온도(Tmdl)가 적산 개시 임계값(Tmdl_thre) 이상이 되었을 때에, 열량(H)의 적산을 개시하도록 구성되어 있다. 적산 개시 임계값(Tmdl_thre)은 산소 농도 센서(20)의 설치 위치의 주위 온도가, 응축수가 증발할 수 있는 온도에 도달해 있는지 여부를 판별하기 위한 것으로, 미리 내연 기관(1)이나 그 배기계의 형태 등에 따라 최적인 값에 설정할 수 있다.
다만, 제 1 실시형태에 관한 전자 제어 장치(30)에 있어서는, 초기 온도(TO)와, 발생한 응축수가 증발할 수 있는 기준 온도(노점(露点) 온도)의 관계를 미리 실험 등에 의해 구하는 동시에, 모델 온도(Tmd1)의 연산에서는 더 이상 재현할 수 없는 외란의 영향에 의한 온도 저하량을 추가하여 적산 개시 임계값(Tmdl_thre)으로 하고 있다. 즉, 제 1 실시형태에 관한 전자 제어 장치(30)에 있어서는, 바람 등의 외란에 의한 산소 농도 센서(20)의 설치 위치의 주위 온도에 대한 영향을 모델 온도(Tmdl)의 연산에 포함시키는 것이 아니고, 미리 적산 개시 임계값(Tmdl_thre)에 포함시키게 되어 있다. 적산 개시 임계값(Tmdl_thre)은 고정값이라도 좋고, 내연 기관(1)의 운전 조건이나 배기계 주위의 환경 조건 등에 의해 변동되는 값이라도 좋다.
통전 지시부(37)는, 열량 적산부(35)에서 산출되는 적산 열량(ΣH)이 소정의 통전 개시 임계값(ΣH_thre)에 도달했을 때에, 히터 릴리스 스테이터스를 온으로 하여, 산소 농도 센서(20)에 설치된 히터(27)로의 통전을 행하도록 히터 구동 회로(43)에 지시 신호를 출력하게 구성되어 있다. 제1 실시형태에 관한 전자 제어 장치(30)에 있어서, 통전 개시 임계값(ΣH_thre)은, 아이들 스톱 제어에 의해 내연 기관(1)이 자동 정지하지 않은 경우에, 응축수가 증발하기 시작하고 나서부터 모든 응축수의 증발이 완료될 때까지 필요로 하는 열량의 총량에 상당하는 값으로서, 미리 실험 등에 의해 최적인 값에 설정할 수 있다.
리셋부(39)는 점화 스위치가 온이 되었을 때에, 기억부에 기억되어 있는 모델 온도(Tmdl), 적산 열량(ΣH) 및 통전 개시 임계값(ΣH-thre)을 일단 리셋시키도록 구성되어 있다. 다만, 아이들 스톱 제어에 의한 내연 기관(1)의 자동 정지 후의 재시동시에 있어서는, 모델 온도(Tmdl), 적산 열량(ΣH) 및 통전 개시 임계값(ΣH_thre)을 리셋시키지 않도록 설정되어 있다.
보정부(41)는 아이들 스톱 제어에 의한 내연 기관(1)의 자동 정지 중의 방열의 영향을 고려하여 통전 개시 임계값(ΣH_thre)을 보정하도록 구성되어 있다.
즉, 제 1 실시형태에 관한 전자 제어 장치(30)는, 아이들 스톱 제어에 의해 내연 기관(1)이 자동 정지 및 재시동한 경우에 있어서는, 모델 온도(Tmdl), 적산 열량(ΣH) 및 통전 개시 임계값(ΣH_thre)을 리셋시키지 않고, 자동 정지 중의 방열의 영향을 고려하여 통전 개시 임계값(ΣH_thre)을 보정함으로써, 적절한 시기에 산소 농도 센서(20)의 히터(27)로의 통전을 개시할 수 있게 구성되어 있다.
제 1 실시형태에 관한 전자 제어 장치(30)의 보정부(41)에 의해 실행되는 보정의 개략에 대해서, 도 4 및 도 5를 참조하여 상세하게 설명한다.
제 1 실시형태에 관한 전자 제어 장치(30)의 기억부에는, 외기 온도 및 내연 기관(1)이 아이들 상태 또는 정지 상태가 되었을 때의 산소 농도 센서(20)의 설치 위치의 주위 온도에 따라, 아이들 상태에서의 주위 온도의 변화와 내연 기관(1)의 정지 상태에서의 주위 온도의 변화를 미리 실험 등에 의해 구한 정보가 기억되어 있다. 도 4(a) 내지 도 4(c)는 각각 외기 온도가 25℃, 0℃, -25℃인 때의 산소 농도 센서(20)의 설치 위치의 주위 온도의 변화의 일례를 도시하고 있다.
이 도 4(a) 내지 도 4(c)로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 내연 기관(1)이 아이들 상태 또는 정지 상태가 된 후의 소정 기간은 아이들 상태에서의 온도 저하량이 정지 상태에서의 온도 저하량을 상회하고 있다. 이것은 저온의 배기에 의해 주위 온도가 강제적으로 냉각되기 때문이다. 한편, 내연 기관(1)이 아이들 상태 또는 정지 상태가 되고 나서 소정 기간이 경과한 후에는, 정지 상태에서의 온도 저하량이 아이들 상태에서의 온도 저하량을 상회하고 있다. 이것은 주위 온도가 어느 정도 저하된 상태에 있어서는, 아이들 상태의 배기 온도보다도 낮은 외기 온도에 의한 방열의 영향이 커지기 때문이다.
이 때문에, 제 1 실시형태에 관한 전자 제어 장치(30)의 보정부(41)는, 아이들 상태에서의 상정 온도와 정지 상태에서의 상정 온도가 일치할 때의 온도를 요보정 임계값으로서, 아이들 스톱 제어에 의해 내연 기관(1)이 자동 정지한 후, 모델 온도(Tmdl)가 요보정 임계값을 하회한 후의 기간의 방열의 영향을 고려하여, 통전 개시 임계값(ΣH_thre)을 보정하도록 구성되어 있다.
구체적으로, 모델 온도(Tmdl)가 요보정 임계값 미만이 된 후에 있어서, 보정부(41)는, 도 4(a) 내지 도 4(c)에 예시된 온도 저하량의 정보를 참조하여, 자동 정지하고 나서의 경과 시간에 따라 아이들 상태에서의 상정 온도와 정지 상태에서의 상정 온도의 차분을 구하는 동시에, 이 온도의 차분을 열량으로 환산한다. 자동 정지하고 나서의 경과 시간이 아니고, 요보정 임계값 미만이 되고 나서의 경과 시간으로 해도 좋다. 그리고, 보정부(41)는, 내연 기관(1)이 재시동할 때까지의 사이에, 열량의 적산을 계속하고, 통전 개시 임계값(ΣH_thre)을 보정하기 위한 열량 보정량으로 한다.
도 5는, 내연 기관(1)이 아이들 상태 또는 정지 상태가 된 후의, 산소 농도 센서(20)의 설치 위치의 주위 온도의 변화를 모식적으로 도시하고 있다. 도 5에 있어서, t1의 시점에서 내연 기관(1)이 아이들 상태 또는 정지 상태가 되고, t2의 시점에서 각 상태가 해제되어 있다.
아이들 상태에 있어서 주위 온도가 일단 저하되어 있지만, 제 1 실시형태에 관한 전자 제어 장치(30)에서는, 이 온도 저하량에 의해 손실되는 열량(≒사선 영역 A)에 관해서는 적산 개시 임계값(Tmdl_thre)을 설정할 때의 외란의 영향으로서 고려되어 있다. 즉, 아이들 스톱 제어에 의한 내연 기관(1)의 자동 정지 상태로 되는 않는 한, 통전 개시 임계값(ΣH_thre)을 보정할 필요가 없다.
한편, 내연 기관(1)의 정지 상태에 있어서는, 주위 온도의 저하량이 아이들 상태에 있어서의 온도 저하량을 상회하고 있다. 제 1 실시형태에 있어서의 전자 제어 장치(30)의 보정부(41)는, 외란의 영향으로서 고려되어 있지 않은 만큼의 온도 저하량에 의해 더욱더 손실되는 열량(≒사선 영역 B)을 고려하여, 통전 개시 임계값(ΣH_thre)을 보정한다.
(2) 제어 방법
다음에, 제 1 실시형태에 관한 전자 제어 장치(30)에 의해 실행되는 히터 제어 방법에 대해서 구체적으로 설명한다.
(2-1) 플로우차트
도 6 내지 도 9는 제 1 실시형태에 관한 전자 제어 장치(30)에 의해 실행되는 히터 제어의 플로우차트 도면을 도시하고 있다. 또한, 히터 제어의 루틴은 내연 기관(1)의 시동시에 있어서 항상 실행되는 것으로 되어 있다.
우선, 스텝 S1에 있어서 점화 스위치가 온이 되면, 스텝 S2에 있어서 기억부에 기억되어 있는 모델 온도(Tmdl), 적산 열량(ΣH) 및 통전 개시 임계값(ΣH_thre)이 리셋된다. 이어서, 스텝 S3에 있어서 열량 적산을 개시할지의 여부 판정이 행하여진다.
도 7은 열량 적산을 개시할지의 여부 판정 방법의 일례를 도시한 플로우 차트 도면이다. 이 예에서는 우선 스텝 S21에 있어서, 흡기 온도 센서나 배기 온도 센서 등의 센서 정보에 기초하여 초기 온도(TO)가 설정된 후, 스텝 S22에 있어서, 산소 농도 센서(20)의 설치 위치 주위의 모델 온도(Tmdl)가 연산된다. 모델 온도(Tmdl)는, 예를 들면, 산소 농도 센서(20)의 설치 위치에 있어서의 수열량(受熱量)과 방열량(放熱量)의 열량 수지를 온도 변화량으로 환산하는 동시에, 초기 온도(TO)에 가산함으로써 산출할 수 있다.
구체적으로는, 미리 기억부 등에 기억된 맵 정보 등을 사용하여, 배기 온도, 기관 회전수, 연료 분사량 등의 정보로부터 수열량을 연산하는 동시에, 외기 온도, 차속 등의 정보로부터 방열량을 연산하고, 수열량에서 방열량을 감산한 유효 열량을 온도 변화량으로 변환시킴으로써 단위 주기당의 온도 변화량을 구한다. 그 후, 이 온도 변화량을 초기 온도(TO)에 가산함으로써, 모델 온도(Tmdl)를 산출하도록 되어 있다. 다만, 모델 온도(Tmdl)의 연산 방법은 이 예에 한정되지 않는다.
스텝 S22에서 모델 온도(Tmdl)가 산출되면, 이어서, 스텝 S23에 있어서, 모델 온도(Tmdl)가 적산 개시 임계값(Tmdl_thre)에 도달했는지 여부가 판별된다. 스텝 S23에 있어서, 모델 온도(Tmdl)가 적산 개시 임계값(Tmdl_thre) 미만인 경우(No의 경우)에는, 스텝 S22로 되돌아가고, 모델 온도(Tmdl)가 적산 개시 임계값(Tmdl_thre) 이상이 될 때까지 모델 온도(Tmdl)의 연산 및 판정이 반복된다. 한편, 스텝 S23에 있어서, 모델 온도(Tmdl)가 적산 개시 임계값(Tmdl_thre) 이상인 경우(Yes의 경우)에는, 열량 적산을 개시할지 여부의 판정을 종료하여 스텝 S4로 진행되고, 산소 농도 센서(20)의 설치 위치를 통과하는 열량의 적산이 개시된다.
도 8은 적산 열량(ΣH)의 연산 방법의 일례를 도시한 플로우차트 도면이다. 이 예에서는 우선 스텝 S31에 있어서 배기 유량, 연료 분사량, 배기 온도, 기관 회전수 등의 정보를 읽어들인다. 이들 정보는 센서를 사용하여 검출된 정보라도 좋고, 연산에 의해 추정된 정보라도 좋다.
다음에, 스텝 S32에 있어서, 스텝 S31에서 읽어들인 정보에 기초하여, 이번의 연산 주기에 있어서 산소 농도 센서(20)의 설치 위치를 통과한 열량(H)이 산출된다. 구체적으로, 제 1 실시형태에 관한 전자 제어 장치(30)에서는 산소 농도 센서(20)가 설치된 배기관의 입구 부분의 배기 온도로부터 노점(露点) 온도(=적산 개시 임계값(Tmdl_thre))를 감산하고, 이것에 배기의 비열(比熱) 및 배기 질량 유량을 곱함으로써, 단위 주기당의 통과 열량(H)을 산출한다. 그리고, 스텝 S33에 있어서, 스텝 S32에서 구해진 단위 시간당의 열량(H)을 이미 기억되어 있는 적산 열량(ΣH)에 가산함으로써 적산 열량(ΣH)을 갱신한 후, 스텝 S5로 진행된다. 배기의 비열은 미리 설정할 수 있다.
도 6으로 되돌아가서, 스텝 S4에서 적산 열량(ΣH)이 구해진 후, 스텝 S5에 있어서, 적산 열량(ΣH)이 통전 개시 임계값(ΣH_thre) 이상인지의 여부가 판별된다. 적산 열량(ΣH)이 통전 개시 임계값(ΣH_thre) 미만인 경우(No의 경우)에는, 스텝 S7로 진행되어, 내연 기관(1)이 아이들 스톱 제어에 의한 자동 정지 상태로 되어 있는지 여부가 판별된다. 내연 기관(1)이 아이들 스톱 제어에 의한 자동 정지 상태로 되어 있지 않은 경우(No의 경우)에는, 스텝 S4로 되돌아가고, 열량(H)의 적산 및 적산 열량(ΣH)과 통전 개시 임계값(ΣH_thre)의 비교가 반복된다.
한편, 스텝 S7에 있어서, 내연 기관(1)이 아이들 스톱 제어에 의한 자동 정지 상태로 되어 있는 경우(Yes의 경우)에는, 스텝 S8로 진행되어, 보정량의 연산이 행하여진다.
도 9는 보정량의 연산 방법의 일례를 도시한 플로우차트 도면이다. 이 예에서는 우선 스텝 S41에 있어서, 산소 농도 센서(20)의 설치 위치 주위의 모델 온도(Tmdl)가 적산 개시 임계값(Tmdl_thre) 이상으로 되어 있는지 여부가 판별된다. 플로우차트 위에 나타나 있지 않지만 모델 온도(Tmdl)는 도 7의 스텝 S21 내지 스텝 S22의 순서에 따라 계속적으로 연산되어 있다.
모델 온도(Tmdl)가 적산 개시 임계값(Tmdl_thre) 미만으로 되어 있는 경우(No의 경우)에는, 응축수가 발생할 우려가 높기 때문에, 스텝 S46으로 진행되고, 기억부에 기억되어 있는 열량 보정량, 이미 반영되어 있는 열량 보정량 및 적산 열량(ΣH)을 리셋하여 스텝 S9로 진행된다. 이 경우, 내연 기관(1)이 재시동했을 때에는, 아이들 스톱 제어에 따르지 않는 내연 기관(1)의 정지시와 마찬가지로, 모델 온도(Tmdl)가 적산 개시 임계값(Tmdl_thre) 이상이 될 때까지는 열량 적산이 개시되지 않게 된다.
한편, 스텝 S41에 있어서, 모델 온도(Tmdl)가 적산 개시 임계값(Tmdl_thre) 이상으로 되어 있는 경우(Yes의 경우)에는, 스텝 S4-2로 진행되어, 아이들 스톱 제어에 의한 내연 기관(1)의 자동 정지의 계속 시간이 보정 해제 임계값 미만인지의 여부가 판별된다. 계속 시간이 보정 해제 임계값 이상인 경우(No의 경우)에는, 산소 농도 센서(20)의 설치 위치의 주위 온도가 저하되어, 응축수가 발생할 우려가 높기 때문에, 스텝 S46으로 진행되고, 기억부에 기억되어 있는 열량 보정량, 이미 반영되어 있는 열량 보정량 및 적산 열량(ΣH)을 리셋하여 스텝 S9로 진행된다. 이 경우에 있어서도 내연 기관(1)이 재시동했을 때에는, 아이들 스톱 제어에 따르지 않는 내연 기관(1)의 정지시와 마찬가지로, 모델 온도(Tmd1)가 적산 개시 임계값(Tmdl_thre) 이상이 될 때까지는 열량 적산이 개시되지 않게 된다.
한편, 스텝 S42에 있어서 계속 시간이 보정 해제 임계값 미만인 경우(Yes의 경우)에는, 스텝 S43으로 진행되어, 모델 온도(Tmdl)가 요보정 임계값 미만으로 되어 있는지 여부가 판별된다. 모델 온도(Tmdl)가 요보정 임계값 미만인 경우(No의 경우)에는, 이번의 연산 주기에 있어서는 열량 보정량의 연산은 행하지 않고 스텝 S9로 되돌아간다.
한편, 모델 온도(Tmdl)가 요보정 임계값 미만인 경우(Yes의 경우)에는, 스텝 S44로 진행되어, 이번의 연산 주기에 있어서의 열량 보정량을 연산한다. 이번의 연산 주기에 있어서의 열량 보정량이 구해지면, 이어서, 스텝 S45에 있어서, 기억부에 기억되어 있는 열량 보정량에 대하여 이번의 연산 주기에 있어서의 열량 보정량이 가산되어 열량 보정량이 갱신된다.
스텝 S43 내지 스텝 S45에 있어서의 열량 보정량의 적산에 대해서, 도 4 및 도 5를 참조하면서 설명하면, 도 4(a) 내지 도 4(c)에 예시되는 바와 같이, 내연 기관(1)이 아이들 상태 또는 정지 상태로 되고 나서 소정 기간이 경과하면, 정지 상태에서의 온도 저하량이 아이들 상태에서의 온도 저하량을 상회한다. 그 때문에 스텝 S43에 있어서는, 아이들 상태에서의 상정 온도와 정지 상태에서의 상정 온도가 일치할 때의 온도를 요보정 임계값으로서, 모델 온도(Tmdl)가 요보정 임계값 미만이 되었는지 여부를 판별하고 있다.
또한, 스텝 S44에 있어서는, 도 4(a) 내지 도 4(c)에 예시되는 온도 저하량의 정보를 참조하여, 자동 정지하고 나서의 경과 시간에 따라 아이들 상태에서의 상정 온도와 정지 상태에서의 상정 온도의 차분을 구하는 동시에, 온도의 차분을 열량으로 환산하여 이번의 연산 주기의 열량 보정량으로 한다. 자동 정지하고 나서의 경과 시간이 아니고, 모델 온도(Tmdl)가 요보정 임계값 미만이 되고 나서의 경과 시간이라도 좋다.
그리고, 스텝 S45에 있어서 열량 보정량을 적산한다. 이 스텝 S45에서 구해진 열량 보정량의 적산값이, 아이들 스톱 제어에 의한 내연 기관(1)의 자동 정지시부터 이번의 연산 주기까지의 기간에 발생한, 통전 개시 임계값(ΣH_thre)을 설정할 때에 고려되어 있지 않은 방열량의 합계량이 된다. 열량 보정량의 적산을 종료하면 스텝 S9로 진행된다.
도 6으로 되돌아가서, 스텝 S8에서의 보정량의 연산 프로세스가 종료하면 스텝 S9로 진행되어, 내연 기관(1)의 재시동 조건이 성립되어 있는지 여부가 판별된다. 재시동 조건이 성립될 때까지는 스텝 S8의 보정량의 연산 및 스텝 S9의 재시동 조건 성립의 판정이 반복된다.
스텝 S9에 있어서 재시동 조건이 성립되어 있는 경우(Yes의 경우)에는, 스텝 S10으로 진행되어, 이번의 자동 정지 중에 있어서 연산된 열량 보정량, 이미 통전 개시 임계값(ΣH_thre)에 반영되어 있는 보정량 및 적산 열량(ΣH)이 리셋되어 있는지 여부가 판별된다. 리셋 완료된 상태(Yes의 경우)이면, 스텝 S3으로 되돌아가서, 아이들 스톱 제어에 따르지 않는 내연 기관(1)의 정지시와 마찬가지로, 처음부터 연산을 재개한다.
한편, 열량 보정량 등이 리셋되어 있지 않은 경우(No의 경우)에는, 스텝 S1l로 진행되고, 스텝 S8에서 구해진 열량 보정량을 통전 개시 임계값(ΣH_thre)에 가산하여, 통전 개시 임계값(ΣH_thre)을 갱신한다. 이때, 통전 개시 임계값(ΣH_thre)에 상한값을 설정해 두고, 갱신 후의 통전 개시 임계값(ΣH_thre)이 상한값을 초과할 경우에는, 상기 상한값을 통전 개시 임계값(ΣH_thre)으로 하는 것이 바람직하다. 통전 개시 임계값(ΣH_thre)에 상한을 설치함으로써, 실제의 응축수의 발생 상황으로부터 괴리되어 통전 개시 시기를 판정하는 것을 방지하고, 히터(27)로의 통전 개시의 지연을 방지할 수 있다.
통전 개시 임계값(ΣH_thre)이 구해진 후에는 스텝 S4로 되돌아가서, 지금까지의 스텝을 반복 행한다. 그리고, 스텝 S5에 있어서, 적산 열량(ΣH)이 통전 개시 임계값(ΣH_thre)에 도달한 경우(Yes의 경우)에는, 산소 농도 센서(20)의 설치 위치에 있어서 모든 응축수가 소멸된 것이라고 추정되어, 스텝 S6으로 진행되고, 히터 릴리스 스테이터스가 온이 되어, 산소 농도 센서(20)의 히터(27)로의 통전을 개시한 후, 본 루틴을 종료한다.
여기까지 설명한 히터 제어 방법을 타임 차트 도면으로 나타내면, 도 1O에 도시한 바와 같다. 도 10은 내연 기관(1)의 운전 상태, 히터(27)의 통전 상태, 모델 온도 및 적산 열량의 추이를 도시한 타임 차트 도면이다.
t1의 시점에서 내연 기관(1)이 시동하면, 전자 제어 장치(30)는 그 시점부터 모델 온도(Tmdl)의 연산을 개시한다. 이어서, t2의 시점에서 모델 온도(Tmdl)가 적산 개시 임계값(Tmdl_thre)에 도달하면, 전자 제어 장치(30)는 적산 열량(ΣH)의 연산을 개시한다.
이어서, t3의 시점에서 아이들 스톱 제어에 의해 내연 기관(1)이 자동 정지 상태가 되면, 재시동되는 t4의 시점까지는 적산 열량(ΣH)의 연산은 중단된다. 또한, 그 사이에, 모델 온도(Tmdl)는 저하되어 있지만, 전자 제어 장치(30)는 적산 열량(ΣH)을 보정하지 않는 한편, 그 사이에 적산되는 방열량을 최초 시동시에 통전 개시 임계값(ΣH_thre)에 가산한다.
내연 기관(1)이 재시동한 t4의 시점 이후, 전자 제어 장치(30)는 적산 열량(ΣH)의 연산을 재개한다. 그 후, 아이들 스톱 제어에 의해 내연 기관(1)이 자동 정지하는 t5 내지 t6의 기간에 있어서도, 마찬가지로 통전 개시 임계값(ΣH_thre)의 보정이 행하여진다.
그리고, t7의 시점에 있어서, 적산 열량(ΣH)이 통전 개시 임계값(ΣH_thre)에 도달하면, 전자 제어 장치(30)는 히터(27)로의 통전을 개시한다.
이상, 제 1 실시형태에 관한 산소 농도 센서의 히터 제어 장치에 의하면, 아이들 스톱 제어에 의한 내연 기관(1)의 자동 정지시에 있어서, 산소 농도 센서(20)의 설치 위치에 있어서의 모델 온도(Tmdl)나 적산 열량(ΣH), 통전 개시 임계값(ΣH_thre)을 리셋하지 않고, 방열의 영향을 고려하여 통전 개시 임계값(ΣH_thre)을 보정하도록 구성되어 있다. 그 때문에 내연 기관(1)의 시동 후에 아이들 스톱 제어에 의한 내연 기관(1)의 자동 정지 및 재시동이 반복되는 경우라도, 적절한 시기에 산소 농도 센서(20)의 히터(27)로의 통전을 개시하는 것을 가능하게 할 수 있다. 따라서, 산소 농도 센서(20)의 소자 붕괴를 방지할 수 있는 동시에, 산소 농도 센서(20)의 센서값을 사용한 제어의 개시 지연을 방지할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태에 관한 산소 농도 센서의 히터 제어 장치에 있어서, 열량 적산부(35)는 모델 온도(Tmdl)가 적산 개시 임계값(Tmdl_thre)에 도달했을 때에 열량의 적산을 개시하는 것으로 하고 있다. 따라서, 발생한 응축수가 증발하기 시작하는 시기부터의 적산 열량이 연산되어, 응축수가 없어지는 시기를 정밀도 좋게 추정하는 것을 가능하게 할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태에 관한 산소 농도 센서의 히터 제어 장치에 있어서, 모델 온도 연산부(33)는 산소 농도 센서(20)의 설치 위치에 있어서의 열량 수지에 기초하여 모델 온도(Tmdl)를 연산하는 동시에, 적산 개시 임계값(Tmdl_thre)을 미리 외란의 영향에 의한 온도 저하를 고려하여 설정하는 것으로 하고 있다. 따라서, 모델 온도(Tmdl)의 연산에서는 재현 곤란한 외란의 영향을 고려하여 적산 열량의 연산 개시 시기를 결정할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태에 관한 산소 농도 센서의 히터 제어 장치에 있어서, 보정부(41)는 아이들 스톱 제어에 의한 내연 기관(1)의 자동 정지 중의 산소 농도 센서(20)의 설치 위치의 상정 온도가 내연 기관(1)의 아이들 상태에서의 상정 온도를 하회하는 기간의 방열의 영향을 고려하여 보정을 행하는 것으로 하고 있다. 따라서, 적산 개시 임계값(Tmdl_thre)을 설정할 때에 미리 고려되어 있는 외란의 영향을 상회하는 방열의 영향이 발생한 상태에 있어서 보정이 행하여지게 되어, 히터(27)로의 통전 개시 시기를 적절히 판정하는 것을 가능하게 할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태에 관한 산소 농도 센서의 히터 제어 장치에 있어서, 보정부(41)는, 아이들 스톱 제어에 의한 내연 기관(1)의 자동 정지 후, 모델 온도(Tmdl)가 요보정 임계값 미만이 된 후의 기간의 방열의 영향을 고려하여 보정을 행하는 것으로 하고 있다. 따라서, 적산 개시 임계값(Tmdl_thre)을 설정할 때에 미리 고려되어 있는 외란의 영향을 상회하는 방열의 영향이 발생한 상태를 비교적 정밀도 좋게 파악하여 보정을 개시할 수 있게 되어, 히터(27)로의 통전 개시 시기를 적절히 판정하는 것을 가능하게 할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태에 관한 산소 농도 센서의 히터 제어 장치에 있어서, 보정부(41)는 내연 기관(1)의 아이들 상태에서의 상정 온도와 아이들 스톱 제어에 의한 내연 기관(1)의 자동 정지 중의 상정 온도의 차분을 구하는 동시에, 온도의 차분을 열량으로 환산하여 통전 개시 임계값(ΣH_thre)에 가산하는 것으로 하고 있다. 따라서, 적산 개시 임계값(Tmdl_thre)을 설정할 때에 미리 고려되어 있는 외란의 영향을 제외한 방열의 영향을 고려하여 보정이 행하여지게 되고, 히터(27)로의 통전 개시 시기를 보다 적절히 판정하는 것을 가능하게 할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태에 관한 산소 농도 센서의 히터 제어 장치에 있어서, 보정부(41)는, 아이들 스톱 제어에 의한 내연 기관(1)의 자동 정지 중에, 아이들 상태에서의 상정 온도와 정지 상태에서의 상정 온도의 차분에 상당하는 열량을 적산하고, 내연 기관(1)의 재시동시에 열량의 적산값을 열량 보정량으로서 통전 개시 임계값(ΣH_thre)에 가산하는 것으로 하고 있다. 따라서, 내연 기관(1)의 자동 정지시에 있어서의 전자 제어 장치(30)의 연산 부하 및 적합한 부하의 저감을 가능하게 할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태에 관한 산소 농도 센서의 히터 제어 장치에 있어서, 아이들 스톱 제어에 의한 내연 기관(1)의 자동 정지의 계속 시간이 소정의 보정 해제 임계값 이상이 되었을 때, 및 모델 온도(Tmdl)가 적산 개시 임계값(Tmdl_thre) 미만이 되었을 때에, 보정부(41)는 보정량의 연산을 중지하는 동시에, 이미 반영되어 있는 보정량을 리셋시키는 것으로 하고 있다. 따라서, 산소 농도 센서(20)의 설치 위치의 주위 온도가 저하되어, 응축수가 발생하기 쉬운 상태가 되었을 때에는, 다음번의 재시동시 이후, 모델 온도(Tmdl)가 적산 개시 임계값(Tmdl_thre) 이상으로 된 후에 다시 열량의 적산이 개시되어 통전 개시 임계값(ΣH_thre)과의 비교를 행하는 것으로 되기 때문에, 적절한 시기에서의 히터로의 통전을 가능하게 하면서, 전자 제어 장치(30)의 부하의 저감을 가능하게 할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태에 관한 산소 농도 센서의 히터 제어 장치에 있어서는, 통전 개시 임계값(ΣH_thre)에 상한을 설치하는 것으로 하고 있기 때문에, 실제의 응축수의 발생 상황에서 괴리되어 통전 개시 시기를 판정하는 것을 방지하고, 히터로의 통전 개시시의 지연 방지를 가능하게 할 수 있다.
[제 2 실시형태]
본 발명의 제 2 실시형태에 관한 산소 농도 센서의 히터 제어 장치는, 히터로의 통전을 개시하기까지의 프로세스에 대해서는, 제 1 실시형태에 관한 산소 농도 센서의 히터 제어 장치와 마찬가지로 구성되어 있다. 다만, 제 2 실시형태에 관한 산소 농도 센서의 히터 제어 장치는, 일단 히터로의 통전이 개시된 후, 아이들 스톱 제어에 의한 내연 기관의 자동 정지 중에 있어서의 산소 농도 센서의 설치 위치의 주위 온도를 고려하여, 히터로의 통전을 정지 가능하게 구성된 것으로 되어 있다.
도 11은 제 2 실시형태에 관한 산소 농도 센서의 히터 제어 장치에 의해 실행되는 히터 제어 방법의 메인 루틴에 관하여 설명하기 위해서 도시한 플로우차트 도면이다. 도 12는 히터 릴리스 계속 판정 방법의 루틴을 도시한 플로우차트 도면이다. 이하, 이들의 플로우차트 도면에 따라, 제 2 실시형태에 관한 산소 농도 센서의 히터 제어 장치에 의해 실행되는 히터 제어 방법에 관하여 설명한다. 배기계의 구성에 대해서는 제 1 실시형태의 경우와 같게 할 수 있기 때문에, 도 1 및 도 2를 참조한다.
제 2 실시형태에 관한 히터 제어 장치에 있어서, 도 11의 플로우차트 도면에 도시한 바와 같이 내연 기관(1)의 시동 후, 최초에 산소 농도 센서(20)의 히터(27)로의 통전이 개시될 때까지는, 제 1 실시형태에 관한 히터 제어 장치의 경우와 같은 순서에 따라서, 스텝 S1 내지 스텝 S11까지의 각 스텝이 실행된다. 여기서는, 스텝 S6에 있어서 히터 릴리스 스테이터스가 온이 되어, 히터(27)로의 통전이 개시된 상태부터 설명을 시작하는 것으로 한다.
스텝 S6에 있어서 히터(27)로의 통전이 개시되면, 스텝 S51에 있어서, 내연 기관(1)이 아이들 스톱 제어에 의한 자동 정지 상태로 되어 있는지 여부가 판별된다. 내연 기관(1)이 자동 정지 상태로 되어 있지 않은 경우(No의 경우)에는, 아이들 스톱 제어에 의한 내연 기관(1)의 자동 정지 상태가 될 때까지 스텝 S51의 판정이 반복된다.
한편, 아이들 스톱 제어에 의해 내연 기관(1)이 자동 정지 상태가 되면, 스텝 S52로 진행되어, 히터 릴리스를 계속해도 좋은지 여부의 판정이 개시된다.
도 12는 히터 릴리스의 계속 판정 방법의 일례를 도시한 플로우차트 도면이다. 이 예에서는 우선 스텝 S61에 있어서, 모델 온도(Tmdl)가 적산 개시 임계값(Tmdl_thre) 이상으로 되어 있는지 여부가 판별된다. 플로우차트 도면에 나타나 있지는 않지만, 모델 온도(Tmdl)는 도 7의 스텝 S21 내지 스텝 S22의 순서에 따라 계속적으로 연산되어 있다. 모델 온도(Tmdl)가 적산 개시 임계값(Tmdl_thre) 이상으로 되어 있는 경우(Yes의 경우)에는, 스텝 S62로 진행되어, 이번은 아이들 스톱 제어에 의한 내연 기관(1)의 자동 정지의 계속 시간이 보정 해제 임계값 미만으로 되어 있는지 여부가 판별된다.
계속 시간이 보정 해제 임계값 미만인 경우(Yes의 경우)에는, 산소 농도 센서(20)의 설치 위치에 있어서 응축수가 발생할 우려가 없기 때문에, 스텝 S63으로 진행되고, 히터(27)로의 통전을 계속해도 좋다고 판정하여 히터 릴리스 계속 판정을 종료하고, 스텝 S53으로 진행된다.
한편, 스텝 S61에 있어서, 모델 온도(Tmdl)가 적산 개시 임계값(Tmdl_thre) 미만으로 되어 있는 경우(No의 경우), 또는, 스텝 S62에 있어서 내연 기관(1)의 자동 정지의 계속 시간이 보정 해제 임계값 이상으로 되어 있는 경우(No의 경우)에는, 산소 농도 센서(20)의 설치 위치의 주위 온도가 저하되어 응축수가 발생할 우려가 있기 때문에, 스텝 S64로 진행되고, 히터(27)로의 통전을 계속할 수 없다고 판정하여 히터 릴리스 계속 판정을 종료하고, 스텝 S53으로 진행된다. 이 때, 히터 릴리스 스테이터스를 오프하는 동시에, 열량 보정량 및 현재 설정되어 있는 통전 개시 임계값(ΣH_thre)도 리셋된다.
도 12로 되돌아가서, 스텝 S52에서 히터 릴리스 계속 판정을 행한 후, 스텝 S53에 있어서, 재시동 조건이 성립되어 있는지 여부가 판별된다. 재시동 조건이 성립되어 있지 않으면(No의 경우), 스텝 S52로 되돌아가고, 재시동 조건이 성립될 때까지 히터 릴리스 계속 판정을 반복한다.
그리고, 스텝 S53에 있어서, 재시동 조건이 성립된 경우(Yes의 경우)에는, 스텝 S54로 진행되어, 히터 릴리스 스테이터스가 온이 되어 있는지 여부가 판별된다. 히터 릴리스 스테이터스가 온이 되어 있는 경우에는 스텝 S51로 되돌아가고, 지금까지의 순서에 따라 스텝 S51 내지 스텝 S54가 반복된다.
한편, 스텝 S54에 있어서, 히터 릴리스 스테이터스가 오프로 되어 있는 경우(No의 경우)에는, 스텝 S3으로 되돌아가고, 히터(27)로의 통전을 적절히 개시시켜서 응축수의 부착에 의한 소자 붕괴가 발생하지 않도록 이후의 각 스텝이 행하여진다.
이상, 제 2 실시형태에 관한 산소 농도 센서의 히터 제어 장치는, 내연 기관(1)의 시동 후, 아이들 스톱 제어에 의한 내연 기관(1)의 자동 정지 및 재시동이 반복되는 경우라도, 적절한 시기에 히터(27)로의 통전을 개시시킬 수 있고, 제 1 실시형태에 관한 산소 농도 센서의 히터 제어 장치의 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 제 2 실시형태에 관한 산소 농도 센서의 히터 제어 장치에 의하면, 일단, 히터(27)로의 통전이 개시된 후에도, 아이들 스톱 제어에 의한 내연 기관(1)의 자동 정지 중의 산소 농도 센서(20)의 설치 위치의 주위 온도를 고려하여, 히터(27)로의 통전을 정지하는 것으로 하고 있다. 따라서, 적절한 시기에 히터(27)로의 통전이 개시되었는데도 불구하고, 그 후의 아이들 스톱 제어에 의한 내연 기관(1)의 자동 정지의 영향에 의해, 산소 농도 센서(20)의 소자 붕괴가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
[다른 실시형태]
이상에서 설명한 제 1 및 제 2 실시형태에 관한 산소 농도 센서의 히터 제어 장치는 본 발명의 일 형태를 나타내는 것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니고, 각각의 실시형태는 본 발명의 범위 내에서 임의로 변경하는 것이 가능하다. 제 1 및 제 2 실시형태에 관한 산소 농도 센서의 히터 제어 장치는, 예를 들면, 이하와 같이 변경할 수 있다.
(1) 제 1 및 제 2 실시형태에서 설명한 내연 기관의 배기계를 구성하는 각 구성 요소나, 전자 제어 장치(30)의 설정값, 설정 조건은 어디까지나 일례이며, 임의로 변경하는 것이 가능하다.
(2) 제 1 및 제 2 실시형태에 관한 산소 농도 센서의 히터 제어 장치는 아이들 스톱 제어에 의한 내연 기관(1)의 자동 정지 중의 열량 보정량을 통전 개시 임계값(ΣH_thre)에 가산하는 것으로 하고 있지만, 적산 열량(ΣH)에서 감산하는 것으로 해도 좋다. 이와 같이 보정해도 적절한 시기에 히터(27)로의 통전을 개시할 수 있다. 이때, 통전 개시 임계값(ΣH_thre)에 상한을 설치한 바와 같이, 적산 열량(ΣH)에 하한을 설치해 둠으로써, 실제의 응축수의 발생 상황으로부터 괴리되어 통전 개시 시기를 판정하는 것을 방지하고, 히터(27)로의 통전 개시의 지연을 방지할 수 있다.
(3) 제 1 및 제 2 실시형태에 관한 산소 농도 센서의 히터 제어 장치는, 아이들 스톱 제어에 따르지 않고 내연 기관(1)이 정지했을 때에 있어서, 다음번의 내연 기관(1)의 시동시에, 모델 온도(Tmdl), 통전 개시 임계값(ΣH-thre) 및 열량 보정량을 리셋하는 것으로 하고 있지만, 내연 기관(1)의 정지시에 리셋하는 것으로 해도 좋다.
(4) 제 1 및 제 2 실시형태에 관한 산소 농도 센서의 히터 제어 장치는 아이들 스톱 제어에 의한 내연 기관(1)의 자동 정지 중에 열량 보정량을 적산해 두고, 최초 시동시에 통전 개시 임계값(ΣH_thre)에 가산하는 것으로 하고 있지만, 자동 정지 중에 수시 통전 개시 임계값(ΣH_thre)에 가산하도록 해도 좋다.
(5) 제 1 및 제 2 실시형태에 관한 산소 농도 센서의 히터 제어 장치는, 열량 수지의 연산에서는 더 이상 반영할 수 없는 외란의 영향을, 열량의 적산을 개시할지 여부의 임계값이 되는 적산 개시 임계값(Tmdl_thre)에 포함시키고 있지만, 통전 개시 임계값(ΣH_thre)에 외란의 영향을 포함시켜도 좋다.
Claims (9)
- 차량의 일시 정지 중에 내연 기관을 자동 정지시키는 아이들 스톱 제어를 실행 가능한 내연 기관의 배기관에 구비되어, 배기 중의 산소 농도를 검출하는 센서 소자와, 상기 센서 소자를 가열하는 히터를 갖는 산소 농도 센서에 있어서의 상기 히터로의 통전을 제어하는 산소 농도 센서의 히터 제어 장치에 있어서,
상기 산소 농도 센서의 설치 위치의 모델 온도를 연산하는 모델 온도 연산부와,
상기 산소 농도 센서의 설치 위치를 통과하는 열량을 적산하여 적산 열량을 연산하는 열량 적산부와,
상기 적산 열량이 소정의 통전 개시 임계값에 도달했을 때에 상기 히터로의 통전을 개시시키는 통전 지시부와,
상기 내연 기관의 정지시 또는 시동시에 상기 적산 열량 및 상기 통전 개시 임계값을 리셋시키는 한편, 상기 아이들 스톱 제어에 의한 상기 내연 기관의 자동 정지시 및 재시동시에는 상기 적산 열량 및 상기 통전 개시 임계값을 리셋시키지 않는 리셋부와,
상기 아이들 스톱 제어에 의한 상기 내연 기관의 자동 정지 중의 방열의 영향을 고려하여 상기 적산 열량 또는 상기 통전 개시 임계값을 보정하는 보정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 산소 농도 센서의 히터 제어 장치. - 제 1 항에 있어서, 상기 열량 적산부는 상기 모델 온도가 소정의 적산 개시 임계값에 도달했을 때에 상기 열량의 적산을 개시하는 것을 특징으로 하는 산소 농도 센서의 히터 제어 장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 모델 온도 연산부는 상기 산소 농도 센서의 설치 위치에 있어서의 열량 수지에 기초하여 상기 모델 온도를 연산하는 동시에, 상기 적산 개시 임계값을 미리 외란의 영향에 의한 온도 저하를 고려하여 설정하는 것을 특징으로 하는 산소 농도 센서의 히터 제어 장치.
- 제 3 항에 있어서, 상기 보정부는 상기 아이들 스톱 제어에 의한 상기 내연 기관의 자동 정지 중의 상기 산소 농도 센서의 설치 위치의 상정 온도가 상기 내연 기관의 아이들 상태에서의 상정 온도를 하회하는 기간의 방열의 영향을 고려하여 상기 보정을 행하는 것을 특징으로 하는 산소 농도 센서의 히터 제어 장치.
- 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 보정부는, 상기 아이들 스톱 제어에 의한 상기 내연 기관의 자동 정지 후, 상기 모델 온도가 소정의 요보정 임계값 미만이 된 후의 기간의 방열의 영향을 고려하여 상기 보정을 행하는 것을 특징으로 하는 산소 농도 센서의 히터 제어 장치.
- 제 4 항에 있어서, 상기 보정부는 상기 내연 기관의 아이들 상태에서의 상정 온도와 상기 아이들 스톱 제어에 의한 상기 내연 기관의 자동 정지 중의 상정 온도의 차분을 구하는 동시에, 상기 차분에 상당하는 열량을 상기 적산 열량에서 감산 또는 상기 통전 개시 임계값에 가산하는 것을 특징으로 산소 농도 센서의 히터 제어 장치.
- 제 6 항에 있어서, 상기 보정부는 상기 아이들 스톱 제어에 의한 상기 내연 기관의 자동 정지 중에 상기 차분에 상당하는 열량을 적산하고, 상기 내연 기관의 재시동시에 상기 열량의 적산값을 상기 적산 열량에서 감산 또는 상기 통전 개시 임계값에 가산하는 것을 특징으로 하는 산소 농도 센서의 히터 제어 장치.
- 제 1 항 내지 제 4 항 또는 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아이들 스톱 제어에 의한 상기 내연 기관의 자동 정지 중에, 상기 자동 정지의 계속 시간이 소정의 보정 해제 임계값 이상이 되었을 때, 또는 상기 모델 온도가 상기 적산 개시 임계값 미만이 되었을 때에, 상기 보정부는 보정량의 연산을 중지하는 동시에, 이미 반영되어 있는 보정량을 리셋시키는 것을 특징으로 하는 산소 농도 센서의 히터 제어 장치.
- 제 1 항 내지 제 4 항 또는 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보정부는, 보정 후의 상기 적산 열량이 소정의 하한값을 하회할 때, 또는 보정 후의 상기 통전 개시 임계값이 소정의 상한값에 도달했을 때에, 이후의 상기 보정을 정지하는 것을 특징으로 하는 산소 농도 센서의 히터 제어 장치.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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