(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の内燃機関の排気管に設けられた排気ガスセンサを加熱するヒータの通電状態を
制御する内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の燃料噴射量と吸入空気量とに基づいて燃焼により発生する水蒸気量を算
出する水蒸気量算出手段と、
前記内燃機関の排出ガスの温度を推定又は検出する排出ガス温度取得手段と、
内燃機関の排気管の温度を推定又は検出する排気管温度取得手段と、
前記水蒸気量と前記排出ガス温度と前記排気管温度とに基づいて前記排気管内で生じる
凝縮水量を推定する凝縮水量推定手段と、
前記凝縮水量推定手段によって凝縮水が所定値以下と判定された場合に前記ヒータの通
電を許可するよう制御する加熱制御手段と、を備え、
前記凝縮水量推定手段は、前記内燃機関の始動時に、前記自動車の前回運転時に推定した凝縮水量を加算して第一の凝縮水量を推定するとともに、前記第一の凝縮水量と異なる方法で推定した凝縮水最大量である第二の凝縮水量を出力した後に前記第一の凝縮水量へ出力を切り替えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
自動車の内燃機関の排気管に設けられた排気ガスセンサを加熱するヒータの通電状態を
制御する内燃機関の制御装置において、
前記排気管の排気ガスの排気温度を検出する排気温度検出手段と、
前記内燃機関に吸気されるガスの流量を検出するガス流量検出手段と、
外気温を検出する外気温検出手段と、
前記内燃機関が始動したとき前記排気温度検出手段によって検出された排気温度と前記
ガス流量検出手段によって検出されたガスの流量と、
前記外気温検出手段によって検出された外気温とを用いて前記排気管内に溜まる凝縮水
の量を推定する凝縮水量推定手段と、
前記凝縮水量推定手段によって凝縮水が所定値以下と判定された場合に前記ヒータの通
電を許可するよう制御する加熱制御手段と、
を備え、
前記凝縮水量推定手段は、前記自動車の前回運転時に推定した凝縮水量を加算して、前
記凝縮水量を推定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記凝縮水量推定手段が、前記排気温度、前記ガス流量、および前記外気温を用いて逐
次求められる前記排気管内の推定壁温を算出すると共に前記ガス流量と燃料重量との空燃
比から求まる前記排気管の露点温度を算出し、算出された推定壁温と露点温度とから相対
壁温を求め、前記相対壁温および前記ガス流量から凝縮水増加量を算出し、該凝縮水増加
量を前回の凝縮水量の推定値に加算して今回の凝縮水積算量を求め、凝縮水発生始めから
最大量に成長するまでの判定に、凝縮水最大量の最悪条件での推定を追加して凝縮水量の
推定値を求めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記凝縮水量推定手段が、前記排気管内に溜まる前記排気ガスセンサの上流および下流
にある凝縮水の量を推定し、推定された前記排気ガスセンサの上流および下流にある凝縮
水の量が所定値以下かどうかを判定することを特徴とする請求項１または請求項２または
請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記凝縮水量推定手段は、内燃機関の停止中も記憶データを保持可能な記憶手段に前記
凝縮水量の推定値を記憶させることを特徴とする請求項１から請求項４に記載の内燃機関
の制御装置。
【請求項６】
前記凝縮水量推定手段は、最悪条件とは、排熱が最小の条件のことであり、すなわちア
イドル放置状態のことを特徴とする請求項１から請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記凝縮水量推定手段は、内燃機関の吸入空気量又はそれに相関する情報に応じて前記
凝縮水量の推定値を減少又は０にリセットすることを特徴とする請求項１から請求項６に
記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記凝縮水量推定手段で推定した凝縮水量が所定値以上のときに排気系に設けられた排
出ガスセンサのヒータの制御を禁止又は制限する排気系制御禁止手段を備えていることを
特徴とする請求項１から請求項７に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気管内で生じる凝縮水量を推定する機能を備えた内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関の排出ガスには、燃料と吸入空気の燃焼反応によって生成された水蒸気が含まれており、この水蒸気を含んだ排出ガスが排気管内で冷やされると、排気管内で排出ガス中の水蒸気が凝縮して凝縮水が生じる。しかし、排気管に配置された酸素センサがヒータで加熱されているときに、排気管内で発生した凝縮水が高温の酸素センサに付着すると、センサ素子が割れてしまうことがある。
【０００３】
この対策として、特許文献１に記載されているように、排気管路の外部に温度センサを配設し、該温度センサにより排気管路の温度を推定し、その温度に基づいて排気管路に凝縮水が存在し得る状況かどうかを判断し、凝縮水が存在し得る状況であれば排気管路を、燃焼バーナで熱せられた熱媒体によって加熱するようにしたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１６５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のような従来の内燃機関の制御装置では、排気管路の外部に設けられた温度センサや、排気管の排気センサより上流部を加熱するための排気管加熱手段を設ける必要があり、その分の製造コストが負担となってしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、排気管に溜まる凝縮水の量を計測する器具などを不要にして、排気ガスセンサの損傷防止にかかる製造コストを十分に低減することができる排気ガスセンサの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る排気ガスセンサの制御装置は、上記目的達成のため、（１）内燃機関の排気管に設けられた排気ガスセンサを加熱するヒータの通電状態を制御する排気ガスセンサの制御装置において、前記排気管の排気ガスの排気温度を検出する排気温度検出手段と、前記内燃機関に吸気されるガスの流量を検出するガス流量検出手段と、外気温を検出する外気温検出手段と、前記内燃機関が始動したとき前記排気温度検出手段によって検出された排気温度、前記ガス流量検出手段によって検出されたガスの流量、および前記外気温検出手段によって検出された外気温を用いて前記排気管内に溜まる凝縮水の量を推定する凝縮水量推定手段と、前記凝縮水量推定手段によって凝縮水が所定値以下と判定された場合に前記ヒータの通電を許可するよう制御する加熱制御手段と、を備えるよう構成する。
【０００８】
この構成により、内燃機関が始動したとき排気温度、ガス流量、および外気温を用いて排気管内に溜まる凝縮水の量を推定し、推定された凝縮水の量を判定することで、一般的に内燃機関に備えられている排気温度センサ、エアフロメータ、外気温センサからの出力値を使用し、凝縮水が所定値以下と判定された場合にヒータを加熱するため、排気管に溜まる凝縮水の量を計測する器具などを不要にして、排気ガスセンサの損傷防止にかかる製造コストを十分に低減することができる。
【０００９】
上記（１）に記載の排気ガスセンサの制御装置において、（２）前記凝縮水量推定手段が、前記排気温度、前記ガス流量、および前記外気温を用いて逐次求められる前記排気管内の推定壁温を算出すると共に前記ガス流量と燃料重量との空燃比から求まる前記排気管の露点温度を算出し、算出された推定壁温と露点温度とから相対壁温を求め、前記相対壁温および前記ガス流量から凝縮水積算量を算出し、算出された凝縮水積算量を積算した値を前記凝縮水の量として推定するよう構成する。
【００１０】
この構成により、排気温度、ガス流量、および外気温を用いて逐次求められる排気管内の推定壁温を算出すると共にガス流量と燃料重量との空燃比から求まる排気管の露点温度を算出し、算出された推定壁温と露点温度とから相対壁温を求め、前記相対壁温および前記ガス流量から凝縮水積算量を算出し、算出された凝縮水積算量を積算した値を凝縮水の量として推定することで、一般的に内燃機関に備えられているエアフロメータ、排気温度センサ、外気温センサからの出力値を使用するため、排気管に溜まる凝縮水の量を計測する器具などを不要にして、排気ガスセンサの損傷防止にかかる製造コストを十分に低減することができる。
【００１１】
また、上記（１）または（２）に記載の排気ガスセンサの制御装置において、（３）前記凝縮水量推定手段が、前記排気管内に溜まる前記排気ガスセンサの上流および下流にある凝縮水の量を推定するよう構成する。
【００１２】
この構成により、排気管内に溜まる前記排気ガスセンサの上流および下流にある凝縮水の量を推定するため、上流または下流にある何れかの凝縮水の量を推定する場合に比べて凝縮水の量の判定精度をさらに高めることができ、その上で排気ガスセンサのヒータを加熱するため、排気ガスセンサが損傷してしまうことを確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、排気管に溜まる凝縮水の量を計測する器具などを不要にして、排気ガスセンサの損傷防止にかかる製造コストを十分に低減する内燃機関の制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】車載要エンジンの一例を示す概略構成。
【図２】制御装置の主要部。
【図３】リニア空燃比センサ。
【図４】リニア空燃比センサの出力特性。
【図５】制御装置とリニア空燃比センサとヒータの接続関係。
【図６】リニア空燃比センサの始動直後における検知素子の温度上昇特性。
【図７】エンジン運転中の凝縮水量推定。
【図８】エンジン停止中の凝縮水量推定。
【図９】該当部温度推定。
【図１０】排気熱量推定。
【図１１】蒸発量推定。
【図１２】演算周期当りの排気温度変化量。
【図１３】排気管温度推定。
【図１４】エンジン運転中からエンジン停止移行時の排気管温度の推移。
【図１５】ヒータＯＮタイミングの設定。
【図１６】ヒータＯＮタイミングの設定に関するタイムチャート。
【図１７】凝縮水量推定の処理を表すブロック図。
【図１８】排気管モデル（凝縮水量推定モデル）を制御装置に実装する際の課題。
【図１９】ヒータＯＮタイミングの設定。
【図２０】想定温度領域とヒータＯＮタイミングの関係。
【図２１】前回ＤＣを考慮したヒータＯＮタイミングの設定。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明に係る制御装置が適用されたヒータ付き排気ガスセンサを備えた内燃機関を示す。
【００１７】
図示の内燃機関１００は、水温センサ１１０が配設された気筒１０７の頭部（燃焼室）に点火コイル１０３から点火電圧を印加される点火プラグ１０２が配設され、また、クランク軸及び吸排気動弁機構に関連してクランク角センサ１１１及びカム角センサ１１２が設けられ、吸気系（吸気管１０８）には、燃料噴射弁１０１、スロットル弁１０４、スロットルポジションセンサ１１３、吸気管圧力センサ１１４、吸入空気流量計１１５、吸気温センサ１２１等が配設され、排気系（排気管１０９）には、図３で後述するリニア空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）１０、排気温センサ１２２、触媒１１８等が配在されている。前記燃料噴射弁１０１には、燃料タンク１２５から燃料ポンプ１１７及び燃圧制御弁１２６を介して一定圧に調圧された燃料が圧送されるようになっている。
【００１８】
そして、本実施形態の制御装置１においては、前記リニア空燃比センサ１０内に設けられた検知素子加熱用ヒータ３０（図３（Ａ）参照）の温度（発熱量）の制御、前記燃料噴射弁１０１による燃料噴射量や燃料噴射時期の制御、前記点火プラグ１０２の点火時期の制御等を行うため、コントロールユニット１２０が備えられている。
【００１９】
コントロールユニット１２０は、図２に示される如くに、数値・論理演算を行うＣＰＵ４０１、ＣＰＵ４０１が実行するプログラム及びデータを格納したＲＯＭ４０２、データを一時的に記憶するＲＡＭ４０３、各センサ類からのアナログ信号を取り込んでデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器４０４、運転状態を示すスイッチ類からの信号を取り込むデジタル入力回路４０５、パルス信号の時間間隔や所定時間内のパルス数を計数するパルス入力回路４０６、さらに、ＣＰＵ４０１の演算結果に基づきアクチュエータ（図示せず）のオン・オフを行う、デジタル出力回路４０７、パルス出力回路４０８、そして、通信回路４０９を備えており、これらにより、データを外部に出力し、さらに、外部からの通信コマンドによって内部状態を変更できるようになっている。
【００２０】
図５は、コントロールユニット１２０、リニア空燃比センサ１０、ヒータ３０の接続関係を示しており、リニア空燃比センサ１０の検知素子２０から得られる酸素濃度をあらわす信号はセンサ信号処理回路２６を介してコントロールユニット１２０に入力される。また、ヒータ３０は、トランジスタ３６のＯＮ（導通）／ＯＦＦ（非導通）に応じてバッテリ３７から通電され、その通電量（時間）に応じて発熱し、検知素子２０を加熱する。この加熱温度を制御すべく、コントロールユニット１２０からトランジスタ３６をＯＮ／ＯＦＦするための制御信号（デューティ信号）が供給される。なお、トランジスタ３６の両端の電圧値（又は電流値）は、ヒータ３０の故障診断等に用いるため、コントロールユニット１２０に取り込まれるようになっている（後述）。
【００２１】
次に、コントロールユニット１２０が、機関始動直後において、ヒータ３０で検知素子２０を加熱するにあたり、検知素子２０にクラック、破損等の不具合を生じさせることがないようにするための制御例を説明する。
【００２２】
前述したように、燃焼によって生じた水分は、排気管温度が露点以上であれば水蒸気となって排出されるが、排気管温度が露点以下であれば排気管１０９の壁面に水滴となって結露し、検知素子２０の表面２０ｓにも水分（結露水）が付着する。
【００２３】
また、ヒータ３０による加熱は、検知素子２０に対して一様な温度分布にならず、ヒータ近傍部分（内部）２０ｉが高く、ヒータ３０から離れた表面部分２０ｓが低くなるため、その温度差によって熱応力が生じる。温度差は検知素子２０の熱抵抗に応じて変わる。熱抵抗が大きいと、熱は内部にたまり、温度差が大きくなる。
【００２４】
よって、ヒータ３０の温度（検知素子２０に対する加熱量）を一定とすると、図６に示される如くに、ヒータ３０への通電直後（機関始動直後）にヒータ近傍部分（内部）２０ｉの温度が高くなり、表面部分２０ｓとの温度差が最大となる。
【００２５】
水分が検知素子表面２０ｓに付着していると、素子表面２０ｓは水分の潜熱があるので、加熱されても水分が蒸発する間は１００℃に維持され、そのため、温度差はさらに拡大する。水分蒸発中の素子表面２０ｓの温度上昇率は略ゼロであるが、水分が無くなった直後からは急速に上昇する。
【００２６】
そこで、本実施形態においては、コントロールユニット１２０が、機関始動時における検知素子２０の表面２０ｓの水分付着状態を推定し、表面２０ｓに水分（結露水）が付着している可能性があるときは、始動直後においてヒータ３０の温度（加熱量）を従来のように急速に上げないで比較的低い温度に抑え、検知素子２０におけるヒータ３０近傍の内部２０ｉとヒータ３０から離れた表面２０ｓとの温度差が所定値を超えないように、ヒータ３０の温度を制御するウォームアップ制御を行う。
【００２７】
そして、前記ウォームアップ制御を、素子表面２０ｓの水分が全て蒸発する時期（これも排気ガスの発熱量＝吸入空気量の積算値等に基づいて推定する）まで継続し、水分が全て蒸発したと推定された時期以後は、検知素子２０の温度を活性化温度（約６００℃以上）まで上昇させるセンサ活性促進制御を行い、検知素子２０が活性化温度に達した以降は、フィードバック制御により最適温度（例えば７５０℃〜７６０℃程度）で維持する。なお、フィードバック制御には、検知素子２０の実温度が必要であるが、検知素子２０の実温度は、それが４００℃〜５００℃に達すると、検知素子２０から得られる信号に基づいて求めることができる。
【００２８】
前記した機関始動時における素子表面２０ｓの水分付着状態は、機関始動時における排気管１０９の温度に応じて異なるので、本実施形態においては、排気管１０９の温度と略同じと見なすことができる機関の冷却水温及び吸気温（いずれか一方だけでも可）に基づいて前記検知素子表面２０ｓの水分付着状態を推定するようにされている。
【００２９】
また、コントロールユニット１２０は、後述する図１２から図１４の凝縮水量推定に関する各プログラムを実行することで、排気管１０９内で生じる凝縮水量Ｍconを推定する。
【００３０】
以下、排気管１０９内で生じる凝縮水量Ｍconの推定方法について説明する。
【００３１】
次式に示すように、単位時間当りの吸入空気量Ｍair［ｇ／ｓ］と単位時間当りの燃料噴射量Ｍfue［ｇ／ｓ］とに基づいて、燃料と吸入空気の燃焼反応により発生する単位時間当りの水蒸気量Ｍwgs［ｇ／ｓ］を算出する。
Ｎ×Ｏ2(吸入空気量Ｍair［ｇ／ｓ］）＋Ｌ×ＣＨ4（燃料噴射量Ｍfuel［ｇ／ｓ］)
＝Ｍ×Ｈ2Ｏ(水蒸気量Ｍwgs［ｇ／ｓ］）＋Ｓ×ＣＯ2（二酸化炭素Ｍco2［ｇ／ｓ］)
【００３２】
また、吸入空気量、エンジン回転速度等に基づいて排出ガス温度Ｔg（例えば排気ポート近傍における排出ガス温度）を推定する。尚、排出ガス温度Ｔgを温度センサで検出するようにしても良い。更に、後述する方法で排気管温度Ｔp（例えば酸素センサ２６近傍における排気管温度）を推定する。
【００３３】
そして、排出ガス温度Ｔgと排気管温度Ｔpとをパラメータとする凝縮割合Ｃのマップを参照して、現在の排出ガス温度Ｔgと排気管温度Ｔpとに応じた凝縮割合Ｃを算出する。この凝縮割合Ｃは、燃料と吸入空気の燃焼反応により発生する水蒸気（排出ガス中の水蒸気）のうち排気管２５内で凝縮する割合である。凝縮割合Ｃのマップは、予め、実験データや設計データ等に基づいて求めた排出ガス温度Ｔgと排気管温度Ｔpと凝縮割合Ｃとの関係を用いて作成され、コントロールユニット１２０のＲＯＭに記憶されている。
【００３４】
この後、水蒸気量Ｍwgsに凝縮割合Ｃと演算周期Δｔとを乗算して演算周期Δｔ当りの凝縮水増加量ΔＭcon［ｇ］を算出する。
ΔＭcon＝Ｍwgs×Ｃ×Δｔ
【００３５】
この後、前回の凝縮水量推定値Ｍconに今回の凝縮水増加量ΔＭconを加算して今回の凝縮水量推定値Ｍcon［ｇ］を求める。
Ｍcon＝Ｍcon＋ΔＭcon
【００３６】
この凝縮水量推定値Ｍconは、コントロールユニット１２０のバックアップＲＡＭ（記憶手段）に記憶される。コントロールユニット１２０のバックアップＲＡＭの記憶データは、図示しないＩＧスイッチ（イグニッションスイッチ）がオフされたエンジン停止中も保持される。エンジン再始動時に凝縮水量Ｍconを推定する際には、前回のエンジン停止直前に記憶した凝縮水量推定値Ｍcon（つまり、エンジン停止中に排気管１０９内に残留する凝縮水量の推定値）を初期値とする。
【００３７】
ところで、アクセル踏み込み等により吸入空気量が増加して排気管１０９内を流れる排出ガス量が増加すると、排気管１０９内に蓄積された凝縮水が排出ガスによって吹き飛ばされて排気管１０９外へ排出される。
【００３８】
そこで、本実施例では、吸入空気量Ｍairが所定値Ｍthを超えたときに、凝縮水量推定値Ｍconを０にリセットする。或いは、吸入空気量Ｍairに応じて凝縮水量推定値Ｍconを減少させるようにしても良い。これにより、吸入空気量Ｍairが増加して排気管１０９内を流れる排出ガス量が増加したときに、排気管１０９内に蓄積された凝縮水が排出ガスによって吹き飛ばされて排気管１０９外へ排出されるのに対応して、凝縮水量推定値Ｍconを０にリセット又は減少させる。
【００３９】
次に、排気管温度Ｔpの推定方法について説明する。
【００４０】
図１４のタイムチャートに示すように、コントロールユニット１２０は、エンジン運転中（エンジン始動からＩＧスイッチのオフまでの期間）は、エンジン運転中の推定方法（図１２参照）で排気管温度Ｔpを推定し、エンジン停止中（ＩＧスイッチのオンからエンジン始動までの期間）は、エンジン停止中の推定方法（図１３参照）で排気管温度Ｔpを推定する。
【００４１】
図１２に示すように、エンジン運転中に排気管温度Ｔpを推定する場合には、まず、排出ガスから排気管１０９へ伝達される受熱量を求めるための受熱側熱伝達係数Ｋinと、排気管１０９から外気へ放熱される放熱量を求めるための放熱側熱伝達係数Ｋoutを算出する。
【００４２】
受熱側熱伝達係数Ｋinを算出する際には、エンジン回転速度（排気流速の代用情報）と負荷（排気圧の代用情報）とをパラメータとする補正係数αのマップを参照して、現在のエンジン回転速度と負荷とに応じた補正係数αを算出する。
【００４３】
この補正係数αは、受熱側熱伝達係数基本値Ｋin0を補正するための係数である。補正係数αのマップは、予め、実験データや設計データ等に基づいて求めたエンジン回転速度と負荷と排気管１０９の受熱量との関係を用いて作成され、コントロールユニット１２０のＲＯＭに記憶されている。一般に、エンジン回転速度が高くなって排気流速が速くなるほど排気管１０９の受熱量が少なくなり、負荷が大きくなって排気圧が高くなるほど排気管１０９の受熱量が多くなるため、補正係数αのマップは、エンジン回転速度が高くなるほど補正係数αが小さくなって受熱側熱伝達係数Ｋinが小さくなり、負荷が大きくなるほど補正係数αが大きくなって受熱側熱伝達係数Ｋinが大きくなるように設定されている。
【００４４】
この後、受熱側熱伝達係数基本値Ｋin0に補正係数αを乗算して受熱側熱伝達係数Ｋinを求める。
Ｋin＝Ｋin0×α
【００４５】
これにより、エンジン回転速度（排気流速の代用情報）や負荷（排気圧の代用情報）に応じて受熱側熱伝達係数基本値Ｋin0を補正して受熱側熱伝達係数Ｋinを変化させる。
【００４６】
また、放熱側熱伝達係数Ｋoutを算出する際には、ラジエターファン回転速度と車速とをパラメータとする補正係数βのマップを参照して、現在のラジエターファン回転速度と車速とに応じた補正係数βを算出する。
【００４７】
この補正係数βは、放熱側熱伝達係数基本値Ｋout0を補正するための係数である。補正係数βのマップは、予め、実験データや設計データ等に基づいて求めたラジエターファン回転速度と車速と排気管１０９の放熱量との関係を用いて作成され、コントロールユニット１２０のＲＯＭに記憶されている。一般に、ラジエターファン回転速度や車速が速くなるほど排気管１０９の放熱量が多くなるため、補正係数βのマップは、ラジエターファン回転速度や車速が速くなるほど補正係数βが大きくなって放熱側熱伝達係数Ｋoutが大きくなるように設定されている。尚、大気圧（排気管１０９の外側の圧力）が高くなるほど排気管１０９の放熱量が多くなるため、大気圧が高くなるほど補正係数βが大きくなって放熱側熱伝達係数Ｋoutが大きくなるようにしても良い。
【００４８】
この後、放熱側熱伝達係数基本値Ｋout0に補正係数βを乗算して放熱側熱伝達係数Ｋoutを求める。
Ｋout＝Ｋout0×β
【００４９】
これにより、ラジエターファン回転速度や車速に応じて放熱側熱伝達係数基本値Ｋout０を補正して放熱側熱伝達係数Ｋoutを変化させる。
【００５０】
このようにして、受熱側熱伝達係数Ｋinと放熱側熱伝達係数Ｋoutとを算出した後、排出ガス温度Ｔgと排気管温度Ｔpとの差（Ｔg−Ｔp）に受熱側熱伝達係数Ｋinを乗算して排気管１０９の受熱量｛Ｋin×（Ｔg−Ｔp）｝を求めると共に、排気管温度Ｔpと外気温Ｔaとの差（Ｔp−Ｔa）に放熱側熱伝達係数Ｋoutを乗算して排気管１０９の放熱量｛Ｋout×（Ｔp−Ｔa）｝を求める。
【００５１】
そして、排気管１０９の受熱量｛Ｋin×（Ｔg−Ｔp）｝と排気管１０９の放熱量｛Ｋout×（Ｔp−Ｔa）｝と排気管１０９の熱容量Ｃpと演算周期Δｔとを用いて次式により演算周期Δｔ当りの排気管温度変化量ΔＴpを算出する。
ΔＴp＝｛Ｋin×（Ｔg−Ｔp）−Ｋout×（Ｔp−Ｔa）｝／Ｃp×Δｔ
【００５２】
この後、前回の排気管温度推定値Ｔpに今回の排気管温度変化量ΔＴpを加算して今回の排気管温度推定値Ｔpを求める。
Ｔp＝Ｔp＋ΔＴp
【００５３】
この排気管温度推定値Ｔpは、コントロールユニット１２０のバックアップＲＡＭに記憶される。尚、エンジン再始動時に排気管温度Ｔpを推定する際には、後述するエンジン停止中の推定方法でエンジン始動直前に推定した排気管温度推定値Ｔpを初期値とする。
【００５４】
一方、図１３に示すように、エンジン停止中（ＩＧスイッチのオンから始動までの期間）に排気管温度Ｔpを推定する場合には、まず、エンジン停止時間をパラメータとする排気管温度低下割合Ｄのマップを参照して、現在のエンジン停止時間に応じた排気管温度低下割合Ｄを算出する。この排気管温度低下割合Ｄのマップは、予め、実験データや設計データ等に基づいて求めたエンジン停止時間と排気管温度低下割合Ｄとの関係を用いて作成され、コントロールユニット１２０のＲＯＭに記憶されている。
【００５５】
この後、前回のエンジン停止直前の排気管温度推定値Ｔpzと外気温Ｔaとの差（Ｔpz−Ｔa）に排気管温度低下割合Ｄを乗算し、その値を外気温Ｔaに加算して排気管温度推定値Ｔpを求める。
Ｔp＝（Ｔpz−Ｔa）×Ｄ＋Ｔa
【００５６】
ところで、リニア空燃比センサ１０は、ヒータで加熱されて高温状態のときに凝縮水が付着して被水すると、センサ素子が割れてしまうことがある。
【００５７】
これらの事情を考慮して、本実施例では、後述する図１５の排気系制御及び排気系故障診断の禁止判定プログラムを実行することで、凝縮水量推定値Ｍconが所定の判定値Ｍ１以上になって被水する可能性が高くなったときに、リニア空燃比センサ１０のヒータ制御を禁止（又は制限）すると共に、リニア空燃比センサ１０のヒータの故障診断を禁止する。これにより、被水によるリニア空燃比センサ１０の故障や異常動作を未然に防止すると共に、被水によってリニア空燃比センサ１０のヒータが正常動作できない状態を、リニア空燃比センサ１０のヒータの異常と誤診断してしまうことを未然に防止する。
【００５８】
次に、本発明の排気管モデルをＥＣＵにオンボード実装するための課題を示す。
【００５９】
排気管モデルが演算する凝縮水量は、始動直後０kg（ドライ状態）からスタートするモデルのため、排気管モデルが演算する凝縮水量と、リニア空燃比センサ１０が被水しても素子割れが発生しない限界被水量（被水耐力上限と以下呼ぶ）と比較する手法では、始動直後にリニア空燃比センサ１０のヒータ加熱可能と誤判定してしまい、リニア空燃比センサ１０センサの素子割れを発生させてしまう。
【００６０】
図１６から図１９に示すように、始動時ヒータ加熱可能の誤判定をさせない方策を検討した。
【００６１】
始動時水温と始動時吸気温度から、凝縮水量が最大となるワースト条件（アイドル放置時）での推定凝縮水量をマップで与える（条件Ａの凝縮水量（Ａ値）とする）。一方、今回開発した排気管モデルから出力される凝縮水量を演算する（条件Ｂの凝縮水量（Ｂ値）とする）。
【００６２】
排気管モデルから演算した凝縮水量（Ｂ値）は、走行を開始した場合は、排熱が高くなるために、凝縮水の蒸発が早くなり、アイドル放置に比べて、凝縮水量の減少が早くなる。
【００６３】
そこで、条件Ａの凝縮水量（Ａ値）から、正しく凝縮水量を計算している条件Ｂの凝縮水量（Ｂ値）へと切り替えを行う。
【００６４】
その切り替えタイミングは、条件Ｂの凝縮水量（Ｂ値）が最大値を超えた瞬間、即ち凝縮水が減少に変化したタイミングで行う。
【００６５】
ヒータ通電開始タイミングは、条件Ａの凝縮水量（Ａ値）から条件Ｂの凝縮水量（Ｂ値）へ切り替え後の凝縮水量が、リニア空燃比センサ１０の被水耐力上限以下になった時点とする。
【００６６】
上記対応により、始動直後に排気管モデルから演算した凝縮水量（Ｂ値）のみで、誤ったヒータ通電タイミングで、リニア空燃比センサ１０の加熱制御をすることがなくなり、リニア空燃比センサ１０の被水素子割れを防ぐことができる。
【００６７】
次に、図２０と図２１に示すように、始動時のヒータＯＮ判定に関して説明する。
【００６８】
今回の発明において、ヒータ通電タイミングは図２０のように、（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）の３パターンとなるため、想定される始動温度領域毎にＭＡＰに最適値を設定し、ヒータディレイ時間を変えることができる。パターン（Ａ）では、例えば２５℃前後の温度領域での始動を想定している。ＭＡＰ値＜しきい値の場合、凝縮水ピーク量がしきい値以下となることがあらかじめ判断できるため、ヒータを即通電する。パターン（Ｂ）では、例えば０℃前後の温度領域での始動を想定している。ＭＡＰ値＞しきい値の場合、凝縮水量がしきい値以上になる可能性があるため、即通電しない。凝縮水量がしきい値以下で減少した場合、ヒータを通電する。パターン（Ｃ）では、例えば−１５℃前後の温度領域での始動を想定している。ＭＡＰ値＞しきい値の場合、凝縮水量がしきい値以上になる可能性があるため、即通電しない。凝縮水量がしきい値を超えた場合、しきい値以下となるまでヒータ通電しない。
【００６９】
図２１には、前回ＤＣ（ドライバーサイクル）において、凝縮水の演算値が残っていない場合（パターン（Ａ））と、凝縮水の演算値が残っていた場合（パターン（Ｂ））とでのヒータ通電可否判断の違いを示す。なお、ドライバーサイクルとは、車両の前回の運転履歴を意味し、例えば前回のイグニッションキーオンからイグニッションキーオフまでの期間での運転履歴をいう。パターン（Ａ）では、前回ＤＣでの凝縮水が残っておらず、凝縮水ピーク量がしきい値以下となるため、ヒータを即通電する。パターン（Ｂ）では、前回ＤＣの凝縮水量（Ｂ値）が今回ＤＣの凝縮水量（Ｂ値）に加算され、通電しきい値以上になるため、ヒータへの通電にディレイを設け、即通電をしない。
【００７０】
このように本発明では、前回ＤＣの凝縮水量（Ｂ値）の値を考慮して、今回のＤＣの凝縮水量（Ｂ値）を計算するため、繰り返し自動車の始動を行った場合などには、前回の凝縮水分が加算されていくため、ヒータＯＮ判定ディレイをより正確に設定することができる。前回ＤＣの凝縮水量（Ｂ値）は、エンジン制御装置内の不揮発性メモリなど、車両の停止時にもデータ保持可能な記憶手段に格納されている。
【符号の説明】
【００７１】
１  制御装置
１０  リニア空燃比センサ
２０  検知素子
３０  ヒータ
１００  内燃機関
１０１  燃料噴射弁
１０２  点火プラグ
１０３  点火コイル
１０４  スロットル弁
１１０  水温センサ
１１１  クランク角センサ
１１２  カム角センサ
１１３  スロットルポジションセンサ
１１４  吸気管圧力センサ
１１５  吸入空気流量計
１１８  触媒
１１９  酸素センサ
１２０  コントロールユニット
１２１  吸気温センサ
１２２  排気温センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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