(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管内の凝縮水量に基づいて排気センサの検知素子加熱用ヒータに対する通電制御を行うようにされたエンジンの制御装置であって、
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、
排気ガスの温度を推定又は検出する排気ガス温度取得手段と、
前記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気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、を備え、
前記ヒータに対する通電制御は、前記凝縮水量推定手段により推定された凝縮水量推定値と予め設定されている被水耐力上限値とを比較し、その比較結果に基づいて前記ヒータに対する通電を制御するものであり、
エンジンを始動した際に、前記凝縮水量推定値が前記被水耐力上限値を越えている場合は、前記凝縮水量推定値が前記被水耐力上限値以下になるまでは、前記ヒータへの通電を禁止又は制限することを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】
排気管内の凝縮水量に基づいて排気センサの検知素子加熱用ヒータに対する通電制御を行うようにされたエンジンの制御装置であって、
排気ガスの温度を推定又は検出する排気ガス温度取得手段と、
吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
外気温を検出する外気温検出手段と、
エンジン始動時に、前記排気ガス温度取得手段によって求められる排気ガス温度、前記吸入空気量検出手段によって検出される吸入空気量、及び前記外気温検出手段によって検出される外気温を用いて前記排気管内に溜まる凝縮水量を推定する凝縮水量推定手段と、を備え、
前記ヒータに対する通電制御は、前記凝縮水量推定手段により推定された凝縮水量推定値と予め設定されている被水耐力上限値とを比較し、その比較結果に基づいて前記ヒータに対する通電を制御するものであり、
エンジンを始動した際に、前記凝縮水量推定値が前記被水耐力上限値を越えている場合は、前記凝縮水量推定値が前記被水耐力上限値以下になるまでは、前記ヒータへの通電を禁止又は制限することを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項３】
前記凝縮水量推定手段は、前記排気ガス温度、前記吸入空気量、及び前記外気温を用いて前記排気管内の壁温を推定するとともに、前記吸入空気量と前記燃料噴射量とから求められる混合気の空燃比に基づいて前記排気管の露点温度を推定し、推定された前記壁温と前記露点温度とから相対壁温を求め、該相対壁温及び前記吸入空気量から前記排気管内に溜まる凝縮水量を推定するようにされていることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項４】
前記ヒータに対する通電制御のタイミングを、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での凝縮水量推定値の最大値を用いて判定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のエンジンの制御装置。
【請求項５】
前記ワースト条件での凝縮水量推定値の最大値として、排熱が最小のアイドル放置状態での凝縮水量推定値の最大値を用いて前記タイミングで判定することを特徴とする請求項４に記載のエンジンの制御装置。
【請求項６】
前記被水耐力上限値と比較する凝縮水量推定値として、前記凝縮水量推定手段により推定される凝縮水量推定値が最大値から減少に転じるまでは、前記ワースト条件での凝縮水量推定値の最大値を用い、それ以後は前記凝縮水量推定手段により推定される凝縮水量推定値を用いて前記タイミングで判定することを特徴とする請求項４又は５に記載のエンジンの制御装置。
【請求項７】
前記凝縮水量推定手段は、エンジン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推定値を減少させるか又は０にリセットすることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱用ヒータが付設された排気センサ（Ａ／Ｆセンサ）が排気管（排気通路）に配備されているエンジンの制御装置に係り、特に、排気管に溜まる凝縮水量を、新たにセンサ類を設けることを必要とせずに正確に推定し得て、凝縮水による排気センサの損傷を、大きなコストアップを招くことなく確実に防止することができるようにしたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境負荷軽減のため、エンジン（エンジン）から排出される排気ガスを浄化することが求められており、そのためには、燃焼に供せられる混合気の空燃比を適正な範囲に制御することが要求される。
【０００３】
従来より、空燃比を適正範囲に制御すべく、排気ガス中の酸素濃度を検出して、酸素量が略ゼロとなるように燃料供給量をフィードバック制御すること等が行われている。酸素濃度を検出するには、酸素濃度比率に応じて電圧を生じる酸素センサや、酸素濃度をリニアに検出できるリニア空燃比センサ等の排気センサが使用されている。
【０００４】
しかしながら、酸素センサ（の酸素濃度検知素子）が正常に動作（活性化）する温度は３００℃以上、リニア空燃比センサ（の酸素濃度検知素子）が正常に動作（活性化）する温度は６００℃以上であるので、センサの検知素子をヒータ等の加熱手段で強制加熱して活性温度を越えるまで昇温させる必要がある。
【０００５】
そのため、従来より、前記センサに検知素子加熱用のヒータを付設し（センサ内部の検知素子の近傍にヒータを配在するのが普通である）、検知素子をヒータで加熱することが行われている。
【０００６】
しかしながら、エンジン始動後において、できるだけ早くセンサの検知素子を活性化させるには、前記ヒータによる前記検知素子の急速加熱が必要となるが、急速加熱を行うと、そのときの温度上昇に伴う熱応力によって検知素子にクラック、素子割れ等と称される不具合が生じて適正に酸素濃度を検出することができなくなることがあり、最悪の場合は検知素子が破損して全く機能しなくなってしまうこともあった。
【０００７】
センサの検知素子にクラック、素子割れ等が発生する原因としては以下のようなことが考えられる。
【０００８】
通常、エンジンにおいては、燃料噴射弁から噴射された燃料が吸気中に気化混合せしめられ、その混合気が燃焼室で燃焼して、その燃焼廃ガス（排気ガス）が排気管等で形成される排気管に排出されるが、その際、排気ガスによって排気管が暖められる。排気ガスの発熱量は、燃料噴射量、すなわち、吸入空気量に比例するので、吸入空気量の積算値が発熱量になる。
【０００９】
また、エンジンの排気ガスには、燃料と吸入空気との燃焼反応によって生成された水蒸気が含まれている。この水蒸気を含んだ排気ガスが排気管内で冷やされると、排気管内で排気ガス中の水蒸気が凝縮して凝縮水が生成される。より詳しくは、排気管（壁面）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壁面に水滴となって結露する。
【００１０】
特に、排気管が湾曲していて上部にガスが溜まりやすい構造であると、水蒸気は湾曲部の上部に溜まり、エンジン停止後、排気管温度が低下してくると、その溜まった水蒸気は水分となって結露する。そのため、センサが湾曲部に取り付けられていると、検知素子表面にも水分が付着しやすい。この検知素子表面に付着した水分が前記素子割れ等の不具合が発生する主たる原因であるが、それを説明する前に、現在実用に供されている加熱用ヒータが付設された排気センサの一例（後述の本発明の実施形態においても使用されているリニア空燃比センサ）を図３（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら説明する。
【００１１】
図３（Ａ）に示されるリニア空燃比センサ１０は、排気管１０９に取り付けられた筒状のホルダ１１及び排気管１０９内に挿入されたプロテクタ１２を有し、プロテクタ１２内に酸素濃度検知素子２０が配設されている。プロテクタ１２には幾つかの穴１４が形成されており、この穴１４から排気ガスが出入りするようになっている。
【００１２】
検知素子２０は、図３（Ｂ）に示される如くに、上下の保護層２３、２４を含む多層構造となっており、その下面側に電熱線式ヒータ３０を内蔵するヒータ部２９が配設されている。
【００１３】
検知素子２０は、検知電極２１と基準電極２２とを有し、これら検知電極２１と基準電極２２に挟まれた拡散層２５に、所定の電流を流して、排気管１０９を流れる排気ガスの酸素濃度に応じて、検知電極２１側と基準電極２２側との酸素濃度比が一定となるように、酸素を移動させる。このときの電流値が排気管１０９側の酸素濃度に比例することになるので、電流値を測定することで排気管内（排気ガス）の酸素濃度を検出することができる。酸素濃度は、燃焼の際に反応しなかった酸素であり、空燃比に対応する。よって、空燃比に応じて図４に示される如くの電流特性を持つ。
【００１４】
前記検知素子２０が正常に機能するには、酸素がイオンとして移動できる温度（６００℃以上）まで加熱する必要がある。排気ガスが６００℃以上であれば、排気ガスによる加熱が可能であるが、通常の運転では排気ガス温度は６００℃以下であり、ヒータ３０による加熱が必要である。
【００１５】
一方、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。よって、ヒータ３０の温度を一定とすると、図６に示される如くに、ヒータ３０への通電直後（エンジン始動直後）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。
【００１６】
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°Ｃに維持され、そのため、温度差はさらに拡大する。水分蒸発中の検知素子表面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ので、温度上昇率が極めて大きくなる。このような検知素子２０の内部２０ｉと表面２０ｓとの間の温度差及び急速な温度上昇に伴う熱応力により、検知素子２０にクラック、素子割れ等の不具合が発生すると考えられる。
【００１７】
このような排気センサ（の検知素子）に素子割れ等の不具合が発生することの対策として、従来においては、例えば特許文献１に所載のように、排気管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内の温度を推定し、その温度に基づいて排気管内に凝縮水が存在し得る状況か否かを判断し、凝縮水が存在し得る状況であれば、排気管を燃焼バーナで熱せられた熱媒体によって加熱することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００４−３１６５９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、前記従来技術のような対策では、温度センサや排気管における排気センサより上流側部分を加熱する排気管加熱手段等を新たに設ける必要があるため、その分製造コストが嵩んでしまうという問題があった。
【００２０】
本発明は、上記問題を解消すべくなされたもので、その目的とするところは、新たにセンサ類や加熱手段等を設けることを必要とせずに、排気管に溜まる凝縮水量を正確に推定し得て、凝縮水による排気センサの素子割れ等を、大きなコストアップを招くことなく確実に防止することのできるエンジンの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成すべく、本発明に係るエンジンの制御装置は、排気管内の凝縮水量に基づいて排気センサの検知素子加熱用ヒータに対する通電制御を行うようにされ、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、排気ガスの温度を推定又は検出する排気ガス温度取得手段と、前記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気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、を備えている。そして、前記ヒータに対する通電制御は、前記凝縮水量推定手段により推定された凝縮水量推定値と予め設定されている被水耐力上限値とを比較し、その比較結果に基づいて前記ヒータに対する通電を制御するものであり、エンジンを始動した際に、前記凝縮水量推定値が前記被水耐力上限値を越えている場合は、前記凝縮水量推定値が前記被水耐力上限値以下になるまでは、前記ヒータへの通電を禁止又は制限することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、通常エンジンに備えられているセンサ類により検出ないし推定されるパラメータ、具体的には、燃料噴射量と吸入空気量とから求められる水蒸気量、排気ガス温度、及び排気管温度に基づいて凝縮水量を推定し、該凝縮水量に基づいて排気センサの検知素子加熱用ヒータに対する通電制御を行うようにされるので、新たにセンサ類や加熱手段等を設けることを必要とせずに、排気管に溜まる凝縮水量を正確に把握することができるとともに、排気センサの加熱用ヒータの通電制御を適切に行うことができ、その結果、凝縮水による排気センサの素子割れ等を、大きなコストアップを招くことなく確実に防止することができる。
上記した以外の、課題、構成、及び効果は、以下の実施形態により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係るエンジンの制御装置の一実施形態を、それが適用された車載用エンジンの一例と共に示す概略構成図。
【図２】図１に示される制御装置の主要部を構成するコントロールユニット周りの説明に供される図。
【図３】図１に示されるエンジンに用いられているリニア空燃比センサであって、（Ａ）はリニア空燃比センサの取り付け状態を示す全体側面図、（Ｂ）は検知素子の構造を示す部分切欠斜視図。
【図４】図３のリニア空燃比センサの出力特性を示す図。
【図５】図１に示されるコントロールユニット、リニア空燃比センサ、及びヒータの接続関係を示す図。
【図６】図３の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を示す図。
【図７】図１に示されるコントロールユニットが凝縮水量を推定する際に実行する処理（エンジン運転中における演算周期Δt当りの排気管温度変化量ΔTp算出）の一例を示すブロック図。
【図８】図１に示されるコントロールユニットが凝縮水量を推定する際に実行する処理（エンジン停止時における排気管温度推定）の一例を示すブロック図。
【図９】エンジン運転中→停止期間における排気管温度Tpの推移を示すタイムチャート。
【図１０】図１に示されるコントロールユニットが凝縮水量を推定する際に実行する処理（凝縮水量推定並びにリニア空燃比センサへの通電制御）の一例を示すブロック図。
【図１１】排気管モデル（凝縮水量推定モデル）をＥＣＵにオンボード実装するための課題とそれを解消するための方策の説明に供される図。
【図１２】本発明実施例において、リニア空燃比センサのヒータをＯＮ（通電）するタイミングの設定の説明に供される図。
【図１３】本発明実施例において、リニア空燃比センサのヒータをＯＮ（通電）するタイミングの設定の説明に供されるブロック回路図。
【図１４】本発明実施例において、リニア空燃比センサのヒータをＯＮ（通電）するタイミングの設定の説明に供されるタイムチャート。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。
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センサを備えた車載用エンジンの概略構成図である。
【００２５】
図示のエンジン１００は、例えば直列４気筒ガソリンエンジンであって、水温センサ１１０が配設されたシリンダ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（吸気通路１０８）には、燃料噴射弁１０１、電制スロットル弁１０４、スロットル（開度）センサ１１３、吸気管圧力センサ１１４、エアフローセンサ１１５、吸気温度（外気温とみなせる）を検出する吸気温センサ１２１等が配設され、排気系（排気管１０９）には、前述した図３に示される如くのリニア空燃比センサ１０、排気ガス温度を検出する排気温センサ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。
【００２６】
そして、本実施形態の制御装置においては、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３参照）の通電（ＯＮ／ＯＦＦ及び温度（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による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。
【００２７】
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、運転状態をあらわ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（燃料ポンプ１１７や電制スロットル弁１０４等）の制御を行う、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。
【００２８】
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（図４参照）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。
【００２９】
次に、コントロールユニット１２０が、エンジン始動直後において、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、素子割れ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について説明する。
【００３０】
前述したように、燃焼によって生じた水分は、排気管（壁面）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の内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。
【００３１】
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。
【００３２】
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（エンジン始動直後）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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、エンジン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（凝縮水）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越えないように、ヒータ３０の温度を制御するウォームアップ制御を行う。
【００３５】
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。
【００３６】
前記したエンジン始動時における素子表面２０ｓの水分付着状態は、エンジン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エンジン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。
【００３７】
また、コントロールユニット１２０は、図７（エンジン運転中における演算周期Δt当りの排気管温度変化量ΔTp算出）、図８（エンジン停止時における排気管温度推定）、図１０（凝縮水量推定並びにリニア空燃比センサ１０への通電制御）等に示される如くの処理（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。
【００３８】
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。
まず、下記［数１］に示される等式の如くに、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］との和が、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］と単位時間当りの二酸化炭素量Ｍｃｏ２［ｇ／ｓ］との和に等しくなることから、該式から水蒸気量Ｍｗｇｓ［ｇ／ｓ］を算出する。
【００３９】
【数１】
0005798059.tif 000002
【００４０】
また、吸入空気量、エンジン回転数等に基づいて排気ガス温度Ｔｇ（例えば排気ポート近傍における排気ガス温度）を推定する。この機能が「排気ガス温度取得手段」としての役割を果たす。なお、排気ガス温度Ｔｇを温度センサで検出するようにしても良い。さらに、後述する方法で排気管温度Ｔｐ（例えばリニア空燃比センサ１０の近傍における排気管温度）を推定する。
【００４１】
そして、排気ガス温度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、現在の排気ガス温度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（排気ガス中の水蒸気）のうちの排気管１０９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気ガス温度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。
【００４２】
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］を次式で算出する。
ΔＭｃｏｎ  ＝  Ｍｗｇｓ  ×  Ｃ  ×  Δｔ
【００４３】
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］を次式で求める。
Ｍｃｏｎ  ＝  Ｍｃｏｎ  ＋  ΔＭｃｏｎ
【００４４】
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（前回ＤＣ分）とする。
【００４５】
ところで、アクセルペダル踏み込み等により吸入空気量が増加して排気管１０９内を流れる排気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気ガスによって吹き飛ばされて排気管１０９外へ排出される。
【００４６】
そこで、本実施例では、吸入空気量Ｍａｉｒが所定値Ｍｔｈを越えたときに、凝縮水量推定値Ｍｃｏｎを０にリセットする。あるいは、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内を流れる排気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気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が０にリセットされるか又は減少せしめられる。
【００４７】
次に、排気管温度Ｔｐの推定方法について説明する。
図９（エンジン運転中→停止期間における排気管温度Tpの推移を示すタイムチャート）に示される如くに、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７参照）で排気管温度Ｔｐを推定し、エンジン停止中（ＩＧスイッチのオフ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８参照）で排気管温度Ｔｐを推定する。
【００４８】
エンジン運転中に排気管温度Ｔｐを推定するにあたっては、図７に示される如くに、まず、排気ガスから排気管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。
【００４９】
受熱側熱伝達係数Ｋｉｎを算出する際には、エンジン回転数（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数と負荷とに応じた補正係数αを算出する。
【００５０】
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数と負荷と排気管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、エンジン回転数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、エンジン回転数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。
【００５１】
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を次式で求める。
Ｋｉｎ  ＝  Ｋｉｎ０  ×  α
【００５２】
これにより、エンジン回転数（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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。なお、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。
【００５５】
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を次式で求める。
Ｋｏｕｔ  ＝  Ｋｏｕｔ０  ×  β
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。
【００５６】
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、排気ガス温度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。
【００５７】
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
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
【００５８】
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。なお、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（図８参照）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。
【００５９】
一方、エンジン停止中（ＩＧスイッチのオフから始動までの期間）に排気管温度Ｔｐを推定するにあたっては、図８に示される如くに、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。
【００６０】
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
【００６１】
ところで、前述したように、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、センサ素子が損傷（素子割れ）してしまうことがある。
【００６２】
これらの事情を考慮して、本実施例では、凝縮水量推定値Ｍｃｏｎが所定の判定しきい値（後述する被水耐力上限値）Ｍ１を越え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（通電）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。
【００６３】
上記した如くの排気管モデル（凝縮水量推定モデル）をＥＣＵにオンボード実装するための課題とそれを解消するための方策を以下に説明する。
【００６４】
上記排気管モデルが演算する凝縮水量（推定値）は、始動直後０ｋｇ（ドライ状態）からスタートするため、排気管モデルが演算する凝縮水量（推定値）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（以下、被水耐力上限値と称す）と比較する手法では、図１１の（Ａ）、（Ｂ）に示される如くに、始動直後（時点ｔ０）においては、その後に凝縮水量（推定値）が被水耐力上限値（判定しきい値Ｍ１）を越えるか否か、言い換えれば、凝縮水量の最大値が判定しきい値Ｍ１を超えるか否かが不明のため、リニア空燃比センサ１０のヒータをＯＮ（通電）すべきか否かを判断できない。詳しくは、図１１（Ａ）に示される如くに、始動（ｔ０）後、凝縮水量（推定値）が増加して、時点ｔ１で被水耐力上限値（判定しきい値Ｍ１）を越え、時点ｔ２で最大値となり、その後は減少に転じて時点ｔ３で判定しきい値Ｍ１以下となるような場合には、時点ｔ３でヒータをＯＮすればよいが、図１１（Ｂ）に示される如くに、始動後に凝縮水量（推定値）が時点ｔ２’で最大値となるものの、被水耐力上限値（判定しきい値Ｍ１）を越えることなく減少に転じるような場合には、ヒータをＯＮにするタイミングが掴めず（時点ｔ０後に図１１（Ａ）のように凝縮水量が被水耐力上限値を超える場合があるかもしれないので、時点ｔ０後においていつヒータをＯＮにするかがわからない）、その結果、ヒータ制御を適正に行うことができないおそれがある。
【００６５】
これを解消すべく、本発明実施例では、次のような処理を行う。
すなわち、図１２、図１３、図１４を参照すればよくわかるように、始動時水温と始動時吸気温度（外気温）から、凝縮水量が最大となるワースト条件（ここでは、排熱が最少となるアイドル放置時）での凝縮水量（アイドル放置時凝縮水量）の最大値をマップで与える（条件Ａの凝縮水量（Ａ値）とする）。一方、上記した排気管モデルから演算される凝縮水量（推定値）を条件Ｂの凝縮水量（Ｂ値）とする。
【００６６】
排気管モデルから演算される条件Ｂの凝縮水量は、走行を開始すると、排熱が高くなるため、凝縮水の蒸発が早くなり、アイドル放置時に比べて、凝縮水量の減少が早くなる。
【００６７】
そこで、始動後に、条件Ａの凝縮水量から、正しく計算されている条件Ｂの凝縮水量へと切り換えを行う。その切り換えタイミングは、条件Ｂの凝縮水量が増加（最大値）から減少に転じた瞬間、即ち今回演算された凝縮水量が前回演算された凝縮水量より小となった時点とする（図１３に示される如くに、この時点において切り換え指令が発せられる）。
【００６８】
そして、ヒータへの通電開始タイミング判定に使用する凝縮水量として、前記排気管モデルにより演算される凝縮水量（Ｂ値）が最大値から減少に転じるまでは、ワースト条件（アイドル放置時）での凝縮水量推定値の最大値（Ａ値）を用い、それ以後は前記排気管モデルにより演算される凝縮水量（Ｂ値）を用いるようにされ、エンジンを始動した際に、前記凝縮水量が被水耐力上限値（判定しきい値Ｍ１）を越えている場合は、前記凝縮水量が前記被水耐力上限値以下になるまでは、前記ヒータへの通電を禁止又は制限するようにされる。なお、始動時において条件Ａの凝縮水量（Ａ値）が被水耐力上限値（判定しきい値Ｍ１）以下である場合は、凝縮水量がその後に判定しきい値Ｍ１を越えることはないと考えられるので、始動直後の、例えばエンジン回転数が所定値Ｎ１を越えた時点でヒータへの通電を開始するようにされる。
【００６９】
より具体的には、リニア空燃比センサ１０のヒータをＯＮ（通電）するタイミングの判定に用いられる凝縮水量は、図１４（Ａ）［通常始動の場合］、図１４（Ｂ）［始動即走行の場合］、図１４（Ｃ）［低温始動の場合］のそれぞれにおいて太い実線で示される如くのものとなる。
【００７０】
ここで、図１４（Ａ）の通常始動の場合は、始動時において条件Ａの凝縮水量（Ａ値）が（条件Ｂの凝縮水量（Ｂ値）も）被水耐力上限値（判定しきい値Ｍ１）以下であるので、凝縮水量がその後に判定しきい値Ｍ１を越えることはないと考えられるので、始動直後の、例えばエンジン回転数が所定値Ｎ１を越えた時点ｔ１１においてヒータへの通電を開始するようにされる。
【００７１】
それに対し、図１４（Ｂ）の始動即走行の場合は、条件Ａの凝縮水量（Ａ値）から条件Ｂの凝縮水量（Ｂ値）へ切り換えたときに、凝縮水量が判定しきい値Ｍ１以下となるので、Ａ値→Ｂ値への切換直後の時点ｔ１２においてヒータへの通電を開始するようにされる。
【００７２】
また、図１４（Ｃ）の低温始動の場合は、条件Ａの凝縮水量（Ａ値）から条件Ｂの凝縮水量（Ｂ値）へ切り換え後においても、Ｂ値が判定しきい値Ｍ１を越えているので、Ａ値からＢ値へ切り換えられた後においてＢ値が判定しきい値Ｍ１以下になった時点ｔ１３においてヒータへの通電を開始するようにされる。
【００７３】
このように、ヒータへの通電開始タイミング判定に使用する凝縮水量として、前記排気管モデルにより演算される凝縮水量（Ｂ値）が最大値から減少に転じるまでは、ワースト条件（アイドル放置時）での凝縮水量推定値の最大値（Ａ値）を用い、それ以後は前記排気管モデルにより演算される凝縮水量（Ｂ値）を用いるようにされ、エンジンを始動した際に、前記凝縮水量が被水耐力上限値（判定しきい値Ｍ１）を越えている場合は、前記凝縮水量が前記被水耐力上限値以下になるまでは、ヒータへの通電を禁止又は制限するようにされることにより、始動直後に排気管モデルから演算した凝縮水量のみで、言い換えれば誤ったヒータ通電タイミングで、リニア空燃比センサ１０のヒータの通電制御をすることがなくなり、その結果、凝縮水によるリニア空燃比センサ１０の素子割れ等を、大きなコストアップを招くことなく確実に防止することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１…制御装置  １０…リニア空燃比センサ  ２０…検知素子  ３０…加熱用ヒータ  １００…エンジン  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…スロットルセンサ  １１４…吸気管圧力センサ  １１５…エアフローセンサ  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】
0005798059.tif 000003
【図２】
0005798059.tif 000004
【図３】
0005798059.tif 000005
【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】
0005798059.tif 000011
【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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