(57)【要約】【課題】内燃機関の排気管路の温度を、内燃機関から排出される排気ガスの影響を受けずに正確に検知することができ、結果として、凝縮水を被水することによる排気ガスセンサの破損をより確実に防止することができる技術を提供する。【解決手段】排気管路４７の外部に温度センサ４２を配設し、該温度センサ４２により排気管路４７の温度を推定し、その温度に基づいて排気管路４７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４７を、燃焼バーナ４３で熱せられた熱媒体によって加熱する。【選択図】  図２
2004316594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気が通過する排気管路と、
前記排気管路に配設され、加熱によりセンサ素子が活性化した状態で、前記内燃機関の排気の酸素濃度を検出する排気ガスセンサと、
前記センサ素子を加熱することにより前記排気ガスセンサを酸素濃度検出可能な状態にするセンサ素子加熱手段と、
前記排気管路の外部に配設され、前記排気ガスセンサの上流側の前記排気管路の温度を取得する温度取得手段と、
前記温度取得手段が取得した前記排気ガスセンサの上流側の前記排気管路の温度に基づいて、前記排気管路における前記排気ガスセンサの上流側に凝縮水が存在し得る状況か否かを判断する凝縮水状況判断手段と、
前記凝縮水状況判断手段によって、前記排気管路における前記排気ガスセンサの上流側に凝縮水が存在し得る状況であると判断された場合に、前記排気ガスセンサの上流側の前記排気管路を加熱する排気管路加熱手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気系制御システム。
【請求項２】
前記凝縮水状況判断手段は、前記温度取得手段により取得された前記排気ガスセンサの上流側の前記排気管路の温度が、所定の第１温度以下である場合に、前記排気管路における前記排気ガスセンサの上流側に凝縮水が存在し得る状況であると判断することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気系制御システム。
【請求項３】
前記排気管路加熱手段は、前記排気ガスセンサの上流側の前記排気管路を前記第１温度以上まで加熱させることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気系制御システム。
【請求項４】
前記排気管路加熱手段による前記排気管路の加熱中、前記センサ素子加熱手段による前記センサ素子への加熱を禁止するセンサ素子加熱禁止手段をさらに備え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内燃機関の排気系制御システム。
【請求項５】
前記温度取得手段により取得された前記排気ガスセンサの上流側の前記排気管路の温度が、所定の第２温度以下である場合には、前記センサ素子加熱手段による前記センサ素子への加熱を禁止するセンサ素子加熱禁止手段をさらに備え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内燃機関の排気系制御システム。
【請求項６】
前記排気管路加熱手段は、熱媒体が循環する熱媒体循環路と、前記熱媒体を加熱する熱媒体加熱手段と、を有し、前記熱媒体循環路の一部は、前記排気ガスセンサの上流側の前記排気管路と熱交換可能に交わり、前記温度取得手段は、前記熱媒体の温度により前記排気ガスセンサの上流側の前記排気管路の温度を推定することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の内燃機関の排気系制御システム。
【請求項７】
前記温度取得手段は、前記熱媒体循環路を循環する熱媒体の温度に加えて、前記内燃機関への吸入空気量により前記排気ガスセンサの上流側の前記排気管路の温度を推定することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気系制御システム。
【請求項８】
前記排気管路は、前記排気ガスセンサの上流側に二重管構造を有し、前記熱媒体循環路は、該二重管構造の内管と外管との間の空間をその一部とすることを特徴とする請求項６または７に記載の内燃機関の排気系制御システム。
【請求項９】
前記二重管構造の内管の底部には前記排気管路中に発生した凝縮水を回収する凝縮水回収孔が設けられたことを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気系制御システム。
【請求項１０】
前記熱媒体の循環流量を所定流量以下に制御する熱媒体流量制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の排気系制御システム。
【請求項１１】
前記熱媒体加熱手段によって加熱された熱媒体を保温する保温手段を、さらに備えることを特徴とする請求項６から１０のいずれかに記載の内燃機関の排気系制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気系制御システムに関し、特に内燃機関の排気の酸素濃度を検出する排気ガスセンサが、排気管路内の凝縮水の被水により破損することを防止するためのシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関においては、排気管路内に排気ガスセンサ（例えば酸素濃度センサ）を臨ませて、排気ガスの成分（例えば酸素濃度）を検出することにより、空燃比フィードバック制御などを行っている。
【０００３】
排気ガスセンサに備わったセンサ素子は、一般に、所定温度以上に加熱された状態で活性化し、酸素濃度の測定が可能となる。従って、排気ガスセンサにはセンサ素子加熱用のセンサヒータが配設され、センサの外側はセンサ素子の保護及び排気ガスの絞り込みのために金属製の筒状体であって複数の通気孔を有するプロテクタにより覆われている。
【０００４】
ところで、このような排気ガスセンサにおいては、始動時やその直後のような冷間時に、排気管内に、前回の機関停止後に排気管内の排気ガスが凝縮して水が残っていたり、また始動後に機関から排出される排気ガスが低温の排気管壁に触れることにより凝縮して水が発生するため、この排気凝縮水がセンサヒータにより高温になったセンサ素子にかかると、熱衝撃により、センサ素子の素子割れによる破損を生じることがあるという問題点があった。
【０００５】
上記の問題点に対して、内燃機関の排気管路の温度を、内燃機関への吸入吸気量から推定し、推定した排気管路の温度が凝縮水が発生しない所定の温度に達することを条件に、ヒータ付き酸素センサのヒータに通電する技術などが提案されている（特許文献１参照。）。
【０００６】
また、内燃機関の排気管路の温度を推定するのではなく、排気管路に温度センサを設けて温度を検知する従来技術もあるが、この場合、温度センサが排気ガスの影響を受け、特性の変化や性能劣化が生じることにより、正確な温度を検知できないなどの問題点があった。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−１５２１３号公報
【特許文献２】
特開２００１−７３８２７号公報
【特許文献３】
実開平５−８４８５２号公報
【特許文献４】
特開平４−３３４７１４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的とするところは、内燃機関の排気管路の温度を、内燃機関から排出される排気ガスの影響を受けずに正確に検知することであり、結果として凝縮水を被水することによる排気ガスセンサの破損をより確実に防止することができる技術を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、内燃機関の排気系において、排気管路の外部に温度取得手段を設けることに特徴がある。そして、外部に設けた温度取得手段により排気管路の温度を取得して、その温度に基づいて排気管路の凝縮水の発生を防止するものである。
【００１０】
より詳しくは、本発明は、内燃機関の排気管路と、加熱されることで活性化するセンサ素子によって排気ガスの酸素濃度を検出する排気ガスセンサと、センサ素子を加熱して活性化させるセンサ素子加熱手段と、排気管路の外部に配設されて排気管路の温度を取得する温度取得手段と、取得された排気管路の温度によって排気ガスセンサの上流側の凝縮水の状況を判断する凝縮水状況判断手段と、排気ガスセンサの上流側に凝縮水が存在し得る状況であると判断された場合に排気ガスセンサの上流側の排気管路を加熱する排気管路加熱手段と、を備える。
【００１１】
すなわち、排気管路の外部に設けられた温度取得手段により排気管路の温度を取得し、取得された温度によって凝縮水状況判断手段が、排気管路に凝縮水が存在し得るかどうかを判断し、凝縮水が存在し得ると判断された場合には、排気管路加熱手段が排気管路を加熱して凝縮水を消失させ、発生を防止する。
【００１２】
これによれば、排気管路の外部に設けられた温度取得手段により排気管路の温度を取得しているので、排気が温度取得手段に直接触れることがなく、排気の影響で温度取得手段の特性が変化することがない。従って排気管路の温度が正確に検知できる。よって、結果として被水による排気ガスセンサの破損をより確実に防止できる。
【００１３】
また、本発明においては、排気管路の温度が所定温度以上の場合は、凝縮水が消失し、発生も防止されるという原理に基づいて、第１温度をそのような所定温度に設定するとよい。すると、温度取得手段により取得した排気管路の温度が前記第１温度以下である場合に、凝縮水状況判断手段は、排気管路に凝縮水が存在し得ると判断することができる。ここで、第１温度は、例えば凝縮水が発生しなくなる温度として認識されている約５０℃と設定するとよい。
【００１４】
また、本発明においては、排気管路の温度が第１温度以下である場合に、排気管路に凝縮水が存在し得ると判断されたことを受けて、排気管路加熱手段が、排気管路を第１温度以上まで加熱するようにするとよい。
【００１５】
すなわち、凝縮水が排気管路内に存在し得ると判断された場合には、排気管路加熱手段が、排気管路を第１温度以上まで加熱することで凝縮水を消失させ、発生を防止する。このことにより、排気ガスセンサの被水による破損を確実に防止することができる。
【００１６】
また、本発明においては、排気管路加熱手段による排気管路の加熱中、センサ素子加熱手段によるセンサ素子への加熱を禁止するセンサ素子加熱禁止手段をさらに備えるとよい。
【００１７】
すなわち、排気管路加熱手段が排気管路を加熱しているときは、排気管路には未だ凝縮水が存在している可能性が高いので、センサ素子加熱手段によるセンサ素子への加熱を禁止するのである。
【００１８】
これにより、凝縮水が存在し得る状況下では、排気ガスセンサのセンサ素子が高温になることがないので、もし、排気ガスセンサが被水しても、センサ素子への熱衝撃が発生せず、排気ガスセンサの破損を確実に防止することができる。
【００１９】
また、本発明においては、温度取得手段により取得された排気管路の温度が、所定の第２温度以下である場合には、センサ素子加熱手段による前記センサ素子への加熱を禁止するセンサ素子加熱禁止手段をさらに備えるようにしてもよい。
【００２０】
すなわち、凝縮水が消失し発生も防止される第１温度とは別に、第２温度を設定し、排気管路の温度が第２温度未満の場合にはセンサ素子加熱手段によるセンサ素子への加熱を禁止する。ここで第２温度は、センサ素子加熱手段によるセンサ素子への加熱タイミングを決定するものであり、第１温度より低い温度でも、第１温度より高い温度でもよく、第１温度と同じ温度でもよい。
【００２１】
例えば、第２温度が第１温度より低い温度である場合は、排気管路加熱手段が排気管路を加熱している時に、排気管路の温度が第１温度未満の場合でも、第２温度以上であればセンサ素子加熱手段によるセンサ素子への加熱を開始するのである。
【００２２】
ここで、第１温度より低い第２温度でセンサ素子への加熱を開始することにより、排気管路が第１温度に達する前に、センサ素子が被水により素子割れを生じる高温に達してしまうと、凝縮水がセンサ素子にかかることにより排気ガスセンサが破損するおそれがある。
【００２３】
しかし、第１温度より低い第２温度でセンサ素子への加熱を開始しても、排気管路が第１温度に達する前に、センサ素子が被水により素子割れを生じる高温まで上昇しないように第２温度を設定すると、凝縮水がセンサ素子にかかることによる排気ガスセンサの破損のおそれはない。そのうえ、センサ素子への加熱を早期に開始するので、センサ素子を早期に活性化させるという効果もある。
【００２４】
このように、第１温度より低い第２温度を適切に設定することで、排気ガスセンサの被水による破損を確実に防止しながら、センサ素子の活性化までの時間を短縮することができ、エミッション制御をより早期に開始することができる。
【００２５】
逆に、第２温度が第１温度より高い温度である場合は、排気管路加熱手段が排気管路を加熱している時に、排気管路の温度が第１温度に達してもセンサ素子加熱手段によるセンサ素子への加熱を開始せず、より高い第２温度に達したときにセンサ素子加熱手段がセンサ素子への加熱を開始する。すなわち、排気管路の温度が、凝縮水が存在しないであろうと判断される温度よりさらに高い温度になって初めて、センサ素子加熱手段によるセンサ素子への加熱を開始するのである。
【００２６】
このことによって、より充分なマージンをもって、被水による排気ガスセンサの破損を防止することができる。
【００２７】
さらに、第２温度として、上記第１温度と同じ温度を設定してもよいことはもちろんである。この場合も、排気管路の温度が第１温度に達した時にセンサ素子の加熱を開始するので、凝縮水の被水による排気ガスセンサの破損を良好に防止することができる。
【００２８】
また、本発明においては、排気管路加熱手段は、熱媒体が循環する熱媒体循環路と、熱媒体を加熱する熱媒体加熱手段とを有するように構成するとよい。ここで熱媒体循環路の一部は、排気ガスセンサの上流側の排気管路と熱交換ができるように交わるようにする。そして温度取得手段は、この熱媒体の温度により排気管路の温度を推定するようにする。
【００２９】
すなわち、排気管路加熱手段が、熱媒体加熱手段によって加熱された熱媒体を、排気管路と熱交換可能に交わった熱媒体循環路に循環させることにより排気管路を加熱し、温度取得手段は、熱媒体循環路を循環する熱媒体の温度を検知することにより、排気管路の温度を推定するのである。
【００３０】
このことにより、温度取得手段は、熱媒体の温度のみを検知するので、内燃機関の排気に直接に触れることがなく、排気の影響でその特性が変化するなどの不具合がない。また、排気管路の温度と非常に相関の高い熱媒体の温度を検知して排気管路の温度を推定しているので、推定の精度を高くすることができる。
【００３１】
従って、正確に排気管路の温度を取得することができるので、排気管路及び排気ガスセンサの正確な温度制御を行うことができる。結果として、排気ガスセンサの被水による破損をより確実に防止することができる。
【００３２】
また、温度取得手段は、熱媒体循環路を循環する熱媒体の温度に加えて、内燃機関への吸入空気量により排気管路の温度を推定してもよい。
【００３３】
すなわち、排気管路の温度は、熱媒体から与えられる熱量のほかに、内燃機関の排気の温度の影響を受けるところ、内燃機関の排気の温度は、吸入空気量を用いて推定することができるので、熱媒体の温度に加えて吸入空気量により、排気管路の温度を推定するのである。
【００３４】
このことで、より正確に排気管路の温度を取得することができ、結果として、被水による排気ガスセンサの破損をより確実に防止することができる。
【００３５】
また、本発明においては、排気管路は、排気ガスセンサの上流側に二重管構造を有しており、熱媒体循環路は、その二重管構造の内管と外管との間の空間をその一部とするように構成するとよい。
【００３６】
すなわち、排気管路は、排気ガスセンサの上流側では、二重管構造をしており、排気管路加熱手段の熱媒体が、その二重管構造の内管と外管との間の空間を循環することにより排気管路を加熱するのである。
【００３７】
このことによれば、排気管路を高温の熱媒体で囲んだ状態で、熱交換により加熱できるので、排気管路を効率よく加熱することができる。さらに排気管路に一旦流入した熱は外に逃げにくいので、排気管路の温度を早期に上昇させることができる。結果として、早期に、排気管路を凝縮水の存在しないであろうと判断される状況にできるので、センサ素子の活性化までの時間を短縮することができ、エミッション制御をより早期に開始することができる。
【００３８】
また、本発明においては、二重管構造の内管の底部に、排気管路中に発生した凝縮水を回収する凝縮水回収孔を設けてもよい。
【００３９】
すなわち、排気管路が、排気ガスセンサの上流側では二重管構造をしており、排気管路加熱手段の熱媒体が、その二重管構造の内管と外管との間の空間を循環して排気管路を加熱する場合に、前記内管の底部に、排気管路中に発生した凝縮水が内管と外管の間の空間に流入するための孔を設けるのである。
【００４０】
このことにより、排気管路中に発生した凝縮水を排気管路加熱手段の熱媒体循環路内に回収することができ、排気ガスセンサの凝縮水の被水を防止することができる。
【００４１】
また、前記のような凝縮水回収孔を設ける場合、前記熱媒体の循環流量を所定流量以下に制御する熱媒体流量制御手段をさらに設ける構成としてもよい。
【００４２】
すなわち、前述のような凝縮水回収孔を設けた場合には、熱媒体の循環流量が所定流量より大きいと、内管に設けた孔から、熱媒体が排気管路内に逆にあふれ出す可能性がある。すると、排気センサに、あふれ出した熱媒体がかかる可能性があるので、熱媒体の循環流量を所定流量以下に制御し、熱媒体が内管内にあふれ出すのを防止する。
【００４３】
このことにより、排気ガスセンサに凝縮水または熱媒体がかかることをより確実に防止することができる。
【００４４】
また、本発明によれば、前記熱媒体加熱手段によって加熱された熱媒体を保温する保温手段を、さらに備える構成としてもよい。
【００４５】
すなわち、熱媒体加熱手段によって一度加熱された熱媒体を保温して逃がさないようにすることで、エネルギーの無駄を省き、熱媒体の温度を効率的に上昇させるようにするのである。
【００４６】
このことにより、再始動後早期に熱媒体及び排気管路の温度を上昇させることができるので、センサ素子の活性化までの時間を短縮することができる。
【００４７】
なお、上記で説明した本発明の課題を達成するための手段については、可能な限り組み合わせて使用することができる。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００４９】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２１を備えた４ストローク・サイクルの水冷式ガソリンエンジンである。各気筒２１には、図示しない吸気ポート及び図示しない排気ポートの開口端が２つずつ形成されており、それぞれに、吸気弁２８、排気弁２９が進退自在に設けられている。
【００５０】
前記内燃機関１には、各気筒２１の図示しない吸気ポートと連通する吸気枝管３３が接続され、前記吸気枝管３３には、サージタンク３４及び吸気管３５が接続されている。この吸気管３５には、該吸気管３５内を流れる空気の質量（吸入空気質量）に対応した電気信号を出力するエアフローメータ４４が取り付けられている。なお、前記吸気枝管３３と図示しない吸気ポートとの接続部位の近傍には、燃料噴射弁３２が取り付けられている。
【００５１】
一方、前記内燃機関１には、各気筒２１の図示しない排気ポートと連通する４本の排気枝管４５が内燃機関１の直下流において１本の集合管に合流するよう形成されている。
【００５２】
この排気枝管４５は、１本の集合管に合流した後、排気管路４７に接続される。そして、この排気管路４７は、１本の集合管に合流した下流側に二重管構造部４０を有している。二重管構造部４０の上流側及び下流側の端部には、循環チューブ４１が接続されており、排気管路４７の外部で連結されている。そして、循環チューブ４１には熱媒体加熱手段である燃焼バーナ４３が備えられている。
【００５３】
ここで、前記した二重管構造部４０及び、循環チューブ４１によって熱媒体循環路が形成されている。すなわち、二重管構造部４０及び循環チューブ４１の内部には、熱媒体である水が満たされており循環できる構造となっている。そして、燃焼バーナ４３により熱媒体である水を加熱し、高温になった熱媒体の熱を二重管構造部４０において排気管路４７と熱交換することにより排気管路４７を加熱する。
【００５４】
また、循環チューブ４１には、熱媒体である水の温度を測定するための温度取得手段である温度センサ４２が備えられている。この温度センサ４２は、循環チューブ４１の中を循環する水に直接触れるように備えられている。
【００５５】
上記した二重管構造部４０の下流側には、排気管路４７内を流れる排気の酸素濃度に対応した電気信号を出力する排気ガスセンサ４８が取り付けられている。そして、排気管路４７は、さらに下流側において排気浄化触媒４６を介して図示しないマフラーと接続されている。
【００５６】
また、内燃機関１には、機関制御用の電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）２０が併設されている。ＥＣＵ２０は、双方向性バスによって相互に接続された、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力インタフェース回路、出力インタフェース回路等から構成され、前記入力インタフェース回路には各種のセンサが電気配線を介して接続されている。
【００５７】
前記ＥＣＵ２０には、エアフローメータ４４、排気ガスセンサ４８の他、前述の温度センサ４２等の各種センサが電気配線を介して接続され、各センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。また、ＥＣＵ２０には、前述の燃料噴射弁３２等の機能部分が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２０が各種センサの出力信号値をパラメータとして各種機能部分を制御することが可能になっている。
【００５８】
図２は、本実施の形態における排気管路４７の二重管構造部４０付近の詳細を示す断面図である。図２において排気管路４７の二重管構造部４０は、内管である排気管路４７の外側に、外管である４０ａを設け、その上流側と下流側を循環チューブ４１で連結した構造となっている。
【００５９】
この二重管構造部４０の下流部には、排気ガスセンサ４８が備えられている。ここで、二重管構造部４０は、排気ガスセンサ４８の上流側及び、排気ガスセンサ４８の下流側にまで及んで設けられている。
【００６０】
本来、排気ガスセンサ４８が被水するのは、内燃機関の排気によって飛散した凝縮水であることが多いことから、排気ガスセンサ４８の上流側のみを加熱することで、排気ガスセンサ４８に凝縮水がかかることによる破損は充分防止できる。
【００６１】
しかし、車両や排気管路４７の振動などにより、排気ガスセンサ４８の直近や、下流側に存在する凝縮水が排気ガスセンサ４８にかかる可能性もあるので、排気ガスセンサ４８の下流側の排気管路４７をも加熱することにより、排気ガスセンサ４８の上流から下流までにわたって凝縮水を存在しない状況になるようにしている。
【００６２】
しかし、二重管構造部４０を設ける範囲は、排気ガスセンサ４８の上流側のみに限定してもよいことはもちろんである。
【００６３】
前述のように、二重管構造部４０及び循環チューブ４１内には、熱媒体である水が満たされている。そして、図示しないポンプによって、熱媒体である水は、図の矢印の方向に圧送される。また、熱媒体である水は、循環チューブ４１に備えられた熱媒体加熱手段である燃焼バーナ４３によって加熱され、その後、上流側から二重管構造部４０に流れ込み、内管である排気管路４７を熱交換によって加熱する。
【００６４】
次に、熱媒体である水は、二重管構造部４０の下流側から循環チューブ４１に流れ出す。そして温度取得手段である温度センサ４２でその温度が取得されたのち、再び燃焼バーナ４３によって所定温度まで加熱される。このことにより、排気管路４７内が５０℃以上に加熱されると、凝縮水は消失する。また、排気ガスと排気管路４７の温度差によって、新たに排気管路４７内に凝縮水が発生することも防止できる。
【００６５】
ここで、熱媒体は必ずしも水である必要はなく、排気系全体の構成部品の特性に最適な比熱、比重及び粘度などを考慮のうえ選択することができる。
【００６６】
次に、本実施の形態における排気ガスセンサ４８の構成について説明する。図３は、本実施の形態で使用している排気ガスセンサ４８の概略構成の断面図である。図３において、排気ガスセンサ４８のセンサ素子４８ｂは、ジルコニア管等から形成されており、加熱されて例えば４００℃以上に昇温することにより活性化し、排気ガスの酸素濃度検出が可能な状態になる。
【００６７】
また、センサ素子４８ｂの内部には、センサ素子加熱手段であるセンサヒータ４８ａが備えられている。排気ガス中の酸素濃度検出前には、ＥＣＵ２０からの指令によりセンサヒータ４８ａに通電され、センサ素子４８ｂが加熱されることにより活性化する。さらに、センサ素子４８ｂの外側には、排気ガスが流入するための小孔が設けられたカバー４８ｃがセンサ素子４８ｂなどの保護のために設けられている。そして、この排気ガスセンサ４８は、排気管路４７に、カバー４８ｃ及びセンサ素子４８ｂが、直接排気に触れるよう配設されている。
【００６８】
ここで、話を図２に戻すが、図２においては前述のように、熱媒体である水を加熱する熱媒体加熱手段として、燃料を燃焼させることにより発生する熱で熱媒体を加熱する燃焼バーナ４３が用いられている。この燃焼バーナの構造について説明する。図４には燃焼バーナ４３の概略構造断面図を示す。
【００６９】
図４において、燃焼バーナ４３は、火炎Ｆを出す燃焼源としての燃焼筒４３ａと、燃焼筒４３ａに燃焼用の燃料を供給する燃料供給管（燃料供給部）４３ｂと、燃焼用空気を供給する空気供給管４３ｃと、空気供給管４３ｃから空気が供給された気化燃料に着火する図示しないグロープラグ（着火部）と、を備えている。
【００７０】
熱媒体である水は循環チューブ４１に連結された熱媒体吸入口４３ｄから導入される。そして、熱媒体が熱媒体通路４３ｅに導入された後は、熱媒体が熱媒体通路４３ｅを通過する間に、隔壁４３ｆを介して燃焼熱が熱媒体に伝わる。加熱された熱媒体は熱媒体排出口４３ｇから循環チューブ４１に排出される。
【００７１】
なお、本実施の形態においては、熱媒体加熱手段として、燃焼バーナ４３を用いたが、電熱式ヒータなどを用いてもよいことはもちろんである。また、熱媒体循環路が内燃機関の冷却水通路と連通しており、内燃機関により暖機された冷却水を本実施の形態における熱媒体として用いる構成などを採用してもよい。
【００７２】
図５には、本実施の形態における排気系制御ルーチンのフローチャートを示す。本ルーチンは、ＥＣＵ２０内のＲＯＭに記憶されたものであり、内燃機関の始動後の所定期間中、所定時間毎に実行されるものである。
【００７３】
本ルーチンの処理開始後、まずＳ５０１において、温度取得手段である温度センサ４２によって熱媒体の温度を検知する。そして、Ｓ５０２において、Ｓ５０１で検知された熱媒体の温度により、排気管路４７の温度を推定する。本実施の形態においては、熱媒体の温度と、排気管路４７の温度との間の相関が非常に高いことから、排気管路４７の温度は、熱媒体の温度と同じとして推定している。
【００７４】
次に、Ｓ５０３において、推定した排気管路４７の温度が５０℃以上かどうかを判断する。ここでは、５０℃の温度が第１温度に相当する。第１温度として５０℃という温度を使用するのは、凝縮水は、排気管路の温度が５０℃以上であれば消失し、新たに発生もしないことが実験的に分かっているからである。しかし、排気管路４７の材質などに応じて、第１温度として別の値を用いてもよいことはもちろんである。
【００７５】
Ｓ５０３で排気管路４７の温度が５０℃未満であると判断された場合には、Ｓ５０４に進む。Ｓ５０４においては、排気ガスセンサ４８のセンサヒータ４８ａが既にＯＮしているかどうかを判断する。もし、排気ガスセンサ４８のセンサヒータ４８ａが既にＯＮしている場合は、Ｓ５０５に進み、排気ガスセンサ４８のセンサヒータ４８ａをＯＦＦする。
【００７６】
これは、排気管路４７の温度が５０℃未満であれば、排気管路４７内に、凝縮水が存在する可能性があるので、排気ガスセンサ４８のセンサヒータ４８ａをＯＮしてセンサ素子４８ｂを高温にすると、凝縮水がかかった場合に、センサ素子４８ｂが熱衝撃により素子割れを起こし、排気ガスセンサ４８が破損する可能性があるからである。
【００７７】
Ｓ５０５において排気ガスセンサ４８のセンサヒータ４８ａをＯＦＦした後及び、Ｓ５０４においてセンサヒータ４８ａがＯＮしていないと判断された場合には、Ｓ５０６に進み、燃焼バーナ４３をＯＮする。このことにより、熱媒体の加熱が開始され、二重管構造部４０において熱交換されることよって、排気管路４７の加熱が開始される。
【００７８】
次に、Ｓ５０７において、再度温度センサ４２により熱媒体の温度を検知し、さらにＳ５０３と同様の方法で排気管路４７の温度を推定する。そして、Ｓ５０８に進み、推定した排気管路４７の温度が５０℃以上かどうかを再度判断する。ここで、５０℃未満であった場合には、Ｓ５０７にもどり、熱媒体の温度を取得し、排気管路４７の温度を推定する処理を行い、Ｓ５０８において５０℃以上であると判断されるまで、この処理を繰り返す。
【００７９】
そして、Ｓ５０８において排気管路４７の温度が５０℃以上であると判断されると、Ｓ５０９に進み、燃焼バーナ４３をＯＦＦする。そしてＳ５１０に進んで、再度センサヒータ４８ａがＯＮしているかどうかを判断し、もし、センサヒータ４８ａがＯＦＦ状態であると判断された場合には、Ｓ５１１に進んでセンサヒータ４８ａをＯＮして本ルーチンを終了する。また、Ｓ５１０においてセンサヒータ４８ａが既にＯＮしていると判断された場合にはそのまま本ルーチンを終了する。
【００８０】
なお、Ｓ５０３において排気管路４７の温度が５０℃以上であると判断された場合にも、Ｓ５１０に進んで、再度センサヒータ４８ａがＯＮしているかどうかを判断し、もし、センサヒータ４８ａがＯＦＦ状態であると判断された場合には、Ｓ５１１に進んでセンサヒータ４８ａをＯＮして本ルーチンを終了し、Ｓ５１０においてセンサヒータ４８ａが既にＯＮしていると判断された場合にはそのまま本ルーチンを終了する。
【００８１】
上述したＳ５１１でセンサヒータ４８ａをＯＮするのは、既にＳ５０３又はＳ５０８において、排気管路４７の温度が５０℃以上であることが確認されており、排気管路４７内に凝縮水は存在しないであろうと判断されるので、センサ素子４８ｂが高温になっても凝縮水がかかることにより排気ガスセンサ４８が破損することがないと判断されることに基づいており、この時点でセンサヒータ４８ａによる加熱を開始するのである。
【００８２】
本実施の形態によれば、排気管路４７の、排気ガスセンサ４８の上流側に二重管構造部４０を有し、内管である排気管路４７と、外管４０ａの間に熱媒体を循環させ、その熱媒体の温度を温度センサ４２で検知し、排気管路４７の温度を推定する構成となっている。
【００８３】
従って、温度センサ４２が直接内燃機関１の排気ガスに触れることがないので、排気ガスの影響で温度センサ４２の特性が変化するなどの不具合がない。また、排気管路４７の温度と相関の高い、熱媒体の温度を取得して、排気管路４７の温度を推定しているので、排気管路４７の温度を正確に取得することができる。
【００８４】
また、本実施の形態においては、燃焼バーナ４３で熱媒体を加熱し、上記の二重管構造部４０において、熱媒体の熱を排気管路４７との間で熱交換することによって排気管路４７を加熱する構成となっているため、排気管路４７との熱交換時において、排気管路４７を高温の熱媒体で囲んだ状態で熱交換でき、効率よく排気管路４７を加熱することができる。さらに一度排気管路４７に流入した熱は外部に逃げにくいので、排気管路４７の温度を早期に上昇させることができる。
【００８５】
上記の結果として、早期に、排気管路４７を凝縮水の存在しないであろうと判断される状況にできるので、センサ素子４８ａの活性化までの時間を短縮することができ、エミッション制御をより早期に開始することができる。
【００８６】
さらに、本実施の形態における排気系制御ルーチンでは、排気管路４７の温度が５０℃以下の場合には、センサヒータ４８ａをＯＦＦして燃焼バーナ４３をＯＮし、排気管路４７が５０℃以上になったところでセンサヒータ４８ａをＯＮしているので、排気管路４７内に凝縮水が存在し得る状況では、センサ素子４８ｂが被水により素子割れを生じる程度の高温にはならず、被水による排気ガスセンサ４８の破損を防止することができる。
【００８７】
なお、本実施の形態に係る排気系制御ルーチンのＳ５０３またはＳ５０８において、排気管路４７が５０℃以上かどうかを判断することは、排気管路４７に凝縮水が存在し得る状況かどうかを判断していることに相当する。従って、本実施の形態における凝縮水状況判断手段は、排気系制御ルーチンを記憶したＲＯＭを備えたＥＣＵ２０を含んで構成される。
【００８８】
また、本実施の形態における排気管路加熱手段は、熱媒体循環路を構成する二重管構造部４０及び循環チューブ４１と、熱媒体加熱手段である燃焼バーナ４３を含んで構成される。
【００８９】
また、本実施の形態に係る排気系制御ルーチンのＳ５０５において、排気管路４７の温度が５０℃未満である場合に、センサヒータ４８ａをＯＦＦすることは、センサ素子４８ｂへの加熱を禁止することに相当する。従って、本実施の形態におけるセンサ素子加熱禁止手段は、排気系制御ルーチンを記憶したＲＯＭを備えたＥＣＵ２０を含んで構成される。
【００９０】
本実施の形態においては、熱媒体循環路は、二重管構造部４０及び循環チューブ４１から構成されたが、排気管路４７と熱交換可能な構造であれば、二重管構造部４０を有さずに、循環チューブ４１を排気管路４７のまわりに螺旋状に巻回する構成など、他の構成にしてもよい。また、上記の排気管路加熱手段の構成は、図５に示す排気系制御ルーチン以外の制御を行う排気系制御システムに適用されてもよい。
【００９１】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。ここでは、前述の第１の実施の形態と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略するものとする。その他の構成および作用については第１の実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００９２】
第１の実施の形態における図５においては、Ｓ５０３において排気管路４７の温度が５０℃未満の場合は、センサヒータ４２ａがＯＦＦし、また、Ｓ５０３またはＳ５０８において排気管路４７の温度が５０℃以上の場合には、センサヒータ４２ａがＯＮするフローとした。
【００９３】
しかし、本実施の形態では、燃焼バーナ４３は排気管路加熱ルーチン、センサヒータ４２ａはセンサ素子加熱ルーチンという各々独立したフローによって制御し、センサヒータ４２ａをＯＮする時には、燃焼バーナ４３がＯＮしているかどうかを判断し、燃焼バーナ４３がＯＮしていると判断される場合にはセンサヒータ４２ａをＯＮしない制御を行っている。以下にその場合のフローについて説明する。
【００９４】
図６には、本実施の形態における排気管路加熱ルーチンについてのフローチャートを示す。このルーチンは、ＥＣＵ２０内のＲＯＭに記憶されており、内燃機関１の始動後の所定期間について、所定時間毎に実施される。
【００９５】
本ルーチンが実行されると、まずＳ６０１及びＳ６０２において、熱媒体の温度を検知し、その値から排気管路４７の温度を推定している。この処理は、図５におけるＳ５０１及びＳ５０２と同じである。次に、Ｓ６０３において、推定した排気管路４７の温度が５０℃以上かどうかを判断する。ここで排気管路４７の温度が５０℃以上と判断された場合には、そのまま本ルーチンを抜ける。
【００９６】
一方、Ｓ６０３において排気管路４７の温度が５０℃未満であると判断された場合には、Ｓ６０４進み、燃焼バーナ４３をＯＮする。そしてＳ６０５に進んで温度センサ４２によって熱媒体の温度を再度検知し、排気管路４７の温度を推定するがこの処理は、Ｓ６０１及びＳ６０２において実行された処理と同じである。
【００９７】
次にＳ６０６において、推定した排気管路４７の温度が５０℃以上かどうかを再度判断する。そして、５０℃以下である場合には、Ｓ６０５に戻って、熱媒体の温度を検知し、排気管路４７の温度を推定する処理を再度行う。このように、排気管路４７の温度が５０℃以上になるまでこの処理を繰り返し、排気管路４７の温度が５０℃以上となると、Ｓ６０７に進む。
【００９８】
Ｓ６０７においては、燃焼バーナ４３をＯＦＦして本ルーチンを抜ける。本ルーチンにおいては、温度センサ４２によって検知された熱媒体の温度を用いて排気管路４７の温度を推定し、推定した排気管路４７の温度が５０℃以上になるまで燃焼バーナ４３をＯＮする処理を行っている。
【００９９】
次に、図７を用いて、排気ガスセンサ４８のセンサヒータ４８ａによってセンサ素子４８ｂを加熱するセンサ素子加熱ルーチンについて説明する。本ルーチンは、ＥＣＵ２０内のＲＯＭに記憶されたルーチンであり、所定時間毎に実行される。
【０１００】
本ルーチンに入るとまずＳ７０１において、燃焼バーナ４３がＯＮしているかどうかの判断がなされる。この判断は、上述の排気管路加熱ルーチンにおいて、ＥＣＵ２０が燃焼バーナ４３をＯＮするときにバーナ燃焼フラグを１にセットし、燃焼バーナ４３をＯＦＦするときにはバーナ燃焼フラグを０にリセットするようにしておき、Ｓ７０１においてバーナ燃焼フラグの値を確認することによって行ってもよい。
【０１０１】
ここで、燃焼バーナがＯＦＦ状態であると判断された場合には、Ｓ７０２に進み、排気ガスセンサ４８のセンサヒータ４８ａがＯＮしているかどうかが判断される。ここで、センサヒータ４８ａが既にＯＮしていると判断された場合には、そのまま本ルーチンを抜ける。一方、センサヒータ４８ａがＯＦＦ状態であると判断された場合には、センサヒータ４８ａをＯＮして本ルーチンを抜ける。
【０１０２】
Ｓ７０１において、燃焼バーナがＯＮしていると判断された場合には、Ｓ７０４に進みセンサヒータ４８ａがＯＮしているかどうかが判断される。ここで、センサヒータ４８ａがＯＮしていると判断された場合には、Ｓ７０５に進み、センサヒータ４８ａをＯＦＦして本ルーチンを抜ける。一方、Ｓ７０４において、センサヒータ４８ａがＯＦＦ状態であると判断された場合には、そのまま本ルーチンを抜ける。
【０１０３】
すなわち、本実施の形態においては、内燃機関１の排気系の構成は第１の実施の形態と同じであり、温度センサ４２が熱媒体の温度を検知して、その温度によって推定された排気管路４７の温度が５０℃以上と判断されるまで燃焼バーナ４３をＯＮすることも第１の実施の形態と同様である。
【０１０４】
しかし、センサ素子加熱ルーチンにおいて、排気ガスセンサ４８のセンサヒータ４８ａは、燃焼バーナがＯＮしているかどうかのみを判断し、燃焼バーナがＯＮしている場合には、センサヒータ２８ａによる排気ガスセンサ４８の加熱を禁止している。
【０１０５】
燃焼バーナ４３がＯＮしている時は、排気管路４７の温度が５０℃以下であり、排気管路４７内には、凝縮水が存在する可能性が高い状況であり、そのような場合にセンサヒータ４８ａをＯＮすると、高温になったセンサ素子４８ｂに凝縮水がかかることにより、排気ガスセンサが破損する可能性がある。
【０１０６】
一方、燃焼バーナ４３がＯＦＦしている時は、排気管路４７が５０℃以上であり、凝縮水は存在しない状態であると言える。従って、本実施の形態においては、センサヒータ４８ａをＯＮする時に、燃焼バーナ４３の稼動状況を確認するだけで、凝縮水が排気管路４７に存在し得るかどうかの判断を行っているので、簡単な制御で、高温のセンサ素子４８ｂに凝縮水がかかることによる排気ガスセンサ４８の破損をより確実に防止することができる。
【０１０７】
なお、本実施の形態において、凝縮水状況判断手段は、排気管路加熱ルーチンを記憶したＲＯＭを備えたＥＣＵ２０を含んで構成される。また、センサ素子加熱禁止手段は、センサ素子加熱ルーチンを記憶したＲＯＭを備えたＥＣＵ２０を含んで構成される。
【０１０８】
また、本実施の形態のセンサ素子加熱ルーチンに示した処理、すなわち燃焼バーナがＯＮしているかどうかのみを判断し、燃焼バーナがＯＮしている場合には排気ガスセンサ４８の加熱を禁止するという処理は、本実施の形態において示した排気管路加熱ルーチンとは別の排気管路の加熱制御を行う排気系制御システムに適用してもよい。
【０１０９】
（第３の実施の形態）
次に、本発明における第３の実施の形態について説明する。ここでは、前述の第１の実施の形態と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略するものとする。その他の構成および作用については第１の実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【０１１０】
本実施の形態においては、第１の実施の形態と比較し、二重管構造部４０の構成、排気系制御ルーチンの制御方法及び、図示しないポンプによる熱媒体の循環の方法が異なっている。図８（ａ）には、本実施の形態における排気管路４７の二重管構造部４０付近の断面図を示す。また、図８（ｂ）には、二重管構造部４０における排気管路４７の底部付近を拡大した断面図を示す。
【０１１１】
本実施の形態における二重管構造部４０の内管である排気管路４７の底部には、排気管路４７内に発生した凝縮水を回収するための凝縮水回収孔４７ａが複数設けられている。この凝縮水回収孔４７ａは、排気管路４７内に発生した凝縮水が自重で、排気管路４７の底部に下降し、集まってきたところ、この凝縮水回収孔４７ａを通過してさらに下降し、排気管路４７と外管部４０ａとの間を循環する熱媒体である水に流入し、排気管路４７内からは消失させる作用をする。
【０１１２】
また、本実施の形態において、二重管構造部４０及び循環チューブ４１内を循環する熱媒体は、図示しない電動ポンプによって、図の矢印の方向に圧送されていることは、第１の実施の形態と同様であるが、本実施の形態においては、熱媒体の循環流量は所定流量以下になるよう制御されている点が異なる。これは、熱媒体の循環流量が過剰な場合には、排気管路４７に設けた凝縮水回収孔４７ａから、熱媒体があふれ出し、逆に、あふれ出した熱媒体がセンサ素子４８ｂにかかることにより素子割れが生じ、排気ガスセンサ４８が破損することを防止するためのものである。
【０１１３】
具体的には、熱媒体が、凝縮水回収孔４７ａからあふれ出さない熱媒体循環流量を予め実験的に求めておき、その循環流量に対応するポンプ駆動電流を越えないようにポンプ駆動電流を制御する。このポンプ駆動電流制御については、公知の技術を用いるので詳細な説明は省略する。
【０１１４】
次に、図９を用いて、本実施の形態における排気系制御ルーチンについて説明する。本実施の形態における排気系制御ルーチンにおいては、まず第１に、温度センサ４２が検知した熱媒体の温度と、エアフローメータ４４の出力から得られる吸入空気量推定とによって排気管路４７の温度を推定している点が特徴である。
【０１１５】
第２に、上記で推定された排気管路４７の温度が第１温度である５０℃以下の場合には、排気管路４７に凝縮水が存在し得ると判断して燃焼バーナ４３を燃焼させる点については第１の実施の形態と同じであるが、排気管路４７の温度が第１温度である５０℃に達する前でも、排気管路４７の温度が第２温度である４０℃以上であれば、排気ガスセンサ４８のセンサヒータ４８ａに通電を開始し、センサ素子４８ｂの加熱を開始する点を特徴としている。
【０１１６】
図９は本実施の形態における排気系制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ２０内のＲＯＭに記憶されたもので、内燃機関１の始動後、所定期間について、所定時間毎に実行される。
【０１１７】
本ルーチンが実行されると、まず、Ｓ９０１で温度センサ４２によって熱媒体の温度が検知されるが、この処理は、第１の実施の形態におけるＳ５０１の処理と同じである。そして、Ｓ９０２に進んで、Ｓ９０２で検知された熱媒体の温度及び、エアフローメータ４４から出力される吸入空気量に対応する信号から、排気管路４７の温度を推定する。
【０１１８】
ここで、熱媒体の温度及び、吸入空気量から排気管路４７の温度を推定する方法として以下の数式が用いられる。
Ｔｅｘ＝Ｔｅｘ＋Ｔｓ（供給熱量）                                      （１）
Ｔｓ＝Ｔｓ＋（（Ｔｇａ×Ｋｐ＋Ｔｗ−Ｔｅｘ）／Ｋｂ−Ｔｓ）／Ｋａ          （２）
Ｔｗ＝（Ｔｅｘ−Ｔｗｓ）×Ｋｗ                                          （３）
【０１１９】
ここにおいて、Ｔｅｘは推定する排気管路４７の温度、Ｔｓは排気管路４７への供給熱量、Ｔｇａは吸入空気量及び供給燃料量により求まる、排気ガスが排気管路４７に供給する熱量に対応する温度である。また、Ｔｗは、熱媒体から排気管路４７への供給熱量に対応する温度であり、Ｔｗｓは温度取得手段である温度センサ４２に検知された熱媒体の温度である。なお、Ｋａ、Ｋｂ、Ｋｗはなまし定数であり、Ｋｐは大気圧補正係数である。
【０１２０】
このように、本実施の形態においては、温度センサ４２によって検知される熱媒体の温度Ｔｗｓの他に、吸入空気量から求まるＴｇａを用いて、排気管路４７の温度を推定しているので、より正確に排気管路４７の温度を取得することができる。
【０１２１】
そして、Ｓ９０３に進みＳ９０２で推定された排気管路４７の温度が４０℃以上かどうかを判断する。ここで排気管路４７の温度が４０℃未満であると判断された場合にはＳ９０４に進みセンサヒータ４８ａがＯＮしているかどうかを判断し、もしセンサヒータ４８ａがＯＮしていればＳ９０５に進み、センサヒータ４８ａをＯＦＦする。
【０１２２】
ここでセンサヒータ４８ａをＯＦＦするのは、排気管路４７が４０℃にも達していないうちから、センサヒータ４８ａを通電していると、排気管路４７に凝縮水が存在し得る状態で、センサ素子４８ｂが高温になるため、被水により排気ガスセンサ４８が破損する危険性があるからである。
【０１２３】
Ｓ９０５においてセンサヒータをＯＦＦした後及びＳ９０４においてセンサヒータが既にＯＦＦしていると判断された後には、Ｓ９０６に進み、燃焼バーナ４３をＯＮする。そしてＳ９０７において熱媒体の温度を温度センサ４２により検知し、排気管路４７の温度を推定する。この処理は、Ｓ９０１及びＳ９０２において実行した処理と同じである。
【０１２４】
その後、Ｓ９０８において、Ｓ９０７で推定された排気管路４７の温度が４０℃以上かどうかの判断を行う。ここで、４０℃未満であると判断された場合には、Ｓ９０７に戻り、再度熱媒体の温度を検知し、排気管路４７の温度を推定する。そしてこの処理をＳ９０８で排気管路４７の温度が４０℃以上であると判断されるまで繰り返す。
【０１２５】
Ｓ９０８で排気管路４７の温度が４０℃以上と判断された場合には、Ｓ９０９に進み、センサヒータ４８ａをＯＮする。ここでセンサヒータ４８ａをＯＮするのは、排気管路４７の温度が４０℃に達した後、センサヒータ４８ａをＯＮすれば、排気管路４７の温度が５０℃以上、すなわち排気管路４７に凝縮水が存在しないであろうと判断される温度に達した後に、センサ素子４８ｂが被水により素子割れが生じる程度の高温になることが期待できるため、被水による排気ガスセンサ４８の破損を確実に防止することができるからである。
【０１２６】
ここで、センサヒータ４８ａの通電を、排気管路４７が４０℃の時に開始すれば、排気管路４７の温度が５０℃以上、すわなち、排気管路４７に凝縮水が存在しないであろうと判断される温度に達した直後に、センサ素子４８ｂの温度が被水により素子割れを生じる程度の高温になるということは、予め実験により確認された知見に基づいている。
【０１２７】
Ｓ９０９でセンサヒータ４８ａをＯＮした後は、Ｓ９１０に進み、温度センサ４２によって熱媒体の温度を検知し、排気管路４７の温度を推定する。そして、Ｓ９１１において、排気管路４７の温度が５０℃以上であると判断されるまで、Ｓ９１０及びＳ９１１の処理を繰り返す。そして、Ｓ９１１において排気管路４７の温度が５０℃以上であると判断された場合には、Ｓ９１２に進み、燃焼バーナ４３をＯＦＦして本ルーチンを終了する。
【０１２８】
ここで、Ｓ９０３に戻り、Ｓ９０３において排気管路４７の温度が既に４０℃以上であると判断された場合には、Ｓ９１３に進み、センサヒータ４８ａが既にＯＮしているかどうかを判断する。センサヒータ４８ａがＯＦＦ状態であると判断された場合には、Ｓ９１４に進みセンサヒータ４８ａをＯＮする。
【０１２９】
そして、Ｓ９１３センサヒータ４８ａが既にＯＮしていると判断された後及び、Ｓ９１４においてセンサヒータ４８ａをＯＮした後はＳ９１５に進み、温度センサ２４により熱媒体の温度を検知し、排気管路４７の温度を推定する。これはＳ９０１及びＳ９０２における処理と同じである。そして、Ｓ９１６において推定した排気管路４７の温度が５０℃以上かどうか判断する。
【０１３０】
Ｓ９１６において排気管路４７の温度が既に５０℃以上であると判断された場合には、排気管路４７は、既に凝縮水が存在しないであろうと判断される状態であるのでそのまま本ルーチンを終了する。一方、Ｓ９１６において５０℃未満と判断された場合には、Ｓ９１７に進み、燃焼バーナ４３をＯＮする。そして、Ｓ９１８に進み、ここでも、熱媒体の温度を検知し、排気管路４７の温度を推定する。
【０１３１】
そしてＳ９１９において排気管路４７の温度が５０℃以上かどうか判断する。５０℃未満であると判断した場合には、Ｓ９１８に戻り再度熱媒体の温度を検知し、排気管路４７の温度を推定する処理を行う。そして、Ｓ９１９において排気管路４７の温度が５０℃以上であると判断されるまで、この処理を繰り返す。
【０１３２】
そして、Ｓ９１９において排気管路４７の温度が５０℃以上と判断されると、Ｓ９２０に進み燃焼バーナ２３をＯＦＦして本ルーチンを抜ける。
【０１３３】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、二重管構造部４０の内管である排気管路４７の底部には、排気管路４７内に発生した凝縮水を回収するための凝縮水回収孔４７ａが複数設けられているので、排気管路４７内に発生した凝縮水が排気管路４７と外管部４０ａとの間を循環する熱媒体である水に流入し、排気管路４７内からは消失させることができる。
【０１３４】
また、本実施の形態においては、二重管構造部４０及び循環チューブ４１内を循環する熱媒体は、図示しない電動ポンプによって、循環流量が所定流量以下になるよう制御されているので、排気管路４７に設けた凝縮水回収孔４７ａから、熱媒体があふれ出し、逆に、あふれ出した熱媒体が高温のセンサ素子４８ｂにかかることにより排気ガスセンサ４８が破損することを防止することができる。
【０１３５】
さらに、本実施の形態における排気系制御ルーチンにおいては、排気管路４７内で、凝縮水が存在し得なくなる温度である第１温度５０℃とは別に、排気ガスせんさ４８のセンサ素子４８ｂを加熱するセンサヒータ４８ａへの通電を開始する第２温度を４０℃に設定しているため、燃焼バーナ４３をＯＮすることにより排気管路４７を加熱と、センサヒータ４８ａをＯＮすることによるセンサ素子４８ｂの加熱を独立に行うことができる。
【０１３６】
特に本実施の形態の場合は、排気管路４７の温度が４０℃に達した後、センサヒータ４８ａをＯＮし、排気管路４７の温度が５０℃以上、すなわち排気管路４７に凝縮水が存在しないであろうと判断される温度に達した後に、センサ素子４８ｂの温度が被水により素子割れが生じる程度の高温になるようにすることにより、被水による排気ガスセンサ４８の破損を確実に防止することができると同時に、センサ素子４８ｂが活性化するまでの時間を短縮することができ、早期にエミッション制御を開始することができる。
【０１３７】
なお、本実施の形態においては、上述のように、予め実験により得た知見に基づいて、センサヒータ４８ａの通電を開始する第２温度を４０℃に設定したが、この第２温度は、排気系の熱容量や内燃機関１の出力などに応じて他の値を採用してよいことはもちろんである。また、この値として、５０℃あるいはそれ以上の値である６０℃等を採用してもよい。
【０１３８】
例えば、第２温度として６０℃を採用した場合には、排気管路４７の温度が凝縮水が存在しないであろうと判断される第１温度である５０℃に達してもセンサヒータ４８ａによるセンサ素子４８ｂへの加熱をせず、より高い第２温度である６０℃に達したときにセンサヒータ４８ａがセンサ素子４８ｂへの加熱を開始するので、より充分なマージンをもって、被水による排気ガスセンサ４８の破損を防止することができる。さらに、第２温度として、上記第１温度と同じ５０℃を採用した場合にも、凝縮水の被水による排気ガスセンサの破損を良好に防止することができる。
【０１３９】
なお、本実施の形態において、凝縮水状況判断手段及びセンサ素子加熱禁止手段は、排気系制御ルーチンを記憶したＲＯＭを備えたＥＣＵ２０を含んで構成される。
【０１４０】
また、熱媒体流量制御手段は、図示しないポンプ及びポンプ駆動電流を制御するＥＣＵ２０を含んで構成される。
【０１４１】
（第４の実施の形態）
次に、第４の実施の形態について説明する。ここでは、前述の第１の実施の形態と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略するものとする。その他の構成および作用については第１の実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【０１４２】
本実施の形態においては、二重管構造部４０及び、循環チューブ４１によって形成される熱媒体循環路内に、保温手段である保温器５０を配置した例について説明する。図１０には、本実施の形態における排気管路４７の二重管構造部４０付近の断面図を示す。本実施の形態では、循環チューブ４１の途中に保温器５０を設けている。
【０１４３】
図１１に、本実施の形態において使用される保温器５０の概略構成図を示す。保温器５０は、熱媒体循環路を形成する循環チューブ４１に接続してあり、燃焼バーナ４３によって加熱され高温となった熱媒体を貯留し熱を蓄え、例えば機関始動時等に高温の熱媒体を循環チューブ４１を介して二重管構造部４０に供給し、排気管路４７の温度を早期に上昇させる。
【０１４４】
保温容器５０ａはその中に貯留した熱媒体の温度を長時間保てるように内外二層の壁材間に真空層５０ｂを設け、この真空層５０ｂに熱伝導率の低い材料を細かくしたもの等を充填することで熱の伝導・対流・輻射の程度が少なくなるようにしてある。
【０１４５】
そして、保温容器５０ａにおいては、燃焼バーナ４３によって加熱された熱媒体が循環チューブ４１を介して熱媒体供給路５０ｄから流入し、蓄熱空間５０ｃ内で保温されていた熱媒体は、熱媒体排出路５０ｅから循環チューブ４１に排出され、二重管構造部４０に流入する。
【０１４６】
本実施の形態においては、循環チューブ４１の、燃焼バーナ４３の下流側にこのような保温器５０を設けたことにより、運転終了後の車両停止時にも、熱媒体の温度を高温に維持しておくことが可能であり、次回の運転開始時に、最初から高温の熱媒体を二重管構造部４０に供給することができ、排気管路４７の温度を早期に高温にすることができる。
【０１４７】
結果として、排気管路４７を早期に、凝縮水の存在しないであろうと判断される温度まで上昇させることができ、早期に排気ガスセンサ４８のセンサヒータ４８ａの通電を開始することにより、早期にエミッション制御を開始することができる。
【０１４８】
なお、上記した保温器５０については、図１１に示したものと別の構造のものを用いてよいことはもちろんである。例えば、上記で説明したような保温器５０を設ける代わりに、あるいは上記の保温器５０に加えて、熱媒体循環路を構成する二重管構造部４０及び、循環チューブ４１の周りを断熱材で覆ってもよく、この場合でも同上の効果が得られる。そして、このような構成をとった場合には燃焼バーナ４３によって加熱された熱媒体の熱が外部に逃げにくくなるため、より早期に排気管路４７を加熱でき、より早期のエミッション制御の開始が可能となる。
【０１４９】
なお、本実施の形態で示した保温器５０は、二重管構造部４０を有さずに、循環チューブ４１を排気管路４７のまわりに螺旋状に巻回する構成など、他の構成を採用した排気管路加熱手段とともに適用されてもよい。また、第２及び第３の実施の形態に示した排気系制御システムに適用されてもよい。
【０１５０】
【発明の効果】
上述のように本発明にあっては、内燃機関の排気管路の温度を、内燃機関から排出される排気ガスの影響を受けずに正確に検知することができ、結果として凝縮水を被水することによる排気ガスセンサの破損をより確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明における第１の実施の形態に係る排気管路の二重管構造部付近の詳細を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明における第１の実施の形態に係る排気ガスセンサの概略構成を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明における第１の実施の形態に係る燃焼バーナの概略構成を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明における第１の実施の形態に係る排気系制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】図６は、本発明における第２の実施の形態に係る排気管路加熱ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】図７は、本発明における第２の実施の形態に係るセンサ素子加熱ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】図８（ａ）は、本発明における第３の実施の形態に係る排気管路の二重管構造部付近の詳細を示す断面図である。同図（ｂ）は、本発明における第３の実施の形態に係る二重管構造部における排気管路底部の詳細を示した断面図である。
【図９】図９は、本発明における第３の実施の形態に係る排気系制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明における第４の実施の形態に係る排気管路の二重管構造部付近の詳細を示す断面図である。
【図１１】図１１は、本発明における第４の実施の形態に係る保温器の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１…内燃機関
２０…ＥＣＵ
２１…気筒
４０…二重管構造部
４１…循環チューブ
４２…温度センサ
４３…燃焼バーナ
４７…排気管路
４７ａ…凝縮水回収孔
４８…排気ガスセンサ
４８ａ…ヒータセンサ
４８ｂ…センサ素子
５０…保温器
【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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