(57)【要約】【課題】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とともに、極力早く排気ガスセンサを活性させて排気ガス低減を可能とする。【解決手段】排気管壁温推定部が、供給熱量算出マップ、壁温加算値マップ、壁温減算値マップを参照して、排気温度センサから検出された排気温度、エアフロメータから検出されたガス流量、および外気温センサによって検出された外気温から逐次求められる排気管内の推定壁温を算出すると共に排気管壁露点温度算出部は、露点温度算出マップを参照して、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、凝縮水量推定部は、凝縮水積算量算出マップを参照して、推定壁温と露点温度とから相対壁温を求め、相対壁温および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。【選択図】  図１
2013234573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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内燃機関の制御装置において、
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、
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第一の凝縮水量推定手段と、
前記内燃機関始動時の冷却水温度と吸入空気温度と外気温度のうち少なくとも一つから予め想定される温度域での最大凝縮水量を予測する第二の凝縮水量推定手段と、
前記凝縮水量または前記最大凝縮水量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、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の始動時に前記所定値と前記最大凝縮水量とを比較して前記所定値が大きい場合、
前記加熱制御手段は、始動後直ちに前記ヒータの通電を許可することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関始動時に前記所定値と前記最大凝縮水量とを比較して前記所定値が小さい場合、
前記加熱制御手段は、前記ヒータへの通電を許可しないことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項３記載の内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関始動後に前記凝縮水量が蒸発による減少を始めた時点で前記所定値よりも小さい場合、
前記加熱制御手段は、前記ヒータへの通電を許可することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項３記載の内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関始動後に前記凝縮水量が蒸発による減少を始めた時点で前記所定値よりも大きい場合、
前記加熱制御手段は、前記凝縮水量が前記所定値以下となるまで前記ヒータへの通電を許可しないことを特徴とする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（特開２００４−３１６５９４号公報）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】
上記目的を達成するため、上述のような従来の内燃機関の制御装置にあって、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、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。
【０００６】
より詳しくは、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を新たに設ける必要があるため、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。
【０００７】
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】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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】
【００１４】
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】
【００１５】
【図１】システム構成図。
【図２】エンジン制御装置の制御構成。
【図３】排気センサの構造。
【図４】排気センサの制御構成。
【図５】始動後経過時間と素子温度。
【図６】エンジン運転中の凝縮水推定方法。
【図７】エンジン停止中の凝縮水推定方法。
【図８】ヒータ通電方法。
【図９】ヒータ通電方法。
【図１０】ヒータ通電方法。
【図１１】ヒータ通電タイミングの設定方法。
【図１２】ヒータ通電タイミングの設定方法。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１７】
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。
【００１８】
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、前述した図３に示されるリニア空燃比センサ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。
【００１９】
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３Ａ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。
【００２０】
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ＯＮ・ＯＦＦ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。
【００２１】
図４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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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５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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
また、コントロールユニット１２０は、凝縮水量推定制御によって排気管１０９内で生じる凝縮水量Ｍconを推定する。
【００３１】
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。  
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。
【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。
【００３５】
ΔＭcon＝Ｍwgs×Ｃ×Δｔ
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。
【００３６】
Ｍcon＝Ｍcon＋ΔＭcon
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ＯＦＦ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。  
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ＯＦＦまでの期間）は、エンジン運転中の推定方法（図６参照）で排気管温度Ｔpを推定し、エンジン停止中（ＩＧスイッチのＯＮ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７参照）で排気管温度Ｔpを推定する。
【００４０】
図６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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
Ｋin＝Ｋin0×α
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
Ｔp＝Ｔp＋ΔＴp
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。
【００５３】
一方、図７に示すように、エンジン停止中（ＩＧスイッチのＯＮ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。
【００５４】
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。
【００５５】
Ｔp＝（Ｔpz−Ｔa）×Ｄ＋Ｔa
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。
【００５６】
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。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。
【００５７】
上記凝縮水量の推定値は、エンジンの始動直後は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）とを比較する手法では、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（通電閾値Ｍ１）を超えるか否か、言い換えれば、凝縮水量の最大値が通電閾値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。
【００５８】
したがって、本発明実施例では、次のような処理を行う。  
すなわち、図１１、図１２に記載のように、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。
【００５９】
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。
【００６０】
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（この時点において切り換え指令が発せられる）。
【００６１】
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）を超えている場合は、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（通電閾値Ｍ１）以下である場合は、凝縮水量がその後に通電閾値Ｍ１を超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を超えた時点でヒータへの通電を開始するようにされる。
【００６２】
ここで、本発明実施例のリニア空燃比センサ１０のヒータ通電方法としては、エンジン始動時の冷却水温度や吸入空気温度や外気温度から予め当該温度域での凝縮水発生量を、例えば図１１、図１２に記載のマップで予測し、凝縮水量推定値Ｍconの通電閾値Ｍ１と比較することで、ヒータ通電の可否判断を行う。
【００６３】
図８記載のように、凝縮水発生量予測値よりも通電閾値Ｍ１が大きい場合、始動時に該当水温域ではセンサ素子割れする程の凝縮水が発生しないことが予測できるため、エンジン始動直後からヒータを通電させる。
【００６４】
図９記載のように、凝縮水発生量予測値よりも通電閾値Ｍ１が小さい場合、センサ素子割れする程の凝縮水が発生する可能性があるため、始動直後にはヒータ通電を開始しない。始動した後に蒸発により凝縮水が減少し始めた時、所定値Ｍ１よりも凝縮水量推定値Ｍconが小さければ、センサ素子割れする程の凝縮水が発生しないと判断できるため、蒸発し始めた時点でヒータに通電開始する。
【００６５】
図１０記載のように、一方、始動した後に蒸発により凝縮水が減少し始めた時、所定値Ｍ１よりも凝縮水量推定値Ｍconが大きければ、センサ素子割れするため、凝縮水量推定値Ｍconが所定値Ｍ１以下となるまでヒータに通電しない。
【００６６】
このように本発明では、冷却水温度や吸入空気温度や外気温度から凝縮水発生量を予測して、予測された凝縮水発生量に基づいてヒータへの通電タイミングを可変するので、想定される温度領域に基づいて適切なタイミングでヒータへの通電タイミングを設定できるので、リニア空燃比センサ１０の素子割れを防止できる。
【符号の説明】
【００６７】
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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