JP2001214788A

JP2001214788A - 排気管壁温推定装置を備えた内燃機関

Info

Publication number: JP2001214788A
Application number: JP2000023324A
Authority: JP
Inventors: Shinji Ikeda; 愼治池田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-01-27
Filing date: 2000-01-27
Publication date: 2001-08-10

Abstract

(57)【要約】【課題】温度センサが無くても機関停止後再始動までの
時間の長短に拘わらず、排気管壁温を正確に推定し空燃
比センサのセンサ素子への損傷を防止すること。【解決手段】機関停止時点及び再始動時点での各機関冷
却水温度ＴＨＷ１，２を検出する温度センサと、該温度
センサが検出した前記温度ＴＨＷ１，２に基づき排気管
壁温変化係数ＫＴＥＸを求める排気管壁温変化係数算出
手段ＥＣＵと、機関が停止した時点での排気管壁温ＴＥ
Ｘ１を推定する機関停止時排気管壁温推定手段ＥＣＵ
と、機関停止時排気管壁温推定手段ＥＣＵにより推定し
た機関停止時点での排気管壁温ＴＥＸ１及び排気管壁温
変化係数算出手段ＥＣＵにより求めた排気管壁温変化係
数ＫＴＥＸに基づき、機関再始動時の排気管壁温ＴＥＸ
２を求める機関再始動時排気管壁温推定手段ＥＣＵとを
有する排気管壁温推定装置を備えた内燃機関。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機関排気管の壁面
温度を推定する排気管壁温推定装置を備えた内燃機関に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関のインジェクタ等の燃料
噴射装置は、酸素センサ（Ｏ₂センサ）や空燃比センサ
（Ａ／Ｆセンサ）から送られて来る信号によって燃料の
噴射量の増減を機関の運転状態に合わせて繰り返し行う
ことで排気管途中に設けられる排気浄化用触媒が有効に
機能するように、排気空燃比を機関の運転状態に応じて
特定範囲に限定する排気空燃比制御の実行に供される。

【０００３】酸素センサは、試験管状に形成されたジル
コニア素子の内外両表面に白金の薄膜をコーティングし
たものを利用する。ジルコニア素子は、前記両表面に酸
素濃度差があると起電力を生じ、また酸素センサの温度
が高くなると白金の触媒作用で理論空燃比を境にして前
記起電力が急激に変化するという特性がある。

【０００４】酸素センサは、このようなジルコニア素子
の特性を利用したもので、排気管内に取り付ける。酸素
センサを排気管内に取り付けることにより、排気管内に
おいてジルコニア素子の外面は排気ガスに曝される。ま
た、ジルコニア素子の内面には大気が導入されるように
なっており、よってジルコニア素子の内面は大気と接す
る。酸素センサは、このようなしくみになっているの
で、前記のようにジルコニア素子の内外両表面に酸素濃
度差ができると起電力を生じ、これにより排気ガス中の
酸素濃度を検出する。

【０００５】酸素センサの内側に導入された大気中の酸
素濃度は常に一定している。したがって、排気ガス中の
酸素濃度によって外側と内側とでは酸素濃度差に変化が
生じる。すなわち、気筒内の混合気が薄い場合は、排気
ガス中の酸素濃度は高くなり大気との酸素濃度差は小さ
くなる。反対に気筒内の混合気が濃い場合は、排気ガス
中の酸素濃度は低くなり大気との酸素濃度差は大きくな
る。酸素濃度差が大きいほど起電力は大きく、酸素濃度
差が小さいほど起電力は小さい（ほとんどゼロ）。

【０００６】この原理の利用により、酸素センサは排気
空燃比が理論空燃比よりも濃いとリッチ空燃比であるこ
とを示すリッチ信号を、薄いとリーン空燃比であること
を示すリーン信号を出力するようになっている。換言す
ると、前記リッチ信号をＯＮとし、前記リーン信号をＯ
ＦＦとすれば、酸素センサは、ＯＮ／ＯＦＦ信号を出力
しこの出力信号を車輌が搭載するコンピュータ、すなわ
ちエンジンの制御装置である電子制御ユニット（Electr
onic Control Unit：ＥＣＵ、以下「ＥＣＵ」と称す
る）に送る。

【０００７】そして、ＥＣＵは前記酸素センサの出力信
号に基づいて前記のようにインジェクタから噴射する燃
料の量を増減する。一方の空燃比センサにあっても基本
原理は酸素センサと同じである。しかし、空燃比センサ
にあってはその構造上リニアに起電力が発生する。した
がって、空燃比センサにあっては、ストイキ点（理論空
燃比点）はもちろん、リッチ領域からリーン領域までの
全領域に亘って空燃比測定が可能である。

【０００８】このため、酸素センサよりも空燃比センサ
を利用して気筒内への燃料噴射制御、延いては排気空燃
比制御を行うことが好適である。よって、排気ガス規制
が強化されている今日にあっては、酸素センサの代わり
に空燃比センサを利用する割合が増加する傾向にある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、排気ガス規
制に適応するためには、始動時から空燃比制御を行って
排気ガスから出る有害ガスを少しでも低減させることが
急務となっている。

【００１０】一方、空燃比センサが有効に機能するに
は、空燃比センサの温度がある程度高まっている必要が
ある。しかし、従来の空燃比センサは熱マス（熱容量）
が大きいので、前記ジルコニア等からなるセンサ素子の
温度は速やかに上昇しにくい。また、一個あたりの単価
が高い。

【００１１】このような背景の下、センサ素子の温度を
速やかに上昇できるようにするとともに低コストでの空
燃比センサの製造が可能な技術の提供が望まれ、それに
応えるべく、積層型空燃比センサと呼ばれる新しいタイ
プの空燃比センサが提供されるようになった。また、例
えば、特開平１０−３３２６２８号公報に記載されてい
るように酸素センサに取り付けたヒータを利用してセン
サ素子の温度を上昇させる技術も提案されている。

【００１２】また、エンジン始動後、排気管が一旦高温
になった後でエンジンが停止し、その後排気管の壁温が
低下して外気温に近づいて行くと排気管内には結露によ
って水滴ができる。特に、寒冷時のように外気温と排気
管壁温との差が大きい場合、結露は顕著になる。よっ
て、寒冷時にエンジンを切った場合には、排気管温度が
急速に低下するので、大気中の水蒸気が短時間で凝結し
て排気管壁面に比較的多くの水滴が付く。露点温度は、
排気管壁面温度がだいたい５６℃位にまで下がった時で
ある。

【００１３】ところで、前記新しいタイプの積層型空燃
比センサは、その温度が例えば前記ヒータによって暖め
られて７００℃位の高温状態にある時にこの積層型空燃
比センサに排気管内で結露等によって生じた水がかかる
（被水する）と、その構成要素である素子にひび割れ等
の損傷を生じる虞がある。これは従来の空燃比センサに
比べ、積層型空燃比センサは、その構造上、熱マス（熱
容量）が小さいため熱応力に弱いことに起因する。

【００１４】そして、前記のような損傷が生じると、積
層型空燃比センサはその機能を発揮できなくなる。空燃
比センサが機能しなければ排気空燃比制御もできず、そ
れ故、排気浄化用触媒による排気浄化もできなくなって
しまう。

【００１５】このため、積層型空燃比センサへの被水に
因るひび割れ防止を図る関係上、排気管壁温が結露しな
い露点温度以上になるまでは、前記ヒータを車輌に備え
ている場合でも該ヒータを利用して積層型空燃比センサ
を昇温することができないことになる。

【００１６】よって、排気管壁温を正確に検出すること
は、排気管壁温が前記露点温度以上にあるかどうかを確
認する上で、換言すれば結露が排気管内に生じない運転
状態にエンジンがあるかどうかを判定する上で極めて重
要となる。排気管に温度センサを設けることも可能であ
るが、この対処のしかたではコスト・アップにつながり
好ましくない。

【００１７】実用上、外気温および機関冷却水温度につ
いては、それぞれエア・フロー・メータ内に設けられる
吸気温センサおよびウォータ・ジャケット内に設けられ
る水温センサによってそれらの実際の温度が検出され
る。そして、これら外気温や機関冷却水温度に加え、実
際に検出がなされるエンジン回転数や吸入空気量を電気
信号に変換して前記ＥＣＵに送り、それらの情報を特定
の算式やマップに基づいてＥＣＵが演算することで排気
管壁温を温度センサを用いないでも推測することが行わ
れる。

【００１８】そして、前記積層型空燃比センサのセンサ
素子のひび割れ等の損傷に対処するためには機関の運転
状態に合わせて排気管壁温をＥＣＵにより常に把握して
おく必要があり、そのための基礎となる数値として排気
管壁温の初期値が極めて重要なパラメータとして含まれ
る。よって、この初期値に狂いがあると、機関運転状態
によって絶えず変化する排気管壁温を正確にサーチでき
ないことになる。

【００１９】エンジン停止後完全に冷え切った状態にエ
ンジンがあれば、排気管壁温と外気温とは一致する。し
たがって、その場合には、排気管壁温の推定を行うにあ
たり外気温を排気管壁温の初期値として好適に利用でき
る。しかし、エンジン停止後時間がまだあまり経ってい
ない状態でエンジンの再始動をした場合には、外気温を
排気管壁温の初期値として利用することはもはやできな
い。なぜならば、この場合、排気管壁温の方が外気温よ
りも高いことが多く（すなわち、両者の温度が一致しな
い）、それにも拘わらず、外気温を排気管壁温の初期値
として利用すれば、実際の排気管壁温の初期値と異なる
温度値に基づいて排気管壁温が推定されることになり、
排気管壁温を正確に推定することができなくなってしま
う虞があるからである。

【００２０】本発明は、上記実状に鑑みてされたもので
あり、その解決しようとする課題は、排気管に温度セン
サを設けなくても、また、エンジン停止後、エンジンを
再始動するまでの時間の長短に拘わらず、排気管壁温を
正確に推定することで、積層型空燃比センサのセンサ素
子へのひび割れ等の損傷を防止できる排気管壁温推定装
置を備えた内燃機関を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、上記
のような課題を解決するために以下の手段を採用した。（１）本発明に係る排気管壁温推定装置を備えた内燃機
関は、機関が停止した時点および再始動した時点でのそ
れぞれの機関冷却水温度を検出する機関冷却水温度検出
手段と、この機関冷却水温度検出手段が検出した前記２
つの機関冷却水温度に基づいて、排気管壁温の変化係数
を求める排気管壁温変化係数算出手段と、機関が停止し
た時点での排気管壁温を推定する機関停止時排気管壁温
推定手段と、この機関停止時排気管壁温推定手段によっ
て推定された機関停止時点での排気管壁温および前記排
気管壁温変化係数算出手段によって求めた前記排気管壁
温の変化係数に基づいて、機関再始動時の排気管壁温を
求める、機関再始動時排気管壁温推定手段とを有する。

【００２２】ここで、「機関が停止した時点」とは、イ
グニッション・スイッチ（以下「ＩＧ」という。）を切
った時点のことであり、同様に「機関が再始動した時
点」とは、ＩＧを入れた時点のことである。

【００２３】「機関冷却水温度検出手段」とは、例えば
水温センサのことである。「排気管壁温変化係数算出手
段，機関停止時排気管壁温推定手段，機関再始動時排気
管壁温推定手段」は、ＥＣＵのことである。

【００２４】（２）排気管壁温変化係数算出手段によっ
て算出される排気管壁温の変化係数は、前記機関停止時
点での機関冷却水温度を前記機関再始動時点での機関冷
却水温度から減じたものを、前記機関の停止時点から再
始動した時点までの時間で除して得た機関冷却水の温度
変化係数に基づいて求めるとよい。

【００２５】（３）機関停止時排気管壁温推定手段によ
り機関が停止した時点での排気管壁温の推定は、機関が
停止する直前の機関回転数と、吸入空気量と、外気温と
から推定できる。

【００２６】（４）機関再始動時の排気管壁温は、前記
排気管壁温の変化係数に機関の停止時点から再始動した
時点までの時間を乗じて得た値を機関停止時点での排気
管壁温から減ずることで求めるとよい。

【００２７】本発明では、機関停止時排気管壁温推定手
段によって推定された機関停止時点での排気管壁温，前
記排気管壁温変化係数算出手段によって求めた前記排気
管壁温の変化係数が求まれば、それらに基づいて機関再
始動時排気管壁温推定手段により機関再始動時の排気管
壁温を推定できる。すなわち、排気管に温度センサを設
けなくてもよくなる。

【００２８】また、機関停止時点での排気管壁温と排気
管壁温の変化係数とが求まれば、エンジン停止後、エン
ジンを再始動するまでの時間の長短に拘わらず、再始動
時の排気管壁温、換言すれば、再始動時の排気管壁温の
初期値を推定できる。

【００２９】機関停止時点での排気管壁温は、前記のよ
うに機関が停止する直前の機関回転数，吸入空気量，外
気温がわかれば、それらから推定できる。機関回転数
と、吸入空気量と、外気温は実測値として検出されるの
で、機関停止時点での排気管壁温を簡単に求められる。

【００３０】また、排気管壁温の変化係数は、前記機関
停止時点での機関冷却水温度を前記機関再始動時点での
機関冷却水温度から減じたものを、前記機関の停止時点
から再始動した時点までの時間で除して得た機関冷却水
の温度変化係数が求まれば、それに適宜の定数を掛け合
わすことで簡単に求められる。

【００３１】このように、本発明にあっては、排気管に
温度センサを設けなくても、また、エンジン停止後、エ
ンジンを再始動するまでの時間の長短に拘わらず、再始
動時での排気管壁温、換言すれば、再始動時の排気管壁
温の初期値を正確に推定できる。よって、それ以降、内
燃機関の運転状態に応じた排気管壁温を正確に推定でき
る。この結果、積層型空燃比センサのセンサ素子へのひ
び割れ等の損傷を防止できる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る排気管壁温推
定装置を備えた内燃機関の具体的な実施態様について図
面に基づいて説明する。

【００３３】図１は、本発明に係る排気管壁温推定装置
を備えた内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示
す内燃機関Ａは、４気筒エンジンであって、内部に図示
しないシリンダを備えたシリンダ・ブロック１を有す
る。また、各シリンダは燃焼室（図示せず）を備え、そ
こに吸気通路２と排気通路３とを連通してある。

【００３４】吸気通路２には、上流側からシリンダ・ブ
ロック１へ向けて順次、吸入空気中の塵や埃等を取り除
くためのエア・クリーナ・ボックス４，図示しないアク
セル・ペダルの操作に連動して開閉されることにより吸
入空気量を制御するスロットル・バルブ５，吸入空気の
脈動を平滑化するためのサージ・タンク６，吸気分岐管
であるインテーク・マニホールド７が配置され、これら
吸気系構造物を介して外気が前記シリンダに取り込まれ
る。

【００３５】インテーク・マニホールド７には、各シリ
ンダに燃料を噴射供給するインジェクタ８Ａ，８Ｂ，８
Ｃ，８Ｄが取り付けられている。そして、これらのイン
ジェクタ８Ａ〜８Ｄから噴射される燃料と吸気通路２内
に導入された外気とからなる混合気は、前記各燃焼室内
に導入される。

【００３６】この導入された混合気に着火するために、
シリンダ・ブロック１には、点火プラグ９Ａ，９Ｂ，９
Ｃ，９Ｄが取り付けられている。点火プラグ９Ａ〜９Ｄ
は、ディストリビュータ１１にて分配され点火信号に基
づいて作動する。

【００３７】ディストリビュータ１１は、イグナイタ１
２から出力される高電圧をエンジンＡのクランク角に同
期して点火プラグ９Ａ〜９Ｄに分配する。そして、点火
プラグ９Ａ〜９Ｄの点火によって、燃焼室内に導入され
た混合気はそこで燃焼し、その結果、エンジンＡの駆動
力が得られる。このように燃焼室で生成した燃焼ガスは
排気通路３を通じて大気中に排出される。

【００３８】排気通路３には、エンジンＡから下流側に
向けて順次排気集合管である排気マニホールド１３，排
気浄化装置である触媒コンバータ，図示しない消音器で
あるマフラ等の排気系構造物が配置されている。

【００３９】エンジンＡの運転状態を検出するために、
吸気圧センサ１５，吸気温センサ１６，スロットル・セ
ンサ１７，積層型空燃比センサ１８，機関冷却水温度検
出手段である水温センサ１９，回転数センサ２０，気筒
判別センサ２１，車速センサ２２その他のセンサが設け
られている。

【００４０】吸気圧センサ１５はサージ・タンク６に設
けられ、吸気管圧力を検出する。吸気温センサ１６はエ
ア・クリーナ・ケース内に設けられ、エンジンＡに吸入
される空気の温度を検出する。

【００４１】スロットル・センサ１７は、スロットル・
バルブ５の近傍に設けられ、そのスロットル・バルブ５
の開度であるスロットル開度を検出するとともにスロッ
トル・バルブ５が全閉か否かを検出するアイドル・スイ
ッチを内蔵している。

【００４２】積層型空燃比センサ１８は、排気マニホー
ルド１３と触媒コンバータ１４との間に設けられ、排気
空燃比を検出する。水温センサ１９は、ウォータ・アウ
トレット・ハウジング等に取り付けられ、エンジンＡの
機関冷却水の温度を検出する。

【００４３】回転数センサ２０は、ディストリビュータ
１１に内蔵された図示しないロータの回転からエンジン
回転数を検出する。気筒判別センサ２１は、同じくディ
ストリビュータ１１のロータの回転に応じて、エンジン
Ａのクランク角の変化を所定の割合で検出する。

【００４４】車速センサ２２は、エンジンＡに連結され
たトランスミッションに設けられ、車速を検出する。前
記各インジェクタ８Ａ〜８Ｄおよびイグナイタ１２は、
ＥＣＵ２３に電気的に接続されている。ＥＣＵ２３に
は、吸気圧センサ１５，吸気温センサ１６，スロットル
・センサ１７，積層型空燃比センサ１８，回転数センサ
２０，気筒判別センサ２１および車速センサ２２がそれ
ぞれ接続されている。そして、ＥＣＵ２３はこれら各セ
ンサ１５〜２２の出力センサに基づいて、インジェクタ
８Ａ〜８Ｄおよびイグナイタ１２の作動を制御する。

【００４５】次にＥＣＵ２３の電気的構成について図２
のブロック図を参照しながら説明する。ＥＣＵ２３は、
中央処理装置として前記各センサから送られてくる情報
に基づいて演算するＣＰＵ２４と、ＣＰＵ２４で演算処
理を実行するために必要な各種制御プログラムや初期デ
ータを予め記憶している読み出し専用メモリ（以下ＲＯ
Ｍ）２５と、ＣＰＵ２５の演算結果を一時的に記憶して
おくランダム・アクセス・メモリ（以下ＲＡＭ）２６
と、電源が切れた後にも各種データを保持するように、
バッテリによってバックアップされているバックアップ
ＲＡＭ２７と，前記各種センサが接続された外部入力回
路２８と、インジェクタ８Ａ〜８Ｄおよびイグナイタ１
２がそれぞれ接続されている外部出力回路２９とを有す
る。そして、これらは互いにバス３１によって接続され
ている。

【００４６】ＣＰＵ２４は、外部入力回路２８を介して
各センサ１５〜２２からの出力信号を入力値として読み
込む。また、ＣＰＵ２４はこれら入力値に基づき、外部
出力回路２９を介してインジェクタ８Ａ〜８Ｄおよびイ
グナイタ１２の作動を制御する。

【００４７】ＣＰＵ２４は、予め設定された制御プログ
ラムに従って各種演算処理を実行する。すなわち、ＣＰ
Ｕ２４は、吸気圧センサ１５等の運転状態検出手段によ
り検出された機関運転状態に応じた好適な各種ルーチン
を実行するに必要な演算を行う。

【００４８】次にＥＣＵ２３によって処理される前記ル
ーチンの一つである排気管壁温推定のための排気管壁温
初期値決定ルーチンの実行プログラムについて図３およ
び図４を参照して説明する。

【００４９】図３および図４は、本来であれば同一の紙
面にまとめて示されるべきものであるが、紙面のスペー
スの関係で分断してある。図３に示す（１）および
（２）の符号および図４に示す（１）および（２）の符
号は、同一の符号同士で対応しており、処理の移行先を
案内する。例えば、図３に示す（１）および図４に示す
（１）の符号は対応しており、図３の（１）に係るルー
トにおける処理は、図４の（１）に係るルートに移行し
てそのまま図４で続行することを意味する。

【００５０】このプログラムは、以下に述べるステップ
１０１〜１１２のステップからなる。また、これらのス
テップからなるプログラムは、必要に応じてＲＯＭから
呼び出される。前記各ステップにおける処理は、すべて
ＥＣＵ２３のＣＰＵ２４による。なお、記号Ｓを用い、
例えばステップ１０１であればＳ１０１と省略して示
す。

【００５１】処理がこのルーチンに移行すると、Ｓ１０
１では、エンジンが停止しているかどうかを判定する。
Ｓ１０１で肯定判定すればＳ１０２に進み、否定判定す
れば、このルーチンを終了する。

【００５２】本ルーチンは、一旦エンジンが停止した後
に再始動した時点での排気管壁温の初期値を推定するも
のなので、停止していないエンジンは対象外だからであ
る。Ｓ１０２では、エンジンＡが停止した時点での水温
ＴＨＷ１を検出し、その値をＲＡＭに記憶する。また、
エンジンＡが停止した時点での排気管壁温ＴＥＸ１をエ
ンジン停止直前のエンジン回転数Ｎｅ，吸入空気量およ
び外気温をパラメータとし、ＥＣＵ２３がそれらを特定
の算式やマップに基づいて演算して推定する。そして、
演算によって求めた値はＲＡＭ２６に記憶しておく。１
０２を含むプログラムは、ＥＣＵ２３のＲＯＭに記憶さ
れ、ＲＯＭの属性はＥＣＵ２３にあるので、ＥＣＵ２３
のことを機関が停止した時点での排気管壁温（ＴＥＸ
１）を推定する機関停止時排気管壁温推定手段といえ
る。

【００５３】Ｓ１０３では、現在のすなわち本ルーチン
に移行した時の機関冷却水温度ＴＨＷおよび外気温ＴＨ
Ｏをそれぞれ水温センサ１９および吸気温センサ１６に
よって検出し、その値をＲＡＭ２６に記憶する。

【００５４】Ｓ１０４では、ＲＡＭ２６からＳ１０３で
求めた機関冷却水温度ＴＨＷおよび外気温ＴＨＯを呼び
出す。Ｓ１０５では、Ｓ１０４で呼び出した機関冷却水
温度ＴＨＷと外気温ＴＨＯとの大小関係を等記号を用い
た算式ＴＨＷ＝ＴＨＯにより判定する。Ｓ１０５で肯定
判定すればこのルーチンを続ける意味がないからであ
る、詳しくは、この場合エンジンＡが完全に冷え切って
いる状態と考えられるので、外気温を排気管壁温と捉
え、かつこのときの外気温を排気管壁温の初期値として
用いても何ら支障ないからである。否定判定すればＳ１
０６に進む。

【００５５】Ｓ１０６ではエンジンＡを再始動する（エ
ンジン再始動実行）。Ｓ１０７では、再始動した時点で
の機関冷却水温度温ＴＨＷ２を水温センサ１９で検出
し、その値をＲＡＭに記憶する。

【００５６】Ｓ１０８ではエンジンＡの停止時点から再
始動実行時点までの時間ｔを検出し、その値をＲＡＭに
記憶する。Ｓ１０９では、ＲＡＭに記憶してある、エン
ジンＡが停止した時点での水温ＴＨＷ１，再始動した時
点での機関冷却水温度温ＴＨＷ２，エンジンＡの停止時
点から再始動実行時点までの時間ｔをＲＡＭから呼び出
す。

【００５７】Ｓ１１０では、機関冷却水の温度変化係数
ＫＴＨＷを水温変化に基づいて次の算式（１）から求め
る。ＫＴＨＷ＝（ＴＨＷ２−ＴＨＥ１）／ｔ・・・・・・・・・・・・（１）Ｓ１１１では、ＫＴＨＷから排気管壁温の変化係数ＫＴ
ＥＸを次の算式（２）から演算する。

【００５８】ＫＴＥＸ＝Ｃ＊ＫＴＨＷ（但しＣは実験に
よって求まる定数であり、またＣ＞１である。）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）よって、Ｓ１１１は機関冷却水温度検出手段である水温
センサが検出した前記２つの機関冷却水温度（ＴＨＷ
１，ＴＨＷ２）に基づいて、排気管壁温の変化係数（Ｋ
ＴＥＸ）を求める排気管壁温変化係数算出手段といえ
る。換言すると、排気管壁温変化係数算出手段によって
算出される排気管壁温の変化係数（ＫＴＥＸ）は、前記
機関停止時点での機関冷却水温度ＴＨＷ１を前記機関再
始動時点での機関冷却水温度ＴＨＷ２から減じたもの
を、前記機関の停止時点から再始動した時点までの時間
（ｔ）で除して得た機関冷却水の温度変化係数（ＫＴＨ
Ｗ）に基づいて求めるといえる。

【００５９】なお、本ルーチンを構成するプログラムは
ＥＣＵ２３のＲＯＭに記憶され、ＲＯＭの属性はＥＣＵ
２３にあるので、このプログラムの属するＥＣＵ２３の
ことを排気管壁温変化係数算出手段ということもでき
る。

【００６０】Ｓ１１２では、再始動する時点での排気管
壁温ＴＥＸ２を次の算式（３）から演算して推定する。ＴＥＸ２＝ＴＥＸ１−ＫＴＥＸ＊ｔ＝ＴＥＸ１−Ｃ＊ＫＴＨＷ＊ｔ＝ＴＥＸ１−Ｃ＊ｔ＊ＫＴＨＷ＝ＴＥＸ１−Ｃ＊ｔ＊（ＴＨＷ２−ＴＨＥ１）／ｔ＝ＴＥＸ１−Ｃ＊（ＴＨＷ２−ＴＨＥ１）・・・・・・・・（３）すなわち、Ｓ１１３は、機関停止時排気管壁温推定手段
であるＥＣＵ２３によって推定された機関停止時点での
排気管壁温ＴＥＸ１および、排気管壁温変化係数算出手
段であるＥＣＵ２３によって求めた排気管壁温の変化係
数ＫＴＥＸに基づいて機関再始動時の排気管壁温ＴＥＸ
２を求める機関再始動時排気管壁温推定手段といえる。
換言すれば、機関再始動時の排気管壁温（ＴＥＸ２）
は、前記排気管壁温の変化係数（ＫＴＥＸ）に機関の停
止時点から再始動した時点までの時間（ｔ）を乗じて得
た値を機関停止時点での排気管壁温（ＴＥＸ１）から減
ずることで求めることができる。

【００６１】１１２を含むプログラムはＥＣＵ２３のＲ
ＯＭに記憶され、ＲＯＭの属性はＥＣＵ２３にあるの
で、ＥＣＵ２３のことを機関再始動時排気管壁温推定手
段ということにする。

【００６２】このように上記したルーチンによって再始
動時の排気管壁温（排気管壁温の初期値）を推定できる
ので、このプログラムを含むＲＯＭの属するＥＣＵ２３
のことを排気管壁温推定装置ということができる。

【００６３】次に、前記数式で示したものを機関冷却水
温度と排気管壁温との関係を示すグラフとして図５を用
いて説明する。図５は縦軸に温度をまた横軸に時間をと
ってなる機関冷却水温度と排気管壁温との変化を示すグ
ラフ図である。

【００６４】図５において実線は機関冷却水温を示すグ
ラフ線であり、破線は排気管壁温を示すグラフ線であ
る。この図から明らかなように、再始動時の排気管壁温
ＴＨＷ２を求めるには、停止時における機関冷却水温度
ＴＨＷ１と再始動時の機関冷却水温度ＴＨＷ２と機関冷
却水の温度変化係数ＫＴＨＷと、停止時における排気管
壁温ＴＥＸ１と排気管壁温の変化係数ＫＴＥＸと、機関
の停止時点から再始動した時点までの時間ｔが判ればよ
いことがわかる。

【００６５】エンジンＡでは、機関停止時点での排気管
壁温ＴＥＸ１と排気管壁温の変化係数ＫＴＥＸとが求ま
れば、機関再始動時の排気管壁温ＴＥＸ２を求められ
る。すなわち、排気通路３に温度センサを設けなくても
よくなる。また、機関停止時点での排気管壁温ＴＥＸ１
と排気管壁温の変化係数ＫＴＥＸとが求まれば、エンジ
ン停止後、エンジンＡを再始動するまでの時間の長短に
拘わらず、再始動時の排気管壁温、換言すれば、再始動
時の排気管壁温の初期値を正確に推定することでできる
ので、積層型空燃比センサのセンサ素子へのひび割れ等
の損傷を防止できる。

【００６６】機関停止時点での排気管壁温ＴＥＸ１は、
前記のようにエンジンＡが停止する直前の機関回転数Ｎ
ｅと、吸入空気量と、外気温とがわかれば、それらから
推定することができる。機関回転数と、吸入空気量と、
外気温は実測値として検出されるので、機関停止時点で
の排気管壁温ＴＥＸ１を簡単に求められる。

【００６７】また、排気管壁温の変化係数ＫＴＥＸは、
前記機関停止時点での機関冷却水温度ＴＨＷ１を前記機
関再始動時点での機関冷却水温度ＴＨＷ２から減じたも
のを、前記エンジンＡの停止時点から再始動した時点ま
での時間ｔで除して得た機関冷却水の温度変化係数ＫＴ
ＨＷが求まれば、それに適宜の定数Ｃを掛け合わすこと
で簡単に求められる。

【００６８】このように、エンジンＡにあっては、排気
通路３に温度センサを設けなくても、また、エンジン停
止後、エンジンＡを再始動するまでの時間の長短に拘わ
らず、再始動時での排気管壁温、換言すれば、再始動時
の排気管壁温の初期値を正確に推定できる。よって、そ
れ以降、エンジンＡの運転状態に応じた排気管壁温を正
確に推定できる。この結果、積層型空燃比センサ１８の
センサ素子へのひび割れ等の損傷を防止できる。

【００６９】

【発明の効果】本発明では、例えば排気管に温度センサ
を設けなくても、また、エンジン停止後、エンジンを再
始動するまでの時間の長短に拘わらず、再始動時での排
気管壁温、換言すれば、再始動時の排気管壁温の初期値
を正確に推定できる。よって、それ以降、内燃機関の運
転状態に応じた排気管壁温を正確に推定できる。この結
果、積層型空燃比センサのセンサ素子へのひび割れ等の
損傷を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる排気管壁温推定装置を備えた内
燃機関の概略構成を示す図

【図２】ＥＣＵの内部構成を示すブロック図

【図３】排気管壁温初期値決定ルーチンを示すフローチ
ャートの一部

【図４】図３に連続するフローチャートの一部

【図５】機関冷却水温度と排気管壁温との関係を示すグ
ラフ

【符号の説明】

Ａ・・・エンジン（内燃機関）１・・・シリンダ・ブロック２・・・吸気通路３・・・排気通路４・・・エア・クリーナ・ボックス５・・・スロットル・バルブ６・・・サージ・タンク７・・・インテーク・マニホールド８Ａ・・・インジェクタ８Ｂ・・・インジェクタ８Ｃ・・・インジェクタ８Ｄ・・・インジェクタ９Ａ・・・点火プラグ９Ｂ・・・点火プラグ９Ｃ・・・点火プラグ９Ｄ・・・点火プラグ１１・・・ディストリビュータ１２・・・イグナイタ１３・・・排気マニホールド１５・・・吸気圧センサ１６・・・吸気温センサ１７・・・スロットルセンサ１８・・・積層型空燃比センサ１９・・・水温センサ２０・・・回転数センサ２１・・・気筒判別センサ２２・・・車速センサ２３・・・ＥＣＵ（排気管壁温変化係数算出手段，機関
停止時排気管壁温推定手段，機関再始動時排気管壁温推
定手段，排気管壁温推定装置）２４・・・ＣＰＵ２５・・・ＲＯＭ２６・・・ＲＡＭ２７・・・バックアップＲＡＭ２８・・・外部入力回路２９・・・外部出力回路３１・・・バスＴＨＷ・・・機関冷却水温度ＴＨＯ・・・外気温ＴＨＷ２・・・再始動時の水温ＫＴＨＷ・・・機関冷却水の温度変化係数ＫＴＥＸ・・・排気管壁温の変化係数Ｃ・・・定数ＴＥＸ１・・・機関停止時点での排気管壁温ＴＥＸ２・・・再始動する時点での排気管壁温ＴＨＷ１・・・機関停止時点での機関冷却水温度ＴＨＷ２・・・機関再始動時点での機関冷却水温度ｔ・・・エンジンＡの停止時点から再始動した時点まで
の時間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機関が停止した時点および再始動した時点
でのそれぞれの機関冷却水温度を検出する機関冷却水温
度検出手段と、この機関冷却水温度検出手段が検出した前記２つの機関
冷却水温度に基づいて、排気管壁温の変化係数を求める
排気管壁温変化係数算出手段と、機関が停止した時点での排気管壁温を推定する機関停止
時排気管壁温推定手段と、この機関停止時排気管壁温推定手段によって推定された
機関停止時点での排気管壁温および前記排気管壁温変化
係数算出手段によって求めた前記排気管壁温の変化係数
に基づいて、機関再始動時の排気管壁温を求める機関再
始動時排気管壁温推定手段とを有する排気管壁温推定装
置を備えた内燃機関。
【請求項２】前記排気管壁温変化係数算出手段によって
算出される排気管壁温の変化係数は、前記機関停止時点
での機関冷却水温度を前記機関再始動時点での機関冷却
水温度から減じたものを、前記機関の停止時点から再始
動した時点までの時間で除して得た機関冷却水の温度変
化係数に基づいて求めることを特徴とする請求項１記載
の排気管壁温推定装置を備えた内燃機関。
【請求項３】機関停止時排気管壁温推定手段により機関
が停止した時点での排気管壁温の推定は、機関が停止す
る直前の機関回転数と、吸入空気量と、外気温とから推
定することを特徴とする請求項１または２記載の排気管
壁温推定装置を備えた内燃機関。
【請求項４】機関再始動時の排気管壁温は、前記排気管
壁温の変化係数に機関の停止時点から再始動した時点ま
での時間を乗じて得た値を機関停止時点での排気管壁温
から減ずることで求めることを特徴とする請求項３記載
の排気管壁温推定装置を備えた内燃機関。