JP2003083152A - Air-fuel ratio sensor - Google Patents

Air-fuel ratio sensor

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JP2003083152A
JP2003083152A JP2001269324A JP2001269324A JP2003083152A JP 2003083152 A JP2003083152 A JP 2003083152A JP 2001269324 A JP2001269324 A JP 2001269324A JP 2001269324 A JP2001269324 A JP 2001269324A JP 2003083152 A JP2003083152 A JP 2003083152A
Authority
JP
Japan
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air
fuel ratio
temperature
ratio sensor
heater
Prior art date
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Application number
JP2001269324A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaaki Kobayashi
正明 小林
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the an air-fuel ratio sensor from being damaged by wetting and the combustion of soot and the like when being heated by a heater. SOLUTION: This air-fuel ratio sensor comprises the air-fuel ratio sensor 37, the heater 76 for heating the air-fuel ratio sensor 37, an energizing means 60 for energizing the heater 76 to keep an arbitrary temperature, and a determining means 35 for determining whether the water is attached to an inner wall of an exhaust passage 19 or not, and the heater 76 is energized to keep the air-fuel sensor 37 at a temperature lower than an ordinary temperature when the attachment of the water to a wall face of the exhaust passage 19 is determined.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、空燃比センサに関
し、特に空燃比センサのヒータ制御に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an air-fuel ratio sensor, and more particularly to heater control of the air-fuel ratio sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の内燃機関の空燃比制御において
は、該内燃機関の排気系に空燃比センサを設け、該空燃
比センサの出力信号が目標空燃比と一致するように燃料
噴射量、吸入空気量等のフィードバック制御が行われて
いる。この空燃比センサとして、内燃機関から排出され
る排気中に含まれる酸素濃度から該内燃機関の排気の空
燃比がリーン又はリッチの何れかであるかを判定する酸
素センサ(O2センサ)、及び内燃機関から排出される
排気中に含まれる酸素濃度に比例して限界電流を出力す
る限界電流式酸素濃度検出素子が用いられている。限界
電流式酸素濃度検出素子は、酸素濃度から内燃機関の排
気空燃比を広域かつリニアに検出するものである。
2. Description of the Related Art In recent years, in the air-fuel ratio control of an internal combustion engine, an air-fuel ratio sensor is provided in the exhaust system of the internal combustion engine, and the fuel injection amount and intake are adjusted so that the output signal of the air-fuel ratio sensor matches the target air-fuel ratio. Feedback control such as air amount is being performed. As the air-fuel ratio sensor, an oxygen sensor (O 2 sensor) for determining whether the air-fuel ratio of the exhaust gas of the internal combustion engine is lean or rich from the oxygen concentration contained in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine, and A limiting current type oxygen concentration detecting element is used which outputs a limiting current in proportion to the oxygen concentration contained in the exhaust gas discharged from an internal combustion engine. The limiting current type oxygen concentration detection element is for linearly detecting the exhaust air-fuel ratio of the internal combustion engine in a wide range from the oxygen concentration.

【0003】これらの空燃比センサは、空燃比の検出精
度を維持するために活性状態に保たれることが不可欠で
ある。通常では、空燃比センサに付設されたヒータを機
関始動時から通電することによりこれらを加熱して早期
活性化させ、更に、活性化状態を維持するためにヒータ
の通電制御を行っている。
It is essential that these air-fuel ratio sensors be kept in the active state in order to maintain the detection accuracy of the air-fuel ratio. Normally, the heaters attached to the air-fuel ratio sensor are energized from the time of engine start to heat them for early activation, and further, energization control of the heaters is performed in order to maintain the activated state.

【0004】しかしながら、機関始動直後の低温時に
は、排気中の水分が凝縮して加熱中の空燃比センサと接
触することにより、該空燃比センサの一部の温度が急激
に低下してしまいセンサ素子が毀損してしまうことがあ
る。そこで、特開平9−184443号公報では、機関
始動時からの運転履歴に応じて、触媒に与えられた累積
熱量を求め、これを所定値と比較することで、機関始動
直後に触媒容器内で凝縮する排気中の水分の蒸発が完了
したか否かを判定し、累積熱量が所定値以下の間には、
水分の蒸発が完了していないとしてヒータへの通電を禁
止している。
However, when the temperature is low immediately after the engine is started, the moisture in the exhaust gas condenses and comes into contact with the heating air-fuel ratio sensor, so that the temperature of a part of the air-fuel ratio sensor drops sharply and the sensor element May be damaged. Therefore, in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 9-184443, the cumulative heat quantity given to the catalyst is obtained according to the operation history from the engine start time, and this is compared with a predetermined value, so that the accumulated heat quantity in the catalyst container immediately after the engine start. It is determined whether or not the evaporation of water in the condensing exhaust gas has been completed, and while the accumulated heat quantity is below a predetermined value,
It is prohibited to energize the heater because the evaporation of water is not completed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ヒータ
の通電を完全に停止すると、排気中の煤や未燃炭化水素
(HC)等の可溶な有機的留分(Soluble Organic Func
tion:以下、SOFとする)がセンサ素子部に付着して
しまう。水分が蒸発してからヒータに通電すると、該煤
やSOFが急激に燃焼し、センサ素子部の温度が過剰に
上昇して素子の毀損を招来する虞がある。また、煤やS
OFが燃焼することにより、排気中の酸素濃度が変動し
精度の良い空燃比の測定が困難となる。
However, when the heater is completely de-energized, soluble organic fractions such as soot and unburned hydrocarbons (HC) in the exhaust gas (Soluble Organic Func).
tion: SOF) will adhere to the sensor element portion. If the heater is energized after the water content has evaporated, the soot and SOF may rapidly burn and the temperature of the sensor element part may rise excessively, resulting in damage to the element. Also, soot and S
The combustion of OF changes the oxygen concentration in the exhaust gas, making it difficult to measure the air-fuel ratio with high accuracy.

【0006】本発明は、以上の問題に鑑みてなされたも
のであり、本発明の課題は、空燃比センサをヒータで加
熱するときの被水及び煤等の燃焼による該センサの毀損
を防止することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to prevent damage to the air-fuel ratio sensor due to combustion of water, soot, etc. when the sensor is heated by a heater. Especially.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に本発明の空燃比センサは、以下の手段を採用した。即
ち、内燃機関の排気通路を流通する排気の空燃比を検出
する空燃比センサと、前記空燃比センサを加熱するヒー
タと、前記ヒータへ通電して該ヒータを任意の温度に維
持する通電手段と、前記排気通路の内壁に水分が付着し
ているか否かを判定する判定手段と、を備え、前記通電
手段は、少なくとも前記排気通路の壁面に水分が付着し
ていると前記判定手段が判定したときには、ヒータの温
度を通常よりも低温に維持するべく通電することを特徴
とする。
In order to achieve the above object, the air-fuel ratio sensor of the present invention employs the following means. That is, an air-fuel ratio sensor that detects the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing through the exhaust passage of the internal combustion engine, a heater that heats the air-fuel ratio sensor, and an energizing unit that energizes the heater to maintain the heater at an arbitrary temperature. A determining means for determining whether or not moisture adheres to the inner wall of the exhaust passage, and the determining means determines that the energizing means has moisture adhering to at least the wall surface of the exhaust passage. At times, it is characterized in that the heater is energized to keep the temperature lower than usual.

【0008】本発明の最大の特徴は、機関運転中は空燃
比センサのヒータに常時通電しつつ段階的に設定温度を
高くしていき被水や煤等の燃焼による空燃比センサの素
子の毀損を防止することにある。
The greatest feature of the present invention is that the heater of the air-fuel ratio sensor is always energized while the engine is operating, and the set temperature is gradually increased to damage the elements of the air-fuel ratio sensor due to combustion of water, soot, etc. To prevent.

【0009】このように構成された空燃比センサでは、
判定手段により水分が付着していると判定された場合に
は、通常よりも低い温度を維持すべくヒータに通電され
る。このときの温度は、素子に被水しても素子の毀損が
発生しない温度である。
In the air-fuel ratio sensor thus constructed,
When it is determined by the determination means that water is attached, the heater is energized to maintain a temperature lower than usual. The temperature at this time is a temperature at which the element is not damaged even if the element is exposed to water.

【0010】また、このときに例えば空燃比センサに付
着したSOF等の一部が燃焼される。その後、判定手段
により水分の付着が解消したと判定された場合には、ヒ
ータの温度を上昇させて所定の温度を維持することによ
り空燃比センサの素子部の活性状態を維持することがで
きる。
Further, at this time, for example, a part of SOF or the like attached to the air-fuel ratio sensor is burned. After that, when it is determined by the determination means that the adhesion of water has been eliminated, it is possible to maintain the active state of the element portion of the air-fuel ratio sensor by raising the temperature of the heater and maintaining the predetermined temperature.

【0011】このようにして、被水による空燃比センサ
の素子の毀損を防止しつつSOF及び煤等の急激な燃焼
による空燃比センサの素子の過熱による毀損を防止する
ことが可能となる。
In this way, it is possible to prevent damage to the elements of the air-fuel ratio sensor due to water exposure, while preventing damage to the elements of the air-fuel ratio sensor due to overheating due to rapid combustion of SOF and soot.

【0012】本発明においては、前記通電手段は、前記
排気通路の壁面に水分が付着していると前記判定手段が
判定したときには前記空燃比センサを第1の所定温度に
維持するべくヒータへ通電し、その後、前記水分の付着
が解消されたと判定されたときに前記空燃比センサを第
1の所定温度よりも高い第2の所定温度に維持して該空
燃比センサに付着した粒子状物質を燃焼させるべくヒー
タへ所定時間通電し、更にその後、第2の所定温度より
も高い第3の所定温度に維持するべくヒータへ通電する
ことができる。
In the present invention, the energizing means energizes the heater so as to maintain the air-fuel ratio sensor at the first predetermined temperature when the determining means determines that water is attached to the wall surface of the exhaust passage. Then, when it is determined that the adhesion of water has been eliminated, the air-fuel ratio sensor is maintained at a second predetermined temperature higher than the first predetermined temperature to remove the particulate matter adhered to the air-fuel ratio sensor. The heater can be energized for a predetermined time to burn, and then the heater can be energized to maintain a third predetermined temperature higher than the second predetermined temperature.

【0013】このように構成された空燃比センサでは、
判定手段により水分が付着していると判定された場合に
は、第1の所定の温度を維持すべくヒータに通電され
る。この第1の所定の温度は、素子に被水しても素子の
毀損が発生しない温度で、例えば排気中のSOFの一部
が燃焼される温度である。その後、判定手段により水分
の付着が解消したと判定された場合には、第2の所定の
温度を維持すべくヒータに通電される。この第2の所定
の温度は、空燃比センサに付着したSOFや煤等の粒子
状物質が燃焼して温度が上昇したとしても素子の毀損が
発生しない温度である。この第2の所定の温度を維持す
ることにより空燃比センサに付着した粒子状物質を燃焼
させ除去することができる。更に、第2の所定の温度を
所定時間維持した場合には第3の所定の温度を維持すべ
くヒータへ通電する。第2の所定の温度を所定時間維持
することにより空燃比センサに付着した粒子状物質が除
去されているので、その後に第3の所定の温度に上昇さ
せても煤等の燃焼による空燃比センサの毀損が発生する
ことはない。そして、第3の所定の温度を維持すること
により空燃比センサの素子部の活性状態を維持すること
ができる。
In the air-fuel ratio sensor thus constructed,
When the determination means determines that the water is attached, the heater is energized to maintain the first predetermined temperature. The first predetermined temperature is a temperature at which the element is not damaged even when the element is exposed to water, for example, a temperature at which a part of the SOF in the exhaust gas is burned. After that, when the determination unit determines that the adhesion of water has been eliminated, the heater is energized to maintain the second predetermined temperature. The second predetermined temperature is a temperature at which the element is not damaged even if the particulate matter such as SOF or soot adhering to the air-fuel ratio sensor burns and the temperature rises. By maintaining the second predetermined temperature, the particulate matter attached to the air-fuel ratio sensor can be burned and removed. Further, when the second predetermined temperature is maintained for a predetermined time, the heater is energized to maintain the third predetermined temperature. Since the particulate matter adhering to the air-fuel ratio sensor is removed by maintaining the second predetermined temperature for a predetermined time, even if the temperature is raised to the third predetermined temperature thereafter, the air-fuel ratio sensor due to the combustion of soot and the like. No damage will occur. Then, by maintaining the third predetermined temperature, the active state of the element portion of the air-fuel ratio sensor can be maintained.

【0014】このようにして、段階的に空燃比センサの
温度を上昇させていき、被水による空燃比センサの素子
の毀損を防止しつつ、粒子状物質の燃焼に起因した過熱
による素子の毀損をも防止することが可能となる。
In this way, the temperature of the air-fuel ratio sensor is raised stepwise to prevent the element of the air-fuel ratio sensor from being damaged by water, while the element is damaged by overheating caused by the combustion of the particulate matter. It is also possible to prevent

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る空燃比センサ
の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
ここでは、本発明に係る空燃比センサを車両駆動用のデ
ィーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of the air-fuel ratio sensor according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
Here, a case where the air-fuel ratio sensor according to the present invention is applied to a diesel engine for driving a vehicle will be described as an example.

【0016】図1は、本実施の形態に係る空燃比センサ
を適用するエンジン1とその吸排気系の概略構成を示す
図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic structure of an engine 1 to which an air-fuel ratio sensor according to this embodiment is applied and its intake and exhaust systems.

【0017】図1に示すエンジン1は、4つの気筒2を
有する水冷式の4サイクル・ディーゼル機関である。
The engine 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled four-cycle diesel engine having four cylinders 2.

【0018】エンジン1は、各気筒2の燃焼室に直接燃
料を噴射する燃料噴射弁3を備えている。各燃料噴射弁
3は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室(コモンレー
ル)4と接続されている。このコモンレール4には、該
コモンレール4内の燃料の圧力に対応した電気信号を出
力するコモンレール圧センサ4aが取り付けられてい
る。
The engine 1 is equipped with a fuel injection valve 3 for directly injecting fuel into the combustion chamber of each cylinder 2. Each fuel injection valve 3 is connected to a pressure accumulator (common rail) 4 that accumulates fuel to a predetermined pressure. A common rail pressure sensor 4a that outputs an electric signal corresponding to the pressure of the fuel in the common rail 4 is attached to the common rail 4.

【0019】前記コモンレール4は、燃料供給管5を介
して燃料ポンプ6と連通している。この燃料ポンプ6
は、エンジン1の出力軸(クランクシャフト)の回転ト
ルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポン
プ6の入力軸に取り付けられたポンププーリ6aがエン
ジン1の出力軸(クランクシャフト)に取り付けられた
クランクプーリ1aとベルト7を介して連結されてい
る。
The common rail 4 communicates with a fuel pump 6 via a fuel supply pipe 5. This fuel pump 6
Is a pump that operates using the rotational torque of the output shaft (crankshaft) of the engine 1 as a drive source. A pump pulley 6a attached to the input shaft of the fuel pump 6 is attached to the output shaft (crankshaft) of the engine 1. The crank pulley 1a is connected to the crank pulley 1a via a belt 7.

【0020】このように構成された燃料噴射系では、ク
ランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ6の入力軸へ
伝達されると、燃料ポンプ6は、クランクシャフトから
該燃料ポンプ6の入力軸へ伝達された回転トルクに応じ
た圧力で燃料を吐出する。
In the fuel injection system thus constructed, when the rotational torque of the crankshaft is transmitted to the input shaft of the fuel pump 6, the fuel pump 6 is transmitted from the crankshaft to the input shaft of the fuel pump 6. The fuel is discharged at a pressure according to the rotating torque.

【0021】前記燃料ポンプ6から吐出された燃料は、
燃料供給管5を介してコモンレール4へ供給され、コモ
ンレール4にて所定圧まで蓄圧されて各気筒2の燃料噴
射弁3へ分配される。そして、燃料噴射弁3に駆動電流
が印加されると、燃料噴射弁3が開弁し、その結果、燃
料噴射弁3から気筒2内へ燃料が噴射される。
The fuel discharged from the fuel pump 6 is
It is supplied to the common rail 4 through the fuel supply pipe 5, accumulated in the common rail 4 up to a predetermined pressure, and distributed to the fuel injection valve 3 of each cylinder 2. When a drive current is applied to the fuel injection valve 3, the fuel injection valve 3 opens, and as a result, fuel is injected from the fuel injection valve 3 into the cylinder 2.

【0022】次に、エンジン1には、吸気枝管8が接続
されており、吸気枝管8の各枝管は、各気筒2の燃焼室
と吸気ポート(図示省略)を介して連通している。
Next, an intake branch pipe 8 is connected to the engine 1, and each branch pipe of the intake branch pipe 8 communicates with a combustion chamber of each cylinder 2 through an intake port (not shown). There is.

【0023】前記吸気枝管8は、吸気管9に接続され、
この吸気管9は、エアクリーナボックス10に接続され
ている。前記エアクリーナボックス10より下流の吸気
管9には、該吸気管9内を流通する吸気の質量に対応し
た電気信号を出力するエアフローメータ11と、該吸気
管9内を流通する吸気の温度に対応した電気信号を出力
する吸気温度センサ12とが取り付けられている。
The intake branch pipe 8 is connected to the intake pipe 9,
The intake pipe 9 is connected to the air cleaner box 10. An air flow meter 11 for outputting an electric signal corresponding to the mass of the intake air flowing through the intake pipe 9 and an intake air temperature flowing through the intake pipe 9 are provided in the intake pipe 9 downstream of the air cleaner box 10. The intake air temperature sensor 12 that outputs the electric signal is attached.

【0024】前記吸気管9における吸気枝管8の直上流
に位置する部位には、該吸気管9内を流通する吸気の流
量を調節する吸気絞り弁13が設けられている。この吸
気絞り弁13には、ステップモータ等で構成されて該吸
気絞り弁13を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ
14が取り付けられている。
An intake throttle valve 13 for adjusting the flow rate of intake air flowing through the intake pipe 9 is provided at a portion of the intake pipe 9 located immediately upstream of the intake branch pipe 8. The intake throttle valve 13 is provided with an intake throttle actuator 14 configured by a step motor or the like for driving the intake throttle valve 13 to open and close.

【0025】前記エアフローメータ11と前記吸気絞り
弁13との間に位置する吸気管9には、排気の熱エネル
ギを駆動源として作動する遠心過給機(ターボチャージ
ャ)15のコンプレッサハウジング15aが設けられ、
コンプレッサハウジング15aより下流の吸気管9に
は、前記コンプレッサハウジング15a内で圧縮されて
高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ16
が設けられている。
The intake pipe 9 located between the air flow meter 11 and the intake throttle valve 13 is provided with a compressor housing 15a of a centrifugal supercharger (turbocharger) 15 which operates by using heat energy of exhaust gas as a drive source. The
An intercooler 16 for cooling the intake air that has become hot due to being compressed in the compressor housing 15a is provided in the intake pipe 9 downstream of the compressor housing 15a.
Is provided.

【0026】このように構成された吸気系では、エアク
リーナボックス10に流入した吸気は、該エアクリーナ
ボックス10内のエアクリーナ(図示省略)によって吸
気中の塵や埃等が除去された後、吸気管9を介してコン
プレッサハウジング15aに流入する。
In the intake system constructed as described above, the intake air flowing into the air cleaner box 10 is cleaned by an air cleaner (not shown) in the air cleaner box 10 to remove dust and dirt from the intake air, and then the intake pipe 9 Through the compressor housing 15a.

【0027】コンプレッサハウジング15aに流入した
吸気は、該コンプレッサハウジング15aに内装された
コンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記
コンプレッサハウジング15a内で圧縮されて高温とな
った吸気は、インタークーラ16にて冷却された後、必
要に応じて吸気絞り弁13によって流量を調節されて吸
気枝管8に流入する。吸気枝管8に流入した吸気は、各
枝管を介して各気筒2の燃焼室へ分配され、各気筒2の
燃料噴射弁3から噴射された燃料を着火源として燃焼さ
れる。
The intake air that has flowed into the compressor housing 15a is compressed by the rotation of the compressor wheel installed in the compressor housing 15a. The intake air, which has been compressed in the compressor housing 15a and has reached a high temperature, is cooled by the intercooler 16 and then flows into the intake branch pipe 8 with its flow rate adjusted by the intake throttle valve 13 if necessary. The intake air that has flowed into the intake branch pipe 8 is distributed to the combustion chamber of each cylinder 2 through each branch pipe, and is burned using the fuel injected from the fuel injection valve 3 of each cylinder 2 as an ignition source.

【0028】一方、エンジン1には、排気枝管18が接
続され、排気枝管18の各枝管が排気ポート(図示省
略)を介して各気筒2の燃焼室と連通している。
On the other hand, an exhaust branch pipe 18 is connected to the engine 1, and each branch pipe of the exhaust branch pipe 18 communicates with a combustion chamber of each cylinder 2 through an exhaust port (not shown).

【0029】前記排気枝管18は、前記遠心過給機15
のタービンハウジング15bと接続されている。前記タ
ービンハウジング15bは、排気管19と接続され、こ
の排気管19は、下流にてマフラー(図示省略)に接続
されている。
The exhaust branch pipe 18 serves as the centrifugal supercharger 15.
Is connected to the turbine housing 15b. The turbine housing 15b is connected to an exhaust pipe 19, and the exhaust pipe 19 is connected downstream to a muffler (not shown).

【0030】前記排気管19の途中には、吸蔵還元型N
Ox触媒を担持したパティキュレートフィルタ(以下、
単にフィルタという。)20が設けられている。フィル
タ20の下流には、酸化触媒41が設けられている。フ
ィルタ20と酸化触媒41との間には、排気管19内を
流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気
温度センサ24及び排気の空燃比に対応した電気信号を
出力する空燃比センサ37が取り付けられている。
In the middle of the exhaust pipe 19, a storage reduction type N
A particulate filter carrying an Ox catalyst (hereinafter,
Simply called a filter. ) 20 are provided. An oxidation catalyst 41 is provided downstream of the filter 20. Between the filter 20 and the oxidation catalyst 41, an exhaust temperature sensor 24 that outputs an electric signal corresponding to the temperature of the exhaust gas flowing in the exhaust pipe 19, and an air-fuel ratio sensor that outputs an electric signal corresponding to the air-fuel ratio of the exhaust gas. 37 is attached.

【0031】前記した酸化触媒41より下流の排気管1
9には、該排気管19内を流通する排気の流量を調節す
る排気絞り弁21が設けられている。この排気絞り弁2
1には、ステップモータ等で構成されて該排気絞り弁2
1を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ22が取り
付けられている。
Exhaust pipe 1 downstream of the above-mentioned oxidation catalyst 41
An exhaust throttle valve 21 for adjusting the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 19 is provided in the valve 9. This exhaust throttle valve 2
1, an exhaust throttle valve 2 which is composed of a step motor or the like
An exhaust throttle actuator 22 for driving to open and close 1 is attached.

【0032】このように構成された排気系では、エンジ
ン1の各気筒2で燃焼された混合気(既燃ガス)が排気
ポートを介して排気枝管18へ排出され、次いで排気枝
管18から遠心過給機15のタービンハウジング15b
へ流入する。タービンハウジング15bに流入した排気
は、該排気が持つ熱エネルギを利用してタービンハウジ
ング15b内に回転自在に支持されたタービンホイール
を回転させる。その際、タービンホイールの回転トルク
は、前述したコンプレッサハウジング15aのコンプレ
ッサホイールへ伝達される。
In the exhaust system thus constructed, the air-fuel mixture (burnt gas) burned in each cylinder 2 of the engine 1 is discharged to the exhaust branch pipe 18 through the exhaust port, and then the exhaust branch pipe 18 is exhausted. Turbine housing 15b of centrifugal supercharger 15
Flow into. The exhaust gas that has flowed into the turbine housing 15b uses the thermal energy of the exhaust gas to rotate the turbine wheel that is rotatably supported in the turbine housing 15b. At that time, the rotational torque of the turbine wheel is transmitted to the compressor wheel of the compressor housing 15a described above.

【0033】前記タービンハウジング15bから排出さ
れた排気は、排気管19を介してフィルタ20へ流入
し、排気中のPMが捕集され且つ有害ガス成分が除去又
は浄化される。フィルタ20にてPMを捕集され且つ有
害ガス成分を除去又は浄化された排気は、必要に応じて
排気絞り弁21によって流量を調節された後にマフラー
を介して大気中に放出される。フィルタ20で浄化でき
なかった炭化水素(HC)及び一酸化炭素(CO)は、
下流に設けられた酸化触媒41により酸化され浄化され
る。
The exhaust gas discharged from the turbine housing 15b flows into the filter 20 through the exhaust pipe 19, PM in the exhaust gas is collected, and harmful gas components are removed or purified. The exhaust gas, in which the PM is collected by the filter 20 and the harmful gas component is removed or purified, is discharged into the atmosphere through the muffler after the flow rate is adjusted by the exhaust throttle valve 21 as necessary. Hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) that could not be purified by the filter 20 are
It is oxidized and purified by the oxidation catalyst 41 provided downstream.

【0034】また、排気枝管18と吸気枝管8とは、排
気枝管18内を流通する排気の一部を吸気枝管8へ再循
環させる排気再循環通路(以下、EGR通路とする。)
25を介して連通されている。このEGR通路25の途
中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応
じて前記EGR通路25内を流通する排気(以下、EG
Rガスとする。)の流量を変更する流量調整弁(以下、
EGR弁とする。)26が設けられている。
The exhaust branch pipe 18 and the intake branch pipe 8 are exhaust gas recirculation passages (hereinafter referred to as EGR passages) for recirculating a part of the exhaust gas flowing in the exhaust branch pipe 18 to the intake branch pipe 8. )
25 are communicated with each other. In the middle of the EGR passage 25, an exhaust valve (hereinafter, referred to as EG, which is composed of a solenoid valve or the like, flows through the EGR passage 25 according to the magnitude of the applied power.
R gas. ) Flow rate adjustment valve (hereinafter,
Use EGR valve. ) 26 are provided.

【0035】前記EGR通路25の途中でEGR弁26
より上流には、該EGR通路25内を流通するEGRガ
スを冷却するEGRクーラ27が設けられている。前記
EGRクーラ27には、冷却水通路(図示省略)が設け
られエンジン1を冷却するための冷却水の一部が循環す
る。
An EGR valve 26 is provided in the middle of the EGR passage 25.
An EGR cooler 27 that cools the EGR gas flowing through the EGR passage 25 is provided further upstream. A cooling water passage (not shown) is provided in the EGR cooler 27, and a part of the cooling water for cooling the engine 1 circulates.

【0036】このように構成された排気再循環機構で
は、EGR弁26が開弁されると、EGR通路25が導
通状態となり、排気枝管18内を流通する排気の一部が
前記EGR通路25へ流入し、EGRクーラ27を経て
吸気枝管8へ導かれる。
In the exhaust gas recirculation mechanism constructed as described above, when the EGR valve 26 is opened, the EGR passage 25 is brought into a conductive state, and a part of the exhaust gas flowing through the exhaust branch pipe 18 is part of the EGR passage 25. To the intake branch pipe 8 via the EGR cooler 27.

【0037】その際、EGRクーラ27では、EGR通
路25内を流通するEGRガスとエンジン1の冷却水と
の間で熱交換が行われ、EGRガスが冷却される。
At this time, in the EGR cooler 27, heat exchange is performed between the EGR gas flowing in the EGR passage 25 and the cooling water of the engine 1 to cool the EGR gas.

【0038】EGR通路25を介して排気枝管18から
吸気枝管8へ還流されたEGRガスは、吸気枝管8の上
流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒2の燃焼
室へ導かれる。
The EGR gas recirculated from the exhaust branch pipe 18 to the intake branch pipe 8 through the EGR passage 25 is introduced into the combustion chamber of each cylinder 2 while being mixed with the fresh air flowing from the upstream side of the intake branch pipe 8. Get burned.

【0039】フィルタ20は例えばコージェライトのよ
うな多孔質材料から形成されており、細孔内壁面上には
例えばアルミナを担体とし、その担体上に、カリウム
(K)、ナトリウム(Na)、リチウム(Li)、もし
くはセシウム(Cs)等のアルカリ金属と、バリウム
(Ba)もしくはカルシウム(Ca)等のアルカリ土類
と、ランタン(La)もしくはイットリウム(Y)等の
希土類とから選択された少なくとも1つと、白金(P
t)等の貴金属とを担持して構成されている。尚、本実
施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム(B
a)と白金(Pt)とを担持し、更にO2ストレージ能
力のあるセリア(Ce23)を添加して構成される吸蔵
還元型NOx触媒を採用した。
The filter 20 is made of, for example, a porous material such as cordierite, and alumina is used as a carrier on the inner wall surface of the pores, and potassium (K), sodium (Na) and lithium are supported on the carrier. At least one selected from alkali metals such as (Li) or cesium (Cs), alkaline earths such as barium (Ba) or calcium (Ca), and rare earths such as lanthanum (La) or yttrium (Y). Tsuto, platinum (P
and a precious metal such as t) are supported. In the present embodiment, barium (B
An occlusion reduction type NOx catalyst constituted by supporting a) and platinum (Pt) and further adding ceria (Ce 2 O 3 ) having an O 2 storage capacity was adopted.

【0040】このように構成されたNOx触媒は、該N
Ox触媒に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中
の窒素酸化物(NOx)を吸収する。
The NOx catalyst thus constructed is
When the exhaust gas flowing into the Ox catalyst has a high oxygen concentration, it absorbs nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas.

【0041】一方、NOx触媒は、該NOx触媒に流入す
る排気の酸素濃度が低下したときは吸収していた窒素酸
化物(NOx)を放出する。その際、排気中に炭化水素
(HC)や一酸化炭素(CO)等の還元成分が存在して
いれば、NOx触媒は、該NOx触媒から放出された窒素
酸化物(NOx)を窒素(N2)に還元せしめることがで
きる。
On the other hand, the NOx catalyst releases the nitrogen oxides (NOx) absorbed when the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst decreases. At that time, if a reducing component such as hydrocarbon (HC) or carbon monoxide (CO) is present in the exhaust gas, the NOx catalyst converts the nitrogen oxide (NOx) released from the NOx catalyst into nitrogen (N). It can be reduced to 2 ).

【0042】ところで、エンジン1が希薄燃焼運転され
ている場合は、エンジン1から排出される排気の空燃比
がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、
排気中に含まれる窒素酸化物(NOx)がNOx触媒に吸
収されることになるが、エンジン1の希薄燃焼運転が長
期間継続されると、NOx触媒のNOx吸収能力が飽和
し、排気中の窒素酸化物(NOx)がNOx触媒にて除去
されずに大気中へ放出されてしまう。
By the way, when the engine 1 is in the lean burn operation, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine 1 becomes a lean atmosphere and the oxygen concentration of the exhaust gas becomes high.
Nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas will be absorbed by the NOx catalyst, but if the lean burn operation of the engine 1 is continued for a long period of time, the NOx absorption capacity of the NOx catalyst will be saturated, and Nitrogen oxides (NOx) are released into the atmosphere without being removed by the NOx catalyst.

【0043】特に、エンジン1のようなディーゼル機関
では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気
が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排
気の空燃比がリーン空燃比となるため、NOx触媒のN
Ox吸収能力が飽和し易い。
In particular, in a diesel engine such as the engine 1, a lean air-fuel ratio mixture is burned in most operating regions, and accordingly, the exhaust air-fuel ratio becomes lean air-fuel ratio in most operating regions. , N of NOx catalyst
Ox absorption capacity is easily saturated.

【0044】従って、エンジン1が希薄燃焼運転されて
いる場合は、NOx触媒のNOx吸収能力が飽和する前に
NOx触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させると
ともに還元剤の濃度を高め、NOx触媒に吸収された窒
素酸化物(NOx)を放出及び還元させる必要がある。
Therefore, when the engine 1 is in the lean burn operation, the oxygen concentration in the exhaust flowing into the NOx catalyst is reduced and the concentration of the reducing agent is increased before the NOx absorption capacity of the NOx catalyst is saturated, and the NOx concentration is increased. It is necessary to release and reduce nitrogen oxides (NOx) absorbed by the catalyst.

【0045】このように酸素濃度を低下させる方法とし
ては、排気中への燃料添加や、再循環するEGRガス量
を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に更
にEGRガス量を増大させる低温燃焼、及び気筒2内へ
の燃料噴射時期や回数の変更等の方法が考えられるが、
本実施の形態では、フィルタ20より上流の排気管19
を流通する排気中に還元剤たる燃料(軽油)を添加する
還元剤供給機構を備え、この還元剤供給機構から排気中
へ燃料を添加することにより、フィルタ20に流入する
排気の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高
めるようにした。
As a method of lowering the oxygen concentration in this way, fuel is added to the exhaust gas or the amount of recirculated EGR gas is increased to increase the soot generation amount to the maximum and then the EGR gas amount is further increased. It is conceivable that there are methods such as low temperature combustion for increasing the fuel consumption and changing the fuel injection timing and the number of times into the cylinder 2,
In the present embodiment, the exhaust pipe 19 upstream of the filter 20.
The reducing agent supply mechanism for adding fuel (light oil) as a reducing agent to the exhaust gas flowing through the exhaust gas is added, and the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the filter 20 is reduced by adding the fuel into the exhaust gas from the reducing agent supply mechanism. At the same time, the concentration of the reducing agent was increased.

【0046】還元剤供給機構は、図1に示されるよう
に、その噴孔が排気枝管18内に臨むように取り付けら
れ、電子制御ユニット(ECU:Electronic Control U
nit)35からの信号により開弁して燃料を噴射する還
元剤噴射弁28と、前述した燃料ポンプ6から吐出され
た燃料を前記還元剤噴射弁28へ導く還元剤供給路29
と、還元剤供給路29に設けられて該還元剤供給路29
内の燃料の流通を遮断する遮断弁31と、を備えてい
る。ここで、ECU35は、エンジン1の運転条件や運
転者の要求に応じてエンジン1の運転状態を制御するユ
ニットである。
As shown in FIG. 1, the reducing agent supply mechanism is mounted so that its injection hole faces the inside of the exhaust branch pipe 18, and is provided with an electronic control unit (ECU).
nit) 35 to open a valve by a signal from the reducing agent injection valve 28 to inject fuel, and a reducing agent supply path 29 that guides the fuel discharged from the fuel pump 6 to the reducing agent injection valve 28.
And the reducing agent supply path 29 is provided in the reducing agent supply path 29.
A shutoff valve 31 for shutting off the flow of fuel inside. Here, the ECU 35 is a unit that controls the operating state of the engine 1 in accordance with the operating conditions of the engine 1 and the driver's request.

【0047】このような還元剤供給機構では、燃料ポン
プ6から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路29を介
して還元剤噴射弁28へ印加される。そして、ECU3
5からの信号により該還元剤噴射弁28が開弁して排気
枝管18内へ還元剤としての燃料が噴射される。
In such a reducing agent supply mechanism, the high-pressure fuel discharged from the fuel pump 6 is applied to the reducing agent injection valve 28 via the reducing agent supply passage 29. And ECU3
The reducing agent injection valve 28 is opened by a signal from 5 and fuel as a reducing agent is injected into the exhaust branch pipe 18.

【0048】還元剤噴射弁28から排気枝管18内へ噴
射された還元剤は、排気枝管18の上流から流れてきた
排気の酸素濃度を低下させる。
The reducing agent injected from the reducing agent injection valve 28 into the exhaust branch pipe 18 reduces the oxygen concentration of the exhaust gas flowing from the upstream side of the exhaust branch pipe 18.

【0049】このようにして形成された酸素濃度の低い
排気はフィルタ20に流入し、フィルタ20に吸収され
ていた窒素酸化物(NOx)を放出させつつ窒素(N2
に還元することになる。
The exhaust gas having a low oxygen concentration formed in this manner flows into the filter 20 and releases nitrogen oxides (NOx) absorbed in the filter 20 while releasing nitrogen (N 2 ).
Will be reduced to.

【0050】その後、ECU35からの信号により還元
剤噴射弁28が閉弁し、排気枝管18内への還元剤の添
加が停止されることになる。
After that, the reducing agent injection valve 28 is closed by a signal from the ECU 35, and the addition of the reducing agent into the exhaust branch pipe 18 is stopped.

【0051】尚、本実施の形態では、排気中に燃料を噴
射して燃料添加を行っているが、これに代えて、再循環
するEGRガス量を増大させて煤の発生量が増加して最
大となった後に、更にEGRガス量を増大させる低温燃
焼を行っても良く、また、エンジン1の膨張行程や排気
行程等に燃料噴射弁3から燃料を噴射させても良い。
In this embodiment, fuel is injected into the exhaust gas to add the fuel, but instead of this, the amount of recirculated EGR gas is increased to increase the amount of soot generated. After reaching the maximum, low temperature combustion may be performed to further increase the EGR gas amount, and fuel may be injected from the fuel injection valve 3 in the expansion stroke, exhaust stroke, etc. of the engine 1.

【0052】次に、本実施の形態による空燃比センサに
ついて説明する。
Next, the air-fuel ratio sensor according to this embodiment will be described.

【0053】図2は、本実施の形態による空燃比センサ
の概略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the air-fuel ratio sensor according to this embodiment.

【0054】空燃比センサ37は、空燃比センサ素子
(以下、センサ素子とする)52とヒータ54とからな
りセンサ素子52には空燃比センサ回路(以下、センサ
回路とする)53から電圧が印加され、ヒータ54には
パッテリ55からヒータ制御回路56を介して電力が供
給される。センサ回路53は、マイクロコンピュータか
らなる空燃比制御ユニット(A/FCU)60からアナ
ログの印加電圧をローパスフィルタ(LPF)57を介
してセンサ素子52に印加する。
The air-fuel ratio sensor 37 comprises an air-fuel ratio sensor element (hereinafter referred to as a sensor element) 52 and a heater 54, and a voltage is applied to the sensor element 52 from an air-fuel ratio sensor circuit (hereinafter referred to as a sensor circuit) 53. Then, electric power is supplied to the heater 54 from the battery 55 through the heater control circuit 56. The sensor circuit 53 applies an analog applied voltage from an air-fuel ratio control unit (A / FCU) 60 including a microcomputer to the sensor element 52 via a low pass filter (LPF) 57.

【0055】A/FCU60は、センサ回路53、ヒー
タ制御回路56及びLPF57と共にECU35の一部
をなし、デジタルデータを内部に設けられたD/A変換
器により矩形状のアナログ電圧に変換した後LPF57
を介してセンサ回路53へ出力する。LPF57は、矩
形状のアナログ電圧信号の高周波成分を除去したなまし
信号を出力し、高周波ノイズによるセンサ素子52の出
力電流の検出エラーを防止している。このなまし信号の
電圧のセンサ素子52への印加に伴いA/FCU60
は、被検出ガス中、即ち排気中の酸素濃度に比例して変
化するセンサ素子52を流れる電流及びそのときのセン
サ素子52への印加電圧を検出する。A/FCU60
は、これらの電流及び電圧を検出するため内部にA/D
変換器を設けており、これらのA/D変換器は、センサ
回路53からセンサ素子52を流れる電流に相当するア
ナログ電圧及びセンサ素子52への印加電圧を受けデジ
タルデータに変換する。
The A / FCU 60 forms a part of the ECU 35 together with the sensor circuit 53, the heater control circuit 56 and the LPF 57, and converts the digital data into a rectangular analog voltage by the D / A converter provided therein, and then the LPF 57.
To the sensor circuit 53 via the. The LPF 57 outputs a smoothing signal from which a high frequency component of a rectangular analog voltage signal has been removed, and prevents a detection error in the output current of the sensor element 52 due to high frequency noise. As the voltage of this smoothing signal is applied to the sensor element 52, the A / FCU 60
Detects the current flowing through the sensor element 52 that changes in proportion to the oxygen concentration in the gas to be detected, that is, the exhaust gas, and the voltage applied to the sensor element 52 at that time. A / FCU60
Has an internal A / D to detect these currents and voltages.
Converters are provided, and these A / D converters receive an analog voltage corresponding to a current flowing through the sensor element 52 from the sensor circuit 53 and a voltage applied to the sensor element 52, and convert the digital data.

【0056】ところで、空燃比センサ37はセンサ素子
52が活性状態にならないとその出力信号を空燃比制御
に使用できない。このため、A/FCU60は、機関始
動時にバッテリ55からセンサ素子52に内蔵されたヒ
ータ54へ電力供給してヒータ54へ通電し、センサ素
子52を早期活性化し、センサ素子52が活性化された
後はその活性状態を維持するようにヒータ54へ電力供
給する。バッテリ55の電圧はA/FCU60の内部に
設けられたA/D変換器によりデジタルデータに変換さ
れる。
By the way, the output signal of the air-fuel ratio sensor 37 cannot be used for air-fuel ratio control unless the sensor element 52 is activated. Therefore, the A / FCU 60 supplies electric power from the battery 55 to the heater 54 built in the sensor element 52 to energize the heater 54 at the time of engine start, early activates the sensor element 52, and the sensor element 52 is activated. After that, electric power is supplied to the heater 54 so as to maintain the active state. The voltage of the battery 55 is converted into digital data by an A / D converter provided inside the A / FCU 60.

【0057】しかるに、センサ素子52の抵抗がセンサ
素子52の温度に依存すること、即ちセンサ素子52温
度の増大に連れて減衰することに着目し、センサ素子5
2の抵抗がセンサ素子52の活性化状態を維持する温度
に相当する抵抗値、例えば30Ωとなるようヒータ54
へ電力供給することによりセンサ素子52の温度を目標
温度、例えば730℃に維持する制御が行われている。
また、A/FCU60は、センサ素子52を加熱するヒ
ータ制御回路56からヒータ54の電圧と電流に相当す
るアナログ電圧を受けデジタルデータに変換するA/D
変換器を内部に設けている。これらのデジタルデータを
用いて、例えばヒータ54の抵抗値を算出し、算出した
抵抗値に基づき機関の運転状態に応じた電力供給をヒー
タ54に行うと共にヒータ54の過昇温を防止するよう
ヒータ54の温度制御を行う。尚、本発明の実施の形態
では、空燃比センサ37として限界電流式酸素濃度検出
素子を使用するが、本発明はこれに限定するものでな
く、空燃比センサ37として空燃比がリッチかリーンか
を判定するZ特性を有するλ型酸素センサ(以下、O 2
センサとする)を用いた場合にも適用できる。
However, the resistance of the sensor element 52 is
It depends on the temperature of the element 52, that is, the temperature of the sensor element 52.
Paying attention to the fact that the sensor element 5
The temperature at which the resistance of 2 maintains the activated state of the sensor element 52.
Heater 54 to have a resistance value corresponding to
Target the temperature of the sensor element 52 by supplying power to
The temperature is controlled to be maintained at 730 ° C., for example.
The A / FCU 60 also heats the sensor element 52.
From the data control circuit 56 to the voltage and current of the heater 54.
A / D that receives analog voltage and converts it to digital data
A converter is provided inside. These digital data
By using, for example, the resistance value of the heater 54 is calculated and calculated.
Based on the resistance value, the power supply according to the operating condition of the engine is heated.
To prevent excessive heating of the heater 54
The temperature of the heater 54 is controlled. The embodiment of the present invention
Then, as the air-fuel ratio sensor 37, the limiting current type oxygen concentration detection is performed.
However, the present invention is not limited to this.
Whether the air-fuel ratio is rich or lean as the air-fuel ratio sensor 37
Type oxygen sensor (hereinafter, referred to as O 2
It is applicable also when using (as a sensor).

【0058】空燃比制御ユニット(A/FCU)60
は、例えば双方向バスにより相互に接続されたCPU、
ROM、RAM、パックアップRAM、入力ポート、出
力ポート、A/D変換器及びD/A変換器を具備し、空
燃比センサ37のヒータ制御を行う。また、ECU35
には、コモンレール圧センサ4a、エアフローメータ1
1、吸気温度センサ12、排気温度センサ24、クラン
クポジションセンサ33、水温センサ34、アクセル開
度センサ36、空燃比センサ37等の各種センサが電気
配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号
がECU35に入力されるようになっている。
Air-fuel ratio control unit (A / FCU) 60
Is, for example, a CPU interconnected by a bidirectional bus,
It comprises a ROM, a RAM, a pack-up RAM, an input port, an output port, an A / D converter and a D / A converter, and controls the heater of the air-fuel ratio sensor 37. In addition, the ECU 35
Includes a common rail pressure sensor 4a and an air flow meter 1
1, various sensors such as an intake air temperature sensor 12, an exhaust gas temperature sensor 24, a crank position sensor 33, a water temperature sensor 34, an accelerator opening sensor 36, an air-fuel ratio sensor 37, etc. are connected via electrical wiring, and the outputs of the various sensors described above are connected. A signal is input to the ECU 35.

【0059】一方、ECU35には、燃料噴射弁3、吸
気絞り用アクチュエータ14、排気絞り用アクチュエー
タ22、還元剤噴射弁28、EGR弁26、遮断弁31
等が電気配線を介して接続され、上記した各部をECU
35が制御することが可能になっている。
On the other hand, the ECU 35 has a fuel injection valve 3, an intake throttle actuator 14, an exhaust throttle actuator 22, a reducing agent injection valve 28, an EGR valve 26, and a shutoff valve 31.
Etc. are connected via electrical wiring, and the above-mentioned parts are connected to the ECU.
35 can be controlled.

【0060】前記ROMは各種アプリケーションプログ
ラム及び制御マップを記憶している。
The ROM stores various application programs and control maps.

【0061】前記RAMは、各センサからの出力信号や
CPUの演算結果等を格納する。前記演算結果は、例え
ば、クランクポジションセンサ33がパルス信号を出力
する時間的な間隔に基づいて算出される機関回転数であ
る。これらのデータは、クランクポジションセンサ33
がパルス信号を出力する都度、最新のデータに書き換え
られる。
The RAM stores output signals from the respective sensors, calculation results of the CPU, and the like. The calculation result is, for example, the engine speed calculated based on the time interval at which the crank position sensor 33 outputs a pulse signal. These data are used by the crank position sensor 33.
Each time, outputs a pulse signal, it is rewritten with the latest data.

【0062】前記バックアップRAMは、エンジン1の
運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモリであ
る。
The backup RAM is a non-volatile memory that can store data even after the operation of the engine 1 is stopped.

【0063】前記CPUは、前記ROMに記憶されたア
プリケーションプログラムに従って動作して、燃料噴射
弁制御、吸気絞り制御、排気絞り制御、EGR制御、N
Ox浄化制御、被毒解消制御、PM燃焼制御等を実行す
る。
The CPU operates according to the application program stored in the ROM, and controls the fuel injection valve, intake throttle, exhaust throttle, EGR control, N.
Ox purification control, poisoning elimination control, PM combustion control, etc. are executed.

【0064】例えば、NOx浄化制御では、CPUは、
フィルタ20に流入する排気中の酸素濃度を比較的短い
周期でスパイク的(短時間)に低くする、所謂リッチス
パイク制御を実行する。
For example, in the NOx purification control, the CPU
The so-called rich spike control is executed to reduce the oxygen concentration in the exhaust gas flowing into the filter 20 in a spike-like (short time) manner in a relatively short cycle.

【0065】リッチスパイク制御では、CPUは、所定
の周期毎にリッチスパイク制御実行条件が成立している
か否かを判別する。このリッチスパイク制御実行条件と
しては、例えば、フィルタ20が活性状態にある、排気
温度センサ24の出力信号値(排気温度)が所定の上限
値以下である、等の条件を例示することができる。
In the rich spike control, the CPU determines whether or not the rich spike control execution condition is satisfied every predetermined period. Examples of the rich spike control execution condition include conditions in which the filter 20 is in the active state, the output signal value of the exhaust temperature sensor 24 (exhaust temperature) is equal to or less than a predetermined upper limit value, and the like.

【0066】上記したようなリッチスパイク制御実行条
件が成立していると判定された場合は、CPUは、還元
剤噴射弁28からスパイク的に還元剤たる燃料を噴射さ
せるべく当該還元剤噴射弁28を制御することにより、
フィルタ20に流入する排気の空燃比を一時的に所定の
目標リッチ空燃比とする。
When it is determined that the rich spike control execution condition as described above is satisfied, the CPU causes the reducing agent injection valve 28 to inject spiked reducing agent fuel. By controlling
The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 20 is temporarily set to a predetermined target rich air-fuel ratio.

【0067】具体的には、CPUは、RAMに記憶され
ている機関回転数、アクセル開度センサ36の出力信号
(アクセル開度)、エアフローメータ11の出力信号値
(吸入空気量)、空燃比センサ37の出力信号、燃料噴
射量等を読み出す。
Specifically, the CPU has the engine speed stored in the RAM, the output signal of the accelerator opening sensor 36 (accelerator opening), the output signal value of the air flow meter 11 (intake air amount), the air-fuel ratio. The output signal of the sensor 37, the fuel injection amount, etc. are read.

【0068】CPUは、前記した機関回転数とアクセル
開度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとしてR
OMの還元剤添加量制御マップへアクセスし、排気の空
燃比を予め設定された目標空燃比とする上で必要となる
還元剤の添加量(目標添加量)を算出する。
The CPU uses the engine speed, the accelerator opening, the intake air amount, and the fuel injection amount as parameters for the R
The reducing agent addition amount control map of the OM is accessed, and the reducing agent addition amount (target addition amount) necessary for setting the air-fuel ratio of the exhaust gas to the preset target air-fuel ratio is calculated.

【0069】続いて、CPUは、前記目標添加量をパラ
メータとしてROMの還元剤噴射弁制御マップへアクセ
スし、還元剤噴射弁28から目標添加量の還元剤を噴射
させる上で必要となる還元剤噴射弁28の開弁時間(目
標開弁時間)を算出する。
Subsequently, the CPU accesses the reducing agent injection valve control map of the ROM using the target addition amount as a parameter, and the reducing agent necessary for injecting the target addition amount of the reducing agent from the reducing agent injection valve 28. The valve opening time (target valve opening time) of the injection valve 28 is calculated.

【0070】還元剤噴射弁28の目標開弁時間が算出さ
れると、CPUは、還元剤噴射弁28を開弁させる。
When the target opening time of the reducing agent injection valve 28 is calculated, the CPU opens the reducing agent injection valve 28.

【0071】CPUは、還元剤噴射弁28を開弁させた
時点から前記目標開弁時間が経過すると、還元剤噴射弁
28を閉弁させる。
The CPU closes the reducing agent injection valve 28 when the target valve opening time elapses from the time when the reducing agent injection valve 28 is opened.

【0072】このように還元剤噴射弁28が目標開弁時
間だけ開弁されると、目標添加量の燃料が還元剤噴射弁
28から排気枝管18内へ噴射されることになる。そし
て、還元剤噴射弁28から噴射された還元剤は、排気枝
管18の上流から流れてきた排気と混ざり合って目標空
燃比の混合気を形成してフィルタ20に流入する。
As described above, when the reducing agent injection valve 28 is opened for the target valve opening time, the target addition amount of fuel is injected from the reducing agent injection valve 28 into the exhaust branch pipe 18. Then, the reducing agent injected from the reducing agent injection valve 28 mixes with the exhaust gas that has flowed from the upstream side of the exhaust branch pipe 18 to form an air-fuel mixture having a target air-fuel ratio, and then flows into the filter 20.

【0073】この結果、フィルタ20に流入する排気の
空燃比は、比較的に短い周期で酸素濃度が変化すること
になり、以て、フィルタ20が窒素酸化物(NOx)の
吸収と放出・還元とを交互に短周期的に繰り返すことに
なる。
As a result, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 20 is such that the oxygen concentration changes in a relatively short cycle, so that the filter 20 absorbs and releases / reduces nitrogen oxides (NOx). And will be repeated alternately in a short cycle.

【0074】次に、被毒解消制御では、CPUは、フィ
ルタ20の酸化物による被毒を解消すべく被毒解消処理
を行うことになる。
Next, in the poisoning elimination control, the CPU carries out the poisoning elimination processing in order to eliminate the poisoning caused by the oxide of the filter 20.

【0075】ここで、エンジン1の燃料には硫黄(S)
が含まれている場合があり、そのような燃料がエンジン
1で燃焼されると、二酸化硫黄(SO2)や三酸化硫黄
(SO3)などの硫黄酸化物(SOx)が生成される。
Here, sulfur (S) is used as the fuel for the engine 1.
When such a fuel is burned in the engine 1, sulfur oxides (SOx) such as sulfur dioxide (SO 2 ) and sulfur trioxide (SO 3 ) are generated.

【0076】硫黄酸化物(SOx)は、排気とともにフ
ィルタ20に流入し、窒素酸化物(NOx)と同様のメ
カニズムによってフィルタ20に吸収される。
Sulfur oxide (SOx) flows into the filter 20 together with the exhaust gas, and is absorbed by the filter 20 by the same mechanism as nitrogen oxide (NOx).

【0077】具体的には、フィルタ20に流入する排気
の酸素濃度が高いときには、流入排気中の二酸化硫黄
(SO2)や三酸化硫黄(SO3)等の硫黄酸化物(SO
x)が白金(Pt)の表面上で酸化され、硫酸イオン
(SO4 2-)の形でフィルタ20に吸収される。更に、
フィルタ20に吸収された硫酸イオン(SO4 2-)は、
酸化バリウム(BaO)と結合して硫酸塩(BaS
4)を形成する。
Specifically, when the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the filter 20 is high, the sulfur oxides (SO 2 ) and SO 3 such as sulfur dioxide (SO 2 ) and sulfur trioxide (SO 3 ) in the inflowing exhaust gas.
x) is oxidized on the surface of platinum (Pt) and absorbed by the filter 20 in the form of sulfate ions (SO 4 2− ). Furthermore,
The sulfate ions (SO 4 2- ) absorbed by the filter 20 are
Sulfate (BaS) combined with barium oxide (BaO)
O 4 ) is formed.

【0078】ところで、硫酸塩(BaSO4)は、硝酸
バリウム(Ba(NO32)に比して安定していて分解
し難く、フィルタ20に流入する排気の酸素濃度が低く
なっても分解されずにフィルタ20内に残留してしま
う。
By the way, the sulfate (BaSO 4 ) is more stable than barium nitrate (Ba (NO 3 ) 2 ) and hard to decompose, and is decomposed even when the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the filter 20 becomes low. Instead, they remain in the filter 20.

【0079】フィルタ20における硫酸塩(BaS
4)の量が増加すると、それに応じて窒素酸化物(N
Ox)の吸収に関与することができる酸化バリウム(B
aO)の量が減少するため、フィルタ20のNOx吸収
能力が低下する、いわゆるSOx被毒が発生する。
Sulfate (BaS) in the filter 20
As the amount of O 4 ) increases, the nitrogen oxides (N
Barium oxide (B) which can participate in the absorption of Ox)
Since the amount of aO) decreases, so-called SOx poisoning occurs in which the NOx absorption capacity of the filter 20 decreases.

【0080】フィルタ20のSOx被毒を解消する方法
としては、フィルタ20の雰囲気温度をおよそ600乃
至650℃の高温域まで昇温させるとともに、フィルタ
20に流入する排気の酸素濃度を低くすることにより、
フィルタ20に吸収されている硫酸バリウム(BaSO
4)をSO3 -やSO4 -に熱分解し、次いでSO3 -やSO4
-を排気中の炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)と
反応させて気体状のSO2 -に還元する方法を例示するこ
とができる。
As a method of eliminating SOx poisoning of the filter 20, the ambient temperature of the filter 20 is raised to a high temperature range of about 600 to 650 ° C. and the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the filter 20 is lowered. ,
Barium sulfate (BaSO) absorbed by the filter 20
4) the SO 3 - and SO 4 - and pyrolyzed, followed by SO 3 - and SO 4
- it can be exemplified a method of reducing the - is reacted with a hydrocarbon in the exhaust gas (HC) and carbon monoxide (CO) gaseous SO 2 and.

【0081】そこで、本実施の形態に係る被毒解消処理
では、CPUは、先ずフィルタ20の床温を高める触媒
昇温制御を実行した上で、フィルタ20に流入する排気
の酸素濃度を低くするようにした。
Therefore, in the poisoning elimination processing according to the present embodiment, the CPU first executes the catalyst temperature raising control for raising the bed temperature of the filter 20, and then lowers the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the filter 20. I did it.

【0082】触媒昇温制御では、CPUは、例えば、各
気筒2の膨張行程時に燃料噴射弁3から副次的に燃料を
噴射させるとともに還元剤噴射弁28から排気中へ燃料
を添加させることにより、それらの未燃燃料成分をフィ
ルタ20において酸化させ、酸化の際に発生する熱によ
ってフィルタ20の床温を高めるようにしてもよい。
In the catalyst temperature raising control, the CPU causes, for example, secondary fuel injection from the fuel injection valve 3 and addition of fuel from the reducing agent injection valve 28 into the exhaust during the expansion stroke of each cylinder 2. Alternatively, those unburned fuel components may be oxidized in the filter 20, and the heat generated during the oxidation may raise the bed temperature of the filter 20.

【0083】但し、フィルタ20が過剰に昇温すると、
フィルタ20の熱劣化が誘発される虞があるため、排気
温度センサ24の出力信号値に基づいて副次的な噴射燃
料量及び添加燃料量がフィードバック制御されるように
することが好ましい。
However, if the temperature of the filter 20 rises excessively,
Since the heat deterioration of the filter 20 may be induced, it is preferable that the secondary injection fuel amount and the additional fuel amount be feedback-controlled based on the output signal value of the exhaust temperature sensor 24.

【0084】上記したような触媒昇温処理によりフィル
タ20の床温が600℃乃至650℃程度の高温域まで
上昇すると、CPUは、フィルタ20に流入する排気の
酸素濃度を低下させるべく還元剤噴射弁28から燃料を
噴射させる。
When the bed temperature of the filter 20 rises to a high temperature range of about 600 ° C. to 650 ° C. by the catalyst temperature raising process as described above, the CPU injects the reducing agent to reduce the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the filter 20. Fuel is injected from the valve 28.

【0085】尚、還元剤噴射弁28から過剰な燃料が噴
射されると、それらの燃料がフィルタ20で急激に燃焼
してフィルタ20が過熱し、或いは還元剤噴射弁28か
ら噴射された過剰な燃料によってフィルタ20が不要に
冷却される虞があるため、CPUは、空燃比センサ37
の出力信号に基づいて還元剤噴射弁28からの燃料噴射
量をフィードバック制御するようにすることが好まし
い。
When excessive fuel is injected from the reducing agent injection valve 28, those fuels burn rapidly in the filter 20 and the filter 20 overheats, or excessive fuel injected from the reducing agent injection valve 28 is injected. Since the filter 20 may be unnecessarily cooled by the fuel, the CPU uses the air-fuel ratio sensor 37.
It is preferable that the fuel injection amount from the reducing agent injection valve 28 is feedback-controlled based on the output signal of.

【0086】このように被毒解消処理が実行されると、
フィルタ20の床温が高い状況下で、フィルタ20に流
入する排気の酸素濃度が低くなるため、フィルタ20に
吸収されている硫酸バリウム(BaSO4)がSO3 -
SO4 -に熱分解され、それらSO3 -やSO4 -が排気中の
炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)と反応して還元
され、以てフィルタ20のSOx被毒が解消されること
になる。
When the poisoning elimination processing is executed in this way,
When the bed temperature of the filter 20 is high, the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the filter 20 is low, so that barium sulfate (BaSO 4 ) absorbed by the filter 20 is thermally decomposed into SO 3 and SO 4 −. The SO 3 and SO 4 react with hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) in the exhaust gas and are reduced, whereby SOx poisoning of the filter 20 is eliminated.

【0087】一方、エンジンの運転状態によってはフィ
ルタ20に捕獲されたPMが燃え残って堆積し該フィル
タ20の目詰まりを誘発させる要因となる。このように
燃え残ったPMを効果的に除去する方法の一つとしても
前記燃料添加による昇温制御は有効である。
On the other hand, depending on the operating condition of the engine, the PM captured by the filter 20 remains unburned and accumulated, which causes the filter 20 to be clogged. As one of the methods for effectively removing the unburned PM, the temperature increase control by the fuel addition is effective.

【0088】以上述べたように、空燃比センサ37を使
用して排気の空燃比を計測し、燃料噴射量や還元剤添加
量のフィードバック制御を行うことにより触媒やフィル
タを有効に働かせることが可能となる。
As described above, the air-fuel ratio sensor 37 is used to measure the air-fuel ratio of the exhaust gas, and the feedback control of the fuel injection amount and the reducing agent addition amount is performed, so that the catalyst and the filter can be effectively operated. Becomes

【0089】次に、本実施の形態で使用するコップ型空
燃比センサについて以下に説明する。尚、このコップ型
空燃比センサは、冷間始動時の被水等により素子割れが
発生することがある。
Next, the cup type air-fuel ratio sensor used in the present embodiment will be described below. In this cup-type air-fuel ratio sensor, element cracking may occur due to water contact during cold start.

【0090】図3は、コップ型空燃比センサの断面図で
ある。コップ型空燃比センサのセンサ本体70は、断面
カップ状の拡散抵抗層71を有しており、この拡散抵抗
層71はその開口端71aにて機関の排気管の取り付け
穴部に内嵌されている。拡散抵抗層71は、ZrO2
のプラズマ溶射法等により形成されている。また、セン
サ本体70は固体電化質層72を有しており、この固体
電化質層72は酸素イオン伝導性酸化物焼結体により断
面カップ状の排気側電極層73を介し抵抗拡散層の内周
壁に一様に内嵌されている。この固体電化質層72の内
表面には、大気側電極層74が断面カップ状に一様に固
着されている。係る場合、排気側電極層73及び大気側
電極層74は、共に白金(Pt)等の触媒活性の高い貴
金属を化学メッキ等により十分浸透性を有するように形
成されている。また、排気側電極層73の面積及び厚さ
は、10乃至100mm2及び0.5乃至2.0μm程
度となっている。一方、大気側電極層74の面積及び厚
さは10mm2及び0.5乃至2.0μm程度となって
いる。センサ本体70は保護カバー78により囲まれて
いる。保護カバー78はセンサ本体70と排気との直接
接触を防止しつつ、センサ本体70の保温を確保するた
めに設けられている。保護カバー78にはカバーの内部
と外部とを連通するため多数の小穴が設けられている。
FIG. 3 is a sectional view of a cup type air-fuel ratio sensor. The sensor body 70 of the cup-type air-fuel ratio sensor has a diffusion resistance layer 71 having a cup-shaped cross section, and the diffusion resistance layer 71 is internally fitted into a mounting hole portion of an exhaust pipe of an engine at an opening end 71a thereof. There is. The diffusion resistance layer 71 is formed by a plasma spraying method of ZrO 2 or the like. Further, the sensor main body 70 has a solid electrolyte layer 72, and this solid electrolyte layer 72 is made of an oxygen ion conductive oxide sintered body, and the inside of the resistance diffusion layer is provided via an exhaust side electrode layer 73 having a cup-shaped cross section. It is evenly fitted inside the peripheral wall. An atmosphere-side electrode layer 74 is uniformly adhered to the inner surface of the solid electrolyte layer 72 in a cup-shaped cross section. In this case, both the exhaust-side electrode layer 73 and the atmosphere-side electrode layer 74 are formed so that a noble metal having a high catalytic activity such as platinum (Pt) has sufficient permeability by chemical plating or the like. The area and thickness of the exhaust side electrode layer 73 are about 10 to 100 mm 2 and about 0.5 to 2.0 μm. On the other hand, the area and thickness of the atmosphere-side electrode layer 74 are 10 mm 2 and 0.5 to 2.0 μm. The sensor body 70 is surrounded by a protective cover 78. The protection cover 78 is provided to prevent the sensor body 70 from directly contacting the exhaust gas and to keep the sensor body 70 warm. The protective cover 78 has a large number of small holes for communicating the inside and outside of the cover.

【0091】機関の冷間始動時にはセンサ本体70を早
期に加熱するためヒータ76に大電力を供給する必要が
あるので、従来技術によればバッテリ55からヒータ7
6にデューティ比100%で電力供給をしている。しか
るに、排気管19内上流に設けられたフィルタ20で凝
縮した水分が排気管19の底部に滞留しており、機関の
冷間始動時の排気系がまだ暖まっていないとき、排気と
共にこの凝縮水が飛散し保護カバー78の小穴を通過し
てセンサ本体70に接触し、センサ本体70の素子割れ
が発生するのである。
When the engine is cold started, it is necessary to supply a large amount of electric power to the heater 76 in order to heat the sensor main body 70 early.
6, the power is supplied at a duty ratio of 100%. However, when the water condensed by the filter 20 provided upstream in the exhaust pipe 19 stays at the bottom of the exhaust pipe 19 and the exhaust system at the time of cold start of the engine is not yet warm, this condensed water is discharged together with the exhaust. Are scattered and pass through the small holes of the protective cover 78 and come into contact with the sensor main body 70, causing element breakage of the sensor main body 70.

【0092】そこで、本実施の形態では先ず、空燃比セ
ンサ37周辺の排気管19の壁温を推定し、該壁温から
排気管19内の水分の有無を推定する。そして、水分が
存在すると推定された場合には、ヒータ76の出力を調
整して低温に保ち素子割れを防止する。特に、ディーゼ
ルエンジンのように排気の温度が低い機関は、触媒温度
の上昇に時間がかかるため、触媒の温度が上昇するまで
は空燃比センサのフィードバック制御が行われないの
で、段階的なセンサ素子の昇温に適している。
Therefore, in the present embodiment, first, the wall temperature of the exhaust pipe 19 around the air-fuel ratio sensor 37 is estimated, and the presence or absence of water in the exhaust pipe 19 is estimated from the wall temperature. When it is estimated that water is present, the output of the heater 76 is adjusted to keep the temperature low to prevent element cracking. In particular, in an engine with a low exhaust temperature such as a diesel engine, it takes time for the catalyst temperature to rise, so feedback control of the air-fuel ratio sensor is not performed until the temperature of the catalyst rises. Suitable for raising temperature.

【0093】ここで、空燃比センサ37周辺の排気管温
度算出のフローについて説明する。
Here, a flow for calculating the exhaust pipe temperature around the air-fuel ratio sensor 37 will be described.

【0094】図4は、排気管温度算出ルーチンのフロー
を示すフローチャート図である。
FIG. 4 is a flow chart showing the flow of the exhaust pipe temperature calculation routine.

【0095】ステップS501では、吸気温度センサ1
2により検出された外気温度T0Aを読み取る。
In step S501, the intake air temperature sensor 1
The outside air temperature T 0A detected by 2 is read.

【0096】ステップS502では、排気温度センサに
より検出されたフィルタ20下流の排気温度TEA2を読
み取る。
In step S502, the exhaust temperature T EA2 downstream of the filter 20 detected by the exhaust temperature sensor is read.

【0097】ステップS503では、外気温度T0Aと排
気温度TEA2とから空燃比センサ37の近辺の排気温度
EA1を次のように推測する。
In step S503, the exhaust temperature T EA1 near the air-fuel ratio sensor 37 is estimated from the outside air temperature T 0A and the exhaust temperature T EA2 as follows.

【0098】外気温度T0Aと排気管の熱伝導率k1とか
ら、空燃比センサ37近辺から排気温度センサ近辺に至
るまでの排気温度の低下TDを推測する。空燃比センサ
37近辺の排気温度TEA1は、排気温度TEA2に排気温度
の低下TDを加算したものであるから次式が成立する。
From the outside air temperature T 0A and the thermal conductivity k1 of the exhaust pipe, a decrease T D of the exhaust temperature from the vicinity of the air-fuel ratio sensor 37 to the vicinity of the exhaust temperature sensor is estimated. The exhaust temperature T EA1 near the air-fuel ratio sensor 37 is the exhaust temperature T EA2 plus the decrease T D in the exhaust temperature, and therefore the following equation is established.

【0099】TEA1=TEA2+TD・・・(1) ステップS504では、ステップS503で計算した空
燃比センサ37近辺の排気温度TEA1及び空気に対する
排気管への熱伝達率k2とから空燃比センサ37の周囲
の排気管温度Twを算出する。
T EA1 = T EA2 + T D (1) In step S 504, the air-fuel ratio is calculated from the exhaust temperature T EA1 near the air-fuel ratio sensor 37 calculated in step S 503 and the heat transfer coefficient k 2 to the exhaust pipe to air. The exhaust pipe temperature Tw around the sensor 37 is calculated.

【0100】また、排気管温度Twは、次のように算出
しても良い。先ず、空燃比センサ37近辺の排気温度T
EA1を、クランクポジションセンサ33から検出される
機関回転数NEとエアフローメータ11から検出される
吸入空気量GAとの2次元マップから算出する。この2
次元マップは、実験値から作成され、NEが大きくなる
程、また、GAが大きくなる程、排気温度TEA1は高く
なる。このように算出された排気温度TEA1と吸気温度
センサ12により検出された外気温度T0Aとから排気管
温度Twを次式から算出する。
The exhaust pipe temperature Tw may be calculated as follows. First, the exhaust gas temperature T near the air-fuel ratio sensor 37
EA1 is calculated from a two-dimensional map of the engine speed NE detected by the crank position sensor 33 and the intake air amount GA detected by the air flow meter 11. This 2
The dimension map is created from experimental values, and the larger the NE and the larger the GA, the higher the exhaust temperature T EA1 . The exhaust pipe temperature Tw is calculated from the following equation from the exhaust gas temperature T EA1 thus calculated and the outside air temperature T 0A detected by the intake air temperature sensor 12.

【0101】Tw=α(TEA1−T0A) ここで、αは定数である。Tw = α (T EA1 −T 0A ) where α is a constant.

【0102】次に、空燃比センサ37の素子温度の算出
方法について説明する。素子温度は、素子直流インピー
ダンスZdcから算出される。このインピーダンスZd
cは、センサ素子に負の電圧Vnegを印加し、そのと
きの電流Inegを検出して次式により求める。
Next, a method of calculating the element temperature of the air-fuel ratio sensor 37 will be described. The element temperature is calculated from the element DC impedance Zdc. This impedance Zd
c is obtained by applying the negative voltage Vneg to the sensor element, detecting the current Ineg at that time, and using the following equation.

【0103】Zdc=Vneg/Ineg 一般に、素子温度が上昇するにつれて素子直流インピー
ダンスは減衰するという相関関係があり、例えばセンサ
素子が温度730℃のときの素子直流インピーダンスは
30Ωである。素子温度とセンサ素子インピーダンスと
の関係を予めマップ化しておくことによりセンサ素子イ
ンピーダンスからセンサ素子の温度を求めることができ
る。従って、センサ素子の温度をフィードバックしてヒ
ータ76の通電制御を行えばセンサ素子の温度を任意の
温度に維持することが可能となる。
Zdc = Vneg / Ineg In general, there is a correlation that the element DC impedance is attenuated as the element temperature rises. For example, the element DC impedance when the sensor element temperature is 730 ° C. is 30Ω. By mapping the relationship between the element temperature and the sensor element impedance in advance, the temperature of the sensor element can be obtained from the sensor element impedance. Therefore, if the temperature of the sensor element is fed back to control the energization of the heater 76, the temperature of the sensor element can be maintained at an arbitrary temperature.

【0104】ところで、従来の空燃比センサの通電制御
では、水分による素子の毀損を防止するために、排気の
温度が上昇して水分が除去された後にヒータ76の通電
が開始されていた。しかし、ヒータ76に通電していな
いときに排気中の煤等が素子に付着し、ヒータ76通電
後に該煤等が急激に燃焼していた。この煤の急激な燃焼
により、素子の毀損を誘発し、また、空燃比の変動によ
る測定精度の低下が発生していた。
In the conventional energization control of the air-fuel ratio sensor, the energization of the heater 76 is started after the temperature of the exhaust gas is raised and the water is removed in order to prevent the element from being damaged by the water. However, soot and the like in the exhaust adhered to the element when the heater 76 was not energized, and the soot and the like rapidly burned after the heater 76 was energized. Due to the rapid combustion of the soot, the element was damaged, and the measurement accuracy was deteriorated due to the fluctuation of the air-fuel ratio.

【0105】そこで、本実施の形態では、排気管低温時
には煤等を燃焼させる程度の温度を維持すべくヒータの
通電を行い、煤等の急激な燃焼による過剰な温度上昇や
空燃比の変動を防止する。
Therefore, in the present embodiment, when the exhaust pipe temperature is low, the heater is energized so as to maintain the temperature at which the soot and the like are burned, and excessive temperature rise and fluctuation of the air-fuel ratio due to rapid combustion of the soot and the like. To prevent.

【0106】図5は、本実施の形態に係る空燃比センサ
通電制御のフローを表すフローチャート図である。
FIG. 5 is a flow chart showing the flow of air-fuel ratio sensor energization control according to the present embodiment.

【0107】また、図6は、本実施の形態に係る空燃比
センサの通電制御を行ったときのヒータ設定温度及び排
気管温度の推移を表したタイムチャート図である。
FIG. 6 is a time chart showing changes in the heater set temperature and the exhaust pipe temperature when the energization control of the air-fuel ratio sensor according to the present embodiment is performed.

【0108】空燃比センサ通電制御は、イグニッション
スイッチONと同時に開始される。
The air-fuel ratio sensor energization control is started at the same time when the ignition switch is turned on.

【0109】ステップS601では、排気温度、吸入空
気量、外気温度(吸入空気温度)が読み込まれる。CP
Uは、RAMにアクセスし、排気温度センサ24、吸気
温度センサ12の出力信号を読み出す。
In step S601, the exhaust temperature, the intake air amount, and the outside air temperature (intake air temperature) are read. CP
U accesses the RAM and reads the output signals of the exhaust temperature sensor 24 and the intake air temperature sensor 12.

【0110】ステップS602では、排気管温度Twを
算出する。CPUは、前記ステップS504で説明した
ように排気温度と外気温度とから排気管温度Twを算出
する。
In step S602, the exhaust pipe temperature Tw is calculated. The CPU calculates the exhaust pipe temperature Tw from the exhaust temperature and the outside air temperature as described in step S504.

【0111】ステップS603では、排気管温度Twが
所定温度(例えば30℃)よりも低いか否か判定する。
ここで、排気管温度Twが所定温度(例えば30℃)よ
りも低い場合には、排気管内に凝縮水等の水分が存在
し、ヒータの通電により素子の毀損が発生する虞があ
る。そこで、排気管温度が所定温度(例えば30℃)よ
りも低いか否かでヒータの通電方法を分別する。ステッ
プS603で肯定判定がなされた場合にはステップS6
04へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステッ
プS605へ進む。
In step S603, it is determined whether the exhaust pipe temperature Tw is lower than a predetermined temperature (for example, 30 ° C.).
Here, when the exhaust pipe temperature Tw is lower than a predetermined temperature (for example, 30 ° C.), moisture such as condensed water exists in the exhaust pipe, and the element may be damaged due to energization of the heater. Therefore, the method of energizing the heater is classified according to whether the exhaust pipe temperature is lower than a predetermined temperature (for example, 30 ° C.). If an affirmative decision is made in step S603, step S6
04, on the other hand, if the negative determination is made, the process proceeds to step S605.

【0112】ステップS604では、空燃比センサ37
の温度を例えば200℃に維持する。この温度は、素子
に微量の水分が付着しても該素子の毀損が発生しない温
度である。このような温度では、空燃比センサ37に付
着したSOFの一部が燃焼する。SOFの燃焼による温
度上昇があったとしても空燃比センサ37の温度が低温
であるため、素子の温度が過剰に上昇することはない。
また、水分が付着したとしても、この温度では素子の毀
損が起こり難い。このときの排気管の温度及びヒータ7
6の設定温度は図6中の領域で示される。
In step S604, the air-fuel ratio sensor 37
Is maintained at, for example, 200 ° C. This temperature is a temperature at which the element is not damaged even if a small amount of water adheres to the element. At such a temperature, part of the SOF attached to the air-fuel ratio sensor 37 burns. Even if the temperature rises due to the combustion of SOF, the temperature of the air-fuel ratio sensor 37 is low, so the temperature of the element does not rise excessively.
Even if moisture adheres, the element is less likely to be damaged at this temperature. Exhaust pipe temperature and heater 7 at this time
The set temperature of 6 is shown by the area in FIG.

【0113】ステップS605では、空燃比センサ37
の温度を例えば500℃に維持する。このような温度で
は、空燃比センサ37に付着した煤が燃焼する。ここ
で、例えば500℃に維持するのは煤の燃焼による過熱
のために素子が毀損することを防止するためである。ま
た、このときには水分は蒸発しているので空燃比センサ
37に付着して素子の毀損が発生することはない。この
ときの排気管の温度及びヒータ76の設定温度は図6中
の領域で示される。
In step S605, the air-fuel ratio sensor 37
Is maintained at, for example, 500 ° C. At such a temperature, the soot attached to the air-fuel ratio sensor 37 burns. Here, the reason why the temperature is maintained at, for example, 500 ° C. is to prevent the element from being damaged due to overheating due to combustion of soot. Further, at this time, since the water is evaporated, it does not adhere to the air-fuel ratio sensor 37 and damage the element. The temperature of the exhaust pipe and the set temperature of the heater 76 at this time are shown in the region in FIG.

【0114】ステップS606では、ステップS605
で開始されたヒータの通電時間をカウントする。
In step S606, step S605
The energization time of the heater started at is counted.

【0115】ステップS607では、ステップS606
のカウント時間が煤の燃焼に必要とされる時間よりも長
いか否か判定する。煤の燃焼に必要とされる時間は、予
め実験等により求められる。煤が燃焼して除去される
と、これより更に温度を上昇させたときに煤が燃焼して
素子が過剰に温度上昇することがない。肯定判定がなさ
れた場合にはステップS608へ進み、一方、否定判定
がなされた場合にはステップS606へ進む。
In step S607, step S606 is performed.
It is determined whether the count time of is longer than the time required for burning the soot. The time required for burning soot is obtained in advance by experiments or the like. When the soot is burned and removed, when the temperature is further raised, the soot will not burn and the temperature of the element will not excessively rise. If a positive determination is made, the process proceeds to step S608, while if a negative determination is made, the process proceeds to step S606.

【0116】ステップS608では、空燃比センサ37
の温度を例えば730℃に維持する。このような温度で
は、素子が活性化し排気の空燃比を計測することができ
る。このときの排気管の温度及びヒータ76の設定温度
は図6中の領域で示される。
In step S608, the air-fuel ratio sensor 37
Is maintained at, for example, 730 ° C. At such a temperature, the element is activated and the air-fuel ratio of exhaust gas can be measured. The temperature of the exhaust pipe and the set temperature of the heater 76 at this time are shown in the region in FIG.

【0117】このようにして、段階的にヒータ76の通
電を制御することが可能となる。
In this way, the energization of the heater 76 can be controlled stepwise.

【0118】ここで、従来の空燃比センサでは、センサ
素子に被水の虞がある場合には、ヒータへの通電を停止
していた。しかし、ヒータへの通電を停止すると空燃比
センサに排気中の煤等が付着し、ヒータ通電時に急激に
燃焼しセンサ素子部の過熱による毀損が発生することが
あった。
Here, in the conventional air-fuel ratio sensor, when the sensor element is likely to be exposed to water, energization of the heater is stopped. However, when energization to the heater is stopped, soot or the like in the exhaust adheres to the air-fuel ratio sensor, and when the heater is energized, it may burn rapidly and damage the sensor element due to overheating.

【0119】その点、本実施の形態の空燃比センサによ
れば、段階的にヒータへの通電を行うことにより、水分
による素子の毀損を防止しつつ煤等の急激な燃焼による
素子の毀損及びセンサ周辺の空燃比の変動による測定値
の変動を抑制することが可能となる。
In this respect, according to the air-fuel ratio sensor of the present embodiment, by energizing the heater stepwise, damage to the element due to rapid combustion of soot and the like while preventing damage to the element due to moisture and It is possible to suppress fluctuations in measured values due to fluctuations in the air-fuel ratio around the sensor.

【0120】尚、本実施の形態では空燃比センサについ
て説明したが、本願は空燃比センサに限らず、ヒータ加
熱排気センサ全て(例えば、O2センサ、NOxセンサ、
HCセンサ等)について当てはめることができる。
Although the air-fuel ratio sensor has been described in the present embodiment, the present application is not limited to the air-fuel ratio sensor, and all heater heating exhaust sensors (for example, O 2 sensor, NOx sensor,
HC sensor, etc.).

【0121】[0121]

【発明の効果】本発明に係る空燃比センサでは、被水に
よる素子の毀損を防止しつつ、煤等の急激な燃焼に起因
したセンサの過熱を抑制し該センサの毀損を防止するこ
とができる。また、素子に付着した煤が燃焼して素子近
辺の空燃比が変動することによる測定空燃比の変動を抑
制することができる。
With the air-fuel ratio sensor according to the present invention, it is possible to prevent damage to the element due to water, while suppressing overheating of the sensor due to rapid combustion of soot and the like. . Further, the fluctuation of the measured air-fuel ratio due to the combustion of the soot adhering to the element and the fluctuation of the air-fuel ratio near the element can be suppressed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の実施の形態に係る空燃比センサを適
用するエンジンとその吸排気系とを併せ示す概略構成図
である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an engine to which an air-fuel ratio sensor according to an embodiment of the present invention is applied and an intake / exhaust system thereof.

【図2】 空燃比センサの概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an air-fuel ratio sensor.

【図3】 コップ型空燃比センサの断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a cup-type air-fuel ratio sensor.

【図4】 排気管温度算出ルーチンのフローを示すフロ
ーチャート図である。
FIG. 4 is a flowchart showing a flow of an exhaust pipe temperature calculation routine.

【図5】 本発明の実施の形態に係る空燃比センサ通電
制御のフローを表すフローチャート図である。
FIG. 5 is a flowchart showing a flow of air-fuel ratio sensor energization control according to the embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の実施の形態に係る空燃比センサの通
電制御を行ったときのヒータ設定温度及び排気管温度の
推移を表したタイムチャート図である。
FIG. 6 is a time chart diagram showing changes in heater set temperature and exhaust pipe temperature when energization control of the air-fuel ratio sensor according to the embodiment of the present invention is performed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・・エンジン 1a・・・クランクプーリ 2・・・・気筒 3・・・・燃料噴射弁 4・・・・コモンレール 4a・・・コモンレール圧センサ 5・・・・燃料供給管 6・・・・燃料ポンプ 6a・・・ポンププーリ 8・・・・吸気枝管 9・・・・吸気管 18・・・排気枝管 19・・・排気管 20・・・パティキュレートフィルタ 21・・・排気絞り弁 24・・・排気温度センサ 25・・・EGR通路 26・・・EGR弁 27・・・EGRクーラ 28・・・還元剤噴射弁 29・・・還元剤供給路 31・・・遮断弁 33・・・クランクポジションセンサ 34・・・水温センサ 35・・・ECU 36・・・アクセル開度センサ 37・・・空燃比センサ 1 ... Engine 1a: Crank pulley 2 ... Cylinder 3 ... Fuel injection valve 4 ... Common rail 4a ... Common rail pressure sensor 5 ... Fuel supply pipe 6 ... Fuel pump 6a ... Pump pulley 8 ... Intake branch pipe 9 ... Intake pipe 18 ... Exhaust branch pipe 19 ... Exhaust pipe 20 ... Particulate filter 21 ... Exhaust throttle valve 24 ... Exhaust gas temperature sensor 25 ... EGR passage 26 ... EGR valve 27 ... EGR cooler 28 ... Reducing agent injection valve 29 ... Reductant supply path 31 ... Shut-off valve 33 ... Crank position sensor 34 ... Water temperature sensor 35 ... ECU 36 ... Accelerator opening sensor 37 ... Air-fuel ratio sensor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01N 27/46 371G 331 311G Fターム(参考) 2G004 BB01 BD04 BG09 BG13 BG15 BJ02 BL08 BL09 BL19 BM04 3G084 AA01 BA00 BA08 BA20 BA24 CA01 CA02 DA19 DA27 DA28 EA02 EA04 EA11 EB08 EB12 EB22 EC04 FA02 FA07 FA10 FA27 FA29 FA33 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) G01N 27/46 371G 331 311G F term (reference) 2G004 BB01 BD04 BG09 BG13 BG15 BJ02 BL08 BL09 BL19 BM04 3G084 AA01 BA00 BA08 BA20 BA24 CA01 CA02 DA19 DA27 DA28 EA02 EA04 EA11 EB08 EB12 EB22 EC04 FA02 FA07 FA10 FA27 FA29 FA33

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】内燃機関の排気通路を流通する排気の空燃
比を検出する空燃比センサと、 前記空燃比センサを加熱するヒータと、 前記ヒータへ通電して該ヒータを任意の温度に維持する
通電手段と、 前記排気通路の内壁に水分が付着しているか否かを判定
する判定手段と、を備え、 前記通電手段は、少なくとも前記排気通路の壁面に水分
が付着していると前記判定手段が判定したときには、ヒ
ータの温度を通常よりも低温に維持するべく通電するこ
とを特徴とする空燃比センサ。
1. An air-fuel ratio sensor for detecting an air-fuel ratio of exhaust gas flowing through an exhaust passage of an internal combustion engine, a heater for heating the air-fuel ratio sensor, and a heater which is energized to maintain the heater at an arbitrary temperature. An energizing unit; and a determining unit that determines whether or not moisture adheres to the inner wall of the exhaust passage, wherein the energizing unit determines that the moisture adheres to at least the wall surface of the exhaust passage. When the determination is made, the air-fuel ratio sensor is energized to keep the temperature of the heater lower than normal.
【請求項2】前記通電手段は、前記排気通路の壁面に水
分が付着していると前記判定手段が判定したときには前
記空燃比センサを第1の所定温度に維持するべくヒータ
へ通電し、その後、前記水分の付着が解消されたと判定
されたときに前記空燃比センサを第1の所定温度よりも
高い第2の所定温度に維持して該空燃比センサに付着し
た粒子状物質を燃焼させるべくヒータへ所定時間通電
し、更にその後、第2の所定温度よりも高い第3の所定
温度に維持するべくヒータへ通電することを特徴とする
請求項1に記載の空燃比センサ。
2. The energizing means energizes the heater so as to maintain the air-fuel ratio sensor at the first predetermined temperature when the determining means determines that the water adheres to the wall surface of the exhaust passage, and thereafter, In order to burn the particulate matter adhering to the air-fuel ratio sensor by maintaining the air-fuel ratio sensor at a second predetermined temperature higher than the first predetermined temperature when it is determined that the water adhesion has been eliminated. The air-fuel ratio sensor according to claim 1, wherein the heater is energized for a predetermined time, and then the heater is energized so as to be maintained at a third predetermined temperature higher than the second predetermined temperature.
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