JP2006220026A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジンの排気管内で生じる凝縮水量を精度良く推定する。
【解決手段】 吸入空気量Ｍair と燃料噴射量Ｍfue とに基づいて燃焼により発生する水蒸気量Ｍwgs を算出すると共に、排出ガス温度Ｔg と排気管温度Ｔp とに応じた凝縮割合Ｃ（排出ガス中の水蒸気のうち排気管２５内で凝縮する割合）を算出する。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 を算出し、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 を求める。尚、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 を初期値とする。また、吸入空気量Ｍair が所定値Ｍthを越えたときには、凝縮水量推定値Ｍcon を０にリセット又は減少させる。
【選択図】 図２

Description

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。

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。

この対策として、特許文献１（特開２００２−３１８２１９号公報）に記載されているように、アルコール混合燃料を用いるエンジンにおいて、アルコール混合燃料のアルコール濃度を検出して、そのアルコール濃度に基づいて排出ガス中の水蒸気量を推定すると共に、この排出ガス中の水蒸気量と外気温とに基づいて、排出ガスの温度が外気温まで低下したときに排気管内で生じる凝縮水量を推定し、この凝縮水量に基づいてヒータ通電を遅延させるようにしたものがある。
特開２００２−３１８２１９号公報（第２頁等）

上記特許文献１の凝縮水量の推定方法では、排気管内で排出ガスの温度が外気温まで低下すると仮定して、排出ガス中の水蒸気量と外気温とに基づいて排気管内で生じる凝縮水量を推定するようにしている。

しかし、実際の排出ガスの温度低下は、外気温ではなく、排気管温度により支配される。十分長い時間ソークされた場合は、排気管温度が外気温とほぼ等しくなっているため、上記方法でも正しく凝縮水量を推定できるが、内燃機関の停止後に排気管温度が低下しないうちに再始動する“温間再始動”の場合は、排気管温度が外気温よりも高い。そのため、排気管温度が外気温とほぼ等しい場合に比べると排出ガスの温度低下が少ない。

このため、上記特許文献１のように、排出ガス中の水蒸気量と外気温とに基づいて排気管内で生じる凝縮水量を推定する方法では、温間再始動時に排気管内で生じる凝縮水量を精度良く推定することができず、凝縮水量の推定精度が低下するという問題があった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、内燃機関の排気管内で生じる凝縮水量の推定精度を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、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水蒸気量算出手段により算出して、内燃機関の排出ガスの温度を排出ガス温度取得手段により推定又は検出すると共に、内燃機関の排気管の温度を排気管温度取得手段により推定又は検出し、水蒸気量と排出ガス温度と排気管温度とに基づいて排気管内で生じる凝縮水量を凝縮水量推定手段により推定するようにしたものである。

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）のうち排気管内で凝縮する割合は、排出ガス温度と排気管温度とに応じて変化するため、水蒸気量と排出ガス温度と排気管温度とに基づいて排気管内で生じる凝縮水量を推定すれば、排出ガス温度や排気管温度の影響を考慮して排気管内で生じる凝縮水量を精度良く推定することができる。

この場合、請求項２のように、水蒸気量と排出ガス温度と排気管温度とに基づいて凝縮水増加量を算出し、該凝縮水増加量を前回の凝縮水量の推定値に加算して今回の凝縮水量の推定値を求めるようにすると良い。このようにすれば、排気管内に蓄積される凝縮水量を精度良く推定することができる。

一般に、排気管温度が低い始動直後には排気管内の凝縮水量が多くなるため、特に始動後の早い時期に内燃機関が停止された場合には、排気管内に多くの凝縮水が残留する。しかし、イグニッションスイッチがオフされて内燃機関が停止されたときに、凝縮水量の推定値のデータが消えてしまうと、再始動時に凝縮水量を推定する際に、前回の内燃機関の停止直前の凝縮水量（つまり、内燃機関の停止中に排気管内に残留する凝縮水量）を反映させることができず、その分、凝縮水量の推定精度が低下してしまう。

そこで、請求項３のように、内燃機関の停止中も記憶データを保持可能な記憶手段に凝縮水量の推定値を記憶させるようにすると良い。このようにすれば、内燃機関の再始動時に凝縮水量を推定する際に、前回の内燃機関の停止直前に記憶した凝縮水量の推定値（つまり、内燃機関の停止中に排気管内に残留する凝縮水量の推定値）を初期値として凝縮水量を推定することができ、凝縮水量の推定精度を向上させることができる。

また、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内を流れる排出ガス量が増加すると、排気管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外へ排出されるため、請求項４のように、内燃機関の吸入空気量又はそれに相関する情報に応じて凝縮水量の推定値を減少又は０にリセットするようにすると良い。このようにすれば、吸入空気量が増加して排気管内を流れる排出ガス量が増加したときに、排気管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外へ排出されるのに対応して、凝縮水量の推定値を減少又は０にリセットすることができ、実際の排気管内の凝縮水量の挙動を精度良く反映した凝縮水量の推定値を求めることができる。

ところで、排気系に設けられた部品や装置の中には、凝縮水が付着（被水）すると、故障したり、正常に動作できなくなるものがあるため、請求項５のように、推定した凝縮水量が所定値以上のときに排気系に設けられた部品又は装置（以下「排気系コンポーネント」と総称する）の制御を禁止又は制限するようにすると良い。このようにすれば、推定した凝縮水量が所定値以上になって被水する可能性が高くなったときに、所定の排気系コンポーネントの制御を禁止又は制限して、被水による排気系コンポーネントの故障や異常動作を未然に防止することができる。

また、請求項６のように、推定した凝縮水量が所定値以上のときに排気系コンポーネントの故障診断を禁止するようにしても良い。推定した凝縮水量が所定値以上になって被水する可能性が高くなったときに、所定の排気系コンポーネントの故障診断を禁止することで、被水によって排気系コンポーネントが正常動作できない状態を、排気系コンポーネントの異常と誤診断してしまうことを未然に防止することができる。

具体的には、請求項７のように、推定した凝縮水量が所定値以上のときに制御を禁止又は制限する排気系コンポーネント（或は故障診断を禁止する排気系コンポーネント）は、排気管に配置された排出ガスセンサのヒータとすると良い。

排出ガスセンサは、ヒータで加熱されて高温状態のときに被水すると、センサ素子が割れてしまうことがあるため、推定した凝縮水量が所定値以上になって被水する可能性が高くなったときに、ヒータ通電を禁止又は制限すれば、排出ガスセンサの温度を低下させて被水によるセンサ素子割れを未然に防止することができる。また、推定した凝縮水量が所定値以上になってヒータ通電を禁止又は制限しているときに、故障診断を禁止すれば、ヒータ通電を禁止又は制限した状態を、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ことができる。

また、請求項８のように、推定した凝縮水量が所定値以上のときに制御を禁止又は制限する排気系コンポーネント（或は故障診断を禁止する排気系コンポーネント）は、排気管内に二次空気を供給する二次空気供給装置としても良い。

二次空気供給装置は、二次空気制御弁が凝縮水の氷結により閉弁固着した状態で、二次空気制御弁を無理に開弁させようとすると、二次空気供給装置が故障する可能性があるため、推定した凝縮水量が所定値以上になって被水する可能性が高くなったときに、二次空気供給装置の制御を禁止又は制限すれば、二次空気制御弁が凝縮水の氷結により閉弁固着した状態で、二次空気制御弁を無理に開弁させることを回避することができて、二次空気供給装置の故障を未然に防止することができる。また、推定した凝縮水量が所定値以上になって被水する可能性が高くなったときに、二次空気供給装置の故障診断を禁止すれば、開弁指令が出されているにも拘らず、二次空気制御弁が凝縮水の氷結により開弁されない状態を、二次空気供給装置の異常と誤診断してしまうことを未然に防止することができる。

また、請求項９のように、推定した凝縮水量が所定値以上のときに制御を禁止又は制限する排気系コンポーネント（或は故障診断を禁止する排気系コンポーネント）は、排気管内の排出ガスを吸気系に還流させる排気還流装置としても良い。

凝縮水量が多いときに、排気還流装置の排気還流制御弁を開弁すると、排気還流制御弁が凝縮水の氷結により開弁固着することがあり、これにより、排気還流量が増大した状態に保持されて燃焼状態が不安定になり、ドライバビリティや排気エミッションが悪化する可能性がある。更に、排気還流制御弁が凝縮水の氷結により開弁固着（又は閉弁固着）した状態で、排気還流制御弁を無理に閉弁（又は開弁）させようとすると、排気還流装置が故障する可能性がある。このため、推定した凝縮水量が所定値以上になって被水する可能性が高くなったときに、排気還流装置の制御を禁止又は制限すれば、排気還流制御弁が凝縮水の氷結により開弁固着することを未然に防止して、ドライバビリティや排気エミッションの悪化を防止することができると共に、排気還流制御弁が凝縮水の氷結により開弁固着（又は閉弁固着）した状態で無理に閉弁（又は開弁）させることを回避することができて、排気還流装置の故障を防止することができる。

また、推定した凝縮水量が所定値以上になって被水する可能性が高くなったときに、排気還流装置の故障診断を禁止すれば、開弁指令（又は閉弁指令）が出されているにも拘らず、排気還流制御弁が凝縮水の氷結により開弁（又は閉弁）されない状態を、排気還流装置の異常と誤診断してしまうことを未然に防止することができる。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、各気筒の吸気マニホールド２０の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２３や、エンジン１１のクランク軸が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２４が取り付けられている。このクランク角センサ２４の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

一方、エンジン１１の排気管２５には、排出ガスのリッチ／リーンを検出するヒータ付きの酸素センサ２６（排出ガスセンサ）が設けられ、この酸素センサ２６の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２７が設けられている。

また、排気管２５には、排気管２５内の排出ガスを吸気系に還流させるＥＧＲ装置２８（排気還流装置）と、排気管２５内に二次空気を供給する二次空気供給装置３１とが設けられている。

ＥＧＲ装置２８は、排気管２５のうちの触媒２７の上流側とサージタンク１８との間に、排出ガスの一部を吸気側に還流させるためのＥＧＲ配管２９が接続され、このＥＧＲ配管２９の途中にＥＧＲ量（排気還流量）を制御するＥＧＲ制御弁３０（排気還流制御弁）が設けられている。

一方、二次空気供給装置３１は、電気モータで駆動されるエアポンプ３２から吐出する二次空気を、吐出管３３を通して各気筒の二次空気供給ノズル３４に分配して各気筒の排気マニホールド３５に導入する。エアポンプ３２の吐出管３３には、該吐出管３３を開閉する二次空気制御弁３６が設けられている。

上述した各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３７に入力される。このＥＣＵ３７は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２１の燃料噴射量や点火プラグ２２の点火時期を制御する。

また、ＥＣＵ３７は、後述する図６乃至図９の凝縮水量推定に関する各プログラムを実行することで、排気管２５内で生じる凝縮水量Ｍcon を推定する。以下、排気管２５内で生じる凝縮水量Ｍcon の推定方法について説明する。

図２に示すように、単位時間当りの吸入空気量Ｍair [g/s] と単位時間当りの燃料噴射量Ｍfue [g/s] とに基づいて、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。

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。この機能が特許請求の範囲でいう排出ガス温度取得手段としての役割を果たす。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。

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、ＥＣＵ３７のＲＯＭに記憶されている。

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。
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。
Ｍcon ＝Ｍcon ＋ΔＭcon

この凝縮水量推定値Ｍcon は、ＥＣＵ３７のバックアップＲＡＭ（記憶手段）に記憶される。ＥＣＵ３７のバックアップＲＡＭの記憶データは、図示しないＩＧスイッチ（イグニッションスイッチ）がオフされたエンジン停止中も保持される。エンジン再始動時に凝縮水量Ｍcon を推定する際には、前回のエンジン停止直前に記憶した凝縮水量推定値Ｍcon （つまり、エンジン停止中に排気管２５内に残留する凝縮水量の推定値）を初期値とする。

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２５内を流れる排出ガス量が増加すると、排気管２５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２５外へ排出される。

そこで、本実施例では、吸入空気量Ｍair が所定値Ｍthを越えたときに、凝縮水量推定値Ｍcon を０にリセットする。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２５内を流れる排出ガス量が増加したときに、排気管２５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２５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。

次に、排気管温度Ｔp の推定方法について説明する。
図５のタイムチャートに示すように、ＥＣＵ３７は、エンジン運転中（エンジン始動からＩＧスイッチのオフまでの期間）は、エンジン運転中の推定方法（図３参照）で排気管温度Ｔp を推定し、エンジン停止中（ＩＧスイッチのオン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４参照）で排気管温度Ｔp を推定する。

図３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２５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２５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。

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。

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２５の受熱量との関係を用いて作成され、ＥＣＵ３７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２５の受熱量が少なくり、負荷が大きくなって排気圧が高くなるほど排気管２５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。

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。
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。

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。

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２５の放熱量との関係を用いて作成され、ＥＣＵ３７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２５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２５の外側の圧力）が高くなるほど排気管２５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。

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。
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。

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２５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２５の放熱量｛Ｋout ×（Ｔp −Ｔa ）｝を求める。

そして、排気管２５の受熱量｛Ｋin×（Ｔg −Ｔp ）｝と排気管２５の放熱量｛Ｋout ×（Ｔp −Ｔa ）｝と排気管２５の熱容量Ｃp と演算周期Δｔとを用いて次式により演算周期Δｔ当りの排気管温度変化量ΔＴp を算出する。
ΔＴp ＝｛Ｋin×（Ｔg −Ｔp ）−Ｋout ×（Ｔp −Ｔa ）｝／Ｃp ×Δｔ

この後、前回の排気管温度推定値Ｔp に今回の排気管温度変化量ΔＴp を加算して今回の排気管温度推定値Ｔp を求める。
Ｔp ＝Ｔp ＋ΔＴp

この排気管温度推定値Ｔp は、ＥＣＵ３７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。

一方、図４に示すように、エンジン停止中（ＩＧスイッチのオン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、ＥＣＵ３７のＲＯＭに記憶されている。

この後、前回のエンジン停止直前の排気管温度推定値Ｔpzと外気温Ｔa との差（Ｔpz−Ｔa ）に排気管温度低下割合Ｄを乗算し、その値を外気温Ｔa に加算して排気管温度推定値Ｔp を求める。
Ｔp ＝（Ｔpz−Ｔa ）×Ｄ＋Ｔa

ところで、酸素センサ２６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。また、二次空気供給装置３１は、二次空気制御弁３６が凝縮水の氷結により閉弁固着した状態で、二次空気制御弁３６を無理に開弁させようとすると、二次空気供給装置３１が故障する可能性がある。また、凝縮水量が多いときに、ＥＧＲ装置２８のＥＧＲ制御弁３０を開弁すると、ＥＧＲ制御弁３０が凝縮水の氷結により開弁固着することがあり、このＥＧＲ制御弁３０の開弁固着により、ＥＧＲ量が増大した状態に保持されて燃焼状態が不安定になり、ドライバビリティや排気エミッションが悪化する可能性がある。更に、ＥＧＲ制御弁３０が凝縮水の氷結により開弁固着（又は閉弁固着）した状態で、ＥＧＲ制御弁３０を無理に閉弁（又は開弁）させようとすると、ＥＧＲ装置２８が故障する可能性がある。

これらの事情を考慮して、本実施例では、後述する図１０の排気系制御及び排気系故障診断の禁止判定プログラムを実行することで、凝縮水量推定値Ｍcon が所定の判定値Ｍ1 以上になって被水する可能性が高くなったときに、酸素センサ２６のヒータ、ＥＧＲ装置２８、二次空気供給装置３１の制御を禁止（又は制限）すると共に、酸素センサ２６のヒータ、ＥＧＲ装置２８、二次空気供給装置３１の故障診断を禁止する。これにより、被水による酸素センサ２６、ＥＧＲ装置２８、二次空気供給装置３１の故障や異常動作を未然に防止すると共に、被水によって酸素センサ２６のヒータ、ＥＧＲ制御弁３０、二次空気制御弁３６が正常動作できない状態を、酸素センサ２６のヒータ、ＥＧＲ装置２８、二次空気供給装置３１の異常と誤診断してしまうことを未然に防止する。

以下、ＥＣＵ３７が実行する図６乃至図９の凝縮水量推定に関する各プログラム及び図１０の排気系制御及び排気系故障診断の禁止判定プログラムの処理内容を説明する。

［排気管温度初期値設定］
図６に示す排気管温度初期値設定プログラムは、ＩＧスイッチがオフからオンに切り換えられたときに１回だけ実行される。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、バックアップＲＡＭに記憶された排気管温度推定値Ｔp の記憶データが正常であるか否かを、例えば、排気管温度推定値Ｔp の記憶データが所定の正常範囲内であるか否かによって判定する。

このステップ１０１で、排気管温度推定値Ｔp の記憶データが正常であると判定された場合には、ステップ１０２に進み、排気管温度推定フラグＸＴＰが、排気管温度推定済みを意味する「１」にセットされているか否かを判定し、排気管温度推定フラグＸＴＰが「１」にセットされていれば、そのまま本プログラムを終了する。

これに対して、上記ステップ１０１で排気管温度推定値Ｔp の記憶データが異常であると判定された場合、又は、上記ステップ１０２で排気管温度推定フラグＸＴＰが「０」であると判定された場合には、ステップ１０３に進み、排気管温度推定値Ｔp の初期値として外気温Ｔa を設定する。
Ｔp ＝Ｔa

［排気管温度推定］
図７に示す排気管温度推定プログラムは、ＥＣＵ３７の電源オン中に所定周期Δｔで実行され、特許請求の範囲でいう排気管温度取得手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まず、ステップ２０１で、エンジン運転中（エンジン回転中）であるか否かを判定する。その結果、エンジン運転中であると判定された場合には、ステップ２０２に進み、エンジン運転中の推定方法で排気管温度Ｔp を推定する。この場合、図３に示すように、まず、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を算出し、この補正係数αを受熱側熱伝達係数基本値Ｋin0 に乗算して受熱側熱伝達係数Ｋinを求める。
Ｋin＝Ｋin0 ×α

この後、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を算出し、この補正係数βを放熱側熱伝達係数基本値Ｋout0に乗算して放熱側熱伝達係数Ｋout を求める。
Ｋout ＝Ｋout0×β

この後、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２５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２５の放熱量｛Ｋout ×（Ｔp −Ｔa ）｝を求める。

そして、排気管２５の受熱量｛Ｋin×（Ｔg −Ｔp ）｝と排気管２５の放熱量｛Ｋout ×（Ｔp −Ｔa ）｝と排気管２５の熱容量Ｃp と演算周期Δｔとを用いて次式により演算周期Δｔ当りの排気管温度変化量ΔＴp を算出する。
ΔＴp ＝｛Ｋin×（Ｔg −Ｔp ）−Ｋout ×（Ｔp −Ｔa ）｝／Ｃp ×Δｔ

この後、前回の排気管温度推定値Ｔp に今回の排気管温度変化量ΔＴp を加算して今回の排気管温度推定値Ｔp を求める。
Ｔp ＝Ｔp ＋ΔＴp
尚、エンジン再始動時に排気管温度Ｔp を推定する際には、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。

以上のようにしてエンジン運転中の推定方法で排気管温度Ｔp を推定した後、ステップ２０３に進み、排気管温度推定値Ｔp をＥＣＵ３７のバックアップＲＡＭに記憶し、次のステップ２０４で、排気管温度推定フラグＸＴＰを「１」にセットしてバクアップＲＡＭに記憶する。

一方、上記ステップ２０１で、エンジン停止中であると判定された場合には、ステップ２０５に進み、エンジン停止中の推定方法で排気管温度Ｔp を推定する。この場合、図４に示すように、まず、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。この後、前回のエンジン停止直前の排気管温度推定値Ｔpzと外気温Ｔa との差（Ｔpz−Ｔa ）に排気管温度低下割合Ｄを乗算し、その値を外気温Ｔa に加算して排気管温度推定値Ｔp を求める。
Ｔp ＝（Ｔpz−Ｔa ）×Ｄ＋Ｔa

［凝縮水量初期値設定］
図８に示す凝縮水量初期値設定プログラムは、ＩＧスイッチがオフからオンに切り換えられたときに１回だけ実行される。本プログラムが起動されると、まず、ステップ３０１で、バックアップＲＡＭに記憶された凝縮水量推定値Ｍcon の記憶データが正常であるか否かを、例えば、凝縮水量推定値Ｍcon の記憶データが所定の正常範囲内であるか否かによって判定する。

このステップ３０１で、凝縮水量推定値Ｍcon の記憶データが正常であると判定された場合には、ステップ３０２に進み、凝縮水量推定フラグＸＭＣが、凝縮水量推定済みを意味する「１」にセットされているか否かを判定し、凝縮水量推定フラグＸＭＣが「１」にセットされていれば、そのまま本プログラムを終了する。

これに対して、上記ステップ３０１で凝縮水量推定値Ｍcon の記憶データが異常であると判定された場合、又は、上記ステップ３０２で凝縮水量推定フラグＸＭＣが「０」であると判定された場合には、ステップ３０３に進み、凝縮水量推定値Ｍcon を初期値Ｍ0 に設定する。

この初期値Ｍ0 は、酸素センサ２６のヒータ、ＥＧＲ装置２８、二次空気供給装置３１の制御や故障診断を禁止するか否かを判定する際の判定値Ｍ1 よりも大きい値に設定されている。これにより、凝縮水量推定値Ｍcon が初期値Ｍ0 に設定されたときには、凝縮水量推定値Ｍcon が判定値Ｍ1 以上と判定されて、酸素センサ２６のヒータ、ＥＧＲ装置２８、二次空気供給装置３１の制御や故障診断が禁止される。

［凝縮水量推定］
図９に示す凝縮水量推定プログラムは、ＥＣＵ３７の電源オン中に所定周期Δｔで実行され、特許請求の範囲でいう凝縮水量推定手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まず、ステップ４０１で、エンジン運転中（エンジン回転中）であるか否かを判定する。その結果、エンジン停止中であると判定された場合には、ステップ４０２以降の凝縮水量推定に関する処理を行うことなく、本プログラムを終了する。

一方、上記ステップ４０１で、エンジン運転中であると判定された場合には、ステップ４０２以降の凝縮水量推定に関する処理を次のようにして行う。

まず、ステップ４０２で、吸入空気量Ｍair が、燃料噴射量Ｍfue に理論空燃比ｋを乗算した値（つまり、噴射燃料を全て燃焼させるのに必要な吸入空気量）以下であるか否かを判定する。このステップ４０２で、吸入空気量Ｍair が燃料噴射量Ｍfue に理論空燃比ｋを乗算した値以下であると判定された場合には、吸入空気量Ｍair が全て燃焼反応に寄与すると判断して、ステップ４０３に進み、吸入空気量Ｍair に所定の係数ａ1 を乗算して燃料と吸入空気の燃焼反応により発生する水蒸気量Ｍwgs を求める。
Ｍwgs ＝ａ1 ×Ｍair

一方、上記ステップ４０２で、吸入空気量Ｍair が燃料噴射量Ｍfue に理論空燃比ｋを乗算した値よりも多いと判定された場合には、燃料噴射量Ｍfue が全て燃焼反応に寄与すると判断して、ステップ４０４に進み、燃料噴射量Ｍfue に所定の係数ａ2 を乗算して燃料と吸入空気の燃焼反応により発生する水蒸気量Ｍwgs を求める。
Ｍwgs ＝ａ2 ×Ｍfue

この後、ステップ４０５に進み、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を算出した後、ステップ４０６に進み、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 を算出する。
ΔＭcon ＝Ｍwgs ×Ｃ×Δｔ

この後、ステップ４０７に進み、吸入空気量Ｍair が所定値Ｍthよりも少ないか否かを判定する。この所定値Ｍthは、吸入空気量の増加によって排気管２５内を流れる排出ガス量が増加して、排気管２５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２５外へ排出される吸入空気量に設定されている。

その結果、吸入空気量Ｍair が所定値Ｍthよりも少ないと判定された場合には、ステップ４０８に進み、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 を求める。
Ｍcon ＝Ｍcon ＋ΔＭcon

尚、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２５内に残留する凝縮水量の推定値）を初期値とする。

これに対して、上記ステップ４０７で、吸入空気量Ｍair が所定値Ｍth以上であると判定された場合には、吸入空気量の増加によって排気管２５内を流れる排出ガス量が増加して、排気管２５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２５外へ排出されると判断して、ステップ４０９に進み、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。

以上のようにして凝縮水量Ｍcon を推定した後、ステップ４１０に進み、凝縮水量推定値Ｍcon をＥＣＵ３７のバックアップＲＡＭに記憶し、次のステップ４１１で、凝縮水量推定フラグＸＭＣを「１」にセットしてバクアップＲＡＭに記憶する。
［排気系制御及び排気系故障診断の禁止判定］
図１０に示す排気系制御及び排気系故障診断の禁止判定プログラムは、ＥＣＵ３７の電源オン中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう排気系制御禁止手段及び排気系故障診断禁止手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まず、ステップ５０１で、凝縮水量推定値Ｍcon が判定値Ｍ1 以上であるか否かを判定する。この判定値Ｍ1 は、酸素センサ２６、ＥＧＲ装置２８のＥＧＲ制御弁２８、二次空気供給装置３１の二次空気制御弁３６が被水する可能性が高くなる凝縮水量に設定されている。

このステップ５０１で、凝縮水量推定値Ｍcon が判定値Ｍ1 以上であると判定された場合には、ステップ５０２に進み、排気系制御禁止フラグＸＥＣを「１」にセットする。これにより、酸素センサ２６のヒータ通電、ＥＧＲ装置２８のＥＧＲ制御弁３０の駆動、二次空気供給装置３１の二次空気制御弁３６の駆動が禁止される又は制限される。

この後、ステップ５０３に進み、排気系故障診断禁止フラグＸＥＤを「１」にセットする。これにより、酸素センサ２６のヒータ、二次空気供給装置３１、ＥＧＲ装置２８の故障診断が禁止される。

一方、上記ステップ５０１で、凝縮水量推定値Ｍcon が判定値Ｍ1 よりも少ないと判定された場合には、ステップ５０４に進み、排気系制御禁止フラグＸＥＣを「０」にリセットする。これにより、酸素センサ２６のヒータ通電、ＥＧＲ装置２８のＥＧＲ制御弁３０の駆動、二次空気供給装置３１の二次空気制御弁３６の駆動が許可される。

この後、ステップ５０５に進み、排気系故障診断禁止フラグＸＥＤを「０」にリセットする。これにより、酸素センサ２６のヒータ、二次空気供給装置３１、ＥＧＲ装置２８の故障診断が許可される。

以上説明した本実施例では、吸入空気量Ｍair と燃料噴射量Ｍfue とに基づいて燃焼により発生する水蒸気量Ｍwgs を算出すると共に、排出ガス温度Ｔg と排気管温度Ｔp とに応じた凝縮割合Ｃ（排出ガス中の水蒸気のうち排気管２５内で凝縮する割合）を算出した後、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 を算出し、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 を求めるようにしたので、排出ガス温度Ｔg や排気管温度Ｔp の影響を考慮して排気管２５内に蓄積される凝縮水量Ｍcon を精度良く推定することができる。

しかも、本実施例では、凝縮水量推定値Ｍcon をＥＣＵ３７のバックアップＲＡＭに記憶させて、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 を初期値として凝縮水量Ｍcon を推定するようにしたので、エンジン再始動時に凝縮水量Ｍcon を推定する際に、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２５内に残留する凝縮水量推定値Ｍcon を初期値として凝縮水量Ｍcon を推定することが可能となり、凝縮水量Ｍcon の推定精度を向上させることができる。

また、本実施例では、吸入空気量Ｍair が所定値Ｍthを越えたときに、凝縮水量推定値Ｍcon を０にリセット又は減少させるようにしたので、吸入空気量Ｍair が増加して排気管２５内を流れる排出ガス量が増加したときに、排気管２５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２５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ことができ、実際の排気管２５内の凝縮水量の挙動を精度良く反映した凝縮水量推定値Ｍcon を求めることができる。

尚、吸入空気量Ｍair に相関する情報（吸気管圧力、スロットル開度等）が所定値を越えたときに、凝縮水量推定値Ｍcon を０にリセットする又は凝縮水量推定値Ｍcon を減少させるようにしても良い。

また、本実施例では、エンジン運転中に排気管２５の受熱側熱伝達係数Ｋinと放熱側熱伝達係数Ｋout とを用いて排気管温度Ｔp を推定する際に、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を変化させると共に、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。

このようにすれば、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２５の受熱量が少なくり、負荷が大きくなって排気圧が高くなるほど排気管２５の受熱量が多くなるのに対応して受熱側熱伝達係数Ｋinを変化させることができると共に、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２５の放熱量が多くなるのに対応して放熱側熱伝達係数Ｋout を変化させることができ、排気管温度Ｔp を精度良く推定することができる。

しかも、本実施例では、エンジン再始動時に排気管温度Ｔp を推定する際には、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 を初期値として排気管温度Ｔp を推定するようにしたので、排気管温度Ｔp の推定精度を向上させることができる。

尚、排気管温度Ｔp の推定方法は、適宜変更しても良く、また、排気管温度Ｔp を温度センサで検出するようにしても良い。
また、本実施例では、凝縮水量推定値Ｍcon が判定値Ｍ1 以上になって被水する可能性が高くなったときに、酸素センサ２６のヒータ、ＥＧＲ装置２８、二次空気供給装置３１の制御を禁止（又は制限）すると共に、酸素センサ２６のヒータ、ＥＧＲ装置２８、二次空気供給装置３１の故障診断を禁止する。

酸素センサ２６は、ヒータで加熱されて高温状態のときに被水すると、センサ素子が割れてしまうことがあるため、凝縮水量推定値Ｍcon が判定値Ｍ1 以上になって被水する可能性が高くなったときに、ヒータ通電を禁止又は制限すれば、酸素センサ２６の温度を低下させて被水によるセンサ素子割れを未然に防止することができる。また、凝縮水量推定値Ｍcon が判定値Ｍ1 以上になってヒータ通電を禁止又は制限しているときに、故障診断を禁止すれば、ヒータ通電を禁止又は制限した状態を、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ことができる。

また、二次空気供給装置３１は、二次空気制御弁３６が凝縮水の氷結により閉弁固着した状態で、二次空気制御弁３６を無理に開弁させようとすると、二次空気供給装置３１が故障する可能性があるため、凝縮水量推定値Ｍcon が判定値Ｍ1 以上になって被水する可能性が高くなったときに、二次空気供給装置３１の制御を禁止又は制限すれば、二次空気制御弁３６が凝縮水の氷結により閉弁固着した状態で、二次空気制御弁３６を無理に開弁させることを回避することができて、二次空気供給装置３１の故障を防止することができる。また、凝縮水量推定値Ｍcon が判定値Ｍ1 以上になって被水する可能性が高くなったときに、二次空気供給装置３１の故障診断を禁止すれば、開弁指令が出されているにも拘らず、二次空気制御弁３６が凝縮水の氷結により開弁されない状態を、二次空気供給装置３１の異常と誤診断してしまうことを未然に防止することができる。

また、凝縮水量が多いときに、ＥＧＲ装置２８のＥＧＲ制御弁３０を開弁すると、ＥＧＲ制御弁３０が凝縮水の氷結により開弁固着することがあり、これにより、ＥＧＲ量が増大した状態に保持されて燃焼状態が不安定になり、ドライバビリティや排気エミッションが悪化する可能性がある。更に、ＥＧＲ制御弁３０が凝縮水の氷結により開弁固着（又は閉弁固着）した状態で、ＥＧＲ制御弁３０を無理に閉弁（又は開弁）させようとすると、ＥＧＲ装置２８が故障する可能性がある。このため、凝縮水量推定値Ｍcon が判定値Ｍ1 以上になって被水する可能性が高くなったときに、ＥＧＲ装置２８の制御を禁止又は制限すれば、ＥＧＲ制御弁３０が凝縮水の氷結により開弁固着することを未然に防止して、ドライバビリティや排気エミッションの悪化を防止することができると共に、ＥＧＲ制御弁３０が凝縮水の氷結により開弁固着（又は閉弁固着）した状態で無理に閉弁（又は開弁）させることを回避することができて、ＥＧＲ装置２８の故障を防止することができる。

また、凝縮水量推定値Ｍcon が判定値Ｍ1 以上になって被水する可能性が高くなったときに、ＥＧＲ装置２８の故障診断を禁止すれば、開弁指令（又は閉弁指令）が出されているにも拘らず、ＥＧＲ制御弁３０が凝縮水の氷結により開弁（又は閉弁）されない状態を、ＥＧＲ装置２８の異常と誤診断してしまうことを未然に防止することができる。

尚、上記実施例では、排出ガスのリッチ／リーンを検出するヒータ付きの酸素センサ２６を備えたシステムに本発明を適用したが、排出ガスの空燃比を検出するヒータ付きの空燃比センサ等、他のヒータ付きの排出ガスセンサを備えたシステムに本発明を適用しても良い。

本発明の一実施例におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 凝縮水量の推定方法を説明するためのブロック図である。 エンジン運転中の排気管温度の推定方法を説明するためのブロック図である。 エンジン停止中の排気管温度の推定方法を説明するためのブロック図である。 エンジン運転中とエンジン停止中の排気管温度の推定方法を説明するためのタイムチャートである。 排気管温度初期値設定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 排気管温度推定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 凝縮水量初期値設定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 凝縮水量推定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 排気系制御及び排気系故障診断の禁止判定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１４…エアフローメータ、１６…スロットルバルブ、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２５…排気管、２６…酸素センサ（排出ガスセンサ）、２８…ＥＧＲ装置、３０…ＥＧＲ制御弁（排気還流制御弁）、３１…二次空気供給装置、３２…エアポンプ、３６…二次空気制御弁、３７…ＥＣＵ（水蒸気量算出手段，排出ガス温度取得手段，排気管温度取得手段，凝縮水量推定手段，排気系制御禁止手段，排気系故障診断禁止手段）

Claims (9)

1. 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凝縮水量推定手段と
   を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記凝縮水量推定手段は、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凝縮水増加量を算出し、該凝縮水増加量を前回の凝縮水量の推定値に加算して今回の凝縮水量の推定値を求めることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記凝縮水量推定手段は、内燃機関の停止中も記憶データを保持可能な記憶手段に前記凝縮水量の推定値を記憶させることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記凝縮水量推定手段は、内燃機関の吸入空気量又はそれに相関する情報に応じて前記凝縮水量の推定値を減少又は０にリセットすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記凝縮水量推定手段で推定した凝縮水量が所定値以上のときに排気系に設けられた部品又は装置（以下「排気系コンポーネント」と総称する）の制御を禁止又は制限する排気系制御禁止手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記凝縮水量推定手段で推定した凝縮水量が所定値以上のときに排気系に設けられた部品又は装置（以下「排気系コンポーネント」と総称する）の故障診断を禁止する排気系故障診断禁止手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記排気系コンポーネントは、前記排気管に配置された排出ガスセンサのヒータであることを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記排気系コンポーネントは、前記排気管内に二次空気を供給する二次空気供給装置であることを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記排気系コンポーネントは、前記排気管内の排出ガスを吸気系に還流させる排気還流装置であることを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃機関の制御装置。

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