JP2006250945A - Temperature control of exhaust gas sensor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide temperature controls of an exhaust gas sensor which can stably control temperature of the exhaust gas sensor element section to the desired temperature, even if exhaust gas temperature varies. <P>SOLUTION: This controls estimates or detects temperature of the exhaust gas, flowing through an exhaust air passage 3 and then uses the estimated or detected value to control the temperature of the sensor element section on the exhaust gas sensor 8 (O<SB>2</SB>sensor) to the predefined target temperature via a heater. When estimating exhaust gas temperature around the sensor 8 allocated position, the exhaust air passage 3 up to the sensor 8 is partitioned into a plurality of partial exhaust air passage 3a-3d, to sequentially estimate exhaust gas temperature of each partial exhaust air passage 3a-3d from an exhaust port 2 side of an engine 1. Estimating of the exhaust gas temperature is performed, by using an algorithm that takes into account the heat transfer between exhaust gas and passage products 6a, 6b, 7 of the exhaust air passage 3, or the heat release to the atmosphere. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に備えた排ガスセンサの温度制御装置に関する。   The present invention relates to a temperature control device for an exhaust gas sensor provided in an exhaust passage of an internal combustion engine.

内燃機関の排気通路には、内燃機関の運転制御や排ガス浄化システムの状態監視等を目的として、排ガスの成分濃度等、排ガスの成分状態に関する物理量を検出する排ガスセンサが備えられることが多々ある。該排ガスセンサは、検出しようとする排ガスの成分状態に感応する素子部が排気通路を流れる排ガスに接触するようにして該排気通路の所要の箇所に配置される。例えば排気通路に備えた排ガス浄化用の触媒の浄化性能を良好に保つように内燃機関の空燃比を制御することを目的として、O2センサ等の空燃比センサが触媒の上流側や下流側に配置される。 The exhaust passage of the internal combustion engine is often provided with an exhaust gas sensor for detecting a physical quantity related to the component state of the exhaust gas such as the component concentration of the exhaust gas for the purpose of controlling the operation of the internal combustion engine and monitoring the state of the exhaust gas purification system. The exhaust gas sensor is disposed at a required position of the exhaust passage so that an element portion sensitive to the component state of the exhaust gas to be detected contacts the exhaust gas flowing through the exhaust passage. For example, an air-fuel ratio sensor such as an O 2 sensor is provided upstream or downstream of the catalyst for the purpose of controlling the air-fuel ratio of the internal combustion engine so as to maintain the purification performance of the exhaust gas purification catalyst provided in the exhaust passage. Be placed.

また、この種の排ガスセンサは、その素子部の本来の機能を発揮させるための昇温・活性化や、素子部に付着した異物の除去等を目的として該素子部を加熱するためのヒータを内蔵したものもある。例えば、前記O2センサ等の空燃比センサには、通常、その素子部を加熱する電熱ヒータが備えられ(例えば特許文献1を参照)、内燃機関の運転開始後、該電熱ヒータによりO2センサの素子部を昇温して活性化し、その活性状態に維持することが行われている。
特開2000−304721号公報
In addition, this type of exhaust gas sensor is provided with a heater for heating the element part for the purpose of raising temperature and activating the element part to perform its original function and removing foreign matter adhering to the element part. Some are built-in. For example, the air-fuel ratio sensor such as the O 2 sensor is usually (see, for example Patent Document 1) the electric heater is provided to heat the element, after starting operation of the internal combustion engine, the O 2 sensor by electric heater The element portion is activated by heating and maintained in its active state.
JP 2000-304721 A

ところで、前記O2センサは、後に説明する図3に示すように、その素子部が感応する排ガスの酸素濃度が表す排ガスの空燃比の極めて狭い範囲Δ(理論空燃比近傍の範囲)においてのみ、該空燃比の変化に対して出力電圧Voutが大きな傾きで変化する(空燃比の変化に対する感度が高感度なものとなる)。そして、その高感度な範囲Δよりもリッチ側の空燃比域とリーン側の空燃比域とでは、O2センサの出力電圧Voutの変化(空燃比に対する傾き)は微小なものとなる。また、O2センサの出力特性(上記の高感度な部分の傾き等)は、素子部の温度の影響を受けて変化する。従って、このようなO2センサの出力を用いて空燃比制御を行うような場合には、O2センサの出力特性をできるだけ所要の特性に安定して維持し、ひいては空燃比制御を良好に行うために、O2センサの素子部の温度をできるだけ安定に所望の温度に維持することが望まれる。 By the way, as shown in FIG. 3 described later, the O 2 sensor is used only in a very narrow range Δ (range in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio) of the air-fuel ratio of the exhaust gas represented by the oxygen concentration of the exhaust gas to which the element portion is sensitive. The output voltage Vout changes with a large gradient with respect to the change in the air-fuel ratio (the sensitivity to the change in the air-fuel ratio becomes high sensitivity). The change in the output voltage Vout of the O 2 sensor (slope with respect to the air-fuel ratio) is very small in the air-fuel ratio area on the rich side and the air-fuel ratio area on the lean side of the highly sensitive range Δ. Further, the output characteristics of the O 2 sensor (such as the inclination of the high-sensitivity portion described above) change under the influence of the temperature of the element portion. Therefore, in the case performs air-fuel ratio control, O only 2 possible output characteristics of the sensor stably maintained the required characteristics, performed satisfactorily and thus the air-fuel ratio control using the output of such O 2 sensor Therefore, it is desired to maintain the temperature of the element portion of the O 2 sensor at a desired temperature as stably as possible.

また、O2センサに限らず、多くの排ガスセンサは、その出力特性が素子部の温度の影響を受けるため、該排ガスセンサの出力を用いて内燃機関等の制御を行う場合、その制御を良好に行うために、該排ガスセンサの素子部の温度を所望の温度にできるだけ安定に維持することが好ましい。さらに、排ガスセンサの素子部のクリニーングを行うために該素子部をヒータで加熱するような場合であっても、そのクリーニングを良好に行うためには、該排ガスセンサの素子部の温度を所望の温度に維持することが好ましい。 In addition to the O 2 sensor, many exhaust gas sensors have an output characteristic that is influenced by the temperature of the element portion. Therefore, when controlling an internal combustion engine or the like using the output of the exhaust gas sensor, the control is good. Therefore, it is preferable to maintain the temperature of the element part of the exhaust gas sensor at a desired temperature as stably as possible. Further, even when the element part is heated with a heater in order to clean the element part of the exhaust gas sensor, the temperature of the element part of the exhaust gas sensor is set to a desired temperature in order to perform the cleaning well. It is preferred to maintain the temperature.

一方、例えば前記特許文献1に本願出願人が開示したように、排ガスセンサ(前記特許文献1のものでは空燃比センサ)の素子部の温度を推定し、その推定した素子部の温度に応じてヒータ(電熱ヒータ)の通電制御を行うことで、素子部の温度が所望の温度になるようにして、該排ガスセンサの好適な出力特性が得られるようにしたものが知られている。尚、同公報のものでは、ヒータの通電電流及び印加電圧を検出してそれらの検出値からヒータの抵抗値を把握すると共に、該ヒータの抵抗値に基づいて排ガスセンサの素子部の温度を推定するようにしている。   On the other hand, for example, as disclosed by the present applicant in Patent Document 1, the temperature of the element part of the exhaust gas sensor (the air-fuel ratio sensor in the case of Patent Document 1) is estimated, and according to the estimated temperature of the element part It is known that a suitable output characteristic of the exhaust gas sensor can be obtained by performing energization control of a heater (electric heater) so that the temperature of the element portion becomes a desired temperature. In this publication, the heater energization current and applied voltage are detected and the resistance value of the heater is determined from the detected values, and the temperature of the element part of the exhaust gas sensor is estimated based on the resistance value of the heater. Like to do.

しかしながら、前記特許文献1のものでは、素子部の温度の推定値のみに基づいてヒータを制御するようにしている。このため、内燃機関の負荷等の運転状態が頻繁に変化して、排ガスの温度が頻繁に変化するような場合には、素子部の温度を安定に所望の温度に確実に確保することが困難となる。そして、このような不都合は、素子部の温度を温度センサにより直接的に検出し、その検出温度に応じてヒータを制御するようにしても同様に生じる不都合である。   However, in the thing of the said patent document 1, a heater is controlled based only on the estimated value of the temperature of an element part. For this reason, when the operating state such as the load of the internal combustion engine changes frequently and the temperature of the exhaust gas changes frequently, it is difficult to ensure the temperature of the element portion stably at a desired temperature. It becomes. Such an inconvenience is also caused by detecting the temperature of the element portion directly by the temperature sensor and controlling the heater in accordance with the detected temperature.

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、排ガス温度が変化しても排ガスセンサの素子部の温度を所望の温度に安定して制御することができる排ガスセンサの温度制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a background, and provides an exhaust gas sensor temperature control device capable of stably controlling the temperature of an element part of an exhaust gas sensor to a desired temperature even when the exhaust gas temperature changes. For the purpose.

かかる目的を達成するために、本発明は、内燃機関の排気通路に配置され、該排気通路を流れる排ガスに接触する素子部と該素子部を加熱するヒータとを有する排ガスセンサの温度制御装置であって、前記排気通路を流れる排ガスの温度を検出すべく、前記排ガスセンサから該排気通路における排ガスの流れ方向で離間した箇所に配置された排ガス温度センサと、少なくとも前記排ガス温度センサによる排ガスの温度の検出値と、該排ガスの流速を表すデータとを用いて、該排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度を逐次推定する排ガス温度推定手段と、前記排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度の推定値を用いて、該排ガスセンサの素子部の温度が所定の目標温度になるように前記ヒータを制御するヒータ制御手段とを備えたことを特徴とするものである。   In order to achieve such an object, the present invention is an exhaust gas sensor temperature control device that is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine and has an element portion that contacts exhaust gas flowing through the exhaust passage and a heater that heats the element portion. An exhaust gas temperature sensor disposed at a location separated from the exhaust gas sensor in the exhaust gas flow direction in order to detect the temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust passage, and at least the temperature of the exhaust gas by the exhaust gas temperature sensor. Exhaust gas temperature estimating means for sequentially estimating the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the location of the exhaust gas sensor, and the exhaust gas temperature in the vicinity of the location of the exhaust gas sensor. Heater control means for controlling the heater so that the temperature of the element portion of the exhaust gas sensor becomes a predetermined target temperature using an estimated value of temperature It is characterized in.

内燃機関の排気系では、排ガスセンサの素子部の温度の制御とは別の目的(例えば排ガス浄化装置の状態把握等の目的)で排ガス温度センサが排気通路の所要の箇所に配置される場合がある。そして、このような排ガス温度センサは、排ガスセンサの配置箇所近傍に設けられているとは限らず、排ガスセンサから排気通路における排ガスの流れ方向で離間した箇所に配置される場合が多い。   In an exhaust system of an internal combustion engine, the exhaust gas temperature sensor may be arranged at a required location in the exhaust passage for a purpose other than the temperature control of the element part of the exhaust gas sensor (for example, the purpose of grasping the state of the exhaust gas purification device). is there. Such an exhaust gas temperature sensor is not necessarily provided in the vicinity of the location where the exhaust gas sensor is disposed, and is often disposed at a location separated from the exhaust gas sensor in the exhaust gas flow direction in the exhaust passage.

本発明によれば、このように、排ガス温度センサが排ガスセンサから離間した箇所に配置されている場合に、排ガス温度センサによる排ガスの温度の検出値を用いて排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度を逐次推定する排ガス温度推定手段を備え、前記ヒータ制御手段は、前記ヒータを制御するために、該排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度の推定値を用いる。これによれば、排ガス温度センサによる排ガスの温度の検出値を用いて排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度を推定するので、排ガスセンサの配置箇所近傍に別途、排ガス温度センサを備えたりすることなく、排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度を適正に把握することができる。すなわち、排ガスセンサの素子部の温度に直接的に影響を及ぼしている排ガスの温度を適正に把握することができる。そして、この排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度の推定値を用いて排ガスセンサのヒータを制御することにより、排ガスの温度変化の影響を軽減するようにして、排ガスセンサの素子部の温度を所定の目標温度(所望の温度)に安定して制御することができる。   According to the present invention, when the exhaust gas temperature sensor is arranged at a location away from the exhaust gas sensor, the exhaust gas in the vicinity of the location of the exhaust gas sensor is detected using the detected value of the temperature of the exhaust gas by the exhaust gas temperature sensor. The heater control means uses an estimated value of the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the location of the exhaust gas sensor in order to control the heater. According to this, since the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the location of the exhaust gas sensor is estimated using the detected value of the temperature of the exhaust gas by the exhaust gas temperature sensor, an exhaust gas temperature sensor is separately provided in the vicinity of the location of the exhaust gas sensor. Therefore, the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the location where the exhaust gas sensor is disposed can be properly grasped. That is, it is possible to appropriately grasp the temperature of the exhaust gas that directly affects the temperature of the element part of the exhaust gas sensor. Then, by controlling the heater of the exhaust gas sensor using the estimated value of the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the location of the exhaust gas sensor, the temperature of the element part of the exhaust gas sensor is reduced so as to reduce the influence of the temperature change of the exhaust gas sensor. Can be stably controlled to a predetermined target temperature (desired temperature).

この場合、排ガス温度センサが排ガスセンサの上流側に存する場合には、各時点で排ガス温度センサの配置箇所に存する排ガスは、排ガスの流速に応じた時間の遅れを伴って排ガスセンサの配置箇所に到達する。また、排ガス温度センサが排ガスセンサの下流側に存する場合には、各時点で排ガスセンサの配置箇所に存する排ガスは、排ガスの流速に応じた時間の遅れを伴って排ガス温度センサの配置箇所に到達する。従って、前記排ガス温度推定手段は、少なくとも前記排ガス温度センサによる排ガスの温度の検出値と、該排ガスの流速を表すデータとを用いて前記排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度を推定する。   In this case, if the exhaust gas temperature sensor is located upstream of the exhaust gas sensor, the exhaust gas existing at the exhaust gas temperature sensor location at each point of time is transferred to the exhaust gas sensor location with a time delay according to the exhaust gas flow rate. To reach. In addition, when the exhaust gas temperature sensor is located downstream of the exhaust gas sensor, the exhaust gas present at the exhaust gas sensor arrangement location at each time point reaches the exhaust gas temperature sensor arrangement location with a time delay corresponding to the exhaust gas flow rate. To do. Therefore, the exhaust gas temperature estimation means estimates the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the location where the exhaust gas sensor is located using at least the detected value of the exhaust gas temperature by the exhaust gas temperature sensor and the data representing the flow velocity of the exhaust gas.

このようにすることにより、排ガス温度センサ及び排ガスセンサのうちの上流側に存するセンサから、下流側に存するセンサまで排ガスが到達するまでの時間の遅れを考慮して、排ガスセンサの配置箇所近傍での瞬時瞬時の排ガスの温度を適正に推定することが可能となる。ひいては、その排ガス温度の推定値を用いてヒータを制御することにより、排ガスセンサの素子部の温度制御をより良好に行うことができる。   In this way, in consideration of the time delay until the exhaust gas reaches the sensor located on the upstream side of the exhaust gas temperature sensor and the exhaust gas sensor from the sensor located on the downstream side, It is possible to appropriately estimate the instantaneous instantaneous gas temperature. Eventually, by controlling the heater using the estimated value of the exhaust gas temperature, the temperature control of the element part of the exhaust gas sensor can be performed more favorably.

また、排ガス温度センサと排ガスセンサとが比較的大きく離間しているような場合には、前記排ガス温度推定手段は、前記排ガス温度センサの配置箇所近傍から前記排ガスセンサの配置箇所近傍までの排気通路を排ガスの流れ方向に沿って複数の部分排気通路にあらかじめ区分けしておく。そして、その複数の部分排気通路のうち、前記排ガス温度センサに最も近い部分排気通路の排ガス温度を少なくとも該排ガス温度センサによる排ガスの温度の検出値と排ガスの流速を表すデータとを用いて推定すると共に、その排ガス温度センサに最も近い部分排気通路以外の各部分排気通路の排ガスの温度を少なくとも該部分排気通路に排ガス温度センサ側で隣接する部分排気通路の排ガスの温度の推定値と排ガスの流速を表すデータとを用いて推定し、前記排ガスセンサに最も近い部分排気通路の排ガスの温度の推定値を該排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度の推定値として得る。   Further, when the exhaust gas temperature sensor and the exhaust gas sensor are relatively separated from each other, the exhaust gas temperature estimation means includes an exhaust passage from the vicinity of the exhaust gas temperature sensor to the vicinity of the exhaust gas sensor. Is divided into a plurality of partial exhaust passages in advance along the flow direction of the exhaust gas. Of the plurality of partial exhaust passages, the exhaust gas temperature of the partial exhaust passage closest to the exhaust gas temperature sensor is estimated using at least the detected value of the exhaust gas temperature by the exhaust gas temperature sensor and the data representing the exhaust gas flow velocity. In addition, the exhaust gas temperature in each partial exhaust passage other than the partial exhaust passage closest to the exhaust gas temperature sensor is at least estimated value of the exhaust gas temperature in the partial exhaust passage adjacent to the partial exhaust passage on the exhaust gas temperature sensor side, and the exhaust gas flow velocity. And the estimated value of the temperature of the exhaust gas in the partial exhaust passage closest to the exhaust gas sensor is obtained as the estimated value of the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the location where the exhaust gas sensor is located.

このようにすることにより、排ガス温度センサの配置箇所近傍と、排ガスセンサの配置箇所近傍との間の各部分排気通路の排ガスの温度を、排ガス温度センサの配置箇所近傍を起点として、順次精度よく求めることが可能となる。そして、最も排ガスセンサに近い部分排気通路の排ガスの温度の推定値を、排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度の推定値として得ることで、その配置箇所近傍での排ガスの温度の推定値の精度を高めることができる。   In this way, the temperature of the exhaust gas in each partial exhaust passage between the vicinity of the exhaust gas temperature sensor and the vicinity of the exhaust gas sensor is sequentially and accurately determined starting from the vicinity of the exhaust gas temperature sensor. It can be obtained. Then, by obtaining an estimated value of the temperature of the exhaust gas in the partial exhaust passage closest to the exhaust gas sensor as an estimated value of the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the location of the exhaust gas sensor, an estimated value of the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the location of the exhaust gas sensor Can improve the accuracy.

ところで、本発明では、前記排ガス温度推定手段は、少なくとも前記排ガスセンサの配置箇所近傍での排気通路を形成する通路形成物と該通路形成物内を流れる排ガスとの間の熱伝達を考慮して構築された推定アルゴリズムにより前記排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度を推定することが好ましい。特に、前記排ガス温度推定手段は、前記排ガスセンサの配置箇所近傍から前記排ガス温度センサの配置箇所近傍までの排気通路を形成する通路形成物と該通路形成物内を流れる排ガスとの間の熱伝達を考慮して構築された推定アルゴリズムにより前記排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度を推定することが好ましい。   By the way, in the present invention, the exhaust gas temperature estimating means takes into account heat transfer between a passage formation forming an exhaust passage in the vicinity of the location where the exhaust gas sensor is disposed and an exhaust gas flowing through the passage formation. It is preferable to estimate the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the location where the exhaust gas sensor is arranged using the constructed estimation algorithm. In particular, the exhaust gas temperature estimating means is configured to transfer heat between a passage formation that forms an exhaust passage from the vicinity of the exhaust gas sensor to a vicinity of the exhaust gas temperature sensor and the exhaust gas flowing through the passage formation. It is preferable to estimate the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the location of the exhaust gas sensor by an estimation algorithm constructed in consideration of the above.

また、本発明において、前述のように各部分排気通路の排ガスの温度を推定する場合には、前記排ガス温度推定手段は、前記各部分排気通路を形成する通路形成物と該通路形成物内を流れる排ガスとの間の熱伝達を考慮して構築された推定アルゴリズムにより各部分排気通路の排ガスの温度を推定することが好適である。   Further, in the present invention, when the temperature of the exhaust gas in each partial exhaust passage is estimated as described above, the exhaust gas temperature estimation means includes a passage formation that forms each partial exhaust passage and the inside of the passage formation. It is preferable to estimate the temperature of the exhaust gas in each partial exhaust passage by an estimation algorithm constructed in consideration of heat transfer with the flowing exhaust gas.

すなわち、排ガスが排気通路を流れる際には、その排気通路を形成する通路形成物と排ガスとの間の熱伝達が発生し、その熱伝達は排ガスの温度に影響を及ぼす。従って、上記のように排ガスとそれが流れる通路形成物との熱伝達を考慮した推定アルゴリズムにより排ガスの温度を推定することにより、その推定値の精度をより高めることができる。   That is, when exhaust gas flows through the exhaust passage, heat transfer occurs between the passage formation material forming the exhaust passage and the exhaust gas, and the heat transfer affects the temperature of the exhaust gas. Therefore, the accuracy of the estimated value can be further improved by estimating the temperature of the exhaust gas by the estimation algorithm considering the heat transfer between the exhaust gas and the passage formation through which the exhaust gas flows as described above.

また、本発明では、前記排ガス温度推定手段は、少なくとも前記排ガスセンサの配置箇所近傍での排気通路を形成する通路形成物からその外部の大気への放熱を考慮して構築された推定アルゴリズムにより前記排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度を推定することが好ましい。特に、前記排ガス温度推定手段は、前記排ガス温度推定手段は、前記排ガスセンサの配置箇所近傍から前記排ガス温度センサの配置箇所近傍までの排気通路を形成する通路形成物からその外部の大気への放熱を考慮して構築された推定アルゴリズムにより前記排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度を推定することがより好ましい。   Further, in the present invention, the exhaust gas temperature estimation means is based on an estimation algorithm constructed in consideration of heat radiation from a passage formation forming an exhaust passage in the vicinity of the location where the exhaust gas sensor is disposed to the outside atmosphere. It is preferable to estimate the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the location of the exhaust gas sensor. In particular, the exhaust gas temperature estimation means is configured such that the exhaust gas temperature estimation means dissipates heat from a passage formation that forms an exhaust passage from the vicinity of the exhaust gas temperature sensor to the vicinity of the exhaust gas temperature sensor. More preferably, the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the location of the exhaust gas sensor is estimated by an estimation algorithm constructed in consideration of the above.

また、本発明において、前述のように各部分排気通路の排ガスの温度を推定する場合には、前記排ガス温度推定手段は、前記各部分排気通路を形成する通路形成物からその外部の大気への放熱を考慮して構築された推定アルゴリズムにより各部分排気通路での排ガスの温度を推定することが好ましい。   Further, in the present invention, when the temperature of the exhaust gas in each partial exhaust passage is estimated as described above, the exhaust gas temperature estimation means transfers the passage formation material forming the respective partial exhaust passage to the outside atmosphere. It is preferable to estimate the temperature of the exhaust gas in each partial exhaust passage by an estimation algorithm constructed in consideration of heat dissipation.

すなわち、排ガスが排気通路を流れるときに、該排気通路を形成する通路形成物から大気への放熱が発生し、その放熱は排ガスの温度に影響を及ぼす。従って、上記のように排ガスが流れる通路形成物から大気への放熱を考慮した推定アルゴリズムにより排ガスの温度を推定することにより、その推定値の精度を高めることができる。特に、排ガスと通路形成物との間の熱伝達をも併せて考慮した場合には、排ガスの温度の推定値の精度を効果的に高めることができる。   That is, when the exhaust gas flows through the exhaust passage, heat is released from the passage formation forming the exhaust passage to the atmosphere, and the heat release affects the temperature of the exhaust gas. Therefore, the accuracy of the estimated value can be increased by estimating the temperature of the exhaust gas by the estimation algorithm considering the heat radiation from the passage formation through which the exhaust gas flows to the atmosphere as described above. In particular, when heat transfer between the exhaust gas and the passage formation is taken into consideration, the accuracy of the estimated value of the exhaust gas temperature can be effectively increased.

また、本発明において、前記排ガスセンサの配置箇所近傍から前記排ガス温度センサの配置箇所近傍までの排気通路に、排ガス浄化用の触媒が該排気通路の一部分を形成する通路形成物として含まれている場合には、前記排ガス温度推定手段は、該触媒の発熱を考慮して構築された推定アルゴリズムにより前記排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度を推定することが好ましい。   Further, in the present invention, the exhaust gas passage from the vicinity of the exhaust gas sensor arrangement location to the exhaust gas temperature sensor arrangement location is included as a passage formation that forms part of the exhaust gas passage. In this case, it is preferable that the exhaust gas temperature estimating means estimates the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the location where the exhaust gas sensor is arranged by an estimation algorithm constructed in consideration of heat generation of the catalyst.

さらに、本発明において、前述のように各部分排気通路の排ガスの温度を推定する場合において、前記複数の部分排気通路のうちの少なくとも1つが、該部分排気通路を形成する通路形成物として排ガス浄化用の触媒を含んでいる場合には、前記排ガス温度推定手段は、該触媒を含む部分排気通路の排ガスの温度を、該触媒の発熱を考慮して構築された推定アルゴリズムにより推定することが好適である。   Furthermore, in the present invention, when estimating the temperature of the exhaust gas in each partial exhaust passage as described above, at least one of the plurality of partial exhaust passages is exhaust gas purification as a passage formation that forms the partial exhaust passage. The exhaust gas temperature estimating means preferably estimates the temperature of the exhaust gas in the partial exhaust passage containing the catalyst by an estimation algorithm constructed in consideration of heat generation of the catalyst. It is.

すなわち、排ガス浄化用の触媒は、それを流れる排ガスの浄化作用(酸化、還元反応等)によって発熱し、その発熱は排ガスの温度に影響を及ぼす。従って、上記のように触媒の発熱を考慮した推定アルゴリズムにより排ガスの温度を推定することにより、その推定値の精度を高めることができる。特に、排ガスと通路形成物との熱伝達や通路形成物から大気への放熱をも併せて考慮することにより、排ガス温度の推定値の精度を効果的に高めることができる。   That is, the exhaust gas purifying catalyst generates heat due to the purifying action (oxidation, reduction reaction, etc.) of the exhaust gas flowing therethrough, and the generated heat affects the temperature of the exhaust gas. Therefore, the accuracy of the estimated value can be increased by estimating the temperature of the exhaust gas by the estimation algorithm considering the heat generation of the catalyst as described above. In particular, the accuracy of the estimated value of the exhaust gas temperature can be effectively increased by considering heat transfer between the exhaust gas and the passage formation and heat radiation from the passage formation to the atmosphere.

本発明において、前述のように排ガスと通路形成物との熱伝達を考慮して排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度を推定するためには、前記排ガス温度推定手段は、少なくとも前記排ガスセンサの配置箇所近傍での排気通路を形成する通路形成物の温度を表すデータを逐次取得しつつ、その通路形成物の温度を表すデータを用いて前記排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度を推定する。このように、排ガスセンサの配置箇所近傍での排気通路を形成する通路形成物の温度を表すデータを逐次取得し、そのデータを用いて排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度を推定することにより、排ガスセンサの配置箇所近傍での通路形成物と、排ガスとの間の熱伝達に伴う排ガスの温度変化を考慮した形態で、排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度を推定することができ、その推定値の精度を高めることができる。   In the present invention, in order to estimate the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the location of the exhaust gas sensor in consideration of the heat transfer between the exhaust gas and the passage formation as described above, the exhaust gas temperature estimation means includes at least the exhaust gas sensor. While sequentially acquiring data representing the temperature of the passage formation forming the exhaust passage in the vicinity of the location of the exhaust gas, the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the location of the exhaust gas sensor is obtained using the data representing the temperature of the passage formation. presume. In this way, data representing the temperature of the passage formation that forms the exhaust passage in the vicinity of the exhaust gas sensor is sequentially acquired, and the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the exhaust gas sensor is estimated using the data. Thus, it is possible to estimate the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the location of the exhaust gas sensor in a form that considers the temperature change of the exhaust gas accompanying heat transfer between the passage formation in the vicinity of the location of the exhaust gas sensor and the exhaust gas. And the accuracy of the estimated value can be increased.

また、前述のように各部分排気通路の排ガスの温度を推定する場合には、前記排ガス温度推定手段は、前記各部分排気通路を形成する通路形成物の温度を表すデータを逐次取得しつつ、各部分排気通路を形成する通路形成物の温度を表すデータを用いて該部分排気通路での排ガスの温度を推定する。このようにすることにより、各部分排気通路での通路形成物と排ガスとの間の熱伝達に伴う排ガスの温度変化を考慮した形態で、各部分排気通路の排ガスの温度を推定することができ、その推定値の精度を高めることができる。その結果、排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度の推定値の精度も高めることができる。   Further, as described above, when estimating the temperature of the exhaust gas in each partial exhaust passage, the exhaust gas temperature estimation means sequentially acquires data representing the temperature of the passage formation material forming each partial exhaust passage, The temperature of the exhaust gas in the partial exhaust passage is estimated using data representing the temperature of the passage formation material forming each partial exhaust passage. By doing so, the temperature of the exhaust gas in each partial exhaust passage can be estimated in a form that takes into account the temperature change of the exhaust gas accompanying heat transfer between the passage formation and the exhaust gas in each partial exhaust passage. The accuracy of the estimated value can be increased. As a result, the accuracy of the estimated value of the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the location where the exhaust gas sensor is disposed can be improved.

尚、前記通路形成物の温度を表すデータは、温度センサを用いて検出したものでよいことはもちろん、あるいは、他のパラメータ等から適宜、推定したものであってもよい。   Note that the data representing the temperature of the passage formation may be data detected using a temperature sensor, or may be estimated appropriately from other parameters.

前述のように排ガスセンサの配置箇所近傍での通路形成物の温度を表すデータを用いて排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度を推定する場合には、より具体的には、前記排ガス温度推定手段は、少なくとも、前記排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの所定時間当たりの温度変化量を、該排ガスセンサの配置箇所近傍における排ガスの流れ方向での温度勾配と排ガスの流速とに応じた温度変化成分と、該排ガスセンサの配置箇所近傍における排ガスの温度と前記通路形成物の温度との偏差に応じた温度変化成分との総和として表現してなる熱モデルに基づき排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度変化量を逐次求め、その求めた温度変化量を前記内燃機関の運転開始時に設定した初期値に累積加算することにより、前記排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度を推定する。   As described above, when estimating the temperature of the exhaust gas near the location of the exhaust gas sensor using the data representing the temperature of the passage formation in the vicinity of the location of the exhaust gas sensor, more specifically, the exhaust gas temperature The estimation means at least determines a temperature change amount per predetermined time of the exhaust gas in the vicinity of the location where the exhaust gas sensor is disposed in accordance with a temperature gradient in the flow direction of the exhaust gas in the vicinity of the location where the exhaust gas sensor is located and a flow rate of the exhaust gas. In the vicinity of the location of the exhaust gas sensor based on a thermal model expressed as the sum of the temperature change component and the temperature change component according to the deviation between the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the location of the exhaust gas sensor and the temperature of the passage formation The exhaust gas temperature change amount is sequentially obtained, and the obtained temperature change amount is cumulatively added to the initial value set at the start of operation of the internal combustion engine. Estimating the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the location of the sensor.

また、前記各部分排気通路を形成する通路形成物の温度を表すデータを用いて各部分排気通路での排ガスの温度を推定する場合には、前記排ガス温度推定手段は、前記各部分排気通路の排ガスの所定時間当たりの温度変化量を、該部分排気通路における排ガスの流れ方向での温度勾配と排ガスの流速とに応じた温度変化成分と、該部分排気通路における排ガスの温度と該部分排気通路の通路形成物の温度との偏差に応じた温度変化成分との総和として表現してなる熱モデルに基づき各部分排気通路での排ガスの温度変化量を逐次求め、その求めた温度変化量を各部分排気通路毎に前記内燃機関の運転開始時に設定した初期値に累積加算することにより、各部分排気通路での排ガスの温度を推定する。   Further, when estimating the temperature of the exhaust gas in each partial exhaust passage using data representing the temperature of the passage formation material forming each partial exhaust passage, the exhaust gas temperature estimating means The temperature change amount per predetermined time of the exhaust gas includes a temperature change component according to the temperature gradient in the flow direction of the exhaust gas in the partial exhaust passage and the flow rate of the exhaust gas, the temperature of the exhaust gas in the partial exhaust passage, and the partial exhaust passage. Based on the thermal model expressed as the sum of the temperature change components according to the deviation from the temperature of the passage formation, the exhaust gas temperature change amount in each partial exhaust passage is sequentially obtained, and the obtained temperature change amount is For each partial exhaust passage, the temperature of the exhaust gas in each partial exhaust passage is estimated by cumulatively adding to the initial value set at the start of operation of the internal combustion engine.

ここで、前記熱モデルにおいて、排ガスの流れ方向での温度勾配と排ガスの流速とに応じた温度変化成分は、排ガスの流れ方向で温度が一定でない排ガス(これは主として内燃機関の運転状態の変化に起因する)が移動することに伴って生じる排ガスの温度変化成分(熱モデルの対象とする箇所での温度変化成分)を意味するものである。また、通路形成物の温度と排ガスの温度との偏差に応じた温度変化成分は、該通路形成物と排ガスとの間の熱伝達に伴う排ガスの温度変化成分(熱モデルの対象とする箇所での温度変化成分)を意味するものである。従って、このような熱モデルに基づいて所定時間毎の排ガスの温度変化量を精度よく求めることができる。そして、この温度変化量を内燃機関の運転開始時に設定した初期値(熱モデルの対象とする箇所での内燃機関の運転開始時における排ガスの温度の予測値)に累積加算することにより、排ガスの温度の推定値を精度よく求めることができることとなる。ひいては、排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度を精度よく推定することができる。   Here, in the thermal model, the temperature change component corresponding to the temperature gradient in the exhaust gas flow direction and the exhaust gas flow velocity is an exhaust gas whose temperature is not constant in the exhaust gas flow direction (this is mainly a change in the operating state of the internal combustion engine). This means a temperature change component of exhaust gas (temperature change component at a location targeted by a thermal model) that is generated as a result of movement. In addition, the temperature change component corresponding to the deviation between the temperature of the passage formation and the temperature of the exhaust gas is the temperature change component of the exhaust gas accompanying the heat transfer between the passage formation and the exhaust gas (at the location targeted by the thermal model). Temperature change component). Therefore, it is possible to accurately obtain the temperature change amount of the exhaust gas every predetermined time based on such a thermal model. Then, this temperature change amount is cumulatively added to the initial value set at the start of the operation of the internal combustion engine (predicted value of the temperature of the exhaust gas at the start of the operation of the internal combustion engine at the location targeted by the thermal model). The estimated value of temperature can be obtained with high accuracy. As a result, the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the location where the exhaust gas sensor is disposed can be accurately estimated.

尚、前記熱モデルに基づいて所定時間毎の温度変化量を求めるために必要な排ガスの温度勾配に関しては、本発明では、例えば排ガスセンサが排ガス温度センサに比較的近い箇所に配置されている場合には、該排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度の推定値の最新値と、排ガス温度センサによる排ガス温度の検出値の最新値とから排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度勾配を求めることができる。   Regarding the temperature gradient of the exhaust gas necessary for obtaining the temperature change amount per predetermined time based on the thermal model, in the present invention, for example, when the exhaust gas sensor is disposed at a location relatively close to the exhaust gas temperature sensor. The temperature gradient of the exhaust gas near the location of the exhaust gas sensor is calculated from the latest value of the estimated value of the exhaust gas temperature near the location of the exhaust gas sensor and the latest value of the exhaust gas temperature detected by the exhaust gas temperature sensor. Can be sought.

また、本発明で、複数の部分排気通路の排ガスの温度を推定する場合には、例えば各部分排気通路での排ガスの温度の推定値の最新値と、該部分排気通路に隣接する部分排気通路の排ガスの温度の推定値の最新値とから該部分排気通路での排ガスの温度勾配を求めることができる。   Further, in the present invention, when estimating the temperature of the exhaust gas in the plurality of partial exhaust passages, for example, the latest value of the estimated value of the exhaust gas temperature in each partial exhaust passage and the partial exhaust passage adjacent to the partial exhaust passage The exhaust gas temperature gradient in the partial exhaust passage can be obtained from the latest estimated value of the exhaust gas temperature.

また、通路形成物の温度と排ガスの温度との偏差に応じた温度変化成分成分は、例えば該通路形成物の温度を表すデータの最新値と、排ガスの温度の推定値の最新値とから求めることができる。   Further, the temperature change component corresponding to the deviation between the temperature of the passage formation and the temperature of the exhaust gas is obtained from, for example, the latest value of the data representing the temperature of the passage formation and the latest value of the estimated value of the exhaust gas. be able to.

上述のように排ガス温度の推定のために通路形成物の温度を表すデータを用いる本発明では、前記排ガス温度推定手段は、少なくとも前記排ガスセンサの配置箇所近傍における排ガスの温度の推定値と通路形成物の外部の大気温度を表すデータとを用いて該通路形成物の温度を逐次推定し、該通路形成物の温度の推定値を該通路形成物の温度を表す前記データとして用いることが好ましい。特に、複数の部分排気通路の排ガスの温度を推定する場合には、前記排ガス温度推定手段は、少なくとも前記各部分排気通路の排ガスの温度の推定値と該部分排気通路を形成する通路形成物の外部の大気温度を表すデータとを用いて各部分排気通路を形成する通路形成物の温度を逐次推定し、その各部分排気通路を形成する通路形成物の温度の推定値を該通路形成物の温度を表す前記データとして用いることが好ましい。   As described above, in the present invention using the data representing the temperature of the passage formation to estimate the exhaust gas temperature, the exhaust gas temperature estimation means includes at least an estimated value of the exhaust gas temperature and a passage formation in the vicinity of the location where the exhaust gas sensor is disposed. It is preferable to sequentially estimate the temperature of the passage formation using data representing the atmospheric temperature outside the object, and use the estimated value of the temperature of the passage formation as the data representing the temperature of the passage formation. In particular, when estimating the temperature of exhaust gas in a plurality of partial exhaust passages, the exhaust gas temperature estimating means includes at least an estimated value of the temperature of exhaust gas in each of the partial exhaust passages and a passage formation forming the partial exhaust passage. The temperature of the passage formation forming each partial exhaust passage is sequentially estimated using data representing the external atmospheric temperature, and the estimated value of the temperature of the passage formation forming each partial exhaust passage is calculated. It is preferably used as the data representing temperature.

このように、排ガスの温度の推定と併せて、通路形成物の温度も推定するようにすることにより、通路形成物の温度を表すデータを温度センサを用いずに取得することができ、コストを低減できる。そして、この場合、通路形成物の温度の推定のために排ガスの温度の推定値と大気温度を表すデータとを用いることにより、通路形成物とその内部を流れる排ガスとの間の熱伝達と、通路形成物から大気への放熱とを考慮した形態で通路形成物の温度を推定でき、その温度の推定値の精度を高めることができる。   In this way, by estimating the temperature of the passage formation together with the estimation of the temperature of the exhaust gas, data representing the temperature of the passage formation can be acquired without using a temperature sensor, and the cost can be reduced. Can be reduced. And in this case, by using the estimated value of the exhaust gas temperature and the data representing the atmospheric temperature for the estimation of the temperature of the passage formation, heat transfer between the passage formation and the exhaust gas flowing through the interior, The temperature of the passage formation can be estimated in a form that considers the heat release from the passage formation to the atmosphere, and the accuracy of the estimated value of the temperature can be increased.

尚、通常、内燃機関には、その運転制御のために大気温度を検出する大気温度センサが備えられており、上記大気温度を表すデータとして、その大気温度センサの検出値を用いるようにすればよい。   Normally, an internal combustion engine is provided with an atmospheric temperature sensor for detecting the atmospheric temperature for operation control, and if the detected value of the atmospheric temperature sensor is used as the data representing the atmospheric temperature. Good.

上述のように、排ガスセンサの配置箇所近傍での通路形成物の温度を推定する場合には、より具体的には、前記排ガス温度推定手段は、前記通路形成物の所定時間当たりの温度変化量が、少なくとも前記排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度と前記通路形成物の温度との偏差に応じた温度変化成分と、該通路形成物の温度と大気温度との偏差に応じた温度変化成分とを含むとして表現してなる熱モデルに基づき、該通路形成物の温度変化量を逐次推定し、その温度変化量の推定値を前記内燃機関の運転開始時に設定した初期値に累積加算することにより該通路形成物の温度を推定する。   As described above, when estimating the temperature of the passage formation in the vicinity of the location where the exhaust gas sensor is disposed, more specifically, the exhaust gas temperature estimation means is configured to change the temperature change amount per predetermined time of the passage formation. However, at least in the vicinity of the location where the exhaust gas sensor is disposed, a temperature change component corresponding to a deviation between the temperature of the exhaust gas and the temperature of the passage formation, and a temperature change corresponding to a deviation between the temperature of the passage formation and the atmospheric temperature On the basis of a thermal model expressed as including a component, and sequentially estimating the temperature change amount of the passage formation, and cumulatively adding the estimated value of the temperature change amount to the initial value set at the start of operation of the internal combustion engine. Thus, the temperature of the passage formation is estimated.

また、前記各部分排気通路を生成する通路形成物の温度を推定する場合には、前記排ガス温度推定手段は、前記各部分排気通路を形成する通路形成物の所定時間当たりの温度変化量が、少なくとも該部分排気通路における排ガスの温度と該部分排気通路を形成する通路形成物の温度との偏差に応じた温度変化成分と、該通路形成物の温度と大気温度との偏差に応じた温度変化成分とを含むとして表現してなる熱モデルに基づき、該通路形成物の温度変化量を逐次推定し、その温度変化量の推定値を各部分排気通路の通路形成物毎に前記内燃機関の運転開始時に設定した初期値に累積加算することにより各部分排気通路の通路形成物の温度を推定する。   Further, when estimating the temperature of the passage formation that generates each of the partial exhaust passages, the exhaust gas temperature estimation means has a temperature change amount per predetermined time of the passage formation that forms each of the partial exhaust passages. A temperature change component according to a deviation between at least the temperature of the exhaust gas in the partial exhaust passage and the temperature of the passage formation forming the partial exhaust passage, and a temperature change according to the deviation between the temperature of the passage formation and the atmospheric temperature On the basis of a thermal model expressed as including a component, and sequentially estimating the temperature change amount of the passage formation, and calculating the estimated value of the temperature change amount for each passage formation of each partial exhaust passage. The accumulated temperature of each partial exhaust passage is estimated by cumulatively adding to the initial value set at the start.

ここで、上記熱モデルにおいて、排ガスの温度と通路形成物の温度との偏差に応じた温度変化成分は、該通路形成物と排ガスとの間の熱伝達に伴う通路形成物の温度変化成分(熱モデルの対象とする箇所での温度変化成分)を意味するものである。また、通路形成物の温度と大気温度との偏差に応じた温度変化成分は、該通路形成物から大気への放熱に伴う通路形成物の温度変化成分(熱モデルの対象とする箇所での温度変化成分)を意味するものである。従って、このような熱モデルに基づいて所定時間毎の通路形成物の温度変化量を精度よく求めることができる。そして、この温度変化量を内燃機関の運転開始時に設定した初期値(熱モデルの対象とする箇所での内燃機関の運転開始時における通路形成物の温度の予測値)に累積加算することにより、通路形成物の温度の推定値を精度よく求めることができることとなる。ひいては、この通路形成物の温度の推定値を用いて、排ガスの温度を精度よく推定することができる。   Here, in the thermal model, the temperature change component according to the deviation between the temperature of the exhaust gas and the temperature of the passage formation is a temperature change component of the passage formation accompanying heat transfer between the passage formation and the exhaust gas ( This means a temperature change component at a location targeted by the thermal model. Also, the temperature change component according to the deviation between the temperature of the passage formation and the atmospheric temperature is the temperature change component of the passage formation accompanying the heat radiation from the passage formation to the atmosphere (the temperature at the target location of the thermal model). Change component). Therefore, it is possible to accurately obtain the temperature change amount of the passage formation for each predetermined time based on such a thermal model. Then, by cumulatively adding this amount of temperature change to the initial value set at the start of operation of the internal combustion engine (predicted value of the temperature of the passage formation at the start of operation of the internal combustion engine at the location targeted by the thermal model), The estimated value of the temperature of the passage formation can be obtained with high accuracy. As a result, the temperature of the exhaust gas can be accurately estimated using the estimated value of the temperature of the passage formation.

尚、通路形成物の温度と排ガスの温度との偏差に応じた温度変化成分成分は、例えば該通路形成物の温度の推定値の最新値と、排ガスの温度の推定値の最新値とから求めることができる。また、通路形成物の温度と大気温度との偏差に応じた温度変化成分は、該通路形成物の温度の推定値の最新値と、大気温度を表すデータの最新値とから求めることができる。   The temperature change component component according to the deviation between the temperature of the passage formation and the temperature of the exhaust gas is obtained from, for example, the latest value of the estimated value of the temperature of the passage formation and the latest value of the estimated value of the exhaust gas. be able to. Moreover, the temperature change component according to the deviation between the temperature of the passage formation and the atmospheric temperature can be obtained from the latest value of the estimated value of the temperature of the passage formation and the latest value of the data representing the atmospheric temperature.

また、特に、複数の部分排気通路の排ガスの温度と通路形成物の温度とを推定する場合において、その複数の部分排気通路のうちの少なくとも1つが、該部分排気通路を形成する通路形成物として排ガス浄化用の触媒を含んでいるときには、該触媒を含む部分排気通路に対応する前記熱モデルは、該部分排気通路の通路形成物の所定の単位時間当たりの温度変化量を、該部分排気通路における排ガスの温度と該部分排気通路を形成する通路形成物の温度との偏差に応じた温度変化成分と、該通路形成物の温度と大気温度との偏差に応じた温度変化成分と、排ガスの流速とに応じた温度変化成分との総和として表現してなるモデルであることが好適である。   In particular, when estimating the temperature of the exhaust gas and the temperature of the passage formation in the plurality of partial exhaust passages, at least one of the plurality of partial exhaust passages is a passage formation that forms the partial exhaust passage. When the exhaust gas purifying catalyst is included, the thermal model corresponding to the partial exhaust passage containing the catalyst calculates the temperature change amount per unit time of the passage formation of the partial exhaust passage. A temperature change component according to the deviation between the temperature of the exhaust gas in the gas and the temperature of the passage formation forming the partial exhaust passage, a temperature change component according to the deviation between the temperature of the passage formation and the atmospheric temperature, A model expressed as a sum of temperature change components corresponding to the flow velocity is preferable.

このような熱モデルでは、前記排ガスの流速に応じた温度変化成分が、触媒の排ガス浄化作用による発熱に伴う該触媒(通路形成物)の温度変化成分を意味するものとなる。すなわち、排ガスの流速が大きいほど、所定時間当たりに触媒が反応する排ガスの量が多くなるので、触媒の発熱量が多くなる。このため、触媒の発熱に伴う該触媒の温度変化成分は、排ガスの流速に応じたものとなる。そして、このような熱モデルに基づくことにより、触媒を含む部分排気通路での通路形成物の所定時間毎の温度変化量を精度よく推定することができる。ひいては、該通路形成物の温度の推定値の精度を高めることができる。   In such a thermal model, the temperature change component corresponding to the flow rate of the exhaust gas means the temperature change component of the catalyst (passage formation) accompanying heat generation by the exhaust gas purification action of the catalyst. That is, as the flow rate of exhaust gas increases, the amount of exhaust gas that the catalyst reacts per predetermined time increases, so the amount of heat generated by the catalyst increases. For this reason, the temperature change component of the catalyst accompanying the heat generation of the catalyst corresponds to the flow rate of the exhaust gas. And based on such a thermal model, the amount of temperature change per predetermined time of the passage formation in the partial exhaust passage containing the catalyst can be accurately estimated. As a result, the accuracy of the estimated value of the temperature of the passage formation can be increased.

また、前述のように所定時間毎の温度変化量を初期値に累積加算して排ガス温度や通路形成物の温度を推定する場合には、その初期値は少なくとも前記内燃機関の運転開始時における大気温度及び/又は内燃機関の機関温度に応じて設定されていることが好適である。これによれば、内燃機関の運転開始時における排ガスの温度や通路形成物の温度の初期値を適正に設定することができる。   Further, as described above, when the exhaust gas temperature or the temperature of the passage formation is estimated by accumulating the amount of temperature change every predetermined time to the initial value, the initial value is at least the atmosphere at the start of the operation of the internal combustion engine. It is preferable that the temperature is set according to the engine temperature of the internal combustion engine. According to this, it is possible to appropriately set the initial values of the exhaust gas temperature and the passage formation temperature at the start of the operation of the internal combustion engine.

また、本発明において、前記ヒータ制御手段がヒータを制御するために排ガス温度推定手段による排ガスの温度の推定値を用いる場合には、該ヒータ制御手段は、前記排ガスセンサの素子部の温度を表すデータを逐次取得しつつ、前記ヒータに対する制御入力を、少なくとも該排ガスセンサの素子部の温度に応じた入力成分と、前記排ガス温度推定手段による排ガス温度の推定値に応じた制御入力成分とを加算して逐次算出し、その算出した制御入力に応じて前記ヒータを制御することが好ましい。   In the present invention, when the heater control means uses the estimated value of the exhaust gas temperature by the exhaust gas temperature estimation means to control the heater, the heater control means represents the temperature of the element part of the exhaust gas sensor. While acquiring data sequentially, the control input to the heater is added with at least the input component according to the temperature of the element part of the exhaust gas sensor and the control input component according to the estimated value of the exhaust gas temperature by the exhaust gas temperature estimating means It is preferable that the heater is sequentially calculated and the heater is controlled in accordance with the calculated control input.

このように排ガスセンサの素子部の温度に応じた入力成分、すなわちフィードバック成分と、排ガス温度の推定値に応じた入力成分、すなわち、該排ガス温度に応じたフィードフォワード成分とを前記制御入力に含めるようにして該制御入力を算出することにより、排ガスセンサの素子部の温度を安定に目標温度に制御することができる。   As described above, the control input includes the input component corresponding to the temperature of the element portion of the exhaust gas sensor, that is, the feedback component, and the input component corresponding to the estimated value of the exhaust gas temperature, that is, the feedforward component corresponding to the exhaust gas temperature. Thus, by calculating the control input, the temperature of the element part of the exhaust gas sensor can be stably controlled to the target temperature.

尚、前記素子部の温度を表すデータは、該素子部に取着した温度センサにより直接的に検出したもの(素子部の温度の検出値)を用いてもよいが、ヒータと素子部との熱伝達や、素子部と排ガスとの熱伝達等を考慮した適宜のアルゴリズムにより素子部の温度を推定し、その推定値を素子部の温度を表すデータとして用いてもよい。   The data representing the temperature of the element unit may be data directly detected by a temperature sensor attached to the element unit (detected value of the temperature of the element unit). The temperature of the element unit may be estimated by an appropriate algorithm considering heat transfer, heat transfer between the element unit and exhaust gas, and the estimated value may be used as data representing the temperature of the element unit.

また、本発明では、排ガスセンサとしては、例えば排ガス浄化用の触媒装置の下流側に配置したO2センサが挙げられる。この場合、触媒装置による所要の浄化性能を確保するために、O2センサの出力電圧を所定値に維持するように排ガスの空燃比を制御するような場合には、その空燃比制御を良好に行う上で、該O2センサの素子部の温度を750℃以上の所定の目標温度(例えば800℃)に制御することが好適である。 In the present invention, examples of the exhaust gas sensor include an O 2 sensor disposed on the downstream side of the exhaust gas purification catalyst device. In this case, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is controlled so as to maintain the output voltage of the O 2 sensor at a predetermined value in order to ensure the required purification performance by the catalyst device, the air-fuel ratio control is improved satisfactorily. In carrying out, it is preferable to control the temperature of the element portion of the O 2 sensor to a predetermined target temperature (for example, 800 ° C.) of 750 ° C. or higher.

本発明の実施形態を説明する前に、本発明の実施形態に関連した参考例を図1〜図11を参照して説明する。図1は、本参考例の装置の全体構成を模式的に示すブロック図である。同図中、1は例えば自動車やハイブリッド車に搭載されるエンジン(内燃機関)であり、このエンジン1が燃料及び空気の混合気を燃焼させて生成する排ガスは、該エンジン1の排気ポート2に連通する排気通路3を介して大気側に排出される。排気通路3には、排ガスを浄化するための触媒装置4,5が上流側から順次介装されている。排気通路3のうち、触媒装置4の上流側の部分(排気ポート2と触媒装置4の間の部分)と、両触媒装置4,5の間の部分と、触媒装置5の下流側の部分とはそれぞれ管状の通路形成物である排気管6a,6b,6cにより構成されている。   Before describing embodiments of the present invention, reference examples related to embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram schematically showing the overall configuration of the apparatus of this reference example. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an engine (internal combustion engine) mounted on, for example, an automobile or a hybrid vehicle. Exhaust gas generated by the engine 1 burning a mixture of fuel and air is supplied to an exhaust port 2 of the engine 1. It is discharged to the atmosphere side through the communicating exhaust passage 3. In the exhaust passage 3, catalyst devices 4 and 5 for purifying exhaust gas are sequentially inserted from the upstream side. Of the exhaust passage 3, an upstream portion of the catalyst device 4 (a portion between the exhaust port 2 and the catalyst device 4), a portion between the catalyst devices 4, 5, and a downstream portion of the catalyst device 5 Are constituted by exhaust pipes 6a, 6b and 6c, which are tubular passage formations.

各触媒装置4,5はそれぞれ触媒7(本参考例では三元触媒)を内蔵するものである。この触媒7は、ハニカム構造の通路形成物であり、その内部を排ガスが流れるようになっている。尚、触媒装置4,5は一体構造のもの(例えば同一のケース内に三元触媒からなる二つの触媒床を上流部と下流部とに内蔵したもの)であってもよい。   Each of the catalyst devices 4 and 5 incorporates a catalyst 7 (a three-way catalyst in this reference example). The catalyst 7 is a honeycomb-structured passage formation, and exhaust gas flows through the catalyst 7. The catalyst devices 4 and 5 may be of an integrated structure (for example, two catalyst beds made of a three-way catalyst in the same case are built in the upstream portion and the downstream portion).

本参考例の装置では、特に触媒装置4の良好な浄化性能(触媒装置4によるCO、HC、NOxの浄化性能)を確保するようにエンジン1の排ガスの空燃比を制御する。そして、この空燃比制御を行うために、触媒装置4,5の間の排気通路3(排気管6bにより形成される排気通路)にO2センサ8が配置され、触媒装置4の上流側の排気通路3(排気管6aにより形成される排気通路)に広域空燃比センサ9が配置されている。 In the apparatus of the present reference example, the air-fuel ratio of the exhaust gas of the engine 1 is controlled so as to ensure particularly good purification performance of the catalyst device 4 (CO, HC, NOx purification performance by the catalyst device 4). In order to perform this air-fuel ratio control, an O 2 sensor 8 is disposed in the exhaust passage 3 (exhaust passage formed by the exhaust pipe 6b) between the catalyst devices 4 and 5, and the exhaust gas upstream of the catalyst device 4 is exhausted. A wide area air-fuel ratio sensor 9 is arranged in the passage 3 (exhaust passage formed by the exhaust pipe 6a).

ここで、O2センサ8は、本発明における排ガスセンサに相当するものであり、その基本構造や特性等をさらに説明する。このO2センサ8は、図2に模式的に示すように、酸素イオンを通しやすい固体電解質、例えば安定ジルコニア(ZrO2+Y23)を主材質とする有底筒形状の素子部10(感応部)を備え、この素子部10の外面及び内面には、それぞれ、多孔質の白金電極11,12がコーティングされている。また、この素子部10の内部には、該素子部10の昇温・活性化や温度制御等を行うために電熱ヒータとしての棒状のセラミックヒータ13が挿入されると共に、セラミックヒータ13の周囲の空間には一定酸素濃度(一定の酸素分圧)の空気が充填されている。そして、このO2センサ8は、その素子部10の先端部の外面が排気管6b内の排ガスに接触するようにセンサ筐体14を介して排気管6bに装着されている。 Here, the O 2 sensor 8 corresponds to the exhaust gas sensor of the present invention, and the basic structure and characteristics thereof will be further described. As schematically shown in FIG. 2, the O 2 sensor 8 has a bottomed cylindrical element portion 10 (mainly made of a solid electrolyte that easily allows oxygen ions to pass, for example, stable zirconia (ZrO 2 + Y 2 O 3 )). The element portion 10 is coated with porous platinum electrodes 11 and 12 on the outer surface and the inner surface, respectively. In addition, a rod-shaped ceramic heater 13 as an electric heater is inserted into the element unit 10 in order to perform temperature rise / activation, temperature control, etc. of the element unit 10, and around the ceramic heater 13. The space is filled with air having a constant oxygen concentration (a constant oxygen partial pressure). The O 2 sensor 8 is attached to the exhaust pipe 6b via the sensor housing 14 so that the outer surface of the tip of the element part 10 is in contact with the exhaust gas in the exhaust pipe 6b.

尚、図2中、15は、排気管6b内の素子部10に異物等が当たらないようにするための筒状のプロテクタであり、排気管6b内の素子部10は、プロテクタ15に穿設されている複数の孔(図示省略)を介して排ガスに接触するようになっている。   In FIG. 2, reference numeral 15 denotes a cylindrical protector for preventing foreign matter from hitting the element portion 10 in the exhaust pipe 6 b, and the element portion 10 in the exhaust pipe 6 b is drilled in the protector 15. The exhaust gas is contacted through a plurality of holes (not shown).

かかる構造のO2センサ8では、素子部10の先端部外面に接触する排ガスの酸素濃度と素子部10の内部の空気の酸素濃度との差によって、前記白金電極11,12間に排ガスの酸素濃度に応じた起電力が生じる。そして、該O2センサ8は、その起電力を図示しない増幅器で増幅してなる出力電圧Voutを外部に出力する。 In the O 2 sensor 8 having such a structure, the oxygen in the exhaust gas is disposed between the platinum electrodes 11 and 12 due to the difference between the oxygen concentration of the exhaust gas contacting the outer surface of the tip of the element portion 10 and the oxygen concentration of the air inside the element portion 10. An electromotive force according to the concentration is generated. The O 2 sensor 8 outputs an output voltage Vout obtained by amplifying the electromotive force with an amplifier (not shown).

この場合、排ガスの酸素濃度、あるいは該酸素濃度から把握される排ガスの空燃比に対するO2センサ8の出力電圧Voutの特性(出力特性)は、基本的には図3に実線のグラフaで示すような特性(所謂Zカーブ特性)となる。尚、図3の実線のグラフaは、より詳しくは、素子部10の温度が800℃であるときのO2センサ8の出力特性を示すグラフである。素子部10の温度とO2センサ8の出力特性との関係については後述する。 In this case, the characteristic (output characteristic) of the output voltage Vout of the O 2 sensor 8 with respect to the oxygen concentration of the exhaust gas or the air-fuel ratio of the exhaust gas ascertained from the oxygen concentration is basically shown by a solid line a in FIG. Such a characteristic (so-called Z curve characteristic) is obtained. 3 is a graph showing the output characteristics of the O 2 sensor 8 when the temperature of the element unit 10 is 800 ° C., more specifically. The relationship between the temperature of the element unit 10 and the output characteristics of the O 2 sensor 8 will be described later.

図3のグラフaに見られるように、O2センサ8の出力特性は、一般的に、排ガスの酸素濃度により表わされる空燃比が理論空燃比近傍の狭い空燃比域Δに存する状態でのみ、出力電圧Voutが排ガスの空燃比に対してほぼリニアに高感度な変化を示す。つまり、その空燃比域Δ(以下、高感度空燃比域Δという)において、空燃比の変化に対する出力電圧Voutの変化の傾き(出力特性のグラフの傾き)が大きなものとなる。そして、その高感度空燃比域Δよりもリッチ側の空燃比域とリーン側の空燃比域とでは、排ガスの空燃比の変化に対する出力電圧Voutの変化の傾き(出力特性のグラフの傾き)が微小なものとなる。 As can be seen from the graph a in FIG. 3, the output characteristic of the O 2 sensor 8 is generally only in a state where the air-fuel ratio represented by the oxygen concentration of the exhaust gas is in a narrow air-fuel ratio region Δ near the stoichiometric air-fuel ratio. The output voltage Vout changes with high sensitivity almost linearly with respect to the air-fuel ratio of the exhaust gas. That is, in the air-fuel ratio range Δ (hereinafter referred to as the high-sensitivity air-fuel ratio range Δ), the gradient of the change in the output voltage Vout with respect to the change in the air-fuel ratio (the gradient of the output characteristic graph) becomes large. Then, in the air-fuel ratio region on the rich side and the air-fuel ratio region on the lean side with respect to the high-sensitivity air-fuel ratio region Δ, the slope of the change in the output voltage Vout with respect to the change in the air-fuel ratio of the exhaust gas (the slope of the graph of the output characteristics) It will be minute.

尚、前記広域空燃比センサ9は、ここでの詳細な説明は省略するが、例えば特開平4−369471号公報にて本願出願人が開示した空燃比センサであり、O2センサ8よりも広い空燃比域において、排ガスの空燃比に対してリニアに変化する出力電圧KACTを発生するセンサである。以下の説明では、O2センサ8の出力電圧Vout、広域空燃比センサ9の出力電圧KACTをそれぞれ単に出力Vout、KACTということがある。 The wide-area air-fuel ratio sensor 9 is an air-fuel ratio sensor disclosed by the applicant of the present invention in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-369471, though detailed description thereof is omitted here, and is wider than the O 2 sensor 8. This is a sensor that generates an output voltage KACT that varies linearly with respect to the air-fuel ratio of exhaust gas in the air-fuel ratio range. In the following description, the output voltage Vout of the O 2 sensor 8 and the output voltage KACT of the wide area air-fuel ratio sensor 9 may be simply referred to as outputs Vout and KACT, respectively.

本参考例の装置は、さらに排ガスの空燃比制御やO2センサ8の素子部10の温度制御等の処理を実行するコンントロールユニット16を備えている。このコントロールユニット16は、図示を省略するCPU、RAM、ROMを含むマイクロコンピュータにより構成されたものであり、後述の制御処理を実行するために、前記O2センサ8、広域空燃比センサ9からそれらの出力Vout,KACTが入力されると共に、エンジン1に備えられたセンサ(図示省略)からエンジン1の回転数NE(回転速度)、吸気圧PB(詳しくはエンジン1の吸気管内圧の絶対圧)、大気温度TA等の検出値を示すデータが与えられる。 The apparatus of this reference example further includes a control unit 16 that performs processing such as air-fuel ratio control of exhaust gas and temperature control of the element portion 10 of the O 2 sensor 8. The control unit 16 is constituted by a microcomputer including a CPU, a RAM, and a ROM (not shown). The O 2 sensor 8 and the wide area air-fuel ratio sensor 9 are used to execute a control process described later. Output Vout and KACT are input, and the engine 1 rotational speed NE (rotational speed) and intake pressure PB (specifically, the absolute pressure of the intake pipe internal pressure of the engine 1) from a sensor (not shown) provided in the engine 1 are input. Data indicating the detected value such as the atmospheric temperature TA is given.

上記コントロールユニット16は、その処理の機能的手段として、エンジン1の排ガスの空燃比を制御する空燃比制御手段17と、O2センサ8の素子部10の温度を制御するセンサ温度制御手段18とを具備している。 The control unit 16 includes, as functional means for the processing, an air-fuel ratio control means 17 for controlling the air-fuel ratio of the exhaust gas of the engine 1, and a sensor temperature control means 18 for controlling the temperature of the element portion 10 of the O 2 sensor 8. It has.

空燃比制御手段17は、触媒装置4によるCO(一酸化炭素)、HC(炭化水素)、NOx(窒素酸化物)の良好な浄化性能(浄化率)を確保するように、触媒装置4にエンジン1から供給される排ガスの空燃比を制御する処理を実行するものである。ここで、前述のような出力特性のO2センサ8を触媒装置4の下流側に配置したとき、触媒装置4に供給する排ガスの空燃比(触媒装置4の上流側の排ガスの空燃比)を、O2センサ8の出力Voutがある所定値Vop(図3参照)に整定するような空燃比状態に制御することにより、触媒装置4によるCO、HC、NOxの良好な浄化性能を該触媒装置4の劣化状態によらずに確保できる。 The air-fuel ratio control means 17 is provided in the catalyst device 4 so as to ensure good purification performance (purification rate) of CO (carbon monoxide), HC (hydrocarbon), and NOx (nitrogen oxide) by the catalyst device 4. The process which controls the air fuel ratio of the exhaust gas supplied from 1 is performed. Here, when the O 2 sensor 8 having the output characteristics as described above is arranged on the downstream side of the catalyst device 4, the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the catalyst device 4 (the air-fuel ratio of the exhaust gas upstream of the catalyst device 4) is set. By controlling the air-fuel ratio so that the output Vout of the O 2 sensor 8 is set to a predetermined value Vop (see FIG. 3), the catalytic device 4 has good purification performance of CO, HC, NOx. 4 can be ensured regardless of the deterioration state.

そこで、空燃比制御手段17は、上記所定値VopをO2センサ8の出力Voutの目標値とし、この目標値VopにO2センサ8の出力Voutを整定・維持するようにエンジン1から触媒装置4に供給される排ガスの空燃比を制御する。この空燃比制御は、例えば、O2センサ8の出力Voutを目標値Vopに収束させるように、フィードバック制御処理により触媒装置4に供給する排ガスの目標空燃比を決定し、この目標空燃比に広域空燃比センサ9の出力KACT(空燃比の検出値)を収束させるように、フィードバック制御処理によりエンジン1の燃料供給量を調整することで実行される。尚、空燃比制御手段17のより具体的な処理は、本願発明の本質をなすものではないので、ここでの詳細な説明は省略するが、例えば本願出願人が特開平11−324767号公報にて公開した明細書の[0071]〜[0362]に記載されているように行われる。 Therefore, the air-fuel ratio control means 17, the predetermined value Vop as the target value of the output Vout of the O 2 sensor 8, the catalytic converter the output Vout of the O 2 sensor 8 at the target value Vop from the engine 1 so as to settle and maintain The air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to 4 is controlled. In this air-fuel ratio control, for example, the target air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the catalyst device 4 is determined by feedback control processing so that the output Vout of the O 2 sensor 8 converges to the target value Vop, and the target air-fuel ratio is set to a wide range. This is executed by adjusting the fuel supply amount of the engine 1 by feedback control processing so that the output KACT (detected value of the air / fuel ratio) of the air / fuel ratio sensor 9 is converged. Note that more specific processing of the air-fuel ratio control means 17 does not form the essence of the present invention, and thus detailed description thereof will be omitted. For example, the applicant of the present application disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-324767. This is carried out as described in [0071] to [0362] of the specification disclosed in the above.

ところで、O2センサ8の出力特性は、素子部10の温度の影響を受けて変化する。例えば、素子部10の温度が800℃、750℃、700℃、600℃であるときのO2センサ8の出力特性は、それぞれ図3R>3の実線のグラフa、破線のグラフb、一点鎖線のグラフb、二点鎖線のグラフdで示すような特性となる。この場合、図3を参照して明らかなように、特に750℃よりも低い温度域で素子部10の温度が変化すると、理論空燃比近傍(前記高感度空燃比域Δ)におけるO2センサ8の出力Voutの変化の傾き(感度)や、該高感度空燃比域Δよりもリッチ側における出力Voutのレベル等が変化しやすい。尚、素子部10の温度が750℃以上である場合には、素子部10の温度変化に対するO2センサ8の出力特性の変化は微小になり、該出力特性がほぼ一定になる。 Incidentally, the output characteristics of the O 2 sensor 8 change under the influence of the temperature of the element unit 10. For example, the output characteristics of the O 2 sensor 8 when the temperature of the element unit 10 is 800 ° C., 750 ° C., 700 ° C., and 600 ° C. are shown as a solid line graph a, a broken line graph b, and an alternate long and short dash line in FIG. The characteristic is as shown by the graph b in FIG. In this case, as is apparent with reference to FIG. 3, when the temperature of the element portion 10 changes particularly in a temperature range lower than 750 ° C., the O 2 sensor 8 in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio (the highly sensitive air-fuel ratio range Δ). The change slope (sensitivity) of the output Vout, the level of the output Vout on the rich side with respect to the high sensitivity air-fuel ratio range Δ, and the like are likely to change. When the temperature of the element unit 10 is 750 ° C. or higher, the change in the output characteristic of the O 2 sensor 8 with respect to the temperature change of the element unit 10 becomes minute, and the output characteristic becomes almost constant.

2センサ8の出力特性が上記のように素子部10の温度状態によって変化するため、その温度状態によっては、前記空燃比制御手段17による制御性(安定性や速応性)が悪化する虞れがある。これは、O2センサ8の出力Voutをある目標値Vopに維持するように排ガスの空燃比を制御する上では、特に、理論空燃比近傍でのO2センサ8の出力特性、すなわち、前記高感度空燃比域Δにおける出力特性が制御性に大きな影響を及ぼしやすいからである。また、触媒装置4の触媒7による排ガスの浄化性能が良好に保たれるようなO2センサ8の出力Voutの目標値Vopも、特に、750℃よりも低い温度域における素子部9の温度状態によって変化する。従って、空燃比制御手段17による空燃比の制御(O2センサ8の出力Voutを目標値Vopに維持する制御)を良好に行い、また、触媒装置4の浄化性能を良好に確保するためには、O2センサ8の素子部10の温度は、基本的には一定温度に維持されていることが好ましい。 Since the output characteristic of the O 2 sensor 8 changes depending on the temperature state of the element unit 10 as described above, the controllability (stability and speed response) by the air-fuel ratio control means 17 may be deteriorated depending on the temperature state. There is. This is because, in controlling the air-fuel ratio of the exhaust gas so as to maintain the output Vout of the O 2 sensor 8 at a certain target value Vop, the output characteristics of the O 2 sensor 8 near the stoichiometric air-fuel ratio, that is, the high This is because the output characteristics in the sensitivity air-fuel ratio range Δ tend to have a large influence on the controllability. Further, the target value Vop of the output Vout of the O 2 sensor 8 so that the exhaust gas purification performance by the catalyst 7 of the catalyst device 4 is kept good is also the temperature state of the element portion 9 particularly in a temperature range lower than 750 ° C. It depends on. Accordingly, in order to satisfactorily perform air-fuel ratio control (control to maintain the output Vout of the O 2 sensor 8 at the target value Vop) by the air-fuel ratio control means 17 and to ensure good purification performance of the catalyst device 4. The temperature of the element portion 10 of the O 2 sensor 8 is preferably basically maintained at a constant temperature.

この場合、O2センサ8では、素子部10の温度を750℃以上の温度に維持すると、前述のようにO2センサ8の出力特性がほぼ一定になって安定する。また、本願発明者等の知見によれば、素子部10の温度を750℃以上の温度で、例えば800℃に維持すると、触媒装置4の触媒7による排ガスの浄化性能が良好に保たれるようなO2センサ8の出力Voutの目標値Vopが、図3のグラフaにおいて参照符号Yを付した部分、すなわち、O2センサ8の出力特性のグラフaの傾きが空燃比のリッチ化に伴い大きな傾きから微小な傾きに切替る変曲点部分Yに存するようになる。そして、このとき、この目標値VopにO2センサ8の出力Voutを維持するような空燃比制御を良好に行うことができる。これは、変曲点部YにおけるO2センサ8の出力Voutの空燃比に対する感度が過大でも過小でもない適正な感度になるためと考えられる。 In this case, in the O 2 sensor 8, if the temperature of the element unit 10 is maintained at a temperature of 750 ° C. or higher, the output characteristics of the O 2 sensor 8 become substantially constant and stable as described above. Further, according to the knowledge of the inventors of the present application, when the temperature of the element unit 10 is maintained at a temperature of 750 ° C. or higher, for example, 800 ° C., the exhaust gas purification performance by the catalyst 7 of the catalyst device 4 can be maintained satisfactorily. the target value Vop for the output Vout of a O 2 sensor 8, portions denoted with the reference numeral Y in the graph a in FIG. 3, i.e., the slope of the graph a of the output characteristic of the O 2 sensor 8 along with the enrichment of the air-fuel ratio An inflection point Y that switches from a large inclination to a small inclination is present. At this time, air-fuel ratio control that maintains the output Vout of the O 2 sensor 8 at the target value Vop can be performed satisfactorily. This is presumably because the sensitivity to the air-fuel ratio of the output Vout of the O 2 sensor 8 at the inflection point Y is an appropriate sensitivity that is neither excessive nor excessive.

このため、本参考例では、前記センサ温度制御手段18により、O2センサ8の素子部10の温度を前記セラミックヒータ13を介して所望の温度に制御するようにしている。その所望の温度は、基本的には750℃以上の温度で、例えば800℃である。このセンサ温度制御手段18の制御処理を以下に詳説する。 For this reason, in the present reference example, the sensor temperature control means 18 controls the temperature of the element portion 10 of the O 2 sensor 8 to a desired temperature via the ceramic heater 13. The desired temperature is basically a temperature of 750 ° C. or higher, for example, 800 ° C. The control process of the sensor temperature control means 18 will be described in detail below.

センサ温度制御手段18は、その主要な機能を分類すると、図4に示すように、排気通路3でのO2センサ8の配置箇所近傍(排気管6bの中間部分の箇所)の排ガス温度Tgdを逐次推定する排気温オブザーバ19(排ガス温度推定手段)と、その排ガス温度Tgdの推定値を用いてO2センサ8の素子部10の温度TO2及びセラミックヒータ13の温度Thtを推定する素子温オブザーバ20と、素子部10の温度の目標値Rを設定する目標値設定手段21と、素子部10の温度TO2及びセラミックヒータ13の温度Thtの推定値、目標値R、並びに排ガス温度Tgdの推定値を用いてセラミックヒータ13の通電制御(セラミックヒータ13への供給電力の制御)を行うヒータコントローラ22(ヒータ制御手段)とを備えている。 As shown in FIG. 4, the sensor temperature control means 18 classifies the exhaust gas temperature Tgd in the vicinity of the location where the O 2 sensor 8 is disposed in the exhaust passage 3 (the location of the intermediate portion of the exhaust pipe 6b). An exhaust gas temperature observer 19 (exhaust gas temperature estimating means) that sequentially estimates and an element temperature observer that estimates the temperature T O2 of the element portion 10 of the O 2 sensor 8 and the temperature Tht of the ceramic heater 13 using the estimated value of the exhaust gas temperature Tgd. 20, target value setting means 21 for setting the target value R of the temperature of the element unit 10, the estimated value of the temperature T O2 of the element unit 10 and the temperature Tht of the ceramic heater 13, the target value R, and the estimation of the exhaust gas temperature Tgd A heater controller 22 (heater control means) is provided that performs energization control of the ceramic heater 13 (control of power supplied to the ceramic heater 13) using the value.

尚、本参考例では、セラミックヒータ13は、図示を省略するヒータ通電回路にパルス電圧を付与することにより通電制御(PWM制御)されるものであり、該セラミックヒータ13への供給電力は、そのパルス電圧のデューティDUT(パルス電圧の1周期に対するパルス幅の割合)によって規定される。このため、ヒータコントローラ22は、上記ヒータ通電回路に付与するパルス電圧のデューティDUTをセラミックヒータ13を制御するための制御入力(操作量)とし、このデューティDUTを調整することにより、該セラミックヒータ13への供給電力、ひいては、該ヒータ13の発熱量を制御するようにしている。また、ヒータコントローラ22が生成するデューティDUTは、素子温オブザーバ20の演算処理でも使用される。   In this reference example, the ceramic heater 13 is subjected to energization control (PWM control) by applying a pulse voltage to a heater energization circuit (not shown), and the power supplied to the ceramic heater 13 is It is defined by the pulse voltage duty DUT (ratio of the pulse width to one period of the pulse voltage). For this reason, the heater controller 22 uses the duty DUT of the pulse voltage applied to the heater energizing circuit as a control input (operation amount) for controlling the ceramic heater 13, and adjusts the duty DUT to thereby adjust the ceramic heater 13. The power supplied to the heater 13 and thus the amount of heat generated by the heater 13 are controlled. The duty DUT generated by the heater controller 22 is also used in the calculation process of the element temperature observer 20.

排気温オブザーバ19は、本参考例では、エンジン1の排気ポート2からO2センサ8の配置箇所までの排気通路3(O2センサ8の上流側の排気通路3)を該排気通路3の延在方向(排ガスの流れ方向)に沿って複数(本参考例では例えば4個)の部分排気通路3a〜3dに区分けしておき、所定のサイクルタイム(周期)で、排気ポート2(排気通路3の入り口部分)における排ガスの温度と、各部分排気通路3a〜3dにおける排ガスの温度(詳しくは各部分排気通路3a〜3dの下流端における排ガスの温度)とを上流側のものから順番に推定するものである。これらの部分排気通路3a〜3dのうち、部分排気通路3a,3bは、触媒装置4の上流側の排気通路3(排気管6aにより形成された排気通路)を2つに区分けしてなる部分排気通路であり、部分排気通路3cは、触媒装置4の入り口から出口までの部分排気通路(触媒装置4の触媒7の内部に形成された排気通路)、部分排気通路3dは、触媒装置4の出口からO2センサ8の配置箇所までの部分排気通路である。この排気温オブザーバ19のアルゴリズムは次のように構築されている。 In this reference example, the exhaust temperature observer 19 extends the exhaust passage 3 (exhaust passage 3 upstream of the O 2 sensor 8) from the exhaust port 2 of the engine 1 to the location where the O 2 sensor 8 is disposed. The exhaust port 2 (exhaust passage 3) is divided into a plurality of (for example, four in this reference example) partial exhaust passages 3a to 3d along the existing direction (exhaust gas flow direction) and at a predetermined cycle time (period). The temperature of the exhaust gas at the inlet portion) and the temperature of the exhaust gas in each of the partial exhaust passages 3a to 3d (specifically, the temperature of the exhaust gas at the downstream end of each of the partial exhaust passages 3a to 3d) are estimated in order from the upstream side. Is. Of these partial exhaust passages 3a to 3d, the partial exhaust passages 3a and 3b are partial exhausts obtained by dividing the exhaust passage 3 (exhaust passage formed by the exhaust pipe 6a) on the upstream side of the catalyst device 4 into two. The partial exhaust passage 3c is a partial exhaust passage (exhaust passage formed inside the catalyst 7 of the catalyst device 4) from the inlet to the outlet of the catalyst device 4, and the partial exhaust passage 3d is an outlet of the catalyst device 4. This is a partial exhaust passage from the location where the O 2 sensor 8 is disposed. The algorithm of the exhaust temperature observer 19 is constructed as follows.

まず、エンジン1の排気ポート2における排ガス温度は、エンジン1の定常的な運転状態(詳しくはエンジン1の回転数NE及び吸気圧PBが一定に維持される運転状態で)では、基本的にはエンジン1の回転数NEと吸気圧PBとに応じたものとなる。従って、排気ポート2における排ガス温度は、基本的にはエンジン1の運転状態を表すパラメータとしての回転数NE及び吸気圧PBの検出値から例えばあらかじめ実験等に基づいて定めたマップに基づいて推定することができる。但し、エンジン1の運転状態(回転数NEや吸気圧PB)が変動する場合には、排ガスと排気ポート2の近傍の壁部やエンジン1の燃焼室等との熱交換によって、排気ポート2における排ガス温度は、上記のようにマップにより求められる排ガス温度(以下、基本排ガス温度TMAP(NE,PB)という)に対して応答遅れを生じる。   First, the exhaust gas temperature at the exhaust port 2 of the engine 1 is basically in a steady operation state of the engine 1 (specifically, in an operation state in which the engine speed NE and the intake pressure PB are kept constant). This corresponds to the engine speed NE and the intake pressure PB. Therefore, the exhaust gas temperature at the exhaust port 2 is basically estimated based on a map determined based on, for example, experiments in advance from the detected values of the rotational speed NE and the intake pressure PB as parameters representing the operating state of the engine 1. be able to. However, when the operating state of the engine 1 (the rotational speed NE or the intake pressure PB) fluctuates, heat exchange between the exhaust gas and the wall near the exhaust port 2, the combustion chamber of the engine 1, etc. The exhaust gas temperature has a response delay with respect to the exhaust gas temperature obtained from the map as described above (hereinafter referred to as basic exhaust gas temperature TMAP (NE, PB)).

そこで、本参考例では、排気温オブザーバ19は、所定のサイクルタイム(演算処理周期)毎に、エンジン1の回転数NE及び吸気圧PBの検出値(最新の検出値)から基本排ガス温度TMAP(NE,PB)をマップにより求めた後に、さらに排気ポート2における排ガス温度Texgを、次式(1)のように基本排ガス温度TMAP(NE,PB)に対して一次遅れを伴って追従する値として逐次推定する。   Therefore, in this reference example, the exhaust gas temperature observer 19 calculates the basic exhaust gas temperature TMAP () from the detected value (latest detected value) of the rotational speed NE of the engine 1 and the intake pressure PB at every predetermined cycle time (calculation processing period). After obtaining NE, PB) from the map, the exhaust gas temperature Texg at the exhaust port 2 is further set to follow the primary exhaust gas temperature TMAP (NE, PB) with a first order lag as shown in the following equation (1). Estimate sequentially.

Figure 2006250945
Figure 2006250945

ここで、式(1)中のkは、排気温オブザーバ19の演算処理周期の番数である。また、Ktexはあらかじめ実験等に基づき定められた係数(遅れ係数)であり、0<Ktex<1である。尚、本参考例では、エンジン1の吸気圧PBは、エンジン1の吸入空気量を表すパラメータとしての意味をもつものである。従って、例えば吸入空気量を直接的に検出するフローセンサが備えられている場合には、そのフローセンサの出力(吸入空気量の検出値)を吸気圧P Bの検出値の代わりに用いてもよい。   Here, k in equation (1) is the number of the arithmetic processing cycle of the exhaust temperature observer 19. Ktex is a coefficient (delay coefficient) determined based on experiments and the like in advance, and 0 <Ktex <1. In this reference example, the intake pressure PB of the engine 1 has a meaning as a parameter representing the intake air amount of the engine 1. Therefore, for example, when a flow sensor that directly detects the intake air amount is provided, the output of the flow sensor (the detected value of the intake air amount) may be used instead of the detected value of the intake pressure PB. .

このようにして求められる排気ポート2の排ガス温度Texgの推定値を用いて、各部分排気通路3a〜3eにおける排ガスの温度は以下に説明するように推定される。まず、説明の便宜上、一般的に、図5に示すように、大気中でZ軸方向に延びる円管23内を流体が円管23の管壁と熱交換しながら流れる場合における熱伝達に関して説明する。ここで、流体温度Tg、管壁の温度Tw(以下、円管温度Twという)が時刻tとZ軸方向の位置zとの関数Tg(t,z)、Tw(t,z)であるとし、円管23の管壁の熱伝導率は径方向に無限大で、且つZ軸方向には「0」であると仮定する。また、流体と円管23の管壁との間の熱伝達、並びに、円管23の管壁とその外部の大気との間の熱伝達は、ニュートンの冷却則に従ってそれぞれの温度差に比例するものとする。このとき、次式(2−1)、(2−2)が成立する。   Using the estimated value of the exhaust gas temperature Texg of the exhaust port 2 thus obtained, the temperature of the exhaust gas in each of the partial exhaust passages 3a to 3e is estimated as described below. First, for convenience of explanation, generally, as shown in FIG. 5, heat transfer in a case where a fluid flows in a circular tube 23 extending in the Z-axis direction in the atmosphere while exchanging heat with the tube wall of the circular tube 23 will be described. To do. Here, it is assumed that the fluid temperature Tg and the tube wall temperature Tw (hereinafter referred to as the circular tube temperature Tw) are functions Tg (t, z) and Tw (t, z) between the time t and the position z in the Z-axis direction. The thermal conductivity of the tube wall of the circular tube 23 is assumed to be infinite in the radial direction and “0” in the Z-axis direction. The heat transfer between the fluid and the tube wall of the circular tube 23 and the heat transfer between the tube wall of the circular tube 23 and the atmosphere outside thereof are proportional to the respective temperature differences according to Newton's cooling law. Shall. At this time, the following equations (2-1) and (2-2) hold.

Figure 2006250945
Figure 2006250945

ここで、Sg、ρg、Cgはそれぞれ流体の密度、比熱、流路断面積、Sw、ρw、Cwはそれぞれ円管23の管壁の密度、比熱、断面積、Vは円管23を流れる流体の流速、TAは円管23の外部の大気温度である。また、Uは円管23の内周長、α1は流体と円管23の管壁との間の熱伝達率、α2は円管23の管壁と大気との間の熱伝達率である。尚、大気温度TAは、円管23の周囲で一定に維持されているとする。   Here, Sg, ρg, and Cg are the density, specific heat, and channel cross-sectional area of the fluid, respectively, Sw, ρw, and Cw are the density, specific heat, and cross-sectional area of the tube wall of the circular tube 23, and V is the fluid that flows through the circular tube 23, respectively. , TA is the atmospheric temperature outside the circular tube 23. U is the inner peripheral length of the circular tube 23, α1 is the heat transfer coefficient between the fluid and the tube wall of the circular tube 23, and α2 is the heat transfer coefficient between the tube wall of the circular tube 23 and the atmosphere. It is assumed that the atmospheric temperature TA is kept constant around the circular tube 23.

これらの式(2−1)、(2−2)を整理すると、次式(3−1)、(3−2)が得られる。   When these formulas (2-1) and (2-2) are arranged, the following formulas (3-1) and (3-2) are obtained.

Figure 2006250945
Figure 2006250945

但し、これらの式(3−1)、(3−2)において、a,b,cは定数であり、a=α1・U/(Sg・ρg・cg)、b=α1・U/(Sw・ρw・cw)、c=α2・U/(Sw・ρw・cw)である。   However, in these formulas (3-1) and (3-2), a, b and c are constants, and a = α1 · U / (Sg · ρg · cg), b = α1 · U / (Sw Ρw · cw), c = α 2 · U / (Sw · ρw · cw).

式(3−1)の右辺第1項は、位置zでの流体の流れ方向の温度勾配と流体の流速とに応じた流体温度Tgの時間的変化率(単位時間当たりの温度変化量)を表す移流項である。また、式(3−1)の右辺第2項は、位置zでの流体温度Tgと円管温度Twとの偏差に応じた流体温度Tgの時間的変化率(単位時間当たりの温度変化量)、すなわち、流体と円管23の管壁との間の熱伝達に伴う流体温度Tgの時間的変化率を表す熱伝達項である。従って、この式(3−1)は、位置zでの流体温度Tgの時間的変化率∂Tg/∂tが、上記移流項の温度変化成分と、上記熱伝達項の温度変化成分とに応じたもの(それらの温度変化成分の総和)になるということを示すものである。   The first term on the right side of the equation (3-1) represents the temporal change rate (temperature change amount per unit time) of the fluid temperature Tg according to the temperature gradient in the fluid flow direction at the position z and the fluid flow velocity. Advection term to represent. Further, the second term on the right side of the equation (3-1) is the temporal change rate of the fluid temperature Tg according to the deviation between the fluid temperature Tg and the tube temperature Tw at the position z (temperature change amount per unit time). That is, it is a heat transfer term representing the temporal change rate of the fluid temperature Tg accompanying the heat transfer between the fluid and the tube wall of the circular tube 23. Therefore, this equation (3-1) indicates that the temporal change rate ∂Tg / ∂t of the fluid temperature Tg at the position z depends on the temperature change component of the advection term and the temperature change component of the heat transfer term. It shows that it becomes a thing (the sum total of those temperature change components).

また、式(3−2)の右辺第1項は、位置zでの円管温度Twと流体温度Tgとの偏差に応じた円管温度Twの時間的変化率(単位時間当たりの温度変化量)、すなわち、位置zでの流体と円管23の管壁との間の熱伝達に伴う円管温度Twの時間的変化率を表す熱伝達項である。また、式(3−2)の右辺第2項は、位置zでの円管温度Twと外部の大気温度TAとの偏差に応じた円管温度Twの時間的変化率(単位時間当たりの温度変化量)、すなわち、位置zでの円管23の管壁から大気への放熱に応じた円管温度Twの時間的変化率を表す放熱項である。そして、式(3−2)は、位置zでの円管温度Twの時間的変化率∂Tw/∂tが、上記熱伝達項の温度変化成分と放熱項の温度変化成分とに応じたもの(それらの温度変化成分の総和)になるということを示すものである。   In addition, the first term on the right side of the equation (3-2) is the temporal change rate (temperature change amount per unit time) of the tube temperature Tw according to the deviation between the tube temperature Tw and the fluid temperature Tg at the position z. ), That is, a heat transfer term representing a temporal change rate of the tube temperature Tw accompanying heat transfer between the fluid at the position z and the tube wall of the tube 23. Further, the second term on the right side of the equation (3-2) is the rate of change over time of the tube temperature Tw according to the deviation between the tube temperature Tw at the position z and the external atmospheric temperature TA (temperature per unit time). Change amount), that is, a heat radiation term representing a temporal change rate of the tube temperature Tw according to heat radiation from the tube wall of the circular tube 23 to the atmosphere at the position z. Expression (3-2) shows that the temporal change rate ∂Tw / ∂t of the tube temperature Tw at the position z corresponds to the temperature change component of the heat transfer term and the temperature change component of the heat release term. (The sum of these temperature change components).

これらの式(3−1)、(3−2)を差分法によって書き改めて整理すると次式(4−1),(4−2)が得られる。   When these equations (3-1) and (3-2) are rewritten and rearranged by the difference method, the following equations (4-1) and (4-2) are obtained.

Figure 2006250945
Figure 2006250945

これらの式(4−1)、(4−2)は、位置z、時刻tでの流体温度Tg(t,z)及び円管温度Tw(t,z)と、位置zの直前(上流側)の位置z-Δzにおける時刻tでの流体温度Tg(t,z-Δz)とが判れば、位置zにおける次の時刻t+Δtでの流体温度Tg(t+Δt,z)、Tw(t+Δt,z)を求めることができ、さらにこれらの式を直列的に連立させることで、位置z+Δz、z+2Δz、……での流体温度Tg及び円管温度Twを順番に求めることができることを意味する。つまり、各位置z、z+Δz、z+2Δz、…でのTg、Twの初期値(t=0での初期値)を与えるとともに、円管23のZ軸方向の任意の原点(例えば円管23の入り口)の流体温度Tg(t,0)を与えれば(ここではz-Δz=0とする)、位置z、z+Δz、z+2Δz、…における各時刻t、t+Δt、t+2Δt、…でのTg、Twを算出できる。   These formulas (4-1) and (4-2) are the position z, the fluid temperature Tg (t, z) and the tube temperature Tw (t, z) at time t, and the position z immediately upstream (upstream side). ) At the position z-Δz at the time t, the fluid temperatures Tg (t + Δt, z) and Tw (t at the next time t + Δt at the position z are obtained. t + Δt, z) can be obtained and these equations are connected in series to obtain the fluid temperature Tg and the tube temperature Tw at the positions z + Δz, z + 2Δz,. Means that you can. That is, initial values of Tg and Tw (initial values at t = 0) at each position z, z + Δz, z + 2Δz,... Are given, and an arbitrary origin (for example, a circle) of the circular tube 23 in the Z-axis direction is given. If the fluid temperature Tg (t, 0) at the inlet of the tube 23 is given (here, z−Δz = 0), each time t, t + Δt at positions z, z + Δz, z + 2Δz,. Tg and Tw at t + 2Δt,... can be calculated.

この場合、位置zでの流体温度Tg(t,z)は、所定時間毎に、流速Vと位置zでの温度勾配とに応じた温度変化成分(式(4−1)の第2項が表す温度変化成分)と、位置zでの流体温度Tgと円管温度Twとの偏差に応じた温度変化成分(式(4−1)の第3項が表す温度変化成分)とを、初期値Tg(0,z)に累積加算(積分)することにより算出できる。他の位置z+Δz、z+2Δz、…についても同様である。また、位置zでの円管温度Tw(t,z)は、所定時間毎に、位置zでの流体温度Tgと円管温度Twとの偏差に応じた温度変化成分(式(4−2)の第2項が表す温度変化成分)と、位置zでの円管温度Twと大気温度TAと偏差に応じた温度変化成分(式(4−2)の第3項が表す温度変化成分)を、初期値Tw(0,z)に累積加算(積分)することにより算出できる。   In this case, the fluid temperature Tg (t, z) at the position z is a temperature change component corresponding to the flow velocity V and the temperature gradient at the position z at a predetermined time (the second term of the equation (4-1) is The temperature change component (temperature change component represented by the third term of the equation (4-1)) according to the deviation between the fluid temperature Tg and the tube temperature Tw at the position z, and the initial value. It can be calculated by cumulative addition (integration) to Tg (0, z). The same applies to the other positions z + Δz, z + 2Δz,. Further, the circular tube temperature Tw (t, z) at the position z is a temperature change component (formula (4-2)) corresponding to the deviation between the fluid temperature Tg at the position z and the circular tube temperature Tw at every predetermined time. Temperature change component represented by the second term of the above), and a temperature change component (temperature change component represented by the third term of the equation (4-2)) according to the deviation of the circular tube temperature Tw and the atmospheric temperature TA at the position z. , And can be calculated by accumulating (integrating) the initial value Tw (0, z).

そこで、本参考例では、排気温オブザーバ19は、式(4−1)、(4−2)のモデル式を基本式として用い、各部分排気通路3a〜3dにおける排ガスの温度を次のようにして求める。   Therefore, in this reference example, the exhaust gas temperature observer 19 uses the model equations (4-1) and (4-2) as basic equations, and sets the exhaust gas temperatures in the partial exhaust passages 3a to 3d as follows. Ask.

まず、部分排気通路3a〜3dのうち、部分排気通路3a,3bは、いずれも排気管6aを通路形成物として形成されている。そして、本参考例では、これらの部分排気通路3a,3bにおける排ガスの温度を推定するために、前記円管23に関して説明した場合と同様に、排ガスの流速と温度勾配(排ガスの流れ方向での温度勾配)とに応じた温度変化と、排ガスと排気管6aとの間の熱伝達と、排気管6aから大気への放熱とを考慮する。   First, among the partial exhaust passages 3a to 3d, each of the partial exhaust passages 3a and 3b is formed using the exhaust pipe 6a as a passage formation. And in this reference example, in order to estimate the temperature of the exhaust gas in these partial exhaust passages 3a, 3b, the exhaust gas flow velocity and the temperature gradient (in the exhaust gas flow direction) as in the case described with respect to the circular tube 23. Temperature change according to the temperature gradient), heat transfer between the exhaust gas and the exhaust pipe 6a, and heat radiation from the exhaust pipe 6a to the atmosphere are considered.

この場合、部分排気通路3aにおける排ガス温度Tgaの推定値は、部分排気通路3aにおける排気管6aの温度Twa(以下、排気管温度Twaという)の推定値と併せて、排気温オブザーバ19の処理のサイクルタイム毎に、次のモデル式(5−1)、(5−2)により求められる。また、部分排気通路3bにおける排ガスの温度Tgbの推定値は、部分排気通路3bにおける排気管温度Twbの推定値と併せて、排気温オブザーバ19の処理のサイクルタイム毎に、次のモデル式(6−1)、(6−2)により求められる。尚、式(5−1)、(5−2)により求められる排ガス温度Tga及び排気管温度Twaはより詳しくは、部分排気通路3aの下流端近傍における温度の推定値である。同様に、式(6−1)、(6−2)により求められる排ガス温度Tgb及び排気管温度Twbはより詳しくは、部分排気通路3bの下流端近傍における温度の推定値である。   In this case, the estimated value of the exhaust gas temperature Tga in the partial exhaust passage 3a is combined with the estimated value of the temperature Twa of the exhaust pipe 6a (hereinafter referred to as the exhaust pipe temperature Twa) in the partial exhaust passage 3a, together with the processing of the exhaust temperature observer 19. Each cycle time is obtained by the following model formulas (5-1) and (5-2). Further, the estimated value of the exhaust gas temperature Tgb in the partial exhaust passage 3b is combined with the estimated value of the exhaust pipe temperature Twb in the partial exhaust passage 3b for each cycle time of the processing of the exhaust temperature observer 19 (6 -1) and (6-2). More specifically, the exhaust gas temperature Tga and the exhaust pipe temperature Twa obtained by the equations (5-1) and (5-2) are estimated values of temperatures in the vicinity of the downstream end of the partial exhaust passage 3a. Similarly, the exhaust gas temperature Tgb and the exhaust pipe temperature Twb obtained by the equations (6-1) and (6-2) are estimated values of temperatures in the vicinity of the downstream end of the partial exhaust passage 3b in more detail.

Figure 2006250945
Figure 2006250945

Figure 2006250945
Figure 2006250945

これらの式(5−1)、(5−2)、(6−1)、(6−2)中のdtは、排気温オブザーバ19の処理の周期(サイクルタイム)であり、前記式(4−1)、(4−2)のΔtに相当する。このdtの値はあらかじめ定められている。また、式(5−1)、(6−1)中のLa,Lbはそれぞれ部分排気通路3a,3bの長さ(固定値)であり、前記式(4−1)のΔzに相当する。また、式(5−1)、(5−2)中のAa,Ba,Ca、並びに式(6−1)、(6−2)中のAb,Bb,Cbは、それぞれ式(4−1)、(4−2)のa,b,cに相当するモデル係数であり、それらの値はあらかじめ実験やシミュレーションに基づいて設定(同定)される。また、式(5−1)、(6−1)中のVgは排ガスの流速を示すパラメータ(これは後述するように求められる)であり、式(4−1)のVに相当するものである。   Dt in these formulas (5-1), (5-2), (6-1), and (6-2) is a processing cycle (cycle time) of the exhaust temperature observer 19, and the formula (4) -1), which corresponds to Δt in (4-2). The value of dt is predetermined. Further, La and Lb in the equations (5-1) and (6-1) are the lengths (fixed values) of the partial exhaust passages 3a and 3b, respectively, and correspond to Δz in the equation (4-1). In addition, Aa, Ba, and Ca in formulas (5-1) and (5-2) and Ab, Bb, and Cb in formulas (6-1) and (6-2) are represented by formula (4-1), respectively. ) And (4-2) are model coefficients corresponding to a, b, and c, and their values are set (identified) based on experiments and simulations in advance. Further, Vg in the equations (5-1) and (6-1) is a parameter indicating the flow rate of exhaust gas (this is obtained as described later), and corresponds to V in the equation (4-1). is there.

ここで、式(5−1)により排ガス温度Tgaの新たな推定値Tga(k+1)を算出するために必要な排ガス温度Texg(k)(排気ポート2における排ガス温度)は、基本的には前記式(1)により求められた最新値が用いられる。同様に、式(6−1)により排ガス温度Tgbの新たな推定値Tgb(k+1)を算出するために必要な排ガス温度Tga(k)(部分排気通路3aにおける排ガス温度)は、基本的には前記式(5−1)により求められた最新値が用いられる。また、式(5−2)、(6−2)の演算に必要な大気温度TA(k)は、図示しない大気温度センサ(これは本参考例ではエンジン1に備えらたセンサが代用的に用いられる)により検出された大気温度の最新値が用いられる。さらに、式(5−1)、(6−1)の演算に必要な流速パラメータVgは、本参考例では、エンジン1の回転数NE及び吸気圧PBの最新の検出値から、次式(7)により算出された値が用いられる。   Here, the exhaust gas temperature Texg (k) (the exhaust gas temperature at the exhaust port 2) necessary for calculating the new estimated value Tga (k + 1) of the exhaust gas temperature Tga by the equation (5-1) is basically Is the latest value obtained by the equation (1). Similarly, the exhaust gas temperature Tga (k) (exhaust gas temperature in the partial exhaust passage 3a) necessary for calculating the new estimated value Tgb (k + 1) of the exhaust gas temperature Tgb by the equation (6-1) is basically The latest value obtained by the equation (5-1) is used for. Further, the atmospheric temperature TA (k) necessary for the calculation of the equations (5-2) and (6-2) is an atmospheric temperature sensor (not shown) (this is a sensor provided in the engine 1 in this reference example). The latest value of the atmospheric temperature detected by (used) is used. Further, in this reference example, the flow velocity parameter Vg necessary for the calculations of the equations (5-1) and (6-1) is calculated from the latest detected values of the engine speed NE and the intake pressure PB according to the following equation (7 ) Is used.

Figure 2006250945
Figure 2006250945

この式(7)中のNEBASE、PBBASEは、それぞれあらかじめ定めた所定回転数、所定吸気圧であり、それぞれ例えばエンジン1の最大回転数、760mmHg(≒101kPa)に設定されている。この式(7)により算出される流速パラメータVgは排ガスの流速に比例し、また、Vg≦1となる。   NEBASE and PBBASE in the equation (7) are a predetermined rotation speed and a predetermined intake pressure, respectively, which are set to, for example, the maximum rotation speed of the engine 1 and 760 mmHg (≈101 kPa). The flow velocity parameter Vg calculated by the equation (7) is proportional to the exhaust gas flow velocity, and Vg ≦ 1.

尚、排ガス温度Tga及び排気管温度Twa、並びに排ガス温度Tgb及び排気管温度Twbのそれぞれの推定値の初期値Tga(0)、Twa(0)、Tgb(0)、Twb(0)は、本参考例では、エンジン1の運転開始時(エンジン1の始動時)に前記大気温度センサ(図示しない)により検出された大気温度に設定される。   The initial values Tga (0), Twa (0), Tgb (0), Twb (0) of the estimated values of the exhaust gas temperature Tga and the exhaust pipe temperature Twa, and the exhaust gas temperature Tgb and the exhaust pipe temperature Twb are In the reference example, the atmospheric temperature detected by the atmospheric temperature sensor (not shown) at the start of operation of the engine 1 (when the engine 1 is started) is set.

次に、部分排気通路3cは、触媒装置4の触媒7を通路形成物として形成された排気通路である。そして、この触媒7はその排ガス浄化作用(詳しくは酸化・還元反応)によって自己発熱を伴い、その発熱量(単位時間当たりの発熱量)は概ね排ガスの流速に比例する。これは、排ガスの流速が大きい程、単位時間当たりに触媒7と反応する排ガス成分が多くなるためである。   Next, the partial exhaust passage 3c is an exhaust passage formed using the catalyst 7 of the catalyst device 4 as a passage formation product. The catalyst 7 is self-heated by the exhaust gas purification action (specifically, oxidation / reduction reaction), and the heat generation amount (heat generation amount per unit time) is approximately proportional to the flow rate of the exhaust gas. This is because the exhaust gas component that reacts with the catalyst 7 per unit time increases as the flow rate of the exhaust gas increases.

そこで、本参考例では、部分排気通路3cにおける排ガス温度の推定に関しては、その推定を精度よく行うために、排ガスの流速と温度勾配とに応じた温度変化と、排ガスと触媒装置4の触媒7との間の熱伝達と、該触媒7から大気への放熱とを考慮することに加えて、さらに、該触媒7の自己発熱を考慮する。   Therefore, in this reference example, regarding the estimation of the exhaust gas temperature in the partial exhaust passage 3c, in order to accurately perform the estimation, the exhaust gas and the catalyst 7 of the catalyst device 4 in accordance with the temperature change according to the flow velocity and the temperature gradient of the exhaust gas. In addition to considering the heat transfer between the catalyst 7 and the heat radiation from the catalyst 7 to the atmosphere, the self-heating of the catalyst 7 is further considered.

この場合、部分排気通路3cにおける排ガス温度Tgcの推定値は、部分排気通路3cを形成する触媒7の温度Twc(以下、触媒温度Twcという)の推定値と併せて、排気温オブザーバ19の処理のサイクルタイム毎に、次のモデル式(8−1)、(8−2)により求められる。尚、式(8−1)により求められる排ガス温度Tgc及び触媒温度Twcはより詳しくは、部分排気通路3aの下流端(触媒装置4の出口近傍)における温度の推定値である。   In this case, the estimated value of the exhaust gas temperature Tgc in the partial exhaust passage 3c is combined with the estimated value of the temperature Twc of the catalyst 7 forming the partial exhaust passage 3c (hereinafter referred to as the catalyst temperature Twc) in the processing of the exhaust temperature observer 19. For each cycle time, the following model formulas (8-1) and (8-2) are used. More specifically, the exhaust gas temperature Tgc and the catalyst temperature Twc determined by the equation (8-1) are estimated values of the temperature at the downstream end (near the outlet of the catalyst device 4) of the partial exhaust passage 3a.

Figure 2006250945
Figure 2006250945

式(8−1)中のLcは部分排気通路3cの長さ(固定値)であり、前記式(4−1)のΔzに相当する。また、式(8−1)、(8−2)中のAc,Bc,Ccは、それぞれ式(4−1)、(4−2)のa,b,cに相当するモデル係数であり、それらの値はあらかじめ実験やシミュレーションに基づいて設定(同定)される。また、式(8−2)の右辺第4項は、触媒装置4の触媒7の自己発熱による触媒7の温度変化成分(排気温オブザーバ19の処理の1周期当たりの温度変化量)を示すものであり、流速パラメータVgに比例する。そして、この第4項のDcは、前記Ac〜Ccと同様に、その値があらかじめ実験やシミュレーションに基づいて設定(同定)されるモデル係数である。従って、式(8−2)は、前記式(4−2)の右辺に、さらに通路形成物(ここでは触媒7)の自己発熱に伴う温度変化成分を付加したものに相当する。   Lc in the equation (8-1) is the length (fixed value) of the partial exhaust passage 3c and corresponds to Δz in the equation (4-1). In addition, Ac, Bc, and Cc in the equations (8-1) and (8-2) are model coefficients corresponding to a, b, and c in the equations (4-1) and (4-2), respectively. These values are set (identified) based on experiments and simulations in advance. Further, the fourth term on the right side of the equation (8-2) represents a temperature change component of the catalyst 7 due to self-heating of the catalyst 7 of the catalyst device 4 (temperature change amount per cycle of the treatment of the exhaust temperature observer 19). And is proportional to the flow velocity parameter Vg. Dc in the fourth term is a model coefficient whose value is set (identified) in advance based on experiments and simulations, like Ac to Cc. Therefore, the equation (8-2) corresponds to the right side of the equation (4-2) added with a temperature change component accompanying self-heating of the passage formation material (here, the catalyst 7).

尚、式(8−1)、(8−2)中のdt、Vgの意味及びその値は、前記式(5−1)〜(6−2)のものと同一である。また、式(8−2)の演算で用いるTAの値は、前記式(5−2)、(6−2)で用いるものと同一である。さらに、排ガス温度Tgc及び触媒温度Twcの初期値Tgc(0)、Twc(0)は、本参考例では、式(5−1)〜(6−2)の場合と同様、エンジン1の運転開始時における大気温度の検出値である。   The meanings and values of dt and Vg in the formulas (8-1) and (8-2) are the same as those in the formulas (5-1) to (6-2). Further, the value of TA used in the calculation of Expression (8-2) is the same as that used in Expressions (5-2) and (6-2). Further, the initial values Tgc (0) and Twc (0) of the exhaust gas temperature Tgc and the catalyst temperature Twc are the start values of the engine 1 in this reference example, as in the case of the equations (5-1) to (6-2). It is the detected value of the atmospheric temperature at the time.

次に、部分排気通路3dは、それを形成する通路形成物が、前記部分排気通路3a,3bと同様の排気管6bである。従って、この部分排気通路3dの排気温度Tgd及び排気管温度Twd(より詳しくは部分排気通路3dの下流端における温度)は、前記式(5−1)〜(6−2)と同様の次のモデル式(9−1)、(9−2)により求められる。   Next, the partial exhaust passage 3d is an exhaust pipe 6b similar to the partial exhaust passages 3a and 3b. Therefore, the exhaust temperature Tgd and the exhaust pipe temperature Twd (more specifically, the temperature at the downstream end of the partial exhaust passage 3d) of the partial exhaust passage 3d are the same as those in the equations (5-1) to (6-2). It is determined by model formulas (9-1) and (9-2).

Figure 2006250945
Figure 2006250945

式(9−1)中のLdは部分排気通路3dの長さ(固定値)であり、前記式(4−1)のΔzに相当する。また、式(9−1)、(9−2)中のAd,Bd,Cdは、それぞれ式(4−1)、(4−2)のa,b,cに相当するモデル係数であり、それらの値はあらかじめ実験やシミュレーションに基づいて設定(同定)される。   Ld in the equation (9-1) is the length (fixed value) of the partial exhaust passage 3d, and corresponds to Δz in the equation (4-1). In addition, Ad, Bd, and Cd in the equations (9-1) and (9-2) are model coefficients corresponding to a, b, and c in the equations (4-1) and (4-2), respectively. These values are set (identified) based on experiments and simulations in advance.

尚、式(9−1)、(9−2)中のdt、Vgの意味及びその値は、前記式(5−1)〜(6−2)のものと同一である。また、式(9−2)の演算で用いるTAの値は、前記式(5−2)、(6−2)、(8−2)で用いるものと同一である。さらに、排ガス温度Tgd及び触媒温度Twdの推定値の初期値Tgd(0)、Twd(0)は、式(5−1)〜(6−2)の場合と同様、エンジン1の運転開始時における大気温度の検出値である。   The meanings and values of dt and Vg in the formulas (9-1) and (9-2) are the same as those in the formulas (5-1) to (6-2). Further, the value of TA used in the calculation of Expression (9-2) is the same as that used in Expressions (5-2), (6-2), and (8-2). Further, the initial values Tgd (0) and Twd (0) of the estimated values of the exhaust gas temperature Tgd and the catalyst temperature Twd are the same as those in the expressions (5-1) to (6-2) at the start of operation of the engine 1. It is the detected value of the atmospheric temperature.

以上説明した排気温オブザーバ19の処理によって、各サイクルタイム毎に、エンジン1の排気ポート2及び各部分排気通路3a〜3dの排ガス温度Texe、Tga、Tgb、Tgc、Tgdの推定値が上流側から順番に求められる。この場合、最下流側の部分排気通路3dの排ガス温度Tgdの推定値は、O2センサ8の配置箇所近傍での排ガスの温度に相当するものとなり、該排ガス温度Tgdの推定値がO2センサ8の配置箇所近傍での排ガス温度の推定値として得られる。 By the processing of the exhaust temperature observer 19 described above, the estimated values of the exhaust gas temperatures Texe, Tga, Tgb, Tgc, and Tgd of the exhaust port 2 and the partial exhaust passages 3a to 3d of the engine 1 are obtained from the upstream side at each cycle time. Asked in order. In this case, the estimated value of the exhaust gas temperature Tgd in the partial exhaust passage 3d on the most downstream side corresponds to the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the location where the O 2 sensor 8 is disposed, and the estimated value of the exhaust gas temperature Tgd is the O 2 sensor. 8 is obtained as an estimated value of the exhaust gas temperature in the vicinity of the arrangement position.

この排気温オブザーバ19の推定処理のアルゴリズムをブロック図で表すと、図6に示すように表される。同図6では、前記式(1)のモデル式を排気ポート熱モデル24、前記式(5−1)及び(5−2)のモデル式と、式(6−1)及び(6−2)のモデル式とをそれぞれCAT前排気系熱モデル25,26、式(8−1)及び(8−2)のモデル式をCAT部排気系熱モデル27、式(9−1)及び(9−2)のモデル式をCAT後排気系熱モデル28と称している。同図示のように、各熱モデル24〜28には、エンジン1の回転数NE及び吸気圧PBの検出値が与えられる。尚、排気ポート熱モデル24に与えられるNE、PBは、基本排ガス温度TMAPを求めるためのものであり、排気系熱モデル25〜28に与えられるNE、PBは、前記流速パラメータVgの値を求めるためのものである。さらに、排気系熱モデル25〜28には、大気温度TAの検出値が与えられる。そして、CAT前排気系熱モデル25、CAT前排気系熱モデル26、CAT部排気系熱モデル27、CAT後排気系熱モデル28には、それぞれの一つ上位側の熱モデル24,25,26,27の出力としての排ガス温度Texg、Tga、Tgb、Tgcの推定値がそれぞれ与えられ、最終的にCAT後排気系熱モデル28により、O2センサ8の配置箇所近傍での排ガス温度Tgdの推定値が得られる。 The algorithm for the estimation process of the exhaust gas temperature observer 19 is represented as a block diagram as shown in FIG. In FIG. 6, the model formula of the formula (1) is the exhaust port heat model 24, the model formulas of the formulas (5-1) and (5-2), and the formulas (6-1) and (6-2). CAT pre-exhaust system heat models 25 and 26, and equations (8-1) and (8-2) are model equations for CAT part exhaust system heat model 27, equations (9-1) and (9- The model formula 2) is referred to as a post-CAT exhaust system heat model 28. As shown in the drawing, the detected values of the rotational speed NE of the engine 1 and the intake pressure PB are given to the thermal models 24 to 28. Note that NE and PB given to the exhaust port heat model 24 are for obtaining the basic exhaust gas temperature TMAP, and NE and PB given to the exhaust system heat models 25 to 28 are values for the flow velocity parameter Vg. Is for. Further, the detected value of the atmospheric temperature TA is given to the exhaust system thermal models 25 to 28. The pre-CAT exhaust system heat model 25, the pre-CAT exhaust system heat model 26, the CAT part exhaust system heat model 27, and the post-CAT exhaust system heat model 28 are each one of the upper heat models 24, 25, 26. , 27 are provided with estimated values of exhaust gas temperatures Texg, Tga, Tgb, Tgc, respectively, and finally the exhaust gas temperature Tgd in the vicinity of the location where the O 2 sensor 8 is disposed by the post-CAT exhaust system thermal model 28. A value is obtained.

尚、本参考例では、各部分排気通路3a〜3dの通路形成物(排気管6a、触媒装置4の触媒7、排気管6b)の温度を推定するために、エンジン1に備えた大気温度センサの検出値を代用するようにしたが、排気通路3の外方に大気温度センサを別途配置しておき、その大気温度センサの検出値を用いるようにしてもよい。   In this reference example, an atmospheric temperature sensor provided in the engine 1 is used to estimate the temperatures of the passage formations (exhaust pipe 6a, catalyst 7 of the catalyst device 4, exhaust pipe 6b) of the partial exhaust passages 3a to 3d. However, it is also possible to separately arrange an atmospheric temperature sensor outside the exhaust passage 3 and use the detected value of the atmospheric temperature sensor.

次に前記素子温オブザーバ20について説明する。素子温オブザーバ20は、本参考例では、O2センサ8の素子部10とこれに接触する排ガスとの間の熱伝達、並びに、該素子部10とこれを加熱するセラミックヒータ13(以下、単にヒータ13という)との間の熱伝達を考慮して素子部10の温度TO2を所定のサイクルタイムで逐次推定するものである。そして、この推定を行うためにヒータ13の温度Thtの推定も併せて行うようにしている。この場合、ヒータ13の温度Thtの推定処理においては、該ヒータ13と素子部10との間の熱伝達を考慮すると共に、該ヒータ13への電力供給に伴う該ヒータ13の発熱を考慮する。このような推定処理を行う素子温オブザーバ20の推定アルゴリズムは以下に説明するように構築されている。 Next, the element temperature observer 20 will be described. In this reference example, the element temperature observer 20 is configured to transfer heat between the element portion 10 of the O 2 sensor 8 and the exhaust gas in contact with the element portion 10 and a ceramic heater 13 (hereinafter simply referred to as “heat source”). The temperature T O2 of the element unit 10 is sequentially estimated at a predetermined cycle time in consideration of heat transfer with the heater 13). In order to perform this estimation, the temperature Tht of the heater 13 is also estimated. In this case, in the estimation process of the temperature Tht of the heater 13, heat transfer between the heater 13 and the element unit 10 is taken into consideration, and heat generation of the heater 13 accompanying power supply to the heater 13 is taken into consideration. The estimation algorithm of the element temperature observer 20 that performs such estimation processing is constructed as described below.

すなわち、素子温オブザーバ20は、O2センサ8の素子部10の温度TO2(以下、素子温度TO2という)の推定値と、ヒータ13の温度Tht(以下、ヒータ温度Thtという)の推定値とを、それぞれ次のモデル式(10−1)、(10−2)によりそれぞれ所定のサイクルタイムで逐次求める。 That is, the element temperature observer 20 has an estimated value of the temperature T O2 (hereinafter referred to as element temperature T O2 ) of the element portion 10 of the O 2 sensor 8 and an estimated value of the temperature Tht of the heater 13 (hereinafter referred to as heater temperature Tht). Are sequentially obtained at predetermined cycle times by the following model equations (10-1) and (10-2), respectively.

Figure 2006250945
Figure 2006250945

式(10−1)は、サイクルタイム毎の素子部10の温度変化量が、O2センサ8の配置箇所近傍での排ガス温度Tgd(前記部分排気通路3dの排ガス温度)と素子温度TO2との偏差に応じた温度変化成分(式(10−1)の右辺第2項)、すなわち、素子部10とこれに接触する排ガスとの間の熱伝達に伴う温度変化成分と、素子温度TO2とヒータ温度Thtとの偏差に応じた温度変化成分(式(10−1)の右辺第3項)、すなわち、素子部10とセラミックヒータ13との間の熱伝達に伴う温度変化成分とに応じたもの(それらの温度変化成分の総和)になるということを示している。 Equation (10-1) shows that the temperature change amount of the element unit 10 for each cycle time is the exhaust gas temperature Tgd (exhaust gas temperature of the partial exhaust passage 3d) and the element temperature T O2 in the vicinity of the location where the O 2 sensor 8 is disposed. Change component (the second term on the right side of the equation (10-1)) according to the deviation of the element, that is, the temperature change component accompanying the heat transfer between the element unit 10 and the exhaust gas in contact therewith, and the element temperature T O2 In accordance with the temperature change component (third term on the right side of the equation (10-1)), that is, the temperature change component accompanying heat transfer between the element unit 10 and the ceramic heater 13. It is shown that it becomes a thing (total of those temperature change components).

また、式(10−2)は、サイクルタイム毎のヒータ13の温度変化量が、素子温度TO2とヒータ温度Thtとの偏差に応じた温度変化成分(式(10−2)の右辺第2項)、すなわち、素子部10とヒータ13との間の熱伝達に伴う温度変化成分と、ヒータコントローラ22が後述するように生成するデューティDUTに応じた温度変化成分、すなわちヒータ13への電力供給による該ヒータ13の発熱に伴う温度変化成分とに応じたもの(それらの温度変化成分の総和)になるということを示している。 In addition, the expression (10-2) indicates that the temperature change amount of the heater 13 for each cycle time is a temperature change component corresponding to a deviation between the element temperature T O2 and the heater temperature Tht (second on the right side of the expression (10-2)). ), That is, a temperature change component accompanying heat transfer between the element unit 10 and the heater 13 and a temperature change component according to a duty DUT generated by the heater controller 22 as described later, that is, power supply to the heater 13. It is shown that the temperature change component according to the heat generation of the heater 13 due to (the sum of those temperature change components) is obtained.

尚、式(10−1)、(10−2)中のAx,Bx,Cx,Dxは、その値があらかじめ実験やシミュレーションに基づいて設定(同定)されるモデル係数である。また、dtは素子温オブザーバ20の処理の周期(サイクルタイム)であり、本参考例では前述の排気温オブザーバ19の処理のサイクルタイム(前記式(5−1)〜(9−2)のdt)と同一の値に設定されている。   Note that Ax, Bx, Cx, and Dx in the expressions (10-1) and (10-2) are model coefficients whose values are set (identified) in advance based on experiments and simulations. Further, dt is a processing period (cycle time) of the element temperature observer 20, and in this reference example, the processing time of the exhaust temperature observer 19 described above (the dt in the equations (5-1) to (9-2)). ) Is set to the same value.

ここで、式(10−2)の演算に必要なDUT(k)は、ヒータコントローラ22が後述するように算出したデューティDUTの最新値が用いられる。さらに、素子温度TO2及びヒータ温度Thtの推定値の初期値TO2(0)、Tht(0)は、本参考例では、エンジン1の運転開始時における大気温度の検出値である。 Here, the latest value of the duty DUT calculated by the heater controller 22 as described later is used as the DUT (k) necessary for the calculation of Expression (10-2). Further, the initial values T O2 (0) and Tht (0) of the estimated values of the element temperature T O2 and the heater temperature Tht are detected values of the atmospheric temperature at the start of operation of the engine 1 in this reference example.

以上説明したアルゴリズムにより、素子温オブザーバ20は、素子温度TO2及びヒータ温度Thtの推定値を逐次算出する。 With the algorithm described above, the element temperature observer 20 sequentially calculates estimated values of the element temperature T O2 and the heater temperature Tht.

次に前記ヒータコントローラ22について説明する。ヒータコントローラ22は、最適予見制御アルゴリズムによりヒータ13に対する制御入力(操作量)としてのデューティDUTを逐次生成し、そのディーティDUTでヒータ13への供給電力を制御するものである。   Next, the heater controller 22 will be described. The heater controller 22 sequentially generates a duty DUT as a control input (operation amount) to the heater 13 by an optimal predictive control algorithm, and controls the power supplied to the heater 13 by the duty DUT.

この場合、本参考例では、素子温度TO2とそれに対する目標値との偏差と、その偏差の所定時間毎の変化量(これは偏差の変化速度に相当する)と、ヒータ温度Thtの所定時間毎の変化量(これはヒータ温度Thtの変化速度に相当する)とに着目し、これらをヒータコントローラ22の制御対象に係わる状態量として、該制御対象のモデル式を導入している。そして、ヒータコントローラ22のアルゴリズムは以下に説明するように構築されている。 In this case, in this reference example, the deviation between the element temperature T O2 and the target value with respect to the deviation, the amount of change of the deviation per predetermined time (this corresponds to the change speed of the deviation), and the predetermined time of the heater temperature Tht Focusing on the amount of change for each (this corresponds to the rate of change of the heater temperature Tht), these are used as state quantities relating to the control target of the heater controller 22, and a model equation for the control target is introduced. The algorithm of the heater controller 22 is constructed as described below.

まず、制御対象のモデル式について説明する。素子温度TO2及びヒータ温度Thtの所定時間毎の変化量ΔTO2、ΔThtに着目すると、これらの変化量ΔTO2、ΔThtは、それぞれ素子温オブザーバ20に係わる前記モデル式(10−1)、(10−2)に基づいて、次式(11−1)、(11−2)式により与えられる。 First, a model expression to be controlled will be described. When attention is paid to the change amounts ΔT O2 and ΔTht of the element temperature T O2 and the heater temperature Tht per predetermined time, these change amounts ΔT O2 and ΔTht are the model equations (10-1) and (10) relating to the element temperature observer 20, respectively. 10-2) is given by the following equations (11-1) and (11-2).

Figure 2006250945
Figure 2006250945

尚、これらの式(11−2)、(11−2)において、ΔTO2(k)=TO2(k+1)−TO2(k)、ΔTht(k)=Tht(k+1)−Tht(k)、ΔTgd(k)=Tgd(k+1)−Tgd(k)、ΔDUT(k)=DUT(k+1)−DUT(k)である。 In these equations (11-2) and (11-2), ΔT O2 (k) = T O2 (k + 1) −T O2 (k), ΔTht (k) = Tht (k + 1) − Tht (k), ΔTgd (k) = Tgd (k + 1) −Tgd (k), ΔDUT (k) = DUT (k + 1) −DUT (k).

次に、素子温度TO2の目標値をRとし、それらの間の偏差e(所定のサイクルタイム毎の偏差。以下、素子温偏差eという)を次式(12)により定義する。 Next, the target value of the element temperature T O2 is R, and a deviation e (deviation for each predetermined cycle time; hereinafter referred to as element temperature deviation e) between them is defined by the following equation (12).

Figure 2006250945
Figure 2006250945

このとき、この素子温偏差eのサイクルタイム毎の変化量Δe(以下、素子温偏差変化量Δeという)は、前記式(11−1)、(12)に基づいて、次式(13)により与えられる。   At this time, the change amount Δe of the element temperature deviation e for each cycle time (hereinafter referred to as the element temperature deviation change amount Δe) is expressed by the following equation (13) based on the equations (11-1) and (12). Given.

Figure 2006250945
Figure 2006250945

尚、式(13)において、Δe(k)=e(k+1)−e(k)、ΔR(k)=R(k+1)−R(k)である。また、この式(13)の導出過程においては、ΔTO2=Δe(k)+ΔR(k)という関係式(これは式(12)に基づく)が用いられている。 In Equation (13), Δe (k) = e (k + 1) −e (k) and ΔR (k) = R (k + 1) −R (k). In the derivation process of the equation (13), a relational expression ΔT O2 = Δe (k) + ΔR (k) (which is based on the equation (12)) is used.

さらに、前記式(11−2)に、ΔTO2=Δe(k)+ΔR(k)という関係式を適用して整理すると、次式(14)が得られる。 Further, when the relational expression of ΔT O2 = Δe (k) + ΔR (k) is applied to the expression (11-2), the following expression (14) is obtained.

Figure 2006250945
Figure 2006250945

ここで、状態量ベクトルX0(k)=(e(k),Δe(k),ΔTht(k))Tを導入すると(Tは転置を意味する)、前記式(14),(15)と、e(k+1)=e(k)+Δe(k)という関係式とから、次式(15)が得られる。   Here, when the state quantity vector X0 (k) = (e (k), Δe (k), ΔTht (k)) T is introduced (T means transposition), the equations (14), (15) and , E (k + 1) = e (k) + Δe (k) and the following equation (15) is obtained.

Figure 2006250945
Figure 2006250945

尚、式(15)中のR0、G、Gdは、それぞれ同式(15)の但し書きで定義されたベクトルであり、Φ、Grはそれぞれ同式(15)の但し書きで定義された行列である。   In the equation (15), R0, G, and Gd are vectors defined by the proviso of the equation (15), respectively, and Φ and Gr are matrices defined by the proviso of the equation (15), respectively. .

この式が、ヒータコントローラ22の制御処理に係わる制御対象のモデルの基本式である。   This formula is a basic formula of a model to be controlled related to the control process of the heater controller 22.

ところで、上述の説明は、ヒータコントローラ22による制御処理の周期を前記排気温オブザーバ19や素子温オブザーバ20の演算処理の周期dtと同一として行っている。このため式(15)のベクトルG,Gd並びに行列Φ,Grでは、dtが用いられている。この場合、排気温オブザーバ19や素子温オブザーバ20の演算処理は、温度推定の精度を高めるために、比較的早い周期(例えば20〜50msecの周期)で行うことが望ましい。しかるに、ヒータコントローラ22の制御処理に関しては、制御入力(デューティDUT)に対する素子温度の変化の応答速度が比較的遅い(周波数換算で数Hz程度)であるため、該制御処理の周期は、排気温オブザーバ19や素子温オブザーバ20の演算処理の周期dtよりも長くてよい。また、後述する最適予見制御では、素子温度TO2の目標値Rの未来値を一定時間分、記憶保持しておく必要があるため、ヒータコントローラ22の制御処理の周期が短いと、目標値Rに対するメモリの記憶容量が大きくなる。 In the above description, the cycle of the control process by the heater controller 22 is made the same as the cycle dt of the calculation process of the exhaust temperature observer 19 and the element temperature observer 20. For this reason, dt is used in the vectors G and Gd and the matrices Φ and Gr in equation (15). In this case, it is desirable that the calculation processing of the exhaust temperature observer 19 and the element temperature observer 20 be performed at a relatively fast cycle (for example, a cycle of 20 to 50 msec) in order to improve the accuracy of temperature estimation. However, regarding the control process of the heater controller 22, the response speed of the change in the element temperature with respect to the control input (duty DUT) is relatively slow (about several Hz in terms of frequency). It may be longer than the period dt of the arithmetic processing of the observer 19 and the element temperature observer 20. Further, in the optimal predictive control described later, the future value of the target value R of the element temperature T O2 needs to be stored and held for a certain time, so that if the control processing cycle of the heater controller 22 is short, the target value R The storage capacity of the memory increases.

そこで、本参考例では、ヒータコントローラ22の制御処理の周期(サイクルタイム)は、排気温オブザーバ19や素子温オブザーバ20の演算処理の周期dtよりも長い値dtc(例えば300〜500msec)に設定している。   Therefore, in this reference example, the control processing cycle (cycle time) of the heater controller 22 is set to a value dtc (for example, 300 to 500 msec) longer than the calculation processing cycle dt of the exhaust temperature observer 19 and the element temperature observer 20. ing.

このため、本参考例では、ヒータコントローラ22の制御対象のモデル式は、ヒータコントローラ22の制御処理の周期dtcを用いて、前記式(15)から次式(16)に書き改められる。   For this reason, in this reference example, the model formula to be controlled by the heater controller 22 is rewritten from the formula (15) to the following formula (16) using the cycle dtc of the control process of the heater controller 22.

Figure 2006250945
Figure 2006250945

この式(16)がヒータコントローラ22の制御処理のアルゴリズムで実際に用いる制御対象のモデル式である。ここで、この式(16)中のnはヒータコントローラ22の制御処理の周期dtcの番数を示すものである。   This equation (16) is a model equation of the control object that is actually used in the algorithm of the control process of the heater controller 22. Here, n in the equation (16) indicates the number of the cycle dtc of the control process of the heater controller 22.

このモデル式を用いてヒータコントローラ22の制御処理のアルゴリズム(最適予見制御のアルゴリズム)は次のように構築されている。前記式(16)のモデル式に対して、素子温度TO2の目標値RがMrステップ後(ヒータコントローラ22の制御処理の周期dtcのMr倍の時間後)の未来まで設定されており、また、外乱入力となる排ガス温度TgdがMdステップ後(ヒータコントローラ22の制御処理の周期dtcのMd倍の時間後)の未来まで現在値に維持されるとする。尚、以下の説明では、Mrを目標値予見時間、Mdを排ガス温度予見時間と称する。これらの予見時間Mr,Mdは、ヒータコントローラ22の制御処理の1周期dtcを単位として表した整数値である。 Using this model formula, the algorithm for the control process of the heater controller 22 (the algorithm for optimal predictive control) is constructed as follows. The target value R of the element temperature T O2 is set to the future after the Mr step (after the time of Mr times the control process cycle dtc of the heater controller 22) with respect to the model formula of the formula (16). It is assumed that the exhaust gas temperature Tgd serving as a disturbance input is maintained at the current value until the future after the Md step (after Md times the cycle dtc of the control process of the heater controller 22). In the following description, Mr is referred to as a target value prediction time, and Md is referred to as an exhaust gas temperature prediction time. These prediction times Mr and Md are integer values expressed in units of one cycle dtc of the control process of the heater controller 22.

このとき、次式(17)の評価関数J0の値を最小化するような制御入力ΔDUTを生成するコントローラが最適予見サーボコントローラとなる。   At this time, the controller that generates the control input ΔDUT that minimizes the value of the evaluation function J0 in the following equation (17) is the optimum foreseeing servo controller.

Figure 2006250945
Figure 2006250945

ここで、式(17)におけるMは、目標値予見時間Mr、排ガス温度予見時間Mdのうちのいずれか大きい方の値、すなわち、M=max(Mr,Md)である。また、Q0,H0は、それぞれ状態量ベクトルX0の収束性、制御入力ΔDUTのパワー(大きさ)を調整するための重み行列である。この場合、X0は3次のベクトルであるので、Q0は3行3列の対角行列である。また、ΔDUTはスカラーであるので、H0もスカラーである。尚、本参考例では、ヒータ13による電力消費を少なくするために、Q0は例えば単位行列(全ての対角成分が「1」である対角行列)に設定する一方、H0は行列Q0の対角成分に比して大きな値(例えば1000)に設定されている。また、前記目標値予見時間Mr及び排ガス温度予見時間Mdに関しては、本参考例では、ヒータコントローラ22の制御処理の周期を300〜500msecとして、Mrは、例えば20に設定され、Mdは例えば10に設定されている。   Here, M in the equation (17) is a larger one of the target value prediction time Mr and the exhaust gas temperature prediction time Md, that is, M = max (Mr, Md). Q0 and H0 are weight matrices for adjusting the convergence of the state vector X0 and the power (magnitude) of the control input ΔDUT, respectively. In this case, since X0 is a cubic vector, Q0 is a 3-by-3 diagonal matrix. Since ΔDUT is a scalar, H0 is also a scalar. In this reference example, in order to reduce the power consumption by the heater 13, for example, Q0 is set to a unit matrix (a diagonal matrix in which all diagonal components are “1”), while H0 is a pair of the matrix Q0. It is set to a large value (for example, 1000) compared to the corner component. Further, regarding the target value prediction time Mr and the exhaust gas temperature prediction time Md, in this reference example, the cycle of the control process of the heater controller 22 is set to 300 to 500 msec, Mr is set to 20, for example, and Md is set to 10, for example. Is set.

前記式(17)の評価関数の値を最小化する制御入力ΔDUTは、次式(18)によって与えられる。   The control input ΔDUT that minimizes the value of the evaluation function of the equation (17) is given by the following equation (18).

Figure 2006250945
Figure 2006250945

この式(18)の右辺第1項のF0は3次の行ベクトル(Fs0,Fe0,Fx0)、右辺第2項(Σの項)のFr0(i)(i=1,2,…,Mr)はそれぞれ2次の行ベクトル(Fr01(i),Fr02(i))、右辺第3項のFdtはスカラーであり、それぞれ、次式(19−1)〜(19−3)により与えられる。   In the equation (18), F0 of the first term on the right side is a cubic row vector (Fs0, Fe0, Fx0), Fr0 (i) (i = 1, 2,..., Mr) of the second term on the right side (term of Σ). ) Are secondary row vectors (Fr01 (i), Fr02 (i)), and Fdt of the third term on the right side is a scalar, and is given by the following equations (19-1) to (19-3), respectively.

Figure 2006250945
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この場合、これらの式(19−1)〜(19−3)中のPは次式(20−1)のリカッチの方程式を満たす行列(この場合3行3列の行列)であり、ζは次式(20−2)により与えられる行列(この場合3行3列の行列)である。   In this case, P in these equations (19-1) to (19-3) is a matrix satisfying the Riccati equation of the following equation (20-1) (in this case, a 3 × 3 matrix), and ζ is This is a matrix (3 × 3 matrix in this case) given by the following equation (20-2).

Figure 2006250945
Figure 2006250945

尚、式(19−1)〜(19−3)並びに式(20−1)、(20−2)中のG,Gr,Gd,Φは前記式(16)の但し書きで定義されたものである。また、H0,Q0は前記式(17)の評価関数J0の重み行列(但し、この場合H0はスカラー)である。   G, Gr, Gd, and Φ in the formulas (19-1) to (19-3) and the formulas (20-1) and (20-2) are defined in the proviso of the formula (16). is there. Further, H0 and Q0 are weight matrices (in this case, H0 is a scalar) of the evaluation function J0 in the equation (17).

ここで、前記式(18)の右辺第2項(Σの項)をFr0、R0の成分(前記式(19−2)並びに式(16)の但し書きを参照)を用いて書き直し、それをさらに整理すると、次式(21)が得られる。   Here, the second term (Σ term) on the right side of the equation (18) is rewritten using the components of Fr0 and R0 (see the proviso in the equations (19-2) and (16)), When arranged, the following equation (21) is obtained.

Figure 2006250945
Figure 2006250945

この式(21)を式(18)に代入すると共に、式(18)の右辺第1項をF0、X0の成分(前記式(19−1)並びに式(16)の但し書きを参照)を用いて書き直すことにより、前記式(18)は、次式(22)により表される。   While substituting this equation (21) into equation (18), the first term on the right side of equation (18) is the component of F0 and X0 (see the proviso of equations (19-1) and (16) above). Thus, the above equation (18) is expressed by the following equation (22).

Figure 2006250945
Figure 2006250945

このとき、ヒータコントローラ22が生成すべき制御入力DUT(n)は、その初期値DUT(0)にΔDUT(1)、ΔDUT(2)、……、ΔDUT(n)を累積加算したものであるから、上記式(22)により、次式(23)が得られる。   At this time, the control input DUT (n) to be generated by the heater controller 22 is a cumulative addition of ΔDUT (1), ΔDUT (2),..., ΔDUT (n) to the initial value DUT (0). From the above equation (22), the following equation (23) is obtained.

Figure 2006250945
Figure 2006250945

そして、この式(23)の初期値項、すなわち、式(23)の第6項(Fe 0・e(0)の項)〜第10項(DUT(0)の項)を全て「0」とすることで、ヒータコントローラ22に実際に生成させる制御入力DUT(n)を算出するための式が次式(24)の通り得られる。   Then, the initial value term of the equation (23), that is, the sixth term (the term of Fe 0 · e (0)) to the tenth term (the term of DUT (0)) of the equation (23) are all “0”. Thus, an equation for calculating the control input DUT (n) that is actually generated by the heater controller 22 is obtained as the following equation (24).

Figure 2006250945
Figure 2006250945

この式(24)が、ヒータコントローラ22によりヒータ13を制御するための制御入力DUT(n)(デューティ)を逐次算出するための演算式である。すなわち、ヒータコントローラ22は、この制御入力DUT(n)を該ヒータコントローラ22の制御処理のサイクルタイム(周期)毎に式(24)により逐次算出し、そのデューティDUT(n)のパルス電圧を図示しないヒータ通電回路に付与することにより、ヒータ13への供給電力を調整する。この式(24)の第1から第3項まで(Σe(j)を含む項〜Tht(n)を含む項まで)は、素子温偏差eやヒータ温度Thtに応じた制御入力成分(フィードバック成分。以下、この成分を最適F/B成分Uopfbと称する)である。また、式(24)の右辺第4項(ΣFr(i)・R(n+i)の項)は目標値Rに応じた制御入力成分(フィードフォワード成分。以下、この成分を最適目標値F/F成分Uopfrと称する)であり、第5項(Tgd( n)を含む項)は排ガス温度Tgd(これは制御対象に対して外乱として機能する)に応じた制御入力成分(フィードフォワード成分。以下、この成分を最適外乱F/F成分Uopfdを称する)である。このように式(24)により制御入力としてのDUTを求めるヒータコントローラ22は、それをブロック線図で表現すると、図7に示すようになる。   This equation (24) is an arithmetic equation for sequentially calculating the control input DUT (n) (duty) for controlling the heater 13 by the heater controller 22. That is, the heater controller 22 sequentially calculates the control input DUT (n) for each cycle time (period) of the control process of the heater controller 22 by the equation (24), and illustrates the pulse voltage of the duty DUT (n) as shown in the figure. The power supplied to the heater 13 is adjusted by applying it to the heater energizing circuit. The first to third terms (from the term including Σe (j) to the term including Tht (n)) of the equation (24) are control input components (feedback components) corresponding to the element temperature deviation e and the heater temperature Tht. Hereinafter, this component is referred to as an optimum F / B component Uopfb). Further, the fourth term (ΣFr (i) · R (n + i) term) on the right side of the equation (24) is a control input component (feed forward component) corresponding to the target value R. This component is hereinafter referred to as the optimum target value F. The fifth term (term including Tgd (n)) is a control input component (feed forward component) corresponding to the exhaust gas temperature Tgd (which functions as a disturbance to the controlled object). Hereinafter, this component is referred to as an optimum disturbance F / F component Uopfd). In this way, the heater controller 22 that obtains the DUT as the control input by the equation (24) is represented as a block diagram as shown in FIG.

ここで、この式(24)により制御入力DUT(n)を求めるために必要なFs0、Fe0、Fx0は、前記式(19−1)に従ってあらかじめ算出された値が用いられる。また、Fr(i)(i=0,1,…,Mr)は、前記式(21)及び式(19−2)に従ってあらかじめ算出された値が用いられる。また、Fdtは前記式(19−3)に従ってあらかじめ算出された値が用いられる。尚、これらの係数Fs0、Fe0、Fx0、Fr(i)、Fdtの値は必ずしも定義式通りの値を用いる必要ななく、シミュレーションや実験を通じて適宜調整するようにしてもよい。   Here, as Fs0, Fe0, and Fx0 necessary for obtaining the control input DUT (n) by the equation (24), values calculated in advance according to the equation (19-1) are used. As Fr (i) (i = 0, 1,..., Mr), a value calculated in advance according to the equations (21) and (19-2) is used. Further, a value calculated in advance according to the equation (19-3) is used for Fdt. Note that the values of these coefficients Fs0, Fe0, Fx0, Fr (i), and Fdt do not necessarily need to be the values as defined, but may be adjusted as appropriate through simulations and experiments.

また、式(24)の演算に必要なヒータ温度Tht及び排ガス温度Tgdは、それぞれ、前記素子温オブザーバ20により求められたヒータ温度Thtの推定値の最新値、前記排気温オブザーバ19により求められた排ガス温度Tgdの推定値の最新値が用いられる。   Further, the heater temperature Tht and the exhaust gas temperature Tgd necessary for the calculation of the equation (24) are obtained by the latest value of the estimated value of the heater temperature Tht obtained by the element temperature observer 20 and the exhaust temperature observer 19, respectively. The latest value of the estimated value of the exhaust gas temperature Tgd is used.

さらに、式(24)の演算に必要な素子温偏差eは、前記素子温オブザーバ20により求められた素子温度TO2の推定値の最新値と、前記目標値設定手段21により前記目標値予見時間Mr前のサイクルタイムで設定された目標値Rとから算出される。 Further, the element temperature deviation e required for the calculation of the equation (24) is the latest value of the estimated value of the element temperature T O2 obtained by the element temperature observer 20, and the target value prediction time by the target value setting means 21. It is calculated from the target value R set at the cycle time before Mr.

ここで、前記目標値設定手段21は、基本的には、O2センサ8の出力特性が安定に良好なものとなる750℃以上の温度(本参考例では例えば800℃)を、ヒータコントローラ22の処理のサイクルタイム(周期)と同じサイクルタイムで素子部10の温度の目標値Rとして設定するようにしている。この場合、該目標値設定手段21は、ヒータコントローラ22による処理を前述の最適予見制御のアルゴリズムにより行うために、各サイクルタイムで設定する目標値Rを、現在のサイクルタイムから前記目標値予見時間Mr後の目標値R(n+Mr)として設定し、それを該目標値予見時間Mrの時間分、時系列的に記憶保持するようにしている。つまり、Mr+1個の目標値R(n),R(n+1),…,R(n+Mr)が逐次更新されつつ記憶保持される。そして、式(24)の演算に必要な素子温偏差eを求めるために使用する目標値Rは、目標値予見時間Mr前のサイクルタイムで目標値設定手段21が上記のように設定して記憶保持した値R(n)である。また、上記のように記憶保持された目標値R(n),R(n+1),…,R(n+Mr)が、前記式(24)の第4項(R(n+i)を含むΣの項)の値を求めるために使用される。 Here, the target value setting means 21 basically sets a temperature of 750 ° C. or higher (for example, 800 ° C. in this reference example) at which the output characteristics of the O 2 sensor 8 become stable and good, and the heater controller 22. The target value R of the temperature of the element unit 10 is set at the same cycle time as the cycle time (period) of the process. In this case, the target value setting means 21 sets the target value R to be set at each cycle time from the current cycle time to the target value prediction time in order to perform the processing by the heater controller 22 by the above-described optimal prediction control algorithm. It is set as a target value R (n + Mr) after Mr, and is stored and held in time series for the target value prediction time Mr. That is, Mr + 1 target values R (n), R (n + 1),..., R (n + Mr) are stored and held while being sequentially updated. Then, the target value R used for obtaining the element temperature deviation e required for the calculation of the equation (24) is set and stored by the target value setting means 21 as described above at the cycle time before the target value prediction time Mr. The held value R (n). Further, the target values R (n), R (n + 1),..., R (n + Mr) stored and held as described above are the fourth term (R (n + i)) of the equation (24). Is used to determine the value of the term of Σ including.

尚、エンジン1の運転開始時から、素子温度TO2の目標値Rを800℃のような高温に設定すると、エンジン1の運転開始時にO2センサ8の素子部10に水分等が付着していたような場合には、該素子部10が急激な加熱に伴う応力で損傷する虞れがある。このため、本参考例では、目標値設定手段21は、エンジン1の運転開始後、所定時間(例えば15秒)が経過するまでは、素子温度TO2の目標値Rを750℃よりも低い温度、例えば600℃に設定するようにしている。 If the target value R of the element temperature T O2 is set to a high temperature such as 800 ° C. from the start of operation of the engine 1, moisture or the like adheres to the element portion 10 of the O 2 sensor 8 at the start of operation of the engine 1. In such a case, there is a possibility that the element unit 10 may be damaged by stress accompanying rapid heating. For this reason, in this reference example, the target value setting means 21 sets the target value R of the element temperature T O2 to a temperature lower than 750 ° C. until a predetermined time (for example, 15 seconds) elapses after the operation of the engine 1 is started. For example, the temperature is set to 600 ° C.

次に、本参考例の装置、特に前記センサ温度制御手段12の全体的な処理を説明する。   Next, the overall processing of the apparatus of this reference example, particularly the sensor temperature control means 12, will be described.

エンジン1が始動され、その運転が開始すると、センサ温度制御手段12は、図8のフローチャートに示すメインルーチン処理を所定のサイクルタイムで実行する。尚、このメインルーチンの実行周期は、前記排気温オブザーバ19、素子温オブザーバ20の処理の周期dtよりも短く、従って、目標値設定手段21及びヒータコントローラ22の処理の周期dtcよりも短い。   When the engine 1 is started and its operation is started, the sensor temperature control means 12 executes the main routine process shown in the flowchart of FIG. 8 with a predetermined cycle time. The execution cycle of this main routine is shorter than the processing cycle dt of the exhaust temperature observer 19 and the element temperature observer 20, and therefore shorter than the processing cycle dtc of the target value setting means 21 and the heater controller 22.

センサ温度制御手段12は、まず、エンジン1の回転数NE、吸気圧PB及び大気温度TAの検出値を取得し(STEP1)、さらに前記目標値設定手段21及びヒータコントローラ22の処理の1周期分の時間dtcをカウントするためのカウントダウンタイマCOPCの値を判断する(STEP2)。このカウントダウンタイマCOPCの値は、エンジン1の始動時に「0」に初期化されている。   The sensor temperature control means 12 first acquires detected values of the engine speed NE, the intake pressure PB, and the atmospheric temperature TA (STEP 1), and further for one cycle of processing of the target value setting means 21 and the heater controller 22. The value of the countdown timer COPC for counting the time dtc is determined (STEP 2). The value of the countdown timer COPC is initialized to “0” when the engine 1 is started.

そして、センサ温度制御手段12は、COPC=0である場合には、目標値設定手段21及びヒータコントローラ22の制御処理の周期dtcに相当するタイマ設定時間TM1をCOPCの値として新たに設定した後(STEP3)、O2センサ8の素子温度TO2の目標値Rを設定する処理と、ヒータ13のデューティDUTを算出処理とを、それぞれ前記目標値設定手段21及びヒータコントローラ22により順次実行する(STEP4,5)。また、STEP2でCOPC≠0である場合には、センサ温度制御手段12は、STEP5でCOP Cの値をカウントダウンし、STEP4,5の処理を省略する。従って、STEP4,5の処理は、上記タイマ設定時間TM1により規定される周期dtcで実行されることとなる。 Then, when COPC = 0, the sensor temperature control means 12 newly sets the timer setting time TM1 corresponding to the control processing cycle dtc of the target value setting means 21 and the heater controller 22 as the value of COPC. (STEP 3) A process for setting the target value R of the element temperature T O2 of the O 2 sensor 8 and a process for calculating the duty DUT of the heater 13 are sequentially executed by the target value setting means 21 and the heater controller 22, respectively ( STEP4, 5). If COPC ≠ 0 in STEP2, the sensor temperature control means 12 counts down the value of COPC in STEP5 and omits the processes in STEP4 and 5. Therefore, the processing of STEPs 4 and 5 is executed at a cycle dtc defined by the timer setting time TM1.

上記STEP4,5の処理は、より具体的には次のように行われる。まず、目標値設定手段21によるSTEP4の処理は、図9のフローチャートに示すように実行される。   More specifically, the processing of STEPs 4 and 5 is performed as follows. First, the processing of STEP 4 by the target value setting means 21 is executed as shown in the flowchart of FIG.

目標値設定手段21によるSTEP4の処理では、まず、エンジン1の始動後の経過時間を表すパラメータTSHの値があらかじめ定めた所定値XTMと比較される(STEP4−1)。このとき、TSH≦XTMである場合、すなわち、エンジン1の運転開始直後の状態である場合には、目標値設定手段21は、前述のようにO2センサ8の素子部10の損傷を防止するために、素子温度TO2の目標値Rを低温側の温度(例えば600℃)に設定する(STEP4−2)。尚、ここで設定する目標値Rはより詳しくは、現在から目標値予見時間Mr後の目標値R(n+Mr)である。 In the processing of STEP4 by the target value setting means 21, first, the value of the parameter TSH representing the elapsed time after the engine 1 is started is compared with a predetermined value XTM (STEP4-1). At this time, when TSH ≦ XTM, that is, when the engine 1 is in a state immediately after the start of operation, the target value setting means 21 prevents damage to the element portion 10 of the O 2 sensor 8 as described above. Therefore, the target value R of the element temperature T O2 is set to a low temperature (for example, 600 ° C.) (STEP 4-2). More specifically, the target value R set here is the target value R (n + Mr) after the target value prediction time Mr from the present time.

また、STEP4−1でTSH>XTMである場合には、目標値設定手段21は、大気温度TAの現在の検出値(図8のSTPE1で取得されたもの)から、あらかじめ定められたデータテーブルに基づいて素子温度TO2の目標値Rを設定する(STEP4−3)。ここで設定される目標値Rは、大気温度TAが常温程度(例えばTA≧0℃)である場合には、基本的には750℃以上の所定値(本参考例では800℃)である。但し、寒冷地でのエンジン1の運転時等、大気温度TAが低いとき(例えばTA<0℃)には、素子温度TO2の目標値Rが800℃のような高温であると、ヒータ13の温度が過剰に高温になりやすい。そして、本参考例では、後述するヒータ13の過熱防止処理によって、ヒータ13の温度が過剰に高温になると、該ヒータ13の故障(断線、溶損等)を避けるために該ヒータ13への通電は強制的に中止される。そこで、本参考例では、STEP4−3では、大気温度TAが低い場合(例えばTA<0℃)には、素子温度TO2の目標値Rを通常の場合よりも多少低い値(例えば750℃≦R<800℃となる値)に設定するようにしている。 If TSH> XTM in STEP 4-1, the target value setting means 21 uses the current detected value of the atmospheric temperature TA (obtained in STPE 1 in FIG. 8) to a predetermined data table. Based on this, the target value R of the element temperature T O2 is set (STEP 4-3). The target value R set here is basically a predetermined value of 750 ° C. or higher (800 ° C. in this reference example) when the atmospheric temperature TA is about room temperature (eg, TA ≧ 0 ° C.). However, when the atmospheric temperature TA is low (for example, TA <0 ° C.) such as when the engine 1 is operated in a cold region, the heater 13 has a target value R of the element temperature T O2 as high as 800 ° C. The temperature is likely to become excessively high. And in this reference example, when the temperature of the heater 13 becomes excessively high due to the overheat prevention processing of the heater 13 described later, the energization to the heater 13 is avoided in order to avoid failure (disconnection, melting damage, etc.) of the heater 13. Is forcibly canceled. Therefore, in this reference example, in STEP 4-3, when the atmospheric temperature TA is low (for example, TA <0 ° C.), the target value R of the element temperature T O2 is slightly lower than the normal value (for example, 750 ° C. ≦ ≤ R <800 ° C.).

尚、このSTEP4−3で設定される目標値Rは、STEP4−2で設定される目標値Rと同様、より詳しくは、現在から目標値予見時間Mr後の目標値R(n+Mr)である。   Note that the target value R set in STEP 4-3 is similar to the target value R set in STEP 4-2. More specifically, the target value R (n + Mr) after the target value prediction time Mr from the present time. is there.

上記のようにSTEP4−2又は4−3で目標値R(=R(n+Mr))を新たに設定した後、目標値設定手段21は、該目標値Rを目標値予見時間Mrの期間分、記憶保持するためのMr+1個のバッファRBF(0),RBF(1),……,RBF(Mr)の値をSTEP4−4、4−5で更新する。これにより、STEP4の処理が終了する。   After the target value R (= R (n + Mr)) is newly set in STEP4-2 or 4-3 as described above, the target value setting means 21 sets the target value R to the target value prediction time Mr. The values of Mr + 1 buffers RBF (0), RBF (1),..., RBF (Mr) for storing and holding are updated in STEPs 4-4 and 4-5. Thereby, the process of STEP4 is completed.

この場合、STEP4−4では、Mr個のバッファRBF(j)(j=0,1,…,Mr−1)に対して順番に、RBF(j)の値をRBF(j+1)の現在値に更新する処理が実行される。尚、バッファRBF(0)に今まで保持されていた値は消去される。また、STEP4−5では、前記STEP4−2又は4−3で新たに設定された目標値Rに、バッファRBF(Mr)の値が更新される。このように更新されるバッファRBF(0),RBF(1),……,RBF(Mr)の値は、それぞれ、前記式(24)の第4項のR(n),R(n+1),……,R(n+Mr)に相当するものとなる。尚、バッファRBF(0),RBF(1),……,RBF(Mr)の値は、エンジン1の始動時に所定の値(例えばSTEP4−2で設定する目標値)に初期化されている。   In this case, in STEP 4-4, the value of RBF (j) is set to the current value of RBF (j + 1) in order for Mr buffers RBF (j) (j = 0, 1,..., Mr−1). Processing to update the value is executed. Note that the value held so far in the buffer RBF (0) is deleted. In STEP 4-5, the value of the buffer RBF (Mr) is updated to the target value R newly set in STEP 4-2 or 4-3. The values of the buffers RBF (0), RBF (1),..., RBF (Mr) updated in this way are R (n) and R (n + 1) in the fourth term of the equation (24), respectively. ), ..., R (n + Mr). The values of the buffers RBF (0), RBF (1),..., RBF (Mr) are initialized to predetermined values (for example, target values set in STEP4-2) when the engine 1 is started.

次に、ヒータコントローラ22による前記STEP5の処理は、図10のフローチャートに示すように実行される。このSTEP5の処理では、まず、前記素子温度TO2の推定値の現在値TO2(n)と、前記バッファRBF(0)(=R(n))、すなわち、目標値予見時間Mr前に目標値設定手段21により設定された目標値Rとからそれらの間の素子温偏差e(n)=TO2(n)−RBF(0)を算出する(STEP5−1)。 Next, the processing of STEP5 by the heater controller 22 is executed as shown in the flowchart of FIG. In the processing of STEP5, first, the current value T O2 (n) of the estimated value of the element temperature T O2 and the buffer RBF (0) (= R (n)), that is, the target before the target value prediction time Mr. An element temperature deviation e (n) = T O2 (n) −RBF (0) between them is calculated from the target value R set by the value setting means 21 (STEP 5-1).

次いで、ヒータコントローラ22は、フラグF/A,F/Bの値を判断する(STEP5−2)。ここで、フラグF/AはデューティDUTの後述するリミット処理において値が“0”、“1”に設定されるフラグであり、F/A=1は、デューティDUTがあらかじめ定めた所定の上限値あるいは下限値に強制的に制限されている状態を意味し、F/A=0はこのようなデューティDUTの値の制限がなされていない状態(上限値>DUT>下限値)を意味する。また、フラグF/Bは、後述するヒータ13の過熱防止処理によりヒータ13への通電が強制的に遮断されている状態で“1”に設定されるフラグである。尚、フラグF/A,F/Bの値の初期値は、“0”である。   Next, the heater controller 22 determines the values of the flags F / A and F / B (STEP5-2). Here, the flag F / A is a flag whose value is set to “0” or “1” in the limit processing to be described later of the duty DUT, and F / A = 1 is a predetermined upper limit value predetermined by the duty DUT. Alternatively, it means a state where the duty is forcibly limited to the lower limit value, and F / A = 0 means a state where the value of the duty DUT is not restricted (upper limit value> DUT> lower limit value). The flag F / B is a flag set to “1” in a state where energization to the heater 13 is forcibly cut off by an overheat prevention process of the heater 13 described later. The initial values of the flags F / A and F / B are “0”.

STEP5−2の判断で、F/A=F/B=0である場合には、ヒータコントローラ22は、前記式(24)の第1項のΣe(j)の現在値にSTEP5−1で新たに算出した偏差e(n)を加算する(STEP5−3)。これにより、偏差e(n)がヒータコントローラ22の処理のサイクルタイムdtc毎に累積加算(積分)したものが求められる。尚、Σe(j)の初期値は“0”である。   If F / A = F / B = 0 in the determination in STEP5-2, the heater controller 22 adds the current value of Σe (j) in the first term of the equation (24) to the current value in STEP5-1. Is added to the calculated deviation e (n) (STEP 5-3). Thereby, the deviation e (n) is obtained by cumulative addition (integration) every cycle time dtc of the process of the heater controller 22. The initial value of Σe (j) is “0”.

また、STEP5−2の判断で、F/A=1又はF/B=1である場合には、デューティDUTの現在値が通常的な正常値でないので、ヒータコントローラ22は、STEP5−4の処理を省略して次のSTEP5−4に進み、Σe(j)の値を現在値に保持する。   If F / A = 1 or F / B = 1 in the determination of STEP5-2, the current value of the duty DUT is not a normal normal value, so the heater controller 22 performs the processing of STEP5-4. The process proceeds to the next STEP 5-4, and the value of Σe (j) is held at the current value.

次いで、ヒータコントローラ22は、STEP5−1で求めた素子温偏差e(n)の現在値(最新値)やその累積加算値Σe(j)の現在値等を用いて、前記式(24)の演算を行って、ヒータ13に対する制御入力であるDUTの今回値DUT(n)を算出する(STEP5−4)。すなわち、STEP5−1で求めた偏差e(n)の現在値と、その累積加算値Σe(j)の現在値と、ヒータ温度Thtの推定値の現在値Tht(n)と、前記バッファRBF(0),RBF(1),……,RBF(Mr)の現在値(=R(n),R(n+1),……,R(n+Mr))と、排ガス温度Tgd(O2センサ8の配置箇所での排ガス温度)の推定値の現在値Tgd(n)と、あらかじめ定められた係数Fs0,Fe0,Fx0,Fr(i)(i=0,1,……,Mr),Fdtの値とから、前記式(24)により、デューティDUT(n)を算出する。尚、ヒータ温度Thtの推定値と排ガス温度Tgdの推定値とは、エンジン1の運転開始時(エンジン1の始動時)にその時点で検出された大気温度TAが初期値として設定されている。そして、前記排気温オブザーバ19及び素子温オブザーバ20の処理が未だ実行されていない段階では、それらの初期値が式(24)の演算に用いられる。そして、両オブザーバ19,20の処理が実行された後には、それらのオブザーバ19,20がそれぞれの処理で求めた推定値の最新値が式(24)の演算に用いられる。 Next, the heater controller 22 uses the current value (latest value) of the element temperature deviation e (n) obtained in STEP 5-1, the current value of the cumulative addition value Σe (j), etc. An arithmetic operation is performed to calculate the current value DUT (n) of the DUT that is a control input to the heater 13 (STEP 5-4). That is, the current value of the deviation e (n) obtained in STEP 5-1, the current value of the cumulative addition value Σe (j), the current value Tht (n) of the estimated value of the heater temperature Tht, and the buffer RBF ( 0), RBF (1),..., RBF (Mr) current values (= R (n), R (n + 1),..., R (n + Mr)) and exhaust gas temperature Tgd (O 2 The present value Tgd (n) of the estimated value of the exhaust gas temperature at the location where the sensor 8 is arranged) and predetermined coefficients Fs0, Fe0, Fx0, Fr (i) (i = 0, 1,..., Mr), From the value of Fdt, the duty DUT (n) is calculated by the equation (24). The estimated value of the heater temperature Tht and the estimated value of the exhaust gas temperature Tgd are set as the initial values of the atmospheric temperature TA detected at that time when the engine 1 is started (when the engine 1 is started). Then, at the stage where the processing of the exhaust temperature observer 19 and the element temperature observer 20 has not been executed yet, those initial values are used for the calculation of the equation (24). After the processing of both observers 19 and 20 is executed, the latest value of the estimated value obtained by each of the observers 19 and 20 is used for the calculation of Expression (24).

次いで、ヒータコントローラ22は、STEP5−4で算出したデューティDUT(n)のリミット処理をSTEP5−5〜5−11で実行する。すなわち、デューティDUT(n)が所定の下限値(例えば“0”)よりも小さいか否かを判断し(STEP5−5)、DUT(n)<下限値である場合には、DUT(n)の値を強制的にその“下限値”に設定し直す(STEP5−6)。そして、このとき、前記フラグF/A(STEP5−2で使用するフラグ)の値を“1”に設定する(STEP5−7)。   Next, the heater controller 22 executes the limit process of the duty DUT (n) calculated in STEP 5-4 in STEPs 5-5 to 5-11. That is, it is determined whether the duty DUT (n) is smaller than a predetermined lower limit value (for example, “0”) (STEP 5-5). If DUT (n) <lower limit value, DUT (n) Is forcibly reset to the “lower limit value” (STEP 5-6). At this time, the value of the flag F / A (flag used in STEP5-2) is set to "1" (STEP5-7).

また、DUT(n)≧下限値である場合には、さらに、デューティDUT(n)が所定の上限値(例えば100%)よりも大きいか否かを判断する(STEP5−8)。このときDUT(n)>上限値である場合には、DUT(n)の値を強制的にその“上限値”に設定し直す(STEP5−9)。また、このとき、前記フラグF/Aの値を“1”に設定する(STEP5−10)。尚、下限値≦DUT(n)≦上限値である場合には、DUT(n)の値は維持され、前記フラグF/Aの値は“0”に設定される(STEP5−11)。以上によりヒータコントローラ22によるSTEP5の処理は終了する。   If DUT (n) ≧ lower limit value, it is further determined whether or not the duty DUT (n) is larger than a predetermined upper limit value (for example, 100%) (STEP 5-8). At this time, if DUT (n)> the upper limit value, the value of DUT (n) is forcibly reset to the “upper limit value” (STEP 5-9). At this time, the value of the flag F / A is set to “1” (STEP 5-10). When the lower limit value ≦ DUT (n) ≦ the upper limit value, the value of DUT (n) is maintained and the value of the flag F / A is set to “0” (STEP 5-11). Thus, the process of STEP5 by the heater controller 22 ends.

図8のメインルーチンの処理に戻って、センサ温度制御手段12は、次に、STEP7〜13に示す処理を実行する。この処理は、ヒータ13の過熱防止のための処理であり、まず、STEP7において、ヒータ温度Thtの推定値の現在値(最新値)があらかじめ定められた所定の上限値THTLMT(例えば930℃)以上であるか否かが判断される。この場合、本参考例では、基本的には、Tht≧THTLMTとなった場合に、ヒータ13の損傷等を防止するために、該ヒータ13への通電を強制的に遮断する。但し、外乱等の影響で、Thtの推定値の値が一時的に上記上限値THTLMT以上に上昇することも考えられる。そこで、本参考例では、Tht≧THTLMTとなる状態が所定時間(例えば3秒。以下、ヒータOFF遅延時間という)以上、継続した場合に、ヒータ13の通電を遮断することとする。   Returning to the processing of the main routine of FIG. 8, the sensor temperature control means 12 next executes the processing shown in STEPs 7 to 13. This process is a process for preventing overheating of the heater 13. First, in STEP 7, the current value (latest value) of the estimated value of the heater temperature Tht is equal to or greater than a predetermined upper limit value THTLMT (eg, 930 ° C.). It is determined whether or not. In this case, in this reference example, basically, when Tht ≧ THTLMT, in order to prevent the heater 13 from being damaged, the energization of the heater 13 is forcibly cut off. However, the estimated value of Tht may temporarily rise above the upper limit value THTLMT due to the influence of disturbance or the like. Therefore, in this reference example, when the state where Tht ≧ THTLMT continues for a predetermined time (for example, 3 seconds, hereinafter referred to as the heater OFF delay time) or longer, the energization of the heater 13 is cut off.

このため、前記STEP7で、Tht<THTLMTである場合には、センサ温度制御手段12は、上記ヒータOFF遅延時間を計時するためのカウントダウンタイマTMHTOFFの値を上記ヒータOFF遅延時間に相当する所定値TM2に設定しておく(STEP8)。そして、この場合には、ヒータ13の通電は遮断しないので、センサ温度制御手段12は、前述したフラグF/B(図10のSTEP5−2で使用するフラグ)の値を“0”に設定する(STEP9)。   For this reason, if Tht <THTLMT in STEP 7, the sensor temperature control means 12 sets the value of the countdown timer TMHTOFF for measuring the heater OFF delay time to a predetermined value TM2 corresponding to the heater OFF delay time. (STEP 8). In this case, since the heater 13 is not turned off, the sensor temperature control means 12 sets the value of the flag F / B (the flag used in STEP5-2 in FIG. 10) to “0”. (STEP 9).

一方、STEP7でTht≧THTLMTである場合には、センサ温度制御手段12は、カウントダウンタイマTMHTOFFの値を“1”だけカウントダウンした後(STEP10)、さらに、このカウントダウンタイマTMHTOFFの値が“0”になったか否か、すなわち、Tht≧THTLMTの状態のまま、前記ヒータOFF遅延時間TM2が経過したか否かを判断する(STEP11)。   On the other hand, if Tht ≧ THTLMT in STEP 7, the sensor temperature control means 12 counts down the value of the countdown timer TMHTOFF by “1” (STEP 10), and then the value of the countdown timer TMHTOFF becomes “0”. It is determined whether or not the heater OFF delay time TM2 has elapsed in the state of Tht ≧ THTLMT (STEP 11).

このときTMHTOFF≠0である場合には、前記STEP9でフラグF/Bの値を“0”に設定する。また、TMHTOFF=0である場合には、デューティDUTのの現在値を強制的に“0”に設定し直し(STEP12)、さらに、フラグF/Bの値を“1”に設定する(STEP13)。   If TMHTOFF ≠ 0 at this time, the value of the flag F / B is set to “0” in STEP9. If TMHTOFF = 0, the current value of the duty DUT is forcibly reset to “0” (STEP 12), and the value of the flag F / B is set to “1” (STEP 13). .

尚、STEP9でフラグF/Bの値が“0”に設定された場合には、センサ温度制御手段12は、デューティDUTの現在値(前記STEP5の処理で算出された最新値)に従ってパルス電圧を図示しないヒータ通電回路に付与し、該デューティDUTに応じた電力で該ヒータ13に通電させる。また、STEP12でフラグF/Bの値が“1”に設定された場合には、センサ温度制御手段12は、ヒータ12の通電回路にパルス電圧を付与せず、これにより、該ヒータ13への通電を遮断する。   If the value of the flag F / B is set to “0” in STEP 9, the sensor temperature control means 12 applies the pulse voltage according to the current value of the duty DUT (the latest value calculated in the processing of STEP 5). A heater energizing circuit (not shown) is applied to energize the heater 13 with electric power corresponding to the duty DUT. If the value of the flag F / B is set to “1” in STEP 12, the sensor temperature control means 12 does not apply a pulse voltage to the energization circuit of the heater 12. Turn off the power.

上述のようにしてSTEP7〜STEP13に係わる処理(ヒータ13の過熱防止処理)を実行した後、センサ温度制御手段12は、次に、前記排気温オブザーバ19及び素子温オブザーバ20の処理の1周期分の時間dtをカウントするためのカウントダウンタイマCOBSの値を判断する(STEP14)。このカウントダウンタイマCOBSの値は、エンジン1の始動時に「0」に初期化されている。   After executing the processing related to STEP7 to STEP13 (overheat prevention processing of the heater 13) as described above, the sensor temperature control means 12 then performs one cycle of the processing of the exhaust temperature observer 19 and the element temperature observer 20. The value of the countdown timer COBS for counting the time dt is determined (STEP 14). The value of the countdown timer COBS is initialized to “0” when the engine 1 is started.

そして、センサ温度制御手段12は、COBS=0である場合には、排気温オブザーバ19及び素子温オブザーバ20の処理の周期dtに相当するタイマ設定時間TM3(これはSTEP3のTM1よりも短い)をCOBSの値として新たに設定した後(STEP15)、排ガス温度Tgd(O2センサ8の配置箇所近傍の排ガス温度)を推定する処理と、素子温度TO2を推定する処理(ヒータ温度Thtの推定処理を含む)とをそれぞれ、排気温オブザーバ19及び素子温オブザーバ20により実行する(STEP16)。また、STEP14でCOBS≠0である場合には、STEP15,16の処理は省略される。従って、STEP16の処理は、上記タイマ設定時間TM3により規定される周期dtで実行されることとなる。以上説明した処理が図8のメインルーチンの処理である。 When COBS = 0, the sensor temperature control means 12 sets a timer set time TM3 (which is shorter than TM1 of STEP 3) corresponding to the processing period dt of the exhaust temperature observer 19 and the element temperature observer 20. After newly setting the COBS value (STEP 15), a process for estimating the exhaust gas temperature Tgd (the exhaust gas temperature in the vicinity of the location where the O 2 sensor 8 is disposed) and a process for estimating the element temperature T O2 (a process for estimating the heater temperature Tht) Are executed by the exhaust temperature observer 19 and the element temperature observer 20 (STEP 16). If COBS ≠ 0 in STEP14, the processes in STEP15 and STEP16 are omitted. Therefore, the processing of STEP16 is executed at a cycle dt defined by the timer setting time TM3. The process described above is the process of the main routine in FIG.

上記STEP16の処理は、より具体的には、図11のフローチャートに示すように行われる。すなわち、センサ温度制御手段12は、まず、排気温オブザーバ19により、STEP16−1〜STEP16−6の処理を順次実行し、O2センサ8の配置箇所近傍での排ガス温度Tgdの推定値を求める。STEP16−1では、エンジン1の回転数NE及び吸気圧PBの現在の検出値(前記STEP1で取得された最新値)を用いて前記式(7)により流速パラメータVgが求められる。尚、この流速パラメータVgの値は、エンジン1の過回転等により前記式(7)の算出結果が“1”を越えたような場合には、強制的にVg=1に設定される。 More specifically, the processing of STEP 16 is performed as shown in the flowchart of FIG. That is, the sensor temperature control means 12 first executes the processing of STEP16-1 to STEP16-6 sequentially by the exhaust temperature observer 19, and obtains the estimated value of the exhaust gas temperature Tgd in the vicinity of the location where the O 2 sensor 8 is disposed. In STEP16-1, the flow velocity parameter Vg is obtained by the equation (7) using the current detected value of the engine speed NE and the intake pressure PB (the latest value acquired in STEP1). The value of the flow velocity parameter Vg is forcibly set to Vg = 1 when the calculation result of the equation (7) exceeds “1” due to over-rotation of the engine 1 or the like.

次いで、排気温オブザーバ19は、前記式(1)に基づいてエンジン1の排気ポート2での排ガス温度Texgの推定値を算出する(STEP16−2)。すなわち、エンジン1の回転数NE及び吸気圧PBの現在の検出値から所定のマップにより基本排ガス温度TMAP(NE,PB)を求め、さらに、このTMAP(NE,PB)と、排ガス温度Texgの推定値の現在値Texg(k-1)(前回のサイクルタイムにおけるSTEP16−2で求められた値)と、あらかじめ定められた係数Ktexの値とを用いて前記式(1)の右辺の演算を行う。これにより、排ガス温度Texgの新たな推定値Texg(k)が算出される。尚、本参考例では、エンジン1のアイドリン運転時と、フュエルカット中においては、式(1)の演算に用いる基本排ガス温度TMAPを、それぞれの運転状態に対応してあらかじめ定めた所定値に設定するようにしている。また、排ガス温度Texgの推定値は、前述のようにエンジン1の運転開始時(始動時)に、その時に検出された大気温度TAが初期値Texg(0)として設定されており、エンジン1の運転開始後、初めて式(1)の演算を行うときには、その初期値Texg(0)がTexg(k-1)の値として用いられる。   Next, the exhaust temperature observer 19 calculates an estimated value of the exhaust gas temperature Texg at the exhaust port 2 of the engine 1 based on the equation (1) (STEP 16-2). That is, the basic exhaust gas temperature TMAP (NE, PB) is obtained from a current map of the engine speed NE and the intake pressure PB using a predetermined map, and the TMAP (NE, PB) and the exhaust gas temperature Texg are estimated. The right side of the equation (1) is calculated using the current value Texg (k-1) (value obtained in STEP16-2 at the previous cycle time) and the value of the predetermined coefficient Ktex. . Thereby, a new estimated value Texg (k) of the exhaust gas temperature Texg is calculated. In this reference example, during the idling operation of the engine 1 and during fuel cut, the basic exhaust gas temperature TMAP used for the calculation of Expression (1) is set to a predetermined value corresponding to each operation state. Like to do. Further, as described above, the estimated value of the exhaust gas temperature Texg is such that the atmospheric temperature TA detected at the time of starting operation (starting) of the engine 1 is set as the initial value Texg (0). When the calculation of the expression (1) is performed for the first time after the operation is started, the initial value Texg (0) is used as the value of Texg (k-1).

次いで、排気温オブザーバ19は、前記式(5−1)、(5−2)に基づいて前記部分排気通路3aでの排ガス温度Tgaの推定値及び排気管温度Twaの推定値を算出する(STEP16−3)。すなわち、排ガス温度Tgaの推定値の現在値Tga(k)(前回のサイクルタイムにおけるSTEP16−3で求められた値)と、排気管温度Twaの推定値の現在値(前回のサイクルタイムにおけるSTEP16−3で求められた値)と、前記STEP16−2で先に算出した排ガス温度Texgの推定値の現在値と、前記STEP16−1で算出した流速パラメータVgの現在値と、あらかじめ定められたモデル係数Aaの値及び排気温オブザーバ19の処理の周期dtの値とを用いて前記式(5−1)の右辺の演算を行うことで、排ガス温度Tgaの新たな推定値Tga(k+1)を求める。   Next, the exhaust temperature observer 19 calculates an estimated value of the exhaust gas temperature Tga and an estimated value of the exhaust pipe temperature Twa in the partial exhaust passage 3a based on the equations (5-1) and (5-2) (STEP 16). -3). That is, the current value Tga (k) of the estimated value of the exhaust gas temperature Tga (value obtained in STEP16-3 at the previous cycle time) and the current value of the estimated value of the exhaust pipe temperature Twa (STEP16- at the previous cycle time). 3), the current value of the estimated value of the exhaust gas temperature Texg previously calculated in STEP 16-2, the current value of the flow velocity parameter Vg calculated in STEP 16-1, and a predetermined model coefficient A new estimated value Tga (k + 1) of the exhaust gas temperature Tga is obtained by calculating the right side of the equation (5-1) using the value of Aa and the value of the processing period dt of the exhaust gas temperature observer 19. Ask.

さらに、排ガス温度Tgaの推定値の現在値Tga(k)(前回のサイクルタイムにおけるSTEP16−3で求められた値)と、排気管温度Twaの推定値の現在値(前回のサイクルタイムにおけるSTEP16−3で求められた値)と、あらかじめ定められたモデル係数Ba,Caの値及び排気温オブザーバ19の処理の周期dtの値とを用いて前記式(5−2)の右辺の演算を行うことで、排気管温度Twaの新たな推定値Twa(k+1)を求める。   Further, the current value Tga (k) of the estimated value of the exhaust gas temperature Tga (value obtained in STEP16-3 at the previous cycle time) and the current value of the estimated value of the exhaust pipe temperature Twa (STEP16- at the previous cycle time) 3) and the value of the model coefficients Ba and Ca determined in advance and the value of the processing cycle dt of the exhaust gas temperature observer 19 are used to calculate the right side of the equation (5-2). Thus, a new estimated value Twa (k + 1) of the exhaust pipe temperature Twa is obtained.

尚、排ガス温度Tga及び排気管温度Twaの推定値は、前述のようにエンジン1の運転開始時(始動時)に、その時に検出された大気温度TAがそれぞれの初期値Tga(0),Twa(0)として設定されており、エンジン1の運転開始後、初めて式(5−1),(5−2)の演算を行うときには、それらの初期値Tga(0),Twa(0)がそれぞれTga(k-1),Twa(k-1)の値として用いられる。   Note that the estimated values of the exhaust gas temperature Tga and the exhaust pipe temperature Twa are determined as follows when the engine 1 is started (started) and the atmospheric temperature TA detected at that time is the initial value Tga (0), Twa. Is set as (0), and the initial values Tga (0) and Twa (0) are respectively calculated when the calculations of the equations (5-1) and (5-2) are performed for the first time after the engine 1 is started. Used as values of Tga (k-1) and Twa (k-1).

次いで、排気温オブザーバ19は、前記式(6−1)、(6−2)に基づいて前記部分排気通路3bでの排ガス温度Tgbの推定値及び排気管温度Twbの推定値を算出する(STEP16−4)。すなわち、排ガス温度Tgbの推定値の現在値Tgb(k)(前回のサイクルタイムにおけるSTEP16−4で求められた値)と、排気管温度Twbの推定値の現在値(前回のサイクルタイムにおけるSTEP16−4で求められた値)と、前記STEP16−3で先に算出した排ガス温度Tgaの推定値の現在値と、前記STEP16−1で算出した流速パラメータVgの現在値と、あらかじめ定められたモデル係数Abの値及び排気温オブザーバ19の処理の周期dtの値とを用いて前記式(6−1)の右辺の演算を行うことで、排ガス温度Tgbの新たな推定値Tgb(k+1)を求める。   Next, the exhaust temperature observer 19 calculates an estimated value of the exhaust gas temperature Tgb and an estimated value of the exhaust pipe temperature Twb in the partial exhaust passage 3b based on the equations (6-1) and (6-2) (STEP 16). -4). That is, the current value Tgb (k) of the estimated value of the exhaust gas temperature Tgb (the value obtained in STEP16-4 at the previous cycle time) and the current value of the estimated value of the exhaust pipe temperature Twb (STEP16− at the previous cycle time). 4), the current value of the estimated value of the exhaust gas temperature Tga previously calculated in STEP 16-3, the current value of the flow velocity parameter Vg calculated in STEP 16-1, and a predetermined model coefficient A new estimated value Tgb (k + 1) of the exhaust gas temperature Tgb is obtained by calculating the right side of the equation (6-1) using the value of Ab and the value of the processing period dt of the exhaust gas temperature observer 19. Ask.

さらに、排ガス温度Tgbの推定値の現在値Tgb(k)(前回のサイクルタイムにおけるSTEP16−4で求められた値)と、排気管温度Twbの推定値の現在値(前回のサイクルタイムにおけるSTEP16−4で求められた値)と、あらかじめ定められたモデル係数Bb,Cbの値及び排気温オブザーバ19の処理の周期dtの値とを用いて前記式(6−2)の右辺の演算を行うことで、排気管温度Twbの新たな推定値Twb(k+1)を求める。   Further, the current value Tgb (k) of the estimated value of the exhaust gas temperature Tgb (the value obtained in STEP16-4 at the previous cycle time) and the current value of the estimated value of the exhaust pipe temperature Twb (STEP16- at the previous cycle time). 4), the value of model coefficients Bb and Cb determined in advance, and the value of the cycle dt of the processing of the exhaust temperature observer 19 are used to calculate the right side of the equation (6-2). Thus, a new estimated value Twb (k + 1) of the exhaust pipe temperature Twb is obtained.

尚、排ガス温度Tgb及び排気管温度Twbの推定値は、前述のようにエンジン1の運転開始時(始動時)に、その時に検出された大気温度TAがそれぞれの初期値Tgb(0),Twb(0)として設定されており、エンジン1の運転開始後、初めて式(6−1),(6−2)の演算を行うときには、それらの初期値Tgb(0),Twb(0)がそれぞれTgb(k-1),Twb(k-1)の値として用いられる。   Note that the estimated values of the exhaust gas temperature Tgb and the exhaust pipe temperature Twb are the initial values Tgb (0), Twb of the atmospheric temperature TA detected at the time of starting the engine 1 (starting) as described above. Is set as (0), and when the calculations of equations (6-1) and (6-2) are performed for the first time after the operation of the engine 1 is started, their initial values Tgb (0) and Twb (0) are respectively set. Used as values of Tgb (k-1) and Twb (k-1).

次いで、排気温オブザーバ19は、前記式(8−1)、(8−2)に基づいて前記部分排気通路3cでの排ガス温度Tgcの推定値及び触媒温度Twcの推定値を算出する(STEP16−5)。すなわち、排ガス温度Tgcの推定値の現在値Tgc(k)(前回のサイクルタイムにおけるSTEP16−5で求められた値)と、触媒温度Twcの推定値の現在値(前回のサイクルタイムにおけるSTEP16−5で求められた値)と、前記STEP16−4で先に算出した排ガス温度Tgbの推定値の現在値と、前記STEP16−1で算出した流速パラメータVgの現在値と、あらかじめ定められたモデル係数Acの値及び排気温オブザーバ19の処理の周期dtの値とを用いて前記式(8−1)の右辺の演算を行うことで、排ガス温度Tgcの新たな推定値Tgc(k+1)を求める。   Next, the exhaust temperature observer 19 calculates an estimated value of the exhaust gas temperature Tgc and an estimated value of the catalyst temperature Twc in the partial exhaust passage 3c based on the equations (8-1) and (8-2) (STEP 16- 5). That is, the current value Tgc (k) of the estimated value of the exhaust gas temperature Tgc (the value obtained in STEP16-5 at the previous cycle time) and the current value of the estimated value of the catalyst temperature Twc (STEP16-5 at the previous cycle time) The current value of the estimated value of the exhaust gas temperature Tgb previously calculated in STEP 16-4, the current value of the flow velocity parameter Vg calculated in STEP 16-1, and a predetermined model coefficient Ac. And the value of the period dt of the processing of the exhaust gas temperature observer 19 are used to calculate the right side of the equation (8-1) to obtain a new estimated value Tgc (k + 1) of the exhaust gas temperature Tgc. .

さらに、排ガス温度Tgcの推定値の現在値Tgc(k)(前回のサイクルタイムにおけるSTEP16−5で求められた値)と、触媒温度Twcの推定値の現在値(前回のサイクルタイムにおけるSTEP16−5で求められた値)と、前記STEP16−1で算出した流速パラメータVgの現在値と、あらかじめ定められたモデル係数Bc,Cc,Dcの値及び排気温オブザーバ19の処理の周期dtの値とを用いて前記式(8−2)の右辺の演算を行うことで、触媒温度Twcの新たな推定値Twc(k+1)を求める。   Further, the current value Tgc (k) of the estimated value of the exhaust gas temperature Tgc (the value obtained in STEP16-5 at the previous cycle time) and the current value of the estimated value of the catalyst temperature Twc (STEP16-5 at the previous cycle time) The current value of the flow velocity parameter Vg calculated in STEP 16-1, the values of the model coefficients Bc, Cc, Dc and the value of the processing period dt of the exhaust gas temperature observer 19 determined in advance. The new estimated value Twc (k + 1) of the catalyst temperature Twc is obtained by calculating the right side of the equation (8-2).

尚、排ガス温度Tgc及び触媒温度Twcの推定値は、前述のようにエンジン1の運転開始時(始動時)に、その時に検出された大気温度TAがそれぞれの初期値Tgc(0),Twc(0)として設定されており、エンジン1の運転開始後、初めて式(8−1),(8−2)の演算を行うときには、それらの初期値Tgc(0),Twc(0)がそれぞれTgc(k-1),Twc(k-1)の値として用いられる。   As described above, the estimated values of the exhaust gas temperature Tgc and the catalyst temperature Twc are the initial values Tgc (0), Twc ( 0), and when the calculations of equations (8-1) and (8-2) are performed for the first time after the engine 1 is started, their initial values Tgc (0) and Twc (0) are respectively set to Tgc. Used as the value of (k-1), Twc (k-1).

次いで、排気温オブザーバ19は、前記式(9−1)、(9−2)に基づいて前記部分排気通路3dでの(O2センサ8の配置箇所近傍での)排ガス温度Tgdの推定値及び排気管温度Twdの推定値を算出する(STEP16−6)。すなわち、排ガス温度Tgdの推定値の現在値Tgd(k)(前回のサイクルタイムにおけるSTEP16−6で求められた値)と、排気管温度Twdの推定値の現在値(前回のサイクルタイムにおけるSTEP16−6で求められた値)と、前記STEP16−5で先に算出した排ガス温度Tgcの推定値の現在値と、前記STEP16−1で算出した流速パラメータVgの現在値と、あらかじめ定められたモデル係数Adの値及び排気温オブザーバ19の処理の周期dtの値とを用いて前記式(9−1)の右辺の演算を行うことで、排ガス温度Tgdの新たな推定値Tgd(k+1)を求める。 Next, the exhaust gas temperature observer 19 calculates the estimated value of the exhaust gas temperature Tgd in the partial exhaust passage 3d (in the vicinity of the location where the O 2 sensor 8 is disposed) based on the equations (9-1) and (9-2) and An estimated value of the exhaust pipe temperature Twd is calculated (STEP 16-6). That is, the current value Tgd (k) of the estimated value of the exhaust gas temperature Tgd (the value obtained in STEP 16-6 at the previous cycle time) and the current value of the estimated value of the exhaust pipe temperature Twd (STEP 16- at the previous cycle time). 6), the current value of the estimated value of the exhaust gas temperature Tgc previously calculated in STEP 16-5, the current value of the flow velocity parameter Vg calculated in STEP 16-1, and a predetermined model coefficient A new estimated value Tgd (k + 1) of the exhaust gas temperature Tgd is obtained by calculating the right side of the equation (9-1) using the value of Ad and the value of the processing period dt of the exhaust gas temperature observer 19. Ask.

さらに、排ガス温度Tgdの推定値の現在値Tgd(k)(前回のサイクルタイムにおけるSTEP16−6で求められた値)と、排気管温度Twdの推定値の現在値(前回のサイクルタイムにおけるSTEP16−6で求められた値)と、あらかじめ定められたモデル係数Bd,Cdの値及び排気温オブザーバ19の処理の周期dtの値とを用いて前記式(9−2)の右辺の演算を行うことで、排気管温度Twdの新たな推定値Twd(k+1)を求める。   Further, the current value Tgd (k) of the estimated value of the exhaust gas temperature Tgd (the value obtained in STEP 16-6 at the previous cycle time) and the current value of the estimated value of the exhaust pipe temperature Twd (STEP 16- at the previous cycle time). 6) and the value of the model coefficients Bd and Cd determined in advance and the value of the cycle dt of the processing of the exhaust temperature observer 19 are used to calculate the right side of the equation (9-2). Thus, a new estimated value Twd (k + 1) of the exhaust pipe temperature Twd is obtained.

尚、排ガス温度Tgd及び排気管温度Twdの推定値は、前述のようにエンジン1の運転開始時(始動時)に、その時に検出された大気温度TAがそれぞれの初期値Tgd(0),Twd(0)として設定されており、エンジン1の運転開始後、初めて式(9−1),(9−2)の演算を行うときには、それらの初期値Tgd(0),Twd(0)がそれぞれTgd(k-1),Twd(k-1)の値として用いられる。   Note that the estimated values of the exhaust gas temperature Tgd and the exhaust pipe temperature Twd are the initial values Tgd (0), Twd at the start of the operation of the engine 1 (starting) as described above. Is set as (0), and the initial values Tgd (0) and Twd (0) are respectively calculated when the equations (9-1) and (9-2) are calculated for the first time after the engine 1 is started. Used as values of Tgd (k-1) and Twd (k-1).

次に、センサ温度制御手段12は、素子温オブザーバ20により、STEP16−7の処理を実行し、O2センサ8の素子温度TO2及びヒータ温度Thtの推定値を前記式(10−1)、(10−2)に基づいて求める。すなわち、素子温度TO2の推定値の現在値TO2(k)(前回のサイクルタイムにおけるSTEP16−7で求められた値)と、ヒータ温度Thtの推定値の現在値Tht(k)(前回のサイクルタイムにおけるSTEP16−7で求められた値)と、前記STEP6−6で先に算出された排ガス温度Tgdの推定値の現在値と、あらかじめ定められたモデル係数Ax,Bxの値及び素子温オブザーバ20の処理の周期dt(=排気温オブザーバ19の処理の周期)の値とを用いて前記式(10−1)の右辺の演算を行うことで、素子温度TO2の新たな推定値TO2(k+1)を求める。 Next, the sensor temperature control means 12 executes the processing of STEP 16-7 by the element temperature observer 20, and the estimated values of the element temperature T O2 and the heater temperature Tht of the O 2 sensor 8 are calculated by the above equation (10-1), Obtained based on (10-2). That is, the current value T O2 (k) of the estimated value of the element temperature T O2 (value obtained in STEP 16-7 in the previous cycle time) and the current value Tht (k) of the estimated value of the heater temperature Tht (the previous value) (The value obtained in STEP16-7 in the cycle time), the current value of the estimated value of the exhaust gas temperature Tgd previously calculated in STEP6-6, the values of the predetermined model coefficients Ax and Bx, and the element temperature observer The new estimated value T O2 of the element temperature T O2 is calculated by performing the calculation of the right side of the equation (10-1) using the value of the processing cycle dt of 20 (= the processing cycle of the exhaust temperature observer 19). Find (k + 1).

さらに、素子温度TO2の推定値の現在値TO2(k)(前回のサイクルタイムにおけるSTEP16−7で求められた値)と、ヒータ温度Thtの推定値の現在値Tht(k)(前回のサイクルタイムにおけるSTEP16−7で求められた値)と、デューティDUTの現在値DUT(k)と、あらかじめ定められたモデル係数Cx,Dxの値及び素子温オブザーバ20の処理の周期dtの値とを用いて前記式(10−2)の右辺の演算を行うことで、ヒータ温度Thtの新たな推定値Tht(k+1)を求める。 Further, the current value T O2 (k) of the estimated value of the element temperature T O2 (the value obtained in STEP 16-7 at the previous cycle time) and the current value Tht (k) of the estimated value of the heater temperature Tht (the previous value) (The value obtained in STEP16-7 in the cycle time), the current value DUT (k) of the duty DUT, the values of the model coefficients Cx and Dx determined in advance, and the value of the cycle dt of the process of the element temperature observer 20 A new estimated value Tht (k + 1) of the heater temperature Tht is obtained by using the calculation of the right side of the equation (10-2).

尚、素子温度TO2及びヒータ温度Thtの推定値は、前述のようにエンジン1の運転開始時(始動時)に、その時に検出された大気温度TAがそれぞれの初期値TO2(0),Tht(0)として設定されており、エンジン1の運転開始後、初めて式(10−1),(10−2)の演算を行うときには、それらの初期値TO2(0),Tht(0)がそれぞれTO2(k-1),Tht(k-1)の値として用いられる。また、式(10−2)で用いるデューティDUT(k)は、基本的には前述のSTEP5でヒータコントローラ22が求めた最新値である。但し、前記STEP12でデューティDUTの値が“0”に制限された場合(ヒータ13への通電を遮断する場合)には、その値が式(10−2)で用いられる。 Note that the estimated values of the element temperature T O2 and the heater temperature Tht are the initial values T O2 (0), the atmospheric temperature TA detected at the start of the operation of the engine 1 (starting) as described above. It is set as Tht (0), and when the calculations of the equations (10-1) and (10-2) are performed for the first time after the engine 1 starts operation, their initial values T O2 (0), Tht (0) Are used as the values of T O2 (k-1) and Tht (k-1), respectively. Further, the duty DUT (k) used in the equation (10-2) is basically the latest value obtained by the heater controller 22 in STEP 5 described above. However, when the value of the duty DUT is limited to “0” in STEP 12 (when the power supply to the heater 13 is cut off), the value is used in the equation (10-2).

以上説明したセンサ温度制御手段12の処理によって、O2センサ8の素子温度TO2が目標値Rに維持されるようにO2センサ8のヒータ13への供給電力が制御される。この場合、エンジン1の運転開始直後や、大気温度TAがかなり低い場合を除いて、通常的には目標値Rが800℃に設定される。この結果、O2センサ8の出力特性をエンジン1の空燃比制御(触媒装置4による良好な浄化性能を確保するための空燃比制御)に適した特性に安定に維持することができ、ひいては、その空燃比制御を良好に行って、触媒装置4の良好な浄化性能を確実に維持することができる。 The processing of the sensor temperature control means 12 described above, electric power supplied to the heater 13 of the O 2 sensor 8 as the element temperature T O2 of the O 2 sensor 8 is maintained at the target value R is controlled. In this case, the target value R is normally set to 800 ° C., except immediately after the start of operation of the engine 1 or when the atmospheric temperature TA is considerably low. As a result, the output characteristic of the O 2 sensor 8 can be stably maintained at a characteristic suitable for the air-fuel ratio control of the engine 1 (air-fuel ratio control for ensuring good purification performance by the catalyst device 4). The air-fuel ratio control can be performed satisfactorily, and the good purification performance of the catalyst device 4 can be reliably maintained.

また、本参考例では、O2センサ8の配置箇所近傍における排ガス温度Tgdが排気温オブザーバ19により推定され、ヒータコントローラ22によりヒータ13を通電制御するためのデューティDUTを算出するために、その排ガス温度Tgdの推定値が用いられる。より詳しくは、ヒータコントローラ22の制御対象に対する制御入力としてのデューティDUTは、素子温度TO2(本参考例では推定値)に応じた制御入力成分(前記式(24)の第1項(Σe(j)を含む項)及び第2項(e(n)を含む項))はもちろん、素子温度TO2の変動の外乱的な要因となる排ガス温度Tgdの推定値に応じた制御入力成分、すなわち、前記最適外乱F/F成分Uopfdを含むものとして算出される。また、この最適外乱F/F成分Uopfdに係る係数Fdtは、現在の排ガス温度が前記排ガス温度予見時間Md後まで継続するとして、予見制御のアルゴリズムにより決定される。この結果、素子温度TO2の目標値Rへの制御の安定性を効果的に高め、ひいては、O2センサ8の出力特性の安定性を効果的に高めることができる。 In this reference example, the exhaust gas temperature Tgd in the vicinity of the location where the O 2 sensor 8 is arranged is estimated by the exhaust gas temperature observer 19, and the exhaust gas is used to calculate the duty DUT for controlling the heater 13 to be energized by the heater controller 22. An estimate of the temperature Tgd is used. More specifically, the duty DUT as a control input for the control object of the heater controller 22 is a control input component (the first term (Σe () in the equation (24)) corresponding to the element temperature T O2 (estimated value in this reference example). The term including j) and the second term (term including e (n))), as well as the control input component corresponding to the estimated value of the exhaust gas temperature Tgd which is a disturbance factor of the fluctuation of the element temperature T O2 , that is, , Calculated as including the optimum disturbance F / F component Uopfd. The coefficient Fdt related to the optimum disturbance F / F component Uopfd is determined by the predictive control algorithm assuming that the current exhaust gas temperature continues until the exhaust gas temperature prediction time Md. As a result, the stability of the control of the element temperature T O2 to the target value R can be effectively increased, and consequently the stability of the output characteristics of the O 2 sensor 8 can be effectively increased.

さらには、本参考例では、素子温度TO2の目標値R(現在から前記目標値予見時間Mr後までの目標値R)に応じた制御入力成分、すなわち、前記最適目標値F/F成分Uopfr成分をも含めて制御入力DUTが算出される。このため、特に、目標値Rがエンジン1の運転開始直後の低温側温度(600℃)から通常の高温側温度(750℃〜800℃)に切替ったときに、制御入力DUTが一時的に過剰に大きくなる(素子温度TO2が目標値Rに対してオーバーシュートを生じる)のを防止することができる。これによっても、O2センサ8の出力特性の安定性を効果的に高めることができる。 Furthermore, in this reference example, the control input component corresponding to the target value R of the element temperature T O2 (the target value R from the present to the target value prediction time Mr), that is, the optimum target value F / F component Uopfr The control input DUT is calculated including the components. For this reason, especially when the target value R is switched from the low temperature side temperature (600 ° C.) immediately after the start of operation of the engine 1 to the normal high temperature side temperature (750 ° C. to 800 ° C.), the control input DUT temporarily changes. It is possible to prevent an excessive increase (the element temperature T O2 causes an overshoot with respect to the target value R). This also effectively increases the stability of the output characteristics of the O 2 sensor 8.

さらに、排ガス温度Tgdの推定処理においては、排気ポート2からO2センサ8の配置箇所までの排気通路3を複数個の部分排気通路3a〜3dに区分けしている。そして、最上流側の部分排気通路3aの入り口としてのエンジン1の排気ポート2における排ガス温度Texgを、エンジン1の運転状態を表すパラメータとしての回転数NE及び吸気圧PBの検出値を用いて推定すると共に、各部分排気通路3a〜3dの排ガス温度Tga,Tgb,Tgc,Tgdが、それぞれの部分排気通路3a〜3dの上流側における排ガス温度Texg,Tga,Tgb,Tgcの推定値を用いて上流側のものから順番に推定される。さらにこのとき、各部分排気通路3a〜3dを形成する通路形成物(排気管6a、触媒装置4の触媒7、排気管6b)と排ガスとの間の熱伝達と、該通路形成物から大気への放熱を考慮して、排ガス温度Tga,Tgb,Tgc,Tgdが各部分排気通路3a〜3dの通路形成物の温度(排気管温度Twa,Twb,Twd及び触媒温度Twc)と共に推定される。加えて、触媒温度Twcの推定では、触媒装置4の触媒7の発熱も考慮される。この結果、各排ガス温度Texg,Tga,Tgb,Tgc,Tgdの推定値を順番に精度よく求めることができる。 Further, in the exhaust gas temperature Tgd estimation process, the exhaust passage 3 from the exhaust port 2 to the location where the O 2 sensor 8 is disposed is divided into a plurality of partial exhaust passages 3a to 3d. Then, the exhaust gas temperature Texg at the exhaust port 2 of the engine 1 as the entrance of the partial exhaust passage 3a on the most upstream side is estimated using the detected values of the rotational speed NE and the intake pressure PB as parameters representing the operating state of the engine 1. In addition, the exhaust gas temperatures Tga, Tgb, Tgc, and Tgd of the partial exhaust passages 3a to 3d are upstream using the estimated values of the exhaust gas temperatures Texg, Tga, Tgb, and Tgc on the upstream side of the partial exhaust passages 3a to 3d. Estimated in order from the side. Further, at this time, heat transfer between the passage formation (exhaust pipe 6a, catalyst 7 of the catalyst device 4 and exhaust pipe 6b) forming the partial exhaust passages 3a to 3d and the exhaust gas, and from the passage formation to the atmosphere. The exhaust gas temperatures Tga, Tgb, Tgc, and Tgd are estimated together with the temperatures of the passages formed in the partial exhaust passages 3a to 3d (exhaust pipe temperatures Twa, Twb, Twd, and catalyst temperature Twc). In addition, in the estimation of the catalyst temperature Twc, the heat generation of the catalyst 7 of the catalyst device 4 is also taken into consideration. As a result, the estimated values of the exhaust gas temperatures Texg, Tga, Tgb, Tgc, and Tgd can be obtained in order and with high accuracy.

そしてこのように、各排ガス温度Texg,Tga,Tgb,Tgc,Tgdの推定値、特に、O2センサ8の配置箇所近傍での排ガス温度Tgdを精度よく推定できることから、この排ガス温度Tgdの推定値に応じた前記最適外乱F/F成分Uopfdは、該排ガス温度Tgdの変動に伴う素子温度TO2の変動を補償する上で好適なものとなる。その結果、素子温度TO2の目標値Rへの制御を良好に行うことができる。 Thus, the estimated values of the exhaust gas temperatures Texg, Tga, Tgb, Tgc, Tgd, particularly the exhaust gas temperature Tgd in the vicinity of the location where the O 2 sensor 8 is arranged can be accurately estimated. The optimum disturbance F / F component Uopfd corresponding to the above is suitable for compensating for the variation of the element temperature T O2 due to the variation of the exhaust gas temperature Tgd. As a result, it is possible to satisfactorily control the element temperature T O2 to the target value R.

尚、本参考例では、排気ポート2からO2センサ8の配置箇所までの排気通路3を4個の部分排気通路3a〜3dに区分けしたが、その区分けの個数は必ずしも4個である必要はなく、排気系の長さやレイアウト、要求される推定値の精度、演算負荷等に応じて、適宜設定すればよい。例えば、排気管6aの部分の排気通路3を3個以上に区分けしたり、触媒装置4の部分の排気通路3を2個以上に区分けするようにしてもよい。 In this reference example, the exhaust passage 3 from the exhaust port 2 to the location where the O 2 sensor 8 is disposed is divided into four partial exhaust passages 3a to 3d, but the number of divisions is not necessarily four. However, it may be set as appropriate according to the length and layout of the exhaust system, the accuracy of the required estimated value, the calculation load, and the like. For example, the exhaust passage 3 in the portion of the exhaust pipe 6a may be divided into three or more, or the exhaust passage 3 in the portion of the catalyst device 4 may be divided into two or more.

また、本参考例では、排ガス温度Texg,Tga,Tgb,Tgc,Tgd、排気管温度Twa,Twb,Twd、触媒温度Twc、素子温度TO2、ヒータ温度Thtの推定値の初期値として、エンジン1の運転開始時に検出した大気温度TAを用いるようにしたが、それらの初期値としてエンジン1の運転開始時の機関温度等を用いてもよく、あるいは、大気温度TAと機関温度とに応じて該初期値を設定するようにしてもよい。また、エンジン1の通常始動時は、大気温度を用い、エンジン1の運転停止後まもなくの再始動時には機関温度等を用いるというように、初期値を設定するようにしてもよい。このことは、後述する他の参考例及び実施形態でも同様である。 In this reference example, the engine 1 is used as an initial value of the estimated values of the exhaust gas temperatures Texg, Tga, Tgb, Tgc, Tgd, exhaust pipe temperatures Twa, Twb, Twd, catalyst temperature Twc, element temperature T O2 , and heater temperature Tht. However, the engine temperature at the start of operation of the engine 1 or the like may be used as the initial value, or depending on the atmospheric temperature TA and the engine temperature, the atmospheric temperature TA detected at the start of the operation may be used. An initial value may be set. Further, the initial value may be set such that the atmospheric temperature is used when the engine 1 is normally started, and the engine temperature is used when the engine 1 is restarted soon after the operation is stopped. The same applies to other reference examples and embodiments described later.

次に、本発明の第1実施形態を図12及び図13を参照して説明する。尚、本実施形態を含めて、後述する他の実施形態は、前記参考例と一部の構成もしくは機能のみが相違するものであるので、同一構成部分もしくは同一機能部分については、参考例のものと同一の参照符号を用いて詳細な説明を省略する。   Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, since other embodiments to be described later including this embodiment are different from the above-described reference example only in a part of the configuration or function, the same configuration part or the same function part is that of the reference example. Detailed description will be omitted using the same reference numerals.

本実施形態では、図12に示すように、排気通路3の排気管6aの中間部に、排ガスの温度Txを検出する排ガス温度センサ29が装着され、この排ガス温度センサ29による排ガス温度Txの検出値が、O2センサ8の配置箇所近傍での排ガス温度Tgdの推定処理のために、コントロールユニット10のセンサ温度制御手段12(より詳しくは排気温オブザーバ19)に与えられるようになっている。尚、この排ガス温度センサ29は、O2センサ8の素子温度TO2の制御処理に専用的なものである必要はなく、素子温度TO2の制御とは別の目的(例えば空燃比のリッチ化に伴う触媒保護のための排ガス温度制御等の目的)で備えられた既存のものであってもよい。 In the present embodiment, as shown in FIG. 12, an exhaust gas temperature sensor 29 for detecting the exhaust gas temperature Tx is attached to an intermediate portion of the exhaust pipe 6 a of the exhaust passage 3, and the exhaust gas temperature sensor 29 detects the exhaust gas temperature Tx. The value is given to the sensor temperature control means 12 (more specifically, the exhaust gas temperature observer 19) of the control unit 10 for the process of estimating the exhaust gas temperature Tgd in the vicinity of the location where the O 2 sensor 8 is disposed. The exhaust gas temperature sensor 29 does not have to be dedicated to the control process of the element temperature T O2 of the O 2 sensor 8, and has a purpose other than the control of the element temperature T O2 (for example, enrichment of the air-fuel ratio). For example, it may be an existing one provided for the purpose of controlling exhaust gas temperature for catalyst protection.

本実施形態では、センサ温度制御手段12の排気温オブザーバ19は、この排ガス温度センサ29による排ガス温度Txの検出値を用いて、以下に説明するようにO2センサ8の配置箇所近傍での排ガス温度Tgdを推定するようにしている。 In the present embodiment, the exhaust gas temperature observer 19 of the sensor temperature control means 12 uses the detected value of the exhaust gas temperature Tx by the exhaust gas temperature sensor 29, and the exhaust gas near the location where the O 2 sensor 8 is disposed as described below. The temperature Tgd is estimated.

すなわち、本実施形態では、排ガス温度センサ29の配置箇所からO2センサ8の配置箇所までの排気通路3が3個の部分排気通路3b〜3dに区分けされている。部分排気通路3c,3dは、前記参考例のものと同一であり、部分排気通路3bは、前記参考例のものと同一であるか、もしくは長さのみが相違するものである。そして、これらの3個の部分排気通路3b〜3dに対応して、排気温オブザーバ19のアルゴリズムは、図13に示すように、前記式(6−1),(6−2)のモデル式により表されるCAT前排気系熱モデル26と、前記式(8−1),(8−2)のモデル式により表されるCAT部排気系熱モデル27、前記式(9−1),(9−2)のモデル式により表されるCAT後排気系熱モデル28とから構成されている。 That is, in the present embodiment, the exhaust passage 3 from the place where the exhaust gas temperature sensor 29 is arranged to the place where the O 2 sensor 8 is arranged is divided into three partial exhaust passages 3b to 3d. The partial exhaust passages 3c and 3d are the same as those in the reference example, and the partial exhaust passages 3b are the same as those in the reference example, or only differ in length. Corresponding to these three partial exhaust passages 3b to 3d, the algorithm of the exhaust temperature observer 19 is expressed by the above-described equations (6-1) and (6-2) as shown in FIG. The CAT pre-exhaust system thermal model 26 represented, the CAT part exhaust system thermal model 27 represented by the model expressions of the equations (8-1) and (8-2), and the equations (9-1) and (9 -2) and a post-CAT exhaust system heat model 28 represented by the model formula.

この場合、前記図6のブロック図と比較して明らかなように、本実施形態における排気系オブザーバ19のアルゴリズムでは、前記参考例のものの排気ポート熱モデル24及びCAT前排気系熱モデル25は備えられていない。そして、本実施形態では、CAT前排気系熱モデル26には、前記排ガス温度センサ29による排ガス温度の検出値Txが前記式(6−1)の演算に用いる“Tga”の値として与えられるようになっており、この点でのみ、前記参考例のものの排気温オブザーバ19のアルゴリズムと相違している。つまり、本実施形態では、CAT前排気系熱モデル26は、式(6−1)の“Tga”の値として、排ガス温度センサ29による排ガス温度の検出値Tx(最新値)を用いて、部分排気通路3bの下流端での排ガス温度Tgbの推定値を逐次求めるようにしている。   In this case, as is apparent from comparison with the block diagram of FIG. 6, the algorithm of the exhaust system observer 19 in this embodiment includes the exhaust port thermal model 24 and the pre-CAT exhaust system thermal model 25 of the reference example. It is not done. In the present embodiment, the pre-CAT exhaust system thermal model 26 is provided with the detected value Tx of the exhaust gas temperature by the exhaust gas temperature sensor 29 as the value of “Tga” used for the calculation of the equation (6-1). This is the only difference from the algorithm of the exhaust temperature observer 19 of the reference example. That is, in the present embodiment, the pre-CAT exhaust system thermal model 26 uses the detected value Tx (latest value) of the exhaust gas temperature by the exhaust gas temperature sensor 29 as the value of “Tga” in Equation (6-1), The estimated value of the exhaust gas temperature Tgb at the downstream end of the exhaust passage 3b is sequentially obtained.

以上説明した以外のセンサ温度制御手段12の処理は、前記参考例のものと同一である。かかる本実施形態においては、O2センサ8の配置箇所近傍での排ガス温度Tgdを推定するために、排ガス温度センサ29による排ガス温度の検出値Txを用いる点でのみ、前記参考例と相違するものである。そして、本実施形態においても、O2センサ8の配置箇所近傍での排ガス温度Tgdを適正に精度よく推定することができる。従って、前記参考例と同様の効果を奏することができる。 The processing of the sensor temperature control means 12 other than that described above is the same as that of the reference example. This embodiment differs from the above reference example only in that the detected value Tx of the exhaust gas temperature by the exhaust gas temperature sensor 29 is used to estimate the exhaust gas temperature Tgd in the vicinity of the location where the O 2 sensor 8 is disposed. It is. Also in the present embodiment, the exhaust gas temperature Tgd in the vicinity of the location where the O 2 sensor 8 is arranged can be estimated appropriately and accurately. Therefore, the same effect as the reference example can be obtained.

尚、前記第1実施形態では、排ガス温度センサ29を排気管6aの中間部に備えた場合について説明したが、該排ガス温度センサ29は、他の箇所に備えられていてもよい。例えば、図14(a)に示すように、エンジン1の排気ポート2の近傍箇所の排ガス温度Txを検出する排ガス温度センサ29が備えられている場合(第2実施形態)には、図6の排気ポート熱モデル24を省略すると共に、その排ガス温度センサ29による排ガス温度Txの検出値(最新値)を、前記式(5−1)の演算に用いる“Texg”の値として、CAT前排気系熱モデル25に与えるようにする。これにより、O2センサ8の配置箇所近傍での排ガス温度Tgdを推定できる。 In addition, although the said 1st Embodiment demonstrated the case where the exhaust gas temperature sensor 29 was provided in the intermediate part of the exhaust pipe 6a, this exhaust gas temperature sensor 29 may be provided in another location. For example, as shown in FIG. 14A, when an exhaust gas temperature sensor 29 for detecting an exhaust gas temperature Tx in the vicinity of the exhaust port 2 of the engine 1 is provided (second embodiment), FIG. The exhaust port heat model 24 is omitted, and the detected value (latest value) of the exhaust gas temperature Tx by the exhaust gas temperature sensor 29 is used as the value of “Texg” used in the calculation of the above equation (5-1). The heat model 25 is given. Thereby, the exhaust gas temperature Tgd in the vicinity of the location where the O 2 sensor 8 is disposed can be estimated.

また、例えば、図14(b)に示すように、触媒装置4の入り口近傍の排ガス温度Txを検出する排ガス温度センサ29が備えられている場合(第3実施形態)には、図6の排気ポート熱モデル24並びにCAT前排気系熱モデル25,26を省略すると共に、その排ガス温度センサ29による排ガス温度Txの検出値(最新値)を、前記式(8−1)の演算に用いる“Tgb”の値として、CAT部排気系熱モデル27に与えるようにする。これにより、O2センサ8の配置箇所近傍での排ガス温度Tgdを推定できる。 Further, for example, as shown in FIG. 14B, when the exhaust gas temperature sensor 29 for detecting the exhaust gas temperature Tx in the vicinity of the entrance of the catalyst device 4 is provided (third embodiment), the exhaust gas shown in FIG. The port heat model 24 and the pre-CAT exhaust system heat models 25 and 26 are omitted, and the detected value (latest value) of the exhaust gas temperature Tx by the exhaust gas temperature sensor 29 is used for the calculation of the equation (8-1) “Tgb Is given to the CAT part exhaust system thermal model 27 as a value of "". Thereby, the exhaust gas temperature Tgd in the vicinity of the location where the O 2 sensor 8 is disposed can be estimated.

さらに、例えば、図14(c)に示すように、触媒装置4の出口近傍の排ガス温度Txを検出する排ガス温度センサ29が備えられている場合(第4実施形態)には、図6の排気ポート熱モデル24並びにCAT前排気系熱モデル25,26、CAT部排気系熱モデル27を省略すると共に、その排ガス温度センサ29による排ガス温度Txの検出値(最新値)を、前記式(9−1)の演算に用いる“Tgc”の値として、CAT後排気系熱モデル28に与えるようにする。これにより、O2センサ8の配置箇所近傍での排ガス温度Tgdを推定できる。 Further, for example, as shown in FIG. 14C, when an exhaust gas temperature sensor 29 for detecting an exhaust gas temperature Tx in the vicinity of the outlet of the catalyst device 4 is provided (fourth embodiment), the exhaust gas shown in FIG. The port heat model 24, the pre-CAT exhaust system heat models 25 and 26, and the CAT part exhaust system heat model 27 are omitted, and the detected value (latest value) of the exhaust gas temperature Tx by the exhaust gas temperature sensor 29 is expressed by the above equation (9− As the value of “Tgc” used in the calculation of 1), it is given to the exhaust system heat model 28 after CAT. Thereby, the exhaust gas temperature Tgd in the vicinity of the location where the O 2 sensor 8 is disposed can be estimated.

上記第2〜第4実施形態のいずれの場合においても、センサ温度制御手段12の他の処理(排ガス温度Tgdを推定する処理以外の処理)は前記参考例のものと同一でよい。   In any case of the second to fourth embodiments, other processes of the sensor temperature control means 12 (processes other than the process of estimating the exhaust gas temperature Tgd) may be the same as those in the reference example.

尚、本明細書での詳細な説明は省略するが、排ガス温度センサをO2センサ8よりも下流側に備えた場合であっても、その排ガス温度センサによる排ガス温度の検出値を用いてO2センサ8の配置箇所近傍での排ガス温度を推定するようにすることも可能である。すなわち、前記式(4−1)から判るように、排気通路の位置z(排ガスの流れ方向の位置)における排ガス温度Tg(z)を検出して把握するようにすれば、逆算的に、位置zよりも上流側の位置z−Δzにおける排ガス温度Tg(z-Δz)を推定することが可能である。従って、O2センサ8の下流側に備えた排ガス温度センサによる排ガス温度の検出値を用いて、O2センサ8の配置箇所近傍での排ガス温度を推定することができる。 Although detailed description in the present specification is omitted, even if the exhaust gas temperature sensor is provided on the downstream side of the O 2 sensor 8, the detected value of the exhaust gas temperature by the exhaust gas temperature sensor is used. It is also possible to estimate the exhaust gas temperature in the vicinity of the location where the two sensors 8 are arranged. That is, as can be seen from the equation (4-1), if the exhaust gas temperature Tg (z) at the exhaust passage position z (exhaust gas flow direction position) is detected and grasped, the position is calculated in reverse. It is possible to estimate the exhaust gas temperature Tg (z-Δz) at a position z-Δz upstream of z. Therefore, it is possible to use the detection value of the exhaust gas temperature by the exhaust gas temperature sensor provided downstream of the O 2 sensor 8, estimates the exhaust gas temperature in the vicinity of the location of the O 2 sensor 8.

また、以上説明した各実施形態では、最適予見制御のアルゴリズムによりO2センサ8の素子部10の温度を目標値Rに制御するようにしたが、その他の制御アルゴリズム(例えば通常的なPI制御もしくはPID制御に、排ガス温度Tgdに応じたフィードフォワード成分を含めて制御入力DUTを生成するようなアルゴリズム)により制御入力DUTを生成するようにしてもよい。 Further, in each of the embodiments described above, the temperature of the element unit 10 of the O 2 sensor 8 is controlled to the target value R by the optimal predictive control algorithm, but other control algorithms (for example, normal PI control or The control input DUT may be generated by an algorithm that generates a control input DUT including a feedforward component corresponding to the exhaust gas temperature Tgd in the PID control.

また、前記各実施形態では、O2センサ8の素子温度TO2と、ヒータ温度Thtを推定するようにしたが、それらの両者を温度センサにより直接的に検出するようにしてもよい。あるいは、いずれか一方を温度センサにより直接的に検出し、その検出値を用いて他方を推定するようにしてもよい。 In each of the above embodiments, the element temperature T O2 of the O 2 sensor 8 and the heater temperature Tht are estimated, but both of them may be detected directly by the temperature sensor. Alternatively, either one may be directly detected by a temperature sensor and the other may be estimated using the detected value.

また、前記各実施形態では、O2センサ8の素子温度TO2を制御する場合を例にとって説明したが、O2センサ8以外の排ガスセンサ(例えば、前記広域空燃比センサ9や、排ガスの水分含有量に応じた出力を発生する湿度センサ等)についても本発明を適用することができることはもちろんである。この場合、排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガス温度を推定するためのアルゴリズムは、該排ガスセンサの配置箇所等によって、適宜構築すればよい。例えば、排ガスセンサが、図1R>1の排気管6aの中間部に配置されているような場合には、前記式(1)並びに式(5−1),(5−2)の熱モデルにより、排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガス温度を推定することができる。 In each of the above embodiments, the case where the element temperature T O2 of the O 2 sensor 8 is controlled has been described as an example. However, an exhaust gas sensor other than the O 2 sensor 8 (for example, the wide-area air-fuel ratio sensor 9 or the moisture of the exhaust gas). It goes without saying that the present invention can also be applied to a humidity sensor or the like that generates an output corresponding to the content. In this case, an algorithm for estimating the exhaust gas temperature in the vicinity of the location of the exhaust gas sensor may be appropriately constructed depending on the location of the exhaust gas sensor. For example, when the exhaust gas sensor is arranged in the middle of the exhaust pipe 6a in FIG. 1R> 1, the thermal model of the above formula (1) and formulas (5-1) and (5-2) is used. The exhaust gas temperature in the vicinity of the location where the exhaust gas sensor is disposed can be estimated.

尚、ここで、内燃機関としては、通常のポート噴射式内燃機関、筒内直接噴射型火花点火式内燃機関、ディーゼル機関等、さらには船外機用の内燃機関等についても本発明を適用可能であることは言うまでも無い。   Here, as the internal combustion engine, the present invention can be applied to a normal port injection internal combustion engine, an in-cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine, a diesel engine, and an internal combustion engine for an outboard motor. Needless to say.

本発明の実施形態に関連した参考例の装置の全体構成を示すブロック図。The block diagram which shows the whole structure of the apparatus of the reference example relevant to embodiment of this invention. 図1の装置に備えたO2センサ(排ガスセンサ)の構造を示す断面図。Sectional view showing the structure of the O 2 sensor (exhaust gas sensor) provided in the apparatus of FIG 1. 図2のO2センサの出力特性を示すグラフ。Graph showing the output characteristic of the O 2 sensor in FIG. 図1の装置に備えたセンサ温度制御手段の機能的構成を示すブロック図。The block diagram which shows the functional structure of the sensor temperature control means with which the apparatus of FIG. 1 was equipped. 図5のセンサ温度制御手段に備えた排気温オブザーバの処理を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the process of the exhaust temperature observer with which the sensor temperature control means of FIG. 5 was equipped. 図5のセンサ温度制御手段に備えた排気温オブザーバの機能的構成を示すブロック図。The block diagram which shows the functional structure of the exhaust temperature observer with which the sensor temperature control means of FIG. 5 was equipped. 図5のセンサ温度制御手段に備えたヒータコントローラの機能的構成を示すブロック図。The block diagram which shows the functional structure of the heater controller with which the sensor temperature control means of FIG. 5 was equipped. 図1の装置に備えたセンサ温度制御手段の全体的処理を示すフローチャート。The flowchart which shows the whole process of the sensor temperature control means with which the apparatus of FIG. 1 was equipped. 図8のフローチャートのサブルーチン処理を示すフローチャート。9 is a flowchart showing subroutine processing of the flowchart of FIG. 図8のフローチャートのサブルーチン処理を示すフローチャート。9 is a flowchart showing subroutine processing of the flowchart of FIG. 図8のフローチャートのサブルーチン処理を示すフローチャート。9 is a flowchart showing subroutine processing of the flowchart of FIG. 本発明の第1実施形態の装置の全体構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing the overall configuration of an apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図12の装置のセンサ温度制御手段に備えた排気温オブザーバの機能的構成を示すブロック図。The block diagram which shows the functional structure of the exhaust temperature observer with which the sensor temperature control means of the apparatus of FIG. 12 was equipped. (a)本発明の第2実施形態の装置の要部構成を示すブロック図。(A) The block diagram which shows the principal part structure of the apparatus of 2nd Embodiment of this invention.

(b)本発明の第3実施形態の装置の要部構成を示すブロック図。   (B) The block diagram which shows the principal part structure of the apparatus of 3rd Embodiment of this invention.

(c)本発明の第4実施形態の装置の要部構成を示すブロック図。   (C) The block diagram which shows the principal part structure of the apparatus of 4th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…エンジン(内燃機関)、2…排気ポート、3…排気通路、3a〜3d…部分排気通路、6a,6b…排気管(通路形成物)、7…触媒(通路形成物)、8…O2センサ(排ガスセンサ)、10…素子部、13…ヒータ、19…排気温オブザーバ(排ガス温度推定手段)、22…ヒータコントローラ(ヒータ制御手段)、29…排ガス温度センサ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine (internal combustion engine), 2 ... Exhaust port, 3 ... Exhaust passage, 3a-3d ... Partial exhaust passage, 6a, 6b ... Exhaust pipe (passage formation), 7 ... Catalyst (passage formation), 8 ... O 2 sensors (exhaust gas sensors), 10 elements, 13 heaters, 19 exhaust gas temperature observers (exhaust gas temperature estimating means), 22 heater controllers (heater control means), 29 exhaust gas temperature sensors.

Claims (21)

内燃機関の排気通路に配置され、該排気通路を流れる排ガスに接触する素子部と該素子部を加熱するヒータとを有する排ガスセンサの温度制御装置であって、
前記排気通路を流れる排ガスの温度を検出すべく、前記排ガスセンサから該排気通路における排ガスの流れ方向で離間した箇所に配置された排ガス温度センサと、
少なくとも前記排ガス温度センサによる排ガスの温度の検出値と、該排ガスの流速を表すデータとを用いて、該排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度を逐次推定する排ガス温度推定手段と、
前記排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度の推定値を用いて、該排ガスセンサの素子部の温度が所定の目標温度になるように前記ヒータを制御するヒータ制御手段とを備えたことを特徴とする排ガスセンサの温度制御装置。
A temperature control device for an exhaust gas sensor, which is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine and has an element portion that contacts exhaust gas flowing through the exhaust passage and a heater that heats the element portion,
In order to detect the temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust passage, an exhaust gas temperature sensor disposed at a location separated from the exhaust gas sensor in the exhaust gas flow direction in the exhaust passage;
Exhaust gas temperature estimation means for sequentially estimating the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the location of the exhaust gas sensor using at least the detected value of the exhaust gas temperature by the exhaust gas temperature sensor and data representing the flow rate of the exhaust gas;
A heater control means for controlling the heater so that the temperature of the element portion of the exhaust gas sensor becomes a predetermined target temperature by using an estimated value of the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the location of the exhaust gas sensor. An exhaust gas sensor temperature control device.
前記排ガス温度推定手段は、前記排ガス温度センサの配置箇所近傍から前記排ガスセンサの配置箇所近傍までの排気通路を排ガスの流れ方向に沿って複数の部分排気通路にあらかじめ区分けしておき、その複数の部分排気通路のうち、前記排ガス温度センサに最も近い部分排気通路の排ガス温度を少なくとも該排ガス温度センサによる排ガスの温度の検出値と排ガスの流速を表すデータとを用いて推定すると共に、その排ガス温度センサに最も近い部分排気通路以外の各部分排気通路の排ガスの温度を少なくとも該部分排気通路に排ガス温度センサ側で隣接する部分排気通路の排ガスの温度の推定値と排ガスの流速を表すデータとを用いて推定し、前記排ガスセンサに最も近い部分排気通路の排ガスの温度の推定値を該排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度の推定値として得ることを特徴とする請求項1記載の排ガスセンサの温度制御装置。   The exhaust gas temperature estimating means divides the exhaust passage from the vicinity of the exhaust gas temperature sensor to the vicinity of the exhaust gas sensor into a plurality of partial exhaust passages along the flow direction of the exhaust gas. Among the partial exhaust passages, the exhaust gas temperature of the partial exhaust passage closest to the exhaust gas temperature sensor is estimated using at least the detected value of the exhaust gas temperature by the exhaust gas temperature sensor and data representing the flow rate of the exhaust gas, and the exhaust gas temperature Exhaust gas temperature in each partial exhaust passage other than the partial exhaust passage closest to the sensor, at least an estimated value of the exhaust gas temperature in the partial exhaust passage adjacent to the partial exhaust passage on the exhaust gas temperature sensor side, and data representing the exhaust gas flow rate Estimated value of the temperature of the exhaust gas in the partial exhaust passage closest to the exhaust gas sensor. Temperature control of the exhaust gas sensor according to claim 1, wherein the obtaining the estimated value of the temperature of the exhaust gas in the vicinity. 前記排ガス温度推定手段は、少なくとも前記排ガスセンサの配置箇所近傍での排気通路を形成する通路形成物と該通路形成物内を流れる排ガスとの間の熱伝達を考慮して構築された推定アルゴリズムにより前記排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度を推定することを特徴とする請求項1又は2記載の排ガスセンサの温度制御装置。   The exhaust gas temperature estimation means is based on an estimation algorithm constructed in consideration of heat transfer between a passage formation forming an exhaust passage in the vicinity of the location where the exhaust gas sensor is disposed and exhaust gas flowing in the passage formation. The exhaust gas sensor temperature control apparatus according to claim 1 or 2, wherein the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the location of the exhaust gas sensor is estimated. 前記排ガス温度推定手段は、前記排ガスセンサの配置箇所近傍から前記排ガス温度センサの配置箇所近傍までの排気通路を形成する通路形成物と該通路形成物内を流れる排ガスとの間の熱伝達を考慮して構築された推定アルゴリズムにより前記排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度を推定することを特徴とする請求項1又は2記載の排ガスセンサの温度制御装置。   The exhaust gas temperature estimation means considers heat transfer between a passage formation that forms an exhaust passage from the vicinity of the exhaust gas sensor to a vicinity of the exhaust gas temperature sensor and the exhaust gas flowing through the passage formation. The exhaust gas sensor temperature control apparatus according to claim 1, wherein the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the location of the exhaust gas sensor is estimated by an estimation algorithm constructed as described above. 前記排ガス温度推定手段は、前記各部分排気通路を形成する通路形成物と該通路形成物内を流れる排ガスとの間の熱伝達を考慮して構築された推定アルゴリズムにより各部分排気通路の排ガスの温度を推定することを特徴とする請求項2記載の排ガスセンサの温度制御装置。   The exhaust gas temperature estimation means uses an estimation algorithm constructed in consideration of heat transfer between the passage formation forming the partial exhaust passage and the exhaust gas flowing through the passage formation. The temperature control device for an exhaust gas sensor according to claim 2, wherein the temperature is estimated. 前記排ガス温度推定手段は、少なくとも前記排ガスセンサの配置箇所近傍での排気通路を形成する通路形成物からその外部の大気への放熱を考慮して構築された推定アルゴリズムにより前記排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度を推定することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の排ガスセンサの温度制御装置。   The exhaust gas temperature estimating means is provided in the vicinity of the location of the exhaust gas sensor by an estimation algorithm constructed in consideration of heat radiation from the passage formation forming the exhaust passage in the vicinity of the location of the exhaust gas sensor to the outside atmosphere. The temperature control device for an exhaust gas sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the temperature of the exhaust gas is estimated. 前記排ガス温度推定手段は、前記排ガスセンサの配置箇所近傍から前記排ガス温度センサの配置箇所近傍までの排気通路を形成する通路形成物からその外部の大気への放熱を考慮して構築された推定アルゴリズムにより前記排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度を推定することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の排ガスセンサの温度制御装置。   The exhaust gas temperature estimation means is an estimation algorithm constructed in consideration of heat radiation from a passage formation forming an exhaust passage from the vicinity of the exhaust gas temperature sensor to the vicinity of the exhaust gas temperature sensor to the outside atmosphere. The temperature control device for an exhaust gas sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the location where the exhaust gas sensor is disposed is estimated. 前記排ガス温度推定手段は、前記各部分排気通路を形成する通路形成物からその外部の大気への放熱を考慮して構築された推定アルゴリズムにより前記排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度を推定することを特徴とする請求項2又は5記載の排ガスセンサの温度制御装置。   The exhaust gas temperature estimation means estimates the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the location of the exhaust gas sensor by an estimation algorithm constructed in consideration of heat radiation from the passage formation forming the partial exhaust passage to the outside atmosphere. The temperature control device for an exhaust gas sensor according to claim 2 or 5. 前記排ガスセンサの配置箇所近傍から前記排ガス温度センサの配置箇所近傍までの排気通路には、排ガス浄化用の触媒が該排気通路の一部分を形成する通路形成物として含まれており、前記排ガス温度推定手段は、該触媒の発熱を考慮して構築された推定アルゴリズムにより前記排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度を推定することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の排ガスセンサの温度制御装置。   The exhaust passage from the vicinity of the exhaust gas sensor arrangement location to the vicinity of the exhaust gas temperature sensor arrangement location contains a catalyst for exhaust gas purification as a passage formation that forms part of the exhaust passage, and the exhaust gas temperature estimation 9. The apparatus according to claim 1, wherein the means estimates the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the location where the exhaust gas sensor is arranged by an estimation algorithm constructed in consideration of heat generation of the catalyst. Exhaust gas sensor temperature control device. 前記複数の部分排気通路のうちの少なくとも1つは、該部分排気通路を形成する通路形成物としての排ガス浄化用の触媒を含んでおり、前記排ガス温度推定手段は、該触媒を含む部分排気通路の排ガスの温度を、該触媒の発熱を考慮して構築された推定アルゴリズムにより推定することを特徴とする請求項2、5、8のいずれか1項に記載の排ガスセンサの温度制御装置。   At least one of the plurality of partial exhaust passages includes an exhaust gas purifying catalyst as a passage formation forming the partial exhaust passage, and the exhaust gas temperature estimating means includes the partial exhaust passage including the catalyst. The exhaust gas sensor temperature control apparatus according to any one of claims 2, 5, and 8, wherein the temperature of the exhaust gas is estimated by an estimation algorithm constructed in consideration of heat generation of the catalyst. 前記排ガス温度推定手段は、少なくとも前記排ガスセンサの配置箇所近傍での排気通路を形成する通路形成物の温度を表すデータを逐次取得しつつ、その通路形成物の温度を表すデータを用いて前記排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度を推定することを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の排ガスセンサの温度制御装置。   The exhaust gas temperature estimating means sequentially acquires data representing the temperature of a passage formation forming an exhaust passage at least in the vicinity of the location where the exhaust gas sensor is disposed, and uses the data representing the temperature of the passage formation to obtain the exhaust gas. The exhaust gas sensor temperature control device according to any one of claims 1 to 10, wherein the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the sensor location is estimated. 前記排ガス温度推定手段は、前記各部分排気通路を形成する通路形成物の温度を表すデータを逐次取得しつつ、各部分排気通路を形成する通路形成物の温度を表すデータを用いて該部分排気通路での排ガスの温度を推定することを特徴とする請求項2記載の排ガスセンサの温度制御装置。   The exhaust gas temperature estimating means sequentially acquires data representing the temperature of the passage formation forming the partial exhaust passages, while using the data representing the temperature of the passage formation forming the partial exhaust passages. 3. The exhaust gas sensor temperature control apparatus according to claim 2, wherein the temperature of the exhaust gas in the passage is estimated. 前記排ガス温度推定手段は、少なくとも、前記排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの所定時間当たりの温度変化量を、該排ガスセンサの配置箇所近傍における排ガスの流れ方向での温度勾配と排ガスの流速とに応じた温度変化成分と、該排ガスセンサの配置箇所近傍における排ガスの温度と前記通路形成物の温度との偏差に応じた温度変化成分との総和として表現してなる熱モデルに基づき排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度変化量を逐次求め、その求めた温度変化量を前記内燃機関の運転開始時に設定した初期値に累積加算することにより、前記排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度を推定することを特徴とする請求項11記載の排ガスセンサの温度制御装置。   The exhaust gas temperature estimating means includes at least a temperature change amount per predetermined time of the exhaust gas in the vicinity of the location where the exhaust gas sensor is disposed, a temperature gradient in the flow direction of the exhaust gas in the vicinity of the location where the exhaust gas sensor is disposed, and a flow rate of the exhaust gas. Of the exhaust gas sensor based on a thermal model expressed as the sum of the temperature change component according to the temperature difference and the temperature change component according to the deviation between the temperature of the exhaust gas near the location where the exhaust gas sensor is located and the temperature of the passage formation. The exhaust gas temperature change amount in the vicinity of the exhaust gas sensor is sequentially obtained, and the obtained temperature change amount is cumulatively added to the initial value set at the start of operation of the internal combustion engine. The temperature control apparatus for an exhaust gas sensor according to claim 11, wherein the temperature is estimated. 前記排ガス温度推定手段は、前記各部分排気通路の排ガスの所定時間当たりの温度変化量を、該部分排気通路における排ガスの流れ方向での温度勾配と排ガスの流速とに応じた温度変化成分と、該部分排気通路における排ガスの温度と該部分排気通路の通路形成物の温度との偏差に応じた温度変化成分との総和として表現してなる熱モデルに基づき各部分排気通路での排ガスの温度変化量を逐次求め、その求めた温度変化量を各部分排気通路毎に前記内燃機関の運転開始時に設定した初期値に累積加算することにより、各部分排気通路での排ガスの温度を推定することを特徴とする請求項12記載の排ガスセンサの温度制御装置。   The exhaust gas temperature estimation means includes a temperature change component according to a temperature gradient in a flow direction of the exhaust gas in the partial exhaust passage and a flow rate of the exhaust gas, and a temperature change amount per predetermined time of the exhaust gas in each partial exhaust passage. The temperature change of the exhaust gas in each partial exhaust passage based on a thermal model expressed as the sum of the temperature change component corresponding to the deviation between the temperature of the exhaust gas in the partial exhaust passage and the temperature of the passage formation in the partial exhaust passage The amount of temperature change is sequentially obtained, and the obtained temperature change amount is cumulatively added to the initial value set at the start of operation of the internal combustion engine for each partial exhaust passage, thereby estimating the temperature of the exhaust gas in each partial exhaust passage. 13. The exhaust gas sensor temperature control device according to claim 12, 前記排ガス温度推定手段は、少なくとも前記排ガスセンサの配置箇所近傍における排ガスの温度の推定値と前記通路形成物の外部の大気温度を表すデータとを用いて該通路形成物の温度を逐次推定し、該通路形成物の温度の推定値を該通路形成物の温度を表す前記データとして用いることを特徴とする請求項11又は13記載の排ガスセンサの温度制御装置。   The exhaust gas temperature estimating means sequentially estimates the temperature of the passage formation using at least the estimated value of the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the location where the exhaust gas sensor is located and the data representing the atmospheric temperature outside the passage formation, The exhaust gas sensor temperature control device according to claim 11 or 13, wherein an estimated value of the temperature of the passage formation is used as the data representing the temperature of the passage formation. 前記排ガス温度推定手段は、少なくとも前記各部分排気通路の排ガスの温度の推定値と該部分排気通路を形成する通路形成物の外部の大気温度を表すデータとを用いて各部分排気通路を形成する通路形成物の温度を逐次推定し、その各部分排気通路を形成する通路形成物の温度の推定値を該通路形成物の温度を表す前記データとして用いることを特徴とする請求項12又は14記載の排ガスセンサの温度制御装置。   The exhaust gas temperature estimation means forms each partial exhaust passage by using at least an estimated value of the exhaust gas temperature of each partial exhaust passage and data representing the atmospheric temperature outside the passage formation forming the partial exhaust passage. 15. The temperature of the passage formation is sequentially estimated, and the estimated value of the temperature of the passage formation forming each partial exhaust passage is used as the data representing the temperature of the passage formation. Exhaust gas sensor temperature control device. 前記排ガス温度推定手段は、前記通路形成物の所定時間当たりの温度変化量が、少なくとも前記排ガスセンサの配置箇所近傍での排ガスの温度と前記通路形成物の温度との偏差に応じた温度変化成分と、該通路形成物の温度と大気温度との偏差に応じた温度変化成分とを含むとして表現してなる熱モデルに基づき、該通路形成物の温度変化量を逐次推定し、その温度変化量の推定値を前記内燃機関の運転開始時に設定した初期値に累積加算することにより該通路形成物の温度を推定することを特徴とする請求項15記載の排ガスセンサの温度制御装置。   The exhaust gas temperature estimation means has a temperature change component according to a deviation between at least the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the location of the exhaust gas sensor and the temperature of the channel formation, so that the temperature change amount per predetermined time of the passage formation is And the temperature change amount of the passage formation based on a thermal model expressed as including a temperature change component corresponding to a deviation between the temperature of the passage formation and the atmospheric temperature, and the temperature change amount The exhaust gas sensor temperature control device according to claim 15, wherein the temperature of the passage formation is estimated by cumulatively adding the estimated value of the passage to an initial value set at the start of operation of the internal combustion engine. 前記排ガス温度推定手段は、前記各部分排気通路を形成する通路形成物の所定時間当たりの温度変化量が、少なくとも該部分排気通路における排ガスの温度と該部分排気通路を形成する通路形成物の温度との偏差に応じた温度変化成分と、該通路形成物の温度と大気温度との偏差に応じた温度変化成分とを含むとして表現してなる熱モデルに基づき、該通路形成物の温度変化量を逐次推定し、その温度変化量の推定値を各部分排気通路の通路形成物毎に前記内燃機関の運転開始時に設定した初期値に累積加算することにより各部分排気通路の通路形成物の温度を推定することを特徴とする請求項16記載の排ガスセンサの温度制御装置。   In the exhaust gas temperature estimation means, the temperature change amount per predetermined time of the passage formation forming each partial exhaust passage is at least the temperature of the exhaust gas in the partial exhaust passage and the temperature of the passage formation forming the partial exhaust passage. And the temperature change amount of the passage formation based on a thermal model expressed as including a temperature change component according to the deviation of the passage formation and a temperature change component according to the deviation between the temperature of the passage formation and the atmospheric temperature. Are sequentially estimated, and the estimated value of the temperature change amount is cumulatively added to the initial value set at the start of operation of the internal combustion engine for each partial exhaust passage passage formation, thereby the temperature of the passage formation in each partial exhaust passage. The temperature control device for an exhaust gas sensor according to claim 16, wherein 前記複数の部分排気通路のうちの少なくとも1つは、該部分排気通路を形成する通路形成物として排ガス浄化用の触媒を含んでおり、該触媒を含む部分排気通路に対応する前記熱モデルは、該部分排気通路の通路形成物の所定時間当たりの温度変化量を、該部分排気通路における排ガスの温度と該部分排気通路を形成する通路形成物の温度との偏差に応じた温度変化成分と、該通路形成物の温度と大気温度との偏差に応じた温度変化成分と、排ガスの流速とに応じた温度変化成分との総和として表現してなるモデルであることを特徴とする請求項18記載の排ガスセンサの温度制御装置。   At least one of the plurality of partial exhaust passages includes an exhaust gas purifying catalyst as a passage formation forming the partial exhaust passage, and the thermal model corresponding to the partial exhaust passage including the catalyst is: A temperature change component according to a deviation between the temperature of the exhaust gas in the partial exhaust passage and the temperature of the passage formation forming the partial exhaust passage; 19. A model expressed as a sum of a temperature change component according to a deviation between the temperature of the passage formation and the atmospheric temperature and a temperature change component according to a flow rate of exhaust gas. Exhaust gas sensor temperature control device. 前記初期値は少なくとも前記内燃機関の運転開始時における大気温度及び/又は内燃機関の機関温度に応じて設定されていることを特徴とする請求項13、14、並びに17〜19のいずれか1項に記載の排ガスセンサの温度制御装置。   The initial value is set according to at least the atmospheric temperature at the start of operation of the internal combustion engine and / or the engine temperature of the internal combustion engine, and any one of claims 13 and 14, and 17-19. The exhaust gas sensor temperature control device according to claim 1. 前記ヒータ制御手段は、前記排ガスセンサの素子部の温度を表すデータを逐次取得しつつ、前記ヒータに対する制御入力を、少なくとも該排ガスセンサの素子部の温度に応じた入力成分と、前記排ガス温度推定手段による排ガス温度の推定値に応じた制御入力成分とを加算して逐次算出し、その算出した制御入力に応じて前記ヒータを制御することを特徴とする請求項1〜20のいずれか1項に記載の排ガスセンサの温度制御装置。   The heater control means sequentially obtains data representing the temperature of the element part of the exhaust gas sensor, and inputs a control input to the heater, at least an input component corresponding to the temperature of the element part of the exhaust gas sensor, and the exhaust gas temperature estimation 21. The control input component according to the estimated value of the exhaust gas temperature by the means is added and sequentially calculated, and the heater is controlled according to the calculated control input. The exhaust gas sensor temperature control device according to claim 1.
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