JP2007278155A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水分の付着による排出ガスセンサの素子割れを防止しながら、排出ガスセンサを早期に活性化できるようにする。
【解決手段】エンジン始動後に排出ガスセンサ２０よりも上流側の排気管１９内で水分が凝縮しない排気温度状態にするようにエンジン１１の点火時期を遅角する水分凝縮防止制御を、排気系に与えられた熱量が所定値を越えるまで実行して、排出ガスセンサ２０上流側の排気管１９内で水分が凝縮することを防止する。この水分凝縮防止制御を実行した場合には、エンジン始動後に排出ガスセンサ２０のヒータによる加熱を開始する時期を水分凝縮防止制御を実行しない場合よりも早い時期（例えば始動とほぼ同時期）に設定する。これにより、水分の付着による排出ガスセンサ２０の素子割れを防止しながら、排出ガスセンサ２０を早期に活性化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気通路にヒータ付きの排出ガスセンサを配置した内燃機関の制御装置に関するものである。

近年の電子制御化された内燃機関では、排気管に排出ガスの空燃比やリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ（空燃比センサ、酸素センサ等）を配置し、この排出ガスセンサの出力に基づいて排出ガスの空燃比を目標空燃比に一致させるように燃料噴射量等をフィードバック制御するようにしている。一般に、排出ガスセンサは、センサ素子の温度が活性温度まで昇温しないと検出精度が悪いため、排出ガスセンサに内蔵したヒータでセンサ素子を加熱して排出ガスセンサの活性化を促進するようにしている。

ところで、内燃機関の排出ガスには、燃料と空気の燃焼反応によって生成された水蒸気が含まれており、内燃機関の始動直後で排気管の温度が低いときには、水蒸気を含んだ排出ガスが排気管内で冷やされるため、排気管内で排出ガス中の水蒸気が凝縮して凝縮水が生じることがある。このため、始動直後に排気管内で生じた凝縮水が排出ガスセンサのセンサ素子に付着する可能性があり、始動直後からセンサ素子をヒータで加熱すると、ヒータで加熱された高温のセンサ素子が凝縮水の付着による局所冷却（熱歪み）によって割れてしまう“素子割れ”が発生することがある。

この対策として、特許文献１（特開２００３−２６９２３１号公報）に記載されているように、内燃機関の始動後の排気流速の積算値に基づいて排気管内の水滴が排出ガスで吹き飛ばされて排出ガスセンサの被水状態が解除されたか否かを判定し、排出ガスセンサの被水状態が解除されたと判定されるまでヒータによる排出ガスセンサの加熱を禁止するようにしたものがある。
特開２００３−２６９２３１号公報（第２頁〜第３頁等）

しかし、上記特許文献１の技術では、内燃機関の始動後に排気管内の水滴が排出ガスで吹き飛ばされて排出ガスセンサの被水状態が解除された（つまり水分の付着による排出ガスセンサの素子割れが発生しない）と判定されるのを待ってからヒータによる排出ガスセンサの加熱を開始するため、排出ガスセンサの活性化が遅れてしまい、その分、空燃比フィードバック制御の開始が遅れて、排気エミッションが悪化するという問題がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、水分の付着による排出ガスセンサの素子割れを防止しながら、排出ガスセンサを早期に活性化することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の排気通路にヒータ付きの排出ガスセンサを配置した内燃機関の制御装置において、内燃機関の始動後の所定期間に少なくとも排出ガスセンサよりも上流側の排気通路内で水分が凝縮しない排気温度状態にするように内燃機関の点火時期を遅角する水分凝縮防止制御を水分凝縮防止制御手段により実行するようにしたものである。

この構成では、内燃機関の始動後の所定期間に水分凝縮防止制御を実行することで、排出ガスセンサ上流側の排気通路内で水分が凝縮しない排気温度状態（例えば、燃焼室内の火炎が排気通路まで飛び出して排出ガスセンサ上流側の排気温度が高くなる状態）にするように内燃機関の点火時期を遅角することができるため、排出ガスセンサ上流側の排気通路内で水分が凝縮することを防止できる。これにより、内燃機関の低温始動後に水分の付着による排出ガスセンサの素子割れを防止しながら、ヒータによる排出ガスセンサの加熱を従来よりも早い時期に開始することができて、排出ガスセンサを早期に活性化することができる。

ところで、内燃機関の始動後に本発明の水分凝縮防止制御を実行すると共に、排出ガス浄化用の触媒を早期に暖機するように内燃機関の点火時期を遅角する触媒早期暖機制御を実行するシステムでは、触媒早期暖機制御の実行期間と水分凝縮防止制御の実行期間とが重なる。その際、触媒早期暖機制御の点火時期遅角量よりも水分凝縮防止制御の点火時期遅角量の方が大きくなった場合に、触媒早期暖機制御の点火時期遅角量（つまり小さい方の点火時期遅角量）で点火時期遅角制御を実行したのでは、水分凝縮防止制御で要求される点火時期遅角量に対して実際の点火時期遅角量が不足して、水分凝縮防止制御の効果が十分に得られなくなってしまう。

そこで、請求項２のように、水分凝縮防止制御の点火時期遅角量と触媒早期暖機制御の点火時期遅角量のうちの大きい方の点火時期遅角量を選択して点火時期遅角制御を実行するようにしても良い。このようにすれば、水分凝縮防止制御で要求される点火時期遅角量と触媒早期暖機制御で要求される点火時期遅角量の両方に対して実際の点火時期遅角量が不足すること防止でき、水分凝縮防止制御の効果と触媒早期暖機制御の効果を両方とも十分に発揮させることができる。

更に、請求項３のように、水分凝縮防止制御の実行期間と触媒早期暖機制御の実行期間のうちの長い方の実行期間が経過するまで点火時期遅角制御を実行するようにしても良い。このようにすれば、水分凝縮防止制御で要求される点火時期遅角制御の実行期間と触媒早期暖機制御で要求される点火時期遅角制御の実行期間の両方に対して実際の点火時期遅角制御の実行期間が不足することを防止でき、水分凝縮防止制御の効果と触媒早期暖機制御の効果を両方とも十分に発揮させることができる。

本発明は、請求項４のように、排気通路に配置された最上流側の排出ガス浄化用の触媒よりも上流側に排出ガスセンサが配置されたシステムに適用すると、より顕著な効果が得られる。一般に、最上流側の触媒よりも上流側に配置された排出ガスセンサは、触媒よりも下流側に配置された排出ガスセンサに比べて、排気ポート付近で生じた凝縮水が付着しやすいため、排気ポート付近で生じた水分の付着による素子割れの問題は、最上流側の触媒よりも上流側に配置された排出ガスセンサに発生しやすい問題である。従って、最上流側の触媒よりも上流側に配置された排出ガスセンサに対しても、本発明を適用することで、水分の付着による素子割れを防止することができる。

また、請求項５のように、水分凝縮防止制御を実行した場合には内燃機関の始動後に排出ガスセンサのヒータによる加熱を開始する時期を水分凝縮防止制御を実行しない場合よりも早い時期に設定するようにすると良い。水分凝縮防止制御を実行した場合には、排出ガスセンサ上流側の排気通路内で水分が凝縮することを防止できるため、内燃機関の始動後に排出ガスセンサのヒータによる加熱を開始する時期を水分凝縮防止制御を実行しない場合よりも早い時期（例えば始動とほぼ同時期）に設定すれば、水分の付着による排出ガスセンサの素子割れを防止しながら、排出ガスセンサを早期に活性化することができ、その分、空燃比フィードバック制御を早く開始することができて、排気エミッションを向上させることができる。

ところで、水分凝縮防止制御では、排出ガスセンサ上流側の排気通路内で水分が凝縮しない排気温度状態（例えば、燃焼室内の火炎が排気通路まで飛び出して排出ガスセンサ上流側の排気温度が高くなる状態）となるまで内燃機関の点火時期遅角量を大きくするため、燃費悪化や騒音発生を招く懸念がある。

そこで、請求項６のように、排出ガスセンサよりも上流側の排気通路の温度が所定温度を越えるまで水分凝縮防止制御を実行するようにしても良い。このようにすれば、排出ガスセンサ上流側の排気通路の温度（例えば排気ポートの温度）が所定温度を越えて水分凝縮防止制御を実行しなくても排出ガスセンサ上流側の排気通路内で凝縮水が発生しない排気温度状態になったときに水分凝縮防止制御を終了することができるため、凝縮水の発生を防止できる範囲内で水分凝縮防止制御の実行期間を短くして、水分凝縮防止制御による燃費悪化や騒音発生を最小限に抑えることができる。

また、請求項７のように、排気系に与えられた熱量が所定値を越えるまで水分凝縮防止制御を実行するようにしても良い。このようにすれば、排気系に与えられた熱量が所定値を越えて水分凝縮防止制御を実行しなくても排出ガスセンサ上流側の排気通路内で凝縮水が発生しない排気系（排気管通路）温度になったときに水分凝縮防止制御を終了することができるため、凝縮水の発生を防止できる範囲内で水分凝縮防止制御の実行期間を短くして、水分凝縮防止制御による燃費悪化や騒音発生を最小限に抑えることができる。

更に、請求項８のように、内燃機関及び／又は車両の運転状態に応じて水分凝縮防止制御の点火時期遅角量を設定するようにしても良い。このようにすれば、内燃機関や車両の運転状態に応じて、排出ガスセンサ上流側の排気通路内で水分が凝縮しない排気温度状態にするのに必要な点火時期遅角量が変化するのに対応して、水分凝縮防止制御の点火時期遅角量を適正値に変化させることができるため、内燃機関や車両の運転状態に左右されずに水分凝縮防止制御によって排出ガスセンサ上流側の排気通路内での凝縮水の発生をより確実に防止することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を３つの実施例１〜３を用いて説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図６に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２には、モータ等によって開度調節されるスロットルバルブ１３が設けられ、このスロットルバルブ１３の下流側に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１４が設けられている。また、サージタンク１５には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１６が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１６の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁１７が取り付けられている。更に、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ１８が取り付けられ、各点火プラグ１８の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

一方、エンジン１１の排気管１９（排気通路）には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２０（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ２０には、センサ素子を加熱するヒータ（図示せず）が内蔵されている（又は外付けされている）。この排出ガスセンサ２０の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２１が設けられている。つまり、排気管１９に配置された最上流側の触媒２１よりも上流側に排出ガスセンサ２０が配置されている。

また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２２や、エンジン１１のクランク軸が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２３が取り付けられている。このクランク角センサ２３の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。また、シフトレバー（図示せず）の操作位置がシフトスイッチ２４によって検出される。

これら各種センサの出力は、制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２５に入力される。このＥＣＵ２５は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁１７の燃料噴射量や点火プラグ１８の点火時期を制御する。

その際、ＥＣＵ２５は、排出ガスセンサ２０の出力に基づいて排出ガスの空燃比を目標空燃比に一致させるように燃料噴射量等をフィードバック制御することで、排出ガスの空燃比が触媒２１の浄化ウインドの範囲内になるように制御して、触媒２１の排出ガス浄化効率を高めるようにしている。

また、排出ガスセンサ２０は、センサ素子の温度が活性温度（例えば７５０℃）まで昇温しないと検出精度が悪いため、ＥＣＵ２５は、センサ素子の温度が活性温度になるようにヒータの通電を制御してセンサ素子の加熱を制御する。

ところで、エンジン１１の排出ガスには、燃料と空気の燃焼反応によって生成された水蒸気が含まれており、エンジン１１の始動直後で排気管１９の温度が低いときには、水蒸気を含んだ排出ガスが排気管１９内で冷やされるため、排気管１９内で排出ガス中の水蒸気が凝縮して凝縮水が生じることがある。このため、始動直後に排気管１９内で生じた凝縮水が排出ガスセンサ２０のセンサ素子に付着する可能性があり、始動直後からセンサ素子をヒータで加熱すると、ヒータで加熱された高温のセンサ素子が凝縮水の付着による局所冷却（熱歪み）によって割れてしまう“素子割れ”が発生することがある。

この対策として、ＥＣＵ２５は、後述する図２及び図３の点火時期遅角制御用の各プログラムを実行することで、エンジン始動後の所定期間に排出ガスセンサ２０よりも上流側の排気管１９内で水分が凝縮しない排気温度状態（例えば、燃焼室内の火炎が排気管１９まで飛び出して排出ガスセンサ２０上流側の排気温度が高くなる状態）にするようにエンジン１１の点火時期を遅角する水分凝縮防止制御を実行して、排出ガスセンサ２０上流側の排気管１９内で水分が凝縮することを防止する。

更に、後述する図４のヒータ制御プログラムを実行することで、水分凝縮防止制御を実行した場合には、エンジン始動後に排出ガスセンサ２０（センサ素子）のヒータによる加熱を開始する時期を水分凝縮防止制御を実行しない場合よりも早い時期に設定して、水分の付着による排出ガスセンサ２０の素子割れを防止しながら、排出ガスセンサ２０を早期に活性化する。

以下、ＥＣＵ２５が実行する図２及び図３の点火時期遅角制御用の各プログラムと図４のヒータ制御プログラムの処理内容を説明する。

［点火時期遅角制御］
図２に示す点火時期遅角制御プログラムは、ＥＣＵ２５の電源オン中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう水分凝縮防止制御手段及び触媒早期暖機制御手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、シフトレバーの操作位置に基づいて変速機がニュートラル状態（シフトレバーの操作位置がＮレンジ又はＰレンジ）であるか否かを判定する。

このステップ１０１で、変速機がニュートラル状態であると判定された場合には、ステップ１０３に進み、ニュートラル時の水分凝縮防止制御の点火時期遅角量θ１のマップを参照して、エンジン回転速度と吸入空気量とに応じた水分凝縮防止制御の点火時期遅角量θ１を算出する。これにより、変速機がニュートラル状態のときに、排出ガスセンサ２０上流側の排気管１９内で水分が凝縮しない排気温度状態にするのに必要な点火時期遅角量θ１を算出する。

一方、上記ステップ１０１で、変速機が非ニュートラル状態（シフトレバーの操作位置が１レンジ、２レンジ等を含むＤレンジ又はＲレンジ）であると判定された場合には、ステップ１０２に進み、エンジン１１がアイドル運転状態であるか否かを判定する。

このステップ１０２で、エンジン１１がアイドル運転状態であると判定された場合には、ステップ１０４に進み、アイドル時の水分凝縮防止制御の点火時期遅角量θ１のマップを参照して、エンジン回転速度と吸入空気量とに応じた水分凝縮防止制御の点火時期遅角量θ１を算出する。これにより、エンジン１１がアイドル運転状態のときに、排出ガスセンサ２０上流側の排気管１９内で水分が凝縮しない排気温度状態にするのに必要な点火時期遅角量θ１を算出する。

これに対して、上記ステップ１０２で、エンジン１１が非アイドル運転状態であると判定された場合には、ステップ１０５に進み、非アイドル時の水分凝縮防止制御の点火時期遅角量θ１のマップを参照して、エンジン回転速度と吸入空気量とに応じた水分凝縮防止制御の点火時期遅角量θ１を算出する。これにより、エンジン１１が非アイドル運転状態のとき（例えば車両走行時）に、排出ガスセンサ２０上流側の排気管１９内で水分が凝縮しない排気温度状態にするのに必要な点火時期遅角量θ１を算出する。

これらのステップ１０１〜１０５の処理により、車両やエンジン１１の運転状態（ニュートラル状態であるか否かやアイドル運転状態であるか否か）に応じて、排出ガスセンサ２０上流側の排気管１９内で水分が凝縮しない状態にするのに必要な点火時期遅角量が変化するのに対応して、水分凝縮防止制御の点火時期遅角量θ１を適正値に変化させる。

この後、ステップ１０６に進み、後述する図３の水分凝縮防止制御終了判定プログラムを実行することで、水分凝縮防止制御の終了条件が成立したときに水分凝縮防止制御終了フラグを水分凝縮防止制御の終了を意味する「１」にセットする。

そして、次のステップ１０７で、水分凝縮防止制御終了フラグが「１」にセットされたか否かを判定し、水分凝縮防止制御終了フラグが「１」にセットされていなければ、上記ステップ１０３〜１０５のいずれかで算出した水分凝縮防止制御の点火時期遅角量θ１をそのまま維持する。その後、ステップ１０７で、水分凝縮防止制御終了フラグが「１」にセットされたと判定されたときには、ステップ１０８に進み、水分凝縮防止制御の点火時期遅角量θ１を「０」にリセットする。

この後、ステップ１０９に進み、触媒早期暖機制御終了フラグが「１」にセットされたか否かを判定する。この触媒早期暖機制御終了フラグは、図示しない触媒早期暖機制御終了判定プログラムによって触媒早期暖機制御終了条件が成立したときに触媒早期暖機制御の終了を意味する「１」にセットされる。

触媒早期暖機制御終了フラグが「１」にセットされていなければ、図示しない触媒早期暖機制御の点火時期遅角量算出プログラムによって算出された触媒早期暖機制御の点火時期遅角量θ２をそのまま維持する。その後、ステップ１０９で、触媒早期暖機制御終了フラグが「１」にセットされたと判定されたときには、ステップ１１０に進み、触媒早期暖機制御の点火時期遅角量θ２を「０」にリセットする。

この後、ステップ１１１に進み、水分凝縮防止制御の点火時期遅角量θ１が触媒早期暖機制御の点火時期遅角量θ２よりも大きいか否かを判定する。その結果、水分凝縮防止制御の点火時期遅角量θ１が触媒早期暖機制御の点火時期遅角量θ２よりも大きいと判定された場合には、ステップ１１２に進み、水分凝縮防止制御の点火時期遅角量θ１を最終的な点火時期遅角量θ３として採用する。
θ３＝θ１

一方、上記ステップ１１で、水分凝縮防止制御の点火時期遅角量θ１が触媒早期暖機制御の点火時期遅角量θ２以下であると判定された場合には、ステップ１１３に進み、触媒早期暖機制御の点火時期遅角量θ２を最終的な点火時期遅角量θ３として採用する。
θ３＝θ２

この後、ステップ１１４に進み、基本点火時期から最終的な点火時期遅角量θ３を差し引いて最終点火時期を求める。
最終点火時期＝基本点火時期−点火時期遅角量θ３

以上の処理により、水分凝縮防止制御の実行期間（エンジン始動から水分凝縮防止制御終了フラグが「１」にセットされるまでの期間）と触媒早期暖機制御の実行期間（エンジン始動から触媒早期暖機制御終了フラグが「１」にセットされるまでの期間）とが重なる期間は、水分凝縮防止制御の点火時期遅角量θ１と触媒早期暖機制御の点火時期遅角量θ２のうちの大きい方を最終的な点火時期遅角量θ３として選択して点火時期遅角制御を実行する。更に、水分凝縮防止制御の実行期間と触媒早期暖機制御の実行期間のうちの長い方の実行期間が経過するまで点火時期遅角制御を実行する。

［水分凝縮防止制御終了判定］
図３に示す水分凝縮防止制御終了判定プログラムは、前記図２の点火時期遅角制御プログラムのステップ１０６で実行されるサブルーチンであり、排気系に与えられた熱量の代用情報となるエンジン始動後の吸入空気量積算値（つまり排出ガス量積算値）を終了判定値と比較して水分凝縮防止制御の終了タイミングを判定するものである。

本プログラムが起動されると、まず、ステップ２０１で、終了判定値のマップを参照して、エンジン始動時の冷却水温に応じた終了判定値を算出する。この終了判定値は、排気系に与えられた熱量が所定値を越えて水分凝縮防止制御を実行しなくても排出ガスセンサ２０上流側の排気管１９内で凝縮水が発生しない排気温度状態になるのに必要な吸入空気量積算値に設定される。

この後、ステップ２０２に進み、前回の吸入空気量積算値に今回の吸入空気量（吸気管圧力センサ１４やエアフローメータ等で検出した吸入空気量）を加算して、エンジン始動後の吸入空気量積算値を更新する。

そして、次のステップ２０３で、エンジン始動後の吸入空気量積算値が終了判定値を越えたか否かを判定し、エンジン始動後の吸入空気量積算値が終了判定値を越えていなければ、ステップ２０４に進み、水分凝縮防止制御終了フラグを「０」に維持する。

その後、上記ステップ２０３で、エンジン始動後の吸入空気量積算値が終了判定値を越えたと判定されたときに、排気系に与えられた熱量が所定値を越えて水分凝縮防止制御を実行しなくても排出ガスセンサ２０上流側の排気管１９内で凝縮水が発生しない排気温度状態になったと判断して、ステップ２０５に進み、水分凝縮防止制御終了フラグを水分凝縮防止制御の終了を意味する「１」にセットする。

［ヒータ制御］
図４に示すヒータ制御プログラムは、ＥＣＵ２５の電源オン中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいうヒータ制御手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まず、ステップ３０１で、水分凝縮防止制御を実行したか否かを判定する。

このステップ３０１で、水分凝縮防止制御を実行したと判定された場合には、ステップ３０２に進み、図５に示す水分凝縮防止制御を実行した場合の通電ディレイ時間のマップを参照して、エンジン始動時の冷却水温に応じた通電ディレイ時間を算出する。図５に示す水分凝縮防止制御を実行した場合の通電ディレイ時間のマップは、水分凝縮防止制御を実行しない場合（図６参照）よりも水分凝縮防止制御を実行した場合の方が通電ディレイ時間が短く（又は０）になるように設定されている。これにより、水分凝縮防止制御を実行した場合にはエンジン始動後に排出ガスセンサ２０（センサ素子）のヒータによる加熱を開始する時期を水分凝縮防止制御を実行しない場合よりも早い時期に設定する。

一方、上記ステップ３０１で、水分凝縮防止制御を実行していないと判定された場合には、ステップ３０３に進み、図６に示す水分凝縮防止制御を実行しない場合の通電ディレイ時間のマップを参照して、エンジン始動時の冷却水温に応じた通電ディレイ時間を算出する。図６に示す水分凝縮防止制御を実行しない場合の通電ディレイ時間のマップは、エンジン始動時の冷却水温が低くなるほど通電ディレイ時間が長くなるように設定されている。

この後、ステップ３０４に進み、始動後経過時間が通電ディレイ時間を越えたか否かを判定し、始動後経過時間が通電ディレイ時間を越えていなければ、ステップ３０５に進み、通電許可フラグを排出ガスセンサ２０のヒータの通電禁止を意味する「０」に維持する。これにより、ヒータの通電を禁止してヒータによる排出ガスセンサ２０（センサ素子）の加熱を禁止する。

その後、上記ステップ３０４で、始動後経過時間が通電ディレイ時間を越えたと判定されたときに、ステップ３０６に進み、通電許可フラグを排出ガスセンサ２０のヒータの通電許可を意味する「１」にセットする。これにより、ヒータの通電を許可してヒータによる排出ガスセンサ２０（センサ素子）の加熱を実行する。

以上説明した本実施例１では、エンジン始動後の所定期間に水分凝縮防止制御を実行することで、排出ガスセンサ２０上流側の排気管１９内で水分が凝縮しない排気温度状態にするようにエンジン１１の点火時期を遅角するため、排出ガスセンサ２０上流側の排気管１９内で水分が凝縮することを防止できる。一般に、最上流側の触媒２１よりも上流側に配置された排出ガスセンサ２０は、触媒２１よりも下流側に配置された排出ガスセンサに比べて、排気ポート付近で生じた凝縮水が付着しやすいため、水分の付着による素子割れが発生する可能性が高いが、水分凝縮防止制御を実行することで、最上流側の触媒２１よりも上流側に配置された排出ガスセンサ２０でも、水分の付着による素子割れを防止することができる。

更に、水分凝縮防止制御を実行した場合には、エンジン始動後に排出ガスセンサ２０（センサ素子）のヒータによる加熱を開始する時期を水分凝縮防止制御を実行しない場合よりも早い時期（例えば始動とほぼ同時期）に設定するようにしたので、水分の付着による排出ガスセンサ２０の素子割れを防止しながら、排出ガスセンサ２０を早期に活性化することができ、その分、空燃比フィードバック制御を早く開始することができて、排気エミッションを向上させることができる。

また、本実施例１では、水分凝縮防止制御の点火時期遅角量θ１と触媒早期暖機制御の点火時期遅角量θ２のうちの大きい方を最終的な点火時期遅角量θ３として選択して点火時期遅角制御を実行するようにしたので、水分凝縮防止制御で要求される点火時期遅角量θ１と触媒早期暖機制御で要求される点火時期遅角量θ２の両方に対して実際の点火時期遅角量が不足すること防止でき、水分凝縮防止制御の効果と触媒早期暖機制御の効果を両方とも十分に発揮させることができる。

更に、本実施例１では、水分凝縮防止制御の実行期間と触媒早期暖機制御の実行期間のうちの長い方の実行期間が経過するまで点火時期遅角制御を実行するようにしたので、水分凝縮防止制御で要求される点火時期遅角制御の実行期間と触媒早期暖機制御で要求される点火時期遅角制御の実行期間の両方に対して実際の点火時期遅角制御の実行期間が不足すること防止でき、水分凝縮防止制御の効果と触媒早期暖機制御の効果を両方とも十分に発揮させることができる。

また、本実施例１では、エンジン始動後の吸入空気量積算値が終了判定値を越えたときに、排気系に与えられた熱量が所定値を越えて水分凝縮防止制御を実行しなくても排出ガスセンサ２０上流側の排気管１９内で凝縮水が発生しない排気温度状態になったと判断して、水分凝縮防止制御を終了するようにしたので、凝縮水の発生を防止できる範囲内で水分凝縮防止制御の実行期間を短くして、水分凝縮防止制御による燃費悪化や騒音発生を最小限に抑えることができる。

更に、本実施例１では、車両やエンジン１１の運転状態（ニュートラル状態であるか否かやアイドル運転状態であるか否か）に応じて水分凝縮防止制御の点火時期遅角量θ１を設定するようにしたので、車両やエンジン１１の運転状態に応じて、排出ガスセンサ２０上流側の排気管１９内で水分が凝縮しない排気温度状態にするのに必要な点火時期遅角量が変化するのに対応して、水分凝縮防止制御の点火時期遅角量θ１を適正値に変化させることができ、車両やエンジン１１の運転状態に左右されずに水分凝縮防止制御によって排出ガスセンサ２０上流側の排気管１９内での凝縮水の発生をより確実に防止することができる。

次に、図７を用いて本発明の実施例２を説明する。
前記実施例１では、排気系に与えられた熱量の代用情報としてエンジン始動後の吸入空気量積算値を用いて水分凝縮防止制御の終了タイミングを判定するようにしたが、本実施例２では、図７に示す水分凝縮防止制御終了判定プログラムを実行することで、排気系に与えられた熱量の代用情報としてエンジン始動後の排気温度積算値を用いて水分凝縮防止制御の終了タイミングを判定するようにしている。

図７に示す水分凝縮防止制御終了判定プログラムでは、まず、ステップ４０１で、終了判定値のマップを参照して、エンジン始動時の冷却水温に応じた終了判定値を算出する。この終了判定値は、排気系に与えられた熱量が所定値を越えて水分凝縮防止制御を実行しなくても排出ガスセンサ２０上流側の排気管１９内で凝縮水が発生しない排気温度状態になるのに必要な排気温度積算値に設定される。

この後、ステップ４０２に進み、前回の排気温度積算値に今回の排気温度（温度センサで検出した排気温度又はエンジン運転状態等に基づいて推定した排気温度）を加算して、エンジン始動後の排気温度積算値を更新する。

この後、ステップ４０３に進み、エンジン始動後の排気温度積算値が終了判定値を越えたか否かを判定し、エンジン始動後の排気温度積算値が終了判定値を越えていなければ、ステップ４０４に進み、水分凝縮防止制御終了フラグを「０」に保持する。

その後、上記ステップ４０３で、エンジン始動後の排気温度積算値が終了判定値を越えたと判定されたときに、排気系に与えられた熱量が所定値を越えて水分凝縮防止制御を実行しなくても排出ガスセンサ２０上流側の排気管１９内で凝縮水が発生しない排気温度状態になったと判断して、ステップ４０５に進み、水分凝縮防止制御終了フラグを水分凝縮防止制御の終了を意味する「１」にセットする。

以上説明した本実施例２では、エンジン始動後の排気温度積算値が終了判定値を越えたときに、排気系に与えられた熱量が所定値を越えて水分凝縮防止制御を実行しなくても排出ガスセンサ２０上流側の排気管１９内で凝縮水が発生しない排気温度状態になったと判断して、水分凝縮防止制御を終了するようにしたので、前記実施例１と同様に、凝縮水の発生を防止できる範囲内で水分凝縮防止制御の実行期間を短くして、水分凝縮防止制御による燃費悪化や騒音発生を最小限に抑えることができる。

本発明の実施例３では、図８に示す水分凝縮防止制御終了判定プログラムを実行することで、推定排気ポート温度を所定温度と比較して水分凝縮防止制御の終了タイミングを判定するようにしている。

図８に示す水分凝縮防止制御終了判定プログラムでは、まず、ステップ５０１で、吸入空気量、排気温度、外気温等に基づいて排気ポート温度を推定した後、ステップ５０２に進み、推定排気ポート温度が所定温度を越えたか否かを判定する。ここで、所定温度は、水分凝縮防止制御を実行しなくても排出ガスセンサ２０上流側の排気管１９内で凝縮水が発生しない排気温度状態になるのに必要な排気ポート温度に設定されている。

推定排気ポート温度が所定温度を越えていなければ、ステップ５０３に進み、水分凝縮防止制御終了フラグを「０」に保持する。その後、上記ステップ５０２で、推定排気ポート温度が所定温度を越えたと判定されたときに、水分凝縮防止制御を実行しなくても排出ガスセンサ２０上流側の排気管１９内で凝縮水が発生しない排気ポート温度になったと判断して、ステップ５０４に進み、水分凝縮防止制御終了フラグを水分凝縮防止制御の終了を意味する「１」にセットする。

以上説明した本実施例３では、推定排気ポート温度が所定温度を越えたときに、水分凝縮防止制御を実行しなくても排出ガスセンサ２０上流側の排気管１９内で凝縮水が発生しない排気ポート温度（ひいては排気温度）になったと判断して、水分凝縮防止制御を終了するようにしたので、前記実施例１，２と同様に、凝縮水の発生を防止できる範囲内で水分凝縮防止制御の実行期間を短くして、水分凝縮防止制御による燃費悪化や騒音発生を最小限に抑えることができる。

尚、上記実施例３では、排気ポート温度を用いて水分凝縮防止制御の終了タイミングを判定するようにしたが、排気ポート近傍の排気管温度を用いて水分凝縮防止制御の終了タイミングを判定するようにしても良い。

また、吸入空気量積算値と排気温度積算値と排気ポート温度（又は排気ポート近傍の排気管温度）のうちの２つ以上を用いて水分凝縮防止制御の終了タイミングを判定するようにしても良い。

本発明の実施例１におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 本発明の実施例１における点火時期遅角制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施例１における水分凝縮防止制御終了判定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施例１におけるヒータ制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施例１における水分凝縮防止制御を実行した場合の通電ディレイ時間のマップの一例を概念的に示す図である。 本発明の実施例１における水分凝縮防止制御を実行しない場合の通電ディレイ時間のマップの一例を概念的に示す図である。 本発明の実施例２における水分凝縮防止制御終了判定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施例３における水分凝縮防止制御終了判定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１３…スロットルバルブ、１７…燃料噴射弁、１８…点火プラグ、１９…排気管（排気通路）、２０…排出ガスセンサ、２１…触媒、２２…冷却水温センサ、２３…クランク角センサ、２５…ＥＣＵ（水分凝縮防止制御手段，触媒早期暖機制御手段，ヒータ制御手段）

Claims (8)

1. 内燃機関の排気通路にヒータ付きの排出ガスセンサを配置した内燃機関の制御装置において、
   内燃機関の始動後の所定期間に少なくとも前記排出ガスセンサよりも上流側の排気通路内で水分が凝縮しない排気温度状態にするように内燃機関の点火時期を遅角する水分凝縮防止制御を実行する水分凝縮防止制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 内燃機関の始動後の所定期間に前記排気通路に配置された排出ガス浄化用の触媒を早期に暖機するように内燃機関の点火時期を遅角する触媒早期暖機制御を実行する触媒早期暖機制御手段と、
   前記水分凝縮防止制御の点火時期遅角量と前記触媒早期暖機制御の点火時期遅角量のうちの大きい方の点火時期遅角量を選択して点火時期遅角制御を実行する手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 内燃機関の始動後の所定期間に前記排気通路に配置された排出ガス浄化用の触媒を早期に暖機するように内燃機関の点火時期を遅角する触媒早期暖機制御を実行する触媒早期暖機制御手段と、
   前記水分凝縮防止制御の実行期間と前記触媒早期暖機制御の実行期間のうちの長い方の実行期間が経過するまで点火時期遅角制御を実行する手段とを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記排出ガスセンサは、前記排気通路に配置された最上流側の排出ガス浄化用の触媒よりも上流側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記水分凝縮防止制御を実行した場合には内燃機関の始動後に前記排出ガスセンサのヒータによる加熱を開始する時期を前記水分凝縮防止制御を実行しない場合よりも早い時期に設定するヒータ制御手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記水分凝縮防止制御手段は、前記排出ガスセンサよりも上流側の排気通路の温度が所定温度を越えるまで前記水分凝縮防止制御を実行することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記水分凝縮防止制御手段は、排気系に与えられた熱量が所定値を越えるまで前記水分凝縮防止制御を実行することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記水分凝縮防止制御手段は、内燃機関及び／又は車両の運転状態に応じて前記水分凝縮防止制御の点火時期遅角量を設定することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。

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