JP2008038641A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスセンサの活性化を好適に行い、ひいてはそのセンサ出力を有効に用いることを可能とする。
【解決手段】エンジン１０の排気管１４には、ヒータ２３ｂの通電により活性状態とされて排気管１４内の排気成分を検出するＡ／Ｆセンサ２３が設けられている。また、吸気管１１にはスロットル弁１２が設けられ、ＥＧＲ配管３１にはＥＧＲ弁３３が設けられている。ＥＣＵ４０は、排気管１４内が所定の低温状態にあるか否かを判定し、所定の低温状態にあると判定された場合に、スロットル弁開度を閉じ側に制御するとともに、ＥＧＲ弁開度を開き側に制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。

内燃機関の排気管においては、排気中の酸素濃度などを検出するためのガスセンサ（Ａ／Ｆセンサ等）が設けられており、同センサでは、固体電解質などからなるセンサ素子が活性状態にあることを条件に酸素濃度等が精度良く検出できる。また、ガスセンサには、センサ素子の活性化を早め、かつ活性後はその活性状態を維持するべくヒータが設けられている。

ここで、例えば内燃機関の冷間始動時などにおいて、排気管内に凝縮水（水滴）が存在している状態でヒータ通電を行うと、センサ素子が破損する（素子割れが生じる）おそれがある。そのため従来から、被水による素子割れ対策として、排気管内に凝縮水が存在しているか否か、すなわち排気管内が乾燥しているか否かを判定し、乾燥していない場合にヒータ通電を制限する技術が提案されている。また、排気管内の凝縮水が排気の流れによって吹き飛ばされることを考慮して乾燥判定を行う技術も提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開２００３−２６９２３１号公報

上述した特許文献１を含む先行技術では、排気管内において凝縮水（水滴）が無くなったことの判定（乾燥判定）は可能であり、その判定結果に基づいてヒータ通電の制限を解除することができる。しかしながら、そもそも排気管内の凝縮水が無くなるまでの時間が長い場合には、ヒータ通電が制限される時間が長くなり、ガスセンサが非活性となることで同ガスセンサの出力が使用できない事態が生じうる。これは、ガスセンサの出力に基づいて各種制御を実施し、それにより排気エミッションの良化を図る場合などにおいて不都合となる。

近年では、ディーゼルエンジンにもＡ／Ｆセンサ等のガスセンサを適用することが検討されているが、ディーゼルエンジンの場合には、ガソリンエンジンに比べて排気温が低いため、排気管内の凝縮水の消失に長い時間を要し、有効なセンサ出力（電気信号）がなかなか得られないという不都合が生じる。

本発明は、ガスセンサの活性化を好適に行い、ひいてはそのセンサ出力を有効に用いることができる内燃機関の制御装置を提供することを主たる目的とするものである。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。

本発明は、内燃機関の排気通路に設けられヒータの通電により活性状態とされて排気通路中の排気成分を検出するガスセンサと、内燃機関から排出される排気の一部を吸気系に環流させるＥＧＲ装置とを備えた内燃機関システムに適用される。そして、ガスセンサのヒータ通電に関して、排気通路内の温度が所定のヒータ通電許可温度を超えることを条件にヒータ通電を実行する。また特に、請求項１に記載の発明では、排気通路内が所定の低温状態にあるか否かを判定し、排気通路内が所定の低温状態にあると判定された場合に、ＥＧＲ装置により吸気系に環流される環流ガスの熱量を増大させる。

上記によれば、ＥＧＲ装置による環流ガス（ＥＧＲガス）の熱量が増大されることで排気通路内の温度が上昇し、同排気通路内に凝縮水（水滴）が存在してもそれを早期に消失させることができる。これにより、内燃機関の始動時やアイドル運転状態が長く継続される場合など、排気通路内が低温になりがちな場合において、ヒータ通電に対する制限を緩和することができる。その結果、ガスセンサの活性化を好適に行い、ひいてはそのセンサ出力を有効に用いることができるようになる。

ここで、請求項２に記載したように、前記ＥＧＲ装置により環流される環流ガス量を増量することで、前記環流ガスの熱量を増大させると良い。この場合、環流ガス量（ＥＧＲガス量）を増やすことにより、新気量に対する環流ガス量の比率が大きくなり、内燃機関の筒内温度が上昇する。そして、それに伴い排気温度が上昇し、結果として排気通路内の温度を上昇させることができる。

環流ガス量を増やす具体的手法としては、請求項３に記載したように、ＥＧＲ弁の開度を開き側に制御するとともに、吸気絞り弁の開度を閉じ側に制御すると良い。この場合、環流ガスが吸気通路側に取り込みやすくなり、環流ガス量の増量が実現できる。特に、ＥＧＲ通路と吸気通路との合流部近傍に吸気絞り弁を設けた構成では、吸気絞り弁の開度を閉じ側に制御することで吸気通路内に負圧が生じるため、環流ガスの取り込みに有利に作用する。

上記請求項３に記載の発明では、請求項４に記載したように、排気通路内の温度を検出又は推定により取得し、該取得した排気通路内の温度に基づいて、ＥＧＲ弁の開度と吸気絞り弁の開度とを可変に制御すると良い。例えば、排気通路内の温度が低いほど、ＥＧＲ弁の開度を大きく、吸気絞り弁の開度を小さくする。この場合、排気通路内が低温状態となり、ヒータ通電が制限される状態にあっても、いち早くヒータ通電の制限を解除することができる。

上記のように、ＥＧＲ弁の開度を開き側に、吸気絞り弁の開度を閉じ側に制御する構成では、新気量が不足し（すなわち、ＥＧＲ率が過大となり）、それに起因して内燃機関の燃焼状態が悪化することが懸念される。そこで、請求項５に記載したように、ＥＧＲ弁及び吸気絞り弁の上記制御に際し、都度のＥＧＲ率を、内燃機関において燃焼状態の悪化が生じない上限値にて制限すると良い。これにより、排気通路内の温度を上昇させるべく環流ガス量を増量させつつ、内燃機関の燃焼状態の悪化を抑制することができる。

又は、請求項６に記載したように、内燃機関において燃焼状態の悪化が生じない範囲内で最大又はその近傍となる目標ＥＧＲ率を定め、該目標ＥＧＲ率を基に、ＥＧＲ弁の開度と吸気絞り弁の開度とを制御してＥＧＲ率フィードバック制御を実施すると良い。本構成においても、排気通路内の温度を上昇させるべく環流ガス量を増量させつつ、内燃機関の燃焼状態の悪化を抑制することができる。

請求項７に記載の発明では、ＥＧＲ装置を通過する環流ガスを冷却するための冷却手段を設けた内燃機関システムにおいて、当該冷却手段による環流ガスの冷却を停止することで、前記環流ガスの熱量を増大させる。この場合、環流ガスの冷却を停止することにより、環流ガスが高温のまま、すなわち冷却されることなく燃焼室内（筒内）に導入され、内燃機関の筒内温度が上昇する。そして、それに伴い排気温度が上昇し、結果として排気通路内の温度を上昇させることができる。

請求項７の発明として、次の具体的な構成が考えられる。すなわち、ＥＧＲ配管の途中に冷却手段としてのＥＧＲクーラを設けるとともに、同ＥＧＲクーラを迂回するクーラバイパス通路を設ける。また、環流ガス（ＥＧＲガス）がＥＧＲクーラを通過するか否かを切り換えるための切換弁としてクーラバイパス弁を設ける。そして、上記構成において、排気通路内が低温状態にあれば、クーラバイパス弁を制御し、環流ガスがクーラバイパス通路を通過する（すなわち、ＥＧＲクーラを通過しない）ようにする。かかる場合、ＥＧＲクーラによって環流ガスが冷却されないため、上記のとおり環流ガスの熱量を増大させ、排気通路内の温度を上昇させることができる。

請求項８に記載の発明では、内燃機関の始動時における前記ヒータの通電開始前に、前記環流ガスの熱量を増大させる。本発明によれば、内燃機関の冷間始動時に、排気通路内に存在する凝縮水をいち早く消失させることができ、ヒータ通電の開始タイミング（すなわち、ヒータ通電の制限解除のタイミング）を早めることができる。これにより、ガスセンサの早期活性化が実現できる。

ここで、請求項９に記載したように、排気通路内の温度を検出又は推定により取得し、該取得した排気通路内の温度が、前記ヒータ通電許可温度よりも低温側に規定した始動時温度判定値を下回る場合に、前記所定の低温状態にある旨を判定すると良い。このとき、その判定結果を受けて、環流ガスの熱量を増大させる制御が実施される。本発明によれば、内燃機関の冷間始動時において、ヒータ通電の開始に先立って環流ガス熱量の増大化がなされるが、ヒータ通電の開始前にその熱量の増大化が終了される。これにより、ガスセンサの早期活性化を促しつつ、通常制御とは異なる変則的な制御（ＥＧＲ弁や吸気絞り弁に関する制御）を必要最小限で実施することができる。

また、請求項１０に記載の発明では、内燃機関においてアイドル運転状態が所定時間継続した場合に、前記所定の低温状態にある旨を判定する。このとき、その判定結果を受けて、環流ガスの熱量を増大させる制御が実施される。要するに、アイドル運転状態が継続されると、排気通路内の温度が低下するが、かかる場合にあっても凝縮水の発生を抑制することができる。また仮に凝縮水が発生したとしても、それを早期に消失させることができる。これにより、内燃機関の運転途中にヒータ通電が制限され、それに伴いガスセンサが非活性となるといった不都合が抑制できる。

また、請求項１１に記載の発明では、排気通路内の温度を検出又は推定により取得し、該取得した排気通路内の温度が低下傾向にあり、かつ前記ヒータ通電許可温度よりも高温側に規定したアイドル時温度判定値を下回る場合に、前記所定の低温状態にある旨を判定する。このとき、その判定結果を受けて、環流ガスの熱量を増大させる制御が実施される。本発明によれば、内燃機関のアイドル運転時において、温度低下に伴うヒータ通電の制限開始に先立って環流ガスの熱量が増大される。これにより、ガスセンサが非活性となる事態を回避することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、内燃機関であるディーゼルエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものとしている。そして、当該制御システムにおいては電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと言う）を中枢として燃料噴射量の制御等を実施することとしている。まずは、図１を用いてエンジン制御システムの全体概略構成を説明する。

図１に示すエンジン１０において、吸気管１１には、当該吸気管１１を通じて吸入される新気量を調整するスロットル弁（吸気絞り弁）１２が設けられている。スロットル弁１２は、ＤＣモータ等からなるアクチュエータ１３によって開度調節されるものであり、その開度（スロットル弁開度）はアクチュエータ１３に内蔵されたスロットル開度センサ（図示略）により逐次検出される。吸気管１１に通じる吸気ポートと排気管１４に通じる排気ポートとにはそれぞれ吸気弁１６及び排気弁１７が設けられており、吸気弁１６の開動作により吸入空気が燃焼室１８内に導入され、排気弁１７の開動作により燃焼後の排気が排気管１４に排出される。燃焼室１８には燃料を噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁１９が取り付けられている。

排気管１４には、排気中のＰＭを捕集するためのＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）２１が設けられている。なお、排気浄化装置としてＤＰＦ２１以外に、排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒や排気中のＨＣやＣＯを浄化する酸化触媒などが設けられても良い。

また、排気管１４においてＤＰＦ２１の下流側には、排気管１４内の温度（以下、排気温Ｔｅｘとも言う）を検出するための排気温センサ２２と、排気を検出対象として酸素濃度を検出するためのＡ／Ｆセンサ２３が設けられている。排気温センサ２２とＡ／Ｆセンサ２３とは近接位置に設けられており、排気温センサ２２によればＡ／Ｆセンサ２３近傍の排気温が検出可能となっている。ここで、Ａ／Ｆセンサ２３は、例えばジルコニア等の固体電解質からなるセンサ素子２３ａと、同センサ素子２３ａを加熱するヒータ２３ｂとを有するものであり、ヒータ２３ｂの通電により、センサ素子２３ａが活性化され、かつその活性状態（例えば７００℃程度の高温状態）が保持されるようになっている。そして、Ａ／Ｆセンサ２３では、センサ素子２３ａが活性化された状態で有効なセンサ出力が得られるようになっている。

スロットル弁１２の上流側には、吸気管１１最上流部のエアクリーナ（図示略）を通じて吸入される新気量を検出するためのエアフロメータ２４が設けられている。その他本制御システムでは、エンジン１０の回転速度を検出するための回転速度センサ２５や、運転者によるアクセルペダルの踏み込み操作量（アクセル開度）を検出するためのアクセルセンサ２６が設けられている。

また、本エンジン１０には、排気の一部を吸気系に環流させるためのＥＧＲ装置が設けられている。具体的には、ＥＧＲ装置として、吸気管１１（特に、スロットル弁１２近傍であって同弁の下流側）と排気管１４との間にはＥＧＲ配管３１が設けられ、そのＥＧＲ配管３１には、当該ＥＧＲ配管３１内を通過するＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ３２と、電磁弁等によりなるＥＧＲ弁３３とが設けられている。ＥＧＲクーラ３２は、冷却水を循環させる冷却水循環構造を有しており、ＥＧＲガスが通過する際に冷却水との間で熱交換が行われ、それによりＥＧＲガスの冷却が行われる。ＥＧＲ弁３３は、その開度が可変となっており、ＥＧＲ弁開度が調節されることにより、ＥＧＲ配管３１を通じて吸気系に再循環される排気量（ＥＧＲガス量）が調整される。

また、ＥＧＲ配管３１には、ＥＧＲクーラ３２を迂回するクーラバイパス通路３４が設けられており、同通路３４においてＥＧＲ配管３１（言うなれば、ＥＧＲメイン通路）との分岐点にはクーラバイパス弁３５が設けられている。クーラバイパス弁３５は、クーラバイパス通路３４を開放又は閉鎖のいずれかの状態とする２位置切り替え式の開閉弁であり、クーラバイパス弁３５をクーラバイパス通路３４を閉鎖する状態（これが通常状態）とすることで、ＥＧＲ配管３１内に流れ込んだ排気（ＥＧＲガス）をＥＧＲクーラ３２にて冷却することができる。また、クーラバイパス弁３５をクーラバイパス通路３４を開放する状態とすることで、ＥＧＲ配管３１内に流れ込んだ排気（ＥＧＲガス）をＥＧＲクーラ３２にて冷却することなく吸気系に供給できる。

図示は省略するが、本システムでは、吸気を過給するためのターボチャージャ（過給装置）を備えており、排気エネルギにより排気タービンが回転するとともに、その排気タービンの回転に伴い吸気コンプレッサが回転することで、吸気が過給されるようになっている。なお、排気タービンはＤＰＦ２１の上流に設けられ、吸気コンプレッサはスロットル弁１２の上流に設けられる。

ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータを備えた電子制御ユニットであり、ＥＣＵ４０には、上述した各種センサの検出信号が逐次入力される。そして、ＥＣＵ４０は、ＲＯＭに記憶された各種の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１９の燃料噴射制御などを適宜実施する。つまり、ＥＣＵ４０は、各種センサから検出したエンジン回転速度やアクセル操作量等のエンジン運転情報に基づいて最適な燃料噴射量及び噴射時期を決定し、それに応じた噴射制御信号により燃料噴射弁１９の駆動を制御する。

また、ＥＣＵ４０は、都度のエンジン運転状態に基づいてスロットル弁１２、ＥＧＲ弁３３及びクーラバイパス弁３５の駆動を制御する。さらに、ＥＣＵ４０は、Ａ／Ｆセンサ２３を活性状態とすべく、ヒータ通電の制御を実施する。

ところで、Ａ／Ｆセンサ２３においてヒータ２３ｂの通電が行われる際に、排気管１４内のＡ／Ｆセンサ２３付近に凝縮水が存在し、その凝縮水がセンサ素子２３ａにかかると、同センサ素子２３ａが破損する（素子割れが生じる）おそれがある。例えば、エンジン１０の冷間始動時には排気管１４内が低温状態となっており、かかる状態では排気管１４内で凝縮水が存在し、その凝縮水により上記した素子割れのおそれが生じる。そして、素子割れを抑制しようとすれば、ヒータ通電の開始タイミングを遅くするなど、ヒータ通電を制限しなければならないという不都合が生じる。ちなみに、ディーゼルエンジンの場合、ガソリンエンジンに比して排気温が低いため、凝縮水が無くなるまでに数分〜１０分程度の時間を要することがあり、ヒータ通電の開始タイミングを早めたいという要望も高いものとなっている。

そこで本実施形態では、エンジン始動時等における排気昇温処理として、スロットル弁１２及びＥＧＲ弁３３の開度制御を実施する。すなわち、排気温Ｔｅｘを検出し、その排気温Ｔｅｘが低温である場合に、スロットル弁開度を閉じ側に制御するとともにＥＧＲ弁開度を開き側に制御する。またこのとき、クーラバイパス弁３５によってクーラバイパス通路３４を開放することで、ＥＧＲガスが冷却されないようにする。上記制御により、ＥＧＲガスの熱量を増大化させるようにしている。すなわち、排気管１４内を高温化して同排気管１４内における凝縮水の早期消失を図り、ヒータ通電の開始タイミングを早めるようにしている。

図２は、排気昇温処理を含むヒータ通電制御に関する処理手順を示すフローチャートであり、本処理はＥＣＵ４０により所定の時間周期で繰り返し実行される。

図２において、まずステップＳ１０１では、排気温センサ２２の検出信号により算出した排気温Ｔｅｘを読み込む。続くステップＳ１０２では、前記読み込んだ排気温Ｔｅｘが所定値Ｋ１以下であるか否かを判定する。所定値Ｋ１は、Ａ／Ｆセンサ２３のヒータ通電について許可判定を行うためのヒータ通電許可温度に相当するものであり、例えば１５０℃程度の値である。そして、Ｔｅｘ＞Ｋ１であればステップＳ１０３に進み、Ｔｅｘ≦Ｋ１であればステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０３ではヒータ通電を許可する（例えば、ヒータ通電許可フラグをセットする）。また、続くステップＳ１０４ではスロットル弁１２及びＥＧＲ弁３３の通常制御を実施する。通常制御に際し、スロットル弁１２は概ね全開付近で制御され、ＥＧＲ弁３３は都度のエンジン運転状態に応じた目標開度に制御される。また、ステップＳ１０５では、クーラバイパス通路３４を閉鎖すべくクーラバイパス弁３５の切り替えを実施する。ステップＳ１０２→Ｓ１０３→Ｓ１０４→Ｓ１０５の処理の流れは、通常のヒータ通電時の処理の流れに相当するものである。

一方、ステップＳ１０６ではヒータ通電を禁止する（例えば、ヒータ通電許可フラグをクリアする）。続くステップＳ１０７では、排気温Ｔｅｘが所定値Ｋ２以下であるか否かを判定する。所定値Ｋ２は、前述の所定値Ｋ１（ヒータ通電許可温度）よりも低温値であり、例えば１００℃程度の値である。この所定値Ｋ２が「始動時温度判定値」に相当する。そして、Ｔｅｘ＞Ｋ２であればステップＳ１０４に進み、Ｔｅｘ≦Ｋ２であればステップＳ１０８に進む。なお、ステップＳ１０４及びそれに続くステップＳ１０５では、前述のとおりスロットル弁１２及びＥＧＲ弁３３の通常制御とクーラバイパス通路３４の閉鎖とを実施する。

また、ステップＳ１０８では、スロットル弁１２を通常制御よりも閉じ側の所定開度（あらかじめ規定した弁開度）に制御するとともに、ＥＧＲ弁３３を通常制御よりも開き側の所定開度（あらかじめ規定した弁開度）に制御する。次に、ステップＳ１０９では、クーラバイパス通路３４を開放すべくクーラバイパス弁３５の切り替えを実施する。

その後、ステップＳ１１０では、都度の新気量（エアフロメータ検出値）やＥＧＲ開度等に基づいてＥＧＲ率を算出するとともに、そのＥＧＲ率が所定値Ｋ３以上であるか否かを判定する。所定値Ｋ３は、ＥＧＲ率が過大となることで新気量不足となり、ひいては燃焼状態の悪化を招くことを回避するべく規定されたＥＧＲ率上限値であり、都度のエンジン運転状態（燃料噴射量やエンジン回転速度など）に基づいて可変に設定される。ただし、所定値Ｋ３を固定値とすることも可能である。

ＥＧＲ率が所定値Ｋ３未満の場合、そのまま本処理を終了する。これに対し、ＥＧＲ率が所定値Ｋ３以上の場合、ステップＳ１１１に進み、ＥＧＲ率の上限ガード処理を実施する。具体的には、ＥＧＲ率が所定値Ｋ３未満となるよう、スロットル弁開度とＥＧＲ弁開度とをフィードバック制御する。このとき具体的には、スロットル弁１２は開き側に制御され、ＥＧＲ弁３３は閉じ側に制御される。

次に、エンジン始動時における排気昇温処理を、図３のタイムチャートを用いてより具体的に説明する。なお、図３において、排気温Ｔｅｘの推移チャートには、本実施形態の排気昇温処理を実施した場合の排気温Ｔｅｘの推移を「制御あり」として実線で示し、本実施形態の排気昇温処理を実施していない場合の排気温Ｔｅｘの推移を「制御なし」として二点鎖線で示している。

図３において、タイミングｔ１でエンジン１０の始動処理が行われると（ＩＧスイッチがＯＮされると）、排気温Ｔｅｘが上昇し始める。エンジン始動時には排気温Ｔｅｘが極低温であるため、スロットル弁開度が閉じ側の所定開度に制御されるとともに、ＥＧＲ弁開度が開き側の所定開度に制御される。また、クーラバイパス弁３５の動作により、クーラバイパス通路３４が開放され、ＥＧＲクーラ３２側の通路が閉鎖される。

図３の事例では、スロットル弁開度及びＥＧＲ弁開度の上記操作によりＥＧＲ率が所定値Ｋ３（ＥＧＲ率上限値）を超える場合を想定しており、タイミングｔ２でＥＧＲ率≧Ｋ３となる。そして、同タイミングｔ２において、スロットル弁開度が若干開き側に、ＥＧＲ弁開度が若干閉じ側に制御されている。

その後、タイミングｔ３では、排気温Ｔｅｘが所定値Ｋ２（例えば１００℃）を超えるため、スロットル弁開度及びＥＧＲ弁開度の制御が通常制御に移行される。また、クーラバイパス弁３５の動作により、クーラバイパス通路３４が閉鎖され、ＥＧＲクーラ３２側の通路が開放される。さらに、タイミングｔ４では、排気温Ｔｅｘが所定値Ｋ１（例えば１５０℃）を超え、それに伴いＡ／Ｆセンサ２３のヒータ通電が開始される。

ここで、２つの温度判定値Ｋ１，Ｋ２がＫ１＞Ｋ２であるため、スロットル弁開度及びＥＧＲ弁開度の制御は、ヒータ通電の開始タイミング（タイミングｔ４）よりも早いタイミング（タイミングｔ３）で通常制御に移行されるようになっている。これにより、通常制御とは異なる変則的な制御（スロットル弁開度を閉じ側、ＥＧＲ弁開度を開き側にする制御）が必要最小限で実施されるようになっている。なお、タイミングｔ３では、排気温Ｔｅｘがある程度は上昇しており、その時点で通常制御に移行したとしてもその後の温度上昇を見込むことができる。

図３において、「制御あり」及び「制御なし」で排気温Ｔｅｘの推移を比較すると、前者の方が排気温Ｔｅｘの上昇が早くなっており、ヒータ通電の開始タイミングが大幅に早まることが分かる。要するに、ヒータ通電の開始前に、ＥＧＲ弁開度が開き側にかつスロットル弁開度が閉じ側に制御されることで、ＥＧＲガス量が増量されている。また、クーラバイパス通路３４が開放されることでＥＧＲガスの冷却が停止され、ＥＧＲガスが高温のまま燃焼室１８内（筒内）に導入されるようになっている。そしてそれらによってＥＧＲガス熱量の増大化がなされている。なおこのとき、スロットル弁開度が閉じ側に制御されることで吸気管１１内の負圧が大きくなり、ＥＧＲガスの取り込みに有利に作用する。以上により、排気管１４内の温度が上昇し、同排気管１４内に凝縮水（水滴）が存在してもそれが早期に消失する。故に、ヒータ通電の開始タイミングを早めることができる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

排気管１４内が所定の低温状態にある場合（具体的には、Ｔｅｘ≦Ｋ２の場合）に、ＥＧＲガス量を増量するべく、ＥＧＲ弁開度を開き側に制御するとともにスロットル弁開度を閉じ側に制御するようにした。また、クーラバイパス弁３５の駆動によりクーラバイパス通路３４を開放した。これにより、排気管１４内が低温になりがちなエンジンの冷間始動時において、ヒータ通電に対する制限を緩和することができる。その結果、Ａ／Ｆセンサ２３の早期活性化を実現し、そのセンサ出力をいち早く用いることができるようになる。

スロットル弁１２及びＥＧＲ弁３３の上記制御に際し、都度のＥＧＲ率をＥＧＲ上限値（所定値Ｋ３）にて上限ガードする構成としたため、排気管１４内の温度を上昇させるべくＥＧＲガス量を増量させながらも、エンジン１０の燃焼状態の悪化を抑制することができる。

（第２の実施形態）
前述したとおりディーゼルエンジンでは、ガソリンエンジンに比して排気温が低い。そのため、エンジン始動後にＡ／Ｆセンサ２３が一旦活性状態（所定の高温状態）となった後であっても、アイドル運転状態が比較的長い時間継続されるような場合には排気管１４内に凝縮水が発生することがある。この凝縮水の発生により素子割れのおそれが生じる。そこで本実施形態では、長時間のアイドル運転などにより排気温が低下する場合に、排気管１４内での凝縮水の発生を抑制すべく、排気昇温処理を実施することとしている。

図４は、排気昇温処理を含むヒータ通電制御に関する処理手順を示すフローチャートであり、本処理はＥＣＵ４０により所定の時間周期で繰り返し実行される。なお本処理では、エンジン１０の運転途中で排気温が低下する場合の排気昇温処理を規定したものとなっている。

図４において、まずステップＳ２０１では、排気温センサ２２の検出信号により算出した排気温Ｔｅｘを読み込む。続くステップＳ２０２では、アイドル運転が所定時間ＴＸ（例えば、数分〜１０分程度）継続されたか否かを判定する。これは、アイドル運転状態が比較的長い時間継続され、それに伴い排気管１４内の温度が低下したかどうかを間接的に判定するものである。そして、ステップＳ２０２がＮＯであればステップＳ２０３に進み、ステップＳ２０２がＹＥＳであればステップＳ２０６に進む。なお、上記ステップＳ２０２の処理に代えて、エンジン運転途中の排気温の低下により排気温Ｔｅｘが所定値（例えば２００℃）以下になったか否かを判定するようにしても良い。

ステップＳ２０３ではヒータ通電を許可する（例えば、ヒータ通電許可フラグをセットする）。また、ステップＳ２０４ではスロットル弁１２及びＥＧＲ弁３３の通常制御を実施し、続くステップＳ２０５ではクーラバイパス通路３４を閉鎖すべくクーラバイパス弁３５の切り替えを実施する。なお、ステップＳ２０３〜Ｓ２０５の処理は、前述した図２のステップＳ１０３〜Ｓ１０５の処理に準ずるものである。

一方、ステップＳ２０６では、排気温Ｔｅｘが所定値Ｋ４以下であるか否かを判定する。所定値Ｋ４は、Ａ／Ｆセンサ２３のヒータ通電について許可判定を行うためのヒータ通電許可温度に相当するものであり、例えば１５０℃程度の値である。そして、Ｔｅｘ＞Ｋ４であればステップＳ２０７に進み、ヒータ通電を許可する（例えば、ヒータ通電許可フラグをセットする）。また、Ｔｅｘ≦Ｋ４であればステップＳ２０８に進み、ヒータ通電を禁止する（例えば、ヒータ通電許可フラグをクリアする）。

以後のステップＳ２０９〜Ｓ２１２の処理は、前述した図２のステップＳ１０８〜Ｓ１１１の処理に準ずるものであり、ここでは簡単に説明する。すなわち、ステップＳ２０９では、スロットル弁開度を閉じ側に制御するとともに、ＥＧＲ弁開度を開き側に制御し、続くステップＳ２１０ではクーラバイパス通路３４を開放する。その後、ステップＳ２１１では、その時のＥＧＲ率が所定値Ｋ３以上であるか否かを判定し、ＥＧＲ率≧所定値Ｋ３である場合、ステップＳ２１２に進み、ＥＧＲ率の上限ガード処理を実施する。

次に、アイドル運転の継続時における排気昇温処理を、図５のタイムチャートを用いてより具体的に説明する。図５において、排気温Ｔｅｘの推移チャートには、本実施形態の排気昇温処理を実施した場合の排気温Ｔｅｘの推移を「制御あり」として実線で示し、本実施形態の排気昇温処理を実施していない場合の排気温Ｔｅｘの推移を「制御なし」として二点鎖線で示している。なお本図５では、ＥＧＲ率の上限ガードに関する処理を割愛している。

図５では、タイミングｔ１１以降、アイドル運転が継続されており、排気温Ｔｅｘが徐々に低下している。そして、アイドル継続時間が所定時間ＴＸとなるタイミングｔ１２では、スロットル弁開度が閉じ側の所定開度に制御されるとともに、ＥＧＲ弁開度が開き側の所定開度に制御される。また、クーラバイパス弁３５の動作によりクーラバイパス通路３４が開放状態とされる。このとき、スロットル弁開度の閉じ側制御やＥＧＲ弁開度の開き側制御などにより、排気温Ｔｅｘの低下度合いが緩やかになっている。

その後、タイミングｔ１３では、排気温Ｔｅｘが所定値Ｋ４（例えば１５０℃）を下回るため、Ａ／Ｆセンサ２３のヒータ通電が禁止される。そして、排気温Ｔｅｘが所定値Ｋ４まで再上昇すると、ヒータ通電が再開される（タイミングｔ１４）。

ただし、タイミングｔ１２でスロットル弁開度の閉じ側制御やＥＧＲ弁開度の開き側制御などが行われると、排気温Ｔｅｘの低下が止まり（又は、その時点から排気温Ｔｅｘが上昇し）、排気温Ｔｅｘが所定値Ｋ４まで低下しないことが考えられる。かかる場合には、ヒータ通電が一時中断されることはない。

タイミングｔ１２以降の排気温Ｔｅｘの変化について見ると、「制御なし」の場合には、排気温Ｔｅｘがほぼ単調に低下し続ける。これに対し、「制御あり」の場合には、排気温Ｔｅｘの低下が鈍くなり（又は上昇に転じ）、ヒータ通電が禁止される期間が短くなる（又は、通電禁止期間がなくなる）。そのため、アイドル運転中であってもＡ／Ｆセンサ２３の活性状態を維持することができる。

その後、タイミングｔ１５で、アイドル運転状態が解除されると、スロットル弁開度及びＥＧＲ弁開度の制御が通常制御に戻される。また、クーラバイパス弁３５の動作によりクーラバイパス通路３４が閉鎖状態とされる。

以上詳述した第２の実施形態によれば、エンジン１０のアイドル運転が継続されることで排気管１４内の温度が低下しても、凝縮水の発生を抑制することができる。また仮に凝縮水が発生したとしても、それを早期に消失させることができる。これにより、エンジン１０の運転途中にヒータ通電が制限され、それに伴いＡ／Ｆセンサ２３が非活性となるといった不都合が抑制できる。

なお、前記図４の処理では、アイドル運転が比較的長い時間継続していることを判定し、それにより排気管１４内の温度が低下したことを判定したが（ステップＳ２０２）、この構成を変更しても良い。例えば、前記図４のステップＳ２０２において、排気温Ｔｅｘが低下傾向にあり、かつヒータ通電許可温度（例えば１５０℃）よりも高温側のアイドル時温度判定値（例えば２００℃）を下回るか否かを判定する。このとき、当該判定が肯定されることで、排気管１４内の温度が低下した旨が判定される。本構成によれば、排気温Ｔｅｘの低下に伴うヒータ通電の制限開始に先立って排気昇温処理が実施される。これにより、Ａ／Ｆセンサ２３が非活性となる事態を回避することができる。

本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されても良い。

上記実施形態では、エンジン始動時等における排気昇温処理として、ＥＧＲ弁開度を開き側に制御するとともにスロットル弁開度を閉じ側に制御する際、それらをあらかじめ規定した所定開度に制御したが（前記図２のステップＳ１０８等）、これを変更する。すなわち、同じくＥＧＲガス量を増量するべくＥＧＲ弁開度を開き側に、スロットル弁開度を閉じ側に制御する際に、都度の排気温Ｔｅｘ（排気管１４内の温度）に基づいて、ＥＧＲ弁開度とスロットル弁開度とを可変に制御するようにしても良い。例えば、排気温Ｔｅｘが低いほど、ＥＧＲ弁開度を大きく、スロットル弁開度を小さくする。この場合、排気管１４内の温度低下の度合いが大きくなり、ヒータ通電が制限（中止）される状態にあっても、いち早くヒータ通電の制限を解除することができる。

エンジン始動時等における排気昇温処理として、ＥＧＲ弁開度を開き側に制御するとともにスロットル弁開度を閉じ側に制御する際、エンジン１０において燃焼状態の悪化が生じない範囲内で最大（又はその近傍）となる目標ＥＧＲ率を定めるとともに、該目標ＥＧＲ率を基にＥＧＲ弁開度とスロットル弁開度とを制御し、それによりＥＧＲ率フィードバック制御を実施するようにしても良い。より具体的には、例えば前記図２のフローチャートにおいて、ステップＳ１０８〜Ｓ１１１の処理に代えて、上記のＥＧＲ率フィードバック制御を実施する。本構成によれば、排気管１４内の温度を上昇させるべくＥＧＲガス量を増量させながらも、エンジン１０の燃焼状態の悪化を抑制することができる。

上記第１の実施形態では、排気温Ｔｅｘに関する温度判定として２つの判定処理（前記図２のステップＳ１０２，Ｓ１０７）を実施したが、ステップＳ１０２のみを実施する構成であっても良い。この場合、Ｔｅｘ＞Ｋ１であれば、ヒータ通電を許可するとともに、スロットル弁１２及びＥＧＲ弁３３の通常制御などを実施する（ステップＳ１０３〜Ｓ１０５）。また、Ｔｅｘ≦Ｋ１であれば、ヒータ通電を禁止するとともに、スロットル弁開度の閉じ側制御、ＥＧＲ弁開度の開き側制御などを実施する（ステップＳ１０６，Ｓ１０８〜Ｓ１１１）。

また、第２の実施形態において、前記図４のステップＳ２０２の処理を無くしても良い。この場合、ステップＳ２０６においてＴｅｘ＞Ｋ４であれば、ヒータ通電を許可するとともに、スロットル弁１２及びＥＧＲ弁３３の通常制御などを実施する（ステップＳ２０３〜Ｓ２０５）。また、Ｔｅｘ≦Ｋ４であれば、ヒータ通電を禁止するとともに、スロットル弁開度の閉じ側制御、ＥＧＲ弁開度の開き側制御などを実施する（ステップＳ２０９〜Ｓ２１２）。

上記各実施形態では、エンジン始動時等における排気昇温処理として、ＥＧＲ弁開度を開き側に制御するとともにスロットル弁開度を閉じ側に制御する構成としたが、そのうちＥＧＲ弁開度の制御のみを実施する構成としても良い（スロットル弁開度は固定）。かかる構成においても、前記同様、排気管１４内の凝縮水をいち早く消失させ、Ａ／Ｆセンサ２３の早期活性化等を実現することができる。

また、エンジン始動時等における排気昇温処理として、クーラバイパス通路３４を開放する処理のみを行う構成であっても良い（このとき、ＥＧＲクーラ３２側の通路は閉鎖される）。すなわち、スロットル弁１２及びＥＧＲ弁３３については通常制御のままとする。本構成であっても、ＥＧＲガスを冷却する構成に比べれば、ＥＧＲガス熱量の増大化がなされ、それに伴いＡ／Ｆセンサ２３の早期活性化等が可能となる。

上記各実施形態では、ＥＧＲ装置として、ＥＧＲクーラ３２を迂回するクーラバイパス通路３４を設けるとともに、通路分岐点にクーラバイパス弁３５を設け、クーラバイパス弁３５の動作によりＥＧＲガスを冷却するか否かを切り替える構成としたが、これを変更する。例えば、ＥＧＲクーラ３２自体でガス冷却度合いを変更できる構成としても良い。具体的には、ＥＧＲクーラ３２を通過する冷却水量を変更可能とする構成（冷却水量をリニア又は多段階に可変とする構成や、冷却水通過を許可／禁止で切り替える構成を含む）を採用する。

エンジンシステムとしてはＥＧＲクーラ（冷却手段）を持たない構成も考えられ、かかる場合にも本発明の適用が可能である。

上記実施形態では、排気管１４に排気温センサ２２を取り付け、その排気温センサ２２の検出信号に基づいて排気温Ｔｅｘを算出したが、この構成を変更し、都度のエンジン運転状態に基づいて排気温Ｔｅｘを推定する構成としても良い。この場合、例えば都度の燃料噴射量とエンジン回転速度とをパラメータとして排気温Ｔｅｘを推定すると良い。

本発明は、Ａ／Ｆセンサ以外にも、酸素濃度に応じた２値の起電力信号を出力するＯ2センサ、ＮＯｘ濃度に応じた電気信号を出力するＮＯｘセンサなど、他のガスセンサにも適用できる。要は、エンジンの排気通路に設けられ、ヒータの通電により活性状態とされて排気成分を検出するガスセンサであれば任意に適用できる。ディーゼルエンジン以外に、ガソリンエンジンへの適用も可能である。

発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの概略を示す構成図。 エンジン始動時の排気昇温処理に関する処理手順を示すフローチャート。 エンジン始動時の排気昇温処理をより具体的に説明するためのタイムチャート。 第２の実施形態において、アイドル運転時の排気昇温処理に関する処理手順を示すフローチャート。 第２の実施形態において、アイドル運転時の排気昇温処理をより具体的に説明するためのタイムチャート。

符号の説明

１０…エンジン、１１…吸気管、１２…スロットル弁、１４…排気管、２２…排気温センサ、２３…Ａ／Ｆセンサ、２３ａ…センサ素子、２３ｂ…ヒータ、３１…ＥＧＲ配管、３２…ＥＧＲクーラ、３３…ＥＧＲ弁、３４…クーラバイパス通路、３５…クーラバイパス弁、４０…ＥＣＵ。

Claims (11)

1. 内燃機関の排気通路に設けられヒータの通電により活性状態とされて排気通路中の排気成分を検出するガスセンサと、内燃機関から排出される排気の一部を吸気系に環流させるＥＧＲ装置とを備えた内燃機関システムに適用され、
   前記排気通路内の温度が所定のヒータ通電許可温度を超えることを条件に前記ヒータの通電を実行する内燃機関の制御装置において、
   前記排気通路内が所定の低温状態にあるか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段により排気通路内が所定の低温状態にあると判定された場合に、前記ＥＧＲ装置により吸気系に環流される環流ガスの熱量を増大させる制御手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記制御手段は、前記ＥＧＲ装置により環流される環流ガス量を増量することで、前記環流ガスの熱量を増大させる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記内燃機関システムは、前記ＥＧＲ装置としてＥＧＲ弁を有するとともに、吸気通路に吸気絞り弁を設けたものであり、
   前記制御手段は、前記ＥＧＲ弁の開度を開き側に制御するとともに前記吸気絞り弁の開度を閉じ側に制御することで、前記環流ガス量を増量する請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記排気通路内の温度を検出又は推定により取得する手段を備え、
   前記制御手段は、前記取得した排気通路内の温度に基づいて、前記ＥＧＲ弁の開度と前記吸気絞り弁の開度とを可変に制御する請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記制御手段によるＥＧＲ弁及び吸気絞り弁の制御に際し、都度のＥＧＲ率を、前記内燃機関において燃焼状態の悪化が生じない上限値にて制限する手段をさらに備えた請求項３又は４に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記制御手段は、前記内燃機関において燃焼状態の悪化が生じない範囲内で最大又はその近傍となる目標ＥＧＲ率を定め、該目標ＥＧＲ率を基に、前記ＥＧＲ弁の開度と前記吸気絞り弁の開度とを制御してＥＧＲ率フィードバック制御を実施する請求項３又は４に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記ＥＧＲ装置に、当該ＥＧＲ装置を通過する環流ガスを冷却するための冷却手段を設けた内燃機関システムに適用され、
   前記制御手段は、前記冷却手段による環流ガスの冷却を停止することで、前記環流ガスの熱量を増大させる請求項１乃至６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記制御手段は、前記内燃機関の始動時における前記ヒータの通電開始前に、前記環流ガスの熱量を増大させるものである請求項１乃至７のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記排気通路内の温度を検出又は推定により取得する手段を備え、
   前記判定手段は、前記取得した排気通路内の温度が、前記ヒータ通電許可温度よりも低温側に規定した始動時温度判定値を下回る場合に、前記所定の低温状態にある旨を判定する請求項８に記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記判定手段は、前記内燃機関においてアイドル運転状態が所定時間継続した場合に、前記所定の低温状態にある旨を判定する請求項１乃至９のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
11. 前記排気通路内の温度を検出又は推定により取得する手段を備え、
    前記判定手段は、前記取得した排気通路内の温度が低下傾向にあり、かつ前記ヒータ通電許可温度よりも高温側に規定したアイドル時温度判定値を下回る場合に、前記所定の低温状態にある旨を判定する請求項１乃至９のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。

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