JP2008196439A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低温始動時における排気からの凝縮水の発生を抑制し、効率よく排気状態検出手段への被水の可能性を低減する。
【解決手段】エンジン１の排気通路２に設けられた空燃比センサ４の上流側に、排気通路内を加熱する排気管内ヒータ５を備え、キー挿入スイッチ１５によりキーシリンダにキーが挿入されたことが検出されてエンジン１の始動が予見されたときに、排気管内ヒータ５を所定時間作動させることで、エンジン始動時点では空燃比センサ４の上流側の排気通路内をあらかじめ昇温させておく。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気通路に排気状態検出手段を備えた内燃機関の制御装置に係り、詳しくは、排気状態検出手段に対する被水による損傷の可能性を低減する技術に関する。

内燃機関（エンジン）の排気通路に設けられた空燃比センサ等のセンサ（排気状態検出手段）に、ヒータを備えたものが知られている。このものでは、ヒータによりセンサの素子を加熱して活性化させることで、低温時における検出精度を確保させる。
このようにヒータを備えたセンサが排気通路に設けられていると、始動直後のように排気温度が低いときに、排気中の水分が凝縮してセンサに付着する場合がある。このとき、センサがヒータにより加熱されて既に高温状態になっていると、被水することでセンサの温度が急激に変化して、センサが損傷する虞がある。

そこで、センサが被水する虞がある場合には、ヒータの作動を抑制してセンサの温度を許容範囲内に抑えることで、被水によるセンサの損傷の可能性を低減する技術が知られている。
また、センサを囲むように複数の加熱ヒータを別途設け、エンジン始動から排気管壁温が凝縮水不発生温度となるまでの間に亘り当該加熱ヒータに通電を行う構成の装置が開示されている（特許文献１）。
特開２００１−７３８２７号公報

しかしながら、上記のようにセンサに備えたヒータの作動を抑制すると、センサの温度を急速に上昇させることができないので、低温始動時において検出精度を速やかに確保することが困難であるという問題点があった。
また、上記特許文献１の場合には、センサの排気下流側に位置する加熱ヒータも存在し、エンジンの始動から排気管壁温が凝縮水不発生温度となるまでの間において加熱ヒータに一定電力での通電を行っており、エネルギー効率が悪いという問題があった。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、低温始動時における排気からの凝縮水の発生を抑制し、効率よく排気状態検出手段への被水の可能性を低減する内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明では、内燃機関の排気通路に設けられ排気の状態を検出する排気状態検出手段を備えた内燃機関の制御装置であって、排気状態検出手段の少なくとも上流側に設けられ、排気通路内を加熱する加熱手段と、内燃機関の始動を予見する始動予見手段と、始動予見手段により始動が予見されたときに、加熱手段を所定時間作動させる制御手段と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項２の発明では、請求項１において、内燃機関の始動直後において排気から凝縮水が発生して排気状態検出手段に被水する可能性のある被水可能性期間を推定する被水可能性期間推定手段を更に備え、制御手段は、更に、被水可能性期間推定手段により推定された被水可能性期間において、加熱手段を作動させ、始動が予見されたときより低い温度で排気通路内を加熱することを特徴とする。

また、請求項３の発明では、請求項２において、制御手段は、更に、始動が予見されたときにおける加熱手段の所定時間作動後から、前記被水可能性期間推定手段により推定された被水可能性期間の開始まで、排気通路内の温度を維持するように、加熱手段を作動させることを特徴とする。
また、請求項４の発明では、請求項２または３において、被水可能性期間推定手段は、内燃機関の水温及び外気温の少なくとも一方に基づいて、被水可能性期間を推定することを特徴とする。

本発明の請求項１の内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の始動が予見されたときに、加熱手段により排気状態検出手段の少なくとも上流側で排気通路内が加熱されるので、始動時点では排気状態検出手段の上流側の排気通路内をあらかじめ昇温させておくことができる。したがって、内燃機関の始動直後から排気状態検出手段の上流側で排気から凝縮水の発生が抑制され、効率よく排気状態検出手段への被水の可能性を低減することができる。

これにより、例えば排気状態検出手段にヒータが備えられたものでは、エンジン始動直後からすぐに排気状態検出手段をヒータにより高温状態にすることができるので、エンジン始動直後から排気状態検出手段を迅速に活性化させて、効率よく低温始動時における排気状態検出手段の検出精度を確保することができる。
また、請求項２の内燃機関の制御装置によれば、被水可能性期間において、加熱手段により排気状態検出手段の少なくとも上流側で排気通路内が加熱されるので、被水可能性期間に亘って排気状態検出手段の上流側での凝縮水の発生を抑制することができる。また、始動予見時における加熱手段による加熱により、被水可能性期間の開始前に既に排気通路内が昇温しているので、被水可能性期間において始動予見時より低い温度で加熱することで、効率よく凝縮水の発生を抑制しつつ加熱手段による消費エネルギーを低減することができる。

また、請求項３の内燃機関の排気浄化装置によれば、始動の予見時における加熱が終了してから被水可能性期間の開始までの間を時間が経過しても、排気通路内の温度が保持されるので、被水可能性期間の開始からすぐに凝縮水の発生を抑制することができる。そして、この間では排気通路内の温度を保持する程度に加熱されるので、効率よく凝縮水の発生を抑制しつつ加熱手段における消費エネルギーを抑制することができる。

また、請求項４の内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関の水温及び外気温の少なくとも一方に基づいて、被水可能性期間を適切に推定することができる。

以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の構成図である。
図１に示すように、内燃機関（エンジン）１の排気通路である排気管２には、三元触媒３が介装されている。三元触媒３は、担体に活性貴金属として白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ），銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、銀（Ａｇ）のいずれかを有し、活性状態でＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを除去する。

排気管２の三元触媒３の上流側部分には、Ｏ２濃度に基づき排気の空燃比を検出する空燃比センサ（排気状態検出手段）４が設けられている。空燃比センサ４には、低温時にセンサ素子を活性化させるためにセンサヒータ４aが設けられている。空燃比センサ４の上流側の排気管２には、排気管２内を加熱する排気管内ヒータ（加熱手段）５が備えられている。

一方、エンジン１には、冷却水温Ｔewを検出する水温センサ１０と、エンジンの周囲温度である外気温Ｔeoを検出する外気温センサ１１が備えられている。
また、エンジン始動操作用のキースイッチを形成するキーシリンダには、エンジンの始動を予見する始動予見手段として、キーを挿入したことを検出するキー挿入スイッチ１５が備えられている。

ＥＣＵ２０は、エンジン１の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）及びタイマー２０a等を含んで構成されている。タイマー２０aは、エンジン始動からの経過時間Ｔpと、キーシリンダにキーを挿入してからの経過時間Ｔkを計測する機能を有する。

ＥＣＵ２０の入力側には、上述した空燃比センサ４及び水温センサ１０等の他に、図示しないエアフローセンサ、クランク角センサ、アクセルポジションセンサ、車速センサ及びキースイッチ等が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。
一方、ＥＣＵ２０の出力側には、上述した排気管内ヒータ５等の他に、図示しない燃料噴射弁、吸気絞り弁及び点火プラグ等の各種出力デバイスが接続されている。ＥＣＵ２０は、キースイッチＯＮ時において、各種センサ類からの検出情報に基づいて燃料噴射量、燃料噴射時期及び点火時期等を演算し、各種出力デバイスにそれぞれ出力することで、適正なタイミングで燃料噴射弁、吸気絞り弁及び点火プラグ等を制御する。

更に、ＥＣＵ２０は、キー挿入スイッチ１５からキー挿入信号、水温センサ１０から冷却水温Ｔew、及び外気温センサ１１から外気温Ｔeoを入力し、排気管内ヒータ５を作動制御する（制御手段）。
図２は、ＥＣＵ２０における排気管内ヒータ５の作動制御手順を示すフローチャートであり、以下同フローチャートに沿い本発明に係る排気の加熱処理について説明する。

本ルーチンは所定の間隔で繰り返し実行され、先ず、ステップＳ１０では、水温センサ１０から冷却水温Ｔewを入力し、ステップＳ１２に進む。
ステップＳ１２では、ステップＳ１０において入力された冷却水温Ｔewに基づいて、エンジン始動後のヒータ通電期間Ｔiaを推定する。このヒータ通電期間Ｔiaは、エンジン始動からの排気管内ヒータ５に通電する時間であり、排気から凝縮水が発生しないように排気温度が十分に上昇するまでの時間となるように、例えばあらかじめ実験等により確認して設定したマップから読み出すことによって求めればよい。そして、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４では、水温センサ１０から水温Ｔewを、外気温センサ１１から外気温Ｔeoを入力し、被水可能性期間の開始時期Ｔcaを推定する（被水可能性期間推定手段）。被水可能性期間は、空燃比センサ４が被水する可能性のある期間であって、その開始時期Ｔcaは、エンジン始動から被水可能性期間が開始するまでの時間である。被水可能性期間の開始時期Ｔcaは、例えばあらかじめ実験等により確認して設定したマップから水温Ｔew及び外気温Ｔeoに応じて読み出すことによって求められる。そして、ステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６では、キー挿入スイッチ１５から検出信号を入力し、キーシリンダにキーが挿入しているか否かを判別する。キーシリンダにキーが挿入されているときには、ステップＳ１８に進む。
ステップＳ１８では、タイマー２０aによりエンジン始動からの経過時間Ｔpを計測し、この経過時間ＴpがステップＳ１２において推定したヒータ通電期間Ｔia以上であるか否かを判別する。経過時間Ｔpがヒータ通電期間Ｔia未満であるときには、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０では、タイマー２０aによりキー挿入からの経過時間Ｔkを計測し、この経過時間Ｔkが所定時間Ｔk1以上であるか、即ち、後述する排気管内ヒータ５の１００％ＤＵＴＹ制御を実行開始してから所定時間Ｔk1経過したか否かを判別する。経過時間Ｔkが所定時間Ｔk1以上である場合は、ステップＳ２４に進む。経過時間Ｔkが所定時間Ｔk1未満である場合は、ステップＳ２２に進む。なお、所定時間Ｔk1は、排気管内ヒータ５を後述する１００％ＤＵＴＹ制御したときに、空燃比センサ４の上流側の排気管２内の温度が確実に排気から凝縮水が発生しない温度まで上昇するように適宜設定すればよい。

ステップＳ２２では、排気管内ヒータ５の１００％ＤＵＴＹ制御を実行する。１００％ＤＵＴＹ制御は、排気管内ヒータ５による加熱能力が最大限発揮されるように、排気管内ヒータ５への通電をＤＵＴＹ制御するものである。そして、本ルーチンを繰り返し実行する。
ステップＳ２４では、タイマー２０aにて計測されたエンジン始動からの経過時間ＴpがステップＳ１４において推定した被水可能性期間の開始時期Ｔca以上であるか否か、即ち被水可能性期間内であるか否かを判別する。経過時間Ｔpが被水可能性期間の開始時期Ｔca以上である場合は、ステップＳ２６に進む。

ステップＳ２６では、被水対応ＤＵＴＹ制御を実行する。被水対応ＤＵＴＹ制御は、前述の１００％ＤＵＴＹ制御より低く抑えた加熱能力で排気管内ヒータ５を作動させるように、排気管内ヒータ５への通電をＤＵＴＹ制御するものであり、排気中の水分が凝縮して空燃比センサ４に付着しないように加熱能力を適宜設定すればよい。そして、本ルーチンを終了する。

一方、ステップＳ２４において、経過時間Ｔpが被水可能性期間の開始時期Ｔca未満である、即ち被水可能性期間に到達していないと判定した場合は、ステップＳ２８に進む。 ステップＳ２８では、温度保持ＤＵＴＹ制御を実行する。温度保持ＤＵＴＹ制御は、空燃比センサ４の上流側での排気管２内の温度が維持されるように、排気管内ヒータ５をＤＵＴＹ制御するものである。そして、本ルーチンを繰り返し実行する。

一方、ステップＳ１８において、始動経過時間Ｔpがヒータ通電期間Ｔia以上であると判定した場合は、ステップＳ３０に進む。
ステップＳ３０では、排気管内ヒータ５への通電を停止する。そして、本ルーチンを抜ける。
図３は、エンジン始動時における、排気管内ヒータ５への供給電流、センサヒータ４aへの供給電流、排気温度及びエンジン回転速度の推移を示すタイムチャートである。

上記のように制御することにより、本発明に係る内燃機関の制御装置では、図３に示すように、まず、キーシリンダにキーを挿入した時点から排気管内ヒータ５の１００％ＤＵＴＹ制御が行なわれる。これにより、空燃比センサ４の上流側での排気管２内の温度が急速に上昇し、その後の排気からの凝縮水の発生を抑制して凝縮水が空燃比センサ４に付着する可能性を低減できる。

また、１００％ＤＵＴＹ制御が所定時間Ｔk1実施され、空燃比センサ４の上流側での排気管２内の温度を排気から凝縮水が発生しない温度まで上昇させた後は、温度保持ＤＵＴＹ制御に切り換わる。これにより、排気管内ヒータ５での電力消費を抑えつつ、排気からの凝縮水の発生を継続して抑制することができる。
そして、エンジン始動からの経過時間Ｔpが被水可能性期間内となった場合には、排気管内ヒータ５への供給電力を増加させる。被水可能性期間では、排気から凝縮水が発生する虞があるが、このように、排気管内ヒータ５への供給電力を増加させることで、排気管２内の温度を上昇させて、凝縮水の発生を抑制することができる。

以上のように、エンジン始動時において、排気管内ヒータ５への電力供給制御を実施することにより、エンジン１から排出された排気が空燃比センサ４に到達する前に排気管内ヒータ５により加熱されることで、排気中の水分が凝縮し水滴となって空燃比センサ４に付着する可能性が低減される。したがって、空燃比センサ４に設けられたセンサヒータ４aをエンジン始動時に停止あるいはその加熱量を低下させる必要がなく、空燃比センサ４を迅速に活性化することができ、効率よくエンジン始動直後からすぐに空燃比センサ４の検出精度を確保することができる。これにより、空燃比センサ４を用いて始動直後からすぐにエンジン１の運転状態を適正に制御することができ、例えば始動時における排気浄化性能を向上させることができる。

特に、排気管内ヒータ５には、１００％ＤＵＴＹ、温度保持ＤＵＴＹ、被水対応ＤＵＴＹといった、その時点における適正量の電流が切り換えて供給されることで、排気中の水分の凝縮を抑えつつ排気管内ヒータ５での電力消費を極力抑えることができ、さらに効率よく水滴の発生を抑制することができる。
なお、本実施形態では、始動予見手段としてキー挿入スイッチ１５を用いているが、この代りに、キャビンのドア開閉スイッチ等のように、運転者の運転席への乗り込みを検出する検出手段を用いてもよい。

また、排気管内ヒータ５は、空燃比センサ４に到達する排気が加熱されるように配置すればよく、少なくともその一部が空燃比センサ４の上流側に設けられていてもよい。

本発明に係る内燃機関の概略構成図である。 ＥＣＵにおける排気管内ヒータの作動制御手順を示すフローチャートである。 エンジン始動時における、排気管内ヒータへの供給電流、センサヒータへの供給電流、排気温度及びエンジン回転速度の推移を示すタイムチャートである。

符号の説明

１ エンジン
４ 空燃比センサ
５ 排気管内ヒータ
１０ 水温センサ
１１ 外気温センサ
１５ キー挿入スイッチ
２０ ＥＣＵ

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ排気の状態を検出する排気状態検出手段を備えた内燃機関の制御装置であって、
   前記排気状態検出手段の少なくとも上流側に設けられ、前記排気通路内を加熱する加熱手段と、
   前記内燃機関の始動を予見する始動予見手段と、
   前記始動予見手段により始動が予見されたときに、前記加熱手段を所定時間作動させる制御手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関の始動直後において排気から凝縮水が発生して前記排気状態検出手段に被水する可能性のある被水可能性期間を推定する被水可能性期間推定手段を更に備え、
   前記制御手段は、更に、被水可能性期間推定手段により推定された被水可能性期間において、前記加熱手段を作動させ、前記始動が予見されたときより低い温度で前記排気通路内を加熱することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記制御手段は、更に、前記始動が予見されたときにおける前記加熱手段の所定時間作動後から、前記被水可能性期間推定手段により推定された被水可能性期間の開始まで、前記排気通路内の温度を維持するように、前記加熱手段を作動させることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記被水可能性期間推定手段は、前記内燃機関の水温及び外気温の少なくとも一方に基づいて、前記被水可能性期間を推定することを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関の制御装置。

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