JP2008274858A - Condensate quantity detection device and sensor heating control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリンダ内での燃料燃焼によるエネルギーを機械的な運動(例えば回転運動)へ変換する内燃機関に適用され、主に同機関の始動時に同機関の吸気通路又は排気通路に生成される凝縮水量を検出する凝縮水量検出装置、及び、同機関の吸気通路又は排気通路に設けられたセンサ(例えば酸素濃度センサ)を活性化するために用いて好適なセンサ加熱制御装置に関する。 The present invention is applied to an internal combustion engine that converts energy generated by fuel combustion in a cylinder into mechanical motion (for example, rotational motion), and is generated mainly in an intake passage or an exhaust passage of the engine when the engine is started. The present invention relates to a condensed water amount detection device for detecting a condensed water amount, and a sensor heating control device suitable for use in activating a sensor (for example, an oxygen concentration sensor) provided in an intake passage or an exhaust passage of the engine.
周知のように、自動車等の動力に用いられる内燃機関を制御するエンジン制御システムとしては、例えば三元触媒等の排気浄化装置を適正に動作させたり燃焼状態や燃費(燃料消費率)を改善したりする等の目的で空燃比(=空気の重量/燃料の重量)を制御するシステムが知られている。特に車載ガソリンエンジンでは、同エンジンの燃料燃焼を行う部分であるシリンダから排出される排気中の空燃比を、理論空燃比(≒「14.8」)にフィードバック制御するシステムが広く一般に採用されている。詳しくは、こうしたシステムでは、排気中の酸素濃度に応じた検出信号を出力する酸素濃度センサがエンジンの排気通路に設置され、この酸素濃度センサのセンサ出力(排気中の酸素濃度を示す検出信号)とその目標値(理論空燃比に相当する値)とを比較しつつ、例えば上記シリンダ内での燃焼に供される燃料や空気を供給する各アクチュエータの駆動量、すなわち燃料噴射弁の噴射時間や吸気絞り弁の開度などを可変制御する。こうすることで、上記シリンダ内での燃焼に供される燃料及び空気の供給量をそれぞれ所望の値に制御して、排気中の空燃比を理論空燃比に近づける(望ましくは一致させる)制御、いわゆる空燃比フィードバック制御を実行している。 As is well known, as an engine control system for controlling an internal combustion engine used for power of an automobile or the like, for example, an exhaust purification device such as a three-way catalyst is properly operated or a combustion state or fuel consumption (fuel consumption rate) is improved. For example, a system for controlling an air-fuel ratio (= weight of air / weight of fuel) is known. In particular, in-vehicle gasoline engines, a system that feedback-controls the air-fuel ratio in the exhaust discharged from the cylinder that performs fuel combustion of the engine to the theoretical air-fuel ratio (≈ “14.8”) has been widely adopted. Yes. Specifically, in such a system, an oxygen concentration sensor that outputs a detection signal corresponding to the oxygen concentration in the exhaust is installed in the exhaust passage of the engine, and the sensor output of this oxygen concentration sensor (a detection signal indicating the oxygen concentration in the exhaust) And the target value (value corresponding to the theoretical air-fuel ratio), for example, the drive amount of each actuator that supplies fuel and air for combustion in the cylinder, that is, the injection time of the fuel injection valve, Variable opening control of intake throttle valve. In this way, the supply amount of fuel and air supplied for combustion in the cylinder is controlled to a desired value, and the air-fuel ratio in the exhaust is brought close to (preferably matched) the stoichiometric air-fuel ratio, So-called air-fuel ratio feedback control is performed.
そして、こうしたシステムで用いられる上記酸素濃度センサとしては、センサ素子が例えばジルコニア素子からなるものがよく知られている。このセンサは、大気と被検出ガスとの間の酸素濃度差に応じて発生する電圧(起電力)を出力(センサ出力)とする。そして、そのセンサ出力(発生起電力)の信頼性は、センサ素子の温度に依存する。すなわち、この種のセンサは通常、センサ素子が常温よりも高い所定の温度領域(活性状態)にある場合に高い検出能力を発揮する。このため、こうしたセンサを用いる場合には、高い検出精度を確保すべく、上記センサ素子の温度を、例えば「650℃」以上の活性温度領域に維持するような制御を行うことが重要になる。具体的には、例えばセンサ素子に電気ヒータ(発熱装置)を設け、そのヒータの通電量を調整する(所望の量に制御する)ことにより、センサ素子を活性状態に維持することができる。そして、こうしたセンサを用いて上記空燃比フィードバック制御を行う場合には、その制御の実行に先立ち、上記のようにセンサ素子の温度が活性温度領域に制御される。一般には、上述の空燃比フィードバック制御は、上記センサ素子が活性状態にあることを条件にして実行されるようになっている。なお、センサ素子の温度は、例えばセンサ素子の抵抗値等に基づいて推定することができる。 As the oxygen concentration sensor used in such a system, a sensor element made of a zirconia element, for example, is well known. This sensor uses a voltage (electromotive force) generated according to the oxygen concentration difference between the atmosphere and the gas to be detected as an output (sensor output). The reliability of the sensor output (generated electromotive force) depends on the temperature of the sensor element. That is, this type of sensor normally exhibits a high detection capability when the sensor element is in a predetermined temperature range (active state) higher than room temperature. For this reason, when using such a sensor, it is important to perform control to maintain the temperature of the sensor element in an active temperature region of, for example, “650 ° C.” or higher in order to ensure high detection accuracy. Specifically, for example, an electric heater (heat generating device) is provided in the sensor element, and the sensor element can be maintained in an active state by adjusting (controlling to a desired amount) the energization amount of the heater. When the air-fuel ratio feedback control is performed using such a sensor, the temperature of the sensor element is controlled to the active temperature region as described above prior to the execution of the control. In general, the air-fuel ratio feedback control described above is executed on condition that the sensor element is in an active state. Note that the temperature of the sensor element can be estimated based on, for example, the resistance value of the sensor element.
しかしながら、こうした酸素濃度センサをはじめとするガスセンサの固体電解質材として用いられるジルコニア等は、一般に割れ易い。特に内燃機関の始動時には、まだエンジン周りが冷えており、飽和水蒸気量(空気に含有される水蒸気の最大量)が少ない。このため、排気中に含まれる水分が液滴化してセンサに付着し易い環境(センサが被水し易い環境)になっている。そして、もしそのような被水状態で、例えばセンサを活性化させるべく同センサに装着されたヒータが駆動された場合には、応力変化に起因してセンサ素子に亀裂等の生じるおそれがある。 However, zirconia and the like used as a solid electrolyte material for gas sensors including such oxygen concentration sensors are generally easily cracked. In particular, when the internal combustion engine is started, the engine is still cold and the amount of saturated water vapor (the maximum amount of water vapor contained in the air) is small. For this reason, the environment is such that the moisture contained in the exhaust gas becomes droplets and easily adheres to the sensor (an environment in which the sensor is easily wet). If, for example, a heater attached to the sensor is driven to activate the sensor in such a wet state, the sensor element may be cracked due to a change in stress.
そこで従来、例えば特許文献1に記載のように、エンジン始動時に排気管内に液滴状の水分が存在しているか否かを判定するとともに、その判定により液滴状の水分が存在している旨判定された場合には、センサに装着された電気ヒータの駆動量(通電量)を所定の時間(待機時間)だけ少量に制限するセンサ加熱制御装置なども提案されている。この装置では、こうして被水時にはそのセンサの加熱量を制限することで、上述の亀裂の発生によるセンサ寿命の短縮やセンサ破損を防止(又は抑制)するようにしている。
しかしながら、こうした装置では、被水の有無についてはこれを判定することができるものの、センサが被水している場合に待機時間をどの程度の長さに設定すれば上述の亀裂発生を回避することができるか、という点については定かにならない。そのため、確実に上述の亀裂発生を回避するためには、必要以上に長い待機時間を設定しなければならなかった。 However, in such a device, although it can be determined whether or not the water is wet, how long the standby time is set when the sensor is wet can avoid the above-mentioned crack occurrence. It ’s not clear if we can do it. Therefore, in order to surely avoid the occurrence of the above-mentioned crack, it has been necessary to set a standby time longer than necessary.
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、対象センサ周辺の状態をより高い精度で検出して、同センサに装着された発熱装置の駆動に伴い発生し得る不都合を、より好適に回避又は抑制することのできる内燃機関の凝縮水量検出装置及びセンサ加熱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。 The present invention has been made in view of such circumstances, and more suitably detects inconveniences that may occur in association with the driving of the heat generating device mounted on the sensor by detecting the state around the target sensor with higher accuracy. The main object of the present invention is to provide a condensed water amount detection device and a sensor heating control device for an internal combustion engine that can be avoided or suppressed.
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記載する。 Hereinafter, means for solving the above-described problems and the effects thereof will be described.
請求項1に記載の発明では、内燃機関の凝縮水量検出装置として、内燃機関が始動されて十分な運転時間に達する前に同機関が停止された場合(例えば運転時間を所定の閾値と比較して判断)に、その運転により前記内燃機関の吸気通路又は排気通路に生成された凝縮水量を検出して、該凝縮水量を示すパラメータ、及び、同凝縮水量を用いて求められたパラメータ、のうちの一方に相当する凝縮水量パラメータを取得する凝縮水量取得手段を備えることを特徴とする。 In the first aspect of the present invention, when the internal combustion engine is stopped before the engine reaches a sufficient operating time (for example, the operating time is compared with a predetermined threshold). The amount of condensed water generated in the intake passage or the exhaust passage of the internal combustion engine by the operation, and a parameter indicating the amount of condensed water, and a parameter obtained using the amount of condensed water, A condensed water amount acquisition means for acquiring a condensed water amount parameter corresponding to one of the above is provided.
発明者の実験等によれば、エンジン(内燃機関)の排気通路(又は吸気通路)に設けられたセンサ(例えば酸素濃度センサ)が被水する主な原因は、排気通路(又は吸気通路)内の凝縮水(特に通路底面に溜まった凝縮水)である。すなわち、エンジンを始動することで、排気(又は吸気)の勢い(気流の力)で通路の底面に溜まった凝縮水が飛散してセンサが被水する。発明者がこの凝縮水に注目してさらに実験等を行ったところ、エンジン始動後すぐに停止されるような短期の運転が行われると、その運転により生成された凝縮水が次回始動時にも残ることが確認された。このようにして残った凝縮水(残留凝縮水)は、次回始動時にセンサを被水させるべく飛散する。したがって、センサ被水に伴う不都合を回避する上では、短期運転に伴い残留する凝縮水量(残留凝縮水量)を取得することが重要になる。この点、請求項1に記載の装置によれば、上記凝縮水量取得手段により、凝縮水量を示すパラメータ(又は同凝縮水量を用いて求められたパラメータ)を取得することが可能になる。そして、その取得したパラメータにより、同センサに装着された発熱装置の駆動に伴い発生し得る不都合を、より好適に回避又は抑制することができるようになる。 According to the inventors' experiments and the like, the main cause of the sensor (for example, oxygen concentration sensor) provided in the exhaust passage (or intake passage) of the engine (internal combustion engine) getting wet is in the exhaust passage (or intake passage). The condensed water (especially condensed water accumulated on the bottom of the passage). That is, by starting the engine, the condensed water accumulated on the bottom surface of the passage is scattered by the momentum (force of airflow) of exhaust (or intake air), and the sensor gets wet. When the inventor conducted further experiments, paying attention to this condensate, when a short-term operation that stops immediately after the engine is started is performed, the condensate generated by the operation remains at the next start. It was confirmed. The condensate remaining in this way (residual condensate) scatters to allow the sensor to get wet at the next start. Therefore, in order to avoid inconveniences associated with sensor water exposure, it is important to obtain the amount of condensed water remaining (residual condensed water amount) due to short-term operation. In this regard, according to the apparatus of the first aspect, it is possible to acquire a parameter indicating the amount of condensed water (or a parameter obtained using the amount of condensed water) by the condensed water amount acquisition means. Then, the acquired parameters can more suitably avoid or suppress inconveniences that may occur when the heat generating device attached to the sensor is driven.
なおこの場合、前述の被水状態でのセンサ加熱に起因した亀裂発生等を回避する上では、例えば凝縮水量取得手段により取得された凝縮水量パラメータに基づいて、センサ加熱(ヒータ駆動)の開始タイミングや加熱量を可変設定する構成が有効である。 In this case, in order to avoid the occurrence of cracks or the like due to the sensor heating in the above-described wet condition, the sensor heating (heater drive) start timing is based on, for example, the condensed water amount parameter acquired by the condensed water amount acquisition means. A configuration in which the heating amount is variably set is effective.
また、エンジン始動に先立ち、前回の短期運転により生成された残留凝縮水を除去する構成なども有効である。この場合、例えば電気ヒータ等を、配管(吸気通路又は排気通路)やシリンダの周辺に設けることで、加熱除去する(蒸発させる)ことが可能になる。あるいは、エンジン始動装置(スタータ装置)により、エンジンの出力軸を駆動して同出力軸を強制的に運動(例えば回転)させることで発生する熱(例えば摩擦熱)によりシリンダや配管を加熱して上記残留凝縮水を加熱除去するようにしてもよい。 Further, it is also effective to remove the residual condensed water generated by the previous short-term operation before starting the engine. In this case, for example, by providing an electric heater or the like around the pipe (intake passage or exhaust passage) or around the cylinder, it is possible to remove by heating (evaporate). Alternatively, the cylinder or piping is heated by heat (for example, frictional heat) generated by driving the engine output shaft and forcibly moving (for example, rotating) the output shaft by an engine starter (starter device). The residual condensed water may be removed by heating.
また、エンジン始動の少し前から、センサの加熱、すなわち同センサに装着された発熱装置(例えば電気ヒータ)への通電(ヒータの駆動)を開始するセンサ加熱制御、いわゆるプリヒート制御を行う場合には、センサ加熱(プリヒート)の実行に先立ち、上記凝縮水量取得手段により取得された凝縮水量パラメータに基づいて、センサ加熱の有無(実行/中止)を決定する構成なども有効である。 Also, in the case of performing sensor heating control, that is, preheating control for starting sensor heating, that is, energization (heating of the heater) to a heating device (for example, an electric heater) attached to the sensor, just before engine start. It is also effective to determine the presence or absence (execution / stop) of sensor heating based on the condensed water amount parameter acquired by the condensed water amount acquisition means prior to the execution of sensor heating (preheating).
請求項2に記載の発明では、上記請求項1に記載の装置において、前記内燃機関の停止後もデータ保持可能とする所定の記憶装置に対して、前記凝縮水量取得手段により取得された凝縮水量パラメータを格納する凝縮水量格納手段を備えることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the apparatus according to the first aspect, the amount of condensed water acquired by the condensed water amount acquiring unit with respect to a predetermined storage device capable of holding data even after the internal combustion engine is stopped. Condensed water storage means for storing parameters is provided.
エンジン始動時の凝縮水量を高い精度で検出するためには、エンジン停止時に前記凝縮水量パラメータを、次回運転時にも使用可能な状態で保存することが重要になる。この点、上記請求項2に記載の構成によれば、その凝縮水量パラメータを、より容易に、次回運転時にも使用可能な状態で保存することが可能になる。 In order to detect the amount of condensed water at the time of engine start with high accuracy, it is important to store the condensed water amount parameter in a usable state at the next operation when the engine is stopped. In this regard, according to the configuration of the second aspect, it is possible to store the condensed water amount parameter more easily and in a usable state during the next operation.
そして、この請求項2に記載の装置に関しては、請求項3に記載の発明のように、前記内燃機関が始動される都度、停止までの運転時間に基づいて、前記記憶装置に格納された凝縮水量パラメータを更新する凝縮水量更新手段を備えることで、前記凝縮水量パラメータを高い精度の値に維持することが可能になる。
With regard to the device according to
請求項4に記載の発明では、上記請求項3に記載の装置において、前記凝縮水量更新手段が、前記停止までの運転時間が十分長い場合(例えば所定の閾値と比較して判断)には、前記記憶装置に格納された凝縮水量パラメータをリセットするとともに、前記停止までの運転時間が十分長くない場合には、前記記憶装置に格納されている凝縮水量パラメータに対して今回前記凝縮水量取得手段により取得された凝縮水量パラメータを加算するものであることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the apparatus according to the third aspect, when the operation time until the stop of the condensed water amount update means is sufficiently long (for example, judgment is made in comparison with a predetermined threshold), When the condensate amount parameter stored in the storage device is reset and the operation time until the stop is not sufficiently long, the condensate amount acquisition means this time with respect to the condensate amount parameter stored in the storage device The acquired condensed water amount parameter is added.
前述した残留凝縮水は、短期の運転が連続することで蓄積されていく。他方、いったん長期の運転がなされれば、通常は全て除去される(蒸発する)。請求項4に記載の発明は、こうした事象に基づくものであり、こうした装置によれば、高い精度で前記凝縮水量パラメータを取得することができるようになる。 The above-mentioned residual condensed water accumulates as a short-term operation continues. On the other hand, once it has been operated for a long time, it is usually removed (evaporated). The invention according to claim 4 is based on such an event, and according to such an apparatus, the condensed water amount parameter can be obtained with high accuracy.
なお、凝縮水量パラメータのリセットは、エンジン停止時に行っても、あるいはその他、運転時間が十分長いと分かった時(例えばエンジン始動後に所定時間が経過した時)などに行ってもよい。 The condensed water amount parameter may be reset when the engine is stopped, or when the operation time is found to be sufficiently long (for example, when a predetermined time has elapsed after the engine is started).
また発明者は、今回のエンジン運転時間及びその時のエンジン本体温度により定義される条件(凝縮水生成に係る条件)と、今回の運転により生成される凝縮水量との関係について、高い再現性で一様の関係が得られる(例えば図12参照)ことを見出し、次のような装置を発明した。すなわち請求項5に記載の発明では、上記請求項1〜4のいずれか一項に記載の装置において、前記凝縮水量取得手段が、前記内燃機関の本体温度を示すパラメータと同機関の始動から停止までの運転時間とに基づいて、その運転により生成された凝縮水量を推定することで、その推定値を、前記凝縮水量パラメータとして取得するものであることを特徴とする。こうした構成であれば、高い精度で前記凝縮水量パラメータを取得(推定)することが可能になる。 In addition, the inventor is highly reproducible about the relationship between the condition defined by the current engine operation time and the temperature of the engine body at that time (the condition related to the generation of condensed water) and the amount of condensed water generated by the current operation. The inventors have found that the following relationship can be obtained (for example, see FIG. 12), and invented the following apparatus. That is, according to a fifth aspect of the present invention, in the apparatus according to any one of the first to fourth aspects, the condensate amount acquisition means is stopped from the start of the engine with a parameter indicating the body temperature of the internal combustion engine. The estimated value is acquired as the condensed water amount parameter by estimating the amount of condensed water generated by the operation based on the operation time until. With such a configuration, the condensed water amount parameter can be obtained (estimated) with high accuracy.
なお、内燃機関の本体温度を示すパラメータとしては、複数種の所定パラメータ(例えば同機関の冷却水温、同機関の潤滑油温、吸気温度、外気温度、及び吸排気系の配管温度等)のうち、最も低い検出値を用いることが有効である。こうした構成であれば、内燃機関の本体温度に検出誤差があった場合にも対応してより確実に、前述の被水状態でのセンサ加熱に起因した亀裂発生等を防ぐ(又は抑制する)ことが可能になる。 The parameters indicating the main body temperature of the internal combustion engine include a plurality of types of predetermined parameters (for example, the cooling water temperature of the engine, the lubricating oil temperature of the engine, the intake air temperature, the outside air temperature, the intake and exhaust system piping temperature, etc.) It is effective to use the lowest detection value. With such a configuration, it is possible to more reliably prevent (or suppress) the occurrence of cracks or the like due to the above-described sensor heating in the wet state in response to a detection error in the body temperature of the internal combustion engine. Is possible.
また発明者は、前述した短期運転に伴い残留する凝縮水量(残留凝縮水量)を、センサ加熱制御に用いる装置として、請求項6〜14に記載の装置を発明した。以下、これら各装置について説明する。 Moreover, the inventor invented the device according to claims 6 to 14 as a device for using the amount of condensed water remaining in the short-term operation described above (residual condensed water amount) for sensor heating control. Hereinafter, each of these devices will be described.
まず請求項6に記載の発明では、駆動状態で発熱して駆動量が大きくなるほど発熱量を大きくする発熱装置が装着された状態で内燃機関の吸気通路又は排気通路に設けられて所定の温度領域(例えば「100℃」以上)で活性化されて高い検出能力を発揮する所定の対象センサに適用され、前記発熱装置の駆動量を制御する装置(センサ加熱制御装置)であって、前記内燃機関を始動する際には、既に残留している残留凝縮水量と今回の始動により新たに生成される新規凝縮水量との和に応じて、前記発熱装置の駆動量に関する制御態様を可変設定する加熱制御手段を備えることを特徴とする。 First, in the invention according to the sixth aspect, the heat generating device is installed in the intake passage or the exhaust passage of the internal combustion engine in a predetermined temperature range in a state where the heat generating device that generates heat in the driving state and increases the driving amount as the driving amount increases. A device (sensor heating control device) that is applied to a predetermined target sensor that is activated at a high temperature (for example, “100 ° C. or higher”) and exhibits a high detection capability (sensor heating control device), the internal combustion engine When starting the heating control, the control mode relating to the drive amount of the heat generating device is variably set according to the sum of the amount of residual condensed water remaining and the amount of new condensed water newly generated by the current start Means are provided.
こうした装置であれば、従来は考慮されていなかったエンジン(内燃機関)始動時に既に残留している残留凝縮水量についてもこれが考慮されるようになり、この残留凝縮水量(厳密には新規凝縮水量との和)に基づいて発熱装置(センサ加熱装置に相当)の駆動量が設定されることになる。そしてこれにより、発熱装置(センサ加熱装置)の駆動に伴い発生し得る不都合を回避又は抑制しつつ、対象とするセンサの加熱制御をより好適に行うことが可能になる。 With such a device, the amount of residual condensate remaining at the start of the engine (internal combustion engine), which has not been considered in the past, will be taken into account. The driving amount of the heat generating device (corresponding to the sensor heating device) is set based on As a result, it is possible to more suitably perform the heating control of the target sensor while avoiding or suppressing inconvenience that may occur due to the driving of the heat generating device (sensor heating device).
そしてこの場合、前記加熱制御手段についてもこれを、請求項7に記載の発明のように、前記残留凝縮水量と新規凝縮水量との和に基づいて、前記発熱装置の通常駆動に先立つ期間としてその駆動を禁止又は制限する(例えば発熱装置の駆動量を通常制御の場合よりも小さくする)期間である遅れ期間の長さ(遅れ時間)を可変設定するものとすることが有効である。こうすることで、前述の被水状態でのセンサ加熱に起因した亀裂発生等をより好適に防ぐ(又は抑制する)ことが可能になる。なおこの場合、前記加熱制御手段についてはこれを、前記残留凝縮水量と新規凝縮水量との和が大きい値であるほど前記遅れ期間の長さ(遅れ時間)をより長い時間に設定するものとすることがより有効である。 In this case, the heating control means is also used as a period prior to normal driving of the heat generating device based on the sum of the residual condensed water amount and the new condensed water amount, as in the invention described in claim 7. It is effective to variably set the length of the delay period (delay time), which is a period during which driving is prohibited or limited (for example, the driving amount of the heat generating device is made smaller than in the case of normal control). By doing so, it is possible to more suitably prevent (or suppress) the occurrence of cracks and the like due to the sensor heating in the above-described wet condition. In this case, the heating control means sets the length of the delay period (delay time) to a longer time as the sum of the residual condensed water amount and the new condensed water amount is larger. Is more effective.
これら請求項6又は7に記載の装置は、上述の請求項1〜5のいずれか一項に記載の装置を用いることで、好適に実現することができる。すなわち、請求項8に記載の発明では、上記請求項6又は7に記載の装置において、前記加熱制御手段が、前記残留凝縮水量として、請求項1〜5のいずれか一項に記載の内燃機関の凝縮水量検出装置における前記凝縮水量取得手段により取得された凝縮水量パラメータを用いるものであることを特徴とする。こうすることで、前記残留凝縮水量を、より容易且つ的確に取得(検出)することが可能になる。
The apparatus according to claim 6 or 7 can be suitably realized by using the apparatus according to any one of
ところで、上記各センサ加熱制御装置は、発明者が残留凝縮水なる新たなパラメータに注目することによりなされた発明である。したがって、前述のように残留凝縮水の飛散に起因してセンサが被水する場合に適用して特に有効である。そして特に有益な構成としては、例えば請求項9〜13に記載の構成が考えられる。以下、これら各装置について説明する。 By the way, each said sensor heating control apparatus is invention made | formed by the inventors paying attention to the new parameter which is residual condensed water. Therefore, the present invention is particularly effective when applied to the case where the sensor gets wet due to the scattering of residual condensed water as described above. As a particularly useful configuration, for example, the configurations described in claims 9 to 13 are conceivable. Hereinafter, each of these devices will be described.
請求項9に記載の発明では、上記請求項6〜8のいずれか一項に記載の装置において、前記対象センサが、前記内燃機関の燃焼行程後に排気の排出される排気通路に設けられた排気系センサであり、前記残留凝縮水量及び前記新規凝縮水量が、前記対象センサの排気上流側近傍に形成された排気通路の窪み(凹部)の中に溜まった凝縮水量であることを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, in the apparatus according to any one of the sixth to eighth aspects, the target sensor is an exhaust gas provided in an exhaust passage through which exhaust gas is discharged after the combustion stroke of the internal combustion engine. It is a system sensor, and the amount of residual condensed water and the amount of new condensed water are the amount of condensed water accumulated in a depression (concave portion) of an exhaust passage formed near the exhaust upstream side of the target sensor.
排気通路において上記排気系センサの排気上流側近傍に窪み(凹部)が形成されている場合には、その中に排気凝縮水が溜まり易くなる。そして、前述したセンサ被水は、基本的にはその窪み内の凝縮水によって引き起こされることになる。このため、前記残留凝縮水量及び前記新規凝縮水量として、その窪み内の凝縮水を取得(検出)することにより、センサ加熱制御をより好適に行うことが可能になる。 When a depression (recess) is formed near the exhaust upstream side of the exhaust system sensor in the exhaust passage, the exhaust condensed water tends to accumulate therein. And the sensor water | moisture content mentioned above will be caused by the condensed water in the hollow fundamentally. For this reason, it becomes possible to perform sensor heating control more suitably by acquiring (detecting) the condensed water in the hollow as the residual condensed water amount and the new condensed water amount.
請求項10に記載の発明では、上記請求項9に記載の装置において、前記窪み(凹部)が、前記内燃機関の使用状態(例えば車両に搭載した状態)において、同機関の排気通路の鉛直方向下側に形成されるものであることを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, in the apparatus according to the ninth aspect, the depression (recess) is in a vertical direction of an exhaust passage of the internal combustion engine in a use state (for example, mounted in a vehicle). It is formed on the lower side.
このような構成であれば、重力に従って窪み内に凝縮水が溜まり易くなる。そして、この窪み内の凝縮水によってセンサが被水し易くなる。このため、上記各センサ加熱制御装置はこうした構成に適用して特に有益である。 If it is such a structure, it will become easy to accumulate condensed water in a hollow according to gravity. And it becomes easy for a sensor to get wet with the condensed water in this hollow. For this reason, each said sensor heating control apparatus is especially useful when applied to such a structure.
請求項11に記載の発明では、上記請求項9又は10に記載の装置において、前記窪み(凹部)が、前記内燃機関の排気通路を形成する排気管を接続するためのフランジに形成されたものであることを特徴とする。 According to an eleventh aspect of the present invention, in the apparatus according to the ninth or tenth aspect, the recess (concave portion) is formed in a flange for connecting an exhaust pipe forming an exhaust passage of the internal combustion engine. It is characterized by being.
また、請求項12に記載の発明では、上記請求項11に記載の装置において、前記対象センサが、前記排気管の鉛直方向上側に取り付けられており、前記排気管を接続するためのフランジ近傍には、排気流を鉛直方向上側へ向けるような、排気管の隆起又は同排気管とは別体の部材(例えば留め金具等)が設けられてなることを特徴とする。 According to a twelfth aspect of the present invention, in the apparatus according to the eleventh aspect, the target sensor is mounted on the upper side in the vertical direction of the exhaust pipe, and in the vicinity of a flange for connecting the exhaust pipe. Is characterized in that an exhaust pipe bulge or a member separate from the exhaust pipe (for example, a fastener) is provided to direct the exhaust flow upward in the vertical direction.
現状、排気管の接続部においては、このようなフランジ(特に隆起を有するもの)が多く用いられている。上記各センサ加熱制御装置によれば、このようなフランジを用いた場合にも、センサ加熱制御をより好適に行うことが可能になる。 At present, such flanges (particularly those having protuberances) are often used in exhaust pipe connection portions. According to each of the sensor heating control devices, even when such a flange is used, sensor heating control can be more suitably performed.
請求項13に記載の発明では、上記請求項9〜12のいずれか一項に記載の装置において、前記排気系センサが、前記内燃機関の排気通路にあって同機関から排出される排気を浄化する排気浄化装置よりも排気上流側に設けられてなることを特徴とする。 According to a thirteenth aspect of the present invention, in the apparatus according to any one of the ninth to twelfth aspects, the exhaust system sensor purifies the exhaust gas discharged from the engine in the exhaust passage of the internal combustion engine. The exhaust gas purifying device is provided on the upstream side of the exhaust gas.
前記排気系センサが排気浄化装置よりも下流側にあれば、同装置を通じて排気中の水分等が取り除かれるため、センサは被水しにくい。しかし一般に空燃比をフィードバック制御するためのセンサ等は、その制御の都合上(例えば検出精度や応答性等の配慮により)、排気浄化装置よりも上流側に設けられることが多い。上記請求項13に記載の装置によれば、前記排気系センサがこのような配設環境にあっても、前述の被水状態でのセンサ加熱に起因した亀裂発生等をより好適に防ぐ(又は抑制する)ことが可能になる。 If the exhaust system sensor is on the downstream side of the exhaust gas purification device, moisture or the like in the exhaust gas is removed through the device, so that the sensor is difficult to get wet. However, in general, a sensor or the like for feedback control of the air-fuel ratio is often provided on the upstream side of the exhaust purification device for the convenience of the control (for example, due to consideration of detection accuracy, responsiveness, etc.). According to the device of the thirteenth aspect, even when the exhaust system sensor is in such an installation environment, the occurrence of cracks and the like due to the sensor heating in the above-described wet state is more preferably prevented (or Suppression).
ところで、常温よりも高い温度領域で活性化されて高い検出能力を発揮するセンサは、排気中のガス成分(特にガス濃度)を検出するセンサとして用いられることが多い。特に自動車用エンジン(車載内燃機関)では、上述の酸素濃度センサの需要が大きい。したがって、請求項14に記載の発明のように、上記請求項6〜13のいずれか一項に記載の装置において、前記対象センサが、酸素濃度を検出してその検出結果を出力する酸素濃度センサである構成の実用性が特に高い。
By the way, a sensor that is activated in a temperature region higher than normal temperature and exhibits high detection capability is often used as a sensor that detects a gas component (particularly gas concentration) in exhaust gas. In particular, the demand for the above-described oxygen concentration sensor is large in an automobile engine (on-vehicle internal combustion engine). Therefore, as in the invention described in
また発明者は、上記請求項9に記載の装置等を実現する上で有益な装置として、請求項15に記載の装置を発明した。すなわちこの請求項15に記載の発明では、内燃機関の凝縮水量検出装置として、排気通路にセンサを備える内燃機関に適用され、そのセンサの排気上流側近傍に形成された前記排気通路の窪み(凹部)の中に溜まった凝縮水量を検出する手段を備えることを特徴とする。こうした装置によれば、窪み(凹部)の中に溜まった凝縮水量(特に排気凝縮水量)を容易且つ的確に検出することが可能になる。
The inventor invented the device according to claim 15 as a device useful for realizing the device according to claim 9 and the like. That is, in the invention according to
以下、図1〜図14を参照して、本発明に係る内燃機関の凝縮水量検出装置及びセンサ加熱制御装置を具体化した一実施形態について説明する。なお、本実施形態の各装置が搭載されるエンジン制御システムとしては、エンジンの排気通路に設けられた酸素濃度センサの出力に基づいて、前述の空燃比フィードバック制御を実行するものを想定している。 Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 14, an embodiment embodying a condensed water amount detection device and a sensor heating control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described. It is assumed that the engine control system in which each device of the present embodiment is mounted is one that executes the above-described air-fuel ratio feedback control based on the output of an oxygen concentration sensor provided in the exhaust passage of the engine. .
はじめに、図1を参照して、本実施形態のエンジン制御システムの概略構成及びその動作について説明する。この図1は同システムの概要を示す構成図であり、図中の信号線は配線レイアウトに相当する。なお、このシステムの制御対象とするエンジン(図中のエンジン10)としては、4輪自動車用の多気筒(例えば直列4気筒)エンジンを想定している。ただし、この図1においては、説明の便宜上、1つのシリンダ(図中のシリンダ20)のみを図示している。また、同図1に示されるように、このエンジン10は、4ストロークのレシプロ式吸気ポート噴射エンジン(内燃機関)である。すなわちこのエンジン10では、吸排気弁21,22のカム軸(図示略)に設けられた気筒判別センサ(電磁ピックアップ)にてその時の対象シリンダが逐次判別され、例えば図中のシリンダ20をシリンダ#1とする4つのシリンダ#1〜#4について、それぞれ吸入・圧縮・燃焼・排気の4行程による1燃焼サイクルが「720°CA」周期で、詳しくは例えば各シリンダ間で「180°CA」ずらして、シリンダ#1,#3,#4,#2の順に逐次実行される。これら4つのシリンダ#1〜#4の構成は基本的には同様の構成となっているため、ここでは1つのシリンダ20に注目して、当該システムについての説明を行う。
First, the schematic configuration and operation of the engine control system of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of the system, and signal lines in the figure correspond to a wiring layout. As an engine to be controlled by this system (engine 10 in the figure), a multi-cylinder (for example, in-line 4-cylinder) engine for a four-wheeled vehicle is assumed. However, in FIG. 1, only one cylinder (
図1に示されるように、このエンジン制御システムは、シリンダ20内での燃焼を通じて生成したトルクにより、出力軸であるクランク軸10d(図示部分はクランク軸に装着されたパルサ歯車)を回転させるエンジン10(内燃機関)を制御対象として、該エンジン10を制御するための各種センサ及びECU(電子制御ユニット)50等を有して構築されている。
As shown in FIG. 1, this engine control system is an engine that rotates a crankshaft 10d (the illustrated portion is a pulsar gear attached to the crankshaft) that is an output shaft by torque generated through combustion in a
ここで制御対象とされるエンジン10は、火花点火式レシプロエンジンであり、基本的には、シリンダブロック10aによりシリンダ(気筒)20が形成されて構成されている。シリンダブロック10aには、冷却水がエンジン10内を循環するための冷却水路(ウォータジャケット)10bと、同水路10b内の冷却水の温度(冷却水温)を検出する水温センサ10cと、が設けられており、その冷却水によりエンジン10が冷却されている。また、シリンダ20内には、ピストン20aが収容され、そのピストン20aの往復動に連動して、エンジン10の出力軸(4つのシリンダに共通の出力軸)であるクランク軸10dが回転するようになっている。なお、クランク軸10dの外周側には、所定クランク角毎に(例えば30°CA周期で)クランク角信号を出力するクランク角センサ10e(例えば電磁ピックアップ)が配設され、同クランク軸10d(エンジン出力軸)の回転角度位置や回転速度(エンジン回転速度)等が検出可能とされている。
The engine 10 to be controlled here is a spark ignition type reciprocating engine, and basically includes a
シリンダブロック10aの上端面にはシリンダヘッドが固定されており、そのシリンダヘッドとピストン20a冠面との間には燃焼室20bが形成されている。そして、シリンダヘッドには、燃焼室20bに開口する吸気ポート(吸気口)と排気ポート(排気口)とが形成されており、これら吸気ポート及び排気ポートは、それぞれ図示しないカム(詳しくはクランク軸10dと連動するカム軸に取り付けられたカム)によって駆動される吸気弁21と排気弁22とにより開閉されるようになっている。また、吸気ポートには、エンジン10の各シリンダに外気(新気)を吸入するための吸気管30(吸気マニホールドも含む)が接続され、排気ポートには、エンジン10の各シリンダからの燃焼ガス(排気)を排出するための排気管40(排気マニホールドも含む)が接続されている。
A cylinder head is fixed to the upper end surface of the cylinder block 10a, and a combustion chamber 20b is formed between the cylinder head and the crown surface of the
エンジン10の吸気系を構成する吸気管30(吸気通路)には、吸気管30最上流部のエアクリーナ31を通じて吸入される新気量を検出するために、ホットワイヤ(熱線)式のエアフロメータ32(空気流量測定センサ)が設けられている。さらに、このエアフロメータ32の下流側には、DCモータ等のアクチュエータによって電子的に開度調節される電子制御式のスロットル弁33(吸気絞り弁)と、このスロットル弁33の開度(スロットル弁開度)や動き(開度変動)を検出するためのスロットル開度センサ33aとが設けられている。また、スロットル弁33の下流側には、吸気脈動や吸気干渉を防ぐ等の目的で吸気管30の通路面積が拡大(拡径)されたサージタンク30aが設けられ、このサージタンク30aには吸気管圧力を検出するための吸気管圧力センサ30bが設けられている。
In the intake pipe 30 (intake passage) constituting the intake system of the engine 10, in order to detect the amount of fresh air drawn through the air cleaner 31 at the most upstream part of the
こうした吸気管30は、サージタンク30aの下流側で、エンジン10の各シリンダに空気を導入するように分岐している。そして、この吸気管30の分岐路には、各シリンダの吸気ポート近傍にて燃料を噴射供給する電磁駆動式(又はピエゾ駆動式等)のインジェクタ35(燃料噴射弁)が、シリンダごとに取り付けられている。エンジン10では、これらシリンダごとに設けられた各インジェクタにより、吸気通路、特に各シリンダの吸気ポートに対して、燃料(ガソリン)が噴射供給(ポート噴射)されるようになっている。そして、このインジェクタ35により噴射された燃料(厳密には吸入空気との混合気)に対して点火を行うことで、燃焼室20bにてその燃料を燃焼させるようにしている。そのために、エンジン10の各シリンダのシリンダヘッドには、それぞれ点火コイル等からなる点火装置15aを備えた点火プラグ15が取り付けられている。すなわち、このエンジン10において点火を行う際には、ECU50により、上記点火プラグ15に対して、所望の点火時期で高電圧が印加される。そして、この高電圧の印加により、各点火プラグ15の対向電極間に火花放電が発生し、この発生した火花放電によって、燃焼室20b内に導入された混合気が着火し、吸気と燃料との反応に基づき燃料が燃焼する。
The
一方、エンジン10の排気系を構成する排気管40(排気通路)は、配管40a〜40cがそれぞれフランジを介して接続されて構成されており、その中途には、排気上流側から、排気温度を検出するための排気温度センサ41aと、排気管40の内壁温度を検出するための排気管内壁温度センサ41bと、が順に設けられている。さらに、その排気下流側には、排気浄化を行うための排気後処理システムとして、所定の排気浄化装置が設けられている。例えば配管40bと配管40cとの間には、排気中のCO、HC、NOx等を浄化する三元触媒からなる触媒41が設けられ、この触媒41の上流側及び下流側には、それぞれ排気を対象として混合気の空燃比を検出する酸素濃度センサ42a,42bが設けられている。なお、本実施形態では、上記酸素濃度センサ42aとして、排気中の酸素濃度(ひいては空燃比)に応じたリニアな電気信号を出力する酸素濃度センサ、いわゆるリニア検出式のA/Fセンサを用いることとする。また一方、上記酸素濃度センサ42bとしては、排気中の酸素濃度が所定の基準値(例えば理論空燃比)の大小いずれの側にあるかに応じて2値的に出力値を変化させる酸素濃度センサ、いわゆる2値検出式のO2センサを用いることとする。図2に、酸素濃度センサ42aの一例として、いわゆる積層タイプのヒータ付A/Fセンサについて、その(a)概観構造、及び(b)内部構造を示す。なお、この図2において、(a)はそのセンサの概観形状を示す側面図、(b)は同センサの内部構造を示す断面図である。
On the other hand, an exhaust pipe 40 (exhaust passage) that constitutes an exhaust system of the engine 10 is configured by connecting pipes 40a to 40c via flanges. An exhaust temperature sensor 41a for detecting and an exhaust pipe inner wall temperature sensor 41b for detecting the inner wall temperature of the
同図2に示されるように、このセンサは、大きくは、ジルコニア(ZrO2)等の固体電解質からなるセンサ素子421と、このセンサ素子421を加熱するヒータ422(発熱装置)との積層体が、センシング部(ガス検出部)に相当するその先端部において外側カバー427及び内側カバー428により二重に被われて構成されている。ここで、センサ素子421は、例えばアルミナ(Al2O3)からなる基板上に、ガス遮蔽層や拡散抵抗層等と共に形成され、一対の電極に挟まれるセンシング部には所定の電圧が印加されている。また、ヒータ422は、駆動エネルギーが与えられる(通電される)ことで駆動状態(通電状態)となり、その駆動状態で発熱して駆動量(通電量)が大きくなるほど発熱量を大きくするものであり、上記センサ素子421のセンシング部を直接的且つ均一に加熱するように、同基板の所定箇所に(必要があれば複数箇所に分けて)埋め込まれるかたちで形成されている。そして、これらの積層体を被う外側カバー427及び内側カバー428には、センシング対象となる排気を取り入れるための通気孔が側面(孔427a,428a)及び底面(孔427b,428b)に設けられており、これら通気孔を通じて内側カバー428内(センシング部)に取り込まれた排気中の酸素濃度が、センサ素子421によって検出されるようになっている。このセンサでは、上記外側カバー427及び内側カバー428により通気孔の迷路構造が形成され、こうした通気孔の迷路構造によりこのセンサ(酸素濃度センサ42a)の耐被水性は高められている。
As shown in FIG. 2, this sensor is roughly composed of a laminate of a sensor element 421 made of a solid electrolyte such as zirconia (ZrO 2) and a heater 422 (heat generating device) for heating the sensor element 421. The tip portion corresponding to the sensing portion (gas detection portion) is configured to be covered twice by the outer cover 427 and the
上記構造を有するこのセンサは、ヒータ422によりセンサ素子421の少なくともセンシング部が、常温よりも高い所定の動作温度範囲(例えば「700℃」近傍)に加熱(温度制御)された状態で使用される。そしてこの際、そのヒータ422の駆動量を制御する(詳しくは駆動エネルギーに相当する通電量を制御する)ものが、ECU50に搭載される本実施形態のセンサ加熱制御装置である。なお、上記酸素濃度センサ42aの動作温度範囲は、例えばセンサ素子421が活性化される温度以上であって、且つ、同センサ素子421に損傷を与えない程度の温度範囲として設定される。
This sensor having the above-described structure is used in a state in which at least the sensing portion of the sensor element 421 is heated (temperature controlled) to a predetermined operating temperature range (for example, near “700 ° C.”) higher than normal temperature by the heater 422. . At this time, what controls the drive amount of the heater 422 (specifically, controls the energization amount corresponding to the drive energy) is the sensor heating control device of the present embodiment mounted on the
本実施形態のシステムでは、上記酸素濃度センサ42a,42bにより排気中の酸素濃度が検出される。そして、エンジン10の定常運転時には、これら酸素濃度センサ42a,42bのセンサ出力に基づいて、排気中の空燃比(=空気の重量/燃料の重量)を検出しつつ、その空燃比を(特に触媒41よりも排気上流側の空燃比を)、上記三元触媒からなる触媒41が高い浄化能力を発揮する理論空燃比(≒「14.8」)へフィードバック制御している。
In the system of this embodiment, the oxygen concentration in the exhaust gas is detected by the
図示しない車両には、上記センサのほかにも、同車両で行われる各種の制御に使用するために多くのセンサが設けられている。例えばアクセルペダル(運転操作部)には、同ペダルの状態(変位量)に応じた電気信号を出力するアクセルセンサ50aが、運転者によるアクセルペダルの操作量(踏み込み量)を検出するために設けられている。 In addition to the sensors described above, a vehicle (not shown) is provided with a number of sensors for use in various controls performed on the vehicle. For example, an accelerator sensor 50a that outputs an electric signal corresponding to the state (displacement amount) of the pedal is provided in the accelerator pedal (driving operation portion) to detect the amount of operation (depression amount) of the accelerator pedal by the driver. It has been.
こうしたシステムの中で、本実施形態の凝縮水量検出装置及びセンサ加熱制御装置として機能するとともに、電子制御ユニットとして主体的にエンジン制御を行う部分がECU50である。このECU50(エンジン制御用ECU)は、周知のマイクロコンピュータ(図示略)を備えて構成され、上記各種センサの検出信号に基づいてエンジン10の運転状態やユーザの要求を把握し、それに応じて上記スロットル弁33やインジェクタ35等の各種アクチュエータを操作することにより、その時々の状況に応じた最適な態様で上記エンジン10に係る各種の制御を行っている。例えばエンジン10の定常運転時には、上記各センサの検出信号に基づいて、各種の燃焼条件(例えば点火時期や、燃料噴射量、吸入空気量、ひいては空燃比等)を算出するとともに、各種アクチュエータを操作することで、上記各シリンダ内(燃焼室)での燃料燃焼を通じて生成される図示トルク(生成トルク)、ひいては実際に出力軸(クランク軸10d)へ出力される軸トルク(出力トルク)を制御する。また、上記酸素濃度センサ42a,42bのセンサ出力とその目標値とを比較しつつ、例えば各シリンダ内での燃焼に供される燃料や空気を供給するインジェクタ35の噴射時間やスロットル弁33の開度などを可変制御することで、上記触媒41周辺の排気中の空燃比を理論空燃比に近づける(望ましくは一致させる)制御、いわゆる空燃比フィードバック制御を実行する。基本的には、空燃比リーン(>理論空燃比)の場合には燃料噴射量を増量制御する一方、空燃比リッチ(<理論空燃比)の場合には燃料噴射量を減量制御することで、その空燃比が理論空燃比近傍の所定範囲内に維持されるようになっている。
In such a system, the
また、このECU50に搭載されるマイクロコンピュータは、基本的には、各種の演算を行うCPU(基本処理装置)、その演算途中のデータや演算結果等を一時的に記憶するメインメモリとしてのRAM(Random Access Memory)、プログラムメモリとしてのROM(読み出し専用記憶装置)、データ保存用メモリとしてのEEPROM(電気的に書換可能な不揮発性メモリ)やバックアップRAM(ECUの主電源停止後も車載バッテリ等のバックアップ電源により常時給電されているメモリ)、さらにはA/D変換器やクロック発生回路等の信号処理装置、外部との間で信号を入出力するための入出力ポート等といった各種の演算装置、記憶装置、信号処理装置、通信装置、及び電源回路等によって構成されている。そして、ROMには、当該センサ加熱制御(ヒータ422の駆動量制御)に係るプログラムを含めたエンジン制御に係る各種のプログラムや制御マップ等が、またデータ保存用メモリ(例えばEEPROM)には、エンジン10の設計データをはじめとする各種の制御データ等が、それぞれ予め格納されている。
The microcomputer mounted on the
以上、本実施形態に係るエンジン制御システムの構成について詳述した。すなわち、上記システムの搭載された車両(例えば乗用車やトラック等)では、こうしたシステムによる各種の制御を通じて運転環境の最適化が図られることになる。そして既述のように、システム中、酸素濃度センサ42aのヒータ422(図2)の駆動量を制御するものが、ECU50に搭載される本実施形態のセンサ加熱制御装置である。図3に、ECU50の、特にセンサ加熱制御に係る部分(回路)を、機能別の回路図として示す。
The configuration of the engine control system according to the present embodiment has been described in detail above. That is, in a vehicle (for example, a passenger car or a truck) on which the above system is mounted, the driving environment is optimized through various controls by such a system. As described above, the sensor heating control device of the present embodiment mounted on the
同図3に示されるように、センサ素子421の一方の端子は、定電圧源423に接続されている。また、他方の端子は、ECU50内のセンサ制御回路501と抵抗器424とに並列に接続され、このうち抵抗器424側では、該抵抗器424を有する配線(シールド線)により、同抵抗器424を介して接地されている。このセンサ素子421は、こうした回路構成のもと、上記定電圧源423により定電圧が印加された状態で、上述の動作温度範囲(活性状態)に制御される。そして、その活性状態では、周囲の酸素濃度(すなわち排気中の酸素濃度)に応じて、上記定電圧の印加により発生する電流量を変化させて(例えば酸素濃度に対して電流量をリニアに変化させて)、この電流値をセンサ出力として、上記ECU50(詳しくは上記センサ制御回路501)へ出力する。詳しくは、ヒータ422で加熱されたセンサ素子421(固体電解質)にECU50(センサ制御回路501)から電圧を印加すると、空燃比リーンの場合には排気中の酸素濃度に応じたイオン電流が、また空燃比リッチの場合には排気中の未燃ガス濃度に応じたイオン電流がそれぞれ発生する。このため、センサ素子421の排気側に設けられた拡散抵抗層(図示略)により、排気中の酸素濃度や未燃ガス濃度に応じた電流値がセンサ出力として得られる。
As shown in FIG. 3, one terminal of the sensor element 421 is connected to a
一方、センサ制御回路501は、ECU50内のマイクロコンピュータの指令を受けて動作するものであり、センサ素子421に所定周波数の交流電圧を印加するとともに、上記センサ出力(素子電流信号)や、センサ素子421に流れる交流電圧の大きさに応じた電気信号(素子電圧信号)等を上記マイクロコンピュータに渡すようになっている。そして、そのマイクロコンピュータは、素子電流信号に基づいて排気中の空燃比を算出するとともに、素子電圧信号に基づいてセンサ素子421のインピーダンス(素子インピーダンス)を算出するようになっている。ちなみに、ここで得られる空燃比の算出値は、例えば上述の空燃比フィードバック制御に用いられるものである。すなわち、上述の空燃比フィードバック制御は、この空燃比の算出値が理論空燃比になるように行われる。一方、素子インピーダンスの算出値は、センサ素子421の温度(素子温度)を検出するために用いられる。詳しくは、上記センサ素子421は、素子温度が高くなるほど素子インピーダンスが低くなる特性を有している。マイクロコンピュータでは、こうした特性を利用して、上記素子インピーダンスの算出値に基づいて素子温度も検出している。
On the other hand, the
また、上記センサ素子421を加熱するヒータ422は、その一方の端子が接地されるとともに、他方の端子が、ECU50内の通電制御回路503に接続されている。通電制御回路503は、ECU50内のマイクロコンピュータの指令を受けて動作するものであり、車載バッテリ504を電源として、PWM(Pulse Width Modulation)制御により上記ヒータ422の通電量を制御する。そしてこれにより、上記ヒータ422には、都度の目標値に応じたデューティ比の駆動電流が供給されるようになっている。また、ECU50内において、通電制御回路503からヒータ422への電流供給路(配線)には、ヒータ電流検出回路502が設けられており、上記ヒータ422の通電量が検出可能とされている。そして、時々のセンサ素子421の温度が所望の値(都度の目標値)になるように、同回路502で検出される時々のヒータ422の通電量が逐次、目標素子温度に応じた目標値へ制御(PID制御)される。こうして、センサ素子421の温度は、所定の動作温度範囲に制御されるようになっている。
The heater 422 for heating the sensor element 421 has one terminal grounded and the other terminal connected to an
ところで、本実施形態の装置でも、先の特許文献1に記載の装置と同様、センサを活性化する際に、センサ周辺の状態に応じて、酸素濃度センサ42aに装着されたヒータ422の駆動量に関する制御態様を可変設定するようにしている。ただし、本実施形態の装置では、エンジン10が始動されて十分な運転時間に達する前に同エンジン10が停止された場合に、その運転により排気管40に生成された凝縮水量を検出するようにしている。詳しくは、酸素濃度センサ42aの排気上流側近傍に形成された排気管40の窪み(凹部)の中に溜まった凝縮水量を検出する。ここで、図4及び図5を参照して、この点についてさらに詳しく説明する。なお、図4は、酸素濃度センサ42aの排気上流側近傍における排気管40内の様子を拡大して示す模式図である。図中の矢印は重力の向き、すなわち鉛直方向下側を指し示している。一方、図5は、配管40bの内側を排気上流側から覗き見た場合の模式図である。
By the way, also in the apparatus of the present embodiment, when the sensor is activated, the driving amount of the heater 422 attached to the oxygen concentration sensor 42a is activated according to the state around the sensor, as in the apparatus described in
同図4に示すように、加熱対象となる酸素濃度センサ42aは、排気管40の鉛直方向上側(配管天井面)に取り付けられている。そして、その酸素濃度センサ42aの排気上流側近傍には、配管40aのフランジ400aと配管40bのフランジ400bとによって、両配管の接続部分に相当するフランジ部400が形成されている。上述の排気管内壁温度センサ41b(図1)は、このフランジ部400の排気上流側近傍(詳しくは配管底面)に設けられている。またここで、フランジ部400近傍の鉛直方向下側には、排気管40の窪み(凹部)401(配管の周方向に延びる溝)が形成されている。さらに、詳しくは図5に示すように、その窪み401の排気下流側近傍、すなわち酸素濃度センサ42aの排気上流側近傍には、配管40b自体が内側へ突き出した隆起、すなわち突部(配管40bの周方向に延びる凸部)402が形成されている。
As shown in FIG. 4, the oxygen concentration sensor 42a to be heated is attached to the upper side in the vertical direction of the exhaust pipe 40 (pipe ceiling surface). In the vicinity of the exhaust gas upstream side of the oxygen concentration sensor 42a, a
酸素濃度センサ42aの排気上流側近傍においては、排気管40内の構造が、このような構造となっている。したがって、エンジン10の始動により生成される凝縮水は、重力に従い、上記フランジ部400の窪み401に溜まり易くなっている。しかも、突部402は、酸素濃度センサ42aの排気上流側近傍に位置し、排気流を鉛直方向上側、すなわち同センサ42aの方へ向ける働きをする。このため、本実施形態のシステムでは、エンジン10を始動した場合に、窪み401の中に溜まった凝縮水が、液滴の状態で排気の流れに乗って飛散して上記酸素濃度センサ42aに付着し易くなっており、ひいては同センサ42aが被水し易くなっている。
In the vicinity of the exhaust gas upstream side of the oxygen concentration sensor 42a, the structure inside the
そこで本実施形態では、エンジン10が停止された際に上記フランジ部400の窪み401の中に溜まった凝縮水量を検出してこれを不揮発に保存しておき、次にエンジン10を始動する際には、その検出値による凝縮水量(その時に既に残留している残留凝縮水量に相当)と今回の始動により新たに生成される新規凝縮水量との和に応じて、上記ヒータ422の駆動量(通電量)に関する制御態様を可変設定するようにしている。以下、図6〜図14を参照して、このセンサ加熱制御について説明する。
Therefore, in the present embodiment, when the engine 10 is stopped, the amount of condensed water accumulated in the
はじめに、図6を参照して、このセンサ加熱制御に係る処理について説明する。なお、図6は、このセンサ加熱制御の処理手順を示すフローチャートであり、この図6に示す一連の処理は、基本的には、ECU50でROMに記憶されたプログラムが実行されることにより、所定処理間隔で(例えば所定クランク角ごとに又は所定時間周期などで)逐次実行される。また、この処理において用いられる各種パラメータの値は、例えば上記ECU50に搭載されたRAMやEEPROM、あるいはバックアップRAM等の記憶装置に随時記憶され、必要に応じて随時更新される。
First, a process related to the sensor heating control will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a flowchart showing the processing procedure of the sensor heating control. The series of processing shown in FIG. 6 is basically performed by executing a program stored in the ROM by the
同図6に示されるように、この一連の処理においては、まずステップS11で、前述の素子インピーダンスから、その時のセンサ素子421の温度(素子温度T)を検出(算出)する。次いで、ステップS12の処理として、ヒータ422の駆動が許可されているか否かを示すヒータ通電許可フラグF1に「1(許可)」が設定されているか否かを判断する。 As shown in FIG. 6, in this series of processes, first, in step S11, the temperature (element temperature T) of the sensor element 421 at that time is detected (calculated) from the element impedance described above. Next, in step S12, it is determined whether or not “1 (permitted)” is set in the heater energization permission flag F1 that indicates whether or not the heater 422 is permitted to be driven.
そして、このステップS12でヒータ通電許可フラグF1に「1」が設定されている旨判断された場合には、通常制御として、続くステップS13において、その時の冷却水温THW(例えば水温センサ10cによる実測値)に応じた温度Tdを取得して、続くステップS14で、目標素子温度Ttに対してその温度Tdを設定する。なお、温度Tdは、例えば予め実験等により冷却水温THWごとに温度Tdの適合値(最適値)の書き込まれた所定のテーブル(例えばROM等に記憶、数式でも可)を用いて取得する。
When it is determined in this step S12 that the heater energization permission flag F1 is set to “1”, as the normal control, in the subsequent step S13, the cooling water temperature THW at that time (for example, an actual value measured by the
続くステップS15では、上記ステップS11で検出された素子温度Tと上記ステップS14で設定された目標素子温度Ttとに基づいて、上記ヒータ422の通電量を、PWM制御におけるデューティ比HDとして設定する。具体的には、PID動作に係る周知の制御式に従って、制御量P項(比例項)は「HDp=Kp×(Tt−T)」、制御量I項(積分項)は「HDi=Ki×∫(Tt−T)」、制御量D項(微分項)は「HDd=Kd×(T(今回値)−T(前回値))」のように算出され、デューティ比HDは「HD=HDp+HDi+HDd」のように算出される。 In the following step S15, the energization amount of the heater 422 is set as the duty ratio HD in the PWM control based on the element temperature T detected in the step S11 and the target element temperature Tt set in the step S14. Specifically, according to a well-known control expression related to the PID operation, the control amount P term (proportional term) is “HDp = Kp × (Tt−T)”, and the control amount I term (integral term) is “HDi = Ki ×. ∫ (Tt−T) ”, the control amount D term (differential term) is calculated as“ HDd = Kd × (T (current value) −T (previous value)) ”, and the duty ratio HD is“ HD = HDp + HDi + HDd ”. Is calculated as follows.
このようにして、上記ステップS12でヒータ通電許可フラグF1に「1」が設定されている旨判断された場合には、通常制御が実行される。すなわち、ヒータ422の通電量に相当するデューティ比HDには、上記酸素濃度センサ42aを早期且つ的確に(例えばオーバーシュート無しに)活性化するような値が設定されるようになる。 Thus, when it is determined in step S12 that the heater energization permission flag F1 is set to “1”, normal control is executed. That is, the duty ratio HD corresponding to the energization amount of the heater 422 is set to a value that activates the oxygen concentration sensor 42a quickly and accurately (for example, without overshoot).
他方、上記ステップS12でヒータ通電許可フラグF1に「1」が設定されていない(「0」が設定されている)旨判断された場合には、続くステップS16で、ヒータ通電量を非通電(デューティ比HD=「0%」)とする。これにより、ヒータ422の駆動は禁止されることになる。 On the other hand, if it is determined in step S12 that the heater energization permission flag F1 is not set to “1” (“0” is set), the heater energization amount is de-energized (step S16). Duty ratio HD = “0%”). As a result, the driving of the heater 422 is prohibited.
本実施形態では、上記図6に示した一連の処理を繰り返し実行することにより、上記酸素濃度センサ42aの加熱制御に際して、所定の条件が満足されるまではヒータ422の駆動(ひいてはセンサ42aの加熱)を禁止することにより、同センサ42aの被水による劣化や破損を抑制するようにしている。すなわち、上記図6のステップS12にて用いられるヒータ通電許可フラグF1には、エンジン10を始動する際に、初期値として「0」が設定されるようになっている。そしてその後、ヒータ通電許可フラグF1に「1」が設定されるまでは、センサ加熱用のヒータ422の駆動が禁止されるようになっている。 In the present embodiment, by repeating the series of processes shown in FIG. 6, the heating of the oxygen concentration sensor 42a is controlled until the predetermined condition is satisfied (as a result, the heating of the sensor 42a). ) Is inhibited, so that deterioration or breakage of the sensor 42a due to water is suppressed. That is, the heater energization permission flag F1 used in step S12 of FIG. 6 is set to “0” as an initial value when the engine 10 is started. After that, until the heater energization permission flag F1 is set to “1”, the driving of the sensor heating heater 422 is prohibited.
次に、図7を参照して、ヒータ通電の許可判断、すなわちヒータ通電許可フラグF1の設定処理について説明する。なお、図7は、その判断処理の処理手順を示すフローチャートであり、この図7の処理は、エンジン10の始動に伴い開始される。詳しくは、エンジン10の始動は、イグニッションスイッチのオン/オフ動作に基づいて行われる。イグニッションスイッチは、点火スイッチと始動スイッチを兼ね、運転者のキー操作によりオン/オフ駆動されるものである。すなわち、運転者がイグニッションキーをキーシリンダに差し込んで回すと、1段目でステアリングロックが解除され、2段目でラジオなどのアクセサリー類、3段目で点火装置に電流が流れ、もう1段回すとスタータモータ(図示略)がクランク軸10d(エンジン10の出力軸)を回転させ(クランキングし)、エンジン10を始動する。図7の処理は、スタータモータによるクランキングをトリガにして開始され、それ以降、ECU50でROMに記憶されたプログラムが実行されることにより、所定処理間隔で(例えば所定クランク角ごとに又は所定時間周期などで)逐次実行される。また、この処理において用いられる各種パラメータの値も、例えば上記ECU50に搭載されたRAMやEEPROM、あるいはバックアップRAM等の記憶装置に随時記憶され、必要に応じて随時更新される。
Next, the heater energization permission determination, that is, the heater energization permission flag F1 setting process will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a flowchart showing the procedure of the determination process, and the process of FIG. 7 is started when the engine 10 is started. Specifically, the engine 10 is started based on an on / off operation of an ignition switch. The ignition switch serves as an ignition switch and a start switch, and is turned on / off by a driver's key operation. In other words, when the driver inserts the ignition key into the key cylinder and turns it, the steering lock is released at the first stage, accessories such as radios at the second stage, current flows to the ignition device at the third stage, and the other stage When turned, the starter motor (not shown) rotates (cranks) the crankshaft 10d (the output shaft of the engine 10) and starts the engine 10. The process of FIG. 7 is started with the cranking by the starter motor as a trigger, and thereafter, the program stored in the ROM is executed by the
同図7に示すように、この判断処理に際しては、まずステップS21で、ヒータ通電許可フラグF1に「0」が設定されているか否かを判断し、このステップS21でフラグF1に「0」が設定されている旨判断された場合にのみ、ステップS22以降の処理を実行する。なお上述したように、エンジン10を始動する際には、ヒータ通電許可フラグF1に初期値として「0」が設定されるようになっている。したがって、少なくともこの図7の処理が開始された最初は、ステップS22以降の処理が実行されることになる。 As shown in FIG. 7, in this determination process, first, in step S21, it is determined whether or not “0” is set in the heater energization permission flag F1, and in this step S21, “0” is set in the flag F1. Only when it is determined that the setting has been made, the processing from step S22 is executed. As described above, when the engine 10 is started, the heater energization permission flag F1 is set to “0” as an initial value. Therefore, at least at the beginning of the process of FIG. 7, the processes after step S22 are executed.
そのステップS22では、上記ヒータ422の通常駆動(図6のステップS13〜S15)に先立ってその駆動を禁止する期間である総遅れ時間DTcの設定が完了しているか否かを判断する。そして最初は、同総遅れ時間DTcが未設定状態であるため、同ステップS22で、総遅れ時間DTcの設定が完了していない旨判断され、続くステップS23の処理を実行する。一方、このステップS23の処理により総遅れ時間DTcが設定された後は、ステップS23の処理を行わずに(スキップして)、続くステップS24へ進むようになる。図8に、ステップS23の処理として行われる総遅れ時間DTcの設定処理の詳細をフローチャートとして示す。 In step S22, it is determined whether or not the setting of the total delay time DTc, which is a period during which the heater 422 is normally driven (steps S13 to S15 in FIG. 6), is prohibited. Initially, since the total delay time DTc is not set, it is determined in step S22 that the setting of the total delay time DTc is not completed, and the processing of the subsequent step S23 is executed. On the other hand, after the total delay time DTc is set by the process of step S23, the process proceeds to the subsequent step S24 without performing the process of step S23 (skipping). FIG. 8 is a flowchart showing details of the total delay time DTc setting process performed as the process of step S23.
同図8に示すように、この遅れ時間の設定処理に際しては、まずステップS31で、例えば水温センサ10cの出力に基づき、その時の冷却水温(始動時冷却水温)THW0を検出(実測)する。次いで、ステップS32で、同ステップS31で検出した始動時冷却水温THW0に基づいて、遅れ時間DTaを算出する。詳しくは、例えばECU50内のROM等に格納された所定のマップ(数式でも可)を用いて取得される。このマップは、予め実験等により適合値(最適値)が書き込まれたものであり、図9のグラフ中に実線L11にて示されるように、始動時冷却水温THW0が低いほど上記遅れ時間DTaに対してより大きな値が設定されるようになっている。
As shown in FIG. 8, when setting the delay time, first, in step S31, based on the output of the
続くステップS33では、ECU50内のバックアップRAMから残留凝縮水量Qw2を読み出す。この残留凝縮水量Qw2は、エンジン10を停止する際に検出されて上記バックアップRAM(又はEEPROM等でも可)に保存されるものである(詳しくは後述)。その値は、この時点で前述の窪み401(図4)の中に溜まっている凝縮水量に相当する。
In the subsequent step S33, the residual condensed water amount Qw2 is read from the backup RAM in the
続くステップS34では、ステップS31で取得した始動時冷却水温THW0と、ステップS33で読み出した残留凝縮水量Qw2とに基づいて、遅れ時間DTbを算出する。詳しくは、この値も、例えばECU50内のROM等に格納された所定のマップ(数式でも可)を用いて取得される。このマップも、予め実験等により適合値(最適値)が書き込まれたものであり、図10のグラフ中に実線L12a(Qw2:大)及び一点鎖線L12b(Qw2:小)にて示されるように、始動時冷却水温THW0が低いほど、また残留凝縮水量Qw2が大きいほど、上記遅れ時間DTbに対してより大きな値が設定されるようになっている。
In the subsequent step S34, the delay time DTb is calculated based on the starting cooling water temperature THW0 acquired in step S31 and the residual condensed water amount Qw2 read in step S33. Specifically, this value is also acquired by using a predetermined map (which may be a mathematical expression) stored in a ROM or the like in the
そして、これらステップS32で算出した遅れ時間DTaとステップS34で算出した遅れ時間DTbとに基づいて、続くステップS35で、総遅れ時間DTcを設定する。詳しくは、総遅れ時間DTcを、それら遅れ時間DTaと遅れ時間DTbとの和として設定する(DTc=DTa+DTb)。 Based on the delay time DTa calculated in step S32 and the delay time DTb calculated in step S34, the total delay time DTc is set in the subsequent step S35. Specifically, the total delay time DTc is set as the sum of the delay time DTa and the delay time DTb (DTc = DTa + DTb).
図7のステップS23では、こうした処理を通じて総遅れ時間DTcが設定される。さらに続くステップS24では、そのステップS23で設定された総遅れ時間DTcと比較して、エンジン始動後の経過時間(始動後経過時間)が同総遅れ時間DTc以上になった(始動後経過時間≧DTc)か否かを判断する。そして、このステップS24で始動後経過時間(例えばエンジン始動から逐次積算カウントを行って計時)が同総遅れ時間DTc以上になっていない(総遅れ時間DTc未満である)旨判断された場合には、ヒータ通電許可フラグF1は「0」のままで、この図7の一連の処理を終了して、繰り返し同ステップS24の判断処理を行う。他方、このステップS24で始動後経過時間が同総遅れ時間DTc以上になった旨判断された場合には、続くステップS25で、ヒータ通電許可フラグF1に「1」を設定する。このステップS25で同フラグF1に「1」が設定された後は、先のステップS21でフラグF1に「1」が設定されている旨判断されるようになり、ステップS22以降の処理は行われなくなる。 In step S23 of FIG. 7, the total delay time DTc is set through such processing. In the subsequent step S24, the elapsed time after engine start (elapsed time after start) is equal to or greater than the total delay time DTc compared to the total delay time DTc set in step S23 (elapsed time after start ≧ DTc). If it is determined in this step S24 that the elapsed time after the start (for example, the time counting by sequentially counting from the engine start) is not equal to or greater than the total delay time DTc (less than the total delay time DTc). The heater energization permission flag F1 remains “0”, the series of processes in FIG. 7 is terminated, and the determination process in step S24 is repeated. On the other hand, if it is determined in step S24 that the elapsed time after start has become equal to or greater than the total delay time DTc, the heater energization permission flag F1 is set to “1” in subsequent step S25. After “1” is set in the flag F1 in step S25, it is determined that “1” is set in the flag F1 in the previous step S21, and the processing after step S22 is performed. Disappear.
図11は、図8のステップS33で用いられる残留凝縮水量Qw2の検出及び更新に係る処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、この図11の処理は、エンジン10の停止に伴い開始される。詳しくは、運転者がイグニッションキーをオフ位置まで回してしばらく待つと、エンジン10は停止する。図11の処理は、このエンジン停止の都度、実行される。なお、エンジン停止は、例えばイグニッションキーの位置やエンジン回転速度に基づいて検出することができる。すなわち、例えばイグニッションキーをオフ位置まで回してから所定時間(例えば「3秒」)経過したこと、及び、エンジン回転速度が「0」になっていること(例えばクランク角センサ10eの出力に基づいて検出)、の両条件が同時に成立した場合に、エンジン10が停止した旨判断する。 FIG. 11 is a flowchart showing a processing procedure of processing related to detection and update of the residual condensed water amount Qw2 used in step S33 of FIG. The process of FIG. 11 is started when the engine 10 is stopped. Specifically, when the driver turns the ignition key to the off position and waits for a while, the engine 10 stops. The process of FIG. 11 is executed whenever the engine is stopped. The engine stop can be detected based on, for example, the position of the ignition key or the engine speed. That is, for example, a predetermined time (for example, “3 seconds”) has passed since the ignition key is turned to the off position, and the engine speed is “0” (for example, based on the output of the crank angle sensor 10e). When both conditions (detection) are satisfied at the same time, it is determined that the engine 10 has stopped.
図11に示すように、この残留凝縮水量Qw2の更新処理に際しては、まずステップS41で、ヒータ通電許可フラグF1に「0」が設定されているか否かを判断する。そして、このステップS41でフラグF1に「0」が設定されている旨判断された場合には、エンジン10が始動されて十分な運転時間に達する前に同エンジン10が停止された(先の図7のステップS24で始動後経過時間が総遅れ時間DTc以上になった旨判断されていない)として、続くステップS42で、先の図8のステップS31で取得した始動時冷却水温THW0と、今回運転についてのエンジン始動から停止までのエンジン運転時間とに基づいて、新規凝縮水量Qw1を算出(推定)する。詳しくは、この値も、例えばECU50内のROM等に格納された所定のマップ(数式でも可)を用いて取得される。このマップも、予め実験等により適合値(推定値)が書き込まれたものであり、図12のグラフ中に実線L13a(THW0:低温)及び一点鎖線L13b(THW0:高温)にて示されるように、エンジン始動から停止までのエンジン運転時間が一定時間に達するまでは、その運転時間が長くなるほど、より多くの新規凝縮水量Qw1が生成されたと推定する。他方、エンジン運転時間が一定時間を超えると気化される度合も高くなるため、運転時間が長くなるほど、より少ない新規凝縮水量Qw1が生成されたと推定する。またいずれの場合も、始動時冷却水温THW0が低いほど、より多くの新規凝縮水量Qw1が生成されたと推定する。なお、この新規凝縮水量Qw1の値が、前述の窪み401(図4)の中に溜まった凝縮水量に相当することは既述のとおりである。
As shown in FIG. 11, when the residual condensed water amount Qw2 is updated, it is first determined in step S41 whether the heater energization permission flag F1 is set to “0”. If it is determined in this step S41 that the flag F1 is set to “0”, the engine 10 is stopped before the engine 10 is started and a sufficient operation time is reached (see the previous figure). In step S24 in FIG. 7, it is not determined that the elapsed time after start has become equal to or greater than the total delay time DTc). In subsequent step S42, the start-time coolant temperature THW0 acquired in step S31 in FIG. A new condensed water amount Qw1 is calculated (estimated) based on the engine operation time from the engine start to the stop for. Specifically, this value is also acquired by using a predetermined map (which may be a mathematical expression) stored in a ROM or the like in the
そして、続くステップS43で、ECU50内のバックアップRAMに格納されているその時の残留凝縮水量Qw2に対して上記ステップS42で算出した新規凝縮水量Qw1を加算することにより、同バックアップRAM内の残留凝縮水量Qw2を更新する(Qw2=Qw1+Qw2)。
Then, in the subsequent step S43, the residual condensed water amount in the backup RAM is added by adding the new condensed water amount Qw1 calculated in step S42 to the residual condensed water amount Qw2 stored in the backup RAM in the
他方、上記ステップS41でフラグF1に「0」が設定されている旨判断された場合には、エンジン10が始動されて十分な運転時間に達してから同エンジン10が停止された(先の図7のステップS24で始動後経過時間が総遅れ時間DTc以上になった旨判断された)として、続くステップS44で、ECU50内のバックアップRAMに格納されている残留凝縮水量Qw2をリセットする(Qw2=0)。
On the other hand, when it is determined in step S41 that the flag F1 is set to “0”, the engine 10 is started and the engine 10 is stopped after a sufficient operation time has been reached (see the previous figure). 7, it is determined that the elapsed time after start has become equal to or greater than the total delay time DTc), and in subsequent step S44, the residual condensed water amount Qw2 stored in the backup RAM in the
本実施形態では、上記図7、図8、及び図11の処理を通じて、ヒータ通電許可フラグF1の値が設定される。すなわち、上記総遅れ時間DTc、ひいてはヒータ駆動禁止時間(ヒータ通電許可フラグF1に「1」が設定されるまでの時間)が、残留凝縮水量Qw2に応じて可変設定されることは、上述したとおりである。こうすることで、より短いヒータ駆動禁止時間で前述したセンサ42aの被水による劣化や破損等を的確に回避(又は抑制)するようにしている。 In the present embodiment, the value of the heater energization permission flag F1 is set through the processes of FIGS. 7, 8, and 11. That is, as described above, the total delay time DTc, and hence the heater drive prohibition time (the time until the heater energization permission flag F1 is set to “1”) is variably set according to the residual condensed water amount Qw2. It is. By doing so, the above-described deterioration or breakage of the sensor 42a due to water is accurately avoided (or suppressed) in a shorter heater drive inhibition time.
次に、図13及び図14を参照して、上記ECU50(本実施形態のセンサ加熱制御装置)によるセンサ加熱制御の一態様について簡単に説明する。ここでは、残留凝縮水量Qw2がリセットされた状態(Qw2=0)でエンジン10が十分長い期間運転された場合の動作態様を図13に、また、同エンジン10について始動後すぐに停止されるような短期の運転が行われた後に十分長い期間の運転がなされた場合の動作態様を図14に、それぞれ示して、両者を対比しつつ説明を行う。なお、これら図13及び図14において、(a)〜(g)は、それぞれ(a)始動後経過時間、(b)エンジン回転速度、(c)吸入空気量(エアフロメータ32による実測値)、(d)排気温度(排気温度センサ41aによる実測値)、(e)排気管フランジ部内壁温度(例えば排気管内壁温度センサ41bによる実測値)、(f)その時々の凝縮水量(フランジ部400の窪み401の中に溜まった凝縮水量)、(g)ヒータ通電許可フラグF1(図7の処理を通じて設定、エンジン始動時の初期値は「0」)、といった上記センサ加熱制御に関わる各パラメータの推移を示すタイミングチャートである。 Next, referring to FIG. 13 and FIG. 14, one aspect of sensor heating control by the ECU 50 (sensor heating control device of the present embodiment) will be briefly described. Here, FIG. 13 shows an operation mode when the engine 10 is operated for a sufficiently long period with the residual condensed water amount Qw2 reset (Qw2 = 0), and the engine 10 is stopped immediately after starting. FIG. 14 shows an operation mode in a case where a sufficiently long period of operation is performed after such a short-term operation is performed, and a description will be given while comparing the two. In FIGS. 13 and 14, (a) to (g) are (a) elapsed time after start, (b) engine rotation speed, (c) intake air amount (actually measured value by air flow meter 32), (D) Exhaust temperature (measured value by exhaust temperature sensor 41a), (e) exhaust pipe flange inner wall temperature (for example, measured value by exhaust pipe inner wall temperature sensor 41b), (f) the amount of condensed water at that time (of flange 400) (G) Condensed water amount accumulated in the depression 401), (g) Transition of each parameter related to the sensor heating control, such as the heater energization permission flag F1 (set through the processing of FIG. 7, the initial value at engine start is “0”) It is a timing chart which shows.
まず図13に示す例では、タイミングt11で、エンジン10が始動されると、初期においてはまだ排気管フランジ部内壁温度(始動時冷却水温THW0として推定可能)が十分高くない(図13(e))ため、その運転により凝縮水が生成され、フランジ部400の凝縮水量が増加する(図13(f))。そしてその後、例えばタイミングt12で、排気管フランジ部内壁温度が十分高くなると、凝縮水の生成よりもフランジ部400での凝縮水の気化が促進されるようになり、窪み401内の凝縮水量が減少し始める。本実施形態では、図8のステップS32で、始動時冷却水温THW0に基づいて、始動運転により生成された窪み401内の凝縮水量が十分少なくなる(例えば所定量未満になる)ために必要な時間(ヒータ駆動禁止時間)を算出して、これを総遅れ時間DTc(=DTa)として設定するようにしている。すなわち、この時間(図13中の期間t11〜t13に相当)が経過するまで、ヒータ422の駆動は禁止される(ヒータ通電許可フラグF1=0)ことになる。換言すれば、タイミングt13でヒータ422の駆動が許可される(ヒータ通電許可フラグF1=1)。これにより、凝縮水量が多い状態では、すなわち酸素濃度センサ42aの被水が想定される状況では、ヒータ422の駆動を行わず、凝縮水量が少ない状態、すなわち同センサ42aが被水していないと想定される状況においてのみ、ヒータ422の駆動を行うことが可能になり、ひいては前述した被水による劣化や破損を抑制しつつ同センサ42aを活性化させることが可能になる。
First, in the example shown in FIG. 13, when the engine 10 is started at the timing t11, the exhaust pipe flange inner wall temperature (which can be estimated as the starting coolant temperature THW0) is not sufficiently high in the initial stage (FIG. 13 (e)). Therefore, condensed water is generated by the operation, and the amount of condensed water in the
一方、図14に示す例では、タイミングt21でエンジン10が始動されて、すぐにタイミングt22で停止される。このため、その始動運転により生成された凝縮水が、気化されないまま、フランジ部400の窪み401内に残留凝縮水として残る。そして、この残留凝縮水は、基本的には、次回始動時まで残る。したがって、その後のタイミングt23では、その残留凝縮水が残っている状態で、エンジン10が始動されることになる。そしてこの場合も、その後は先の図13の例と同様、タイミングt24で、窪み401内の凝縮水量が減少し始め、タイミングt25でヒータ422の駆動が許可される(ヒータ通電許可フラグF1=1)。ただしこの場合は、始動運転により生成された新規凝縮水量だけでなく、エンジン10を始動する際に既に残留している残留凝縮水量も加味して、ヒータ駆動禁止時間(図14中の期間t23〜t25に相当)を設定するようにしている。すなわちこの場合は、先の図13の場合と比較して、残留凝縮水量の分だけヒータ駆動禁止時間が長くなる。
On the other hand, in the example shown in FIG. 14, the engine 10 is started at the timing t21 and immediately stopped at the timing t22. For this reason, the condensed water produced | generated by the starting operation remains in the hollow 401 of the
詳しくは、この例では、エンジン10が停止されるタイミングt22で、図11の処理が実行される。そして、同図11のステップS43にて、始動運転により生成された凝縮水がその時の残留凝縮水量Qw2の値に加算されるかたちで、残留凝縮水量Qw2が更新される。この残留凝縮水量Qw2は、次回始動時、すなわちタイミングt23の時点で、窪み401内にどれだけの残留凝縮水が残っているかを示すパラメータであり、主に図8の処理において遅れ時間DTbの算出に用いられる。この遅れ時間DTbは、残留凝縮水量が気化して無くなるまでの時間に相当する。したがって、この図14の例では、先の図13の場合と比較して、この遅れ時間DTbだけヒータ駆動禁止時間(総遅れ時間DTc)が長くなる。具体的には、次回始動時(タイミングt23)において、図8の処理により、その時の始動運転による新規凝縮水量(始動時冷却水温THW0から推定)と上記残留凝縮水量Qw2との和である総凝縮水量が十分少なくなる(例えば所定量未満になる)ために必要な時間(エンジン10の運転等により窪み401内の残留凝縮水が加熱除去されるまでの時間)が算出され、これが総遅れ時間DTc(=DTa+DTb)として設定される。そして、この総遅れ時間DTcに基づくタイミングt25で、上記ヒータ通電許可フラグF1が「0(禁止)」から「1(許可)」へ変更されることになる。こうして、この例でも、窪み401内の凝縮水量(総凝縮水量)が十分少なくなった時にヒータ422の駆動が許可されることになる。
Specifically, in this example, the process of FIG. 11 is executed at timing t22 when the engine 10 is stopped. In step S43 of FIG. 11, the residual condensed water amount Qw2 is updated in such a manner that the condensed water generated by the start operation is added to the value of the residual condensed water amount Qw2 at that time. This residual condensed water amount Qw2 is a parameter indicating how much residual condensed water remains in the
なお、タイミングt21よりもさらに前に既に短期の運転が行われていた場合も、基本的には、上記と同様にしてヒータ通電許可フラグF1が設定される。すなわちこの場合、1回目の短期運転により生成された残留凝縮水量は、そのエンジン停止時に上記残留凝縮水量Qw2に格納される。したがってこの場合は、タイミングt21の時点で既に窪み401内に残留凝縮水が存在しており、その時の残留凝縮水量Qw2の値がその量に相当する。そして、その後のタイミングt21で2回目の短期運転がなされると、そのエンジン停止時(タイミングt22)に、その時の残留凝縮水量Qw2に対し、さらにその2回目の短期運転により生成された新規凝縮水量が追加されることになる。すなわち、上記図11のステップS43で残留凝縮水量Qw2を更新する際には、1回目の短期運転による残留凝縮水量に対して2回目の短期運転による残留凝縮水量が加算される。そしてこれにより、その残留凝縮水量Qw2が、タイミングt23の時点で残っている残留凝縮水量を示すようになる。したがってこの場合も、上記と同様に総遅れ時間DTcを設定することで、窪み401内の凝縮水量(総凝縮水量)が十分少なくなった時にヒータ422の駆動が許可されることになる。
Note that the heater energization permission flag F1 is basically set in the same manner as described above even when a short-term operation has already been performed before the timing t21. That is, in this case, the residual condensed water amount generated by the first short-term operation is stored in the residual condensed water amount Qw2 when the engine is stopped. Therefore, in this case, residual condensed water already exists in the
このように、短期の運転がなされる都度、上記図11のステップS43にてその運転により生成された凝縮水量が加算(積算)されるとともに、エンジン10の長期運転がなされる都度、上記図11のステップS44にてその残留凝縮水量Qw2がリセットされることで、上記残留凝縮水量Qw2は、その時々の残留凝縮水量を示すものとなっている。そして本実施形態では、このような残留凝縮水量Qw2に基づいて、ヒータ駆動禁止時間(総遅れ時間DTc)を可変設定することで、ヒータ422の駆動に伴い発生し得る不都合を好適に回避又は抑制するようにしている。 As described above, whenever the short-term operation is performed, the amount of condensed water generated by the operation is added (integrated) in step S43 of FIG. 11 and each time the engine 10 is operated for a long time, the above-described FIG. In step S44, the residual condensed water amount Qw2 is reset, so that the residual condensed water amount Qw2 indicates the residual condensed water amount at that time. In the present embodiment, the heater drive prohibition time (total delay time DTc) is variably set based on such residual condensed water amount Qw2, thereby suitably avoiding or suppressing inconveniences that may occur when the heater 422 is driven. Like to do.
以上説明したように、本実施形態に係る内燃機関の凝縮水量検出装置及びセンサ加熱制御装置によれば、以下のような優れた効果が得られるようになる。 As described above, according to the condensed water amount detection device and sensor heating control device for an internal combustion engine according to this embodiment, the following excellent effects can be obtained.
(1)内燃機関(エンジン10)で生成された凝縮水量を検出する装置(エンジン制御用ECU50)として、エンジン10が始動されて十分な運転時間に達する前に同機関が停止された場合(図7のステップS24,S25及び図11のステップS41により判断)に、その運転によりエンジン10の排気通路(排気管40)に生成された凝縮水量を検出して、該凝縮水量を示すパラメータ、及び、同凝縮水量を用いて求められたパラメータ、にそれぞれ相当する新規凝縮水量Qw1及び残留凝縮水量Qw2(いずれも凝縮水量パラメータ)を取得するプログラム(凝縮水量取得手段、図11)を備える構成とした。こうした構成であれば、凝縮水量パラメータ(新規凝縮水量Qw1及び残留凝縮水量Qw2)により、酸素濃度センサ42aに装着された発熱装置(ヒータ422)の駆動に伴い発生し得る不都合(センサ素子421の亀裂発生等)を、より好適に回避又は抑制することができるようになる。 (1) As a device for detecting the amount of condensed water generated in the internal combustion engine (engine 10) (engine control ECU 50), when the engine 10 is stopped before the engine 10 is started and a sufficient operation time is reached (see FIG. 7 (determined by steps S24 and S25 of FIG. 7 and step S41 of FIG. 11), the amount of condensed water generated in the exhaust passage (exhaust pipe 40) of the engine 10 by the operation is detected, and a parameter indicating the amount of condensed water, and It was set as the structure provided with the program (Condensed water amount acquisition means, FIG. 11) which acquires the new condensed water amount Qw1 and the residual condensed water amount Qw2 (all are condensed water amount parameters) respectively equivalent to the parameter calculated | required using the same amount of condensed water. In such a configuration, the inconvenience (cracking of the sensor element 421) that may occur when the heating device (heater 422) attached to the oxygen concentration sensor 42a is driven by the condensed water amount parameter (new condensed water amount Qw1 and residual condensed water amount Qw2). Occurrence etc.) can be avoided or suppressed more suitably.
(2)凝縮水量パラメータ(新規凝縮水量Qw1及び残留凝縮水量Qw2)を、エンジン10の停止後もデータ保持可能とする所定の記憶装置(ECU50内のバックアップRAM)に対して格納(新規凝縮水量Qw1は残留凝縮水量Qw2に変換して格納)するプログラム(凝縮水量格納手段、図11のステップS43)を備える構成とした。こうすることで、上記凝縮水量パラメータを、より容易に、次回運転時にも使用可能な状態で保存することが可能になる。 (2) Condensed water amount parameters (new condensed water amount Qw1 and residual condensed water amount Qw2) are stored in a predetermined storage device (backup RAM in ECU 50) that can retain data even after engine 10 is stopped (new condensed water amount Qw1). Is configured to include a program (condensed water storage means, step S43 in FIG. 11) for converting to and storing the residual condensed water amount Qw2. This makes it possible to store the condensed water amount parameter more easily and in a usable state during the next operation.
(3)エンジン10が始動される都度、同エンジン10の停止までの運転時間に基づいて、ECU50内のバックアップRAMに格納された凝縮水量パラメータ(残留凝縮水量Qw2)を更新するプログラム(凝縮水量更新手段、図11)を備える構成とした。こうすることで、上記凝縮水量パラメータを高い精度の値に維持することが可能になる。
(3) A program for updating the condensate amount parameter (residual condensate amount Qw2) stored in the backup RAM in the
(4)図11の一連の処理においては、エンジン10の停止までの運転時間が十分長い場合(ステップS41にて判断)には、ECU50内のバックアップRAMに格納された凝縮水量パラメータ(残留凝縮水量Qw2)をリセットする(ステップS44)とともに、エンジン10の停止までの運転時間が十分長くない場合(ステップS41にて判断)には、同バックアップRAMに格納されている凝縮水量パラメータ(残留凝縮水量Qw2)に対して今回ステップS42にて取得された凝縮水量パラメータを加算する(ステップS43)ようにした。こうすることで、高い精度で上記凝縮水量パラメータ(残留凝縮水量Qw2)を取得することができるようになる。
(4) In the series of processes of FIG. 11, when the operation time until the engine 10 is stopped is sufficiently long (determined in step S41), the condensed water amount parameter (residual condensed water amount) stored in the backup RAM in the
(5)図11のステップS42においては、エンジン10の本体温度(エンジン冷却水温THW0として検出)と同エンジン10の始動から停止までの運転時間とに基づいて、その運転により生成された凝縮水量(新規凝縮水量Qw1)を推定するようにした。こうすることで、高い精度で上記凝縮水量パラメータを取得(推定)することが可能になる。 (5) In step S42 of FIG. 11, based on the main body temperature of the engine 10 (detected as the engine coolant temperature THW0) and the operation time from start to stop of the engine 10, the amount of condensed water generated by the operation ( The amount of new condensed water Qw1) was estimated. This makes it possible to acquire (estimate) the condensed water amount parameter with high accuracy.
(6)駆動状態で発熱して駆動量が大きくなるほど発熱量を大きくする発熱装置(ヒータ422)が装着された状態でエンジン10(内燃機関)の排気通路(排気管40)に設けられて所定の温度領域(例えば「700℃」近傍)で活性化されて高い検出能力を発揮する所定の対象センサ(酸素濃度センサ42a)に適用され、ヒータ422の駆動量を制御する。こうしたセンサ加熱制御装置(エンジン制御用ECU50)として、エンジン10を始動する際には、既に残留している残留凝縮水量と今回の始動により新たに生成される新規凝縮水量との和に応じて、ヒータ422の駆動量に関する制御態様を可変設定するプログラム(加熱制御手段、図7のステップS24,S25及び図8のステップS34,S35及び図2のステップS12〜S16)を備える構成とした。こうすることで、対象とするセンサ(酸素濃度センサ42a)の加熱制御をより好適に行うことが可能になる。
(6) It is provided in the exhaust passage (exhaust pipe 40) of the engine 10 (internal combustion engine) in a state in which a heat generating device (heater 422) that increases the heat generation amount as the drive amount increases and the drive amount increases is provided. This is applied to a predetermined target sensor (oxygen concentration sensor 42a) that is activated in a temperature range (for example, near “700 ° C.”) and exhibits high detection capability, and controls the driving amount of the heater 422. As such a sensor heating control device (
(7)またこの際、上記残留凝縮水量と新規凝縮水量との和に基づいて、ヒータ422の通常駆動に先立つ期間としてその駆動を禁止する期間(遅れ期間)の長さ(総遅れ時間DTc)を可変設定するようにした。詳しくは、それら残留凝縮水量と新規凝縮水量との和が大きい値であるほど総遅れ時間DTcをより長い時間に設定するようにした。こうすることで、前述の被水状態でのセンサ加熱に起因した亀裂発生等をより好適に防ぐ(又は抑制する)ことが可能になる。 (7) At this time, based on the sum of the amount of residual condensed water and the amount of new condensed water, the length (total delay time DTc) of a period during which the driving is prohibited as a period preceding the normal driving of the heater 422 (delay period) Was variably set. Specifically, the total delay time DTc is set to a longer time as the sum of the residual condensed water amount and the new condensed water amount is larger. By doing so, it is possible to more suitably prevent (or suppress) the occurrence of cracks and the like due to the sensor heating in the above-described wet condition.
(8)総遅れ時間DTcの算出、設定に用いられる残留凝縮水量及び前記新規凝縮水量を、酸素濃度センサ42aの排気上流側近傍に形成された窪み(凹部)の中に溜まった凝縮水量、詳しくはエンジン10の使用状態(例えば車両に搭載した状態)において同エンジン10の排気通路(排気管40)の鉛直方向下側に形成される窪み401(図4)の中に溜まった凝縮水量とした。こうすることで、センサ加熱制御をより好適に行うことが可能になる。 (8) The amount of condensed water remaining in the depression (concave) formed in the vicinity of the exhaust gas upstream side of the oxygen concentration sensor 42a, the amount of residual condensed water used for calculation and setting of the total delay time DTc, and the details Is the amount of condensed water accumulated in the depression 401 (FIG. 4) formed in the vertical direction lower side of the exhaust passage (exhaust pipe 40) of the engine 10 when the engine 10 is in use (for example, mounted in a vehicle). . By doing so, sensor heating control can be performed more suitably.
(9)窪み401が、排気管40を接続するためのフランジ400a,400bに形成され、酸素濃度センサ42aが、排気管40の鉛直方向上側に取り付けられており、フランジ400a,400bの近傍には、排気流を鉛直方向上側へ向ける隆起(突部402)が設けられたシステム(図4)を適用対象とした。本実施形態のセンサ加熱制御装置(ECU50)によれば、こうしたフランジを用いた場合にも、センサ加熱制御を好適に行うことが可能になる。
(9) A
(10)酸素濃度センサ42aが、エンジン10の排気通路(排気管40)にあって同エンジン10から排出される排気を浄化する触媒41(排気浄化装置)よりも排気上流側に設けられたシステム(図1)を適用対象とした。本実施形態のセンサ加熱制御装置(ECU50)によれば、対象センサがこのような配設環境にあっても、前述の被水状態でのセンサ加熱に起因した亀裂発生等をより好適に防ぐ(又は抑制する)ことが可能になる。 (10) A system in which the oxygen concentration sensor 42a is provided in the exhaust upstream side of the catalyst 41 (exhaust gas purification device) in the exhaust passage (exhaust pipe 40) of the engine 10 for purifying exhaust gas exhausted from the engine 10. (Fig. 1) was applied. According to the sensor heating control apparatus (ECU 50) of the present embodiment, even when the target sensor is in such an arrangement environment, the occurrence of cracks and the like due to the above-described sensor heating in the wet state is more suitably prevented ( Or suppression).
(11)加熱(活性化)の対象とするセンサを、エンジン10の燃焼行程後に排気の排出される排気通路(排気管40)に設けられた排気系センサ、詳しくは内燃機関であるエンジン10から排出される排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ42aとした。上記構成によれば、対象センサが、被水の生じ易い排気系センサであれ、あるいは特に被水に弱い酸素濃度センサであれ、同センサについて生じ得る被水に起因した破損等を好適に回避又は抑制することができるようになる。 (11) A sensor to be heated (activated) is an exhaust system sensor provided in an exhaust passage (exhaust pipe 40) through which exhaust is discharged after the combustion stroke of the engine 10, more specifically, from the engine 10 which is an internal combustion engine. The oxygen concentration sensor 42a detects the oxygen concentration in the exhaust gas discharged. According to the above configuration, whether the target sensor is an exhaust system sensor that is susceptible to water exposure, or particularly an oxygen concentration sensor that is sensitive to water exposure, preferably avoids damage or the like due to water exposure that may occur for the sensor. It becomes possible to suppress.
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。 The above embodiment may be modified as follows.
・上記実施形態において、突部402が、配管やフランジとは別体の部材(例えば留め金具等)によって形成されている場合にも、本発明は基本的には上記と同様に適用することができる。
In the above embodiment, the present invention can be basically applied in the same manner as described above even when the
・上記実施形態では、図8のステップS32にて、始動時冷却水温THW0に基づいて遅れ時間DTaを算出するようにした。また、図11のステップS42では、始動時冷却水温THW0とエンジン運転時間とに基づいて、新規凝縮水量Qw1を算出(推定)するようにした。しかしこれに限られず、エンジン始動時のエンジン本体温度を示す複数種の所定パラメータ、例えばエンジン10の冷却水温、エンジン10の潤滑油温、吸気温度、外気温度、及び排気管温度(例えば排気管内壁温度センサ41bによる実測値)のうち、最も低い検出値に基づいて、上記遅れ時間DTaや新規凝縮水量Qw1を算出するようにしてもよい。こうした構成であれば、前述の被水状態でのセンサ加熱に起因した亀裂発生等をより確実に防ぐ(又は抑制する)ことが可能になる。 In the above embodiment, the delay time DTa is calculated based on the starting coolant temperature THW0 in step S32 of FIG. Further, in step S42 of FIG. 11, a new condensed water amount Qw1 is calculated (estimated) based on the starting cooling water temperature THW0 and the engine operating time. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of predetermined parameters indicating the engine body temperature at the time of starting the engine, such as the cooling water temperature of the engine 10, the lubricating oil temperature of the engine 10, the intake air temperature, the outside air temperature, and the exhaust pipe temperature (for example, the exhaust pipe inner wall) The delay time DTa and the new condensed water amount Qw1 may be calculated based on the lowest detection value among the actual measurement values by the temperature sensor 41b. With such a configuration, it is possible to more reliably prevent (or suppress) the occurrence of cracks and the like due to the sensor heating in the above-described wet condition.
・上記実施形態においては、図6のステップS16で、ヒータ422の駆動を禁止するようにした。しかしこれに限られず、例えば禁止まではせずに、同ステップS16において、上記ヒータ422の駆動量を通常制御(ステップS15)の場合よりも少量側に制限するようにしてもよい。例えばヒータ駆動量の制御目標値を通常制御の場合よりも小さな値に設定する、あるいはヒータ駆動量の設定可能な範囲の上限(上限側ガード値)を通常制御の場合よりも小さな値に設定することで、ヒータ駆動量を通常制御の場合よりも少量側に制限することができる。 In the above embodiment, the driving of the heater 422 is prohibited in step S16 of FIG. However, the present invention is not limited to this. For example, without prohibition, in step S16, the driving amount of the heater 422 may be limited to a smaller amount than in the normal control (step S15). For example, the control target value of the heater drive amount is set to a smaller value than in the normal control, or the upper limit (upper limit guard value) of the heater drive amount settable range is set to a smaller value than in the normal control. Thus, the heater driving amount can be limited to a smaller amount than in the case of normal control.
・上記実施形態では、上記残留凝縮水量Qw2のリセット(図11のステップS44)を、エンジン停止時に行うようにした。しかしこれに限られず、このリセット処理を、運転時間が十分長いと分かった時(例えばエンジン始動後に所定時間が経過した時)などに行うようにしてもよい。 In the embodiment, the residual condensed water amount Qw2 is reset (step S44 in FIG. 11) when the engine is stopped. However, the present invention is not limited to this, and the reset process may be performed when it is found that the operation time is sufficiently long (for example, when a predetermined time has elapsed after the engine is started).
・窪み401(図4)の中に溜まった凝縮水量は、排気管内壁温度センサ41bの出力に基づいて検出するようにしてもよい。詳しくは、発明者の実験等によれば、排気管フランジ部の温度(例えば排気管内壁温度センサ41bによる実測値)と単位吸入空気量あたりの凝縮水発生量とは、図15に示すような関係となる。したがって、こうした関係に基づいて(例えば所定のマップ等を用いて)、排気管内壁温度センサ41bの出力とエアフロメータ32の出力とエンジン始動後経過時間とから、上記凝縮水量を導き出す(検出する)ことができる。これを式に表せば「凝縮水発生量(g)=単位吸入空気量あたりの凝縮水発生量(g/空気1g)×吸気量(g/sec)×エンジン始動後経過時間(sec)」となる。しかも、こうしたセンサ出力によれば、より高い精度での検出が可能になる。
-You may make it detect the amount of condensed water collected in the hollow 401 (FIG. 4) based on the output of the exhaust pipe inner wall temperature sensor 41b. Specifically, according to the experiment of the inventor and the like, the temperature of the exhaust pipe flange (for example, an actual measurement value by the exhaust pipe inner wall temperature sensor 41b) and the amount of condensed water generated per unit intake air amount are as shown in FIG. It becomes a relationship. Therefore, based on such a relationship (for example, using a predetermined map), the amount of condensed water is derived (detected) from the output of the exhaust pipe inner wall temperature sensor 41b, the output of the
・上記実施形態では、凝縮水量パラメータとして、凝縮水量を示すパラメータ(新規凝縮水量Qw1)、及び、同凝縮水量を用いて求められたパラメータ(残留凝縮水量Qw2)、の2種類のパラメータを取得するようにした。しかしこれに限られず、どちらか一方のみを取得するように構成してもよい。また、こうした凝縮水量パラメータ(新規凝縮水量Qw1や残留凝縮水量Qw2)は、センサ加熱制御には用いずに、例えばデータ蓄積によるデータ解析等だけに用いるようにしてもよい。 In the above embodiment, as the condensed water amount parameter, two types of parameters are obtained: a parameter indicating the condensed water amount (new condensed water amount Qw1) and a parameter obtained using the condensed water amount (residual condensed water amount Qw2). I did it. However, the present invention is not limited to this, and only one of them may be acquired. Further, these condensed water amount parameters (new condensed water amount Qw1 and residual condensed water amount Qw2) may be used only for data analysis by data accumulation, for example, without being used for sensor heating control.
・排気系センサ(酸素濃度センサ42a)の排気上流側近傍に形成された窪み401(図4)の中に溜まった凝縮水量を検出するプログラムを備える内燃機関の凝縮水量検出装置も有効である。そして、この装置により検出された凝縮水量についてもこれを、センサ加熱制御には用いずに、例えばデータ蓄積によるデータ解析等だけに用いるようにしてもよい。 An apparatus for detecting the amount of condensed water in an internal combustion engine having a program for detecting the amount of condensed water accumulated in a depression 401 (FIG. 4) formed in the vicinity of the exhaust upstream side of the exhaust system sensor (oxygen concentration sensor 42a) is also effective. Further, the amount of condensed water detected by this apparatus may be used not only for sensor heating control but only for data analysis by data accumulation, for example.
・上記実施形態では、ヒータ422の駆動禁止中(図6のステップS16)に、エンジン10の運転により窪み401内の残留凝縮水を加熱除去するようにした。しかし、エンジン始動に先立ち、例えばエンジン始動装置(スタータ装置)によりクランク軸10dを強制的に運動(回転)させることで発生する熱(摩擦熱)によりシリンダ20や吸排気系の配管(吸気管30や排気管40)を加熱して上記残留凝縮水を加熱除去する(蒸発させる)ようにしてもよい。また、例えば電気ヒータ等を配管(吸気管30や排気管40)又はシリンダ20の周辺に設けることで、上記残留凝縮水を加熱除去することも可能になる。
In the above embodiment, the remaining condensed water in the
・エンジン始動の少し前から、センサの加熱、すなわち同センサに装着された発熱装置(例えば電気ヒータ)への通電(ヒータの駆動)を開始するセンサ加熱制御、いわゆるプリヒート制御を行う構成とすることもできる。ここで、エンジン始動の少し前に相当するセンサ加熱(プリヒート)の開始タイミングは、例えば車両ドアの開閉状態変化、車両ドアロック機構のオン/オフ状態変化、運転席の荷重変化、又はキーシリンダ内のキーの有無、さらにキーレスシステムにおいては作業者の遠隔操作に応じて送信される信号等に基づいて検出することができる。そしてこの場合は、例えばセンサ加熱(プリヒート)の実行に先立ち、上記残留凝縮水量Qw2に基づいて、センサ加熱の有無(実行か中止か)を決定する構成とすることが有効である。 ・ Sensor heating control for starting heating of the sensor, that is, energization (heating of the heater) to the heating device (for example, electric heater) attached to the sensor, that is, so-called preheat control, is performed slightly before the engine is started. You can also. Here, the sensor heating (preheat) start timing corresponding to a short time before the engine start is, for example, a change in the open / close state of the vehicle door, a change in the on / off state of the vehicle door lock mechanism, a load change in the driver's seat, In the case of a keyless system, it can be detected based on a signal transmitted in response to an operator's remote operation. In this case, for example, prior to execution of sensor heating (preheating), it is effective to determine whether or not sensor heating is performed (execution or cancellation) based on the residual condensed water amount Qw2.
・対象センサの種類は、リニア検出式の酸素濃度センサ(いわゆるA/Fセンサ)に限られず、例えば2値検出式の酸素濃度センサ(いわゆるO2センサ)であってもよい。また、他のガスセンサ(ガス成分を検出するセンサ)、例えばNOxセンサやNH3センサ等を、対象センサとしてもよい。さらには、ガスセンサ以外のセンサであっても、所定の温度領域で活性化されるものであれば任意のセンサ(例えば圧力センサ等)を、対象センサとすることができる。 The type of target sensor is not limited to a linear detection type oxygen concentration sensor (so-called A / F sensor), and may be, for example, a binary detection type oxygen concentration sensor (so-called O2 sensor). Other gas sensors (sensors that detect gas components), for example, NOx sensors, NH3 sensors, and the like may be used as the target sensors. Furthermore, even if it is a sensor other than the gas sensor, any sensor (for example, a pressure sensor) can be used as the target sensor as long as it is activated in a predetermined temperature range.
・対象センサの配設場所も、エンジンの排気通路に限られず、エンジンの吸気通路であってもよい。ただし、上述のセンサ被水が排気通路で特に生じ易いことは既述のとおりである。 The location of the target sensor is not limited to the engine exhaust passage, and may be the engine intake passage. However, as described above, the above-described sensor water exposure is particularly likely to occur in the exhaust passage.
・制御対象とするエンジンの種類(筒内噴射式のガソリンエンジンや圧縮着火式のディーゼルエンジン等も含む)やシステム構成も、用途等に応じて適宜に変更可能である。例えば上記排気管内壁温度センサ41b等は割愛可能である。そして、上記実施形態についてこうした構成の変更を行う場合には、上述した各種の処理(プログラム)についても、その細部を、実際の構成に応じて適宜最適なかたちに変更(設計変更)することが好ましい。 The type of engine to be controlled (including an in-cylinder injection gasoline engine, a compression ignition type diesel engine, etc.) and the system configuration can be changed as appropriate according to the application. For example, the exhaust pipe inner wall temperature sensor 41b can be omitted. When such a configuration change is made for the above-described embodiment, the details of the various processes (programs) described above may be changed (design change) as appropriate in accordance with the actual configuration. preferable.
・上記実施形態及び変形例では、各種のソフトウェア(プログラム)を用いることを想定したが、専用回路等のハードウェアで同様の機能を実現するようにしてもよい。 In the embodiment and the modification, it is assumed that various kinds of software (programs) are used. However, similar functions may be realized by hardware such as a dedicated circuit.
10…エンジン、20…シリンダ(気筒)、40…排気管、40a〜40c…配管、41…触媒、41a…排気温度センサ、41b…排気管内壁温度センサ、42a、42b…酸素濃度センサ、50…ECU(電子制御ユニット)、400…フランジ部、400a、400b…フランジ、402…突部、421…センサ素子、422…ヒータ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Engine, 20 ... Cylinder (cylinder), 40 ... Exhaust pipe, 40a-40c ... Piping, 41 ... Catalyst, 41a ... Exhaust temperature sensor, 41b ... Exhaust pipe inner wall temperature sensor, 42a, 42b ... Oxygen concentration sensor, 50 ... ECU (electronic control unit), 400... Flange portion, 400 a, 400 b .. flange, 402... Projection, 421.
Claims (15)
前記内燃機関を始動する際には、既に残留している残留凝縮水量と今回の始動により新たに生成される新規凝縮水量との和に応じて、前記発熱装置の駆動量に関する制御態様を可変設定する加熱制御手段を備えることを特徴とするセンサ加熱制御装置。 Provided in the intake passage or exhaust passage of the internal combustion engine with a heat generating device that generates heat as the drive amount increases and the drive amount increases, and is activated in a predetermined temperature range and exhibits high detection capability A device that is applied to a predetermined target sensor and controls a driving amount of the heat generating device,
When starting the internal combustion engine, the control mode related to the drive amount of the heat generating device is variably set according to the sum of the amount of residual condensed water remaining and the amount of new condensed water newly generated by the current start. A sensor heating control device comprising heating control means for performing the above.
前記残留凝縮水量及び前記新規凝縮水量は、前記対象センサの排気上流側近傍に形成された排気通路の窪みの中に溜まった凝縮水量である請求項6〜8のいずれか一項に記載のセンサ加熱制御装置。 The target sensor is an exhaust system sensor provided in an exhaust passage through which exhaust is discharged after a combustion stroke of the internal combustion engine,
The sensor according to any one of claims 6 to 8, wherein the residual condensed water amount and the new condensed water amount are the amount of condensed water accumulated in a recess in an exhaust passage formed in the vicinity of the exhaust upstream side of the target sensor. Heating control device.
前記排気管を接続するためのフランジ近傍には、排気流を鉛直方向上側へ向けるような、排気管の隆起又は同排気管とは別体の部材が設けられてなる請求項11に記載のセンサ加熱制御装置。 The target sensor is attached to the upper side in the vertical direction of the exhaust pipe,
The sensor according to claim 11, wherein a protuberance of the exhaust pipe or a member separate from the exhaust pipe is provided in the vicinity of the flange for connecting the exhaust pipe so as to direct the exhaust flow upward in the vertical direction. Heating control device.
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