JP2009222424A - 排気ガスセンサの制御装置 - Google Patents

排気ガスセンサの制御装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2009222424A
JP2009222424A JP2008064644A JP2008064644A JP2009222424A JP 2009222424 A JP2009222424 A JP 2009222424A JP 2008064644 A JP2008064644 A JP 2008064644A JP 2008064644 A JP2008064644 A JP 2008064644A JP 2009222424 A JP2009222424 A JP 2009222424A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
exhaust gas
exhaust
exhaust pipe
temperature
condensed water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2008064644A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4888426B2 (ja
Inventor
Hiroshi Enomoto
弘 榎本
Akio Matsunaga
彰生 松永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2008064644A priority Critical patent/JP4888426B2/ja
Priority to US12/808,571 priority patent/US8479494B2/en
Priority to AT09719611T priority patent/ATE555295T1/de
Priority to PCT/IB2009/005060 priority patent/WO2009112947A2/en
Priority to EP09719611A priority patent/EP2252785B1/en
Publication of JP2009222424A publication Critical patent/JP2009222424A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4888426B2 publication Critical patent/JP4888426B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y02T10/146
    • Y02T10/47

Landscapes

  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

【課題】凝縮水の有無の判定精度を高めて、排気ガスセンサが損傷してしまうことを確実に防止することができる排気ガスセンサの制御装置を提供する。
【解決手段】エンジンが始動したとき排気管内に溜まる凝縮水の量を算出し(ステップS1)、その後に凝縮水の有無を判定し(ステップS2)、凝縮水が無いと判定された場合に、排気温度センサから検出された排気温度、エアフロメータから検出されたガス流量、および外気温センサによって検出された外気温を用いて排気管内が乾燥しているか否かを判定し(ステップS12〜S15)、排気管内が乾燥していると判定された場合にヒータを加熱する。
【選択図】図3

Description

本発明は、内燃機関の排気管に設けられた排気ガスセンサの制御装置に関する。
従来、排気ガスセンサは、車両に搭載された内燃機関としてのエンジンの排気管などに設けられている。このような排気ガスセンサは、排気管を通る排気ガスのある成分を検知し、検知した成分の濃度に応じた電流を出力するようになっており、ECU(Electronic [or Engine] Control Unit)は、排気ガスセンサから出力された電流に基づいて排気ガスの空燃比を算出し、算出した排気ガスの空燃比が狙いの空燃比になるように、エンジンに与えるガス流量および燃料噴射重量を調整している。
排気ガスセンサは、セラミックなどの材質からなり、一定温度以上になって活性化しないと排ガス成分を検出できないのでヒータを内蔵し、このヒータで活性化するように加熱される。また、エンジンの始動時において、排気ガスセンサに水滴が付着したまま排気ガスセンサが急激に加熱されると割れてしまう恐れがあるため、このヒータで水滴が蒸発するように予熱処理が排気ガスセンサに施される。
さらに、冷却されたエンジンの始動時においては、排ガス中の水蒸気の凝縮により排気管内で凝縮水が生じていることがあり、凝縮水が加熱された排気ガスセンサに被ってしまうと、排気ガスセンサが割れてしまう。
そこで、従来の排気ガスセンサの制御装置としては、排気管内の排気ガスセンサの設置部位近傍に凝縮水が生じることを防止するため、排気ガスセンサに設けられたヒータと、エンジンの前回運転での運転状態を記憶する運転状態記憶手段と、記憶してある前回の運転状態に基づいて今回のエンジン始動時に排気管に排ガスの凝縮水が存在するか否かを判定する液水存在判定手段と、凝縮水が存在しない場合にヒータを通電して予熱制御するヒータ制御手段とを備えたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2007−10630号公報
しかしながら、上述のような従来の排気ガスセンサの制御装置にあっては、排ガスの凝縮水が存在していないときでも、排気管内が乾燥していない場合には、エンジンから排気ガスセンサに流れる排気ガスに含まれる水分で排気ガスセンサに水滴が付着してしまうことがあるため、排気ガスセンサが急激に加熱されると割れてしまう恐れがあった。また、エンジンから排気ガスセンサまでの距離が長い構造やエンジンと排気ガスセンサとの間に触媒などの部材がある構造をもつ排気管などのように、排気ガスが排気ガスセンサに到達するまでに排気ガスの温度が低くなってしまう特殊な構造であると、排気ガスセンサに水滴が付着しやすくなる。
本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、排気管内に発生する凝縮水の有無の判定精度を高めて、排気ガスセンサが損傷してしまうことを確実に防止することができる排気ガスセンサの制御装置を提供することを目的とする。
本発明に係る排気ガスセンサの制御装置は、上記目的達成のため、(1)内燃機関の排気管に設けられた排気ガスセンサを加熱するヒータの通電状態を制御する排気ガスセンサの制御装置において、前記排気管の排気ガスの排気温度を検出する排気温度検出手段と、前記内燃機関に吸気されるガスの流量を検出するガス流量検出手段と、外気温を検出する外気温検出手段と、前記内燃機関が始動したとき前記排気管内に溜まる凝縮水の有無を判定する凝縮水有無判定手段と、前記凝縮水有無判定手段によって前記凝縮水が無いと判定された場合に、前記排気温度検出手段によって検出された排気温度、前記ガス流量検出手段によって検出されたガス流量、および前記外気温検出手段によって検出された外気温を用いて前記排気管内が乾燥しているか否かを判定する乾燥判定手段と、前記乾燥判定手段によって前記排気管内が乾燥していると判定された場合に前記ヒータの通電を許可するよう制御する加熱制御手段と、を備えるよう構成する。
この構成により、排気管内に溜まる凝縮水の有無を判定した上で、さらに凝縮水が無いと判定された場合に排気管内が乾燥しているか否かを判定するため、凝縮水の有無の判定精度を高めることができ、その上で排気ガスセンサのヒータを加熱するため、排気ガスセンサが損傷してしまうことを確実に防止することができる。
上記(1)に記載の排気ガスセンサの制御装置において、(2)前記乾燥判定手段が、前記排気温度および前記ガス流量を用いて逐次求められる積算量を合わせた前記排気管の供給熱量が、前記外気温および予め決められた排気管熱容量から求まる乾燥判定指数よりも大きいときに前記排気管内が乾燥していると判定するよう構成する。
この構成により、排気温度およびガス流量を用いて逐次求められる積算量を合わせた排気管の供給熱量が、外気温および予め決められた排気管熱容量から求まる乾燥判定指数よりも大きいときに排気管内が乾燥していると判定することで、一般的に内燃機関に備えられている排気温度検出手段、ガス流量検出手段、外気温検出手段からの出力値を使用するため、簡易に排気管内の乾燥判定を行うことができる。
上記(1)に記載の排気ガスセンサの制御装置において、(3)前記乾燥判定手段が、前記排気温度、前記ガス流量、および前記外気温を用いて逐次求められる前記排気管内の推定壁温が、前記ガス流量と燃料重量との空燃比から求まる前記排気管の露点温度より大きいときに前記排気管内が乾燥していると判定するよう構成する。
この構成により、排気温度、ガス流量、および外気温を用いて逐次求められる排気管内の推定壁温が、空燃比から求まる排気管の露点温度より大きいときに排気管内が乾燥していると判定するため、露点温度に基づいた正確な排気管内の乾燥判定を行うことができる。
また、上記(1)から(3)に記載の排気ガスセンサの制御装置において、(4)前記凝縮水有無判定手段が、前記排気管内に溜まる前記排気ガスセンサの上流および下流にある凝縮水の有無を判定するよう構成する。
この構成により、排気管内に溜まる前記排気ガスセンサの上流および下流にある凝縮水の有無を判定した上で、さらに凝縮水が無いと判定された場合に排気管内が乾燥しているか否かを判定するため、上流または下流にある何れかの凝縮水の量を測定することに比べて凝縮水の有無の判定精度をさらに高めることができ、その上で排気ガスセンサのヒータを加熱するため、排気ガスセンサが損傷してしまうことを確実に防止することができる。
本発明によれば、排気管内に発生する凝縮水の有無の判定精度を高めて、排気ガスセンサが損傷してしまうことを確実に防止する排気ガスセンサの制御装置を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る車両の内燃機関およびその制御装置を模式的に示す概略構成図である。まず、構成について説明する。
図1は、本発明にかかる内燃機関を車両駆動用ディーゼルエンジンに適用した態様である。図1において、エンジン1は、直列4気筒ディーゼルエンジンであり、各気筒の燃焼室には、吸気マニホールド2および吸気管3を介して吸気が導入される。吸気管3の始端には、エアクリーナ4が設けられ、吸気管3には、エアフロメータ(AFM)5、ターボチャージャ6のコンプレッサ6a、インタークーラ7、スロットルバルブ8が設けられている。
エアフロメータ5は、エアクリーナ4を介して吸気管3に流入する新気の空気量に応じた出力信号をエンジンコントロール用電子制御ユニット(ECU)9に出力し、ECU9はエアフロメータ5の出力信号に基づいて吸入空気量を演算するようになっている。
また、エンジン1の各気筒の燃焼室には、それぞれ燃料噴射弁10から燃料が噴射される。各燃料噴射弁10は、コモンレール11に接続されており、コモンレール11には、図示しない燃料ポンプから燃料が供給される。各燃料噴射弁10の開弁時期、開弁期間、および燃料噴射量は、エンジン1の運転状態に応じてECU9によって制御されている。
また、エンジン1の各気筒の燃焼室で生じた排気ガスは、排気マニホールド13を介して排気管14に排出され、図示しないマフラーを介して大気に排出される。排気マニホールド13に排出された排気ガスの一部は、排気還流管15を介して吸気マニホールド2に再循環可能になっており、排気還流管15の途中にはEGRクーラ16とEGR弁17が設けられている。EGR弁17は、エンジン1の運転状態に応じてECU9によって開度制御され、排気還流量を制御するようになっている。
排気管14の途中には、ターボチャージャ6のタービン6b、DPF18(Diesel Particulate Filter)を収容したケーシング19、および排気ガスセンサ20が設けられている。タービン6bは、排気ガスによって駆動され、タービン6bに連結されたコンプレッサ6aを駆動して吸気を昇圧する。DPF18は、排気ガス中の粒子状物質(煤等)を捕集するフィルタエレメントに吸蔵還元型NOx触媒を坦持して構成されており、排気ガス中の粒子状物質を捕集するとともに、排気ガス中のHC、CO、NOxを浄化するものである。排気ガスセンサ20は、エンジン1の運転状態に応じてECU9によって制御される。
なお、エンジン1から排気ガスセンサ20までの距離が長い排気管14やエンジン1と排気ガスセンサ20との間に触媒などの部材をもつ排気管14であると、排気ガスが排気ガスセンサ20に到達するまでに排気ガスの温度が低くなってしまい、排気ガスセンサ20の上流側に凝縮水が溜ったり、エンジン1から流出する排気ガスを受けた排気ガスセンサ20に水滴が付着しやすくなるため、ECU9は、後述する排気ガスセンサ20の加熱制御に関わる処理を行うようになっている。
排気ガスセンサ20は、センサ素子をヒータ35(図2参照)によって加熱して活性化し、その活性した状態のセンサ素子によって排気管14を流れる排気ガス中の酸素濃度を検出するようになっている。排気ガスセンサ20は、ジルコニア等のセラミックのセンサ素子からなり、センサ素子が活性状態(活性温度)のときに酸素の検出が可能である。そのため、排気ガスセンサ20は、素子温度を数100℃の活性温度まで上昇させるとともにその活性温度を維持するために、センサ素子をヒータ35によって加熱している。また、排気ガスセンサ20は、保護カバーによってセンサ素子のセンシング部分が覆われており、その保護カバーに設けられた小孔から排気ガスを導入している。
図2も参照して、排気ガスセンサ20について説明する。図2は、本発明の第1の実施の形態に係る排気ガスセンサ20の断面図である。排気ガスセンサ20は、センサ本体30を有しており、センサ本体30の外側に内側保護カバー21を配備し、さらに内側保護カバー21の外側に外側保護カバー22を配備している。内側保護カバー21の側面には、排気ガスを導入するための小さいガス孔21aが複数個設けられており、外側保護カバー22の側面にも、ガス孔21aとはセンサ本体30を挟んで反対側の位置に、排気ガスを導入するための小さいガス孔22aが複数個設けられている。
内側保護カバー21および外側保護カバー22は、センサ本体30が排気ガスと直接接触することを防止し、センサ本体30に対する保温性を確保する。
センサ本体30は、抵抗拡散層31、固体電界質層32(センサ素子)、外側電極層33、内側電極層34、およびヒータ35によって構成されている。
抵抗拡散層31は、抵抗拡散層31の開口端部が排気管14の管壁の孔に嵌め込まれた状態で固定されており、抵抗拡散層31の内側には、固体電界質層32が配置されて固着されている。また、固体電界質層32は、外側電極層33と内側電極層34とで挟まれた状態で配置されて固着されている。外側電極層33の一端部には、電線33aが接続され、内側電極層34の一端部には、電線34aが接続されている。電線33aと電線34aとの間には図示しないセンサ回路が接続され、センサ回路から外側電極層33と内側電極層34との間に電圧が印加される。
固体電界質層32が活性状態の場合、排気ガス中の酸素濃度に比例して外側電極層33と内側電極層34との間に流れる電流が変化する。外側電極層33と内側電極層34との間に流れる電流が検出され、電流値及び印加電圧値がECU9に送信される。
ヒータ35は、固体電界質層32の素子温度を活性温度まで上昇させるとともにその活性化した固体電界質層32の活性状態を維持するためのものであり、固体電界質層32の内側に形成される空間に配設される。ECU9からの制御信号に応じた電力が電線35aを介してヒータ35に供給されたとき、ヒータ35は、固体電界質層32を加熱するようになっている。
図1に示すように、排気管14においてケーシング19の直ぐ下流には、ケーシング19から流出する排気ガスの温度に対応した出力信号をECU9に出力する排気温度センサ24が設けられている。また、内燃機関の外気温に対応した出力信号をECU9に出力する外気温センサ25が設けられている。
ECU9は、双方向バスによって相互に接続されたROM(リードオンリメモリ)、RAM(ランダムアクセスメモリ)、CPU(セントラルプロセッサユニット)、入力ポート、出力ポートを具備している。例えば、入力ポートには、エアフロメータ5で検出された信号、排気ガスセンサ20で検出された信号、および排気温度センサ24で検出された信号が入力され、出力ポートには、各燃料噴射弁10やEGR弁17を制御するための信号や排気ガスセンサ20のヒータ35を制御するための信号が出力される。
ECU9は、エンジン1の燃料噴射量制御等の基本制御を行うほか、センサ素子を活性化させるため、排気ガスセンサ20のヒータ35の通電状態を制御するようになっている。
ECU9は、後述するように、本発明に係る凝縮水有無判定手段、乾燥判定手段、および加熱制御手段を構成する。以下、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置を構成するECU9の特徴的な構成について、図面を参照して説明する。ECU9は、排気管14内の凝縮水量を測定し、測定した凝縮水の量の有無を判定するようになっている。従って、ECU9は、凝縮水有無判定手段を構成している。また、ECU9は、排気管14内が乾燥しているか否かの判定を行うようになっている。従って、ECU9は、乾燥判定手段を構成している。また、ECU9は、ヒータ35に対して通電を行うことで排気ガスセンサ20を加熱するようになっている。従って、ECU9は、加熱制御手段を構成している。
また、排気温度センサ24は、本発明に係る排気温度検出手段を構成し、エアフロメータ5は、本発明に係るガス流量検出手段を構成し、外気温センサ25は、本発明に係る外気温検出手段を構成する。
次に、動作について説明する。以下、本発明の第1の実施の形態に係る内燃機関の制御装置による排気ガスセンサ20の加熱制御に関わる処理について説明する。図3および図4は、本発明の第1の実施の形態に係る排気ガスセンサ20の加熱制御に関するフローチャートである。図3(a)は、排気管14内の凝縮水の有無判定に関するフローチャートである。図3(b)は、排気管14内の乾燥判定に関するフローチャートである。図4は、排気ガスセンサ20のヒータ35の通電状態の制御に関するフローチャートである。なお、本発明の第1の実施の形態では、排気ガスセンサ20の上流側に凝縮水が溜まった場合を想定して説明する。
図3および図4に示した処理は、ECU9を構成するCPUによってエンジン1が始動してから所定の時間間隔で実行されるとともに、CPUによって処理可能なプログラムで実現されるものである。ここで、所定の時間間隔とは、例えば数秒またはそれ以下の時間毎などの間隔を意味する。
まず、図3(a)に示すように、ECU9は、エンジン1が始動すると排気管14内の凝縮水の推定を行い、凝縮水推定量を算出する(ステップS1)。ここで、排気管14内に溜まる凝縮水の量を推定するための凝縮水量推定処理について図5を参照しながら詳細に説明する。図5は、本発明の第1の実施の形態に係る凝縮水量推定処理を表す制御ブロック図である。
凝縮水量推定処理は、排気管壁温推定部91、排気管壁露点温度算出部92、排気管内凝縮水量推定部93によって構成されており、プログラムで実行される。また、凝縮水量推定処理では、供給熱量算出マップ94、壁温加算値マップ95、壁温減算値マップ96、露点温度算出マップ97、および凝縮水積算量算出マップ98が使用される。これらのマップは、ROMなどに予め記憶されている。
なお、本発明の第1の実施の形態では、壁温加算値マップ95、壁温減算値マップ96、凝縮水積算量算出マップ98は、排気ガスセンサ20の上流側に溜まった凝縮水を推定できるように設定されている。また、これらのマップは、排気ガスセンサ20の下流側に溜まった凝縮水を推定できるように設定可能であるが、本発明の第2の実施の形態で説明する。供給熱量算出マップ94および露点温度算出マップ97は、排気ガスセンサ20の上流側に溜まった凝縮水および排気ガスセンサ20の下流側に溜まった凝縮水を共通して推定できるものであるが上流側および下流側に対応して用意してもよい。また、これらのマップは、排気管14の形状などの状況に応じて設定されており、さらに排気ガスセンサ20の近傍が乾燥しているか否かが判定できるように設定されている。これらのマップに設定される値は、実験等で得られた値が用いられる。
排気管壁温推定部91は、供給熱量算出マップ94、壁温加算値マップ95、壁温減算値マップ96を使用して排気管の壁の温度を推定するようになっている。供給熱量算出マップ94は、入力値となるガス流量および排気温度と、出力値となる排気管供給熱量とを対応させたものである。壁温加算値マップ95は、入力値となる排気管供給熱量と、出力値となる壁温加算値とを対応させたものである。壁温減算値マップ96は、入力値となる推定壁温と外気温との差分と、出力値となる壁温減算値とを対応させたものである。
例えば、供給熱量算出マップ94におけるガス流量および排気温度と排気管供給熱量との関係は、ガス流量が大きいほど排気管供給熱量も大きくなり、排気温度が大きいほど排気管供給熱量も大きくなるような傾向を有している。例えば、壁温加算値マップ95における排気管供給熱量と壁温加算値との関係は、排気管供給熱量が大きいほど壁温加算値も大きくなるような傾向を有している。例えば、壁温減算値マップ96において推定壁温から外気温までの差分と壁温減算値との関係は、差分が大きいほど壁温減算値が大きくなるような傾向を有している。
排気管壁温推定部91の処理について次に説明する。ECU9は、供給熱量算出マップ94を参照して、エアフロメータ5から検出されたガス流量および排気温度センサ24から検出された排気温度と対応する排気管供給熱量を求める。ECU9は、壁温加算値マップ95を参照して、求まった排気管供給熱量と対応する壁温加算値を求める。
次に、ECU9は、壁温減算値マップ96を参照して、前回算出された推定壁温から外気温センサ25によって検出された外気温を減算した値と対応する壁温減算値を求める。ECU9は、壁温加算値マップ95を参照して求めた壁温加算値に前回算出された推定壁温を加算して加算値を求め、さらに壁温減算値マップ96を参照して求めた壁温減算値をこの加算値から減算した値を新たな推定壁温として更新する。なお、排気管壁温推定部91の処理が開始したときの推定壁温の初期値には、例えば、排気管壁温推定部91の処理が開始したときに外気温センサ25によって検出された外気温が設定される。
排気管壁露点温度算出部92は、露点温度算出マップ97を使用して排気管14の壁の露点温度を算出するようになっている。露点温度算出マップ97は、入力値となる空燃比と、出力値となる露点温度とを対応させたものである。例えば、露点温度算出マップ97における空燃比と露点温度との関係は、空燃比が大きいほど露点温度が小さくなるような傾向を有している。
排気管壁露点温度算出部92の処理について次に説明する。まず、ECU9は、エアフロメータ5から検出されたガス流量と、燃料噴射弁10を介して現在噴射している燃料噴射の重量との比から空燃比を算出する。なお、空燃比は、排気ガスセンサ20からの出力結果でも求められるが、排気ガスセンサ20が活性化していない可能性があるため、ガス流量と燃料噴射の重量とを用いて空燃比が算出される。ECU9は、露点温度算出マップ97を参照して、算出した空燃比と対応する露点温度を求める。
排気管内凝縮水量推定部93は、凝縮水積算量算出マップ98を使用して排気管14内の凝縮水量を推定するようになっている。凝縮水積算量算出マップ98は、入力値となるガス流量および相対壁温と、出力値となる凝縮水積算量とを対応させたものである。例えば、凝縮水積算量算出マップ98におけるガス流量および相対壁温と凝縮水積算量との関係は、ガス流量が大きいほど凝縮水積算量が小さくなり、相対壁温が大きいほど凝縮水積算量が小さくなるような傾向を有している。基本的には、ガス流量が基準量以上であると凝縮水積算量が負の値をとり、ガス流量が基準量以下であると凝縮水積算量が正の値をとるが、相対壁温に応じて基準量が変化したりする。
排気管内凝縮水量推定部93の処理について次に説明する。まず、ECU9は、排気管壁温推定部91によって推定された推定壁温と、排気管壁露点温度算出部92によって算出された露点温度との差である相対壁温を算出する。ECU9は、凝縮水積算量算出マップ98を参照して、算出した相対壁温およびエアフロメータ5から検出されたガス流量と対応する凝縮水積算量を求め、求まった凝縮水積算量に前回算出された凝縮水推定量を加算し、加算した値を新たな凝縮水推定量として更新する。なお、凝縮水積算量は、上述したように正または負の値をとり、凝縮水推定量が負の値になると0に設定される。なお、排気管壁露点温度算出部92の処理が開始したときの凝縮水推定量の初期値については後述する。
ここで、図3(a)に示すように、ECU9は、ステップS1で算出された凝縮水推定量が0か否か、すなわち排気管14内の上流側の凝縮水推定量が無いか否かを判定する(ステップS2)。凝縮水推定量が無い場合、ECU9は、上流側排水完了フラグをONに設定し(ステップS3)、凝縮水推定量がある場合、上流側排水完了フラグをOFFに設定する(ステップS4)。なお、上流側排水完了フラグに設定された情報は、RAMなどに記憶される。
なお、ECU9が、凝縮水有無判定手段として凝縮水量推定処理を用いて凝縮水の有無を判定する処理について説明したが、凝縮水を推定することなく、実際の凝縮水の量を検知するセンサを設け、このセンサで水量を検知して凝縮水の有無を判定してもよい。
また、ECU9は、排気管14内の乾燥判定処理を行うが、図3(b)に示すように、上流側排水完了フラグがONに設定されているか否かを判定する(ステップS11)。上流側排水完了フラグがONである場合、乾燥判定指数を算出する(ステップS12)。以下に、乾燥判定指数の算出処理について説明する。
乾燥判定指数は、「排気管熱容量×外気温度補正係数」で求まる。排気管熱容量は、排気管14内の乾燥に必要な熱容量であり、排気管14の構造に対応した熱容量が予め決められている。また、入力値となる外気温と出力値となる外気温度補正係数とを対応させた外気温度補正係数マップがROMなどに予め記憶されており、ECU9は、外気温度補正係数マップを参照して、外気温センサ25から検出された外気温と対応する外気温度補正係数を求める。例えば、外気温度補正係数マップにおける外気温と外気温度補正係数との関係は、外気温が大きいほど外気温度補正係数が小さくなるような傾向を有している。
次に、ECU9は、エンジン1から供給される排気管14の供給熱量に対する積算量を算出する(ステップS13)。詳細には、入力値となるガス流量および排気温度と、出力値となる積算量とを対応させた供給熱量積算量マップがROMなどに予め記憶されており、ECU9は、供給熱量積算量マップを参照して、エアフロメータ5から検出されたガス流量および排気温度センサ24から検出された排気温度と対応する積算量を求める。例えば、供給熱量積算量マップにおけるガス流量および排気温度と積算量との関係は、ガス流量が大きいほど積算量が大きく、排気温度も大きいほど積算量が大きくなるような傾向を有している。なお、積算量は、正負の値をとる。
次に、ECU9は、ステップS12で算出された積算量を前回算出された供給熱量に積算し、積算した値を新たな供給熱量として更新する(ステップS14)。ここで、ECU9は、ステップS14で算出された供給熱量が、ステップS12で算出された乾燥判定指数よりも大きいか否かを判定する(ステップS15)。
続いてECU9は、供給熱量が乾燥判定指数よりも大きい場合、乾燥したとみなして乾燥完了フラグをONに設定し(ステップS16)、供給熱量が乾燥判定指数以下である場合、乾燥完了フラグをOFFに設定する(ステップS18)。一方、ステップS11で上流側排水完了フラグがOFFである場合、ECU9は、供給熱量を0などに初期化し(ステップS17)、ステップS18で乾燥完了フラグをOFFに設定する。
また、図4に示すように、ECU9は、排気ガスセンサ20のヒータ35の通電処理を行うが、乾燥完了フラグがONに設定されているか否かを判定する(ステップS21)。乾燥完了フラグがONである場合、ECU9は、ヒータ35の通電を許可して開始すると共に排気ガスセンサ20を活性化させるように通電制御を行う(ステップS22)。また、ステップS22で、既にヒータ35に通電がなされていた場合、ECU9は、通電制御を継続する。一方、乾燥完了フラグがOFFである場合、ECU9は、ヒータ35の通電を停止する(ステップS23)。また、ステップS23で、既に通電が停止されていた場合、ECU9は、ヒータ35の通電を停止したままの状態とする。
以上説明したように、本発明の第1の実施の形態に係る車両の制御装置は、排気ガスセンサ20の上流側に溜まる排気管14内の凝縮水の有無を判定した上で、さらに凝縮水が無いと判定された場合に排気管14内が乾燥しているか否かを判定するため、凝縮水の有無の判定精度を高めることができ、その上で排気ガスセンサ20のヒータ35を加熱するため、排気ガスセンサ20が損傷してしまうことを確実に防止することができる。
通常、冷却されたエンジン1の始動時において、排気ガスセンサ20に水滴が付着したまま排気ガスセンサ20が急激に加熱されると割れてしまう恐れがあるため、付着した水滴が蒸発するように予熱処理が排気ガスセンサ20に施されるが、本発明の第1の実施の形態に係る車両の制御装置は、排気管14内が乾燥している場合に排気ガスセンサ20のヒータ35を加熱するため、予熱処理が不要となる。
また、排気温度およびガス流量を用いて逐次求められる積算量を合わせた排気管の供給熱量が、外気温および予め決められた排気管熱容量から求まる乾燥判定指数よりも大きいときに排気管14内が乾燥していると判定することで、本発明の第1の実施の形態に係る車両の制御装置は、一般的に内燃機関に備えられているエアフロメータ5、排気温度センサ20、外気温センサ25からの出力値を使用するため、簡易に排気管14内の乾燥判定を行うことができる。
ところで、排気ガスセンサ20が活性化した場合においても、エンジン1が長い間アイドリングしている場合など、排気ガスの温度が低くなってしまい、排気管14内に凝縮水が溜まったり、排気管14内が乾燥していない状態となったりすることがある。従って、図3(a)に示した排気管14内の凝縮水の有無判定、図3(b)に示した排気管14内の乾燥判定、および、図4に示した排気ガスセンサ20のヒータ35の通電における処理は、排気ガスセンサ20が活性化した場合においても、常時実施される。
ここで、エンジン1を停止させるためにイグニッションスイッチがOFFとなり、しばらくして再度イグニッションスイッチがONになった場合、排気管壁露点温度算出部92の処理が開始したときの凝縮水推定量の初期値には、例えば、直前のエンジン1が停止した時点の凝縮水推定量が設定される。また、ECU9に供給する電力が遮断される等の事象が発生した場合やエンジン1が長時間停止していた場合など、凝縮水推定量の初期値には、排気管14内に溜まることが可能な最大の凝縮水推定量が設定される。
また、図3(b)に示した排気管14内の乾燥判定処理を図6のフローチャートに示す乾燥判定処理に替えてもよい。図6は、排気管14内の乾燥判定に関する代替のフローチャートである。以下に、図6に示した乾燥判定処理について説明する。
まず、ECU9は、上流側排水完了フラグがONに設定されているか否かを判定する(ステップS11)。上流側排水完了フラグがONである場合、ECU9は、上述した排気管壁温推定部91で推定された推定壁温を取得する(ステップS31)と共に、排気管壁露点温度算出部92で算出された露点温度を取得する(ステップS32)。
ここで、ECU9は、ステップS31で取得した推定壁温がステップS32で取得した露点温度よりも大きいか否かを判定する(ステップS33)。続いてECU9は、推定壁温が露点温度よりも大きいと判定した場合、乾燥したとみなして乾燥完了フラグをONに設定し(ステップS16)、供給熱量が乾燥判定指数以下である場合、乾燥完了フラグをOFFに設定する(ステップS18)。一方、ステップS11で上流側排水完了フラグがOFFである場合、ステップS18で乾燥完了フラグをOFFに設定する。
上述した形態に係る車両の制御装置は、排気温度、ガス流量、および外気温を用いて逐次求められる排気管内の推定壁温が、空燃比から求まる排気管の露点温度より大きいときに排気管内が乾燥していると判定するため、露点温度に基づいた正確な排気管14内の乾燥判定を行うことができる。
(第2の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態では、排気ガスセンサ20の上流側に溜まった凝縮水を推定する形態としていたが、排気ガスセンサ20の下流側の排気管14の形状によっては排気ガスセンサ20の下流側に凝縮水が溜まる可能性もある。下流側に凝縮水が溜まった場合、車両が後進したときや車両の走行中に急ブレーキをかけたときなどに下流側の凝縮水が排気ガスセンサ20に被水してしまうため、本発明の第2の実施の形態では、上流側に溜まった凝縮水に加えて下流側に溜まった凝縮水を推定する形態とする。
本発明の第2の実施の形態に係る車両の内燃機関は、本発明の第1の実施の形態に係る車両の内燃機関と同様の構成であるため、その説明を省略するが、本発明の第2の実施の形態に係る車両の内燃機関の構成については第1の実施の形態と同一の符号を用いて説明する。
以下、本発明の第2の実施の形態に係る内燃機関の制御装置による排気ガスセンサ20の加熱制御に関わる処理について説明する。本発明の第2の実施の形態では、排気ガスセンサ20の上流側に溜まった凝縮水を推定すると共に乾燥判定を行い、加えて、排気ガスセンサ20の下流側に溜まった凝縮水を推定する形態をとる。
図3は、排気ガスセンサ20の上流側に溜まった凝縮水の有無判定および排気管14内の乾燥判定に関するフローチャートである。図7は、排気ガスセンサ20の下流側に溜まった凝縮水の有無判定に関するフローチャートである。図8は、排気ガスセンサ20のヒータ35の通電状態の制御に関するフローチャートである。
なお、図3、図7、および図8に示した処理は、ECU9を構成するCPUによって所定の時間間隔で実行されるとともに、CPUによって処理可能なプログラムで実現されるものである。ここで、所定の時間間隔とは、例えば数秒またはそれ以下の時間毎などの間隔を意味する。
まず、図3に示したように、排気ガスセンサ20の上流側に溜まった凝縮水の有無判定および排気管14内の乾燥判定に関するフローチャートの処理については、本発明の第1の実施の形態で既に説明したため、その説明を省略する。
次に、図7に示すように、ECU9は、エンジン1の始動時またはエンジン1の始動後随時、排気管14内の凝縮水の推定を行い、凝縮水推定量を算出する(ステップS41)。ここで、排気管14内に溜まる凝縮水の量を推定するための凝縮水量推定処理については、図5で説明した凝縮水量推定処理と同様である。
ただし、図5で説明した壁温加算値マップ95、壁温減算値マップ96、凝縮水積算量算出マップ98は、排気ガスセンサ20の上流側に溜まった凝縮水を推定するためのものであったが、ステップS41では、壁温加算値マップ95に替えて下流側凝縮水推定用の壁温加算値マップ、壁温減算値マップ96に替えて下流側凝縮水推定用の壁温減算値マップ、凝縮水積算量算出マップ98に替えて下流側凝縮水推定用の凝縮水積算量算出マップが用いられる。これらのマップは、ROMなどに予め記憶されており、下流側凝縮水推定用のマップには、下流側の排気管14の形状などに適合した出力値が設定されている。
ここで、図7に示すように、ECU9は、ステップS41で算出された凝縮水推定量が0か否か、すなわち排気管14内の下流側の凝縮水推定量が無いか否かを判定する(ステップS42)。凝縮水推定量が無い場合、ECU9は、下流側排水完了フラグをONに設定し(ステップS43)、凝縮水推定量がある場合、下流側排水完了フラグをOFFに設定する(ステップS44)。なお、下流側排水完了フラグに設定された情報は、RAMなどに記憶される。
なお、排気ガスは、排気ガスセンサ20の上流側から下流側に流れるため、乾燥判定処理は、排気ガスセンサ20の上流側についてのみ行う。
また、図8に示すように、ECU9は、排気ガスセンサ20のヒータ35の通電処理を行うが、乾燥完了フラグがONに設定されているか否かを判定し(ステップS21)、乾燥完了フラグがONである場合、下流側排水完了フラグがONに設定されているか否かを判定する(ステップS51)。
乾燥完了フラグおよび下流側排水完了フラグがONである場合、ECU9は、ヒータ35の通電を開始すると共に排気ガスセンサ20を活性化させるように通電制御を行う(ステップS22)。また、ステップS22で、既にヒータ35に通電がなされていた場合、ECU9は、通電制御を継続する。
一方、乾燥完了フラグおよび下流側排水完了フラグの何れかがOFFである場合、ECU9は、ヒータ35の通電を停止する(ステップS23)。また、ステップS23で、既に通電が停止されていた場合、ECU9は、ヒータ35の通電を停止したままの状態とする。
以上説明したように、本発明の第2の実施の形態に係る車両の制御装置は、排気ガスセンサ20の上流側に溜まる排気管14内の凝縮水の有無を判定すると共に、下流側に溜まる排気管14内の凝縮水の有無を判定し、凝縮水が無いと判定された場合に排気管14内が乾燥しているか否かを判定するため、凝縮水の有無の判定精度を高めることができ、その上で排気ガスセンサ20のヒータ35を加熱するため、排気ガスセンサ20が損傷してしまうことを確実に防止することができる。
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る車両の制御装置は、凝縮水が無いと判定された場合に排気管14内が乾燥しているか否かを判定するため、凝縮水の有無の判定精度を高めることができ、その上で排気ガスセンサ20のヒータ35を加熱するため、排気ガスセンサ20が損傷してしまうことを確実に防止することができ、ヒータ35の加熱制御を行う車両の制御装置全般に有用である。
本発明の第1の実施の形態に係る車両の内燃機関およびその制御装置を模式的に示す概略構成図である。 本発明の第1の実施の形態に係る排気ガスセンサの断面図である。 本発明の第1の実施の形態に係る排気ガスセンサの加熱制御に関するフローチャートであり、(a)は、排気管内の凝縮水の有無判定に関するフローチャートであり、(b)は、排気管内の乾燥判定に関するフローチャートである。 本発明の第1の実施の形態に係る排気ガスセンサのヒータの通電状態の制御に関するフローチャートである。 本発明の第1の実施の形態に係る凝縮水量推定処理を表す制御ブロック図である。 排気管内の乾燥判定に関する代替のフローチャートである。 排気ガスセンサの下流側に溜まった凝縮水の有無判定に関するフローチャートである。 本発明の第2の実施の形態に係る排気ガスセンサのヒータの通電状態の制御に関するフローチャートである。
符号の説明
1 エンジン(内燃機関)
2 吸気マニホールド
3 吸気管
4 エアクリーナ
5 エアフロメータ(ガス流量検出手段)
6 ターボチャージャ
6a コンプレッサ
6b タービン
7 インタークーラ
8 スロットルバルブ
9 ECU(凝縮水有無判定手段、乾燥判定手段、加熱制御手段)
10 燃料噴射弁
11 コモンレール
13 排気マニホールド
14 排気管
15 排気還流管
16 EGRクーラ
17 EGR弁
18 DPF
19 ケーシング
20 排気ガスセンサ
21 内側保護カバー
22 外側保護カバー
24 排気温度センサ(排気温度検出手段)
25 外気温センサ(外気温検出手段)
26 内側保護カバー
30 センサ本体
31 抵抗拡散層
32 固体電界質層
33 外側電極層
34 内側電極層
35 ヒータ

Claims (4)

  1. 内燃機関の排気管に設けられた排気ガスセンサを加熱するヒータの通電状態を制御する排気ガスセンサの制御装置において、
    前記排気管の排気ガスの排気温度を検出する排気温度検出手段と、
    前記内燃機関に吸気されるガスの流量を検出するガス流量検出手段と、
    外気温を検出する外気温検出手段と、
    前記内燃機関が始動したとき前記排気管内に溜まる凝縮水の有無を判定する凝縮水有無判定手段と、
    前記凝縮水有無判定手段によって前記凝縮水が無いと判定された場合に、前記排気温度検出手段によって検出された排気温度、前記ガス流量検出手段によって検出されたガス流量、および前記外気温検出手段によって検出された外気温を用いて前記排気管内が乾燥しているか否かを判定する乾燥判定手段と、
    前記乾燥判定手段によって前記排気管内が乾燥していると判定された場合に前記ヒータの通電を許可するよう制御する加熱制御手段と、
    を備えたことを特徴とする排気ガスセンサの制御装置。
  2. 前記乾燥判定手段が、前記排気温度および前記ガス流量を用いて逐次求められる積算量を合わせた前記排気管の供給熱量が、前記外気温および予め決められた排気管熱容量から求まる乾燥判定指数よりも大きいときに前記排気管内が乾燥していると判定することを特徴とする請求項1に記載の排気ガスセンサの制御装置。
  3. 前記乾燥判定手段が、前記排気温度、前記ガス流量、および前記外気温を用いて逐次求められる前記排気管内の推定壁温が、前記ガス流量と燃料重量との空燃比から求まる前記排気管の露点温度より大きいときに前記排気管内が乾燥していると判定することを特徴とする請求項1に記載の排気ガスセンサの制御装置。
  4. 前記凝縮水有無判定手段が、前記排気管内に溜まる前記排気ガスセンサの上流および下流にある凝縮水の有無を判定することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1の請求項に記載の排気ガスセンサの制御装置。
JP2008064644A 2008-03-13 2008-03-13 排気ガスセンサの制御装置 Active JP4888426B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008064644A JP4888426B2 (ja) 2008-03-13 2008-03-13 排気ガスセンサの制御装置
US12/808,571 US8479494B2 (en) 2008-03-13 2009-03-12 Exhaust gas sensor control system and control method
AT09719611T ATE555295T1 (de) 2008-03-13 2009-03-12 Steuerungssystem und steuerungsverfahren für einen abgassensor
PCT/IB2009/005060 WO2009112947A2 (en) 2008-03-13 2009-03-12 Exhaust gas sensor control system and control method
EP09719611A EP2252785B1 (en) 2008-03-13 2009-03-12 Exhaust gas sensor control system and control method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008064644A JP4888426B2 (ja) 2008-03-13 2008-03-13 排気ガスセンサの制御装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009222424A true JP2009222424A (ja) 2009-10-01
JP4888426B2 JP4888426B2 (ja) 2012-02-29

Family

ID=41239383

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008064644A Active JP4888426B2 (ja) 2008-03-13 2008-03-13 排気ガスセンサの制御装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4888426B2 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012237641A (ja) * 2011-05-11 2012-12-06 Ngk Spark Plug Co Ltd 微粒子検知システム
JP2013221783A (ja) * 2012-04-13 2013-10-28 Toyota Motor Corp ガスセンサ制御装置
EP3176573A1 (en) 2015-11-24 2017-06-07 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Sulfur oxides detection system and method
CN111980788A (zh) * 2019-05-21 2020-11-24 康明斯排放处理公司 确定后处理系统周围的虚拟环境空气温度的系统和方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012237641A (ja) * 2011-05-11 2012-12-06 Ngk Spark Plug Co Ltd 微粒子検知システム
US9206757B2 (en) 2011-05-11 2015-12-08 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Particulate detection system
JP2013221783A (ja) * 2012-04-13 2013-10-28 Toyota Motor Corp ガスセンサ制御装置
EP3176573A1 (en) 2015-11-24 2017-06-07 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Sulfur oxides detection system and method
CN111980788A (zh) * 2019-05-21 2020-11-24 康明斯排放处理公司 确定后处理系统周围的虚拟环境空气温度的系统和方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP4888426B2 (ja) 2012-02-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2252785B1 (en) Exhaust gas sensor control system and control method
JP4631664B2 (ja) ガスセンサのヒータ制御装置
US10513961B2 (en) NOx offset diagnostic during engine soak
US8136343B2 (en) System for an engine having a particulate matter sensor
JP4618312B2 (ja) 排気ガスセンサの制御装置
JP4501877B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP6493281B2 (ja) 排気センサの制御装置
JP5683055B2 (ja) 酸素濃度センサのヒータ制御装置
JP2013163978A (ja) エンジンの制御装置
JP2010071257A (ja) エンジンの制御装置
JP4888426B2 (ja) 排気ガスセンサの制御装置
JP2007120390A (ja) 排出ガスセンサのヒータ制御装置
US8000883B2 (en) Control apparatus and method for air-fuel ratio sensor
JP2008232961A (ja) センサ加熱制御装置及びセンサ情報取得装置及びエンジン制御システム
JP2007321561A (ja) 排出ガスセンサのヒータ制御装置
JP2012172535A (ja) エンジンの制御装置
JP6505578B2 (ja) フィルタの故障検出装置、粒子状物質検出装置
JP6349906B2 (ja) 排出ガスセンサのヒータ制御装置
JPH09184443A (ja) 触媒下流側空燃比センサのヒータ制御装置
JP4780465B2 (ja) 酸素センサの故障診断装置
JP2014238049A (ja) 内燃機関の制御装置
JP2004360563A (ja) 排気ガス検出装置
JP2008261757A (ja) 酸素センサの故障診断装置
JP2008297932A (ja) 内燃機関のセンサ情報検出装置、排気温度検出装置
JP2013238125A (ja) 内燃機関の制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100806

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20111104

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20111115

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20111128

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4888426

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141222

Year of fee payment: 3