JP2010038053A - 内燃機関のバルブ凍結抑制装置及びセンサ素子破損抑制装置 - Google Patents

内燃機関のバルブ凍結抑制装置及びセンサ素子破損抑制装置 Download PDF

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Abstract

【課題】バルブが凍結して作動不良となることを抑制するにあたり、その抑制の確実性向上を図った内燃機関のバルブ凍結抑制装置を提供する。
【解決手段】燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度センサと、吸気通路に配置されたスロットルバルブと、排気中に含まれる水分がスロットルバルブに付着して凍結することによりスロットルバルブが作動不良となることを抑制するバルブ用電気ヒータ（凍結抑制手段）と、バルブ用電気ヒータを起動させるか否かを判定する起動判定手段Ｓ２０と、を備え、前記起動判定手段Ｓ２０は、アルコール濃度センサにより検出されたアルコール濃度が高濃度であるほどバルブ用電気ヒータを起動させる側に判定基準を変更させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関のスロットルバルブ等のバルブに水が付着して凍結することによりそのバルブが作動不良となることを抑制するバルブ凍結抑制装置、及び排気中の特定成分濃度を検出するセンサ素子が被水して破損することを抑制するセンサ素子破損抑制装置に関する。
外気温度が氷点下となる極低温時には、内燃機関の運転中であっても吸気通路や排気通路に配置されたバルブ（例えばスロットルバルブ）に付着した凝縮水が凍結することがある。すると、そのバルブの回転軸部分等が凍結して回動不能となるといった不具合が生じ得る。
このような凍結による不具合に対し特許文献１等には、外気温度が所定温度以下になっている等の凝縮水発生条件を満たしていると判定された場合に、スロットルバルブを振動させることで前記凍結の抑制を図ることが開示されている。
また、排気中のＯ２濃度やＮＯＸ濃度を検出するセンサ素子、及びセンサ素子を加熱して活性化させる電気ヒータを備えて構成される排気センサ装置が内燃機関に搭載されている場合において、センサ素子に凝縮水が付着した状態で電気ヒータを作動させると、電気ヒータにより加熱されたセンサ素子のうち水分付着部分だけが局所的に低温となり、このような局所冷却によりセンサ素子に熱歪みが生じてセンサ素子が破損するといった不具合が生じ得る。
このような被水による不具合に対し特許文献２等には、排気管温度が所定温度以下になっている等の凝縮水発生条件を満たしていると判定されている期間中、電気ヒータへの通電を禁止することで、前記センサ素子破損の抑制を図ることが開示されている。
特開２００２−１６１７５８号公報 特開２００４−６９６４４号公報
近年、内燃機関の代替燃料として、メタノールやエタノール等のアルコールをガソリンに混合したアルコール混合燃料や、アルコール１００％のアルコール燃料（以下、これらの燃料を単にアルコール混合燃料と記載）が提案されている。
そして、このようなアルコール混合燃料を使用した場合には、アルコールが混合していないガソリンを使用した場合に比べて排気中に含まれる水分量が増加するため、先述した凝縮水発生条件を満たしていない場合であっても、排気中の水分がスロットルバルブやセンサ素子に付着しているおそれのあることが本発明者の検討により明らかとなった。つまり、アルコール混合燃料を使用した場合には凝縮水発生条件を満たしていなくても、先述した凍結及び被水による不具合の解消が必要となる場合があることが分かった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、バルブが凍結して作動不良となることを抑制するにあたり、その抑制の確実性向上を図った内燃機関のバルブ凍結抑制装置を提供することを第１の目的とする。また、センサ素子が被水して破損することを抑制するにあたり、その抑制の確実性向上を図った内燃機関のセンサ素子破損抑制装置を提供することを第２の目的とする。
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
＜バルブ凍結抑制装置にかかる第１の目的について＞
請求項１記載の発明は、燃料のアルコール濃度を検出する濃度センサと、吸気通路又は排気通路を流通する空気の流れを制御するバルブと、排気中に含まれる水分が前記バルブに付着して凍結することにより前記バルブが作動不良となることを抑制する凍結抑制手段と、前記凍結抑制手段を起動させるか否かを判定する起動判定手段と、を備え、前記起動判定手段は、前記濃度センサにより検出されたアルコール濃度が高濃度であるほど前記凍結抑制手段を起動させる側に判定基準を変更させることを特徴とする。
本発明は、燃料のアルコール濃度が高濃度であるほど排気中に含まれる水分量が増加するとの知見に基づき想起されたものであり、アルコール濃度が高濃度であるほど凍結抑制手段を起動させる側に判定基準を変更させるので、排気中の水分量が多いほど凍結抑制手段が起動されやすくなる。よって、バルブが凍結して作動不良となることを凍結抑制手段により抑制するにあたり、その抑制の確実性を向上できる。
ここで、内燃機関を始動させてから停止させるまでの運転時間が短いほど、或いは外気温度が低いほど、排気管及び吸気管の温度は低くなっているため凝縮水が生じ易い。この点を鑑みた上記請求項２記載の発明では、内燃機関の運転時間が短いほど、或いは外気温度が低いほど凍結抑制手段を起動させる側に判定基準を変更させるので、凍結抑制手段が起動されやすくなる。よって、バルブが凍結して作動不良となることを凍結抑制手段により抑制するにあたり、その抑制の確実性を向上できる。
請求項３記載の発明では、燃料のアルコール濃度を検出する濃度センサと、吸気通路又は排気通路を流通する空気の流れを制御するバルブと、排気中に含まれる水分が前記バルブに付着して凍結することにより前記バルブが作動不良となることを抑制する凍結抑制手段と、前記凍結抑制手段による作動を制御することで前記凍結の抑制度合いを可変設定する抑制度合設定手段と、を備え、前記抑制度合設定手段は、前記濃度センサにより検出されたアルコール濃度が高濃度であるほど、前記凍結の抑制度合いを増大させることを特徴とする。
本発明は、燃料のアルコール濃度が高濃度であるほど排気中に含まれる水分量が増加するとの知見に基づき想起されたものであり、アルコール濃度が高濃度であるほど凍結抑制手段による凍結の抑制度合いを増大させるので、凍結抑制の度合いが不足することを回避できる。よって、バルブが凍結して作動不良となることを凍結抑制手段により抑制するにあたり、その抑制の確実性を向上できる。
なお、上記「バルブ」の具体例としては請求項４記載のスロットルバルブが挙げられ、さらに他の具体例として、以下に説明するＥＧＲバルブ、ＰＣＶバルブ及び二次エアバルブ等が挙げられる。ＥＧＲバルブとは、排気の一部を吸気に還流させる還流量（ＥＧＲ量）を制御するためのバルブである。ＰＣＶバルブとは、内燃機関のクランクケース内に滞留するブローバイガスを吸気通路に導入する通路に配置され、ブローバイガスの流れを制御するためのバルブである。二次エアバルブとは、排気通路に配置された触媒等の排気浄化装置の浄化効率を向上させるべく、排気通路のうち排気浄化装置の上流側部分から二次エアを供給するにあたり、その二次エア供給量を制御するためのバルブである。
ちなみに、燃料のアルコール濃度が高濃度であるほど排気中に含まれる水分量が増加することは先述した通りであるが、このようにして増加した排気中の水分は、上記ブローバイガスの通路を通じて吸気通路に流入し得る。そのため、排気中の水分増加にともない吸気中の水分も増加し、ひいては、吸気通路に配置されたスロットルバルブ等に対しても、請求項１記載の如くアルコールが高濃度であるほど凍結抑制手段を起動させる側に判定基準を変更させることや、請求項３記載の如くアルコールが高濃度であるほど凍結の抑制度合いを増大させることは効果的である。
また、上記「凍結抑制手段」の具体例としては、請求項５記載の如く、前記バルブを加熱するバルブ加熱手段、前記バルブが振動するよう作動させる振動制御手段、及び前記内燃機関の運転停止時に前記バルブを開作動させておく開作動制御手段等が挙げられる。
バルブ加熱手段によれば、バルブに付着した水の蒸発促進或いは解凍促進を図ることができる。また、振動制御手段によれば、バルブに付着した水を振動により払い落とすことができる。また、開作動制御手段によれば、吸気通路又は排気通路を形成する配管の内面とバルブとの間に隙間ができるので、凍結により配管内面とバルブとが固着することを防止できる。
＜センサ素子破損抑制装置にかかる第２の目的について＞
請求項６記載の発明では、燃料のアルコール濃度を検出する濃度センサと、排気中の特定成分濃度を検出するセンサ素子及び前記センサ素子を加熱する素子加熱手段を有する排気センサ装置と、排気中に含まれる水分が前記センサ素子に付着した状態で前記素子加熱手段を加熱した場合に生じ得る、前記センサ素子の破損を抑制する破損抑制手段と、前記破損抑制手段を起動させるか否かを判定する起動判定手段と、を備え、前記起動判定手段は、前記濃度センサにより検出されたアルコール濃度が高濃度であるほど前記破損抑制手段を起動させる側に判定基準を変更させることを特徴とする。
本発明は、燃料のアルコール濃度が高濃度であるほど排気中に含まれる水分量が増加するとの知見に基づき想起されたものであり、アルコール濃度が高濃度であるほど破損抑制手段を起動させる側に判定基準を変更させるので、排気中の水分量が多いほど破損抑制手段が起動されやすくなる。よって、センサ素子が被水して破損することを破損抑制手段により抑制するにあたり、その抑制の確実性を向上できる。
ここで、内燃機関を始動させてから停止させるまでの運転時間が短いほど、或いは外気温度が低いほど、排気管内の温度は低くなっているため凝縮水が生じ易い。この点を鑑みた上記請求項７記載の発明では、内燃機関の運転時間が短いほど、或いは外気温度が低いほど破損抑制手段を起動させる側に判定基準を変更させるので、破損抑制手段が起動されやすくなる。よって、センサ素子が被水して作動不良となることを破損抑制手段により抑制するにあたり、その抑制の確実性を向上できる。
請求項８記載の発明では、燃料のアルコール濃度を検出する濃度センサと、排気中の特定成分濃度を検出するセンサ素子及び前記センサ素子を加熱する素子加熱手段を有する排気センサ装置と、排気中に含まれる水分が前記センサ素子に付着した状態で前記素子加熱手段を加熱した場合に生じ得る、前記センサ素子の破損を抑制する破損抑制手段と、前記破損抑制手段による作動を制御することで前記破損の抑制度合いを可変設定する抑制度合設定手段と、を備え、前記抑制度合設定手段は、前記濃度センサにより検出されたアルコール濃度が高濃度であるほど、前記破損の抑制度合いを増大させることを特徴とする。
本発明は、燃料のアルコール濃度が高濃度であるほど排気中に含まれる水分量が増加するとの知見に基づき想起されたものであり、アルコール濃度が高濃度であるほど抑制度合設定手段によるセンサ素子破損の抑制度合いを増大させるので、破損抑制の度合いが不足することを回避できる。よって、センサ素子が被水して破損することを破損抑制手段により抑制するにあたり、その抑制の確実性を向上できる。
また、上記「破損抑制手段」の具体例としては、請求項９記載の如く、前記素子加熱手段による加熱開始タイミングを遅延させる遅延制御手段、前記素子加熱手段による加熱度合いを低減させる加熱度合低減手段、排気温度を低下させるよう点火時期を遅角させる点火時期遅角手段等が挙げられる。
遅延制御手段によれば、センサ素子が被水していても素子加熱手段による加熱は直ぐには実施されず、加熱開始までの間にセンサ素子に付着した水を蒸発させることができるので、センサ素子が被水した状態で加熱することを回避でき、ひいてはセンサ素子の破損を抑制できる。また、加熱度合低減手段によれば、例えば素子加熱手段に電気ヒータを採用した場合において電気ヒータへの通電オンデューティ比を小さくして加熱量を低減することで、センサ素子の破損を抑制できる。また、点火時期遅角手段によれば、排気温度が上昇することとなり排気中の水分の蒸発を促進できるので、センサ素子への被水を抑制でき、ひいてはセンサ素子の破損を抑制できる。
以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本実施形態は、内燃機関である車載多気筒エンジンを主体としてエンジン制御システムを構築するものとしている。本実施形態のエンジンは点火式エンジンであり、アルコール（例えばエタノールやメタノールなど）をガソリンに混合したアルコール混合燃料や、ガソリン（アルコール濃度０％）或いはアルコール（アルコール濃度１００％）を燃料として使用できるよう設計されている。当該制御システムでは、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として燃料噴射量の制御や点火時期の制御、アイドルストップ制御等を実施する。このエンジン制御システムの全体概略構成図を図１に示す。
図１に示すエンジン１０において、吸気管１１（吸気通路）の最上流部にはエアクリーナ１２が設けられ、エアクリーナ１２の下流側には吸入空気量を検出するためのエアフロメータ１３が設けられている。エアフロメータ１３の下流側には、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１４が設けられている。スロットルバルブ１４の開度（スロットル開度）は、スロットルアクチュエータ１５に内蔵されたスロットル開度センサにより検出される。スロットルバルブ１４の下流側にはサージタンク１６が設けられ、このサージタンク１６には、吸気管圧力を検出するための吸気管圧力センサ１７が設けられている。また、サージタンク１６には、エンジン１０の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１８が接続されており、吸気マニホールド１８において各気筒の吸気ポート近傍には燃料を噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁１９が取り付けられている。
エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートには、それぞれ吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が設けられている。この吸気バルブ２１の開動作により空気と燃料との混合気が燃焼室２３内に導入され、排気バルブ２２の開動作により燃焼後の排ガスが排気管２４（排気通路）に排出される。
エンジン１０のシリンダヘッド１０ａには気筒毎に点火プラグ２５が取り付けられている。点火プラグ２５には、点火コイル等よりなる点火装置（図示略）を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２５の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室２３内に導入した混合気が着火され燃焼に供される。
シリンダヘッド１０ａには、以下に説明する新気流入管２６及び排出管２７とが取り付けられている。新気流入管２６は吸気管１１のうちスロットルバルブ１４の上流側に接続され、吸気通路を流通する新気の一部をシリンダヘッド１０ａ内に流入させる。一方、排出管２７は吸気管１１のうちスロットルバルブ１４の下流側に接続される。そして、燃焼室２３内の排気の一部はピストンリングからクランクケース１０ｂ内に漏出するが、このように漏出してクランクケース１０ｂ内に滞留する排気（ブローバイガス）は、新気流入管２６からシリンダヘッド１０ａを通じてクランクケース１０ｂ内流入する新気により押し出され、排出管２７を通じて吸気通路に還流する。これにより、クランクケース１０ｂ内及びシリンダヘッド１０ａ内は掃気される。
なお、排出管２７にはＰＣＶバルブ２８が取り付けられている。そして、アイドル運転時等のスロットル開度が小さい時にはＰＣＶバルブ２８の開度は小さくなり、スロットル開度が最大となっている時にはＰＣＶバルブ２８の開度も最大となるようＰＣＶバルブ２８は作動する。この作動により、ブローバイガスの吸気通路への流入量が制御される。
排気管２４には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化するための三元触媒等の触媒３１が設けられている。また、触媒３１の上流側には、排ガスを検出対象として混合気の空燃比（酸素濃度）を検出するための空燃比センサ３２（排気センサ装置）が設けられている。空燃比センサ３２は、実際の空燃比が目標空燃比（理論空燃比）となるよう燃料噴射弁１９からの燃料噴射量をフィードバック制御するためのセンサである。
なお、空燃比センサ３２は、酸素濃度を検出するセンサ素子３２ａ、該センサ素子３２ａを加熱するセンサ用電気ヒータ３２ｂ、及びこれらのセンサ素子３２ａ及びセンサ用電気ヒータ３２ｂを収容するハウジング３２ｃを備えて構成されている。センサ素子３２ａは、低温時には正常な検出値を出力することができない。そこで、エンジン１０の冷間始動時にはセンサ用電気ヒータ３２ｂでセンサ素子３２ａを加熱することで、センサ素子３２ａの早期活性化を図り、後述する空燃比フィードバック制御を早期に実行可能とする。
また、エンジン１０には、冷却水温を検出する冷却水温センサ３４や、エンジンの所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ３５が取り付けられている。その他、本システムには、燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度センサ３６や、外気温度を検出する外気温度センサ３７等が取り付けられている。アルコール濃度センサ３６の取り付け位置は、燃料タンク（図示せず）や、燃料タンクから燃料噴射弁１９に至るまでの燃料配管（図示せず）等が挙げられる。
ＥＣＵ４０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）４１を主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を実施する。すなわち、ＥＣＵ４０のマイコン４１は、前述した各種センサなどから各々検出信号を入力し、それらの各種検出信号に基づいて燃料噴射量、点火時期、スロットル開度等を演算して、燃料噴射弁１９、点火装置、スロットルバルブ１４の駆動を制御したり、或いは空燃比センサ３２のセンサ用電気ヒータ３２ｂへの通電を制御したりする。
また、ＥＣＵ４０は、空燃比センサ３２の出力信号に基づいて実際の空燃比を算出し、算出した実空燃比が目標値（例えば理論空燃比）となるように、燃料噴射弁１９による燃料噴射量を制御する。この空燃比フィードバック制御により、エミッションの改善が図られている。ちなみに、理論空燃比は、アルコール混合燃料のアルコール濃度に応じて異なる値となる。そのため、アルコール濃度センサ３６にて検出されたアルコール濃度に応じて前記目標値を可変設定している。
ところで、外気温度が氷点下となる極低温時には、エンジン１０の運転中であってもスロットルバルブ１４に付着した凝縮水が凍結することがある。すると、スロットルバルブ１４の回転軸部分等が凍結して回動不能となるといった不具合が懸念される。このような凍結の対策として、スロットルバルブ１４をバルブ用電気ヒータ１４ａ（凍結抑制手段）で加熱することで、凝縮水の蒸発促進や解凍促進を図っている。
また、空燃比センサ３２のセンサ素子３２ａに凝縮水が付着した状態でセンサ用電気ヒータ３２ｂを作動させると、センサ用電気ヒータ３２ｂにより加熱されたセンサ素子３２ａのうち水分付着部分だけが局所的に低温となり、このような局所冷却によりセンサ素子３２ａに熱歪みが生じてセンサ素子３２ａが破損（素子割れ）するといった不具合が懸念される。このようなセンサ素子３２ａの被水による破損対策として、エンジン１０の冷間始動時において、センサ用電気ヒータ３２ｂへの通電開始タイミングを所定時間だけ遅延させることで、通電開始までの間にセンサ素子３２ａに付着した水を蒸発させ、センサ素子３２ａが被水した状態で加熱されることの回避を図っている。
次に、ＥＣＵ４０のマイコン４１が実施する、凍結の対策及び被水による破損対策を起動（実施）させるか否かを判定する処理の手順を、図２のフローチャートに基づき説明する。当該図２の処理は、イグニッションスイッチがオン操作されたことをトリガとして起動した後、所定周期毎に繰り返し実行される。
先ず、ステップＳ１０において、凝縮水の発生しやすさと相関のある物理量に基づき閾値ＴＨ１（判定基準）を設定する。前記物理量の具体例として、外気温度センサ３７で検出された外気温度や、エンジン１０を始動させてから停止させるまでの運転時間等が挙げられる。続くステップＳ２０（起動判定手段）では、アルコール濃度センサ３６により検出されたアルコール濃度が、ステップＳ１０にて設定した閾値ＴＨ１以上となっているか否かを判定する。
アルコール濃度≧ＴＨ１となっていれば続くステップＳ３０，Ｓ４０において、先述した凍結の対策及び被水による破損対策を実施するようフラグをセットする。これにより、バルブ用電気ヒータ１４ａに通電されてスロットルバルブ１４は加熱される。また、センサ用電気ヒータ３２ｂへの通電開始が所定時間だけ遅延（遅延制御）される。なお、センサ用電気ヒータ３２ｂに対する遅延制御を実行しているときのＥＣＵ４０は「破損抑制手段」に相当し、バルブ用電気ヒータ１４ａへ通電するよう制御しているときのＥＣＵ４０は「凍結抑制手段」に相当する。
ここで、燃料のアルコール濃度が高濃度であるほど排気中に含まれる水分量が増加するため、センサ素子３２ａへの被水の可能性は高くなる。また、排気中の水分は、先述した新気流入管２６及び排出管２７を通じて吸気通路に流入し得る。そのため、排気中の水分増加にともない吸気中の水分も増加し、ひいては、吸気通路に配置されたスロットルバルブ１４への水分付着の可能性は高くなる。
これらの点を鑑みてなされた本実施形態によれば、ステップＳ２０の処理により、アルコール濃度が所定の閾値ＴＨ１以上となっている場合に凍結対策及び被水による破損対策を実施するので、例えば外気温度が高い場合であってもアルコール濃度が高濃度であれば凍結対策及び被水による破損対策が実施されることとなる。よって、スロットルバルブ１４が凍結して作動不良となることを抑制するにあたり、また、センサ素子３２ａが被水して破損することを抑制するにあたり、これらの抑制の確実性を向上できる。
さらに本実施形態によれば、ステップＳ１０の処理により、凝縮水の発生しやすい場合であるほど、ステップＳ２０にて対策実施是非の判定に用いる閾値ＴＨ１を低く設定している。よって、スロットルバルブ１４の作動不良抑制やセンサ素子３２ａの破損を抑制するにあたり、これらの抑制の確実性をより一層向上できる。例えば、外気温度が低いほど、或いはエンジン運転時間が短いほど排気管２４及び吸気管１１の温度は低くなっているため凝縮水が生じ易いので、閾値ＴＨ１を低く設定することが望ましい。
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、凍結対策及び被水による破損対策の実施の是非をアルコール濃度に基づき判定している。これに対し本実施形態では、凍結対策及び被水による破損対策を実施するにあたり、アルコール濃度に基づきその実施の程度を可変設定する。つまり、スロットルバルブ１４に対する凍結抑制度合い、及びセンサ素子３２ａに対する破損抑制度合いを、アルコール濃度に基づき可変設定する。
次に、ＥＣＵ４０のマイコン４１が実施する、凍結の対策及び被水による破損対策の実行内容を設定する処理の手順を、図３のフローチャートに基づき説明する。当該図３の処理は、イグニッションスイッチがオン操作されたことをトリガとして起動した後、所定周期毎に繰り返し実行される。
先ず、ステップＳ５０において、凍結の対策及び被水による破損対策の実施を要するか否かを判定する。具体的には、外気温度が予め設定された閾値ＴＨ２以下の低温である場合に、各種対策の実施を要すると判定する。
続くステップＳ６０（抑制度合設定手段）では、アルコール濃度センサ３６により検出されたアルコール濃度に基づき、センサ素子３２ａに対する破損抑制度合いを設定する。具体的には、アルコール濃度が高いほど、センサ用電気ヒータ３２ｂへの電力供給量を減少させて（ここでは通電デューティ比を小さくして）センサ素子３２ａに対する加熱量を低減させる。
また、続くステップＳ７０（抑制度合設定手段）では、アルコール濃度センサ３６により検出されたアルコール濃度に基づき、スロットルバルブ１４に対する凍結抑制度合いを設定する。具体的には、アルコール濃度が高いほど、バルブ用電気ヒータ１４ａへの電力供給量を増大させて（ここでは通電デューティ比を大きくして）スロットルバルブ１４に対する加熱量を増大させる。続くステップＳ８０では、ステップＳ６０，Ｓ７０にて設定したデューティ比に基づき、センサ用電気ヒータ３２ｂ及びバルブ用電気ヒータ１４ａをデューティ制御する。
以上により、本実施形態によれば、ステップＳ６０，Ｓ７０の処理により、アルコール濃度が高いほどスロットルバルブ１４に対する凍結抑制度合い、及びセンサ素子３２ａに対する破損抑制度合いを増大させるので、例えば外気温度が高い場合であってもアルコール濃度が高濃度であれば前記抑制度合いは増大されることとなる。よって、スロットルバルブ１４が凍結して作動不良となることを抑制するにあたり、また、センサ素子３２ａが被水して破損することを抑制するにあたり、これらの抑制の確実性を向上できる。
（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。また、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・上記各実施形態では、バルブ加熱手段（凍結抑制手段）としてバルブ用電気ヒータ１４ａを採用しているが、エンジン冷却水によりスロットルバルブ１４を加熱するようにしてもよい。また、他の凍結抑制手段として、スロットルバルブ１４を振動するよう作動させる振動制御手段を採用することで、スロットルバルブ１４に付着した水を振動により払い落とすことで凍結を抑制するようにしてもよい。或いは、エンジン１０の運転停止時にスロットルバルブ１４を開作動させておく開作動制御手段を採用してもよい。これによれば、吸気管１１の内面とスロットルバルブ１４との間に隙間が形成され、凍結により吸気管１１内面とスロットルバルブ１４とが固着することを防止できる。
・上記第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせるようにしてもよい。すなわち、アルコール濃度に基づき凍結の対策及び被水による破損対策を実施させるか否かを判定するとともに、これらの対策を実施する際には、スロットルバルブ１４に対する凍結抑制度合い、及びセンサ素子３２ａに対する破損抑制度合いを、アルコール濃度に基づき可変設定するようにしてもよい。
・上記各実施形態では、スロットルバルブ１４に対して凍結対策を実施しているが、スロットルバルブ１４の他に、吸気管１１又は排気管２４に配置された各種バルブ（例えば図示しないＥＧＲバルブ、ＰＣＶバルブ２８及び図示しない二次エアバルブ等）に対して凍結対策を実施するようにしてもよい。
・上記各実施形態では、排ガス中の酸素濃度を検出する空燃比センサ３２に対して破損対策を実施しているが、空燃比センサ３２の他に、排ガス中のＮＯＸ濃度やＨＣ濃度等を検出するセンサに対して破損対策を実施するようにしてもよい。
本発明の第１実施形態にかかるバルブ凍結抑制装置及びセンサ素子破損抑制装置が適用される、車載エンジンのシステム全体構成図。 第１実施形態において、凍結の対策及び被水による破損対策を実施させるか否かを判定するための処理手順を示すフローチャート。 本発明の第２実施形態において、スロットルバルブに対する凍結抑制度合い、及びセンサ素子に対する破損抑制度合いを設定するための処理手順を示すフローチャート。
符号の説明
１０…エンジン（内燃機関）、１４…スロットルバルブ、１４ａ…バルブ用電気ヒータ（バルブ加熱手段（凍結抑制手段））、３２…空燃比センサ（排気センサ装置）、３６…アルコール濃度センサ、４０…ＥＣＵ（破損抑制手段、凍結抑制手段）、Ｓ２０…起動判定手段、Ｓ６０，Ｓ７０…抑制度合設定手段、ＴＨ１…第１閾値（判定基準）。

Claims (9)

  1. 内燃機関の燃焼に供する燃料のアルコール濃度を検出する濃度センサと、
    前記内燃機関の吸気通路又は排気通路に配置され、前記通路を流通する空気の流れを制御するバルブと、
    排気中に含まれる水分が前記バルブに付着して凍結することにより前記バルブが作動不良となることを抑制する凍結抑制手段と、
    前記凍結抑制手段を起動させるか否かを判定する起動判定手段と、
    を備え、
    前記起動判定手段は、前記濃度センサにより検出されたアルコール濃度が高濃度であるほど前記凍結抑制手段を起動させる側に判定基準を変更させることを特徴とする内燃機関のバルブ凍結抑制装置。
  2. 前記起動判定手段は、前記内燃機関を始動させてから停止させるまでの運転時間が短いほど、或いは外気温度が低いほど、前記凍結抑制手段を起動させる側に判定基準を変更させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のバルブ凍結抑制装置。
  3. 内燃機関の燃焼に供する燃料のアルコール濃度を検出する濃度センサと、
    前記内燃機関の吸気通路又は排気通路に配置され、前記通路を流通する空気の流れを制御するバルブと、
    排気中に含まれる水分が前記バルブに付着して凍結することにより前記バルブが作動不良となることを抑制する凍結抑制手段と、
    前記凍結抑制手段による作動を制御することで前記凍結の抑制度合いを可変設定する抑制度合設定手段と、
    を備え、
    前記抑制度合設定手段は、前記濃度センサにより検出されたアルコール濃度が高濃度であるほど、前記凍結の抑制度合いを増大させることを特徴とする内燃機関のバルブ凍結抑制装置。
  4. 前記バルブは、前記吸気通路に配置されて吸入空気量を調整するスロットルバルブであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関のバルブ凍結抑制装置。
  5. 前記凍結抑制手段は、前記バルブを加熱するバルブ加熱手段、前記バルブが振動するよう作動させる振動制御手段、及び前記内燃機関の運転停止時に前記バルブを開作動させておく開作動制御手段、のうち少なくとも１つの手段であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関のバルブ凍結抑制装置。
  6. 内燃機関の燃焼に供する燃料のアルコール濃度を検出する濃度センサと、
    前記内燃機関の排気通路に配置され、排気中の特定成分濃度を検出するセンサ素子、及び前記センサ素子を加熱する素子加熱手段を有する排気センサ装置と、
    排気中に含まれる水分が前記センサ素子に付着した状態で前記素子加熱手段を加熱した場合に生じ得る、前記センサ素子の破損を抑制する破損抑制手段と、
    前記破損抑制手段を起動させるか否かを判定する起動判定手段と、
    を備え、
    前記起動判定手段は、前記濃度センサにより検出されたアルコール濃度が高濃度であるほど前記破損抑制手段を起動させる側に判定基準を変更させることを特徴とする内燃機関のセンサ素子破損抑制装置。
  7. 前記起動判定手段は、前記内燃機関を始動させてから停止させるまでの運転時間が短いほど、或いは外気温度が低いほど、前記凍結抑制手段を起動させる側に判定基準を変更させることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関のセンサ素子破損抑制装置。
  8. 内燃機関の燃焼に供する燃料のアルコール濃度を検出する濃度センサと、
    前記内燃機関の排気通路に配置され、排気中の特定成分濃度を検出するセンサ素子、及び前記センサ素子を加熱する素子加熱手段を有する排気センサ装置と、
    排気中に含まれる水分が前記センサ素子に付着した状態で前記素子加熱手段を加熱した場合に生じ得る、前記センサ素子の破損を抑制する破損抑制手段と、
    前記破損抑制手段による作動を制御することで前記破損の抑制度合いを可変設定する抑制度合設定手段と、
    を備え、
    前記抑制度合設定手段は、前記濃度センサにより検出されたアルコール濃度が高濃度であるほど、前記破損の抑制度合いを増大させることを特徴とする内燃機関のセンサ素子破損抑制装置。
  9. 前記破損抑制手段は、前記素子加熱手段による加熱開始タイミングを遅延させる遅延制御手段、前記素子加熱手段による加熱度合いを低減させる加熱度合低減手段、排気温度を低下させるよう点火時期を遅角させる点火時期遅角手段のうち少なくとも１つの手段であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１つに記載の内燃機関のセンサ素子破損抑制装置。
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