JP2020143595A - 圧力センサ配管の凍結状態診断装置、及び、エンジン制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力センサ配管の凍結状態を適切に判定可能な凍結状態診断装置等を提供する。【解決手段】粒子状物質フィルタ５５と隣接する領域に接続された配管５７，５８が接続される圧力センサ５６を有するエンジンに設けられる圧力センサ配管の凍結状態診断装置１０２を、外気温センサ１２０の検出温度が第１の閾値以下であるか液温センサ２１の検出温度が第２の閾値以下であるか、少なくともいずれか一方である場合に、配管５７，５８の凍結状態を判定する構成とする。【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの排気装置における圧力センサの配管の凍結状態診断装置、及び、このような凍結状態診断装置を備えるエンジン制御装置に関するものである。

自動車等に搭載されるエンジンの排気流路には、排気を浄化するための後処理装置が設けられる。
こうした後処理装置の一つとして、セラミックス等のフィルタによって排気を濾過し、排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集する粒子状物質フィルタ（ＧＰＦ、ＤＰＦ等）がある。
また、粒子状物質フィルタへの粒子状物質の堆積状態等を示す指標の一つとして、粒子状物質フィルタの上流側（入口側）と下流側（出口側）との圧力差（差圧）を検出することが知られている。
しかし、エンジンの排気には水蒸気が含まれることから、低温環境下においては、排気を差圧検出用の圧力センサ（差圧センサ）に導入する配管内において凝縮水が生じ、さらにこの凝縮水が凍結する場合がある。
差圧センサ配管の凍結が生じると、粒子状物質フィルタの前後差圧を正しく検出できない場合があり、検出差圧に基づいたスート堆積量の推定に誤差が生じたり、車両が有する自己診断機能の一つである粒子状物質フィルタの診断に誤りが発生する可能性がある。

粒子状物質フィルタの差圧検出に関する従来技術として、例えば、特許文献１には、冷間始動後には粒子状物質フィルタの差圧が低下することから、エンジンの冷却水温が低温である場合には差圧を用いたＰＭ堆積量の推定方法を無効化することが記載されている。
特許文献２には、外気温に基づいて粒子状物質フィルタに設けられる差圧センサ用の差圧パイプが凍結する可能性を判定することが記載されている。
特許文献３には、大気温度が所定大気温度より高い状態が所定時間以上継続し、または排気温度が所定排気温度より高い状態が他の所定時間以上継続したときに、差圧センサは非凍結状態にあると判定することが記載されている。
特許文献４には、検出された差圧に基づいて、差圧パイプが凍結状態であるか否かを判定するとともに、差圧パイプが凍結状態であると判定されたときに、凍結状態でないと判定されるまでの間フィルタの通常再生動作を禁止することが記載されている。

特開２００９−２２１８６２号公報 特開２０１２−１８４７５６号公報 特開２００７− ２６９４号公報 特開２０１１− ６９２５９号公報

上述した従来技術のように、外気温に基づいて圧力センサ配管の凍結を判定する場合、例えば日中に外気温が上昇した状態であっても、低温である夜間に生じた凍結が融解に至っていないような場合があるため、凍結状態を適切に判定することができない。
また、圧力センサの出力に基づいて配管の凍結を判定する場合、センサ自体や配線の故障などと、圧力センサ配管の凍結とを適切に判別することは困難である。
一方、凍結状態が判定されたとしても、車両の運転開始後に融解すれば圧力センサの利用が可能となるため、圧力センサ配管の凍結解除状態を適切に検出することが要望されている。
しかし、従来技術のように外気温や排気温度のみに基づいて凍結解除状態を判定しようとした場合、車両走行時の走行風による冷却や、排気流路内のガス流量の影響を考慮していないため、精度よく判定を行うことは困難である。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、圧力センサ配管の凍結状態を適切に判定可能な凍結状態診断装置を提供することである。
また、本発明の他の課題は、圧力センサ配管の凍結が生じ得る場合であってもエンジンの制御を適切に行うことが可能なエンジン制御装置を提供することができる。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、エンジンの排ガスが導入される排気流路に設けられた粒子状物質フィルタと、前記排気流路における前記粒子状物質フィルタと隣接する領域に接続された配管と、前記配管の前記排気流路側とは反対側の端部が接続される圧力センサとを有するエンジンに設けられる圧力センサ配管の凍結状態診断装置であって、外気温を検出する外気温センサと、前記エンジンの内部に貯留される液体の温度を検出する液温センサと、前記外気温センサの検出温度が第１の閾値以下であるか前記液温センサの検出温度が第２の閾値以下であるか、少なくともいずれか一方である場合に、前記配管の凍結状態を判定する凍結判定部とを備えることを特徴とする圧力センサ配管の凍結状態診断装置である。
ここで、エンジンの内部に貯留される液体として、例えば、冷却水、潤滑油などを利用することができる。
これによれば、車両が現在の外気温よりも低温な環境下でソークされた履歴がある場合であっても、現在の外気温に基づいて凍結状態が看過される誤判定を防止し、適切な凍結判定を行うことができる。
例えば、夜間に凍結状態となった後、日中となって外気温は上昇したが、差圧配管内は融解状態に至っていないような状況で、誤って凍結解除状態が判定されることを防止できる。

請求項２に係る発明は、前記排気流路から前記配管への受熱量を推定する受熱推定部と、前記配管からの放熱量を推定する放熱推定部とを備え、前記凍結判定部は、前記凍結状態が判定された後に、前記受熱量から前記放熱量を減じた値の積分値が、前記配管の内部容積に相当する質量の氷の融解熱量を上回った場合に、前記配管の凍結解除状態を判定することを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ配管の凍結状態診断装置である。
請求項３に係る発明は、エンジンの排ガスが導入される排気流路に設けられた粒子状物質フィルタと、前記排気流路における前記粒子状物質フィルタと隣接する領域と連通する配管と、前記配管の前記排気流路側とは反対側の端部が接続される圧力センサとを有するエンジンに設けられる圧力センサ配管の凍結状態診断装置であって、前記配管の凍結状態を判定する凍結判定部と、前記排気流路から前記配管への受熱量を推定する受熱推定部と、前記配管からの放熱量を推定する放熱推定部とを備え、前記凍結判定部は、前記凍結状態が判定された後に、前記受熱量から前記放熱量を減じた値の積分値が、前記配管の内部容積に相当する質量の氷の融解熱量を上回った場合に、前記配管の凍結解除状態を判定することを特徴とする圧力センサ配管の凍結状態診断装置である。
これらの各発明によれば、排気流路から配管への受熱（伝熱）の影響、及び、走行風との熱交換による配管の放熱（冷却）の影響を適切に反映させて、適切な凍結解除判定を行うことができる。

請求項４に係る発明は、前記エンジンの吸入空気量を検出するエアフローメータと、前記排気流路内の排気温度を検出する排気温センサとを備え、前記受熱推定部は、前記受熱量を前記吸入空気量及び前記排気温度に基づいて推定することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の圧力センサ配管の凍結状態診断装置である。
これによれば、一般的な車両に設けられているセンサ類の出力を用いて、簡易にかつ精度よく排気流路から配管への受熱量を推定することができる。

請求項５に係る発明は、前記車両の走行速度を検出する車速センサと、外気温を検出する外気温センサとを備え、前記放熱推定部は、前記放熱量を前記走行速度及び前記外気温に基づいて推定することを特徴とする請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載の圧力センサ配管の凍結状態診断装置である。
これによれば、一般的な車両に設けられているセンサ類の出力を用いて、簡易にかつ精度よく配管から走行風への放熱量を推定することができる。

請求項６に係る発明は、前記配管は、前記排気流路における前記粒子状物質フィルタの上流側及び下流側とそれぞれ連通する上流側配管及び下流側配管を有し、前記圧力センサは、前記上流側配管及び前記下流側配管が接続されかつ前記上流側配管の内圧と前記下流側配管の内圧との圧力差を検出する差圧センサであり、前記凍結判定部は、前記上流側配管と前記下流側配管との少なくとも一方の状態を判定することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の圧力センサ配管の凍結状態診断装置である。
これによれば、差圧センサの上流側配管、下流側配管の凍結状態あるいは凍結解除状態を適切に診断することができる。

請求項７に係る発明は、エンジン及び前記エンジンの補機を制御するエンジン制御装置であって、請求項１に記載の圧力センサ配管の凍結状態診断装置を備え、前記凍結判定部が前記凍結状態を判定した場合に、前記圧力センサの出力を利用する制御を禁止することを特徴とするエンジン制御装置である。
これによれば、配管が凍結し、適切な差圧検出が行えない状態で、誤った差圧に基づいた制御が行われることを防止できる。
請求項８に係る発明は、エンジン及び前記エンジンの補機を制御するエンジン制御装置であって、請求項２から請求項６までのいずれか１項に記載の圧力センサ配管の凍結状態診断装置を備え、前記凍結判定部が前記凍結状態を判定した後、前記凍結解除状態を判定するまでの間にわたって、前記圧力センサの出力を利用する制御を禁止することを特徴とするエンジン制御装置である。
これによれば、配管が凍結し、適切な差圧検出が行えない状態で、誤った差圧に基づいた制御が行われることを防止でき、さらに、配管が凍結した後、排気流路からの伝熱及び走行風への放熱による影響を加味して適切に凍結解除状態（融解状態）を判定し、圧力センサの出力を利用する制御を復帰させて車両の本来の機能を発揮させることができる。

以上説明したように、本発明によれば、圧力センサ配管の凍結状態を適切に判定可能な凍結状態診断装置を提供することができる。
また、圧力センサ配管の凍結が生じ得る場合であってもエンジンの制御を適切に行うことが可能なエンジン制御装置を提供することができる。

本発明を適用した圧力センサ配管の凍結状態診断装置及びエンジン制御装置の実施形態を有するエンジンの構成を模式的に示す図である。 実施形態の凍結状態診断装置及びエンジン制御装置における凍結判定時の動作を示すフローチャートである。 実施形態の凍結状態診断装置及びエンジン制御装置における凍結解除判定時の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明を適用した圧力センサ配管の凍結状態診断装置及びエンジン制御装置の実施形態について説明する。
実施形態の凍結状態診断装置及びエンジン制御装置は、例えば、乗用車等の自動車に走行用動力源として搭載される水平対向４気筒のガソリン直噴エンジンに設けられるものである。

図１は、実施形態の凍結状態診断装置及びエンジン制御装置を有するエンジンの構成を模式的に示す図である。
エンジン１は、クランクシャフト１０、シリンダブロック２０（２０Ｒ，２０Ｌ）、シリンダヘッド３０（３０Ｒ，３０Ｌ）、インテークシステム４０、エキゾーストシステム５０、ＥＧＲ装置６０、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）１００等を有して構成されている。

クランクシャフト１０は、エンジン１の出力軸となる回転軸である。
クランクシャフト１０の一方の端部には、図示しない変速機等の動力伝達機構が接続されている。
クランクシャフト１０には、回転軸から偏心して配置されたクランクピンが形成されている。
クランクピンには、図示しないコネクティングロッドを介して図示しないピストンが連結されている。
クランクシャフト１０の端部には、クランクシャフトの角度位置を検出するクランク角センサ１１が設けられている。
クランク角センサ１１の出力は、エンジン制御ユニット１００に伝達される。
エンジン制御ユニット１００は、クランク角センサ１１の出力に基づいて、エンジン回転数（クランクシャフト回転速度）を算出する。

シリンダブロック２０は、クランクシャフト１０を、車体に縦置き搭載する場合における左右方向から挟みこむように、右側シリンダブロック２０Ｒ、左側シリンダブロック２０Ｌからなる二分割として構成されている。
シリンダブロック２０の中央部には、クランクケース部が設けられている。
クランクケース部は、クランクシャフト１０を収容する空間部である。
クランクケース部には、クランクシャフト１０のジャーナル部を回転可能に支持するメインベアリングが設けられている。
クランクケース部を挟んで左右に配置される右側シリンダブロック２０Ｒ、左側シリンダブロック２０Ｌの内部には、図示しないピストンが挿入され内部で往復するシリンダが例えば２気筒ずつ（４気筒の場合）形成されている。

シリンダブロック２０には、水温センサ２１が設けられている。
水温センサ２１は、エンジン１の冷却水の温度を検出する温度センサである。
水温センサ２１の出力は、エンジン制御ユニット１００に伝達される。

シリンダヘッド３０（右側シリンダヘッド３０Ｒ、左側シリンダヘッド３０Ｌ）は、シリンダブロック２０のクランクシャフト１０とは反対側の端部（左右端部）にそれぞれ設けられている。
シリンダヘッド３０は、燃焼室３１、点火プラグ３２、吸気ポート３３、排気ポート３４、吸気バルブ３５、排気バルブ３６、吸気カムシャフト３７、排気カムシャフト３８、インジェクタ３９等を備えて構成されている。
燃焼室３１は、シリンダヘッド３０のピストン冠面と対向する箇所を、例えばペントルーフ状に凹ませて形成されている。
点火プラグ３２は、エンジン制御ユニット１００からの点火信号に応じてスパークを発生し、混合気に点火するものである。
点火プラグ３２は、シリンダの軸方向から見て燃焼室３１の中央に設けられている。

吸気ポート３３は、燃焼用空気（新気）を燃焼室３１に導入する流路である。
排気ポート３４は、燃焼室３１から既燃ガス（排ガス）を排出する流路である。
吸気バルブ３５、排気バルブ３６は、吸気ポート３３、排気ポート３４を所定のバルブタイミングで開閉するものである。
吸気バルブ３５、排気バルブ３６は、各気筒に例えば２本ずつ設けられる。
吸気バルブ３５、排気バルブ３６は、クランクシャフト１０の１／２の回転数で同期して回転する吸気カムシャフト３７、排気カムシャフト３８によって開閉される。
吸気カムシャフト３７、排気カムシャフト３８のカムスプロケット部には、各カムシャフトの位相を進角・遅角させて各バルブの開弁時期、閉弁時期を変化させる図示しないバルブタイミング可変機構が設けられている。
インジェクタ３９は、エンジン制御ユニット１００が発する開弁信号に応じて、燃焼室３１内に燃料を噴射して混合気を形成するものである。
インジェクタ３９は、燃料を噴射するノズル部が、燃焼室３１の内面における吸気ポート３３側の領域からシリンダ内に露出するよう設けられている。

インテークシステム４０は、空気を導入して吸気ポート３３に導入する吸気装置である。
インテークシステム４０は、インテークダクト４１、チャンバ４２、エアクリーナ４３、エアフローメータ４４、スロットルバルブ４５、インテークマニホールド４６、吸気圧センサ４７等を備えて構成されている。

インテークダクト４１は、外気を導入して吸気ポート３３に導入する流路である。
チャンバ４２は、インテークダクト４１の入口部近傍に連通して設けられた空間部である。
エアクリーナ４３は、空気を濾過してダスト等を取り除くものである。
エアクリーナ４３は、インテークダクト４１におけるチャンバ４２との連通箇所の下流側に設けられている。
エアフローメータ４４は、インテークダクト４１内を通過する空気流量（エンジン１の吸入空気量）を計測するものである。
エアフローメータ４４は、エアクリーナ４３の出口近傍に設けられている。
エアフローメータ４４の出力は、エンジン制御ユニット１００に伝達される。

スロットルバルブ４５は、空気の流量を調節してエンジン１の出力を制御するバタフライバルブである。
スロットルバルブ４５は、インテークダクト４１におけるインテークマニホールド４６との接続部近傍に設けられている。
スロットルバルブ４５は、エンジン制御ユニット１００がドライバ要求トルク等に応じて設定する目標スロットル開度に応じて、図示しない電動式のスロットルアクチュエータによって開閉駆動される。
また、スロットルバルブ４５には、その開度を検出するスロットルセンサが設けられ、その出力はエンジン制御ユニット１００に伝達される。
インテークマニホールド４６は、空気を各気筒の吸気ポート３３に分配する分岐管である。
インテークマニホールド４６は、スロットルバルブ４５の下流側に設けられている。
吸気圧センサ４７は、インテークマニホールド４６内の空気の圧力（吸気圧力）を検出するものである。
吸気圧センサ４７の出力は、エンジン制御ユニット１００に伝達される。

エキゾーストシステム５０は、排気ポート３４から排出された排ガスを外部に排出する排気装置である。
エキゾーストシステム５０は、エキゾーストマニホールド５１、エキゾーストパイプ５２、触媒５３、ガソリンパティキュレートフィルタ５４、排気温センサ５５、差圧センサ５６、上流側配管５７、下流側配管５８等を有して構成されている。

エキゾーストマニホールド５１は、各気筒の排気ポート３４から出た排ガスを集合させる集合管である。
エキゾーストパイプ５２は、エキゾーストマニホールド５１から出た排ガスを外部に排出する管路（排気流路）である。
触媒５３は、エキゾーストパイプ５２の中間部分に設けられ、排ガス中のＨＣ、ＮＯ_Ｘ、ＣＯ等を浄化する三元触媒を備えている。
触媒５３は、エキゾーストマニホールド５１の出口に隣接して設けられている。

ガソリンパティキュレートフィルタ（ＧＰＦ）５４は、排ガスを濾過し、排ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するセラミックフィルタである。
ガソリンパティキュレートフィルタ５４は、触媒５３の下流側に設けられている。

排気温センサ５５は、エキゾーストパイプ５２内を流れる排ガスの温度を検出する温度センサである。
排気温センサ５５の出力は、エンジン制御ユニット１００に伝達される。
排気温センサ５５は、エキゾーストパイプ５２におけるガソリンパティキュレートフィルタ５４の出口と隣接する箇所に配置されている。

差圧センサ５６は、ガソリンパティキュレートフィルタ５４の上流側と下流側とのエキゾーストパイプ５２内の排ガス圧力の差（差圧）を検出する差圧検出用の圧力センサである。
差圧センサ５６は、上流側配管５７、下流側配管５８を介してエキゾーストパイプ５２に接続されている。
差圧センサ５６の本体部は、エキゾーストパイプ５２におけるガソリンパティキュレートフィルタ５４の下流側の部分（排気温センサ５５が設けられた部分）に隣接して配置されている。

上流側配管５７は、ガソリンパティキュレートフィルタ５４の入口部近傍においてエキゾーストパイプ５２から分岐して設けられている。
上流側配管５７は、エキゾーストパイプ５２と連通しており、差圧センサ５６にガソリンパティキュレートフィルタ５４の上流側の排気圧力を伝達する。

下流側配管５８は、ガソリンパティキュレートフィルタ５４の出口部近傍においてエキゾーストパイプ５２から分岐して設けられている。
下流側配管５８は、エキゾーストパイプ５２と連通しており、差圧センサ５６にガソリンパティキュレートフィルタ５４の下流側の排気圧力を伝達する。

差圧センサ５６は、上流側配管５７、下流側配管５８の内圧の差圧に応じた電気的信号を発生し、エンジン制御ユニット１００に伝達する。
エンジン制御ユニット１００は、差圧センサ５６から取得した差圧に関する情報を、例えばＥＧＲバルブの開度制御や、ガソリンパティキュレートフィルタ５４の再生制御等の各種制御に利用する。

ＥＧＲ装置６０は、エキゾーストマニホールド５１から排ガスの一部をＥＧＲガスとして抽出し、インテークマニホールド４６内に導入する排ガス再循環（ＥＧＲ）を行うものである。
ＥＧＲ装置６０は、ＥＧＲ流路６１、ＥＧＲクーラ６２、ＥＧＲバルブ６３等を備えている。

ＥＧＲ流路６１は、エキゾーストマニホールド５１から、インテークマニホールド４６に排ガス（ＥＧＲガス）を導入する管路である。
ＥＧＲクーラ６２は、ＥＧＲ流路６１を流れるＥＧＲガスを、エンジン１の冷却水との熱交換によって冷却するものである。
ＥＧＲクーラ６２は、ＥＧＲ流路６１の途中に設けられている。
ＥＧＲバルブ６３は、ＥＧＲ流路６１内を通過するＥＧＲガスの流量を調節する調量弁である。
ＥＧＲバルブ６３は、ＥＧＲ流路６１におけるＥＧＲクーラ６２の下流側に設けられている。
ＥＧＲバルブ６３は、ソレノイド等の電動アクチュエータによって駆動され開閉する弁体を有し、エンジン制御ユニット１００によって、所定の目標ＥＧＲ率（ＥＧＲガス流量／吸気流量）に基づいて設定された開度マップを用いて開度を制御される。
なお、ガソリンパティキュレートフィルタ５４へのスートの堆積状態が変化すると、排気圧力が変化し、ＥＧＲバルブ６３の開度が同等であってもＥＧＲ流路６１の流量が変化することから、ＥＧＲバルブ６３の目標開度は、差圧センサ５６が検出する差圧に応じて補正される。

エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）１００は、エンジン１、及び、その補機類を、統括的に制御するものである。
エンジン制御ユニット１００は、ＣＰＵ等の情報処理手段、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶手段、入出力インターフェイス、及び、これらを接続するバス等を備えて構成されている。
また、エンジン制御ユニット１００には、ドライバによる図示しないアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルセンサ１０１が設けられている。

エンジン制御ユニット１００は、アクセルペダルセンサ１０１の出力等に基づいて、ドライバ要求トルクを設定する機能を備えている。
エンジン制御ユニット１００は、エンジン１が実際に発生するトルクが、設定されたドライバ要求トルクに近づくよう、スロットルバルブ開度、過給圧、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、バルブタイミング等を制御する。

エンジン制御ユニット１００は、差圧センサ５６の上流側配管５７、下流側配管５８の内部で排ガス中の水分が凝固して結露し、凍結して各配管が閉塞され得る凍結状態、及び、凍結状態を経て氷が融解し、閉塞状態が解消された凍結解除状態を判別する凍結判定部１０２を有する。
凍結判定部１０２は、受熱推定部１０３、放熱推定部１０４を有する。
受熱推定部１０３は、車両の走行時におけるエキゾーストシステム５０から上流側配管５７，下流側配管５８への受熱量を推定するものである。
放熱推定部１０４は、車両の走行時における走行風等との熱交換による上流側配管５７、下流側配管５８からの放熱量（冷却量）を推定するものである。
これらの機能については、後に詳しく説明する。

また、エンジン制御ユニット１００には、車速センサ１１０、外気温センサ１２０が接続されている。
車速センサ１１０は、車両の走行速度（車速）を検出するものである。
車速センサ１１０は、例えば、アンチロックブレーキ制御や車両挙動制御を行う図示しない挙動制御ユニットを介して、エンジン制御ユニット１００に接続されている。
車速センサ１１０は、例えば、車輪を回転可能に支持するハブ部に設けられ、車輪の回転速度に比例した周波数の信号を出力するように構成されている。
エンジン制御ユニット１００は、車速センサ１１０の出力に基づいて、車速を演算可能となっている。

外気温センサ１２０は、車両の周囲の温度を検出する温度センサである。
外気温センサ１２０は、例えば、車両のエアコンディショナ装置のオート制御用として設けられているものを共用する構成としてもよい。
外気温センサ１２０の出力は、エンジン制御ユニット１００に伝達される。

以下、実施形態の圧力センサ配管の凍結状態診断装置及びエンジン制御装置の動作について説明する。
図２は、実施形態の凍結状態診断装置及びエンジン制御装置における凍結判定時の動作を示すフローチャートである。
なお、車両の自己診断機能により、水温センサ２１、外気温センサ１２０のフェール判定がなされている場合には、凍結判定は実行されない。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。

＜ステップＳ０１：イグニッションオン判断＞
エンジン制御ユニット１００は、エンジン１及びその補機類の主電源を制御する図示しないイグニッションスイッチがオン状態であるか否かを判別する。
イグニッションスイッチがオン状態である場合はステップＳ０２に進み、その他の場合は一連の処理を終了（リターン）する。

＜ステップＳ０２：外気温判断＞
エンジン制御ユニット１００の凍結判定部１０２は、外気温センサ１２０が検出する車両周囲の外気温（雰囲気温度）を、予め設定された第１の閾値と比較する。
第１の閾値は、エキゾーストシステム５０の上流側配管５７、下流側配管５８の内部で水分の凍結が生じ得る温度を考慮して設定される。
外気温が第１の閾値よりも低い場合はステップＳ０４に進み、その他の場合はステップＳ０３に進む。

＜ステップＳ０３：水温判断＞
エンジン制御ユニット１００の凍結判定部１０２は、水温センサ２１が検出したエンジン１の冷却水温を、予め設定された第２の閾値と比較する。
第２の閾値も、第１の閾値と同様に、エキゾーストシステム５０の上流側配管５７、下流側配管５８の内部で水分の凍結が生じ得る温度を考慮して設定されるが、第１の閾値とは異なる値としてもよい。
冷却水温が第２の閾値よりも低い場合はステップＳ０４に進み、その他の場合は一連の処理を終了（リターン）する。

＜ステップＳ０４：凍結状態判定＞
エンジン制御ユニット１００の凍結判定部１０２は、上流側配管５７、下流側配管５８の少なくとも一方において、内部で水分が凍結し管路が閉塞され得る凍結状態を判定する。（凍結判定成立）
凍結状態が判定されると、後述する凍結解除状態（融解状態）が判定される迄の間、差圧センサ５６の出力に基づく各種制御は一時的に禁止される。
その後、一連の処理を終了（リターン）する。

図３は、実施形態の凍結状態診断装置及びエンジン制御装置における凍結解除判定時の動作を示すフローチャートである。
なお、車両の自己診断機能により、エアフローメータ４４、排気温センサ５５、車速センサ１１０、外気温センサ１２０のフェール判定がなされている場合には、凍結解除判定は実行されない。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。

＜ステップＳ１１：凍結判定成立中判断＞
エンジン制御ユニット１００の凍結判定部１０２は、上述したステップＳ０４において、凍結状態の判定が成立しているか否かを判別する。
凍結状態の判定が成立している場合はステップＳ１２に進み、その他の場合は一連の処理を終了（リターン）する。

＜ステップＳ１２：外気温判断＞
エンジン制御ユニット１００の凍結判定部１０２は、外気温センサ１２０が検出する車両周囲の外気温（雰囲気温度）を、第３の閾値と比較する。
第３の閾値は、エンジン１が運転されてエキゾーストパイプ５２等からの受熱がある場合に、上流側配管５７、下流側配管５８の内部の氷の融解が生じ得る外気温を考慮して設定される。
第３の閾値は、例えば、上述した第１の閾値と同等か、あるいは第１の閾値以上の値に設定することができる。
外気温が第３の閾値よりも高い場合はステップＳ１３に進み、その他の場合は一連の処理を終了（リターン）する。

＜ステップＳ１３：融解熱量推定＞
エンジン制御ユニット１００の凍結判定部１０２は、上流側配管５７、下流側配管５８の内部に形成された氷が融解するために必要とする融解熱量を推定する。
融解熱量の推定においては、実際には未融解の氷が残存するにも関わらず凍結解除判定が誤ってなされることを防止するため、上流側配管５７、下流側配管５８の内部が氷によって満たされており、かつ、この氷がエンジン１の冷却水温と外気温とのうち低温のものと同等の温度を有するものとし、ワーストケースを仮定して融解熱量を求める。
その後、ステップＳ１４に進む。

＜ステップＳ１４：配管受熱量演算＞
エンジン制御ユニット１００の受熱推定部１０３は、エキゾーストシステム５０から上流側配管５７、下流側配管５８への現在の単位時間あたりの受熱量を演算する。
この受熱量には、エキゾーストパイプ５２から上流側配管５７、下流側配管５８への固体熱伝導による熱量、及び、エキゾーストパイプ５２の表面から上流側配管５７、下流側配管５８の表面への輻射熱による熱量が含まれる。
受熱推定部１０３は、エアフローメータ４４が検出するエンジン１の吸入空気量（エキゾーストパイプ５２内の排ガス流量と相関を有する）、及び、排気温センサ５５が検出する排気温度に基づいて受熱量を求める。
受熱量は、吸入空気量の増加に応じて増加し、また、排気温度の上昇に応じて増加する。
具体的には、吸入空気量及び排気温度を用いて受熱量を算出する関数や、吸入空気量及び排気温度から受熱量が読みだされるマップを用いることができる。
このような関数、マップは、例えば、実験やシミュレーション結果に基づいて生成することができる。
その後、ステップＳ１５に進む。

＜ステップＳ１５：配管放熱量演算＞
エンジン制御ユニット１００の放熱推定部１０４は、上流側配管５７、下流側配管５８からの周囲の空気への現在の単位時間あたりの放熱量（上流側配管５７、下流側配管５８の冷却量）を演算する。
放熱推定部１０４は、放熱量を、車速センサ１１０が検出する車速（車両の走行に伴い車体に対して相対的に流れる気流である走行風の流速と同等）、及び、外気温センサ１２０が検出する外気温に基づいて放熱量を求める。
放熱量は、車速の増加に応じて増加し、また、外気温の低下に応じて増加する。
具体的には、車速及び外気温を用いて放熱量を算出する関数や、車速及び外気温から放熱量が読みだされるマップを用いることができる。
このような関数、マップは、例えば、実験やシミュレーション結果に基づいて生成することができる。
その後、ステップＳ１６に進む。

＜ステップＳ１６：受熱量−放熱量積分値算出＞
エンジン制御ユニット１００の凍結判定部１０２は、ステップＳ１４で求めた受熱量からステップＳ１５で求めた放熱量を減じた差分を、エンジン始動から現時点まで積分した積分値Σ（受熱量−放熱量）を算出する。
その後、ステップＳ１７に進む。

＜ステップＳ１７：融解熱量と積分値との比較＞
エンジン制御ユニット１００の凍結判定部１０２は、ステップＳ１３で推定した融解熱量と、ステップＳ１６で求めた積分値とを比較する。
積分値が融解熱量を上回った場合には、ステップＳ１８に進み、その他の場合はステップＳ１４に戻り、以降の処理を繰り返す。

＜ステップＳ１８：凍結解除判定成立＞
エンジン制御ユニット１００の凍結判定部１０２は、上流側配管５７、下流側配管５８の凍結が解除された凍結解除状態を判定する。（凍結解除判定成立）
凍結解除状態が判定されると、ステップＳ０４において禁止された差圧センサ５６の出力に基づく各種制御は再開（復帰）される。
その後、一連の処理を終了（リターン）する。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）差圧センサ５６の上流側配管５７、下流側配管５８の凍結状態を、外気温及びエンジンの冷却水温をともに加味して判定することにより、例えば、夜間の低温下において凍結が生じている状態で、日中外気温が上昇したが氷が融解に至らない場合であっても、凍結状態が見過ごされる誤判定を防止し、適切な凍結判定を行うことができる。
（２）エキゾーストシステム５０から上流側配管５７、下流側配管５８への受熱量、及び、走行風による上流側配管５７、下流側配管５８からの放熱量をそれぞれ推定し、これらの差分の積分値を、配管内の氷の融解熱量と比較して凍結解除判定を行うことにより、適切な凍結解除判定を行うことができる。
（３）エアフローメータ４４が検出した吸入空気量、及び、排気温センサ５５が検出した排気温度に基づいて上流側配管５７、下流側配管５８への受熱量を推定することにより、一般的な車両に設けられているセンサ類の出力を用いて、簡易にかつ精度よく排気流路から上流側配管５７、下流側配管５８への受熱量を推定することができる。
（４）車速センサ１１０が検出した車速、及び、外気温センサ１２０が検出する外気温に基づいて上流側配管５７、下流側配管５８からの放熱量を推定することにより、一般的な車両に設けられているセンサ類の出力を用いて、簡易にかつ精度よく上流側配管５７、下流側配管５８から周囲の空気への放熱量を推定することができる。
（５）凍結判定の成立時に差圧センサ５６の出力を利用する制御を禁止することにより、上流側配管５７、下流側配管５８が凍結し、適切な差圧検出が行えない状態で、誤った差圧に基づいた制御が行われることを防止できる。
（６）凍結解除判定が成立したときに差圧センサ５６の出力を利用する制御を復帰させることにより、上流側配管５７、下流側配管５８が凍結した後、エキゾーストシステム５０からの伝熱及び走行風への放熱による影響を加味して適切に凍結解除状態（融解状態）を判定し、差圧センサ５６の出力を利用する制御を復帰させて車両の本来の機能を発揮させることができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）圧力センサ配管の凍結状態診断装置、エンジン制御装置、及び、エンジンの構成は、上述した実施形態に限らず、適宜変更することが可能である。
例えば、実施形態ではエンジンはガソリンエンジンであり、圧力センサはガソリンパティキュレートフィルタの前後差圧を検出する差圧センサであるが、本発明はディーゼルエンジンにおいてディーゼルパティキュレートフィルタの前後差圧を検出する差圧センサを有するものにも適用することができる。
また、本発明は、例えば、粒子状物質フィルタの上流側又は下流側の少なくとも一方における圧力を検出する圧力センサの配管の診断にも適用することができる。例えば、粒子状物質フィルタの上流側の排気の絶対圧と、大気圧あるいは下流側推定圧との差圧をモニタする場合における上流側の圧力センサの配管にも適用することができる。
また、上記以外の燃料や燃焼サイクルを有するエンジンにも本発明を適用することができる。
さらに、エンジンの気筒数、シリンダレイアウト、過給機の有無及び種類、燃料噴射方式なども特に限定されない。
（２）実施形態においては、冷却水の水温に基づいて凍結判定を行っているが、本発明はこれに限定されず、例えばエンジンの潤滑油温等、エンジン内に貯留される他の液体の温度に基づいて凍結判定を行ってもよい。
（３）凍結判定の成立から凍結解除判定の成立までの間禁止される制御は、実施形態において例示したＥＧＲバルブ開度制御やガソリンパティキュレートフィルタの再生制御に限定されず、他の制御であってもよい。

１ エンジン
１０ クランクシャフト １１ クランク角センサ
２０ シリンダブロック
２０Ｒ 右側シリンダブロック ２０Ｌ 左側シリンダブロック
２１ 水温センサ ３０ シリンダヘッド
３０Ｒ 右側シリンダヘッド ３０Ｌ 左側シリンダヘッド
３１ 燃焼室
３２ 点火プラグ ３３ 吸気ポート
３４ 排気ポート ３５ 吸気バルブ
３６ 排気バルブ ３７ 吸気カムシャフト
３８ 排気カムシャフト ３９ インジェクタ
４０ インテークシステム ４１ インテークダクト
４２ チャンバ ４３ エアクリーナ
４４ エアフローメータ ４５ スロットルバルブ
４６ インテークマニホールド ４７ 吸気圧センサ
５０ エキゾーストシステム ５１ エキゾーストマニホールド
５２ エキゾーストパイプ ５３ 触媒
５４ ガソリンパティキュレートフィルタ（ＧＰＦ）
５５ 排気温センサ ５６
５７ 上流側配管 ５８ 下流側配管
６０ ＥＧＲ装置 ６１ ＥＧＲ流路
６２ ＥＧＲクーラ ６３ ＥＧＲバルブ
１００ エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）
１０１ アクセルペダルセンサ １０２ 凍結判定部
１０３ 受熱推定部 １０４ 放熱推定部
１１０ 車速センサ １２０ 外気温センサ

Claims (8)

1. エンジンの排ガスが導入される排気流路に設けられた粒子状物質フィルタと、
   前記排気流路における前記粒子状物質フィルタと隣接する領域に接続された配管と、
   前記配管の前記排気流路側とは反対側の端部が接続される圧力センサと
   を有するエンジンに設けられる圧力センサ配管の凍結状態診断装置であって、
   外気温を検出する外気温センサと、
   前記エンジンの内部に貯留される液体の温度を検出する液温センサと、
   前記外気温センサの検出温度が第１の閾値以下であるか前記液温センサの検出温度が第２の閾値以下であるか、少なくともいずれか一方である場合に、前記配管の凍結状態を判定する凍結判定部と
   を備えることを特徴とする圧力センサ配管の凍結状態診断装置。
2. 前記排気流路から前記配管への受熱量を推定する受熱推定部と、
   前記配管からの放熱量を推定する放熱推定部と
   を備え、
   前記凍結判定部は、前記凍結状態が判定された後に、前記受熱量から前記放熱量を減じた値の積分値が、前記配管の内部容積に相当する質量の氷の融解熱量を上回った場合に、前記配管の凍結解除状態を判定すること
   を特徴とする請求項１に記載の圧力センサ配管の凍結状態診断装置。
3. エンジンの排ガスが導入される排気流路に設けられた粒子状物質フィルタと、
   前記排気流路における前記粒子状物質フィルタと隣接する領域と連通する配管と、
   前記配管の前記排気流路側とは反対側の端部が接続される圧力センサと
   を有するエンジンに設けられる圧力センサ配管の凍結状態診断装置であって、
   前記配管の凍結状態を判定する凍結判定部と、
   前記排気流路から前記配管への受熱量を推定する受熱推定部と、
   前記配管からの放熱量を推定する放熱推定部とを備え、
   前記凍結判定部は、前記凍結状態が判定された後に、前記受熱量から前記放熱量を減じた値の積分値が、前記配管の内部容積に相当する質量の氷の融解熱量を上回った場合に、前記配管の凍結解除状態を判定すること
   を特徴とする圧力センサ配管の凍結状態診断装置。
4. 前記エンジンの吸入空気量を検出するエアフローメータと、
   前記排気流路内の排気温度を検出する排気温センサとを備え、
   前記受熱推定部は、前記受熱量を前記吸入空気量及び前記排気温度に基づいて推定すること
   を特徴とする請求項２又は請求項３に記載の圧力センサ配管の凍結状態診断装置。
5. 前記車両の走行速度を検出する車速センサと、
   外気温を検出する外気温センサとを備え、
   前記放熱推定部は、前記放熱量を前記走行速度及び前記外気温に基づいて推定すること
   を特徴とする請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載の圧力センサ配管の凍結状態診断装置。
6. 前記配管は、前記排気流路における前記粒子状物質フィルタの上流側及び下流側とそれぞれ連通する上流側配管及び下流側配管を有し、
   前記圧力センサは、前記上流側配管及び前記下流側配管が接続されかつ前記上流側配管の内圧と前記下流側配管の内圧との圧力差を検出する差圧センサであり、
   前記凍結判定部は、前記上流側配管と前記下流側配管との少なくとも一方の状態を判定すること
   を特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の圧力センサ配管の凍結状態診断装置。
7. エンジン及び前記エンジンの補機を制御するエンジン制御装置であって、
   請求項１に記載の圧力センサ配管の凍結状態診断装置を備え、
   前記凍結判定部が前記凍結状態を判定した場合に、前記圧力センサの出力を利用する制御を禁止すること
   を特徴とするエンジン制御装置。
8. エンジン及び前記エンジンの補機を制御するエンジン制御装置であって、
   請求項２から請求項６までのいずれか１項に記載の圧力センサ配管の凍結状態診断装置を備え、
   前記凍結判定部が前記凍結状態を判定した後、前記凍結解除状態を判定するまでの間にわたって、前記圧力センサの出力を利用する制御を禁止すること
   を特徴とするエンジン制御装置。
   

Images