JP4835274B2

JP4835274B2 - 車両用排気特性検出装置

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Publication number: JP4835274B2
Application number: JP2006159626A
Authority: JP
Inventors: 浩阿部
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-06-08
Filing date: 2006-06-08
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2026-06-08
Also published as: JP2007327425A

Description

本発明は、排気センサを用いてエンジンの排気管を流れるガスの特性を検出する車両用排気特性検出装置に関し、特に、排気センサを活性温度まで加熱する加熱制御を行うものに関する。

エンジンの排気管には、排気管を流れるガスの空燃比を検出する空燃比センサ、酸素濃度を検出するＯ₂センサ等の排気センサが取り付けられている。排気センサが正常な検出信号を出力するためには、排気センサの温度をその活性温度まで高める必要があるが、排気温で昇温していたのでは時間がかかるため、排気センサをヒータで加熱することが行われている。

このように排気センサをヒータで加熱するものにおいては、加熱中の排気センサに排気管内壁で結露した水が付着すると、排気センサが急激な温度変化を受けて素子割れ（ヒートショック）を起こす可能性があるため、特許文献１では、排気管の温度を算出し、排気管の温度が所定温度以上になったところでヒータを作動させるようにし、これによって、ヒートショックの発生を回避している。
特許第３６３６０４７号公報

車両の中には走行中に所定の運転条件が成立するとエンジンを自動的に停止させるアイドルストップを行うものがあり、走行中にアイドルストップが行われると、排気管は走行風によって冷却されて結露温度まで低下する可能性がある。このような排気管温度が結露温度以下に低下した状況でアイドルストップが行われても、排気管内壁に水が結露し、排気センサに付着するとヒートショックが発生する。

したがって、かかるアイドルストップを行う車両においては、運転中の排気管温度を高い精度で算出し、排気管温度が結露温度以下に低下した状況でアイドルストップが行われる場合には、排気センサの加熱を中止するか加熱の程度を下げる必要がある。

本発明は、このような技術的課題を鑑みてなされたもので、上記ヒートショックの発生を防止するために排気管温度に基づき排気センサの加熱を中止するか加熱の程度を下げるアイドルストップ車両において、排気管温度を高い精度で算出し、排気センサのヒートショックが起こりうる状況を的確に判断し、排気センサのヒートショックをより確実に回避することを目的とする。

本発明に係る排気特性検出装置においては、排気管内ガスと排気管の間の熱伝達率に基づき排気管内ガスから排気管に移動する熱量を算出し、排気管と排気管外雰囲気の間の熱伝達率に基づき排気管から排気管外雰囲気に移動する熱量を算出し、これら熱量の差に基づき排気管の温度変化量を求め、この温度変化量を積算して排気管の温度を新たに算出する。そして、この新たに算出した排気管温度が水蒸発温度よりも高い場合はヒータを動作させて排気センサを加熱し、新たに算出した排気管温度が排気管内で水が結露する結露温度よりも低いときにエンジンの停止が行われた場合はヒータによる排気センサの加熱の程度を下げる。
また、エンジンが回転停止していない燃料カット中は、排気管内ガスの温度を外気温度に等しく設定し、エンジンが回転停止していない燃焼運転中は、排気管内ガスの温度をエンジンの運転条件に応じた排気温度に設定し、エンジンの回転停止中は、排気管内ガスが排気管から受ける熱量を算出し、この算出した熱量に基づき排気管内ガスの温度変化量を算出し、この温度変化量を積算して排気管内ガスの温度を算出する。
また、車両走行中あるいはラジエータファン稼働中は、排気管外雰囲気の温度を外気温度に等しく設定するとともに、排気管と排気管外雰囲気の間の熱伝達率を車両停車中かつラジエータファン停止中よりも大きな値に設定し、排気管から排気管外雰囲気に移動する熱量を算出し、車両停車中かつラジエータファン停止中は、排気管と排気管外雰囲気の間の熱伝達率を車両走行中あるいはラジエータファン稼働中よりも小さな値に設定し、排気管外雰囲気が排気管から受ける熱量を算出し、この算出した熱量に基づき排気管外雰囲気の温度変化量を算出し、この温度変化量を積算して排気管外雰囲気の温度を算出する。

このとき、排気管内ガスと排気管の間の熱伝達率をエンジンが回転中か停止中かによって異なる値に設定し、かつ、エンジンが回転中は排気管内ガスと排気管の間の熱伝達率をエンジンの回転速度が高くなるほど大きな値に設定する。

本発明によれば、アイドルストップを行う車両において、車両走行中あるいはラジエータファン稼働中か、車両停車中かつラジエータファン停止中か、によらず、また、エンジンが回転停止していない燃料カット中か、エンジンが回転停止していない燃焼運転中か、エンジンの回転停止中かによらず、排気管温度を高い精度で算出することができる。

これにより、排気管温度に基づき排気センサのヒートショックが起こりうる状況を的確に判断することができ、ヒートショックが起こりうる状況にあるときは排気センサの加熱を中止するか加熱の程度を下げ、排気センサのヒートショックをより確実に回避することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

図１は本発明に係る排気特性検出装置を備えたハイブリッド車両の概略構成を示している。このハイブリッド車両においては、エンジン１の出力回転はクラッチ２を介して変速機３の入力軸３ｉに入力され、変速機３の出力回転は出力ギヤ４、トランスファーユニット５、ドライブシャフト６を介して駆動輪７へと伝達される。

エンジン１は、バルブタイミングコントロール機構（ＶＴＣ）を備え、吸気弁、排気弁の開閉時期を変更することができる。

変速機３は、一対の遊星歯車機構３１、３２を組み合わせて構成される。遊星歯車機構３１、３２は背中合わせに配置され、リングギヤＲを共有している。リングギヤＲの外周にはさらにギヤが形成され、これが出力ギヤ４と噛み合っている。

第１の遊星歯車機構３１は、サンギヤＳ１と、複数のピニオンギヤＰ１と、複数のピニオンギヤＰ１を回転自在に支持するキャリアＣ１と、リングギヤＲとで構成される。変速機３の入力軸３ｉはサンギヤＳ１を軸方向に貫通する孔を通り、エンジン１と反対側に配置されるキャリアＣ１に接続されている。一方、第２の遊星歯車機構３２は、サンギヤＳ２と、複数のピニオンギヤＰ２と、複数のピニオンギヤＰ２を回転自在に支持するキャリアＣ２と、リングギヤＲとで構成される。キャリアＣ２には軸３ｆが接続されており、軸３ｆは変速機３のハウジング３ｈに固定され、これによってキャリアＣ２の回転が規制される。

第１の遊星歯車機構３１のサンギヤＳ１はモータ１１によって駆動することができ、また、第２の遊星歯車機構３２のサンギヤＳ２はモータ１２によって駆動することができる。モータ１１、１２は図示しないインバータを介して図示しないバッテリに接続されている。

車両は、エンジン１、モータ１１、１２の駆動力を利用して走行することができ、所定のアイドルストップ条件が成立すると、エンジン１を一時的に停止するアイドルストップを行い、所定のアイドルストップ解除条件が成立するとエンジンを再始動する。モータ１１、１２は発電機としても機能し、エンジン１の出力の一部を利用して発電を行い、車両減速時のエネルギを回生することもできる。

図２は、エンジン１の排気システムの概略構成を示したものであり、特に、本発明に関連する部分を中心に示している。

エンジン１の排気ポート４１には、排気管４２が接続されており、排気管４２には第１の触媒４３（マニ触媒）が接続されている。第１の触媒４３のさらに下流には第２の触媒４４（床下触媒）が排気通路４５を介して接続されている。触媒４３、４４は、例えば、三元触媒であるが、要求される排気性能に応じて触媒４３、４４をＮＯｘ吸蔵触媒等、三元触媒以外の触媒にしても構わない。

排気管４２の途中には、排気センサとして空燃比センサ５１が取り付けられており、空燃比センサ５１の出力はコントローラ６０へと出力される。排気管４２の周囲には図示しない遮熱板が排気管４２を覆うように配置され、車両走行中あるいは図示しないラジエータファンが稼動中は車外の空気が排気管４２と遮熱板の間の空間に導入され、この空間内の空気（（以下、「排気管外雰囲気」という。）と外気との間で換気が行われる。

空燃比センサ５１が正常な検出信号を出力するためには、空燃比センサ５１の温度をその活性温度まで昇温する必要がある。エンジン１の排気熱を利用しても空燃比センサ５１を活性温度まで昇温することは可能であるが、活性温度に達するまでの時間を短縮するために、空燃比センサ５１の近傍には加熱用のヒータ５２が取り付けられている。ここでは、ヒータ５２を通電抵抗加熱により熱を発生するヒータとしているが、燃料を燃焼させて加熱を行うもの等、他の構成のヒータであっても構わない。

コントローラ６０には、図示しないセンサや他のコントローラから、エンジン回転速度Ｎｅ、吸気温度（＝外気温度）、吸気量Ｑ、ラジエータファン稼動状態、車速、燃料カット状態、エンジン１のカムシャフトポジション、吸気管圧力に関する信号等が入力される。

コントローラ６０は、入力される信号に基づき排気管４２の温度Ｔｅｘｈを算出し、算出した排気管４２の温度Ｔｅｘｈが水蒸発温度（１００℃）以上のときは、排気管内壁に水が結露することがなく、空燃比センサ５１のヒータショックが発生する可能性がないので、ヒータ５２による空燃比センサ５１の加熱を開始し、空燃比センサ５１を速やかにその活性温度まで昇温させる。

また、走行中にアイドルストップが行われて走行風により排気管４２の温度が排気管４２内に水が結露する結露温度まで低下し、その状態でアイドルストップが行われた場合には、アイドルストップ時に排気管内壁に結露した水が空燃比センサ５１に付着し、空燃比センサ５１のヒートショックが発生するのを防止するために、ヒータ５２の通電電力を低下ないし停止し、ヒータ５２による空燃比センサ５１の加熱の程度を下げる。

図３はコントローラ６０が行う排気管４２の温度Ｔｅｘｈの算出方法を説明するための図である。コントローラ６０は、所定時間毎（例えば、１０ｍｓｅｃ毎）に排気管４２の温度Ｔｅｘｈを算出する。図中、排気管４２の中をガスが図面手前から奥に向かって流れているものとする。

コントローラ６０は、排気管４２内を流れるガス（以下、「排気管内ガス」）から排気管４２に移動する熱量Ｑａと、排気管４２から排気管外雰囲気に移動する熱量Ｑｂを算出し、これら熱量Ｑａと熱量Ｑｂの差を排気管４２の重量と比熱で除して排気管４２の温度変化量を算出する。そして、これを排気管４２の温度Ｔｅｘｈの前回値Ｔｅｘｈｚに加えて、排気管４２の現在の温度Ｔｅｘｈを算出する。すなわち、コントローラ６０は算出した排気管４２の温度変化量を積算し、排気管４２の温度Ｔｅｘｈを算出する。これを式で表すと、次式（１）になる。

Ｔｅｘｈ［Ｋ］＝（Ｑａ［Ｗ］−Ｑｂ［Ｗ］）／（排気管重量［ｋｇ］×排気管比熱［ｋＪ／ｋｇ・Ｋ］｝＋Ｔｅｘｈｚ［Ｋ］
・・・（１）
ここで、排気管内ガスから排気管４２に移動する熱量Ｑａ、排気管４２から排気管外雰囲気に移動する熱量Ｑｂは、それぞれ、次式（２）、（３）により算出することができる。

Ｑａ［Ｗ］＝Ｈａ［ｋｃａｌ／ｍ²ｈＫ］×（Ｔｅｘｍ［Ｋ］−Ｔｅｘｈ［Ｋ］）
・・・（２）
Ｑｂ［Ｗ］＝Ｈｂ［ｋｃａｌ／ｍ²ｈＫ］×（Ｔｅｘｈ［Ｋ］−Ｔｏｐ［Ｋ］）
・・・（３）
式（２）、（３）中、Ｈａは排気管内ガスと排気管４２の間の熱伝達率、Ｈｂは排気管４２と排気管外雰囲気（排気管４２と遮熱板に挟まれた空気）の熱伝達率、Ｔｅｘｍは排気管４２内を流れるガスの温度、Ｔｏｐは排気管外雰囲気の温度である。エンジン停止中で排気管内ガスの温度Ｔｅｘｍが排気管４２の温度Ｔｅｘｈよりも低くなる状況では、熱量Ｑａは負の値になる。

式（２）、（３）中の値は以下に説明する処理によって算出される。

図４は、排気管内ガスと排気管４２の間の熱伝達率Ｈａを算出する処理を示しており、コントローラ６０において所定時間毎（例えば、１０ｍｓｅｃ毎）に実行される。

これによると、まず、ステップＳ１でエンジン１が停止しているかどうかを判断し、停止している場合にはステップＳ２に進んで排気管内ガスと排気管４２の間の熱伝達率Ｈａに固定値Ｈ１を設定する。

一方、エンジン１が回転しているときはステップＳ３に進み、図５に示すテーブルを参照して得られる値ｆｈ（Ｎｅ）を排気管内ガスと排気管４２の間の熱伝達率Ｈａとして算出する。ステップＳ３においては、エンジン１の回転速度Ｎｅが高いほど排気管内ガスと排気管４２の間の熱伝達率Ｈａとしてより大きな値が算出される。

排気管内ガスと排気管４２の間の熱伝達率Ｈａは、エンジン１が回転中か停止中かによって、すなわち、排気管内ガスが排気管内を流れているか排気管内に滞留しているかによって異なり、さらに排気管内を流れる速度によっても異なることから、図４に示す処理に従って排気管内ガスと排気管４２の間の熱伝達率Ｈａを算出すれば、排気管内ガスと排気管４２の間の熱伝達率Ｈａを精度良く求めることができる。

図６は、排気管外雰囲気の温度Ｔｏｐ、排気管４２と排気管外雰囲気の間の熱伝達率Ｈｂを算出する処理を示しており、コントローラ６０において所定時間毎（例えば、１０ｍｓｅｃ毎）に実行される。

これによると、まず、ステップＳ１１でラジエータファンが稼動中かどうかを判断し、ステップＳ１２で車速が停車判定車速（例えば、数ｋｍ／ｈに設定）よりも低いかどうかを判断する。

ラジエータファンが稼動している、あるいは、車速が停車判定車速よりも高く車両が走行していると判断されるときは、ステップＳ１３に進む。この状況では、排気管外雰囲気の換気が行われ、排気管外雰囲気の温度は外気温度に等しくなるので、排気管外雰囲気の温度Ｔｏｐを外気温度に等しく設定する。そして、排気管外雰囲気が排気管４２の周囲に滞留せず、流れていることから、排気管４２と排気管外雰囲気の間の熱伝達率Ｈｂとして比較的大きな１０［ｋｃａｌ／ｍ²ｈＫ］を設定する。

一方、ラジエータファンが停止している、あるいは、車速が停車判定車速よりも低く車両が停車していると判断されるときは、ステップＳ１４に進む。この状況では、排気管外雰囲気の換気が行われないので、排気管外雰囲気の温度Ｔｏｐは排気管４２から受ける熱量によって上昇する。

そこで、ここでは、式（３）により排気管４２から排気管外雰囲気に移動する熱量Ｑｂを算出する。式（３）中の排気管温度Ｔｅｘｈには前回値を用いる。

このとき、排気管外雰囲気が排気管４２の周囲に滞留することから、排気管４２と排気管外雰囲気の間の熱伝達率Ｈｂとして比較的小さな４［ｋｃａｌ／ｍ²ｈＫ］を設定する。そして、熱量Ｑｂを空気の比熱、空気の比重、排気管外雰囲気の体積で除し、さらに演算周期を掛けて排気管外雰囲気の温度変化量ΔＴｏｐを算出する。これを式で表すと、次式（４）になる。

ΔＴｏｐ［Ｋ］＝放熱量Ｑｂ［Ｗ］／（空気比熱［Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）］×空気比重［ｋｇ／ｍ³］×排気管外雰囲気体積［ｍ³］）×演算周期［ｓｅｃ］
・・・（４）
排気管外雰囲気の温度Ｔｏｐの現在値は、算出した温度変化量ΔＴｏｐを排気管外雰囲気の温度Ｔｏｐの前回値Ｔｏｐｚに加えて、すなわち、排気管外雰囲気の温度変化量ΔＴｏｐを積算して算出する。

排気管外雰囲気の温度Ｔｏｐ、排気管４２と排気管外雰囲気の間の熱伝達率Ｈｂは、車両が走行中か否か、また、ラジエータファンが稼動中か否かによって異なることから、図６に示す処理に従ってこれらの値を算出すれば、これらの値を精度良く求めることができる。

また、図７は、排気管内ガスの温度Ｔｅｘｍを算出する処理を示しており、コントローラ６０において所定時間毎（例えば、１０ｍｓｅｃ毎）に実行される。

これによると、まず、エンジン停止中か否か（ステップＳ２１）、エンジン停止中である場合は停止直後か否か（ステップＳ２２）、エンジン回転中である場合は燃料カット中か否か（ステップＳ２３）を判断する。エンジン停止直後であることは、このルーチンを前回実行したときにエンジン回転中と判断され、今回初めてエンジン停止中であると判断されたときにエンジン停止直後と判断する。

エンジン停止中で、かつ、エンジン停止直後であると判断した場合は、ステップＳ２４に進み、エンジン停止直後の排気管内ガスの温度Ｔｅｘｍ０を算出する。エンジン１を停止させる場合、アイドル状態から燃料カットを行ってエンジン１を停止させるので、排気管内では排気と新気が混合した状態となっている。

前提条件として、燃料カットからエンジンが回転を停止するまでエンジン１が２回転し、燃料カット前に可変バルブタイミング機構によりカムポジションが最遅角位置になっていて吸気弁閉時期が下死点後９３ｄｅｇになっており、アイドル時の吸気管内負圧が５００ｍｍＨｇであり、エンジン１のボア×ストロークが８９ｍｍ×１００ｍｍで１シリンダ当たりの排気量が６２２ｃｃとすると、１シリンダ当たりのシリンダの吸気量は次式（５）で算出される。

吸気量＝６．２２［ｌ］×（１＋ｃｏｓ９３°）／２×（１−５００［ｍｍＨｇ］／７６０［ｍｍＨｇ］）＝１．１０１［ｌ］
・・・（５）
したがって、燃料カット後、エンジン１が回転を停止するまでにエンジン１から排気管４２に排出される新気の量は、次式（６）で算出される。

新気排出量＝０．１０１／２×４［ｃｙｌ］＝０．４０４［ｌ］
・・・（６）
さらに、排気バルブが開いたときに、排気管４２からシリンダ内へと燃焼後のガスが流れ込み、シリンダ内で新気と燃焼後のガスが均一に混合した後に排出されると考えると、エンジン停止直後の排気管内ガスの温度Ｔｅｘｍ０は、新気と燃焼後のガスの混合比率に基づき算出することができる。これを式で表すと次式（７）になる。Ｔｅｘｍｚは排気管内ガス温度の前回値、すなわち、エンジン１が停止する直前の排気管内ガスの温度である。

Ｔｅｘｍ０［Ｋ］＝吸気温度［Ｋ］×（０．４０４［ｌ］／２．４８８［ｌ］）＋Ｔｅｘｍｚ［Ｋ］×｛（２．４８８［ｌ］−０．４０４［ｌ］）／２．４８８［ｌ］｝
・・・（７）
一方、エンジン停止中であっても、エンジン停止直後ではないと判断した場合は、ステップＳ２４に進み、排気管４２から排気管内ガスに移動する熱量Ｑｒを次式（８）により算出する。Ｔｅｘｍｚは排気管内ガスの温度Ｔｅｘｍの前回値である。

Ｑｒ［Ｗ］＝（Ｔｅｘｈ［Ｋ］−Ｔｅｘｍｚ［Ｋ］）×Ｈａ［ｋｃａｌ／ｍ²ｈＫ］
・・・（８）
ステップＳ２５では、この熱量Ｑｒを空気比熱、空気比重及び排気管４２の体積で除して、これに演算周期を掛けて、排気管内ガスの温度の変化量ΔＴｅｘｍを算出する。これを式で表すと次式（９）になる。

ΔＴｅｘｍ［Ｋ］＝｛Ｑｒ［Ｗ］／（空気比熱［Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）］×空気比重［ｋｇ／ｍ³］×排気管体積［ｍ³］｝×演算周期［ｓｅｃ］
・・・（９）
ステップＳ２７では、排気管内ガスの温度Ｔｅｘｍの前回値Ｔｅｘｍｚに変化量ΔＴｅｘｍを加えて、排気管内ガスの温度Ｔｅｘｍの現在値を算出する。すなわち、変化量ΔＴｅｘｍを積算して排気管内ガスの温度Ｔｅｘｍの現在値を算出する。

一方、エンジン回転中で、燃料カット中は、ステップＳ２８に進み、エンジン１が吸入した空気が略そのままの温度で排気管４２へと排出されるので、吸気温度（外気温度）をそのまま排気管内ガスの温度Ｔｅｘｍとする。

エンジン回転中で、燃料カット中でないときは、ステップＳ２９に進み、エンジン１の排気温度がエンジン１の運転状態、すなわち、エンジン１の回転速度Ｎｅと吸入空気量Ｑ（或いはスロットル開度、燃料噴射量、燃料噴射パルス幅等）に応じて変化することから、図８に示すマップを参照してエンジン１の排気温度を算出し、それを排気管内ガスの温度Ｔｅｘｍとする。

コントローラ６０は上記処理により排気管温度Ｔｅｘｈを算出し、算出した排気管温度Ｔｅｘｈに基づき図９に示すセンサ加熱制御を行う。図９に示す処理は、コントローラ６０において所定時間毎（例えば、１０ｍｓｅｃ毎）に実行される。

これによると、まず、ステップＳ４１では、排気管温度Ｔｅｘｈが水蒸発温度（１００℃）を超えているか否か判断する。超えている場合は、ステップＳ４２に進んで、カウンタＣｏｕｎｔをゼロにし、ステップＳ４３でヒータ５２を作動させ、空燃比センサ５１を活性温度まで昇温させる。カウンタＣｏｕｎｔは排気管温度Ｔｅｘｈが結露温度よりも低いときにエンジン１が停止されるとインクリメントされるカウンタであり、排気管４２内壁に付着している結露水の量に対応する。

ステップＳ４１で排気管温度Ｔｅｘｈが水蒸発温度よりも低いと判断した場合はステップＳ４４に進み、エンジン停止直後か否か判断する。

ステップＳ４５では、排気管温度Ｔｅｘｈが結露温度Ｔａよりも低いか否か判断する。排気管温度Ｔｅｘｈが結露温度Ｔａよりも低い場合は、エンジン１の停止により排気管４２の内壁に付着する結露水の量が増大するので、ステップＳ４６に進んでカウンタＣｏｕｎｔをインクリメントする。

ステップＳ４７ではカウンタＣｏｕｎｔが所定値Ｃ１を超えたか否かを判断し、所定値Ｃ１を超えている場合はステップＳ４６に進み、ヒータ５２への電力指令値を所定値Ｈ０に設定し、ヒータ５２による空燃比センサ５１の加熱の程度を下げる。所定値Ｈ０は、結露水が空燃比センサ５１に付着してもヒートショックを起こさない程度の温度に空燃比センサ５１の温度を保持する通電電力である。

所定値Ｃ１は、排気管温度Ｔｅｘｈが結露温度Ｔａよりも低い状況でアイドルストップが１回行われたときに発生する結露水の量と、空燃比センサ５１のヒートショックが起こりうる結露水の下限量から、ヒートショックを起こすことなく行うことができるアイドルストップの回数を予め求めておき、その回数以下に設定される。なお、ここでは、カウンタＣｏｕｎｔが所定値Ｃ１を超えた場合、ヒータ５２の電力指令値をＨ０に低下させているが、ヒータ５２への通電を停止するようにしても構わない。

次に、上記制御を行うことによる作用効果について説明する。

上記の通り、上記ハイブリッド車両においては、走行中にアイドルストップが行われると、排気管４２が走行風によって冷却されて排気管４２の温度Ｔｅｘｈが結露温度Ｔａ以下に低下する可能性がある。このように排気管温度Ｔｅｘｈが結露温度Ｔａ以下に低下した状況でアイドルストップが行われると、排気管４２内に結露する水が増大し、これが空燃比センサ５１に付着するとヒートショックが発生する。

このため、コントローラ６０は、排気管温度Ｔｅｘｈを演算によって求め、排気管温度Ｔｅｘｈが結露温度Ｔａ以下に低下した状況でアイドルストップが行われた場合には、ヒータ５２への通電電力を低下させる。

図１０は、上記ハイブリッド車両において、走行中にエンジン１のアイドルストップが繰り返されたときの様子を示したタイムチャートである。

時刻ｔ１でエンジン１のアイドルストップが行われると、排気管４２の温度Ｔｅｘｈは走行風の影響で時間の経過と共に低下する。そして、排気管４２の温度Ｔｅｘｈが結露温度Ｔａを下回った状態のままエンジン１のアイドルストップが再び行われると、排気管内壁に水が結露するので、カウンタＣｏｕｎｔがアイドルストップが行われるたびにインクリメントされる（時刻ｔ２〜ｔ４）。

時刻ｔ４でカウンタＣｏｕｎｔが所定値Ｃ１を超えると、排気管４２の内壁に付着した結露水が増大し、空燃比センサ５１のヒートショックが起こる可能性が高くなっているので、ヒータ５２への通電電力を低下させ、結露水が加熱中の空燃比センサ５１に付着してヒートショックが起こるのを防止する。

排気管４２の温度Ｔｅｘｈを算出するにあたり、コントローラ６０は、排気管内ガスの温度Ｔｅｘｍ、排気管４２の温度Ｔｅｘｈ及び排気管内ガスと排気管４２の間の熱伝達率Ｈａに基づき排気管内ガスから排気管４２に移動する熱量Ｑａを算出し、排気管４２の温度Ｔｅｘｈ、排気管外雰囲気の温度Ｔｏｐ及び排気管４２と排気管外雰囲気の間の熱伝達率Ｈｂに基づき排気管４２から排気管外雰囲気に移動する熱量Ｑｂを算出し、これら熱量Ｑａと熱量Ｑｂの差に基づき排気管４２の温度変化量ΔＴｅｘｈを算出し、この温度変化量ΔＴｅｘｈを積算して排気管４２の温度Ｔｅｘｈを新たに算出、すなわち新しい値に更新する。

特に、排気管内ガスと排気管４２の間の熱伝達率Ｈａをエンジン１が回転中か停止中かによって異なる値（図４のステップＳ１〜Ｓ３）に設定し、かつ、エンジン１が回転中は排気管内ガスと排気管４２の間の熱伝達率Ｈａをエンジン１の回転速度Ｎｅが高くなるほど大きな値に設定したことにより（図４のステップＳ３、図５）、エンジン回転中、停止中、いずれの場合であっても、排気管温度Ｔｅｘｈを高い精度で算出することができる。

また、車両が走行中あるいはラジエータファンが稼動中のときは、排気管外雰囲気の温度Ｔｏｐを外気温度に等しく設定し（図６ステップＳ１３）、車両が停車中かつラジエータファンが停止中のときは、排気管外雰囲気が排気管４２から受ける熱量Ｑｂを算出し、この熱量Ｑｂに基づき排気管外雰囲気の温度変化量ΔＴｏｐを算出し、この温度変化量ΔＴｏｐを積算して排気管外雰囲気の温度Ｔｏｐを算出するので（図６のステップＳ１４）、排気管外雰囲気の温度Ｔｏｐを車両が走行中か否か、ラジエータファン稼動中か否かに係わらず、高い精度で算出することができ、この値を排気管温度Ｔｅｘｈの演算に用いることで排気管温度Ｔｅｘｈをさらに高い精度で算出することができる。

エンジン停止中で、排気管内ガスの温度Ｔｅｘｍが排気管４２の温度Ｔｅｘｈよりも低くなる状況では、熱量Ｑａは負の値として算出され、排気管４２から排気管内ガスへの放熱を考慮して排気管４２の温度が算出されるので、このような状況であっても高い精度で排気管温度Ｔｅｘｈを算出することができる。

また、エンジン停止中は、排気管４２から排気管内ガスに移動する熱量Ｑｒを算出し、算出した熱量Ｑｒに基づき排気管内ガスの温度変化量ΔＴｅｘｍを算出し、これを積算することで排気管内ガス温度Ｔｅｘｍを算出する。排気管温度Ｔｅｘｈの算出に用いられる排気管内ガス温度Ｔｅｘｍの精度が向上するので、結果として、排気管温度Ｔｅｘｈをさらに高い精度で算出することができる。

さらに、燃料カット後にエンジン１のシリンダに吸入され排気管４２に排出される新気の量を、燃料カットしてからエンジン１が回転を停止するまでのエンジン１が回転する回数とエンジン１の吸気バルブの閉弁時期に基づき算出し、エンジン停止直後の排気管内ガスの温度を燃料カット後にエンジン１のシリンダに吸入され排気管４２に排出される新気の量と、シリンダ内でこの新気と混合される燃焼後のガスの量との混合比率に基づき算出する（図７のステップＳ２４）。これにより、排気管温度Ｔｅｘｈの算出に用いられる排気管内ガス温度Ｔｅｘｍの精度がさらに向上し、排気管温度Ｔｅｘｈをさらに高い精度で算出することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用範囲を上記実施形態の構成に限定する趣旨ではない。

例えば、センサの種類、取付け位置は適宜変更することができ、また、ここではハイブリッド車両に適用した場合を例にとって説明したが、本発明はエンジンの一時停止（アイドルストップ含む）を行う車両に広く適用できるものである。

本発明を適用したハイブリッド車両の概略構成図である。排気システムの概略構成である。排気管温度の算出方法を説明するための図である。排気管内ガスと排気管の間の熱伝達率を設定する処理の流れを示したフローチャートである。エンジン回転中のエンジン回転速度と、排気管内ガスと排気管の間の熱伝達率との関係を示したテーブルである。外気温度を算出し、排気管と外気の間の熱伝達率を設定する処理の流れを示したフローチャートである。排気管内ガス温度を算出する処理の流れを示したフローチャートである。エンジンの回転速度及び吸気量に対するエンジンの排気温度の関係を示したマップである。コントローラが行うセンサ加熱制御の内容を示したフローチャートである。本発明の作用効果を説明するためのタイムチャートで

符号の説明

１エンジン
４２排気管
４３触媒
４４触媒
５１空燃比センサ
５２ヒータ
６０コントローラ

Claims

エンジンの排気管に取り付けられて前記排気管内を流れるガスの特性を検出する排気センサと、
前記排気センサの近傍に設けられて前記排気センサを加熱するヒータと、
前記排気管内ガスの温度、前記排気管の温度及び前記排気管内ガスと前記排気管の間の熱伝達率に基づき前記排気管内ガスから前記排気管に移動する熱量を算出し、前記排気管の温度、排気管外雰囲気の温度及び前記排気管と前記排気管外雰囲気の間の熱伝達率に基づき前記排気管から前記排気管外雰囲気に移動する熱量を算出し、前記２つの熱量の差に基づき前記排気管の温度変化量を算出し、この温度変化量を積算して前記排気管の温度を新たに算出する排気管温度算出手段と、
前記新たに算出した排気管温度が水蒸発温度よりも高い場合は前記ヒータを動作させて前記排気センサを加熱し、前記新たに算出した排気管温度が前記排気管内で水が結露する結露温度よりも低いときに前記エンジンの停止が行われた場合は前記ヒータによる前記排気センサの加熱の程度を下げるヒータ制御手段と、
を備え、
前記排気管温度算出手段は、
前記排気管内ガスと前記排気管の間の熱伝達率を前記エンジンが回転中か停止中かによって異なる値に設定し、かつ、前記エンジンが回転中は前記排気管内ガスと前記排気管の間の熱伝達率を前記エンジンが回転停止中の値より大きく、かつ、前記エンジンの回転速度が高くなるほど大きな値に設定し、前記エンジンが回転停止していない燃料カット中は、前記排気管内ガスの温度を前記外気温度に等しく設定し、前記エンジンが回転停止していない燃焼運転中は、前記排気管内ガスの温度を前記エンジンの運転条件に応じた排気温度に設定し、前記エンジンの回転停止中は、前記排気管内ガスが前記排気管から受ける熱量を算出し、この算出した熱量に基づき前記排気管内ガスの温度変化量を算出し、この温度変化量を積算して前記排気管内ガスの温度を算出し、
車両走行中あるいはラジエータファン稼働中は、前記排気管外雰囲気の温度を外気温度に等しく設定するとともに、前記排気管と前記排気管外雰囲気の間の熱伝達率を車両停車中かつラジエータファン停止中よりも大きな値に設定し、前記排気管から前記排気管外雰囲気に移動する熱量を算出し、車両停車中かつラジエータファン停止中は、前記排気管と前記排気管外雰囲気の間の熱伝達率を車両走行中あるいはラジエータファン稼働中よりも小さな値に設定し、前記排気管外雰囲気が前記排気管から受ける熱量を算出し、この算出した熱量に基づき前記排気管外雰囲気の温度変化量を算出し、この温度変化量を積算して前記排気管外雰囲気の温度を算出する、
ことを特徴とする車両用排気特性検出装置。
前記排気管温度算出手段は、
燃料カット後に前記エンジンのシリンダに吸入され前記排気管に排出される新気の量を、燃料カットしてから前記エンジンが回転を停止するまでに前記エンジンが回転する回数と前記エンジンの吸気バルブの閉弁時期に基づき算出し、
エンジン停止直後の前記排気管内ガスの温度を、前記燃料カット後に前記エンジンのシリンダに吸入され前記排気管に排出される新気の量と、前記シリンダ内でこの新気と混合される燃焼後のガスの量の混合比率に基づき算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用排気特性検出装置。