JP2009168025A - 自動車用エンジン・システム、及び、エンジン制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱型排気ガス酸素センサ（ＨＥＧＯセンサ）のヒータを作動停止して、排気温度を測定することによって、温度センサの劣化判定を行なう場合に、ＨＥＧＯセンサを空燃比制御に利用できなくなり、それ故、空燃比制御の悪化をもたらすという問題を未然に防止するエンジン・システムを提供する。
【解決手段】エンジン１０の排気流路７４に配置された排出物制御装置８４と、排出物制御装置８４より上流側の排気流路７４に取付けられたＨＥＧＯセンサ８０と、排出物制御装置８４の近傍に取付けられた温度センサ８６と、ＨＥＧＯセンサ８０及び温度センサ８６に連結された制御器１２とを含む。制御器１２は、エンジン１０のリーン運転中に、ＨＥＧＯセンサ８０を温度検出モードにて作動させ、ＨＥＧＯセンサ８０の検出値に応答して温度センサ８６の劣化状態を判定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気ガス酸素センサを備えた自動車用エンジン・システム、及び、エンジン制御方法に関連する。

エンジン制御に用いられる排気温度を測定するのに、様々な取組み（例えば、排気温度の推定及び温度センサの使用）が提案されている。しかしながら、必要数以上にセンサを備えるのを防止すべく、温度測定の別の取組みとして、ヒータを備えた排気ガス酸素センサ（すなわち加熱型排気ガス酸素センサ：ＨＥＧＯセンサ）を利用することが提案されている。この取組みにおいては、ＨＥＧＯセンサのヒータを一時的に作動停止（すなわちオフ）して、そのときに検出された検出値を排気ガスの温度指標として使用している。

しかしながら、前述の取組みには、種々の問題点が存在する。まず、ヒータを作動停止しているため、そのＨＥＧＯセンサの検出値（排気ガス中の酸素含有量）を空燃比制御に利用するのが不可能となる。それ故、ＨＥＧＯセンサを温度測定に利用しているときには、エンジン制御の悪化をもたらすことになる。加えて、排気ガス中の酸素含有量を測定するの適切なセンサ配置位置と、排気ガスの温度指標を測定するのに適切なセンサ配置位置とが、互いに相違している場合もある。また、排気ガスは高温且つ苛性であるため、排気流内に配置された温度センサは劣化し得る。これは、燃焼サイクル及び排気処理装置の効率を悪化させ、その結果として、エンジン排出物が増加する場合がある。

前述の背反する利点、及び、矛盾した取組みに対処すべく、実施形態の一つとして、自動車用エンジン・システムが設けられる。そのエンジン・システムは、エンジンの排気流路に配置された排出物制御装置と、排出物制御装置より上流側の排気流路に取付けられた排気ガス酸素センサと、排出物制御装置の近傍に取付けられた温度センサと、排気ガス酸素センサ及び温度センサに連結された制御器とを含む。制御器は、エンジンのリーン運転中に、排気ガス酸素センサを温度検出モードにて作動させ、排気ガス酸素センサの検出値に応答して温度センサの劣化状態を判定する。このようにして、排気流路に配置された温度センサをエンジン制御に利用しつつ、排気ガス酸素センサを用いて温度センサの劣化状態を診断することが可能となる。具体的には、排気ガス酸素センサは、温度センサの劣化状態を診断すべく、（酸素含有量の検出値が使用され得ない）エンジンのリーン運転中に使用されるため、ストイキ付近では（排気ガス酸素センサによって検出された酸素含有量を用いて空燃比制御を行なうことができるので）高精度な空燃比制御が維持され得る。更に、例え温度センサが、高温且つ苛性である排気ガスに晒されるように配置される場合でも、（必要に応じて、その温度センサが使用され得るとしても）更に別の温度センサを追加することなく、温度センサの劣化状態の診断を行なうことが可能となる。

燃焼サイクル及び排気処理装置の効率を高めるように制御すべく、種々のセンサが、内燃機関（エンジン）の排気流路に配置され得る。これらセンサは、例えば、排気ガス酸素センサ（ＥＧＯセンサ）及び温度センサを含む場合がある。排気ガスは高温且つ苛性であるため、排気流内に配置された温度センサは劣化し得る。これは、燃焼サイクル及び排気処理装置の効率を悪化させ、その結果として、エンジン排出物が増加する場合がある。排気流内に配置された温度センサの劣化状態を診断する種々の取組みが、ここに記述されている。

図１は、乗用車の推進システム内に含まれ得る多気筒エンジン１０の気筒の一つを示す模式図である。エンジン１０は、制御器１２を含む制御装置、及び、入力装置１３０を介した車両の運転者１３２からの入力によって、少なくとも部分的に制御され得る。この例において、入力装置１３０は、アクセル・ペダル、及び、ペダル位置に比例するペダル位置信号ＰＰを発生するペダル位置センサ１３４を含む。エンジン１０の燃焼室（気筒）３０は、ピストン３６がその中に配置された燃焼室壁３２を含み得る。ピストン３６は、その往復運動がクランクシャフト４０の回転運動に変換されるように、クランクシャフト４０に連結され得る。クランクシャフト４０は、変速装置を介して、自動車の駆動輪の少なくとも一つに連結され得る。さらに、スタータ・モータは、エンジン１０の始動動作を可能とすべく、フライホイールを介してクランクシャフト４０に連結され得る。

燃焼室３０は、吸気マニフォールド４４を介して吸気通路４２から吸気を受け入れ、排気通路４８を介して燃焼ガスを排出し得る。吸気マニフォールド４４及び排気通路４８は、各々吸気バルブ５２と排気バルブ５４を介して、燃焼室３０と選択的に連通することが出来る。実施形態の幾つかにおいては、燃焼室３０は、二つ以上の吸気バルブ及び／又は二つ以上の排気バルブを含む場合がある。

制御器１２は、図１において、マイクロプロセッサ・ユニット１０２、入力／出力ポート１０４、この特定の例において読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）チップ１０６として表される、実行可能なプログラムと校正値のための電子記録媒体、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）１０８、キープ・アライブ・メモリ（ＫＡＭ）１１０、及びデータ・バスを含む、マイクロコンピュータとして示される。制御器１２は、エンジン１０に結合されたセンサから、前述の信号に加え、質量空気量センサ１２０からの吸入質量空気量の計測値（ＭＡＦ）、ウオータ・ジャケット１１４に結合された温度センサ１１２からのエンジン冷媒温度（ＥＣＴ）、クランクシャフト４０に結合されたホール効果センサ１１８（又は他の種類のセンサ）からのプロファイル点火ピックアップ信号（ＰＩＰ）、スロットル位置センサからのスロットル位置（ＴＰ）、マニフォールド空気圧力センサ１２２からのマニフォールド圧力信号ＭＡＰ、外気温度センサ（不図示）からの外気温度、及び、外気湿度センサ（不図示）からの外気湿度を含む、種々の信号を受信し得る。エンジン速度信号ＲＰＭは、信号ＰＩＰから制御器１２によって発生され得る。マニフォールド空気圧力センサ１２２からのマニフォールド圧力信号ＭＡＰは、吸気マニフォールド４４内の負圧又は圧力の指標を提供するために使用され得る。マニフォールド空気圧力センサ１２２を設けることなく質量空気量センサ１２０を設けるような、又は、その反対のような、上述のセンサの様々な組み合わせが使用され得ることに留意すべきである。例の一つにおいて、エンジン速度センサとしても使用されるホール効果センサ１１８は、クランクシャフト４０の回転毎に所定数の等間隔のパルスを発生し得る。

燃料インジェクタ６６は、電気ドライバ６８を介して制御器１２から受信した燃料信号ＦＰＷのパルス幅に比例して、燃料を燃焼室内に直接的に噴射すべく、燃焼室３０に直接的に連結されているのが示される。このようにして、燃料インジェクタ６６は、燃焼室３０内への燃料を噴射する直噴として知られる構造を提供する。燃料インジェクタ６６は、例えば燃焼室の側面又は上面に取付けられ得る。燃料は、燃料タンク及び燃料レールを含む燃料装置（不図示）によって、燃料インジェクタ６６に供給され得る。代案として又は更に加えて、実施形態の幾つかにおいて、燃焼室３０は、燃焼室３０上流の吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射として知られる構造を提供すべく、吸気マニフォールド４４内に配置された燃料インジェクタを含む場合がある。

吸気通路４２は、スロットル板６４を有するスロットル６２を含み得る。この特定の例においては、スロットル板６４の位置は、スロットル６２に付随する電気モータ或いはアクチュエータに供給される信号を介して制御器１２によって変更され、電子スロットル制御（ＥＴＣ）と通常呼ばれる構成であり得る。このようにして、他のエンジン気筒における燃焼室３０内に供給される吸気を変化させるべく、スロットル６２が作動させられる場合がある。スロットル板６４の位置は、スロットル位置信号ＴＰによって、制御器１２に供給され得る。吸気通路４２は、信号ＭＡＦを制御器１２に供給する質量空気量センサ１２０を含む場合がある。吸気マニフォールド４４は、信号ＭＡＰを制御器１２に供給するマニフォールド空気圧力センサ１２２を含む場合もある。

点火装置９８が、選択された運転モードにおいて、制御器１２からの点火進角信号ＳＡに応じて、点火プラグ９２によって燃焼室３０に点火火花を供給する場合がある。火花点火式の点火装置９８が示されているものの、実施形態の幾つかにおいて、エンジン１０の燃焼室３０、或いは、一つ又はそれ以上の他の燃焼室３０は、点火火花を用いた圧縮着火燃焼モード、或いは、点火火花を用いない圧縮着火燃焼モードにて作動され得る。

前述したように、図１は、多気筒エンジン１０の気筒を一つのみ示しており、他の気筒も同様に、吸気バルブ５２／排気バルブ５４、燃料インジェクタ６６、点火プラグ９２等を各々一式含み得る。更に、複数の気筒が吸気マニフォールド４４及び排気マニフォールド４８に連結される場合があり、或いは、一つのバンクの気筒が吸気マニフォールド及び排気マニフォールドに各々連結される場合もある。

図２は、エンジン１０用の排気システム７０の模式図を示している。この実施形態において、エンジン１０は直列６気筒エンジンにて構成される。しかしながら、他の構成（例えば、Ｖ型６気筒エンジン、直列４気筒エンジン、Ｖ型８気筒エンジン、又は、水平対向８気筒エンジン）もまた使用される場合がある。左側排気流路７２及び右側排気流路７４は、エンジン１０に流体的に結合される。左側三元触媒７６及び右側三元触媒７８は、左側排気流路７２及び右側排気流路７４に各々流体的に結合される。代替実施形態において、左側三元触媒７６及び右側三元触媒７８の両方は、別の排出物制御装置（例えば、リーンＮＯ_Ｘトラップ、又は、三元触媒コンバータのような他の適切な排出物制御装置）であり得る。他の実施形態において、左側三元触媒７６及び右側三元触媒７８の代わりに、単一の三元触媒が左側排気流路７２及び右側排気流路７４に結合される場合がある。更に他の実施形態において、左側排気流路７２及び右側排気流路７４は省略される場合もある。

加熱型排気ガス酸素（ＨＥＧＯ）センサ８０は、右側三元触媒７８より下流の右側排気流路７４に配置される。代替実施形態において、ＨＥＧＯセンサ８０は、左側三元触媒７６より下流の左側排気流路７２に配置される場合がある。更に他の実施形態において、ＨＥＧＯセンサ８０は、別の排気ガス酸素センサ（例えば、汎用排気ガス酸素（ＵＥＧＯ）センサ）であり得る。ＨＥＧＯセンサ８０は、排気ガス中の酸素含有量の指標を検出して提供する。モードの一つにおいて、エンジン１０の空燃比は、排気ガス空燃比をストイキ近傍に維持すべく、ＨＥＧＯセンサ８０の検出値（排気ガス中の酸素含有量）に応じて調整され得る（例えば、制御器１２は、所望の空燃比を維持すべく、ＨＥＧＯセンサ８０及び場合によっては他のセンサの検出値に基づいて、燃料噴射を調整する場合がある）。別のモードにおいて、例えばエンジン１０がリーン運転しているときに、エンジン１０の空燃比は、ＨＥＧＯセンサ８０の検出値とは無関係に調整される場合もある。

ここに更に記述されるように、所定の条件下において、ＨＥＧＯセンサ８０は、右側排気流路７４における排気ガス中の酸素含有量と共に、排気温度を検出するように構成され得る。具体的には、ＨＥＧＯセンサ８０のヒータが作動停止されるときに、ヒータ（の基質）に微弱電流を加える場合があり、このときのヒータの抵抗値が排気温度と相関関係を形成し得る。所定の条件下において、そのような作用を用いることによって、排気ガス酸素センサ８０は、後述する温度センサ８６の劣化状態を検出するのに使用され得る。例えば、排気温度がＨＥＧＯセンサ８０の所望の作動温度を下回るならば、そのときに行なわれる温度測定は、排気ガスの温度上昇及び／又はヒータ作動によって排気温度がその作動温度を上回るまでは、不正確な検出値（すなわち酸素読取り値）をもたらす場合がある。それ故、実施形態の幾つかにおいて、ＨＥＧＯセンサ８０が排気温度を検出するように作動されるときには、エンジン１０の空燃比フィードバック制御（例えば、燃料噴射量のフィードバック制御）が、作動停止され得る。更に、ＨＥＧＯセンサ８０の検出値が所定温度閾値を下回っていることを示すならば、ＨＥＧＯセンサ８０の検出値に基づくエンジン１０の空燃比フィードバック制御は、作動停止される場合がある（例えば、エンジン１０の空燃比は、ＨＥＧＯセンサ８０の検出値とは無関係に、場合によっては他の排気ガス酸素センサの検出値に基づいて、或いは、吸入質量空気量の計測値ＭＡＦに基づく開ループにて、調整される場合がある）。しかしながら、ＨＥＧＯセンサ８０の検出値が所定温度閾値を上回っていることを示すならば、ＨＥＧＯセンサ８０の検出値（排気ガス中の酸素含有量）に基づく空燃比フィードバック制御が実行され得る。前述の所定温度閾値は、ＨＥＧＯセンサ８０における保護カバーや他部品の材料特性と共に、使用される検出素子の種別によって決定され得る。空燃比フィードバック制御の作動停止は、冷間始動時に行なわれ得る。このようにして、エンジン１０の空燃比フィードバック制御は、断続的に実行され得る。

第一リーンＮＯ_Ｘトラップ８２は、ＨＥＧＯセンサ８０の下流に配置される。第二リーンＮＯ_Ｘトラップ８４は、第一リーンＮＯ_Ｘトラップ８２に流体的に結合され得る。実施形態の幾つかにおいて、第二リーンＮＯ_Ｘトラップ８４は省略される場合がある。代替実施形態において、第一リーンＮＯ_Ｘトラップ８２及び第二リーンＮＯ_Ｘトラップ８４は三元触媒コンバータであり得る。第一リーンＮＯ_Ｘトラップ８２及び／又は第二リーンＮＯ_Ｘトラップ８４は、例えばエンジン１０のリーン運転中に、エンジン排出物を低減するように作動し得る。更に、所定の運転中（例えば、リーン運転からリッチ運転への移行時、或いはその後）に、第一リーンＮＯ_Ｘトラップ８２及び／又は第二リーンＮＯ_Ｘトラップ８４にて、発熱反応が生じる場合がある。更に、他の状態（例えば、エンジン１０の空燃比がリーン状態とリッチ状態との間で変動する発振状態）において、第一リーンＮＯ_Ｘトラップ８２及び／又は第二リーンＮＯ_Ｘトラップ８４の至る所で、発熱反応を生じる場合もある。

温度センサ８６は、第二リーンＮＯ_Ｘトラップ８４の近傍に取付けられ得る。例えば、温度センサ８６は、第二リーンＮＯ_Ｘトラップ８４に直接的に取付けられる場合があり、第二リーンＮＯ_Ｘトラップ８４の上流又は下流に配置される場合もあり、或いは、第二リーンＮＯ_Ｘトラップ８４に近接して配置される場合もある。代替実施形態において、温度センサ８６は、第一リーンＮＯ_Ｘトラップ８２の近傍に取付けられる場合がある。温度センサ８６の検出素子は、白金を含有することなく構成され、保護カバー（不図示）は高温用ガラス封止材（不図示）によってシールされ得る。温度センサ８６が作動可能となる温度範囲は、図７を参照して、後で詳述される。代替実施形態において、温度センサ８６は、十分に広い温度範囲にわたって高精度に作動可能な別の温度センサであり得る。

排気ガス酸素（ＥＧＯ）センサ８８は、第二リーンＮＯ_Ｘトラップ８４の下流に配置され得る。ＥＧＯセンサ８８は、種々の排気ガス酸素センサ（例えば、ＨＥＧＯセンサ、ＵＥＧＯセンサ、或いは、ＮＯ_Ｘセンサ）であり得る。代替実施形態において、ＥＧＯセンサ８８は省略される場合がある。実施形態の一つにおいて、ＨＥＧＯセンサ８０が排気温度を検出するように作動するときに、ＥＧＯセンサ８８は、エンジン１０の空燃比フィードバック制御を行なうのに使用される場合もある。

制御器１２はまた、排気流内に配置されたセンサから種々の信号（例えば、温度センサ８６から第二リーンＮＯ_Ｘトラップ８４の温度、ＨＥＧＯセンサ８０から排気温度、及び、ＨＥＧＯセンサ８０から一つ又は複数の検出値）を受ける場合がある。

図３は、排気流路に配置された温度センサ８６の劣化状態を検出するように実行され得る制御ストラテジーを示している。この制御ストラテジーは、排気温度が定常状態にあるとき（例えば、排気温度が所定変化範囲内、且つ、所定変化速度以下で変化しているとき）に実行される場合がある。

ステップ３１０において、ルーチンは、エンジン・システムの各種作動状態を判定する。これら作動状態は、排気温度、エンジン温度、外気温度等を含み得る。ルーチンはその後ステップ３１２に進み、そこにおいて、ＨＥＧＯセンサ８０の検出値（例えば排気温度）が定常状態にあるか否かが判定される。ＨＥＧＯセンサ８０の検出値が定常状態にないならば、ルーチンはスタートに戻る。しかしながら、ＨＥＧＯセンサ８０の検出値が定常状態にあるならば、ルーチンはステップ３１４に進み、そこにおいて、タイマが起動される。この実施形態において、タイマは、制御器１２内に記憶されたプログラムであり得る。代替実施形態において、タイマは制御器１２とは別体に構成される場合がある。

ルーチンはその後ステップ３１６に進み、そこにおいて、ＨＥＧＯセンサ８０によって測定された排気温度の所定期間内の平均値が算出される。ルーチンはその後ステップ３１８に進み、そこにおいて、温度センサ８６によって測定された排気温度の所定期間内（例えば、ＨＥＧＯセンサ８０による排気温度の平均値算出と同一期間内）の平均値が算出される。

ルーチンはその後ステップ３２０に進み、そこにおいて、第二リーンＮＯ_Ｘトラップ８４の温度が推定され得る。その推定温度は、ＨＥＧＯセンサ８０によって測定された排気温度、及び、他の要因に基づいて算出され得る。その他の要因は、第二リーンＮＯ_Ｘトラップ８４の発熱反応のみならず、排気流量、及び、第一リーンＮＯ_Ｘトラップ８２及び第二リーンＮＯ_Ｘトラップ８４の化学的成分を含み得る。

ルーチンはその後ステップ３２２に進み、そこにおいて、温度センサ８６が劣化しているか否かが判定される。ステップ３１８において算出された排気温度（算出温度）は、ステップ３２０において推定された推定温度と比較され得る。その算出温度と推定温度との差異が所定値よりも大きいならば、制御器１２は、温度センサ８６が劣化していると判定し得る。

温度センサ８６が劣化していると判定されるならば、ルーチンはステップ３２４に進む。ステップ３２４において、温度センサ８６が劣化していることに対する所定の指示がなされる。所定の指示として、様々な処理（例えば、温度センサ８６により測定された温度の使用停止、及び／又は、温度センサ８６が劣化していることの車両運転者への報知）が行なわれる場合がある。例えば、インジケータ・ライト（不図示）を点灯することによって、温度センサ８６が劣化していること、或いは、エンジン排出物に関してエンジンの点検／修理が必要であることの警報を行なう場合がある。更に、点検／修理の作業者が読出し可能な診断コードが設定される場合もある。ルーチンはその後、スタートに戻る。

しかしながら、算出温度と推定温度との差異が所定範囲内であるならば、ルーチンはステップ３２６に進み、そこにおいて、空燃比フィードバック制御が実行される。ステップ３２６の後に、ルーチンはスタートに戻る。

図４は、排気流路に配置された温度センサ８６の劣化状態を検出するように実行され得る制御ストラテジーを示している。この制御ストラテジーは、ＨＥＧＯセンサ８０を用いた空燃比フィードバック制御が中断又は作動停止されていないときであって、エンジン１０のリーン運転（例えば、リーン燃焼状態）中に実行される場合がある。これによって、エンジン１０の空燃比フィードバック制御を妨げることなく、或いは、少なくともその妨害を低減しつつ、温度センサ８６の劣化状態の診断を実行することが可能になる。この制御ストラテジーは、エンジン１０の作動中に、周期的に実行され得る。

ステップ４１０において、ルーチンは、エンジン・システムの各種作動状態を判定する。この実施形態において、それら作動状態は、制御器１２によって評価され得る。これら作動状態は、空燃比、スロットル位置、排気ガスの組成、燃料信号ＦＰＷのパルス幅、ＨＥＧＯセンサ８０の温度、第二リーンＮＯ_Ｘトラップ８４の温度等を含み得る。

ルーチンはその後ステップ４１２に進み、そこにおいて、ルーチンはエンジン１０がリーン燃焼状態にて作動している（すなわち、リーン運転している）か否かを判定する。前述したように、エンジン１０の空燃比は、エンジン内部に配置されたセンサ及び排気流路に配置されたセンサから種々の信号を受ける制御器１２によって判定され得る。エンジン１０がリーン運転していないならば、ルーチンはスタートに戻る。しかしながら、エンジン１０がリーン運転しているならば、ルーチンはステップ４１４に進み、そこにおいて、ＨＥＧＯセンサ８０のヒータが、所定継続時間（例えば期間）オフ又は作動停止され、それによってＨＥＧＯセンサ８０によって測定される排気温度が定常状態に至るのが可能となる。

ルーチンはその後ステップ４１６に進み、そこにおいて、ＨＥＧＯセンサ８０の検出値（例えば排気温度）が定常状態にあるか否かが判定される。制御器１２は、（ＨＥＧＯセンサ８０のヒータの）基質における抵抗値の変化速度を測定することによって、定常状態の判定を行ない、また、それによって排気流路における排気温度を測定し得る。或いは、別のパラメータ（例えば、サンプリング・イベント）に関する変化速度が使用される場合もある。基質における抵抗値の変化速度が所定閾値を下回るならば、ＨＥＧＯセンサ８０の検出値は実質的に定常状態にあると判定される。

ＨＥＧＯセンサ８０の検出値が定常状態にないならば、ルーチンはステップ４１４に進み、そこにおいて、ＨＥＧＯセンサ８０のヒータは所定期間にわたって作動停止状態が継続され得る。ＨＥＧＯセンサ８０の検出値が定常状態にあるならば、ルーチンはステップ４１８に進み、そこにおいて、排気温度がＨＥＧＯセンサ８０によって測定され得る。ＨＥＧＯセンサ８０は、ＨＥＧＯセンサ８０の（ヒータの）基質に微弱電流を流して、抵抗値を測定することによって、その抵抗値から排気温度を算出し得る。しかしながら、ＨＥＧＯセンサ８０が排気温度を測定すべく、他の取組みが使用される場合もある。ルーチンはその後ステップ４２０に進み、そこにおいて、第二リーンＮＯ_Ｘトラップ８４の温度が推定され得る。その推定温度は、ＨＥＧＯセンサ８０によって測定された排気温度、及び、他の要因に基づいて算出され得る。

ルーチンはその後ステップ４２２に進み、そこにおいて、第二リーンＮＯ_Ｘトラップ８４の温度が、温度センサ８６を用いて測定され得る。ルーチンはその後ステップ４２４に進み、そこにおいて、温度センサ８６が劣化しているか否かが判定される。ステップ４２０において推定された温度（推定温度）は、ステップ４２２において測定された温度（測定温度）と比較され得る。その推定温度と測定温度との差異が所定範囲内であるならば、ルーチンはステップ４２６に進み、そこにおいて、空燃比フィードバック制御が実行される。しかしながら、推定温度と測定温度との差異が所定範囲外であるならば、ルーチンはステップ４２８に進み、そこにおいて、ＨＥＧＯセンサ８０は作動停止されて、制御器１２は温度センサ８６が劣化していることに対する所定の指示を行なう。所定の指示として、温度センサ８６が劣化していること、及び／又は、空燃比フィードバック制御が作動停止されていることを車両運転者に警報すべく、様々な処理が行なわれる場合がある。例えば、インジケータ・ライト（不図示）を点灯することによって、ＨＥＧＯセンサ８０が劣化していることの警報を行なう場合がある。

図５は、温度センサ８６の劣化状態を検出するように実行され得る制御ストラテジーを示している。この制御ストラテジーは、ＨＥＧＯセンサ８０の検出値が定常状態に至る前に実行され、それによって、ＨＥＧＯセンサ８０が短期間作動停止するのを可能にし、エンジン１０の空燃比フィードバック制御が作動停止される時間を最小化し得る。これによって、エンジン１０がリーン運転、ストイキ運転、又はリッチ運転しているときに、制御ストラテジーを実行するのが可能になる。制御ストラテジーは、エンジン１０の運転中に、周期的に実行され得る。例えば、制御ストラテジーは、排出物制御装置が温度センサ８６の検出値（第二リーンＮＯ_Ｘトラップ８４の温度）に基づいて監視されているときに実行される場合がある。第一モードにおいては、エンジン１０の空燃比は、排気ガス空燃比をストイキ近傍に維持すべく、ＨＥＧＯセンサ８０の検出値に応じて調整され、そこにおいて、エンジン動作もまた、温度センサ８６によって監視された第二リーンＮＯ_Ｘトラップ８４の温度に応じて調整され得る。例えば、エンジン点火タイミング及び／又は他の作動パラメータは、温度センサ８６によって測定される第二リーンＮＯ_Ｘトラップ８４の温度を増大及び／又は低減するように調整される場合がある。そして、第二モード、すなわち断続的に行なわれる診断モードにおいては、ＨＥＧＯセンサ８０のヒータは作動停止されて、温度指標（例えば排気温度）の定常状態は、ＨＥＧＯセンサ８０によって検出された温度指標の少なくとも初期低下によって判定される。このようにして、温度指標の定常状態を判定するのに温度指標の初期低下が利用され得るので、ＨＥＧＯセンサ８０による空燃比フィードバック制御のための情報（酸素含有量）が利用不可能な（或いは、潜在的に劣化した）期間を低減しつつ、温度センサ８６に関する劣化状態を診断するための情報（温度指標、例えば排気温度）を利用することが可能となる。

ステップ５１０において、ルーチンは、エンジン・システムの各種作動状態を判定する。これら作動状態は、排気温度、空燃比、スロットル位置、排気ガスの組成、燃料信号ＦＰＷのパルス幅等を含み得る。

ルーチンはその後ステップ５１２に進み、そこにおいて、タイマが起動される。この実施形態において、タイマは、制御器１２内に記憶されたプログラムであり得る。代替実施形態において、タイマは制御器１２とは別体に構成される場合がある。ルーチンはその後ステップ５１４に進み、そこにおいて、ＨＥＧＯセンサのヒータが所定期間オフされる。

ルーチンはその後ステップ５１６に進み、そこにおいて、ＨＥＧＯセンサ８０によって検出された温度指標の変化速度が所定期間にわたって測定され、ＨＥＧＯセンサ８０によって検出された温度指標の（定常状態に至る）初期低下を判定する。この実施形態において、ＨＥＧＯセンサ８０による温度指標の複数回の測定は、温度指標の（定常状態に至る）初期低下時の、ＨＥＧＯセンサ８０によって検出された温度指標のプロフィールを形成することが可能になる。その後、ＨＥＧＯセンサ８０によって温度指標（複数回が好ましい）を検出したときには、この温度指標のプロフィールと比較することによって、温度指標が初期低下している状態（すなわち排気温度の定常状態）を極めて早期に判定することが可能になる。ＨＥＧＯセンサ８０が温度指標の定常状態を判定するのに必要な期間はそれ故大幅に縮小され、エンジン１０の空燃比フィードバック制御への悪影響（ＨＥＧＯセンサ８０により検出される排気ガス中の酸素含有量が利用できないことに関する空燃比制御の悪化）を低減し得る。

例えば、温度指標の初期低下は、ＨＥＧＯセンサ８０の検出値（排気温度）が定常状態に至る前の温度低下ポイントを含む場合がある。例の一つにおいて、定常状態は、ＨＥＧＯセンサ８０によって検出された温度指標が、最終値（温度指標のプロフィールにおいて、温度指標が完全に定常状態（最終的な収束状態）になったときの温度）に対してその差分が１０％以内になったときを含み得る。例えば、温度指標の初期低下は、ＨＥＧＯセンサ８０のヒータが作動停止された後に、直接的に測定される場合がある。更なる他の例は、ヒータが作動停止してから、ＨＥＧＯセンサ８０によって検出された温度指標が定常状態に至るまでの、所定期間において検出された複数の温度指標を用いることを含み得る。

ルーチンはその後ステップ５１８に進み、そこにおいて、ＨＥＧＯセンサ８０によって検出された温度指標の（定常状態に至る）初期低下が、方程式（１）を用いてマップ化される。

他の様々なモデル又は方程式もまた、使用され得る。ルーチンはその後ステップ５２０に進み、そこにおいて、第二リーンＮＯ_Ｘトラップ８４の温度が、定常状態におけるＨＥＧＯセンサ８０の温度指標を用いて推定される。ルーチンはその後ステップ５２２に進み、そこにおいて、リーンＮＯ_Ｘトラップ８４の温度が温度センサ８６によって測定される。ルーチンはその後ステップ５２４に進み、そこにおいて、温度センサ８６が劣化しているか否かが判定される。温度センサ８６の劣化状態は、ステップ５２０において推定された第二リーンＮＯ_Ｘトラップ８４の温度（推定温度）とステップ５２２において測定された排気温度（測定温度）とを比較することによって判定される。推定温度と測定温度との差異が所定範囲内であるならば、ルーチンはステップ５２６に進み、そこにおいて、ＨＥＧＯセンサ８０によって測定された酸素含有量に基づいて空燃比フィードバック制御が実行される。

しかしながら、推定温度と測定温度との差異が所定範囲外であるならば、ルーチンはステップ５２８に進み、そこにおいて、ＨＥＧＯセンサ８０は作動停止されて、制御器１２は温度センサ８６が劣化していることに対する所定の指示を行なう。所定の指示として、温度センサ８６が劣化していること、及び／又は、空燃比フィードバック制御が作動停止されていることを車両運転者に警報すべく、様々な処理が行なわれる場合がある。例えば、インジケータ・ライト（不図示）を点灯することによって、ＨＥＧＯセンサ８０が劣化していることの警報を行なう場合もある。

図６は、エンジンの暖機中、或いは、排気温度が露点と一致する又はそれを下回るときに、温度センサ８６の劣化状態を検出するように実行され得る制御ストラテジーを示している。エンジンの暖機中には、排気ガスに対する空燃比フィードバック制御は実行されない。これによって、ＨＥＧＯセンサ８０を用いたエンジン１０の空燃比フィードバック制御を妨げることなく、温度センサ８６の劣化状態を診断することが可能になる。

ステップ６１０において、ルーチンは、エンジン・システムの各種作動状態を判定する。この実施形態において、それら作動状態は、制御器１２によって評価され得る。これら作動状態は、排気温度、排気圧力、外気温度、外気湿度、エンジン温度、キー位置、エンジン速度、クランク角度等を含み得る。

ルーチンはその後ステップ６１２に進み、そこにおいて、エンジン温度が露点に一致している又はそれに接近しているか否かが判定される。或いは、ルーチンは、エンジン１０の暖機中であるか否か判定する場合がある。制御器１２は、エンジン温度が露点に一致している又はそれに接近しているタイミングを判定し得る。エンジン温度が露点に接近していないならば、ルーチンはスタートに戻る。しかしながら、エンジン温度が露点に接近しているならば、ルーチンはステップ６１４に進み、そこにおいて、（ＨＥＧＯセンサ８０のヒータの）基質に微弱電流を加えることで、ＨＥＧＯセンサ８０によって排気温度が測定され得る。

ルーチンはその後ステップ６１６に進み、そこにおいて、第二リーンＮＯ_Ｘトラップ８４の温度が、ＨＥＧＯセンサ８０によって測定された排気温度に基づいて推定される。ルーチンはその後ステップ６１８に進み、そこにおいて、第二リーンＮＯ_Ｘトラップ８４の温度が、温度センサ８６によって測定される。

ルーチンはその後ステップ６２０に進み、そこにおいて、温度センサ８６が劣化しているか否かが判定される。劣化状態は、ステップ６１６において推定された第二リーンＮＯ_Ｘトラップ８４の温度（推定温度）とステップ６１８において測定された第二リーンＮＯ_Ｘトラップ８４の温度（測定温度）とを比較することによって判定される。第二リーンＮＯ_Ｘトラップ８４の推定温度と測定温度との差異が所定範囲内であるならば、ルーチンはステップ６２２に進み、そこにおいて、空燃比フィードバック制御が実行される。しかしながら、第二リーンＮＯ_Ｘトラップ８４の推定温度と測定温度との差異が所定範囲外であるならば、ルーチンはステップ６２４に進み、そこにおいて、ＨＥＧＯセンサ８０は作動停止されて、制御器１２は温度センサ８６が劣化していることに対する所定の指示を行なう。所定の指示として、温度センサ８６が劣化していること、及び／又は、空燃比フィードバック制御が作動停止されていることを車両運転者に警報すべく、様々な処理（例えば、温度センサ８６により測定された温度の使用停止、及び／又は、温度センサ８６が劣化していること及び／又は燃料噴射のフィードバック制御が作動停止していることの車両運転者への報知）が行なわれる場合がある。例えば、インジケータ・ライト（不図示）を点灯することによって、ＨＥＧＯセンサ８０が劣化していることの警報を行なう場合もある。

図３乃至図６に示された制御ストラテジーは、同時に実行され得る。他の例において、温度センサの劣化状態を検出すべく、図３乃至図６に示された制御ストラテジーの一つのみが実行される場合がある。例の一つにおいて、制御ストラテジーは、自動車が所定マイルを走行した後に実行される場合もある。この実施形態において、図３乃至図６に示された種々の制御ストラテジーは、制御器１２内に記憶された診断コードを用いて実行される場合がある。代替実施形態において、図３乃至図６に示された種々の制御ストラテジーは、複数の制御器を含む制御装置によって実行される場合もある。

図７は、温度センサ８６における抵抗値と温度の関係を示すグラフである。温度センサ８６における抵抗値と温度の関係は、線７１２に示すように、概ね直線である。温度と抵抗値とが比例関係にあることから、広い温度範囲にわたって、温度センサ８６を高精度に機能させることが可能になる。温度センサ８６は、排気温度が２００℃以上となる範囲において、高精度に作動することが可能になる。

ここに含まれる制御及び判断ルーチンの例は、様々なエンジン及び／又は車両システム構成と共に使用され得ることに留意すべきである。ここに記述された具体的なルーチンは、一つ又は複数の処理ロジック（例えば、イベント・ドリブン、インターラプト・ドリブン、マルチ・タスキング、マルチ・スレッディングなど）を表し得る。前述された種々の動作、作用、又は機能は、それ自体、記述された順番で、または並行して実行され、或いは場合によっては、一部が削除される場合もある。同様に、処理の順番は、ここに記載された実施形態の特徴及び利点を達成するために必須のものではなく、図示と説明を簡単にするために提供されたものである。図示された動作や機能の一つ又は複数は、使用される具体的なロジックによっては、反復して実行される場合がある。更に、記載された動作は、エンジン制御器１２内のコンピュータ読取可能記憶媒体の中にプログラムされるべきコードを視覚的に表わすものであり得る。

多数の変形例が可能であるため、これらの具体的な実施形態が本発明を限定する意味で考慮されるべきでないことは理解されるであろう。例えば、上述の方法は、Ｖ型６気筒エンジン、直列４気筒エンジン、直列６気筒エンジン、Ｖ型１２気筒エンジン、対向４気筒エンジン、及びその他のエンジン形式に適用され得る。本明細書の主題は、ここに記載された種々の装置及び構成そして、他の特徴、機能及び/又は属性の、全ての新規で非自明の組み合わせ及び一部組み合わせを含む。

特許請求の範囲は、新規で非自明と見なされる特定の組み合わせ、及び、一部組み合わせを具体的に示す。これらの特許請求の範囲は、「一つの」構成要素、又は「第一の」構成要素、又は、それらの同義語に言及し得る。そのような特許請求の範囲は、その構成要素が一つ又は複数あるものを含み、その構成要素が二つ以上あるものを要求もしなければ、除外もしないと理解されるべきである。開示されている特徴、機能、構成要素及び／又は属性の他の組み合わせ及び一部組み合わせが、本件特許請求の範囲の補正又は本出願又は関連出願の新しい請求の範囲の提供によって、請求され得る。最初の特許請求の範囲の権利範囲より広い特許請求の範囲、狭い特許請求の範囲、同じ特許請求の範囲、又は異なる特許請求の範囲であろうと、そのような特許請求の範囲もまた、本明細書の主題に含まれると見なされる。

エンジンの模式図である。 エンジンの排気システムの模式図である。 排気温度が定常状態にあるときに、排気流路に配置された温度センサの劣化状態を検出するように実行される制御ストラテジーである。 エンジンがリーン運転しているときに、排気流路に配置された温度センサの劣化状態を検出するように実行される代替制御ストラテジーである。 排気流路に配置された温度センサの劣化状態を検出するように実行される代替制御ストラテジーである。 エンジンの暖機中、或いは、排気温度が露点を下回るときに、排気流路に配置された温度センサの劣化状態を検出するように実行される制御ストラテジーである。 温度センサの特性を示すグラフである。

１０ エンジン
１２ 制御器
７０ 排気システム
７２ 左側排気流路
７４ 右側排気流路
７６ 左側三元触媒
７８ 右側三元触媒
８０ ＨＥＧＯセンサ（加熱型排気ガス酸素センサ）
８２ 第一リーンＮＯ_Ｘトラップ
８４ 第二リーンＮＯ_Ｘトラップ
８６ 温度センサ
８８ ＥＧＯセンサ（排気ガス酸素センサ）

Claims (10)

1. 自動車用エンジン・システムであって、
   上記エンジンの排気流路に配置された排出物制御装置、
   上記排出物制御装置より上流側の上記排気流路に取付けられた排気ガス酸素センサ、
   上記排出物制御装置の近傍に取付けられた温度センサ、及び、
   上記排気ガス酸素センサ及び上記温度センサに連結された制御器を備え、
   上記制御器は、上記エンジンのリーン運転中に、上記排気ガス酸素センサを温度検出モードにて作動させ、上記排気ガス酸素センサの検出値に応答して上記温度センサの劣化状態を判定するエンジン・システム。
2. 上記排出物制御装置は、上記劣化状態の判定中に発熱反応を起こすリーンＮＯ_Ｘトラップである、請求項１に記載のエンジン・システム。
3. 上記制御器は、上記排気ガス酸素センサが上記温度検出モードにあるときには、上記排気ガス酸素センサの検出値とは無関係に燃料噴射を調整する、請求項１又は２に記載のエンジン・システム。
4. 上記排気ガス酸素センサは加熱型排気ガス酸素センサであって、
   上記制御器は、上記排気ガス酸素センサが排気温度が所望温度を上回ることを示しているときには上記温度検出モードに移行すると共に、その温度検出モードにおいて、所望の排気ガス空燃比を維持すべく、上記排気ガス酸素センサの検出値に基づいて燃料噴射を継続的に調整する、請求項１乃至３の少なくとも何れか一つに記載のエンジン・システム。
5. 上記制御器は、上記温度センサの劣化状態を判定したときには、上記リーンＮＯ_Ｘトラップにおける発熱反応の温度的影響を判定する、請求項２に記載のエンジン・システム。
6. 上記温度センサは、高温用ガラス封止材を備えた保護カバーを含む、請求項１乃至５の少なくとも何れか一つに記載のエンジン・システム。
7. 上記エンジンのリーン運転中には上記排気ガス酸素センサの検出値に応答する空燃比フィードバック制御が作動停止され、
   上記制御器は、上記排気ガス酸素センサによって測定された排気温度が定常状態に至るまでの第一期間よりも短い第二期間の間、上記排気ガス酸素センサを上記温度検出モードにて作動させ、
   上記制御器は、上記第二期間中に、上記排気ガス酸素センサによって測定された温度指標のプロフィールに基づいて劣化状態を判定する、請求項１乃至６の少なくとも何れか一つに記載のエンジン・システム。
8. 排出物制御装置、該排出物制御装置の温度を測定する温度センサ、及び、加熱型排気ガス酸素センサを含む排気システムを備えた自動車におけるエンジン制御方法であって、
   上記温度センサの検出値に基づいて、上記排出物制御装置の温度を監視する工程、
   第一モードにおいて、上記エンジンの動作を上記監視された温度に応じて調整すると共に、排気ガス空燃比をストイキ近傍に維持すべく、上記エンジンの空燃比を上記加熱型排気ガス酸素センサの検出値に応じて調整する工程、
   断続的に行なわれる第二モードにおいて、上記加熱型排気ガス酸素センサのヒータを作動停止する工程、
   上記第二モードにおいて、上記加熱型排気ガス酸素センサによって測定された温度指標の少なくとも初期低下に応じて、排気温度を判定する工程、及び、
   上記第二モードにおいて、上記判定された排気温度、及び、上記監視された温度に基づいて、上記温度センサの劣化状態を判定する工程を備える制御方法。
9. 上記第二モードにおいて、上記空燃比は、上記排気ガス温度センサの検出値とは無関係に調整される、請求項８に記載の制御方法。
10. 上記排出物制御装置の発熱反応による温度上昇に基づいて、上記温度センサの劣化状態を判定する工程を更に備える、請求項８又は９に記載の制御方法。

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