JP4720985B2 - 排出ガスセンサの温度制御装置 - Google Patents
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しかも、請求項1に係る発明では、複数の素子温度推定手段として、センサ素子のインピーダンスを検出して該インピーダンスから素子温度を推定する第1の素子温度推定手段と、センサ素子とその周辺との間の熱エネルギーの授受を、排出ガスからの受熱と、外気への放熱と、ヒータの加熱による受熱を考慮してモデル化した素子温度推定モデルを用いて素子温度を推定する第2の素子温度推定手段を用いるようにしたので、第2の素子温度推定手段によりセンサ素子とその周辺との間の熱エネルギーの授受(受熱と放熱の両方)を精度良く推定することが可能となり、センサ素子と排出ガスとの間の熱伝達のみを考慮して素子温度を推定する特許文献2の素子温度推定方法と比較して、素子温度を精度良く推定することができる。
素子インピーダンス=ΔV/ΔI
ここで、ΔVは電圧変化幅、ΔIは電流変化幅である。
A:排出ガス伝熱係数
Te:排出ガス温度
Tu:素子温度
Re:レイノルズ数
m:指数
外気への放熱=B(Tu−Ta) ……(2)
B:外気伝熱係数
Tu:素子温度
Ta:外気温
ヒータの加熱=I2 ・R ……(3)
I:ヒータ電流
R:ヒータ抵抗値
cM・dTu/dt=[排出ガスからの受熱]−[外気への放熱]+[ヒータの加熱] =A・Rem ・(Te−Tu)−B(Tu−Ta)+I2 ・R
ここで、cMはセンサ素子26の熱容量、dTu/dtは素子温度Tuの時間微分値である。
尚、センサ素子26の放熱として、外気への放熱の他に、排気管12等の周辺部材への放熱も考慮するようにしても良い。
Tf=a・Tei+b・Tem
a+b=1 (0≦a≦1,0≦b≦1)
尚、エンジン始動時の冷却水温(エンジン温度)や外気温(吸気温)によって素子温度の上昇カーブが変化することを考慮して、エンジン始動後経過時間Pf又は徐変切換時間帯の上下限値Psl,Pshをエンジン始動時の冷却水温(エンジン温度)や外気温(吸気温)によって補正するようにしても良い。
或は、冷却水温等のエンジン運転状態に基づいて素子温度の領域を判断して素子温度推定手段の選択を切り換えるようにしても良い。
Claims (5)
- 内燃機関の排出ガスの酸素濃度等のガス成分濃度、空燃比、リッチ/リーンのいずれかを検出するセンサ素子と、このセンサ素子を加熱するヒータとを有する排出ガスセンサの温度制御装置において、
前記排出ガスセンサのセンサ素子の温度(以下「素子温度」という)を異なる手法で推定する複数の素子温度推定手段と、
前記素子温度の領域に応じて前記複数の素子温度推定手段の中から実際に使用する1つの素子温度推定手段を選択する選択手段と、
前記選択手段で選択した前記素子温度推定手段の推定素子温度に基づいて前記素子温度が目標温度になるように前記ヒータの通電量を制御するヒータ通電制御手段と
を備え、
前記複数の素子温度推定手段は、前記センサ素子のインピーダンスを検出して該インピーダンスから素子温度を推定する第1の素子温度推定手段と、前記センサ素子とその周辺との間の熱エネルギーの授受をモデル化した素子温度推定モデルを用いて素子温度を推定する第2の素子温度推定手段であり、
前記素子温度推定モデルは、前記センサ素子の排出ガスからの受熱Q1を演算する項と、外気への放熱Q2を演算する項と、前記ヒータの加熱による受熱Q3を演算する項を有し、前記受熱Q1から前記放熱Q2を減算して前記受熱Q3を加算することで該センサ素子が持つ熱量の変化量を求め、該センサ素子が持つ熱量の変化量と該センサ素子の熱容量とに基づいて素子温度の変化量を演算して素子温度を推定するモデルであることを特徴とする排出ガスセンサの温度制御装置。 - 前記ヒータ通電制御手段は、前記素子温度推定手段の選択を切り換える切換温度付近の領域では、切換前の素子温度推定手段の推定素子温度と切換後の素子温度推定手段の推定素子温度とに基づいて切換前後の推定素子温度を連続させるように最終的な推定素子温度を決定することを特徴とする請求項1に記載の排出ガスセンサの温度制御装置。
- 前記選択手段は、低温側の温度領域で前記第1の素子温度推定手段を選択し、高温側の温度領域で前記第2の素子温度推定手段を選択することを特徴とする請求項1又は2に記載の排出ガスセンサの温度制御装置。
- 前記選択手段は、内燃機関の運転状態に基づいて前記素子温度の領域を判断して前記素子温度推定手段の選択を切り換えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の排出ガスセンサの温度制御装置。
- 前記選択手段は、始動後経過時間、冷却水温、前記ヒータの通電時間の少なくとも1つに基づいて前記素子温度の領域を判断して前記素子温度推定手段の選択を切り換えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の排出ガスセンサの温度制御装置。
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