CN104105961A - 废气传感器的控制装置 - Google Patents

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Abstract

废气传感器的控制装置具有：根据固体电解质的阻抗推定传感器元件的温度的第一构件、以及根据加热器的电阻推定传感器元件的温度的第二构件。由第一构件检测与规定的检测时机的传感器元件的阻抗相应的第一元件温度，由第二构件检测与该规定的检测时机的传感器元件的加热器的电阻相应的第二元件温度。该控制装置根据第一元件温度和第二元件温度之间的差异，对由第二构件根据加热器电阻推定的传感器元件的温度进行修正。

Description

废气传感器的控制装置
技术领域
本发明涉及废气传感器的控制装置。更具体地说，涉及具有加热器和配置在固体电解质的两侧的一对电极的废气传感器的控制装置。
背景技术
通常，使用具有配置在固体电解质的两侧的一对电极的废气传感器来检测废气的空燃比、NOx浓度等的系统是已知的。在如上所述的系统中，为了确保较高的检测精度，将废气传感器的传感器元件的温度(元件温度)控制在适当的温度很重要。例如，在专利文献1中公开了如下系统：根据固体电解质的阻抗，控制配置于内燃机的排气路径的空燃比传感器的温度。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-053108号公报
专利文献2：日本特开2006-161625号公报
专利文献3：日本特开平08-128979号公报
专利文献4：日本特开2009-266743号公报
专利文献5：日本特开2009-014652号公报
专利文献6：日本特开2003-270194号公报
专利文献7：日本特开2004-069547号公报
专利文献8：日本特开2000-258387号公报
专利文献9：日本特开2006-214885号公报
专利文献10：日本特开2007-221506号公报
发明内容
发明要解决的课题
配置在废气传感器的一对电极间的固体电解质的阻抗和元件温度，在一定程度较高的温度区域示出稳定的相关关系。因此，在废气传感器正常发挥作用且传感器元件已升温的情况下，可以根据固体电解质的阻抗在一定程度上正确地检测温度。
但是，固体电解质的阻抗和元件温度之间的相关关系在低温状态下不稳定，在低温区域根据阻抗检测到的元件温度有时会产生波动。另外，因废气传感器的劣化，阻抗与元件温度之间的关系有时会产生偏差。在该情况下，可认为根据阻抗推定的元件温度从实际的元件温度偏离而给使用废气传感器的控制带来影响。
另外，在加热器电阻与元件温度之间也存在相关关系。因此，通过检测加热器的电阻，与此相应地可以推定元件温度。但是，在因加热器随着时间而劣化等而导致加热器电阻产生了变化的情况下，可认为被推定出的元件温度与实际的元件温度之间会产生偏离。
因此，如下的系统被期待：即便在元件温度为低温的情况下也可以正确地检测废气传感器的温度，并且，在处于不能补偿元件温度的检测精度的状态的情况下，能够检测废气传感器的异常。
本发明以解决上述课题为目的而提供一种改良了的废气传感器的控制装置，可以检测废气传感器有无异常并且提高废气传感器的元件温度的检测精度。
用于解决课题的方案
为了实现上述目的，在本发明的废气传感器的控制装置中，废气传感器配置于内燃机的排气路径并具有：固体电解质、隔着固体电解质配置的一对电极、以及对废气传感器的传感器元件进行加热的加热器。本发明的废气传感器的控制装置具有：根据固体电解质的阻抗推定传感器元件的温度的第一构件、以及根据加热器的电阻推定传感器元件的温度的第二构件。还具有根据第一元件温度和第二元件温度之间的差异，对由第二构件推定的传感器元件的温度进行修正的修正构件。在此，第一元件温度是由第一构件根据在规定的检测时机检测到的阻抗推定出的传感器元件的温度。第二元件温度是由第二构件根据在与规定的检测时机对应的时机检测到的加热器的电阻推定出的传感器元件的温度。另外，检测加热器电阻的“与规定的检测时机对应的时机”包括与规定的检测时机实质上同时的时机。即，检测加热器电阻的时机可以与规定的时机同时，例如，在阻抗的检测与加热器的检测之间产生响应延迟等那样的情况下，也可以是考虑到该延迟的时机。
另外，在本发明的废气传感器的控制装置中，第二构件可以基于加热器的电阻与传感器元件的温度之间的关系，推定传感器元件的温度。在该情况下，修正构件根据第一元件温度和第二元件温度之间的差异，修正加热器的电阻与传感器元件的温度之间的关系，由此，可以对由第二构件推定的传感器元件的温度进行修正。
在本发明中，规定的检测时机可以是传感器元件的温度比基准温度高的期间的时机。
或者，在本发明中，规定的检测时机可以是内燃机的燃料切断运转中的时机、或内燃机的怠速停止控制中的停止中的时机、或从设置于排气路径的尿素SCR系统的尿素水添加阀添加的尿素水添加量比基准添加量少的内燃机的运转状态期间的时机。
本发明的废气传感器的控制装置也可以还具有进行加热器开启/关闭控制的构件，在所述加热器开启/关闭控制中，交替地实现向加热器供给电力的状态和电力供给停止的状态。在该情况下，规定的检测时机可以是加热器开启/关闭控制中的时机。
另外，本发明的废气传感器的控制装置也可以还具有：在内燃机的运转停止中根据外部气温或废气温度或内燃机的冷却水的温度、设定传感器元件的温度的上限值即上限温度的构件；以及在传感器元件的温度比上限温度低时、进行使向加热器供给的电力阶段性地上升的电力控制的构件。在该情况下，规定的检测时机可以是内燃机的停止中且电力控制中的时机。
另外，在本发明中，规定的检测时机可以是不同的多次的时机。在该情况下，修正构件可以根据多次的规定的检测时机之间的第一元件温度的变化比例，修正由第二构件推定的传感器元件的温度相对于加热器的电阻的变化比例。
另外，在本发明中，废气传感器的控制装置可以还具有在第一元件温度和第二元件温度之间的差异超过基准值的情况下判定废气传感器异常的构件。
另外，在本发明中，废气传感器的控制装置可以是对第一废气传感器和第二废气传感器这两个废气传感器进行控制的控制装置，所述第一废气传感器设置在排气路径的催化剂的上游，所述第二废气传感器设置在催化剂的下游。在该情况下，可以还具有在由第二构件推定的第一废气传感器的传感器元件的温度和由第二构件推定的第二废气传感器的传感器元件的温度之间的差异超过基准值的情况下、判定第一废气传感器以及/或者废气传感器异常的构件。
另外，在本发明中，废气传感器可以是用于检测排气路径的废气中的NOx量的NOx传感器。
发明的效果
根据本发明，根据固体电解质的阻抗和加热器的电阻，分别推定传感器元件的温度，并根据与阻抗相应的传感器元件的温度和与加热器电阻相应的传感器元件的温度之间的差异，修正根据加热器电阻检测出的传感器元件的温度。因此，在因随着时间而劣化等而导致加热器的电阻产生了变化的情况下，也可以对其进行修正，可以提高与加热器电阻相应的传感器元件的温度检测的精度。
另外，尤其是，由于阻抗与传感器元件的温度之间的关系在一定程度较高的温度时稳定，因此，在处于较高的温度的区域中，与阻抗相应的传感器元件的温度检测的精度高。在这方面，若根据在传感器元件的温度比基准温度高时检测到的第一元件温度和第二元件温度，对与加热器电阻相应的传感器元件的温度进行修正，则可以更正确地对与加热器电阻相应的传感器元件的温度进行修正。因此，可以提高基于加热器电阻的温度检测的精度。
另外，例如，在内燃机的燃料切断中或怠速停止中，废气温度低。因此，若使用于推定用于修正的第一、第二元件温度的、对阻抗和加热器电阻进行检测的规定的检测时机为内燃机的燃料切断运转中或怠速停止中，则可以明确地检测第一元件温度和第二元件温度之间的差异。因此，可以进行更正确的修正。
另外，在从尿素SCR系统的尿素水添加阀添加的尿素水添加量少的情况下，被排出的NOx量变少。因此，若将尿素水添加量比基准量少时作为规定的检测时机，则可以将由为了进行废气传感器即NOx传感器的传感器元件温度的修正而检测第一、第二元件温度这样的控制对其他控制产生的影响抑制得小。
另外，在内燃机的运转停止中，根据外部气温或废气温度，设定传感器元件的温度的上限值即上限温度，在比该上限温度低时，阶段性地控制向加热器的电力供给，若如上所述构成，则例如可以在排气路径避开冷凝水地进行传感器元件的温度修正。
附图说明
图1是用于说明本发明实施方式1中的系统的整体结构的概略示意图。
图2是用于说明本发明实施方式1中的NOx传感器的结构的概略示意图。
图3是用于说明本发明实施方式1中的固体电解质的阻抗与元件温度之间的关系的图。
图4是用于说明本发明实施方式1中的加热器电阻与元件温度之间的关系的图。
图5是用于说明在本发明实施方式1中控制装置执行的控制的程序的流程图。
图6是用于说明本发明实施方式2的控制的时序图。
图7是用于说明在本发明实施方式2中控制装置执行的控制的程序的流程图。
图8是用于说明本发明实施方式3的控制的时序图。
图9是用于说明在本发明实施方式3的控制中设定的元件温度的上限温度的图。
图10是用于说明在本发明实施方式3中控制装置执行的控制的程序的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明实施方式。另外，在各图中，针对相同或相当的部分，标注相同附图标记并简化或省略其说明。
实施方式1.
图1是用于说明本发明实施方式1的系统的整体结构的图。图1所示的系统搭载于车辆而被使用。在图1所示的系统中，在内燃机2的排气路径4中设置有作为颗粒物捕获用过滤器的DPF(Diesel ParticulateFilter：柴油颗粒过滤器)6。虽省略图示，但在DPF6中组合地配置有氧化催化剂。DPF6是捕获废气中含有的颗粒状物质(PM：particulatematter)的过滤器。
在排气路径4的DPF6的下游配置有尿素SCR(Selective CatalyticReduction：选择性催化还原)系统8(以下也称为“SCR系统”)。SCR系统8具有尿素喷射阀10和选择还原型NOx催化剂12。尿素喷射阀10在NOx催化剂12上游向排气路径4内喷射尿素水。NOx催化剂12将由尿素水生成的氨作为还原剂，将废气中的NOx还原来净化废气。
在排气路径4的、DPF8的下游且NOx催化剂12的上游，设置有NOx传感器14(第一废气传感器)和空燃比传感器16。在NOx催化剂12的下游配置有NOx传感器18(第二废气传感器)。
该系统具有控制装置20。在控制装置20的输入侧，除连接有NOx传感器14、空燃比传感器16以及NOx传感器18之外，还连接有内燃机2的各种传感器。另外，在控制装置20的输出侧，连接有内燃机2的尿素水喷射阀10、其他各种促动器。控制装置20基于来自各种传感器的输入信息执行规定的程序，使各种促动器等工作，从而执行与内燃机2的运转相关的各种控制。
图2是用于说明本实施方式1的NOx传感器14的传感器元件的结构的示意图。另外，虽然以NOx传感器14为例进行说明，但NOx催化剂12的下游侧的NOx传感器18也是具有相同的结构的传感器。
NOx传感器14是1单元型的传感器。具体来说，如图2所示，NOx传感器14的传感器元件具有固体电解质30。隔着固体电解质30在两侧配置有由检测极32和基准极34构成的一对电极。在固体电解质30的配置有基准极34侧的表面侧，配置有具有规定的凹部36a的绝缘基板36。基准极34配置在由绝缘基板36的凹部36a和固体电解质30形成的空间内。成为如下结构：检测极32与废气接触，基准极34与被导入到基准极34所配置的空间内的大气接触。另外，在绝缘基板36内形成有加热器38。
成为如下结构：在一对电极即检测极32与基准极34之间，经由用于进行NOx量检测的电路等施加规定的电压，并且，在检测极32与基准极34之间，施加用于进行元件温度检测的规定的交变电压(交流电压)。另外，经由电路等对加热器38施加规定的电压。
在本实施方式中，控制装置20执行的控制包括根据NOx传感器14的输出信号来检测SCR系统8上游的废气中含有的NOx量的控制。在检测NOx量时，在检测极32和基准极34之间施加规定的电压。通过施加电压，检测极32上的NOx被分解且电流流到固体电解质30。控制装置20通过检测该电流来推定废气中的NOx量。控制装置20根据推定出的NOx量，进行例如自尿素喷射阀10喷射的尿素水的喷射量的控制等。
另外，控制装置20将NOx传感器14的传感器元件的温度(以下也称为“元件温度”)控制在适当的温度，以使NOx传感器14产生与NOx量相应的正确的输出。
具体来说，控制装置20推定元件温度，并基于推定出的元件温度控制向加热器38施加的电压，从而控制元件温度。元件温度根据加热器38的电阻和固体电解质30的阻抗分别推定。另外，在以下的实施方式中，为了便于说明，将根据阻抗推定的元件温度也称为“元件温度Ti”，将根据加热器38的电阻推定的元件温度也称为“元件温度Tr”。
首先，对基于固体电解质30的阻抗的元件温度Ti的推定进行说明。图3是用于说明本实施方式1中的固体电解质30的阻抗与元件温度Ti之间的关系的图。在图3中，横轴表示元件温度Ti、纵轴表示固体电解质30的阻抗。
在检测阻抗时，在检测极32和基准极34之间施加阻抗检测用的交变电压(交流电压)。如图3所示，检测到的固体电解质30的阻抗与元件温度具有恒定的相关性。具体而言，处于如下关系：固体电解质30的阻抗随着元件温度上升而减小。因此，可以根据固体电解质30的阻抗的检测值来推定元件温度Ti。另外，固体电解质30的阻抗与元件温度之间的个别的具体关系通过实验等求出。该关系作为映射图或运算式(以下简称为“映射图等”)预先存储在控制装置20中。在实际的控制中，控制装置20按照确定了阻抗与元件温度Ti之间的关系的映射图等，根据检测到的阻抗求出元件温度Ti。
接着，对基于加热器38的电阻的元件温度Tr的推定进行说明。图4是用于说明本实施方式1中的元件温度与加热器38的电阻之间的关系的图。在图4中，横轴表示元件温度、纵轴表示加热器38的电阻值(以下也称为“加热器电阻R”)。另外，在图4中，线Tr表示加热器电阻R与元件温度Tr之间的关系。另外，线Ti表示与加热器电阻R的各值时的阻抗相应地检测到的元件温度Ti。另外，线Tr1表示进行了后述的修正之后的加热器电阻R与元件温度Tr之间的关系。
如图4所示，加热器电阻R与元件温度具有恒定的相关性。更具体地说，具有如下关系：若加热器电阻R增加，则元件温度也成比例地增加。因此，可以根据加热器电阻R的检测值推定元件温度。如上所述的加热器电阻R与元件温度Tr之间的个别的具体关系通过实验等求出。该关系作为映射图等存储在控制装置20中。在实际的控制中，控制装置20按照确定了加热器电阻R与元件温度之间的关系的映射图等，根据加热器电阻R求出元件温度Tr。
顺便说一下，上述阻抗和元件温度Ti在传感器元件例如处于比400℃～500℃高的范围内时稳定地示出相关关系。但是，在传感器元件例如处于比300℃低的温度区域的情况下，该相关关系的波动容易增大。因此，在传感器元件处于低温度区域时，根据阻抗检测的元件温度Ti容易产生偏差。
另一方面，加热器电阻R和元件温度在处于低温度区域的情况下也示出稳定的相关关系。即，即便在传感器元件处于低温度区域的情况下，也可以根据加热器电阻R比较正确地检测元件温度Ti。
但是，由于加热器38由包括铂等金属在内的材料形成，因此，因随着时间而劣化等，有时导致加热器38的粗细和长度产生变化。若加热器38的粗细和长度产生变化，则加热器电阻R产生变化，因此，加热器电阻R与元件温度Tr之间的关系会产生偏差。其结果是，如图4所示，在根据加热器电阻R求出的元件温度Tr和根据阻抗求出的元件温度Ti之间会产生偏差。
如上所述，在本实施方式1中，作为传感器元件的推定温度，对与阻抗相应的元件温度Ti和与加热器电阻R相应的元件温度Tr这两个元件温度进行比较，从而检测废气传感器的异常或求出元件温度。
具体来说，在比阻抗与元件温度Ti之间的关系稳定的温度即基准温度高的温度区域的某时机(检测时机)，检测固体电解质30的阻抗和加热器电阻R0。另外，在此，基准温度是表示阻抗和元件温度Ti处于稳定的相关关系的温度。基准温度具体而言为300℃以上，更优选为400℃～500℃，或者也可以为该优选温度以上的温度。但是，基准温度并不限定于这些温度，由于基准温度根据固体电解质30的材料等而不同，因此，个别且具体通过实验等适当设定。
在检测出阻抗和加热器电阻R0之后，计算与阻抗相应的第一元件温度Ti0和与加热器电阻R0相应的第二元件温度Tr0。在计算出的第一元件温度Ti0与第二元件温度Tr0之间的偏差|Ti0-Tr0|不在能够修正的容许范围内的情况下，可认为检测元件温度Ti或Tr的机构的任一个产生了异常。在该情况下，判定为NOx传感器14存在异常。在此，作为是否处于容许范围的判断基准，设定容许范围的下限值附近的值即第一基准值X1。第一基准值X1根据所要求的温度控制的精度等个别地确定，并预先存储在控制装置20中。
另一方面，在虽然在第一元件温度Ti0和第二元件温度Tr0之间产生偏差但处于容许范围内(比第一基准值X1小的范围)的情况下，根据偏差|Ti0-Tr0|，修正加热器电阻R与元件温度Tr之间的关系。具体而言，例如，将偏差|Ti0-Tr0|作为偏移(offset)修正值，对相对于加热器电阻R的元件温度Tr进行偏移修正。即，如图4的线Tr1所示，第二元件温度Tr与加热器电阻R之间的关系被修正，以使偏差|Ti0-Tr0|的量一律被加在元件温度Tr上。
如上所述，阻抗和加热器电阻R是在比基准温度高的温度区域检测出的，因此，可以预想阻抗与元件温度Ti之间的关系处于稳定的状态，并且第一元件温度Ti0接近实际的元件温度。因此，根据与第一元件温度Ti0相应的偏移修正值，修正加热器电阻R与元件温度Tr之间的关系，从而可以正确地修正加热器电阻R与元件温度Tr之间的关系。
另外，作为是否在两元件温度Ti0、Tr0之间产生元件温度Tr与加热器电阻R之间的关系需要进行修正这种程度的偏差的判断基准，第二基准值X2被设定。第二基准值X2根据所要求的温度控制的精度等个别地确定并预先存储在控制装置20中。在虽然偏差|Ti0-Tr0|比第一基准值小但比第二基准值X2大的情况下，如上所述，对加热器电阻R与元件温度Tr之间的关系进行偏移修正。
在偏差|Ti0-Tr0|为第二基准值X2以下的情况下，可认为第一、第二元件温度Ti0、Tr0不存在偏差且元件温度Ti和元件温度Tr都已正确地检测出。因此，不特别进行元件温度的修正，NOx传感器14被判定为正常。
图5是用于说明在本发明实施方式中控制装置20执行的控制的程序的流程图。图5的程序是在内燃机2的运转中以恒定周期反复执行的程序。
若开始图5的程序，则首先判别前提条件是否成立等(S102)。前提条件是稳定地执行NOx传感器14的异常判定、元件温度修正所需的条件，预先存储在控制装置20中。例如，前提条件是处于内燃机2的预热完成后的运转中，当前的元件温度Ti或元件温度Tr是否变得比基准温度高等。当在步骤S102中前提条件的成立不被确认时，暂时结束本次的处理。
另一方面，当在步骤S102中前提条件的成立被确认时，接着，检测加热器电阻R0和固体电解质30的阻抗(S104)。加热器电阻R0和阻抗的检测时机是同时，或者在任一方产生响应延迟的情况下，考虑该延迟量，在可认为实质上相同的规定时机由控制装置20进行检测。
接着，分别计算第一元件温度Ti0和第二元件温度Tr0并计算两者的偏差|Ti0-Tr0|(S106)。具体而言，根据在步骤S104中检测到的固体电解质30的阻抗，计算第一元件温度Ti0。另外，根据加热器电阻R0计算第二元件温度Tr0。根据计算出的第一元件温度Ti0、第二元件温度Tr0，计算两元件温度的偏差|Ti0-Tr0|。
接着，判别偏差|Ti0-Tr0|是否比第一基准值X1小(S108)。如上所述，第一基准值X1是预先存储在控制装置20中的判断的基准值。
当在步骤S108中|Ti0―Tr0|＜X1的成立不被确认时，可认为第一元件温度Ti0和第二元件温度Tr0的偏差大到不能进行修正的程度。因此，NOx传感器14被判定为异常(S110)。在该情况下，执行警告灯的点亮等通过另外的控制程序已设定的异常时的处理。在步骤S110的异常判定之后，结束本次的处理。
另一方面，当在步骤S108中|Ti0-Tr0|＜X1的成立被确认时，接着，判别偏差|Ti0-Tr0|是否比第二基准值X2大(S112)。如上所述，第二基准值X2是预先存储在控制装置20中的判断的基准值。
当在步骤S112中|Ti0-Tr0|>X2的成立不被确认时，NOx传感器14被判定为正常(S114)。即，在偏差|Ti0-Tr0|为第二基准值X2以下的情况下，判断为第一、第二元件温度Ti0、Tr0未产生需要进行修正这种程度的偏差。因此，此后不特别进行温度修正等处理，本次的处理暂时结束。
另一方面，当在步骤S112中|Ti0-Tr0|>X2的成立被确认时，接着，加热器电阻R与元件温度Tr之间的关系根据在步骤S106中计算出的偏差|Tr0-Ti0|被修正(S116)。此后，本次的处理结束。
如以上说明所述，根据本实施方式1，根据加热器电阻R计算的元件温度Tr由修正值修正，该修正值根据元件温度处于一定程度较高的温度区域时的第一元件温度Ti0求出。由此，即便在加热器38中的一些劣化被确认的情况下，也与加热器38劣化的状态相匹配地，修正元件温度Tr与加热器电阻R之间的关系。因此，例如，即便在通过阻抗不能正确地检测温度的低温度区域，也可以基于加热器电阻R，更正确地推定元件温度。
另外，根据本实施方式1，在偏差|Ti0-Tr0|为第二基准值X1以上的情况下，判断为元件温度Ti和元件温度Tr的偏离大到不能进行修正的程度，判断为NOx传感器14异常。因此，可以有效防止由劣化的NOx传感器14引起的温度的误检测、以及误判定。
另外，在本实施方式1中，在图2中对NOx传感器14的结构进行了说明。但是，在本发明中，NOx传感器14并不限于该结构，只要是隔着固体电解质具有一对电极和加热器的结构即可，也可以是其他结构。这对于以下的实施方式也相同。
另外，在本实施方式1中，对在SCR系统8的上游以及下游分别具有NOx传感器14、18并在SCR系统8的上游具有空燃比传感器16的情况进行了说明。但是，在本发明中，NOx传感器和空燃比传感器16的设置位置并不限于此。另外，在本发明中，对NOx传感器14的温度修正进行了说明。但是，本发明并不限于此，也可以将同样的异常判定以及温度修正应用于NOx传感器18、空燃比传感器16、除此之外的具有固体电解质和设置于其两侧的一对电极这种类型的其他的NOx传感器等。这对于以下的实施方式也相同。
另外，在本实施方式1中，对仅在偏差|Ti0-Tr0|比第二基准值X2大的情况下修正加热器电阻R与元件温度Tr之间的关系的情况进行了说明。但是，本发明并不限于进行如上所述的判别，也可以构成为，无论偏差|Ti0-Tr0|的大小如何，都修正加热器电阻R与元件温度Tr之间的关系。这对于以下的实施方式也相同。
另外，如本实施方式1那样，在空燃比传感器16配置在NOx传感器14附近的情况下，在相同的时机检测NOx传感器14以及空燃比传感器16的元件温度，对该元件温度进行比较，在两者的元件温度之差大到基准以上的情况下，也可以进行NOx传感器14或空燃比传感器16的异常判定。在该情况下，既可以进行基于上述第一、第二元件温度Ti0、Tr0的异常判定以使判定精度提高，或者也可以不进行基于第一、第二元件温度Ti0、Tr0的异常判定。另外，进行比较时使用的NOx传感器14和空燃比传感器16各自的元件温度既可以是与阻抗相应的元件温度，也可以是与加热器电阻相应的元件温度。另外，例如如本实施方式1中已说明的那样，针对NOx传感器14和空燃比传感器16，分别求出根据第一元件温度Ti0修正与加热器电阻R相应的元件温度Tr后得到的元件温度，可以使用这些修正后的元件温度。通过对如上所述修正后的元件温度Tr进行比较，可以更可靠地进行废气传感器的异常判定。这对于以下的实施方式也相同。
另外，并不限于多个传感器靠近地配置的情况，也可以根据例如如NOx传感器14与NOx传感器18之间的关系那样隔着SCR系统8而配置的两个传感器的元件温度，进行传感器的异常判定。在该情况下也同样地，对NOx传感器14和NOx传感器18的元件温度分别进行比较，但此时，推定从NOx传感器14起直至到达NOx传感器18为止的废气的温度降低量，考虑上述温度降低量进行元件温度的比较。由此，在相同类型的传感器处于比较远的位置的情况下，也可以通过元件温度的比较来进行异常判定。这对于以下的实施方式也相同。
另外，在本实施方式1中，针对如下情况进行了说明：通过一律加上偏差|Ti0-Tr0|，对加热器电阻R与元件温度Tr之间的关系进行偏移修正。在此，可认为若因加热器38的劣化而导致加热器电阻R的长度和宽度变化，则加热器电阻R与温度之间的关系产生偏移偏差。因此，在加热器电阻R与温度Tr之间的关系中，一律加上基于偏差|Ti0-Tr0|的偏移修正值的偏移修正是有效的。但是，本发明并不限于如上所述的修正方法，也可以使用与第一元件温度Ti0和第二元件温度Tr0之间的差异相关的其他参数(例如比等)，对元件温度Tr与加热器电阻R之间的关系进行修正。这对于以下的实施方式也相同。
另外，在本实施方式1中，针对如下情况进行了说明：对元件温度Tr与加热器电阻R之间的关系进行修正。但是，本发明并不限于此，也可以通过其他方法进行修正。例如，在基于存储在控制装置20中的第二元件温度Tr与加热器电阻R之间的关系，计算出元件温度Tr之后，既可以通过基于第一、第二元件温度Ti0、Tr0的差异而计算出的修正值，对元件温度Tr进行修正，也可以求出针对根据第一元件温度Ti0和第二元件温度Tr0之间的差异检测到的加热器电阻R的修正值，对加热器电阻R的检测值进行修正。这对于以下的实施方式也相同。
另外，在本实施方式1中，针对如下情况进行了说明：将被修正了的元件温度Tr用于传感器元件的温度控制。但是，由于元件温度和废气温度在一定程度上连动地变化，因此，通过正确地检测元件温度，可以在一定程度上正确地推定废气温度。因此，可以将本实施方式1中的NOx传感器14、18和空燃比传感器16用作检测废气的温度的温度传感器。另外，通过使用在此被修正了的、基于加热器电阻R的元件温度Tr，可以更正确地检测废气温度。这对于以下的实施方式也相同。
实施方式2.
实施方式2的系统以及NOx传感器的结构与在图1、图2中所示的相同。另外，在实施方式2的系统中也通过修正元件温度Tr与加热器电阻R之间的关系来进行温度修正的控制，但该修正的方法与实施方式1的系统不同。
图6是用于说明本发明实施方式2中的进行温度修正的情况下的控制的时序图。如图6所示，在本实施方式2的系统中，用于算出修正值的、阻抗和加热器电阻R的检测时机为燃料切断运转中(图中记载为“F/C”)。这是因为：由于在燃料切断运转中排气温度低，因此，成为容易明确地检测第一元件温度Ti0和第二元件温度Tr0之间产生的偏差的状态。另外，在燃料切断运转中，NOx排出量少。因此，即便为了算出NOx传感器14的修正值而使由NOx传感器14进行的NOx量的检测停止，对系统带来的影响也小。因此，本实施方式2中的算出修正值的控制在燃料切断运转中执行。
另外，在本实施方式2的系统中，为了算出修正值，在燃料切断运转中进行加热器38的开启/关闭控制，在所述开启/关闭控制中，使对加热器38施加电压的状态和电压施加停止的状态交替地反复。阻抗和加热器电阻R在加热器38的开启/关闭控制期间被监视，由此，分别求出第一元件温度Ti0和第二元件温度Tr0的变化，根据两者的差异检测出修正值。
具体来说，如图6的时序图所示，在时刻a1，开始燃料切断运转，与此同时关闭加热器38。在加热器38关闭后，元件温度(实际温度)逐渐降低。此后，在时刻a2，加热器38再次开启。若开启加热器38，则元件温度(实际温度)再次开始上升。进而，在时刻a3，加热器38再次关闭。元件温度(实际温度)开始降低。
如上所述，在燃料切断运转中，通过进行加热器38的开启/关闭控制，强制性地使元件温度变动。通过在该状态下连续地检测阻抗和加热器电阻R，可以连续地检测第一元件温度Ti0的变化和第二元件温度Tr0的变化，并求出多个点处的第一元件温度Ti0和第二元件温度Tr0。
在本实施方式2中，例如通过将上述多个点处的第一元件温度Ti0和第二元件温度Tr0之差平均化，来计算要一律修正加热器电阻R与元件温度Tr之间的关系的偏移修正值Y0。由此，对加热器电阻R与元件温度Tr之间的关系进行偏移修正。
另外，除偏移修正值Y0之外，还进行对相对于加热器电阻R的元件温度Tr的变化比例(图4中的线Tr的斜度)进行修正的增益修正。具体而言，根据被监视的第一元件温度Ti0、第二元件温度Tr0，求出各自的变化比例的平均值，并计算相对于第二元件温度Tr0的变化比例的、第一元件温度Ti0的变化比例。将其作为增益修正值Z0对相对于加热器电阻R的元件温度Tr的变化比例(图4的线Tr的斜度)进行修正，从而对加热器电阻R与元件温度Tr之间的关系进行增益修正。
例如，在加热器38产生了氧化等的情况下，构成加热器38的材料的组分产生了变化。在这种情况下，相对于加热器电阻R的元件温度Tr的变化比例会产生偏差。在本实施方式2中，可以通过增益修正，对这种偏差进行修正。
另外，在本实施方式2中，不仅使用偏移修正值Y0(即偏差|Ti0-Tr0|的平均)，而且也使用增益修正值Z0，进行NOx传感器14的异常判定以及是否处于需要进行修正的范围的判定。具体而言，在如上所述计算出的偏移修正值Y0的绝对值|Y0|比第一偏移基准值Y1大且增益修正值Z0的绝对值Z0为第一增益基准值Z1以上的情况下，判定为NOx传感器14异常。在此，第一偏移基准值Y1和第一增益基准值Z1分别是元件温度Tr与元件温度Ti的偏差是否处于容许范围的判断的基准值，根据所要求的温度控制的精度等个别地确定并预先存储在控制装置20中。
另外，同样地，在偏移修正值Y0的绝对值|Y0|比第一偏移修正值Y1小且为第二偏移修正值Y2以上、并且增益修正值Z0比第一偏移修正值Z1小且为第二增益修正值Z2以上的情况下，判定元件温度Tr产生的偏差处于容许范围内，如上所述修正加热器电阻R与元件温度Tr之间的关系。另一方面，在偏移修正值Y0的绝对值|Y0|比第二偏移修正值Y2小且增益修正值Z0比第二增益修正值Z2小的情况下，判断为元件温度Tr未产生偏差，并NOx传感器14被判断为正常。另外，第二偏移修正值Y2和第二增益修正值Z2分别是是否需要修正的判断的基准值，根据所要求的温度控制的精度等个别地确定并预先存储在控制装置20中。
图7是用于说明在本发明实施方式2中控制装置20执行的控制的程序的流程图。图7的程序在内燃机2的运转中以恒定周期反复执行。图7的程序在步骤S202中，与图5的步骤S102同样地，判别前提条件的成立是否被确认，在成立不被确认的情况下，本次的处理结束。
另一方面，当在步骤S202中前提条件的成立被确认时，接着，判别是否处于燃料切断运转中(S204)。当在步骤S204中处于燃料切断运转中这种情况不被确认时，本次的处理结束。
另一方面，当在步骤S204中处于燃料切断运转中这种情况被确认时，接着，执行加热器38的开启/关闭的控制(S206)。在此，向加热器38施加电压的状态和向加热器38的电压施加停止的状态以规定周期反复。
在该状态下第一元件温度Ti0和第二元件温度Tr0被监视(S208)。第一元件温度Ti0按照确定了阻抗与元件温度Ti之间的关系的映射图等，根据阻抗求出。另一方面，第二元件温度Tr0按照确定了加热器电阻R与元件温度Tr之间的关系的映射图等，根据加热器电阻R求出。
接着，判别第一元件温度Ti0和第二元件温度Tr0的监视是否完成(S210)。即，判别步骤S208的第一元件温度Ti0和第二元件温度Tr0的监视是否进行到了各修正值Y0、Z0的计算所需的程度。具体而言，例如能够根据自监视开始起的经过时间是否超过了规定时间等来进行判别。当在步骤S210中第一、第二元件温度Ti0、Tr0的检测完成不被确认时，再次返回步骤S204，如上所述执行步骤S204～S210的处理。
另一方面，在第一、第二元件温度Ti0、Tr0的检测完成被确认时，接着，加热器38的开启/关闭的控制被停止(S212)。接着，根据检测到的第一、第二元件温度Ti、Tr，计算对第二元件温度Tr与加热器38的电阻之间的关系进行修正的偏移修正值Y0和增益修正值Z0(S214)。偏移修正值Y0和增益修正值Z0通过控制装置20的规定处理而求出。
接着，判别是否为偏移修正值Y0的绝对值|Y0|比第一偏移基准值Y1小且增益修正值Z0比第一增益基准值Z1小(S216)。在此，第一偏移基准值Y1、第一增益基准值Z1是预先存储在控制装置20中的值。
当在步骤S216中|Y0|＜Y1且Z0＜Z1的成立不被确认时，判定为NOx传感器14存在异常(S218)，执行警告灯的点亮等规定的控制之后，本次的处理结束。
另一方面，当在步骤S216中|Y0|＜Y1且Z0＜Z1的成立被确认时，接着，判别是否为偏移基准值Y0的绝对值|Y0|比第二偏移基准值Y2小且增益修正值Z0比第二增益基准值Z2小(S220)。第二偏移基准值Y2以及第二增益基准值Z2是预先存储在控制装置20中的值。
当在步骤S220中|Y0|＜Y2且Z0＜Z2的成立不被确认时，加热器电阻R与第二元件温度Tr之间的关系根据偏移修正值Y0、增益修正值Z0被修正(S222)。此后，本次的处理结束。
另一方面，当在步骤S218中|Y0|＜Y2且Z0＜Z2的成立被确认时，在第二元件温度Tr0和第一元件温度Ti0之间没有偏差或偏差极小，NOx传感器14被判定为正常(S224)。在该情况下，不需要特别进行修正等，因此，本次的处理直接结束。
如以上说明所述，根据本实施方式2，在燃料切断运转中通过加热器38的开启/关闭的控制使元件温度变化，从而检测多个点处的第一元件温度Ti0、第二元件温度Tr0的变化。由此，能够以更高的精度判定NOx传感器的异常或进行传感器元件的温度检测值的修正。
另外，在本实施方式2中，对在燃料切断运转中的时机检测第一、第二元件温度Ti0、Tr0并计算修正值的情况进行了说明。这是因为：若处于燃料切断中，则废气温度和NOx浓度低，因此，可以将控制影响抑制得小，可以更正确地检测元件温度Ti、Tr的偏差。但是，在本发明中，第一、第二元件温度Ti0、Tr0的监视并不限于该时机，也可以在其他运转状态下进行。其中，优选废气温度低、NOx排出量少的环境，具体来说，例如除燃料切断运转中之外，优选怠速停止控制中的内燃机2的停止时或SCR系统的尿素添加量比基准添加量少的情况等。
另外，在实施方式2中，针对如下情况进行了说明：基于在加热器38的开启/关闭控制中被监视的第一、第二元件温度Ti0、Tr0，计算偏移修正值Y0、增益修正值Z0，并对加热器电阻R与元件温度Tr之间的关系进行偏移修正以及增益修正。但是，在本发明中，修正的方法并不限于此。例如，也可以在加热器38的开启/关闭控制中的2次以上的检测时机，求出第一、第二元件温度Ti0、Tr0，由此，计算偏移修正值Y0和增益修正值Z0。
另外，并不限于一同进行偏移修正、增益修正，也可以构成为，在燃料切断中等规定的条件下，一次或多次检测第一元件温度Ti0和第二元件温度Tr0，针对加热器电阻R与元件温度Tr之间的关系，进行偏移修正和增益修正中的任一方。
另外，除此之外，修正的方法并不限于此，只要是根据一次或多次检测到的第一元件温度Ti0和第二元件温度Tr0之间的差异(差或比等)利用其他方法修正加热器电阻R与元件温度Tr之间的关系的方法即可。
另外，例如修正的对象也不限于加热器电阻R与元件温度Tr之间的关系，例如既可以直接修正加热器38的电阻R的检测值，也可以修正基于加热器电阻R与元件温度Tr之间的关系计算出的元件温度Tr。
实施方式3.
实施方式3的系统以及NOx传感器具有与图1、图2的系统以及NOx传感器相同的结构。实施方式3的系统除基于在内燃机2的停止中在使施加于加热器38的电压阶段性地变化时检测的元件温度、进行第二元件温度Tr的修正这方面之外，通过与实施方式2的系统相同的控制，进行第二元件温度Tr的修正。
图8是用于说明本发明实施方式3中的控制的时序图。在实施方式3的系统中，进行控制以使向加热器38施加的电压从加热器38在内燃机2停止了的时刻a1一度关闭的状态阶段性地增大。在该状态下，由于向加热器38施加的电压一度减小，因此，元件温度(实际温度)从内燃机2停止后开始缓慢下降后逐渐上升。
另外，在该阶段性的电压施加的控制中，也可以不以恒定的比例使施加电压增加。例如在外部气温升高的情况下，也可以进行使增加量减小等设定。
在这样的控制中对阻抗和加热器电阻R进行监视，并对与其相应的第一、第二元件温度Ti0、Tr0的变化进行监视和检测。根据该控制中的第一、第二元件温度Ti0、Tr0，与实施方式2的情况同样地，计算偏移修正值Y0和增益修正值Z0。进而，根据偏移修正值Y0和增益修正值Z0，与实施方式2的系统同样地，判定NOx传感器14的异常或进行NOx传感器14的输出修正。
另外，在本实施方式3的使施加电压上升的控制中，求出在排气路径4内产生结露水的温度，将该温度作为上限温度进行电压施加。即，在电压施加的控制中检测元件温度Ti，在元件温度Ti比上限温度低的范围内，使施加电压阶段性地增加。
图9是用于说明在本发明实施方式3中设定的相对于外部气温的上限温度的图。如图9所示，结露水的产生被预测的温度即上限温度与外部气温具有相关性，随着外部气温升高，上限温度也升高。图9所示那样的具体关系预先通过实验等求出，并作为映射图等存储在控制装置20中。上限温度基于该映射图等，与外部气温相应地被设定。
图10是用于说明在本发明实施方式3中控制装置20执行的控制的程序的流程图。图9的程序除在图7的程序的步骤S202之后、步骤S212的处理之前代替S204～S210而具有S302～S310的处理这方面之外，与图7的程序相同。在图9中，例如在元件温度比基准温度高等规定的前提条件的成立被确认后，判别内燃机2是否停止了(S302)。当在步骤S302中内燃机2的停止不被确认时，本次的处理结束。
另一方面，当在步骤S302中内燃机2的停止被确认时，接着，根据外部气温，设定修正中的上限温度(S304)。上限温度是在下次起动时不产生结露水的温度、或是用于即便在产生了结露水而被淋水的情况下也抑制NOx传感器14的劣化的温度，基于预先存储在控制装置20中的外部气温与上限温度之间的关系，设定与外部气温相应的上限温度。
接着，开始向加热器38施加电压的电压控制(S306)。具体而言，进行控制以使施加电压从当前的施加电压阶段性地变化。另外，施加电压与外部气温相应地被调节。
接着，在控制向加热器38施加的电压的环境下，监视第一元件温度Ti0、第二元件温度Tr0(S308)。即，将施加电压控制中作为阻抗和加热器电阻的连续的检测时机，根据阻抗连续地检测第一元件温度Ti0，并根据加热器电阻R连续地检测第二元件温度Tr0。
接着，判别当前的第一元件温度Ti0是否变得比上限温度高(S310)。在此，上限温度是在步骤S304中设定的温度。当在步骤S310中第一元件温度Ti0>上限温度的成立不被确认时，回到步骤S308。即，在步骤S310中，在直至第一元件温度Ti0>上限温度的成立被确认为止的期间，在进行向加热器38施加的电压的阶段性控制的环境下，进行第一、第二元件温度Ti0、Tr0的监视。
另一方面，当在步骤S310中第一元件温度Ti0>上限温度的成立被确认时，同样地进行图7程序的S212～S224的处理。由此，根据在向加热器38施加的电压阶段性增强的环境下被监视的第一元件温度Ti0、第二元件温度Tr0，NOx传感器14的异常被检测出或根据需要进行元件温度Tr的修正。
如以上说明所述，根据本实施方式3，可以在修正时的结露水的产生被抑制的环境下，基于第一元件温度Ti0、第二元件温度Tr0修正元件温度Tr。
另外，在本实施方式3中，对与外部气温相应地设定上限温度的情况进行了说明，但设定上限温度的参数并不限于外部气温。例如，也可以根据内燃机2的冷却水、废气温度进行设定。另外，也可以包括外部气温、冷却水和废气温度在内，根据多个参数来设定上限温度。
另外，在本实施方式3中，对如下情况进行了说明：通过控制向加热器38施加的电压，进行控制以使元件温度逐渐上升。但是，在本发明中，并不限于对施加电压进行控制，也可以对向加热器38供给的电力、电流进行控制等。
在以上实施方式中，在提及各要素的个数、数量、量、范围等数字时，除特别明示的情况和在原理方面明显特定于该数的情况之外，本发明并不限定于该提及的数字。另外，在该实施方式中说明的构造、制造工序等，除特别明示的情况和在原理方面明显特定于此的情况之外，并非是本发明所必须的。
附图标记说明
2  内燃机
4  排气路径
8  SCR系统
10 尿素水喷射阀
12 NOx催化剂
14 NOx传感器
16 空燃比传感器
18 NOx传感器
20 控制装置
30 固体电解质
32 检测极
34 基准极
36 绝缘基材
38 加热器

Claims (10)

1.一种废气传感器的控制装置，对配置于内燃机的排气路径的废气传感器进行控制，其特征在于，
所述废气传感器具有：
固体电解质；
一对电极，所述一对电极隔着所述固体电解质配置；以及
加热器，所述加热器对所述废气传感器的传感器元件进行加热，
所述废气传感器的控制装置具有：
第一构件，所述第一构件根据所述固体电解质的阻抗，推定所述传感器元件的温度；
第二构件，所述第二构件根据所述加热器的电阻，推定所述传感器元件的温度；以及
修正构件，所述修正构件根据第一元件温度和第二元件温度之间的差异，对由所述第二构件推定的所述传感器元件的温度进行修正，所述第一元件温度是由所述第一构件根据在规定的检测时机检测到的所述阻抗而推定出的温度，所述第二元件温度是由所述第二构件根据在与所述规定的检测时机对应的时机检测到的所述加热器的电阻而推定出的温度。
2.如权利要求1所述的废气传感器的控制装置，其特征在于，
所述第二构件基于所述加热器的电阻与所述传感器元件的温度之间的关系，推定所述传感器元件的温度，
所述修正构件根据所述第一元件温度和所述第二元件温度之间的差异，修正所述加热器的电阻与所述传感器元件的温度之间的关系。
3.如权利要求1或2所述的废气传感器的控制装置，其特征在于，
所述规定的检测时机是所述传感器元件的温度比基准温度高的期间的时机。
4.如权利要求1～3中任一项所述的废气传感器的控制装置，其特征在于，
所述规定的检测时机是所述内燃机的燃料切断运转中的时机、或所述内燃机的怠速停止控制中的停止中的时机、或从设置于所述排气路径的尿素SCR系统的尿素水添加阀添加的尿素水添加量比基准添加量少的内燃机的运转状态期间的时机。
5.如权利要求4所述的废气传感器的控制装置，其特征在于，
所述废气传感器的控制装置还具有进行加热器开启/关闭控制的构件，在所述加热器开启/关闭控制中，交替地实现向所述加热器供给电力的状态和电力供给停止的状态，
所述规定的检测时机是所述加热器开启/关闭控制中的时机。
6.如权利要求1～3中任一项所述的废气传感器的控制装置，其特征在于，
所述废气传感器的控制装置还具有：
在内燃机的运转停止中根据外部气温或废气温度或内燃机的冷却水的温度、设定所述传感器元件的温度的上限值即上限温度的构件；以及
在所述传感器元件的温度比上限温度低时、进行使向所述加热器供给的电力阶段性地上升的电力控制的构件，
所述规定的检测时机是所述内燃机的停止中且所述电力控制中的时机。
7.如权利要求1～6中任一项所述的废气传感器的控制装置，其特征在于，
所述规定的检测时机是不同的多次的时机，
所述修正构件根据多次的所述规定的检测时机之间的所述第一元件温度的变化比例，修正由所述第二构件推定的所述传感器元件的温度相对于所述加热器的电阻的变化比例。
8.如权利要求1～7中任一项所述的废气传感器的控制装置，其特征在于，
所述废气传感器的控制装置还具有在所述第一元件温度和所述第二元件温度之间的差异超过基准值的情况下判定所述废气传感器异常的构件。
9.如权利要求1～7中任一项所述的废气传感器的控制装置，其特征在于，
所述废气传感器的控制装置是对第一废气传感器和第二废气传感器这两个废气传感器进行控制的控制装置，所述第一废气传感器设置在所述排气路径的催化剂的上游，所述第二废气传感器设置在所述催化剂的下游，
所述废气传感器的控制装置还具有在由所述第二构件推定的所述第一废气传感器的传感器元件的温度和由所述第二构件推定的所述第二废气传感器的传感器元件的温度之间的差异超过基准值的情况下、判定所述第一废气传感器以及/或者所述废气传感器异常的构件。
10.如权利要求1～9中任一项所述的废气传感器的控制装置，其特征在于，
所述废气传感器是用于检测所述排气路径的废气中的NOx量的NOx传感器。
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