JP2010002192A - ガスセンサのヒータ劣化検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスセンサのセンサ素子を加熱するヒータの劣化を精度良く検出するヒータ劣化検出装置を提供する。
【解決手段】Ａ／Ｆセンサ２０及びＯ２センサ３０の各センサ素子２１，３１を加熱するヒータ２２，３２は、それぞれバッテリにより給電されている。ヒータ２２，３２の劣化が進行すると、当該ヒータ２２，３２のインピーダンスは増大する。その結果、ヒータ２２，３２のグランド側の端子電圧は、ヒータ２２，３２の劣化に伴って低下する。そのため、例えば、Ｏ２ヒータ３２のグランド側の端子電圧が所定の閾値以下になった場合に、当該Ｏ２ヒータ３２が劣化した旨を検出することが可能である。ＥＣＵ４０は、Ｏ２ヒータ３２の劣化検出に用いられる端子電圧を検出するに際し、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量を低減させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスセンサのセンサ素子を加熱するヒータの劣化を検出する劣化検出装置に関する。

この種のガスセンサには、酸素濃度を検出するＡ／ＦセンサやＯ２センサ、窒素酸化物濃度を検出するＮＯｘセンサ等があり、このようなガスセンサの検出値に基づき燃料噴射量等を制御することにより、エミッションの改善が図られている。さらに、この種のガスセンサにはセンサ素子を加熱するヒータが設けられており、内燃機関の始動時などセンサ素子が活性化していない場合に、当該センサ素子をヒータで加熱するようにしている。これにより、センサ素子の早期活性化を図り、内燃機関の始動時などにおけるエミッションの悪化を抑制している。

ところで、ヒータへ電力を供給する回路では、当該回路の短絡や断線が生じることがある。そこで、特許文献１記載の発明では、ヒータ両端の電位差などに基づいて上記回路の短絡や断線の有無を検出しようとしている。
特開平１１−６８１２号公報

一方、近年のエミッション低減要求の高まりに伴い、ヒータの短絡、断線のみならずヒータの経年劣化をも検出することが望まれている。しかしながら、特許文献１に記載の発明では、ヒータへ電力を供給する回路の短絡や断線は検出できたとしても、ヒータの劣化を検出することはできない。

これに対し、発明者らは、ヒータの端子電圧に基づいてヒータの劣化を検出することを検討した。すなわち、ヒータの劣化に伴って当該ヒータのインピーダンスは大きくなる。そこで、ヒータの端子電圧に基づいて、ヒータの劣化を検出することを検討した。この検討の結果、以下の問題が生じることを見出した。

ヒータの端子電圧は、当該ヒータへ電力を供給するバッテリの電圧（バッテリ電圧）の変化に追従して変化する。また、ヒータの劣化に伴う上記端子電圧の変化は、上記バッテリ電圧の変化に伴う上記端子電圧の変化と比較して特に大きなものではない。そのため、バッテリ電圧によっては、ヒータが劣化していないにも拘わらず、当該ヒータが劣化した旨が検出されてしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、ガスセンサを加熱するヒータの劣化を精度良く検出するヒータ劣化検出装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

本発明は、内燃機関からの排気中に含まれる特定成分の濃度を検出するセンサ素子、及びバッテリから電力供給されてセンサ素子を加熱するヒータを有するガスセンサに適用され、ヒータへの通電時における当該ヒータの端子電圧を検出し、検出した端子電圧に基づいてヒータの劣化を検出するガスセンサのヒータ劣化検出装置である。

特に、請求項１に記載の発明では、ヒータの劣化検出に用いられる端子電圧の検出に際し、バッテリにより給電されている他の電気負荷への通電量を低減させる。

ここで、上記ヒータのインピーダンスは当該ヒータの劣化により増大する。そのため、ヒータの劣化が進行すると、ヒータの端子電圧が変化する。そのため、ヒータの端子電圧に基づいて当該ヒータの劣化を検出することが考えられる。ところが、バッテリが劣化検出の対象であるヒータ以外の電気負荷にも給電している場合には、当該電気負荷による電力消費の増大に伴ってバッテリ電圧、すなわちヒータへの入力電圧が変化し、ヒータの端子電圧が変化してしまう。このように、ヒータの劣化以外の要因によっても当該ヒータの端子電圧が変化することから、ヒータが劣化していないにも拘わらず、当該ヒータに劣化がある旨が検出されることが考えられる。

この点、請求項１に記載の発明によれば、ヒータの劣化検出に用いられる端子電圧の検出に際し、バッテリにより給電されている他の電気負荷、すなわちその時の劣化検出対象のヒータ以外の電気負荷への通電量を低減させているため、電気負荷による電力消費に起因する上記誤検出を抑制することができる。これにより、ヒータの劣化を精度良く検出することができる。

請求項２に記載の発明は、ガスセンサを複数備え、複数のガスセンサの各ヒータがバッテリにより給電されているセンサシステムに適用される。このようなセンサシステムにおいて、複数のガスセンサのヒータのうちいずれかを検出対象として劣化検出を行う場合には、その時の検出対象でない他のヒータによる電力消費が上記誤検出の主要因となり得る。すなわち、電気エネルギーを熱エネルギーへ変換するヒータの消費電力は比較的大きい。そのため、劣化検出の対象でない他のヒータによる電力消費により、劣化検出の対象であるヒータの端子電圧が大幅に変化する。

そこで、請求項２に記載の発明では、複数のガスセンサのヒータのうちいずれかを検出対象する劣化検出に際し、その時の検出対象でない他のヒータへの通電量を低減させる。これにより、劣化検出の対象であるヒータの端子電圧が電気負荷による電力消費によって変化することを効果的に抑制することができ、ひいては電気負荷による電力消費に起因する上記誤検出を一層抑制することができる。

上記請求項２に記載の発明においては、劣化検出の対象でないヒータへの通電量が低減される結果、当該ヒータに対応するセンサ素子の温度が低下し、当該センサ素子を用いた排気中に含まれる特定成分の濃度の検出結果に影響が及ぶことが懸念される。そこで、請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の発明において、ヒータへの通電量を低減させる前に、当該ヒータへの通電量を増大させる。

請求項３に記載の発明によれば、ヒータへの通電量を低減させる前に、ヒータへの通電量を増大させることにより、ヒータ素子の温度を上昇させることができる。これにより、ヒータの通電量を低減させた場合にも、当該ヒータに対応するセンサ素子の温度を一定温度以上に保持することができる。

請求項４に記載の発明では、請求項１から３に記載の発明において、ヒータの劣化検出に際し、その時の検出対象であるヒータ以外の電気負荷による電力消費が低消費状態である場合に、当該電気負荷への通電量の低減を許可する。

電気負荷による電力消費が大きい場合に当該電気負荷への通電量を低減させると、電気負荷の作動に及ぼす影響が大きい。この点、請求項４に記載の発明によれば、電気負荷による電力消費が低消費状態である場合に当該電気負荷への通電量が低減される。これにより、電気負荷の作動に及ぼす影響を抑制しつつ、ヒータの劣化を精度良く検出することができる。

請求項５に記載の発明では、バッテリにより給電されている他の電気負荷による電力消費が所定の低消費状態である場合に、端子電圧に基づくヒータの劣化検出を実施する。

バッテリにより給電されている他の電気負荷、すなわちヒータの劣化検出に際しその時の検出対象であるヒータ以外の電気負荷による電力消費が低消費状態である場合には、当該電気負荷による電力消費に起因するヒータの端子電圧の変化は小さくなる。そのため、請求項５に記載の発明のように、ヒータの劣化検出に際し、バッテリに給電されている他の電気負荷による電力消費が低消費状態である場合に、その時の劣化検出に用いられる端子電圧の検出を許可することにより、その時の検出対象であるヒータ以外の電気負荷による電力消費に起因する上記誤検出を抑制することができる。

請求項６に記載の発明は、ガスセンサを複数備え、複数のガスセンサの各ヒータがバッテリにより給電されているセンサシステムに適用される。そして、ヒータの劣化検出に際し、その時の検出対象でない他のヒータに対応するセンサ素子が活性化状態である場合に、電気負荷による電力消費が低消費状態であると判定する。

一般に、ヒータへの通電量はセンサ素子を活性化状態にすべく制御されることから、センサ素子が活性化状態となっている場合には、当該センサ素子を加熱するヒータへの通電量は小さくなる。そのため、請求項６に記載の発明のように、ヒータの劣化検出に際し、その時の検出対象でない他のヒータに対応するセンサ素子が活性化状態である場合に、電気負荷による電力消費が低消費状態であると判定することが可能である。

（第１の実施形態）
図１は、車載エンジン１０（内燃機関）を主体とするエンジンシステムの概要を示す図である。エンジン１０は多気筒４サイクルのガソリンエンジンであり、吸気管１１には吸気量を調整するスロットルバルブ１２が設けられ、その下流側の吸気ポート近傍には燃料を噴射するインジェクタ１３が設けられている。

インジェクタ１３から燃料が噴射されると、その噴射燃料と空気とにより混合気が形成され、当該混合気がエンジン燃焼室にて燃焼に供された後、排気が排気管１５に排出される。排気管１５には排気を浄化する触媒装置１６（排気浄化装置）が設けられており、当該触媒装置１６には、ＣＯ（一酸化炭素）及びＨＣ（炭化水素）を酸化するとともにＮＯｘ（窒素酸化物）を還元して浄化する三元触媒が採用されている。

触媒装置１６の排気流れ上流側には、排気中の酸素濃度を検出するためのＡ／Ｆセンサ２０が設けられている。触媒装置１６の排気流れ下流側には、排気中の酸素濃度を検出するためのＯ２センサ３０が設けられている。Ａ／Ｆセンサ２０は、実際の空燃比が目標空燃比（理論空燃比）となるようインジェクタ１３からの燃料噴射量をフィードバック制御するためのセンサである。

センサ２０，３０は、酸素濃度を検出するセンサ素子２１，３１と、当該センサ素子２１，３１を加熱するヒータ２２，３２と、センサ素子２１，３１及びヒータ２２，３２を収容するハウジング２３，３３とを備えて構成されている。

Ｏ２センサ素子３１は、空気過剰率λが１．０を下回ると例えば０．９Ｖの検出信号を出力し、超えなければ０Ｖの検出信号を出力するものである。つまり、Ｏ２センサ素子３１は、空気過剰率λが１を超えたか否かを２値検出する素子であると言える。一方、Ａ／Ｆセンサ素子２１は、空気過剰率λに比例した大きさの検出信号を出力するものであるため、空気過剰率λが１．０以外の領域についてもその空気過剰率λを検出することができる。Ａ／Ｆセンサ素子２１及びＯ２センサ素子３１には、両センサ素子２１，３１の温度を検出するインピーダンス回路（図示せず）が接続されている。両センサ素子２１，３１の検出信号はＥＣＵ４０に入力されるようになっている。

ヒータ２２，３２は、センサ素子２１，３１を加熱して活性化させるためのものである。特に、エンジン始動時に用いることで、センサ素子２１，３１を早期に活性化させることができる。なお、Ａ／Ｆセンサ素子２１の活性化温度（例えば約７５０℃）は、Ｏ２センサ素子３１の活性化温度（例えば約３００℃）よりも高い。また、Ａ／Ｆヒータ２２には、Ｏ２ヒータ３２と比べて大容量のヒータが採用されている。

図２に示すように、ヒータ２２，３２及びＥＣＵ４０は、バッテリ５０により給電されている。バッテリ５０は、図示しないオルタネータに発生した電力により充電されるようになっている。バッテリ５０には、ヒータ２２，３２及びＥＣＵ４０の他、電気負荷５１が接続されている。電気負荷５１では、ＥＣＵ４０の制御により、バッテリ５０による通電量の調整又はバッテリ５０による通電のオン・オフの切替が可能となっている。電気負荷５１としては、例えば、ＮＯｘセンサのヒータが考えられる。

ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータ（マイコン）４１を主体として構成された電子制御ユニットである。マイコン４１は、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、その都度のエンジン運転状態に応じてエンジンシステムの各種制御を実施する。

例えば、ＥＣＵ４０は、車両運転者のアクセル操作量に応じた要求吸気量となるようにスロットルバルブ１２の開度を制御（吸気量制御）する。また、混合気が所望する目標空燃比（例えば理論空燃比）となるように、インジェクタ１３による燃料噴射量を制御（噴射量制御）する。

また、ＥＣＵ４０は、Ａ／Ｆセンサ素子２１による検出信号に基づき、実際の空燃比が目標空燃比となるように、燃料噴射量をフィードバック制御する。そして、ＥＣＵ４０は、Ｏ２センサ３０により触媒装置１６の下流側の排気について空気過剰率λを検出し、検出した空気過剰率λが目標値になるように、上記目標空燃比を補正する。これにより、触媒装置１６内の酸素吸蔵量が適度な量となり、触媒装置１６の浄化効率が一定以上に保たれる。

また、ＥＣＵ４０は、Ａ／Ｆセンサ素子２１及びＯ２センサ素子３１を一定温度に保持すべく、Ａ／Ｆヒータ２２及びＯ２ヒータ３２の通電をデューティ制御している。これにより、センサ素子２１，３１は所定の活性状態に保たれる。

ＥＣＵ４０によるＯ２ヒータ３２の通電制御について詳しく説明すると、マイコン４１には、Ｏ２ヒータ３２への通電量を調整するＯ２ヒータ制御回路４２が接続されている。マイコン４１は、インピーダンス回路により検出される温度を所定の目標温度（例えば３００℃）に調整すべく、Ｏ２ヒータ３２への通電量に係るデューティ指令値を算出する。そして、マイコン４１は、算出したデューティ指令値に基づいてＯ２ヒータ制御回路４２を操作する。Ｏ２ヒータ制御回路４２は、デューティ指令値に応じたデューティの駆動信号によりスイッチング素子４３をオン・オフさせる。これにより、Ｏ２ヒータ３２への通電量が制御される。

Ａ／Ｆヒータ２２についてもＯ２ヒータ３２と同様にして、ＥＣＵ４０は、Ａ／Ｆセンサ素子２１の温度を所定の目標温度（例えば７５０℃）とすべく、Ａ／Ｆヒータ２２の通電制御を実施する。詳しくは、マイコン４１には、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量を調整するＡ／Ｆヒータ制御回路４４が接続されている。Ａ／Ｆヒータ制御回路４４は、マイコン４１により算出されたデューティ指令値に応じたデューティの駆動信号によりスイッチング素子４５をオン・オフさせる。これにより、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量が制御される。

図３は、Ｏ２ヒータ３２の温度と当該Ｏ２ヒータ３２のインピーダンスとの関係を示す特性図である。Ｏ２ヒータ３２のインピーダンスは、実線で示すグラフのようにヒータ温度が上昇するにつれてインピーダンスも上昇するが、破線で示すグラフのようにＯ２ヒータ３２が劣化することによっても上昇する。つまり、劣化によりインピーダンスが高くなると電流が流れにくくなることに起因して、所定電圧をＯ２ヒータ３２に印加しても所定温度まで上昇しないこととなる。すると、Ｏ２センサ素子３１の活性化が遅くなる、或いは、活性化温度（例えば約３００℃）を維持できなくなるとの不具合を招く。その結果、実際の空燃比を目標空燃比にすることを精度良くできなくなり、ひいては、触媒装置１６による排気浄化率が低下してしまう。

そこで、本実施形態では、Ｏ２ヒータ３２の劣化を検出するようにしている。以下、Ｏ２ヒータ３２の劣化検出処理について説明する。なお、上述したＯ２ヒータ３２の劣化に起因する問題は、Ａ／Ｆヒータ２２においても同様に生じる。そのため、本実施形態では省略しているが、以下に説明するＯ２ヒータ３２の劣化検出処理と同様にして、Ａ／Ｆヒータ２２の劣化を検出するようにしてもよい。

図２に示すように、劣化検出装置として機能するＥＣＵ４０には、ヒータ監視回路４６及びバッテリ電圧検出回路４７が備えられている。

ヒータ監視回路４６は、Ｏ２ヒータ３２のグランド側の端子電圧、すなわちＯ２ヒータ３２における電圧降下後の電圧を検出し、その検出結果をマイコン４１へ出力する回路である。例えば、ヒータ監視回路４６は、Ｏ２ヒータ３２のグランド側の電圧を分圧する分圧回路と、当該分圧回路の出力電圧をディジタル化するＡＤ変換回路とを備え、当該ＡＤ変換回路によりディジタル化された電圧（監視電圧）ＶＡＤをマイコン４１へ出力する。

バッテリ電圧検出回路４７は、ヒータ監視回路４６と同様にして、バッテリ５０の電源電圧（バッテリ電圧）をディジタル化し、ディジタル化したバッテリ電圧ＶＢＨをマイコン４１へ出力する回路である。なお、バッテリ電圧は、図示しないオルタネータに備えられたレギュレータがロータコイルに流す励磁電流を調整することで、変動抑制されるよう制御されている。この励磁電流は、バッテリ電圧ＶＢＨ及びエンジン回転速度等に基づき決定される。

ここで、上述の如く、Ｏ２ヒータ３２の劣化が進行すると、Ｏ２ヒータ３２のインピーダンスが増大し、Ｏ２ヒータ３２における電圧降下が増大する。その結果、ヒータ監視回路４６にて検出される監視電圧ＶＡＤの値が低下する。そのため、本実施形態では、この監視電圧ＶＡＤが閾値Ｖｔｈを下回ったか否かに基づきＯ２ヒータ３２の劣化を検出するようにしている。

但し、バッテリ５０により給電される電気負荷の電力消費によってバッテリ電圧が低下すると、それに伴って監視電圧ＶＡＤも低下してしまう。そこで、Ｏ２ヒータ３２の劣化検出に用いられる監視電圧ＶＡＤを検出するに際し、Ｏ２ヒータ３２以外の電気負荷への通電量を低減させることにより、バッテリ電圧の低下を抑制する。上述の如く、Ａ／Ｆセンサ２０の活性化温度は高く、Ａ／Ｆヒータ２２としては大容量のヒータが採用されている。その結果、Ａ／Ｆヒータ２２による電力消費は他の電気負荷５１に比べて大きい。そのため、本実施形態では、特に、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量を低減させることにより、バッテリ電圧の低下を抑制する。もちろん、電気負荷５１への通電量も低減させてもよい。

また、Ｏ２ヒータ３２以外の電気負荷（Ａ／Ｆヒータ２２や電気負荷５１）による電力消費が大きい場合に、当該電気負荷への通電量を低減させると、電気負荷の作動に及ぼす影響が大きくなることが考えられる。例えば、エンジン１０の始動時には、Ａ／Ｆセンサ素子２１を常温から活性化温度まで上昇させるべく、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量が増大される。このようにＡ／Ｆセンサへの通電量が増大されている状態において、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量を低減させると、Ａ／Ｆセンサ素子２１を早期に活性化させることができず、当該Ａ／Ｆセンサ素子２１による酸素濃度検出に支障が生じることが考えられる。この場合、エンジン１０の運転にまで影響が及んでしまう。そのため、電気負荷による電力消費が低消費状態である場合に、Ｏ２ヒータ３２の劣化検出に用いられる監視電圧ＶＡＤの検出を行うようにしている。上述の如くＡ／Ｆヒータ２２による電力消費は大きいので、本実施形態では、特に、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量に係るデューティ指令値に基づいて、電気負荷の電力消費が低消費状態であるか否かを判定する。もちろん、電気負荷５１の稼働状況（バッテリ５０による通電量又はバッテリ５０による通電のオン・オフ）も考慮して、電気負荷の電力消費が低消費状態であるか否かを判定してもよい。

以下、Ｏ２ヒータ３２の劣化検出処理について、図４を参照しつつ説明する。図４は、ヒータ劣化検出プログラムの流れを示すフローチャートである。本実施形態では、マイコン４１において本プログラムが所定のタイミング（例えば、所定時間周期）で実行されることによりヒータ劣化検出処理が実施されることを想定している。また、本プログラムの実行が開始される前においては、Ａ／Ｆセンサ素子２１の温度を目標温度に調整すべく、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量が制御されていることを想定している。

図４に示すステップＳ１０では、ＥＣＵ４０は、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量に係るデューティ指令値を取得する。続く、ステップＳ１１では、ＥＣＵ４０は、取得したデューティ指令値が所定の閾値Ｄｔｈ（例えば、５０％）以下であり、Ａ／Ｆセンサ２０による電力消費が低消費状態と判定した場合には、ステップＳ１２の処理に進む。一方、取得したデューティ指令値が上記閾値Ｄｔｈよりも大きく、Ａ／Ｆセンサ２０による電力消費が低消費状態でないと判定した場合には、ＥＣＵ４０は、今回のプログラムの実行を終了する。

ステップＳ１２では、ＥＣＵ４０は、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量を低減（制限又は停止）させることにより、バッテリ５０による給電量を低減させる。詳しくは、ＥＣＵ４０は、Ａ／Ｆセンサ素子２１の温度を目標温度に調整すべくＡ／Ｆヒータ２２への通電量を調整する通電制御を中止し、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量に係るデューティ指令値を０％（最小通電量）に設定する。

ステップＳ１３では、ＥＣＵ４０は、ヒータ監視回路４６により監視電圧ＶＡＤを検出する。続くステップＳ１４では、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１２において中止した通電制御、すなわちＡ／Ｆセンサ素子２１の温度を目標温度に調整すべくＡ／Ｆヒータ２２への通電量を調整する通電制御を再開させる。

ステップＳ１５では、ＥＣＵ４０は、監視電圧ＶＡＤが閾値Ｖｔｈ以下か否かを判定する。そして、ＥＣＵ４０は、監視電圧ＶＡＤが閾値Ｖｔｈ以下であると判定した場合には、Ｏ２ヒータ３２が劣化した旨を検出し、ステップＳ１６において異常処理を実行した上で、今回のプログラムの実行を終了する。異常処理としては、Ｏ２ヒータ３２が劣化した旨をダイアグ情報としてマイコン４１のＲＯＭ等に記憶することや、その旨を警告灯などに表示することが考えられる。一方、監視電圧ＶＡＤが閾値Ｖｔｈよりも高いと判定した場合には、ＥＣＵ４０は、Ｏ２ヒータ３２の劣化を検出することなく、今回のプログラムの実行を終了する。

次に、Ｏ２ヒータ３２の劣化検出処理について、図５を参照しつつ説明する。図５は、上記ヒータ劣化検出処理の一態様を示すタイミングチャートである。図５では、Ｏ２ヒータ３２は劣化していないことを想定している。また、上記ヒータの劣化検出プログラムの実行周期がＡ／Ｆヒータ２２への通電量制御に係るプログラムの実行周期と比較して十分に長く、タイミングｔ１２以降ではタイミングｔ１３において初めて当該プログラムが実行されることを想定している。

図５に示すタイミングｔ１０では、エンジン１０の始動に伴ってＡ／Ｆヒータ２２への通電が開始される。そして、タイミングｔ１０〜ｔ１１では、Ａ／Ｆセンサ素子２１の温度を速やかに上昇させるべく、Ａ／Ｆヒータ２２の通電量に係るデューティ指令値が１００％（最大通電量）に設定されている。そのため、バッテリ電圧ＶＢＨが低下し、Ｏ２ヒータ３２が劣化していないにも拘わらず、監視電圧ＶＡＤが閾値Ｖｔｈ以下となる。

Ａ／Ｆセンサ素子２１の温度が目標温度に達したタイミングｔ１１以降では、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量に係るデューティ指令値は、Ａ／Ｆセンサ素子２１の温度が目標温度に保持されるように制御される。そのため、タイミングｔ１１以降、当該デューティ指令値は低下する。但し、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量に係るデューティ指令値が閾値Ｄｔｈ以下となったタイミングｔ１２においても、監視電圧ＶＡＤは閾値Ｖｔｈ以下となっている。

タイミングｔ１３では、Ｏ２ヒータ３２の劣化検出処理において、Ａ／Ｆセンサ素子２１の温度を目標温度に調整すべくＡ／Ｆヒータ２２への通電量を調整する通電制御が中止され、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量に係るデューティ指令値が０％（最小通電量）に設定される。その結果、バッテリ電圧ＶＢＨが上昇し、監視電圧ＶＡＤが閾値Ｖｔｈよりも大きくなる。

タイミングｔ１４では、Ｏ２ヒータ３２の劣化検出処理において、監視電圧ＶＡＤが検出される。このタイミングでは、監視電圧ＶＡＤが閾値Ｖｔｈよりも大きくなっていることから、Ｏ２ヒータ３２が劣化している旨が検出されることはない。

タイミングｔ１５では、Ｏ２ヒータ３２の劣化検出処理において、Ａ／Ｆセンサ素子２１の温度を目標温度に調整すべくＡ／Ｆヒータ２２への通電量を調整する通電制御が再開される。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

Ｏ２ヒータ３２の劣化検出に用いられる監視電圧ＶＡＤを検出するに際し、Ｏ２ヒータ３２以外の電気負荷（Ａ／Ｆヒータ２２）への通電量を低減させることにより、バッテリ電圧の低下を抑制した。これにより、Ｏ２ヒータ３２以外の電気負荷への通電に伴う監視電圧ＶＡＤの低下をＯ２ヒータ３２の劣化として検出する誤検出を抑制することができ、ひいてはＯ２ヒータ３２の劣化を精度良く検出することができる。

Ｏ２ヒータ３２の劣化検出に際し、Ｏ２センサ３２以外の電気負荷（Ａ／Ｆヒータ２２）の電力消費が低消費状態である場合に、Ｏ２ヒータ３２の劣化検出に用いられる監視電圧ＶＡＤを検出するようにした。具体的には、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量が小さい場合、すなわちＡ／Ｆヒータ２２の通電量に係るデューティ指令値が所定値（例えば５０％）以下の場合に、Ｏ２ヒータ３２の劣化検出に用いられる監視電圧ＶＡＤを検出するようにした。これにより、Ｏ２ヒータ３２以外の電気負荷の作動に大きな影響を与えずに、Ｏ２ヒータ３２の劣化検出を精度良く検出することができる。すなわち、Ａ／Ｆセンサ素子２１が活性化している状況下では、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量制御の結果、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量は小さくなる。また、この状況下で、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量を短時間だけ低減させたとしても、Ａ／Ｆセンサ素子２１の熱容量が大きく、また排気管１５を流れる高温の排気（燃焼ガス）からの受熱もあり、当該Ａ／Ｆセンサ素子２１は直ぐには非活性化しない。そのため、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量が小さい場合、すなわちＡ／Ｆヒータ２２の通電量に係るデューティ指令値が小さい場合にＡ／Ｆヒータ２２への通電量を低減させた上で監視電圧ＶＡＤを検出し、Ａ／Ｆヒータ２２の通電量に係るデューティ指令値が大きい場合に上記監視電圧ＶＡＤの検出を行わないことにより、Ａ／Ｆセンサ２０による酸素濃度検出に大きな影響を与えずに、Ｏ２ヒータ３２の劣化を精度良く検出することができる。なお、Ａ／Ｆヒータ２２による電力消費が大きくなる期間は、エンジン始動直後の一定期間である。そのため、当該期間においてＯ２ヒータ３２の劣化検出を実施しなくても、エンジン１０の制御において実害はないと言える。

Ａ／Ｆヒータ２２への通電量を低減させることにより、バッテリ５０による給電量を低減させた。Ａ／Ｆヒータ２２による電力消費は当該Ａ／Ｆヒータ２２以外の電気負荷に比べて大きいことから、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量を低減させることにより、バッテリ５０による給電量を効果的に低減させることができる。

Ａ／Ｆセンサ素子２１が活性化状態である場合に、Ｏ２ヒータ３２以外の電気負荷による電力消費が低消費状態であると判定した。具体的には、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量が小さい場合、すなわちＡ／Ｆヒータ２２の通電量に係るデューティ指令値が小さい場合に、Ｏ２ヒータ３２以外の電気負荷による電力消費が低消費状態であると判定した。Ａ／Ｆヒータ２２による電力消費は、当該Ａ／Ｆヒータ２２以外の電気負荷と比べて大きく、電気負荷の電力消費に伴うバッテリ電圧ＶＢＨの低下の主要因となっている。そのため、上述の如く、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量に基づいて、電気負荷の電力消費が低消費状態であるか否かを判定することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、Ｏ２ヒータ３２の劣化検出処理において、Ａ／Ｆヒータ２２への通電を一時的に低減（制限又は停止）させる前に、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量を一時的に増大させる。

以下、本実施形態のヒータ劣化検出処理について、図６，７を参照しつつ説明する。

図６は、本実施形態のヒータ劣化検出プログラムの流れを示すフローチャートである。このプログラムは、図４に示す第１実施形態のヒータ劣化検出プログラムのステップＳ１１とステップＳ１２との間にＡ／Ｆヒータ２２の通電量に係るデューティ指令値を一定時間だけ増大させるステップＳ２０が設定されている点を除き、第１実施形態のヒータ劣化検出プログラムの各ステップと実質的に同一のステップにより構成されている。そのため、以下の説明では、第１実施形態のヒータ劣化検出プログラムの各ステップと実質的に同一のステップの説明を省略し、図４に第１実施形態のヒータ劣化検出プログラムの各処理と対応するステップに同一符号を付すこととする。

図７は、本実施形態のヒータ劣化検出処理の一態様を示すタイミングチャートである。図７では、図５の第１実施形態に係るタイミングチャートのタイミングｔ１３に対応するタイミング近傍における、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量に係るデューティ指令値、Ａ／Ｆセンサ素子２１の温度及び監視電圧ＶＡＤを、それぞれ（ａ）〜（ｃ）に示している。なお、図７のタイミングｔ２１，ｔ２２がそれぞれ図５のタイミングｔ１３，ｔ１５に対応する。

図６に示すステップＳ２０では、ＥＣＵ４０は、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量を一定時間だけ増大させる。本実施形態では、特に、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量に係るデューティ指令値を１００％（最大通電量）に設定することを想定している。そのため、図７に示すタイミングｔ２０において、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量に係るデューティ指令値が１００％に設定されると、それ以降、Ａ／Ｆセンサ素子２１の温度が上昇する。

タイミングｔ２０から一定時間が経過したタイミングｔ２１では、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量に係るデューティ指令値が０％に設定される。そのため、タイミングｔ２１以降、Ａ／Ｆセンサ素子２１の温度は低下する。但し、タイミングｔ２０〜ｔ２１において、Ａ／Ｆセンサ素子２１の温度を上昇させた結果、タイミングｔ２１以降も活性化温度を下回ることはない。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

ヒータ劣化検出処理において、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量を低減させる前に、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量を増大させた。特に、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量を増大させる期間（図７のタイミングｔ２０〜ｔ２１参照）を、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量を低減させる期間（図７のタイミングｔ２１〜ｔ２２参照）の直前とした。そして、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量を増大させる期間においては、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量を、Ａ／Ｆセンサ素子２１の温度を一定温度に維持すべくＡ／Ｆヒータ２２への通電量を制御する通電量制御で設定される通電量よりも大きな通電量とした。また、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量を低減させる期間においては、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量を、Ａ／Ｆセンサ素子２１の温度を一定温度に維持すべくＡ／Ｆヒータ２２への通電量を制御する通電量制御で設定される通電量よりも小さな通電量とした。その結果、Ｏ２ヒータ３２の劣化検出処理において、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量を低減させている期間中も、Ａ／Ｆセンサ素子２１の温度を一定温度以上に維持することができる。これにより、Ａ／Ｆセンサ２０の作動に及ぼす影響を抑制しつつ、Ｏ２ヒータ３２の劣化を精度良く検出することができる。特に、図７に示すヒータの劣化検出の一態様では、Ａ／Ｆセンサ素子２１の温度が活性化温度を下回ることはない。これにより、ヒータ劣化検出処理中もＡ／Ｆセンサ２０による酸素濃度検出を行うことができる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。

上記各実施形態では、Ａ／Ｆヒータ２２による電力消費が低消費状態である場合に、Ｏ２ヒータ３２の劣化検出に用いる監視電圧ＶＡＤを検出すべく、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量を低減させた。これにより、Ａ／Ｆセンサ素子２１による酸素濃度検出を妨げることなく、Ｏ２ヒータ３２の劣化検出を精度良く行うことができるが、Ａ／Ｆヒータ２２による電力消費が低消費状態であるか否かに拘わらず上記Ｏ２ヒータ３２の劣化検出を行うようにしてもよい。具体的には、図４，６に示すヒータ劣化検出プログラムにおいて、ステップＳ１０，１１の処理を省略してもよい。この場合でも、Ｏ２ヒータ３２の劣化検出を精度良く行うことはできる。

上記各実施形態では、Ｏ２ヒータ３２の劣化検出において、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量を低減させた。しかしながら、これに限られず、Ａ／Ｆヒータ２２による電力消費が低消費状態である場合には、Ａ／Ｆセンサ２０への通電量を低減させずに監視電圧ＶＡＤを検出するようにしてもよい。この場合でも、Ａ／Ｆヒータ２２による電力消費が低消費状態でない場合と比較して、バッテリ電圧ＶＢＨの低下を抑制しつつ、監視電圧ＶＡＤを検出することができる。これにより、電気負荷への通電に伴う監視電圧ＶＡＤの低下をＯ２ヒータ３２の劣化とする誤検出を抑制することができ、ひいてはＯ２ヒータ３２の劣化を精度良く検出することができる。

上記各実施形態では、監視電圧ＶＡＤそれ自体の大小に基づいて、Ｏ２ヒータ３２の劣化を検出した。しかしながら、これに限られず、監視電圧ＶＡＤにより所定の評価値を算出し、算出された評価値の大小に基づいてＯ２ヒータ３２の劣化を検出するようにしてもよい。例えば、評価値としては、Ｏ２ヒータ３２の両端子間の電圧が考えられる。この場合、評価値はバッテリ電圧ＶＢＨから監視電圧ＶＡＤを減算することにより算出することができる。

上記各実施形態では、本発明をＯ２ヒータ３２の劣化検出に適用した。しかしながら、本発明はＡ／Ｆヒータ２２の劣化検出にも適用することができる。この場合、Ａ／Ｆヒータ２２の劣化検出用の監視電圧（Ａ／Ｆヒータ２２のグランド側の電圧）を検出するに際し、Ｏ２ヒータ３２への通電量を低減させることが好ましい。すなわち、Ｏ２ヒータ３２による電力消費は、バッテリ５０により給電される全電気負荷による電力消費の中では比較的大きい。そのため、Ｏ２ヒータ３２への通電量が低減された状態で検出されたＡ／Ｆヒータ２２の劣化検出用の監視電圧に基づいて、Ａ／Ｆヒータ２２の劣化を検出することにより、Ａ／Ｆヒータ２２の劣化を精度良く検出することができる。

さらに、本発明をＡ／Ｆヒータ２２及びＯ２ヒータ３２の各ヒータの劣化検出に適用する場合には、両ヒータ２２，２３一方の劣化検出用の監視電圧（通電時におけるグランド側の端子電圧）を検出するに際し、他方のヒータへの通電量を低減させることが好ましい。

上記各実施形態では、Ｏ２ヒータ３２の劣化検出処理において、Ａ／Ｆヒータ２２への通電量を低減させることにより、バッテリ５０による給電量を低減させた。しかしながら、これに限られず、Ａ／Ｆヒータ２２及びＯ２ヒータ３２以外の電気負荷５１への通電量を低減させることにより、バッテリ５０による給電量を低減させてもよい。

上述の如く、Ａ／Ｆヒータ２２による電力消費が大きくなる期間は、エンジン始動直後の一定期間である。そのため、Ｏ２ヒータ３２以外の電気負荷による電力消費が低消費状態であるか否かを、エンジン始動からの経過時間に基づいて判定してもよい。

上記各実施形態では、監視電圧ＶＡＤの判定に用いられる閾値Ｖｔｈを一定値とした。しかしながら、これに限られず、ガスセンサのヒータの劣化検出に際し、バッテリ５０により給電される他の電気負荷の稼働状況やバッテリ電圧ＶＢＨに応じて、閾値Ｖｔｈを可変設定するようにしてもよい。例えば、Ｏ２ヒータ３２の劣化検出に際し、Ａ／Ｆヒータ２２や電気負荷５１の稼働状況、すなわちＡ／Ｆヒータ２２への通電量や電気負荷５１のオン・オフに応じて、閾値Ｖｔｈを可変設定するようにしてもよい。詳しくは、バッテリ電圧ＶＢＨは電気負荷による電力消費に伴って低下する。また、監視電圧ＶＡＤはバッテリ電圧ＶＢＨの低下に追従して低下する。そのため、電気負荷による電力消費が大きい状況ほど閾値ＶＴＨを小さく設定することが好ましい。また、バッテリ電圧ＶＢＨが低いほど閾値ＶＴＨを小さく設定することが好ましい。上記各実施形態のように、電気負荷による電力消費を低減された状態で検出された監視電圧や電気負荷による電力消費が低消費状態で検出された監視電圧に基づいてガスセンサ用のヒータの劣化検出を行うことにより、その検出精度を十分に高めることが可能であるが、電気負荷による電力消費の状況やバッテリ電圧ＶＢＨに応じて閾値Ｖｔｈを設定することにより、ガスセンサ用のヒータの劣化検出の精度を一層高めることができる。

エンジンシステムの概要を示すブロック図。 ＥＣＵの構成を示すブロック図。 Ｏ２ヒータの温度とそのインピーダンスとの関係を示す特性図。 第１実施形態に係るヒータ劣化検出プログラムの流れを示すフローチャート。 ヒータ劣化検出処理の一態様を示すタイミングチャート。 第２実施形態に係るヒータ劣化検出プログラムの流れを示すフローチャート。 ヒータ劣化検出処理の一態様を示すタイミングチャート。

符号の説明

１０…エンジン（内燃機関）、２０…Ａ／Ｆセンサ（ガスセンサ）、２１…Ａ／Ｆセンサ素子（センサ素子）、２２…Ａ／Ｆヒータ（ヒータ）、３０…Ｏ２センサ（ガスセンサ）、３１…Ｏ２センサ素子（センサ素子）、３２…Ｏ２ヒータ（ヒータ）、４０…ＥＣＵ（劣化検出装置）、４１…マイコン（通電制御手段、許可手段、劣化検出手段）、５０…バッテリ。

Claims (6)

1. 内燃機関からの排気中に含まれる特定成分の濃度を検出するセンサ素子、及びバッテリから電力供給されて前記センサ素子を加熱するヒータを有するガスセンサに適用され、
   前記ヒータへの通電時における当該ヒータの端子電圧を検出し、検出した端子電圧に基づいて前記ヒータの劣化を検出するヒータ劣化検出装置において、
   前記ヒータの劣化検出に用いられる端子電圧の検出に際し、前記バッテリにより給電されている他の電気負荷への通電量を低減させる通電制御手段を備えていることを特徴とするガスセンサのヒータ劣化検出装置。
2. 前記ガスセンサを複数備え、前記複数のガスセンサの各ヒータが前記バッテリにより給電されているセンサシステムに適用され、
   前記通電制御手段は、前記複数のガスセンサのヒータのうちいずれかを検出対象とする前記劣化検出に際し、その時の検出対象でない他のヒータへの通電量を低減させる請求項１に記載のガスセンサのヒータ劣化検出装置。
3. 前記通電制御手段は、前記ヒータへの通電量を低減させる前に、当該ヒータへの通電量を増大させる請求項２に記載のガスセンサのヒータ劣化検出装置。
4. 前記ヒータの劣化検出に際し、その時の検出対象であるヒータ以外の電気負荷による電力消費が所定の低消費状態である場合に、前記通電制御手段による当該電気負荷への通電量の低減を許可する許可手段を備えている請求項１から３のいずれか一項に記載のガスセンサのヒータ劣化検出装置。
5. 内燃機関からの排気中に含まれる特定成分の濃度を検出するセンサ素子、及びバッテリから電力供給されて前記センサ素子を加熱するヒータを有するガスセンサに適用され、
   前記ヒータへの通電時における当該ヒータの端子電圧を検出し、検出した端子電圧に基づいて前記ヒータの劣化を検出するヒータ劣化検出装置において、
   前記バッテリにより給電されている他の電気負荷による電力消費が所定の低消費状態である場合に、前記端子電圧に基づくヒータの劣化検出を実施することを特徴とするガスセンサのヒータ劣化検出装置。
6. 前記ガスセンサを複数備え、前記複数のガスセンサの各ヒータが前記バッテリにより給電されているセンサシステムに適用され、
   前記ヒータの劣化検出に際し、その時の検出対象でない他のヒータに対応するセンサ素子が活性化状態である場合に、前記電気負荷による電力消費が前記低消費状態であると判定する請求項４又は５に記載のガスセンサのヒータ劣化検出装置。

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