JP2018071363A - センサ制御システム及びセンサの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】センサ素子の被水割れを回避しつつ、測定開始に要する時間を短縮することができるセンサ制御システム及びその制御方法を提供する。【解決手段】センサ素子３１、ヒータ３２、及び電極３３からなるＮＯｘセンサ３０に接続された制御装置２０、及び状況取得装置（２１〜２８）を備えていて、制御装置２０により、第一パラメータに基づいて、許可判定を行う構成にしたセンサ制御システム４０において、ＮＯｘセンサ３０に関するセンサ制御が停止してから停止期間Δｔを経た後に再度、許可判定からセンサ制御を行う場合は、制御装置２０により、停止期間Δｔの間に状況取得装置により取得した第二パラメータに基づいて、許可判定に要する時間を短縮する設定を行う構成にした。【選択図】図４

Description

本発明は、センサ制御システム及びセンサの制御方法に関し、より詳細には、早期にセンサによる測定を可能にするセンサ制御システム及びセンサの制御方法に関する。

エンジンの排気通路に設けられたセンサ（例えば、ＮＯｘセンサ）においては、センサにより排気ガスの成分を測定する際に、ヒータによりセンサ素子を昇温すると共に、電極に通電することで測定値を測定している。

しかし、排気通路に凝縮水が存在する環境で、ヒータによる昇温を行うと、センサ素子に凝縮水が付着したときに被水割れが生じるという問題があった。一方で、凝縮水が完全に無くなる環境になるまでヒータによる昇温を待機すると、電極への通電が遅れてセンサの測定開始が遅れるという問題もあった。

これに関して、排気ガスの飽和水蒸気圧と水蒸気分圧とに応じた凝縮水質量に基づいて、排気通路に凝縮水が無くなるタイミングを見計らって、ヒータによりセンサ素子を昇温する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−０２４０９３号公報

ところで、ヒータ及び電極は、スタータに電力を供給するバッテリに電気的に接続されていて、そのバッテリの電力を使用している。それ故、バッテリが低電圧になると、スタータが駆動できずにエンジンが始動できない事態が生じていた。これを回避するために、バッテリが低電圧になった場合は、ヒータによる昇温及び電極への通電を停止していた。

また、アイドルストップ付の場合、エンジン始動・停止が頻繁に発生する場合がある。それ故、バッテリが低電圧となる事を避ける為にエンジン停止中（制御装置の電源はＯＮ）はヒータへの通電を停止している。また、エンジン運転中にＮＯｘセンサの作動保証のできない低電圧となった場合もヒータへの通電を停止している。

上記の装置では、エンジンの停止時の凝縮水質量を、エンジンの始動時の初期値に設定している。しかし、エンジンが停止してからエンジンが始動するまでの間のセンサ素子の周囲状況の変化に伴って、凝縮水質量が変わると、エンジンの始動時の初期値が実際の値から大幅にずれることになる。それ故、上記の装置では、エンジンが停止してから始動すると、凝縮水が無くなるタイミングを正確に見計らうことができない。

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、センサ素子の被水割れを回避しつつ、測定開始に要する時間を短縮することができるセンサ制御システム及びセンサの制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成する本発明のセンサ制御システムは、センサ素子、ヒータ、及び電極を有してなるセンサに接続された制御装置と、この制御装置に接続されて前記センサ素子
の周囲状況を取得する状況取得装置とを備えていて、前記制御装置により、前記状況取得装置により取得した前記周囲状況に基づいて、前記ヒータによる昇温を許可する判定の正否の結果が正の場合に、前記センサ素子に対して前記ヒータによる昇温を行うと共に、前記電極に通電する構成にしたセンサ制御システムにおいて、前記許可する判定、前記ヒータによる昇温、及び前記電極への通電を含む前記センサに関するセンサ制御が停止してから停止期間を経た後に、前記許可する判定から再開される場合は、前記制御装置により、その停止期間の間に前記状況取得装置により取得した前記周囲状況に基づいて、前記許可する判定に要する時間を短縮する設定を行う構成にしたことを特徴とするものである。

上記の目的を達成する本発明のセンサの制御方法は、センサ素子の周囲状況に基づいて、ヒータによるそのセンサ素子の昇温を許可する判定を行い、その許可する判定の正否の結果が正の場合に、前記センサ素子に対して前記ヒータによる昇温を行うと共に、前記センサ素子に接合された電極に通電して、測定値を測定するセンサの制御方法において、前記許可する判定、前記ヒータによる昇温、及び前記電極への通電を含む前記センサに関するセンサ制御を停止してから停止期間を経た後に、前記許可する判定から再開する場合は、前記センサ制御を停止したときの制御状態を記憶し、前記停止期間の間に、前記周囲状況を取得し、記憶した前記制御状態と、取得した前記周囲状況とに基づいて、前記許可する判定に要する時間を短縮する設定を行うことを特徴とする方法である。

なお、ここでいう制御状態としては、許可する判定の結果が出る前に停止したことを示す状態や、ヒータによるセンサ素子の昇温が、そのセンサ素子の周囲に結露が生じない状況まで継続されたことを示す状態が例示される。

本発明によれば、停止してから停止期間を経て再度、許可する判定を行う場合は、停止期間の間に取得した周囲状況に応じて、その許可する判定に要する時間を短縮する設定を行う。それ故、許可する判定に要する時間を、停止期間で変化するセンサ素子の周囲状況に応じて、センサ素子の被水割れを確実に回避可能な最短の時間にすることができる。これにより、センサ素子の被水割れを確実に回避しつつ、測定準備に要する時間の短縮には有利になり、早期にセンサによる測定を開始することができる。

本発明のセンサ制御システムの第一実施形態を例示する構成図である。 図１のセンサの制御方法のうちのセンサ制御に関する方法を例示するフロー図である。 図１のセンサの制御方法のうちの停止判定に関する方法を例示するフロー図である。 図１のセンサの制御方法のうちの短縮する設定に関する方法を例示するフロー図である。 図４の減算値を算出するブロック図である。 図４の補正係数を算出するマップデータである。 図４のステータスＡにおける時間経過と計算値との関係を例示する図である。 図４のステータスＢにおける時間経過と計算値との関係を例示する図である。 図４のステータスＣにおける時間経過と計算値との関係を例示する図である。 本発明のセンサ制御システムの第二実施形態において、センサの制御方法のうちの短縮する設定に関する方法を例示するフロー図である。

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図中では、Ｇ１を排気ガス、Ｗ１を冷却水、及びＵ１を尿素水とする。

図１に例示するように、第一実施形態のセンサ制御システム４０はＮＯｘセンサ３０を制御するシステムであり、センサ制御システム４０及びＮＯｘセンサ３０のそれぞれは、車両に搭載されたエンジンにおける排気ガス浄化システムを構成している装置である。

排気ガス浄化システムは、尿素水供給システム１０、選択的還元触媒１１、制御装置２０、及び各種センサ２１〜２７から構成されている。尿素水供給システム１０は、尿素水噴射弁１２、サプライモジュール１３、尿素水タンク１４、及びクーラントバルブ１５から構成されている。なお、クーラントバルブ１５は設けない場合もある。

尿素水噴射弁１２、及び選択的還元触媒１１は、図示しないエンジンから排出された排気ガスＧ１が通過する排気通路１６の中途の位置に、排気ガスＧ１の流れに関して上流側から下流側に向かって順に配置されている。なお、選択的還元触媒１１の下流にアンモニアスリップ触媒を設けてもよい。また、選択的還元触媒１１の上流に酸化触媒や捕集フィルタを設けてもよい。

尿素水噴射弁１２、サプライモジュール１３、尿素水タンク１４は、配管１７により接続されていて、サプライモジュール１３に設けたポンプ１８により、尿素水タンク１４から尿素水噴射弁１２に尿素水Ｕ１が供給されている。

また、尿素水噴射弁１２、サプライモジュール１３、及び尿素水タンク１４を接続する尿素水配管１７は、冷却水配管１９によりエンジンを冷却した後の冷却水Ｗ１により温められる構成になっていて、クーラントバルブ１５により冷却水Ｗ１の流量が調節されている。この実施形態では、尿素水タンク１４の内部に、あるいは尿素水配管１７に対して隣接して配置された冷却水配管１９が、尿素水Ｕ１を昇温する昇温装置として機能している。なお、尿素水配管１７に加えて、尿素水噴射弁１２やポンプ１８を冷却水配管１９により直接温める構成にしてもよい。

制御装置２０は、各種情報処理を行うＣＰＵ、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成されているハードウェアである。制御装置２０は、尿素水噴射弁１２、ポンプ１８、排気ガス温度センサ２１、２２、外気温度センサ２３、冷却水温度センサ２４、モジュール温度センサ２５、モジュール圧力センサ２６、タンク温度センサ２７、及びＮＯｘセンサ３０に信号線を介して電気的に接続されている。また、制御装置２０は、エンジン制御を行うエンジン制御装置２８とバッテリ２９とに信号線を介して電気的に接続されている。制御装置２０は、接続されたエンジン制御装置２８や各種センサの測定値に基づいて、尿素水噴射弁１２の噴射制御及びポンプ１８の駆動制御を行っている。

ＮＯｘセンサ３０は、イオン伝導体で構成されたセンサ素子３１と、センサ素子３１の内部に埋め込まれたヒータ３２と、センサ素子３１に接合された電極３３と、を備えている。ヒータ３２及び電極３３のそれぞれは、制御装置２０及びバッテリ２９に信号線を介して電気的に接続されている。この実施形態で、ＮＯｘセンサ３０は、排気ガスＧ１の流れに関して、選択的還元触媒１１の上流側に配置されているが、選択的還元触媒の下流側に配置されていてもよい。

センサ制御システム４０は、上記の制御装置２０及び状況取得装置としての各種センサ２１〜２７から構成されていて、ＮＯｘセンサ３０におけるセンサ制御を行っている。

状況取得装置としては、センサ素子３１の周囲状況を取得するセンサなどが例示でき、この実施形態では、排気ガス温度センサ２１、外気温度センサ２３、冷却水温度センサ２４、及びエンジン制御装置２８を用いている。エンジン制御装置２８は、エンジン回転速度Ｎｅや燃料噴射量Ｑｅなどを取得する状況取得装置として用いられている。このエンジン制御装置２８の代わりに、制御装置２０にエンジン回転速度センサなどを直接接続してもよい。

次に、センサ制御システム４０により行われるＮＯｘセンサ３０の制御方法について説明する。ＮＯｘセンサ３０においては、センサ制御システム４０の制御装置２０によりセンサ制御が行われていて、ヒータ３２によりセンサ素子３１を昇温してから、電極３３に通電して、排気ガスＧ１における窒素酸化物の含有量を測定値として測定している。ヒータ３２による昇温は、センサ素子３１に対するヒータ３２による昇温を許可する判定（以下、許可判定という）の正否の結果に基づいている。許可判定は、第一パラメータに基づいて、予め設定した初期値ｈｑ０に第一パラメータに応じた加算値ｈｑ１を加算した計算値ｈｑ２が予め設定した閾値ｈｑ３以上になったときに、正否の結果が正になり、ヒータ３２によるセンサ素子３１の昇温を許可する工程である。このように、ＮＯｘセンサ３０においては、許可判定、ヒータ３２による昇温、及び電極３３への通電のセンサ制御を行うことにより、測定値を測定している。

図２に例示するように、制御装置２０は、状況取得装置により第一パラメータを取得する（Ｓ１１０）。次いで、制御装置２０は、取得した第一パラメータに基づいて、加算値ｈｑ１を算出する（Ｓ１２０）。次いで、制御装置２０は、予め設定した初期値ｈｑ０に算出した加算値ｈｑ１を加算して計算値ｈｑ２を算出する（Ｓ１３０）。次いで、制御装置２０は、算出した計算値ｈｑ２が予め設定した閾値ｈｑ３以上か否かを判定する（Ｓ１４０）。以上の工程が許可判定の工程である。

第一パラメータは、センサ素子３１の周囲状況、より詳しくはセンサ素子３１の周囲の凝縮水の状況を示すパラメータであり、計算値ｈｑ２を算出するためのパラメータである。この実施形態では、第一パラメータとして、排気熱量Ｑｇ、排気ガス温度Ｔｇ１、Ｔｇ２、外気温度Ｔｏ、及び水温Ｔｗを用いている。排気ガス温度Ｔｇ１、Ｔｇ２はそれぞれ選択的還元触媒１１の上流側の排気ガスＧ１の温度と、下流側の排気ガスＧ１の温度である。なお、排気ガスＧ１の温度としては、例えば、エンジンから排出された直後のものなど排気ガス温度Ｔｇ１、Ｔｇ２以外を取得してもよい。排気熱量Ｑｇは、排気ガスＧ１の熱量であり、エンジン回転速度Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑｅに基づいて算出することができる。また、第一パラメータとしては、車速なども例示できる。

計算値ｈｑ２は、センサ素子３１の周囲の凝縮水の状況を数値化したものであり、単位時間あたりの凝縮水が減少する要因の累積値である。具体的に、計算値ｈｑ２としては、エンジンが始動してからの経過時間や排気熱量の累積値が例示できる。

加算値ｈｑ１は、単位時間あたりの凝縮水が減少する要因を数値化したものであり、計算値ｈｑ２が経過時間の場合は、所定の単位時間であり、計算値ｈｑ２が排気熱量の累積値の場合は、マップデータの参照値である。

閾値ｈｑ３は、予め実験や試験により予め制御装置２０に記憶されていて、センサ素子３１の周囲に凝縮水が存在しない状況を判定可能な値である。閾値ｈｑ３は、計算値ｈｑ２が経過時間の場合は、エンジンが始動してからセンサ素子３１の周囲に凝縮水が存在しない状況になるまでの時間を判定可能な値になる。一方、閾値ｈｑ３は、計算値ｈｑ２が排気熱量の累積値の場合は、排気熱量によりセンサ素子３１の周囲に凝縮水が存在しない
状況なったことを判定可能な値になる。

許可判定（Ｓ１１０〜Ｓ１４０）の詳細について、以下に説明する。制御装置２０は、許可判定において、外気温度Ｔｏ及び水温Ｔｗが閾値よりも高いか否かを判定し、高い場合は、計算値ｈｑ２として経過時間を用いて、低い場合は、計算値ｈｑ２として排気熱量の累積値を用いている。

制御装置２０は、取得した第一パラメータに基づいて、外気温度Ｔｏが閾値よりも高いか否かの判定と、水温Ｔｗが閾値よりも高いか否かの判定を行う。次いで、外気温度Ｔｏ及び水温Ｔｗのそれぞれが閾値よりも高いと判定すると、制御装置２０は、計算値ｈｑ２として経過時間を選択する。次いで、制御装置２０は、エンジンが始動してから、所定の単位時間として加算値ｈｑ１のカウントを開始する。

一方、制御装置２０は、外気温度Ｔｏ又は水温Ｔｗが閾値よりも低いと判定すると、計算値ｈｑ２として排気熱量の累積値を選択する。次いで、制御装置２０は、第一パラメータを用いた一つ又は複数のマップデータにより単位時間あたりの排気熱量の増加分を加算値ｈｑ１として算出する。この実施形態では、エンジン回転速度Ｎｅや燃料噴射量Ｑｅに応じた排気熱量が設定されているマップデータを参照して算出した排気熱量を、排気ガス温度Ｔｇ、外気温度Ｔｏ、及び水温Ｔｗで補正している。このマップデータは、予め実験や試験により求めておき、制御装置２０に記憶させておく。

このように、許可判定として、状況に応じた計算値ｈｑ２を用いることにより、確実にセンサ素子３１の周囲に凝縮水が存在しない状況を判定しつつ、その許可判定に要する時間の短縮には有利になる。

凝縮水が存在しない状況の判定を計算式のみで行うことも可能であるが、エンジンから排出された排気ガスＧ１が通過する排気通路１６は、複雑な経路に形成されていることから、精度が落ちるおそれがある。これに対して、許可判定として、この実施形態のように予め実験や試験により得たマップデータや閾値などを用いることで、多種多様なエンジンや排気通路１６に適用することができ、センサ素子３１の周囲に凝縮水が存在しない状況の判定精度を向上することができる。

上記の許可判定（Ｓ１１０〜Ｓ１４０）において、計算値ｈｑ２が予め設定した閾値ｈｑ３以上になったと判定すると、制御装置２０は、ヒータ３２によりセンサ素子３１を昇温する（Ｓ１５０）。次いで、制御装置２０は、センサ素子３１の素子温度Ｔｓが予め設定した活性化温度Ｔａ以上になったか否かを判定する（Ｓ１６０）。この素子温度Ｔｓの判定において、素子温度Ｔｓが活性化温度Ｔａ以上と判定すると電極３３に通電して、測定を開始する（Ｓ１７０）。

活性化温度Ｔａは、センサ素子３１が活性化する温度であり、センサ素子３１の導電性が高まる温度に設定されている。

この実施形態では、制御装置２０が、許可判定により計算値ｈｑ２が閾値ｈｑ３以上になったと判定したときにヒータ３２による昇温を行う。ここでいう昇温とは、センサ素子３１が活性化する活性化温度Ｔａまで一気にセンサ素子３１を温めることである。つまり、ヒータ３２による昇温とは、許可判定までにヒータ３２への通電が停止している場合は、ヒータ３２への通電を開始する制御であり、ヒータ３２への通電が開始している場合は、ヒータ３２に流れる電流を大きくする制御である。なお、許可判定の前に、ヒータ３２へ通電する場合は、活性化温度Ｔａ未満で、センサ素子３１をセンサ素子３１に凝縮水が生じても割れない温度まで昇温するプレヒートを行う構成にするとよい。

上記のＮＯｘセンサ３０に関するセンサ制御（Ｓ１１０〜Ｓ１７０）は、アイドリングストップ中などの一時的なエンジン停止中や、バッテリ２９が低電圧になったときに、制御装置２０により、バッテリ２９の消費電力を低減するために停止される。ここでいう低電圧とは、エンジンを始動するためのスタータが駆動可能な電圧の最低値である。

センサ制御が停止して停止期間Δｔを経た後に、再度、ＮＯｘセンサ３０により測定値を測定する場合は、センサ制御は許可判定（Ｓ１１０〜１４０）から行う。これにより、センサ素子３１の被水割れを確実に回避できる一方で、許可判定に要する時間により、ＮＯｘセンサ３０による測定が遅延する。

そこで、この実施形態のセンサ制御システム４０は、センサ制御（Ｓ１１０〜Ｓ１７０）が停止して停止期間Δｔを経た後に再度、許可判定（Ｓ１１０〜Ｓ１４０）から行う場合は、停止期間ΔＴの間に取得した第二パラメータに基づいて、制御装置２０により、許可判定に要する時間を短縮する設定を行う構成にしている。

より詳しくは、図３に例示するように、エンジンが停止している間は、又はバッテリ２９が低電圧状態の間は、制御装置２０により、第三パラメータに基づいて、センサ制御を停止する。そして、制御装置２０により、停止したときの制御状態としてステータスＡ〜Ｃのいずれかを記憶する。次いで、図４に例示するように、停止して停止期間ΔＴを経た後に再度、上記の許可判定からセンサ制御を行う場合は、制御装置２０により、ステータスＡ〜Ｃと停止期間ΔＴの間に取得した第二パラメータとに基づいて、許可判定に要する時間を短縮する設定を行う。

この制御方法の詳細について、以下に説明する。なお、図３に例示する停止判定と、図４に例示する短縮する設定と、上記のセンサ制御（Ｓ１１０〜Ｓ１７０）とは、それぞれ独立した制御としてもよく、単一の制御としてもよい。

図３に例示するように、制御装置２０は、第三パラメータを取得する（Ｓ２１０）。次いで、制御装置２０は、第三パラメータに基づいて、ヒータ３２による昇温及び電極３３への通電を停止するか否かを判定する（Ｓ２２０）。次いで、判定結果が正（ＹＥＳ）の場合に、制御装置２０は、ＮＯｘセンサ３０に関するセンサ制御（Ｓ１１０〜Ｓ１７０）を停止する（Ｓ２３０）。次いで、制御装置２０は、停止したときのステータスＡ〜Ｃを記憶する（Ｓ２４０）。一方、判定結果が否（ＮＯ）の場合に、制御装置２０は、センサ制御を行っていればそれを維持する、あるいは、行っていなければ上記の許可判定からセンサ制御を開始する。

第三パラメータは、停止判定に用いられるパラメータであり、エンジン制御装置２８を介して取得されている。この実施形態では、第三パラメータとして、エンジン回転速度Ｎｅと、バッテリ２９の電圧Ｖ１とを用いている。エンジン回転速度Ｎｅは、エンジン制御装置２８に電気的に接続された回転速度センサを介して取得しており、電圧Ｖ１は、エンジン制御装置２８に電気的に接続されたＢＭＳ（バッテリマネージメントシステム）を介して取得している。

停止判定は、エンジンが停止した状態、又はバッテリ２９が低電圧になった状態の場合に正（ＹＥＳ）と判定される。エンジンが停止した状態は、エンジン回転速度Ｎｅにより判断され、例えば、エンジン回転速度Ｎｅがゼロになったときにエンジンが停止した状態になったと判断される。

ここでいう、エンジンが停止した状態とは、エンジンから排気通路１６に排出される排
気ガスＧ１の流量が少なく、尿素水Ｕ１の噴射制御を停止する状態である。例えば、エンジン運転状態がアイドリング状態の場合に、尿素水Ｕ１の噴射制御を停止する場合は、エンジン回転速度Ｎｅがアイドリング回転速度以下の場合にエンジンが停止したと判定してもよい。バッテリ２９が低電圧になった状態は、電圧Ｖ１により判断される。電圧Ｖ１が低電圧になった判断は、バッテリ２９の電圧Ｖ１が、スタータが駆動可能な最低電圧になった否かを判断できればよい。なお、バッテリ２９の電圧Ｖ１は、スタータの駆動時以外にも、車載架装品による消費電力が大きくなった場合にも低下する。

ステータスＡ〜Ｃは、上記のセンサ制御における制御状態であり、許可判定により結果が出る前に停止したことを示すステータスＡ、許可判定の結果が出てヒータ３２による昇温を開始してから停止したことを示すステータスＢ、センサ素子３１に結露が生じない状況までヒータ３２による昇温が継続されてから停止したことを示すステータスＣの三つに区分される。なお、制御状態としては、三つ以上に区分してもよい。

ステータスＣは、ヒータ３２による昇温が開始されてから、排気熱量によりセンサ素子３１の周囲に結露が生じない状況になった制御状態である。この実施形態では、ステータスＣとして、ヒータ３２による昇温が開始されてから、排気ガス温度Ｔｇが閾値以上で所定の時間が経過した状態を用いている。閾値としては、１００度超の値が例示でき、所定の時間としては、数分の値が例示できる。

以上のように停止判定を行うことで、ヒータ３２による不必要な電力消費を抑制することができるので、燃費の向上には有利になる。また、必要な電力消費の抑制により、バッテリ２９が低電圧になることを回避できるので、スタータによりエンジンを始動できない状態の回避には有利になる。

なお、イグニッションオフの状態（イグニッションキーあるいはスイッチがオフの状態）になり、バッテリ２９からの通電が停止する場合は、上記の停止判定は行われないが、制御装置２０は、停止したときのステータスＡ〜Ｃを記憶することが可能である。

図４に例示するように、短縮する設定は、初期値ｈｑ０又は閾値ｈｑ３をどちらか一方に近づける工程であり、許可判定を開始する前に行われて、停止判定における許可判定の開始（Ｓ２５０）をトリガとしている。また、イグニッションオフの状態になり、イグニッションオンの状態になった場合は、イグニッションオンの状態になったときをトリガとしている。

制御装置２０は、停止判定で記憶したステータスＡ〜Ｃを読み込む（Ｓ３１０）。次いで、制御装置２０は、第二パラメータを読み込む（Ｓ３２０）。

次いで、制御装置２０は、停止したときのステータスがステータスＡと判定すると（Ｓ３３０）、第二パラメータに基づいて、減算値ｈｑ４を算出する（Ｓ３５０）。次いで、停止したときの計算値ｈｑ２から減算値ｈｑ４を減算した値ｈｑ５を算出する（Ｓ３６０）。次いで、制御装置２０は、算出した値ｈｑ５を初期値ｈｑ０に設定する（Ｓ３７０）。

一方、制御装置２０は、停止したときのステータスがステータスＣと判定すると（Ｓ３４０）、第二パラメータに基づいて、補正係数αを算出する（Ｓ３８０）。次いで、制御装置２０は、閾値ｈｑ３に算出した補正係数αを乗算して補正した値ｈｑ６を算出する（Ｓ３９０）。次いで、制御装置２０は、補正した値ｈｑ６を閾値ｈｑ３に設定する（Ｓ４００）。

一方、制御装置２０は、停止したときのステータスがステータスＢと判定すると、第二パラメータに基づいて、減算値ｈｑ４を算出する（Ｓ３５０）。次いで、停止したときの閾値ｈｑ３から減算値ｈｑ４を減算した値ｈｑ５を算出する（Ｓ４１０）。次いで、制御装置２０は、算出した値ｈｑ５を初期値ｈｑ０に設定する（Ｓ３７０）。

第二パラメータは、排気ガス温度センサ２１、２２、外気温度センサ２３、冷却水温度センサ２４、及びエンジン制御装置２８などの周囲状況取得装置により、停止期間Δｔの間に取得されるパラメータである。第二パラメータは、停止期間Δｔの間のセンサ素子３１の周囲状況の変化を、より詳しくは停止期間Δｔの間のセンサ素子３１の周囲の凝縮水の状況の変化を示すパラメータであり、短縮する設定を行うためのパラメータである。この実施形態では、第二パラメータとして、最低排気ガス温度Ｔｇ＿ｍｉｎ、最低外気温度Ｔｏ＿ｍｉｎ、及び最高最低排気ガス温度Ｔｇ＿ｍａｘを用いている。

最低排気ガス温度Ｔｇ＿ｍｉｎは、停止期間ΔＴの間に排気ガス温度センサ２１、２２により測定された排気ガス温度Ｔｇ１、Ｔｇ２のうちの最低の温度である。最低外気温度Ｔｏ＿ｍｉｎは、停止期間ΔＴの間に外気温度センサ２３により測定された外気温度Ｔｏのうちの最低の温度である。最高最低排気ガス温度Ｔｇ＿ｍａｘは、停止期間ΔＴの間に排気ガス温度センサ２１、２２により測定された排気ガス温度Ｔｇ１の最低温度及び排気ガス温度Ｔｇ２の最低温度のうちの最高の温度である。なお、最低排気ガス温度Ｔｇ＿ｍｉｎ及び最高最低排気ガス温度Ｔｇ＿ｍａｘにおいては、排気ガス温度Ｔｇ１、Ｔｇ２の他に排気ガスＧ１の温度を取得している場合、その温度も含めるとよい。

減算した値ｈｑ５は、停止期間Δｔを経て、再度、許可判定からセンサ制御が開始されたときのセンサ素子３１の周囲の凝縮水の状況を数値化したものである。具体的に、ステータスＡの場合の減算した値ｈｑ５は、停止したときに中途まで算出されていた計算値ｈｑ２から停止している間に取得した第二パラメータに応じた減算値ｈｑ４を減算した値である。一方、ステータスＢの場合の減算した値ｈｑ５は、停止したときの閾値ｈｑ３から停止している間に取得した第二パラメータに応じた減算値ｈｑ４を減算した値である。

減算値ｈｑ４は、停止期間Δｔの間に変化する凝縮水の状況の変化の要因、つまり、停止期間Δｔにおける凝縮水が増加する要因を数値化したものである。具体的に、減算値ｈｑ４は、第二パラメータに基づいた停止期間Δｔにおける排気熱量の減算分を数値化したものである。

図５に例示するように、減算値ｈｑ４は、第二パラメータに基づいた複数のマップデータの出力値の累積により算出される。複数のマップデータは、第二パラメータのそれぞれに対応させたマップデータであり、予め実験や試験により作成されていて、制御装置２０に記憶されている。なお、第二パラメータのそれぞれに対応させた一つのマップデータとしてもよい。

減算値ｈｑ４は、センサ素子３１の周囲の温度が低い程大きな値になる一方で、排気ガス温度Ｔｇが比較的高い状態で維持された場合は小さい値になる。つまり、マップデータにより出力される出力値は、最低排気ガス温度Ｔｇ＿ｍｉｎ、及び最低外気温度Ｔｏ＿ｍｉｎに対して負の関係になり、それらが低い温度になれば大きな値になる一方で、それらが高い温度になれば小さい値になる。また、最高最低排気ガス温度Ｔｇ＿ｍａｘに対して正の関係になり、高い温度になれば小さくなる一方で、低い温度になれば大きくなる。

補正した値ｈｑ６は、停止期間Δｔを経て、再度、許可判定からセンサ制御が開始されたときのセンサ素子３１の周囲に凝縮水が存在しない状況を判定可能な値である。具体的に、補正した値ｈｑ６は、予め設定された閾値ｈｑ３に、停止している間に取得した第二
パラメータに応じた補正係数αを乗算した値である。

補正係数αは、停止したときにセンサ素子３１の周囲に凝縮水が存在していなかったことに基づいて、停止期間ΔＴの間にその状態がどの程度変化したかを数値化したものである。具体的に、補正係数αは、第二パラメータに基づいた状況変化を数値化したものである。

図６に例示するように、補正係数αは第二パラメータ基づいたマップデータにより算出される。このマップデータは、第二パラメータのうちの最低排気ガス温度Ｔｇ＿ｍｉｎ及び最低外気温度Ｔｏ＿ｍｉｎに対応させたマップデータであり、予め実験や試験により作成されていて、制御装置２０に記憶されている。なお、最高最低排気ガス温度Ｔｇ＿ｍａｘに対応させてもよい。

補正係数αは、等倍（１．０倍）以下に設定された値であり、センサ素子３１の周囲の温度が低い程、等倍に近づく一方で、センサ素子３１の周囲の温度が高い程、ゼロに近い値になる。つまり、補正係数αは、最低排気ガス温度Ｔｇ＿ｍｉｎ、及び最低外気温度Ｔｏ＿ｍｉｎに対して負の関係になり、それらが低い温度になれば大きな値になる一方で、それらが高い温度になれば小さい値になる。なお、補正係数αは、ゼロよりも大きく、且つ等倍以下の値であればよく、マップデータにおける値の刻み方、数値の大小については、任意に設定できる。

以上のように、初期値ｈｑ０を減算した値ｈｑ５に、あるいは閾値ｈｑ３を補正した値ｈｑ６にそれぞれ変更する設定が許可判定に要する時間を短縮する設定である。この設定を行った後に、上記の許可判定（Ｓ１１０〜Ｓ１１４０）を行うと、初期値ｈｑ０としての減算した値ｈｑ５が閾値ｈ３に、閾値ｈｑ３としての補正した値ｈｑ６が初期値ｈｑ０にそれぞれ近づけられているので、許可判定に要する時間は短縮される。

具体的に、上記の許可判定を含む測定準備、停止判定、及び短縮する設定のそれぞれ行った場合の時間経過と計算値ｈｑ２との関係を説明する。

図７に例示するように、制御装置２０は、測定準備における許可判定（Ｓ１１０〜Ｓ１４０）を、初期値ｈｑ０、閾値ｈｑ３として行う。次いで、許可判定の中途の時間ｔ１で、制御装置２０は、停止判定（Ｓ２１０〜Ｓ２４０）により、ＮＯｘセンサ３０に関する制御を停止する。このとき、制御装置２０は、ステータスＡ（停止したときの計算値ｈｑ２を含む）を記憶する。次いで、停止期間Δｔが経過した後の時間ｔ２で、制御装置２０は、停止判定（Ｓ２１０〜Ｓ２２０、Ｓ２５０）により、許可判定からＮＯｘセンサ３０に関するセンサ制御を再開する。このとき、制御装置２０は、短縮する設定（Ｓ３５０〜Ｓ３７０）により、停止したときの計算値ｈｑ２から、停止期間Δｔにおける減算値ｈｑ４を減算した値ｈｑ５を設定する。次いで、時間ｔ２から、制御装置２０は、測定準備における許可判定（Ｓ１１０〜Ｓ１４０）を、初期値ｈｑ５、閾値ｈｑ３として行う。次いで、時間ｔ３で計算値ｈｑ２が閾値ｈｑ３以上になり、制御装置２０は、ヒータ３２による昇温を開始して、測定を開始する（Ｓ１５０〜Ｓ１７０）。

図８に例示するように、制御装置２０は、測定準備における許可判定（Ｓ１１０〜Ｓ１４０）を、初期値ｈｑ０、閾値ｈｑ３として行う。次いで、時間ｔ４で、許可判定の結果が正（Ｓ１４０：ＹＥＳ）となり、制御装置２０は、ヒータ３２による昇温を開始する（Ｓ１５０）。次いで、制御装置２０は、ヒータ３２による昇温を行っている中途の時間ｔ５で、制御装置２０は、停止判定（Ｓ２１０〜Ｓ２４０）により、ＮＯｘセンサ３０に関する制御を停止する。このとき、制御装置２０は、ステータスＢを記憶する。次いで、停止期間Δｔが経過した後の時間ｔ６で、制御装置２０は、停止判定（Ｓ２１０〜Ｓ２２０、Ｓ２５０）により、許可判定からＮＯｘセンサ３０に関するセンサ制御を再開する。このとき、制御装置２０は、短縮する設定（Ｓ３５０、Ｓ４１０、Ｓ３７０）により、停止したときの閾値ｈｑ３から、停止期間Δｔにおける減算値ｈｑ４を減算した値ｈｑ５を設定する。次いで、時間ｔ６から、制御装置２０は、測定準備における許可判定（Ｓ１１０〜Ｓ１４０）を、減算した値ｈｑ５を初期値ｈｑ０、閾値ｈｑ３として行う。次いで、時間ｔ７で計算値ｈｑ２が閾値ｈｑ３以上になり、制御装置２０は、ヒータ３２による昇温を開始して、測定を開始する（Ｓ１５０〜Ｓ１７０）。

図９に例示するように、制御装置２０は、測定準備における許可判定（Ｓ１１０〜Ｓ１４０）を、初期値ｈｑ０、閾値ｈｑ３として行う。次いで、時間ｔ８で、許可判定の結果が正（Ｓ１４０：ＹＥＳ）となり、制御装置２０は、ヒータ３２による昇温を開始する（Ｓ１５０）。次いで、時間ｔ９で、ヒータ３２による昇温が開始されてから、排気ガス温度Ｔｇが閾値以上で所定の時間が経過する。次いで、時間ｔ１０で、制御装置２０は、停止判定（Ｓ２１０〜Ｓ２４０）により、ＮＯｘセンサ３０に関する制御を停止する。このとき、制御装置２０は、ステータスＣを記憶する。次いで、停止期間Δｔが経過した後の時間ｔ１１で、制御装置２０は、停止判定（Ｓ２１０〜Ｓ２２０、Ｓ２５０）により、許可判定からＮＯｘセンサ３０に関するセンサ制御を再開する。このとき、制御装置２０は、短縮する設定（Ｓ３８０〜Ｓ４００）により、閾値ｈｑ３に停止期間Δｔにおける補正係数αを乗算した補正した値ｈｑ６を設定する。次いで、時間ｔ１１から、制御装置２０は、測定準備における許可判定（Ｓ１１０〜Ｓ１４０）を、初期値ｈｑ０、補正した値ｈｑ６を閾値ｈｑ３として行う。次いで、時間ｔ１２で計算値ｈｑ２が補正した値ｈｑ６以上になり、制御装置２０は、ヒータ３２による昇温を開始して、測定を開始する（Ｓ１５０〜Ｓ１７０）。

以上のように、ＮＯｘセンサ３０に関するセンサ制御を停止してから停止期間Δｔを経て再度、許可判定からセンサ制御を行う場合は、停止期間Δｔの間に取得した第二パラメータに応じて、その許可判定に要する時間を短縮する設定を行う。それ故、許可判定に要する時間を、停止期間Δｔで変化するセンサ素子３１の周囲状況に応じて、センサ素子３１の被水割れを確実に回避可能な最短の時間にすることができる。これにより、センサ素子３１の被水割れを確実に回避しつつ、測定準備に要する時間の短縮には有利になり、早期にＮＯｘセンサ３０による測定を開始することができる。これに伴って、早期に、ＮＯｘセンサ３０の測定値に基づいた尿素水Ｕ１の噴射制御を行うことができるので、窒素酸化物を確実に浄化すると共に、尿素水Ｕ１の噴射量の過不足を回避することができる。

この実施形態では、短縮する設定により、停止期間Δｔの間に取得した第二パラメータに基づいて、初期値ｈｑ０及び閾値ｈｑ３のどちらか一方を他方に近づけている。つまり、停止期間Δｔのセンサ素子３１の周囲の凝縮水の状況に対応させて、許可判定に要する時間を短縮している。このように、センサ素子３１の被水割れを回避する安全サイド寄りに許可判定に要する時間を短縮することで、時間を短縮しても、センサ素子３１の被水割れを確実に回避するには有利になる。

また、この実施形態では、停止したときのヒータ３２による昇温に関するステータスＡ〜Ｃに基づいて、初期値ｈｑ０を閾値ｈｑ３に近づけるか、閾値ｈｑ３を初期値ｈｑ０に近づけるかの選択を行っている。具体的に、ステータスＡの場合は、停止したときの計算値ｈｑ２から停止している間の減算値ｈｑ４を減算した値ｈｑ５を初期値ｈｑ０に設定し、ステータスＢの場合は、停止したときの閾値ｈｑ３から停止している間の減算値ｈｑ４を減算した値ｈｑ５を初期値ｈｑ０に設定する。また、ステータスＣの場合は、閾値ｈｑ３に停止している間の補正係数αを乗算した補正した値ｈｑ６を閾値ｈｑ３に設定する。

つまり、ステータスＡの場合は、停止する前の許可判定における計算値ｈｑ２を利用す
ることで、再開したときの許可判定に要する時間を短縮する一方で、停止期間Δｔの周囲状況の変化を加味することで、許可判定に要する時間を十分に確保することができる。これにより、センサ素子３１の被水割れを確実に回避することができる。

ステータスＢの場合は、停止する前の許可判定における閾値ｈｑ３を利用することで、再開したときの許可判定に要する時間を短縮する一方で、停止期間Δｔの周囲状況の変化を加味することで、許可判定に要する時間を十分に確保することができる。これにより、センサ素子３１の被水割れを確実に回避することができる。

ステータスＣの場合は、停止する前に十分にセンサ素子３１の周囲に結露が生じない状況であることが判明しているので、許可判定に要する時間をより短縮することで、ＮＯｘセンサ３０により早期に測定を開始することができる。

このように、停止するときの制御状態（ステータスＡ〜Ｃ）に応じて、許可判定に要する時間を短縮する設定を行うことで、センサ素子３１の被水割れを確実に回避するという安全サイドに寄りながら、許可判定に要する時間を短縮することができる。

図１０に例示するように、第二実施形態のセンサ制御システム４０におけるＮＯｘセンサ３０の制御方法は、第一実施形態に対して、ステータスＢ、Ｃを考慮しない点が異なっている。つまり、停止するときの制御状態が、ステータスＡか、それ以外かで初期値ｈｑ０を閾値ｈｑ３に近づけるか、閾値ｈｑ３を初期値ｈｑ０に近づけるかの選択を行っている。

このように、停止したときの制御状態においては、ステータスＡかそれ以外かで区分することもできる。

既述した実施形態では、ＮＯｘセンサ３０を例に説明したが、ヒータ３２によりセンサ素子３１を昇温するセンサであれば適用可能である。例えば、空燃比を測定するラムダセンサなどにも適用可能である。

また、既述した実施形態に対して、ステータスＣの場合に、上記のステータスＡと同様に、近づける設定を、停止したときに算出されていた計算値ｈｑ２から停止期間Δｔの間に取得した第二パラメータに応じた減算値ｈｑ４を減算した初期値ｈｑ５値にする設定にしてもよい。逆に、ステータスＡの場合に、上記のステータスＣと同様に、近づける設定を、閾値ｈｑ３に停止期間Δｔの間に取得した第二パラメータに応じた補正係数αを乗算した閾値ｈｑ６にする設定にしてもよい。

既述した実施形態では、ＮＯｘセンサ３０と制御装置２０とを別体として形成したが、ＮＯｘセンサ３０に制御装置２０を内蔵してもよい。つまり、ＮＯｘセンサ３０自体が、センサ制御システム４０として動作するものにも適用可能である。

２０ 制御装置
２１〜２８ 状況取得装置
３０ ＮＯｘセンサ
３１ センサ素子
３２ ヒータ
３３ 電極
４０ センサ制御システム
Δｔ 停止期間

Claims (8)

1. センサ素子、ヒータ、及び電極を有してなるセンサに接続された制御装置と、この制御装置に接続されて前記センサ素子の周囲状況を取得する状況取得装置と、を備えていて、前記制御装置により、前記状況取得装置により取得した前記周囲状況に基づいて、前記ヒータによる昇温を許可する判定の正否の結果が正の場合に、前記センサ素子に対して前記ヒータによる昇温を行うと共に、前記電極に通電する構成にしたセンサ制御システムにおいて、
   前記許可する判定、前記ヒータによる昇温、及び前記電極への通電を含む前記センサに関するセンサ制御が停止してから停止期間を経た後に、前記許可する判定から再開される場合は、前記制御装置により、その停止期間の間に前記状況取得装置により取得した前記周囲状況に基づいて、前記許可する判定に要する時間を短縮する設定を行う構成にしたことを特徴とするセンサ制御システム。
2. 前記許可する判定が、その許可する判定が開始されてから前記状況取得装置が取得した前記周囲状況に基づいて、予め設定した初期値にその周囲状況に応じた加算値を加算した計算値が予め設定した閾値以上になったときに、前記正否の結果が正になり、前記ヒータによる前記センサ素子の昇温を許可する判定であり、
   前記短縮する設定が、前記停止期間の間に前記状況取得装置により取得した前記周囲状況に基づいて、前記初期値及び前記閾値のどちらか一方を他方に近づける設定である請求項１に記載のセンサ制御システム。
3. 前記制御装置が、前記センサ制御が停止したときの制御状態を記憶可能に構成されていて、
   記憶したその制御状態に基づいて、前記制御装置により、前記初期値を前記閾値に近づけるか、前記閾値を前記初期値に近づけるかの選択を行う構成にした請求項２に記載のセンサ制御システム。
4. 前記制御状態が、前記許可する判定の前記正否の結果が出る前に停止したことを示す場合は、
   前記近づける設定が、前記初期値を、停止したときに算出されていた前記計算値から前記停止期間の間に前記状況取得装置が取得した前記周囲状況に応じた減算値を減算した値にする設定である請求項３に記載のセンサ制御システム。
5. 前記制御状態が、前記ヒータによる前記センサ素子の昇温が開始されてから停止したことを示す場合は、
   前記近づける設定が、前記閾値を、前記停止期間の間に前記状況取得装置が取得した前記周囲状況に応じて等倍以下に設定された補正係数で補正した値にする設定である請求項３又は４に記載のセンサ制御システム。
6. 前記制御状態が、前記ヒータによる前記センサ素子の昇温が開始された後に、その昇温が、そのセンサ素子の周囲に結露が生じない状況まで継続されてから停止したことを示す場合は、
   前記近づける設定が、前記閾値を、前記停止期間の間に前記状況取得装置が取得した前記周囲状況に応じて等倍以下に設定された補正係数で補正した値にする設定である一方で、
   前記制御状態が、前記ヒータによる前記センサ素子の昇温が開始されてから前記生じない状況までの間で停止したことを示す場合は、
   前記近づける設定が、前記初期値を、停止したときの前記閾値から前記停止期間の間に前記状況取得装置が取得した前記周囲状況に応じた減算値を減算した値にする設定である
   請求項３又は４に記載のセンサ制御システム。
7. 前記センサが車両に搭載されたエンジンの排気通路に配置されていて、前記ヒータがその車両のバッテリに電気的に接続されていて、
   前記エンジンが停止している間は、又は前記バッテリが低電圧状態の間は、前記制御装置により、前記ヒータによる昇温を停止する構成にした請求項１〜６のいずれか１項に記載のセンサ制御システム。
8. センサ素子の周囲状況に基づいて、ヒータによるそのセンサ素子の昇温を許可する判定を行い、その許可する判定の正否の結果が正の場合に、前記センサ素子に対して前記ヒータによる昇温を行うと共に、前記センサ素子に接合された電極に通電して、測定値を測定するセンサの制御方法において、
   前記許可する判定、前記ヒータによる昇温、及び前記電極への通電を含む前記センサに関するセンサ制御を停止してから停止期間を経た後に、前記許可する判定から再開する場合は、
   前記センサ制御を停止したときの制御状態を記憶し、
   前記停止期間の間に、前記周囲状況を取得し、
   記憶した前記制御状態と、取得した前記周囲状況とに基づいて、前記許可する判定に要する時間を短縮する設定を行うことを特徴とするセンサの制御方法。