JP2019085926A - センサシステム - Google Patents

Abstract

【課題】センサ素子の温度を好適な範囲に維持する。【解決手段】排気センサが設けられる位置における内燃機関の排気の温度を予測する温度予測部と、センサ素子の温度が、所定範囲に含まれる目標温度に近付くようにヒータを制御する制御部であって、予測温度が基準温度よりも高い場合には、基準温度よりも低い範囲で、目標温度を、予測温度が高いときは低いときよりも低くし、予測温度が基準温度よりも低い場合には、基準温度よりも高い範囲で、目標温度を、予測温度が高いときは低いときよりも低くする制御部と、を備える。【選択図】図７

Description

本発明は、センサシステムに関する。

内燃機関の排気中に含まれる成分を検出するセンサの中には、センサ素子を加熱するヒータを備えるものがある。例えば、空燃比センサでは、同じ空燃比であってもセンサ素子の温度によって検出値が変化するため、センサ素子の温度が所定範囲内となるようにヒータを制御することで、空燃比の検出精度を維持している。また、特定の排気成分（例えば、ＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯ）に対する検出感度を変更するために、センサ素子の温度を所定範囲内で調整する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の技術では、高負荷等でＮＯｘが発生し易いリーン空燃比での運転時には、ＮＯｘに対する反応性が高くなるようにセンサ素子温度を上げ、低負荷時等でＨＣ、ＣＯが発生し易いリッチ空燃比での運転時には、ＨＣ、ＣＯに対する反応性が高くなるようにセンサ素子温度を下げている。

特開２００３−３１４３５０号公報

センサの検出精度を維持すべくセンサ素子の温度が所定範囲になるようにヒータでセンサ素子の温度を調整したとしても、例えば内燃機関が高負荷で運転されている場合には、排気の温度が高いためにヒータで加熱しなくともセンサ素子が排気から熱を受けて温度が上昇するため、センサ素子の温度をさらにヒータで高くするとセンサ素子の温度が過剰に高くなって、所定範囲から外れる虞がある。すなわち、センサの検出精度が低下する虞がある。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、センサ素子の温度を好適な範囲に維持することにある。

本発明の態様の一つは、内燃機関の排気通路に設けられ、センサ素子と、前記センサ素子を加熱するヒータと、を備える排気センサと、前記排気センサが設けられる位置における前記内燃機関の排気の温度を予測する温度予測部と、前記センサ素子の温度が、所定範囲に含まれる目標温度に近付くように前記ヒータを制御する制御部であって、前記温度予測部により予測される排気の温度である予測温度が前記所定範囲に含まれる基準温度よりも高い場合には、前記基準温度よりも低い範囲で、前記目標温度を、前記予測温度が高いときは低いときよりも低くし、前記予測温度が前記基準温度よりも低い場合には、前記基準温度よりも高い範囲で、前記目標温度を、前記予測温度が高いときは低いときよりも低くする制御部と、を備えるセンサシステムである。

排気センサは、ヒータへの通電を制御することによりセンサ素子の温度を調整することができるセンサである。センサ素子の温度は、ヒータによらずとも、センサ素子が排気から熱を受けたり排気に熱を奪われたりすることによって変化し得る。ここで、センサ素子の温度が目標温度に近付くようにヒータをフィードバック制御することが考えられるが、センサ素子の温度が実際に変化してからヒータへの通電を制御すると、センサ素子の温度
変化に対してヒータの通電制御が遅れることになり、センサ素子の温度が所定範囲から外れる虞がある。なお、所定範囲は、排気センサの検出精度が許容範囲になる温度の範囲であり、センサ素子の活性温度の範囲に基づく範囲である。なお、所定範囲はセンサ素子の活性範囲と等しい範囲であってもよく、センサ素子の温度が活性範囲から外れないように余裕を持たせるために活性範囲よりも狭い範囲であってもよい。センサ素子の温度の基準温度は、排気センサの検出精度が最も高くなる温度、又は、排気センサの検出精度が最も高くなる温度範囲の中心温度としてもよい。また、基準温度は、所定範囲の中心温度としてもよい。

排気センサ周辺の排気の温度は、内燃機関の運転状態、及び、内燃機関から排気センサまでの間の排気系における熱容量などから予測することが可能である。すなわち、内燃機関から流れ出る排気の温度は、内燃機関の運転状態と相関を有することから、実際に内燃機関からガスが排出される前であっても予測可能である。また、内燃機関から排出されたガスは、排気系を流通しているときに排気系から熱を奪われて温度が低下する。この温度低下量も予め予測可能である。したがって、内燃機関の排気が排気センサ周辺に到達する前であっても、その排気が排気センサ周辺に到達したときの温度を予測することができる。そして、予測された排気の温度に基づいて、センサ素子の温度を予め変化させておけば、センサ素子の温度調整が排気の温度変化に対して遅れることを抑制できる。すなわち、予測される排気の温度が基準温度よりも高い場合には、センサ素子の目標温度を基準温度よりも低くしておくことにより、排気の温度が高くなったとしても、予めセンサ素子の温度を下げておくことができる。また、予測される排気の温度が基準温度よりも低い場合には、センサ素子の目標温度を基準温度よりも高くしておくことにより、排気の温度が低くなったとしても、予めセンサ素子の温度を上げておくことができる。さらに、予測される排気の温度が高いときは低いときよりもセンサ素子の目標温度を低くすることにより、排気の温度が高くなったとしても、予めセンサ素子の温度を排気の温度に応じて下げておくことができ、また、排気の温度が低くなったとしても、予めセンサ素子の温度を排気の温度に応じて上げておくことができる。また、所定範囲内で目標温度を変化させることにより、目標温度が過剰に高くなったり、過剰に低くなったりすることを抑制できる。したがって、センサ素子の温度を好適な範囲に維持することができる。

また、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記排気センサが設けられる位置における前記内燃機関の排気の流量を予測する流量予測部を更に備え、前記制御部は、前記流量予測部により予測される排気の流量が多いときは少ないときよりも、前記目標温度の前記基準温度からの乖離量をより大きくすることができる。

排気センサ周辺の排気の流量は、排気センサ周辺の排気の温度と同様に、内燃機関の運転状態等と関連性を有するため、内燃機関の運転状態等から予測可能である。すなわち、内燃機関の排気が排気センサに到達する前であっても、その排気が排気センサ周辺に到達したときの流量を予測することができる。ここで、排気の温度がセンサ素子の温度よりも高い場合には、排気の流量が多いほど、センサ素子の温度がより早く上昇する。また、排気の温度がセンサ素子の温度よりも低い場合には、排気の流量が多いほど、センサ素子の温度がより早く低下する。すなわち、排気の流量が多いときは少ないときよりも、センサ素子の温度変化の速度がより大きくなる。仮に排気の温度が同じで最終的に到達するセンサ素子の温度が同じであったとしても、その最終的な温度に至るまでの時間が排気の流量によって異なる。これに対して、排気の流量に応じて目標温度を変化させれば、最終的に到達する温度だけでなく、センサ素子の温度変化の速度にも応じて目標温度を設定することができる。この場合であっても、所定範囲内で目標温度を設定することにより、目標温度が過剰に高くなったり、過剰に低くなったりすることを抑制できる。なお、目標温度の基準温度からの乖離量をより大きくするといった場合には、目標温度が基準温度よりも低いときには目標温度をより低くすることを示しており、目標温度が基準温度よりも高いと
きには目標温度をより高くすることを示している。

また、アクセル開度センサを更に備え、前記温度予測部は、前記アクセル開度センサにより検出されるアクセル開度に基づいて前記排気の温度を予測することができる。

アクセル開度に応じて、内燃機関の運転状態が変化するため、アクセル開度と、内燃機関の運転状態とには相関がある。したがって、アクセル開度と内燃機関から流出する排気の温度とには相関があるため、アクセル開度に基づいて内燃機関から流出する排気の温度を予測することができる。この排気が排気センサ周辺に到達したときの温度も、上記のように予測することができる。したがって、アクセル開度に基づいて、排気センサ周辺の排気の温度を容易に予測することができる。

また、アクセル開度センサを更に備え、前記流量予測部は、前記アクセル開度センサにより検出されるアクセル開度に基づいて前記排気の流量を予測することができる。

アクセル開度によって、排気センサ周辺の排気の流量も変化するため、アクセル開度に基づいて、排気センサ周辺の排気の流量を容易に予測することができる。

また、前記制御部は、前記目標温度を変化させるときの変化速度に上限を設けることができる。

目標温度の変化速度に上限を設けることにより、排気センサの温度が急変することを抑制できるため、排気センサの破損を抑制したり、検出値のずれが発生することを抑制したりできる。

また、本発明の態様の一つは、内燃機関の排気通路に設けられ、センサ素子と、前記センサ素子を加熱するヒータと、を備える排気センサと、アクセル開度センサと、前記センサ素子の温度が所定範囲に含まれる目標温度に近付くように前記ヒータを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記排気センサ周辺の排気の温度が前記所定範囲に含まれる基準温度よりも高くなるようなアクセル開度の場合に、前記基準温度よりも低い範囲で、前記目標温度を、前記アクセル開度が大きいときは小さいときよりも低くし、前記排気センサ周辺の排気の温度が前記基準温度よりも低くなるようなアクセル開度の場合に、前記基準温度よりも高い範囲で、前記目標温度を、前記アクセル開度が大きいときは小さいときよりも低くするセンサシステムである。

上記のように、アクセル開度と将来の排気センサ周辺の排気の温度とには相関があるため、将来の排気センサ周辺の排気の温度を予測せずとも、アクセル開度に基づいてセンサ素子の目標温度を直接設定することもできる。

本発明によれば、センサ素子の温度を好適な範囲に維持することができる。

実施形態に係る内燃機関と、その吸気系および排気系と、の概略構成を示す図である。 空燃比センサの断面図である。 予測される空燃比センサ周辺の排気の温度ＥＴと、センサ素子の目標温度の基準温度からのオフセット量（目標オフセット量）との関係を示した図である。 図３に示される目標オフセット量を補正するための図である。 仮にセンサ素子の目標温度を基準温度で一定とした場合の各種値の推移を示したタイムチャートである。 実施形態１に係るセンサ素子インピーダンス制御を実施した場合の各種値の推移を示したタイムチャートである。 実施形態１に係る素子インピーダンス制御におけるデューティ比を設定するフローを示したフローチャートである。 実施形態１に係る素子インピーダンス制御におけるデューティ比を設定するフローであって排気の流量を考慮しない場合のフローを示したフローチャートである。 実施形態２に係る素子インピーダンス制御におけるデューティ比を設定するフローを示したフローチャートである。

以下に図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施形態１）
図１は、本実施形態に係る内燃機関１と、その吸気系および排気系と、の概略構成を示す図である。内燃機関１は車両５０に搭載されているガソリンエンジンである。なお、本実施形態はディーゼルエンジンであっても適用可能である。内燃機関１には排気通路２が接続されている。排気通路２には、触媒３が設けられているが、この触媒３は必須の構成ではない。

さらに、触媒３よりも上流の排気通路２には、触媒３に流れ込む排気の空燃比を検出する空燃比センサ１１と、触媒３に流れ込む排気の温度を検出する温度センサ１２と、が設けられている。この空燃比センサ１１は、例えば限界電流式の酸素センサであり、広い空燃比領域に亘って空燃比に略比例した出力を発生させる。なお、空燃比センサ１１は、限界電流式の酸素センサに限らず、例えば起電力式（濃淡電池式）の酸素センサであってもよい。なお、本実施形態においては、空燃比センサ１１が、本発明における排気センサに相当する。

図２は、空燃比センサ１１の断面図である。空燃比センサ１１には、排気の空燃比（酸素濃度としてもよい）に応じた出力をするセンサ素子１１Ａ、及びこのセンサ素子１１Ａを加熱するヒータ１１Ｂが含まれている。センサ素子１１Ａには、固体電解質層１０１、Ａ室側電極１０２、Ｂ室側電極１０３、拡散律速層１０４が含まれている。固体電解質層１０１は、大気に通じているＡ室と、排気通路２の内部に通じているＢ室と、を隔てている。固体電解質層１０１は、ジルコニア（Ｚｒ_２Ｏ_３）等の多孔質絶縁材料からなる。固体電解質層１０１のＡ室側壁面には、白金からなるＡ室側電極１０２が設けられており、固体電解質層１０１のＢ室側壁面には、白金からなるＢ室側電極１０３が設けられている。Ｂ室側電極１０３の表面は、拡散律速層１０４によって覆われており、排気通路２を流れる排気の一部が、拡散律速層１０４の内部を通過してＢ室側電極１０３に接触する。また、ヒータ１１Ｂは、Ａ室側において絶縁基板１０５で挟まれた状態で設けられている。

このような構成の空燃比センサ１１において、Ａ室側電極１０２とＢ室側電極１０３との間に所定の電圧が印加されると、この電圧の印加によって空燃比センサ１１に排気中の酸素濃度に応じた電流が流れる。この電流は空燃比と相関があるため、この電流に基づいて空燃比センサ１１は空燃比を検出する。

また、内燃機関１の各気筒には、夫々、電気火花を発生させる点火プラグ５、及び燃料を噴射する燃料噴射弁６が設けられている。また、内燃機関１には、吸気通路７が接続されている。吸気通路７には、エアフローメータ２３及びスロットル８が設けられている。
エアフローメータ２３は内燃機関１の吸入空気量を検知するセンサである。スロットル８は内燃機関１の吸入空気量を調整する。

そして、内燃機関１には制御装置（コントローラ）として、電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。ＥＣＵ１０には、内燃機関１や排気浄化装置等を制御するプログラムが記憶されており、このプログラムにしたがって、ＥＣＵ１０は、内燃機関１や排気浄化装置等を制御する。ＥＣＵ１０には、上述した各種センサの他、内燃機関１の回転速度に応じた信号を出力するクランクポジションセンサ２１、アクセルペダルの開度（アクセル開度）に応じた信号を出力するアクセル開度センサ２２、車両５０の側道に応じた信号を出力する車速センサ２４が電気的に接続され、各センサの出力値がＥＣＵ１０に渡される。

したがって、ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ２１の検出に基づく機関回転速度や、アクセル開度センサ２２の検出に基づく機関負荷率等の内燃機関１の運転状態を把握可能である。一方、ＥＣＵ１０には、点火プラグ５、燃料噴射弁６、スロットル８及びヒータ１１Ｂが電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０によりこれらが制御される。すなわち、ＥＣＵ１０によって、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度、ヒータ１１Ｂの温度が制御される。

ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサ２２によって検出されたアクセル開度に基づいて内燃機関１に対する目標トルクを設定する。なお、アクセル開度と、目標トルクとの関係は、予め実験またはシミュレーション等により求められＥＣＵ１０に記憶される。そして、ＥＣＵ１０は、その目標トルクを実現するように（内燃機関１のトルクが目標トルクとなるように）内燃機関１を制御する。このような制御をトルクデマンド制御という。このトルクデマンド制御は公知の制御であり、目標トルクを実現するように、スロットル８の開度制御、および、点火プラグ５の点火時期制御などを実行するものである。つまり、目標トルクに基づいて目標スロットル開度を計算するとともに、その目標スロットル開度での吸入空気量のもとで目標トルクを達成するのに必要な点火時期を計算している。すなわち、上記の吸入空気量のもとで点火時期を最適点火時期（ＭＢＴ（Minimum Advance for Best Torque））に設定したならば得られるトルクを推定し、その推定トルクに対する目標
トルクの比率に応じて点火時期の遅角量（ＭＢＴからの遅角量）を計算し、これら計算された目標スロットル開度および点火時期の遅角量（目標点火時期）が得られるように、スロットル８の開度制御、および、点火プラグ５の点火時期制御を実行し、これによって内燃機関１のトルクが目標トルクとなるように制御している。なお、トルクデマンド制御において、ＥＣＵ１０は、アクセル開度に基づいて、将来の機関回転速度及び将来の機関負荷率を算出している。

また、ＥＣＵ１０は、空燃比センサ１１によって検出される空燃比（検出空燃比）が目標空燃比となるように燃料噴射量またはスロットル開度をフィードバック制御する。この制御を、空燃比フィードバック制御という。

また、ＥＣＵ１０は、空燃比センサ１１の検出精度を維持するべく、センサ素子１１Ａの温度が所定範囲内となるように、ヒータ１１Ｂを制御している。センサ素子１１Ａの温度が、この所定範囲を外れると空燃比センサ１１の検出値と実際の空燃比との相関が変化してしまうため、空燃比センサ１１による空燃比の検出精度が低くなる。この所定範囲は、センサ素子１１Ａが活性する温度の範囲（例えば６５０℃から７５０℃までの範囲）とする。この場合、センサ素子１１Ａの温度はセンサ素子１１Ａのインピーダンスによって表すことができる。すなわち、センサ素子１１Ａの温度が高くなると、インピーダンスが小さくなるという関係がある。本実施形態では、目標温度を表す目標インピーダンスが設定され、センサ素子１１Ａの実際の温度を表す実際のインピーダンスが検出され、実際の
インピーダンスが目標インピーダンスに一致するように、ＥＣＵ１０がヒータ１１Ｂの出力をフィードバック制御する。この制御を、センサ素子インピーダンス制御という。なお、本実施形態における素子インピーダンス制御は、センサ素子１１Ａの温度制御の一例であり、他の制御によってセンサ素子１１Ａの温度制御を実施してもよい。

センサ素子インピーダンス制御では、ＥＣＵ１０は、空燃比センサ１１が排気から熱を受けたり、排気に熱を奪われたりしても、空燃比センサ１１のセンサ素子１１Ａの温度が所定範囲内となるように目標温度（目標インピーダンス）を設定し、センサ素子１１Ａの温度が目標温度に一致するようにヒータ１１Ｂをデューティ制御する。

センサ素子１１Ａの温度はセンサ素子インピーダンス制御によって調整される。しかし、機関負荷率が高くなって排気の温度が高くなり、この高温の排気から熱を受けることによりセンサ素子１１Ａの温度が上昇する場合がある。この場合には、センサ素子インピーダンス制御によらずセンサ素子１１Ａの温度が上昇してしまうので、センサ素子１１Ａの温度が所定範囲の上限よりも高くなる虞がある。一方、機関負荷率が低くなって排気の温度が低くなり、この低温の排気が熱を奪うことによりセンサ素子１１Ａの温度が下降する場合がある。この場合には、センサ素子インピーダンス制御によってセンサ素子１１Ａの温度が上昇されるが、排気に奪われる熱の量が多い場合には、センサ素子１１Ａの温度が所定範囲の下限よりも低くなる虞がある。

そこでＥＣＵ１０は、空燃比センサ１１周辺において予測される排気の温度（予測温度）に基づいて、センサ素子１１Ａの温度を予め調整しておく。すなわち、今後に空燃比センサ１１周辺を通過する排気の温度がセンサ素子１１Ａの温度よりも低く、センサ素子１１Ａの温度が低下する虞がある場合には、その温度の低い排気が実際にセンサ素子１１Ａの温度を低下させる前に、センサ素子１１Ａの温度を予め上げておく。このときには、素子インピーダンス制御における目標温度が高くされる。一方、今後に空燃比センサ１１周辺を通過する排気の温度がセンサ素子１１Ａの温度よりも高く、センサ素子１１Ａの温度が上昇する虞がある場合には、その温度の高い排気が実際にセンサ素子１１Ａの温度を上昇させる前に、センサ素子１１Ａの温度を予め下げておく。

空燃比センサ１１周辺の排気の温度の予測は、トルクデマンド制御において算出される機関回転速度及び機関負荷率を利用して行われる。機関回転速度及び機関負荷率と、内燃機関１から排出されるガスの温度とには相関関係があるため、この関係を、予め実験またはシミュレーション等により求めてマップ化しＥＣＵ１０に記憶させておく。また、内燃機関１から流出した排気が排気通路２を流通して空燃比センサ１１に到達するまでの間に、排気が持っている熱が排気通路２の壁面を介して外部に放出されるため、排気の温度が低下する。この排気の温度の低下量は、内燃機関１から空燃比センサ１１に至るまでの排気系に備わる部材の熱容量の影響を受けるため、これらの熱容量を考慮して空燃比センサ１１周辺の排気の温度を算出する。

例えば、内燃機関１から流出する排気の温度をトルクデマンド制御において算出される機関回転速度及び機関負荷率に基づいて予測し、この予測される温度に所定係数を乗算することにより、この排気が空燃比センサ１１周辺に到達したときの温度を予測することができる。この所定係数は、内燃機関１から流出する排気の流量に応じて設定してもよい。すなわち、排気の流量が少ないほど、排気系の熱容量の影響をより大きく受けるため、空燃比センサ１１に到達するまでの排気の温度低下量が大きくなる。排気の流量と所定係数との関係は予め実験またはシミュレーション等により求めてマップ化しＥＣＵ１０に記憶させておく。また、排気の流量は吸入空気量と相関関係にあるため、吸入空気量に基づいて所定係数を得るようにしてもよい。

また、例えば、排気系の熱容量は一定であると考えて、機関回転速度及び機関負荷率と、空燃比センサ１１周辺の排気の温度との関係を予め実験またはシミュレーション等により求めてマップ化しＥＣＵ１０に記憶させておいてもよい。また、排気通路２における放熱を考慮した物理モデル、または、排気通路２における放熱量のマップ若しくは計算式等によって、排気通路２における放熱量を求め、この放熱量と、内燃機関１から流れ出る排気の温度とに基づいて、その排気が空燃比センサ１１に到達したときの温度を予測してもよい。

図３は、予測される空燃比センサ１１周辺の排気の温度ＥＴと、センサ素子１１Ａの目標温度の基準温度からのオフセット量（目標オフセット量）との関係を示した図である。横軸の排気温度ＥＴは、内燃機関１の運転状態から予測される空燃比センサ１１周辺の排気の温度であり、トルクデマンド制御において用いられるアクセル開度に基づいて算出される。図３に示す基準温度とは、センサ素子１１Ａの基準温度であり、例えば７００℃である。この基準温度は、センサ素子１１Ａの温度が所定範囲内となるように制御する際の、基準となる温度である。なお、基準温度は、空燃比センサ１１の検出精度が最も高くなる温度としてもよい。したがって、ＥＴ３で示される排気温度ＥＴは、予測される空燃比センサ１１周辺の排気の温度が、センサ素子１１Ａの基準温度と等しいことを示している。

図３における縦軸の目標オフセット量は、センサ素子１１Ａの目標温度を設定する際の、基準温度からのオフセット量を示している。目標オフセット量における「＋３０」は、センサ素子１１Ａの目標温度を基準温度よりも３０℃高くすることを示しており、「０」は、センサ素子１１Ａの目標温度を基準温度と等しくすることを示しており、「−３０」は、センサ素子１１Ａの目標温度を基準温度よりも３０℃低くすることを示している。

排気温度ＥＴがＥＴ３よりも低い場合は、予測される空燃比センサ１１周辺の排気温度ＥＴが基準温度よりも低いことになる。この場合、温度の低い排気が実際に空燃比センサ１１に到達すると、ヒータ１１Ｂによる加熱が間に合わずに、センサ素子１１Ａの温度が低下する虞がある。そのため、空燃比センサ１１周辺の排気の温度が基準温度よりも低くなると予測される場合（排気温度ＥＴがＥＴ３よりも低くなると予測される場合）には、予めセンサ素子１１Ａの温度を上げておく。この場合、素子インピーダンス制御におけるセンサ素子１１Ａの目標温度を基準温度よりも高くした状態で、素子インピーダンス制御を行う。

図３においては、排気温度ＥＴがＥＴ１からＥＴ２の間である場合に、排気温度ＥＴが小さくなるほど目標オフセット量を大きくしている。すなわち、予測される排気温度ＥＴが低くなるほど、目標オフセット量をより大きくすることにより、予測される排気温度ＥＴに応じてセンサ素子１１Ａの温度を予め高くしておく。なお、図３においては、排気温度ＥＴに応じて連続的に目標オフセット量を変化させているが、これに代えて、段階的に変化させてもよい。

一方、目標オフセット量の上限を＋３０℃に設定している。このため、排気温度ＥＴがＥＴ１よりも低い場合には、目標オフセット量が＋３０℃に固定される。なお、排気温度の予測が外れた場合に、センサ素子１１Ａの温度が所定範囲から外れる虞があるため、目標オフセット量の上限に、ある程度の余裕を持たせている。すなわち、所定範囲（例えば６５０℃から７５０℃までの範囲）よりも狭い範囲でセンサ素子１１Ａの目標温度を変化させるように、目標オフセット量の上限を設定している。ただし、目標オフセット量の上限は、所定範囲の上限（例えば７５０℃）に対応するオフセット量（例えば＋５０℃）まで大きくしてもよい。このようにすることで、センサ素子１１Ａの目標温度が所定範囲内で調整されるため、ヒータ１１Ｂがセンサ素子１１Ａを加熱したときにセンサ素子１１Ａ
の温度が過剰に高くなって所定範囲を外れてしまうことを抑制できる。ＥＴ１は、排気温度に応じて目標オフセット量を大きくすると、センサ素子１１Ａの温度が所定範囲の上限を上回る虞のある排気温度の上限値である。

また、排気温度ＥＴがＥＴ３より低くても、ＥＴ２からＥＴ３の間では、目標オフセット量が０に設定される。ここでは予測される排気温度ＥＴが基準温度に近いため、予測される排気温度ＥＴが基準温度よりも低い場合であっても、センサ素子１１Ａから奪われる熱の量は少ないので、この温度の範囲では、目標温度を変化させなくても、センサ素子１１Ａの温度は基準温度に近い値になる。したがって、排気温度ＥＴがＥＴ２からＥＴ３の間では、目標オフセット量を変化させずに０に設定している。これにより、制御の簡略化が可能になる。ただし、排気温度ＥＴがＥＴ２からＥＴ３の間であっても、排気温度ＥＴがＥＴ１からＥＴ２の間のときと同じように、排気温度ＥＴが低くなるほど目標オフセット量を大きくしてもよい。ＥＴ２は、目標温度若しくは目標オフセット量を変化させなくても、センサ素子１１Ａの温度を所定範囲内に収めることのできる排気温度ＥＴの下限として求めることができる。

排気温度ＥＴがＥＴ３よりも高い場合は、予測される空燃比センサ１１周辺の排気温度ＥＴが基準温度よりも高いことになる。この場合、温度の高い排気が実際に空燃比センサ１１に到達すると、ヒータ１１Ｂによる加熱量を減少させたとしても間に合わずに、センサ素子１１Ａの温度が上昇する虞がある。そのため、空燃比センサ１１周辺の排気の温度が基準温度よりも高くなると予測される場合（排気温度ＥＴがＥＴ３よりも高くなると予測される場合）には、予めセンサ素子１１Ａの温度を下げておく。この場合、素子インピーダンス制御におけるセンサ素子１１Ａの目標温度を基準温度よりも低くした状態で、素子インピーダンス制御を行う。

図３においては、排気温度ＥＴがＥＴ４からＥＴ５の間である場合に、排気温度ＥＴが大きくなるほど目標オフセット量を小さくしている。すなわち、予測される排気温度ＥＴが高くなるほど、目標オフセット量をより小さくすることにより、予測される排気温度ＥＴに応じてセンサ素子１１Ａの温度を予め低くしておく。なお、図３においては、排気温度ＥＴに応じて連続的に目標オフセット量を変化させているが、これに代えて、段階的に変化させてもよい。

一方、目標オフセット量の下限を−３０℃に設定している。このため、排気温度ＥＴがＥＴ５よりも高い場合には、目標オフセット量が−３０℃に固定される。なお、排気温度の予測が外れた場合に、センサ素子１１Ａの温度が所定範囲から外れる虞があるため、目標オフセット量の下限に、ある程度の余裕を持たせている。すなわち、所定範囲よりも狭い範囲でセンサ素子１１Ａの目標温度を変化させるように、目標オフセット量の下限を設定している。ただし、目標オフセット量の下限は、所定範囲の下限（例えば６５０℃）に対応するオフセット量（例えば−５０℃）まで小さくしてもよい。ＥＴ５は、センサ素子１１Ａの温度が所定範囲の下限を下回る虞のある温度である。このようにすることで、センサ素子１１Ａの目標温度が所定範囲内で調整されるため、センサ素子１１Ａの温度が過剰に低くなって所定範囲を外れてしまうことを抑制できる。ＥＴ５は、排気温度に応じて目標オフセット量を小さくすると、センサ素子１１Ａの温度が所定範囲の下限を下回る虞のある排気温度の下限値である。

また、排気温度ＥＴがＥＴ３より高くても、排気温度ＥＴがＥＴ３からＥＴ４の間では、目標オフセット量が０に設定される。ここでは予測される排気温度ＥＴが基準温度に近いため、予測される排気温度ＥＴが基準温度よりも高い場合であっても、センサ素子１１Ａに与えられる熱の量は少ないので、この温度の範囲では、目標温度を変化させなくても、センサ素子１１Ａの温度は基準温度に近い値になる。したがって、排気温度ＥＴがＥＴ
３からＥＴ４の間では、目標オフセット量を変化させずに０に設定している。これにより、制御の簡略化が可能になる。ただし、排気温度ＥＴがＥＴ３からＥＴ４の間であっても、排気温度ＥＴがＥＴ４からＥＴ５の間のときと同じように、排気温度ＥＴが低くなるほど目標オフセット量を小さくしてもよい。ＥＴ４は、目標温度若しくは目標オフセット量を変化させなくても、センサ素子１１Ａの温度を所定範囲内に収めることのできる排気温度ＥＴの上限として求めることができる。ＥＴ１、ＥＴ２、ＥＴ３、ＥＴ４、ＥＴ５の各値は、予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。

なお、センサ素子１１Ａから排気が単位時間当たりに奪う熱の量は、排気の流量によっても変化する。したがって、排気温度ＥＴに加えて、排気の流量を考慮して目標オフセット量を設定してもよい。例えば、排気温度ＥＴが図３におけるＥＴ３よりも低い場合には、排気温度ＥＴが例え同じであったとしても、排気の流量が多いほど、センサ素子１１Ａの温度低下の速度がより大きくなる。一方、排気温度ＥＴが図３におけるＥＴ３よりも高い場合には、排気温度ＥＴが例え同じであったとしても、排気の流量が多いほど、センサ素子１１Ａの温度上昇の速度がより大きくなる。このように、排気の流量に応じてセンサ素子１１Ａの温度変化の速度に差が生じるため、センサ素子１１Ａの温度が排気温度ＥＴにすぐに変化するのではなく、ある程度の時間がかかる場合もある。したがって、センサ素子１１Ａの目標オフセット量を排気温度ＥＴに合わせて変化させてしまうと、センサ素子１１Ａにおける熱の増減量に対して、目標オフセット量が過剰に変化してしまい、センサ素子１１Ａの温度が所定範囲を外れる虞がある。

そのため、排気の流量に応じて目標オフセット量を補正してもよい。空燃比センサ１１周辺を流通する排気の流量の予測は、トルクデマンド制御において用いられるアクセル開度、または、トルクデマンド制御において算出される機関回転速度及び機関負荷率と相関を有することから、これらの値に基づいて行われる。なお、機関回転速度及び機関負荷率と、この機関回転速度及び機関負荷率で内燃機関１が運転されたときに内燃機関１から流出した排気が空燃比センサ１１に到達したときの排気の流量とには相関関係があるため、この関係を、予め実験またはシミュレーション等により求めてマップ化しＥＣＵ１０に記憶させておく。

図４は、図３に示される目標オフセット量を補正するための図である。縦軸が予測される排気温度ＥＴであり、横軸が予測される排気流量ＥＱである。排気流量ＥＱは、内燃機関１の運転状態から予測される空燃比センサ１１周辺の排気の流量であり、トルクデマンド制御において用いられるアクセル開度に基づいて算出される。図４における「補正なし」は、図３に示される目標オフセット量を補正しないことを示しており、「小」は、図３に示される目標オフセット量が小さくなるように（負の値が大きくなるように）補正することを示しており、「大」は、図３に示される目標オフセット量が大きくなるように（正の値が大きくなるように）補正することを示している。

図４に示されるように、予測される排気流量ＥＱが所定流量よりも少ない場合には、予測される排気温度ＥＴによらず、排気流量ＥＱに基づいた目標オフセット量の補正は行わない。ここでいう所定流量は、図３に示した目標オフセット量に基づいて素子インピーダンス制御を実施することにより、センサ素子１１Ａの温度を所定範囲内に制御可能な排気流量の上限値である。すなわち、排気流量ＥＱが所定流量よりも少ない場合には、排気流量ＥＱがセンサ素子１１Ａの温度上昇または温度低下に与える影響が小さいため、排気流量ＥＱに応じた目標オフセット量の補正は行わない。したがって、図３に示した関係にしたがってセンサ素子１１Ａの目標温度が設定される。

一方、予測される排気流量ＥＱが所定流量よりも多い場合であっても、排気温度ＥＴが基準温度付近の温度であれば、排気流量ＥＱがセンサ素子１１Ａの温度上昇または温度低
下に与える影響が小さい。そのため、センサ素子１１Ａの温度が所定範囲から外れることが抑制されるので、排気流量ＥＱに応じた目標オフセット量の補正は行わない。したがって、図３に示した関係にしたがってセンサ素子１１Ａの目標温度が設定される。このときの排気温度ＥＴの下限及び上限は、図３におけるＥＴ２及びＥＴ４としてもよく、これらと異なる値であってもよい。この値は、予め実験またはシミュレーション等により求めることもできる。

また、図４において「小」で示される範囲では、排気温度ＥＴが同じであっても、予測される排気の流量が多いときは少ないときよりも目標オフセット量がより小さくなるように（すなわち、目標温度の基準温度からの乖離量がより大きくなるように）補正を行う。予測される排気流量ＥＱが所定流量よりも多い場合であって、予測される排気温度ＥＴが「補正なし」で示される範囲の上限よりも高い場合には、排気から熱を受けることによるセンサ素子１１Ａの温度上昇の速度が排気の流量に応じて大きくなる。そのため、図３に基づいて得られる目標オフセット量を排気の流量に応じて補正する。ただし、補正後の目標オフセット量の下限は、図３に示した下限（例えば−３０℃）とする。これにより、排気温度または排気流量の予測が外れた場合にセンサ素子１１Ａの温度が所定範囲を外れることを抑制する。この範囲では、排気温度ＥＴが高く且つ排気流量ＥＱが多いことによりセンサ素子１１Ａの温度がより上昇することが予測されるため、予めセンサ素子１１Ａの温度をより下げておくことにより、センサ素子１１Ａの温度が所定範囲の上限を上回ることを抑制する。

一方、図４において「大」で示される範囲では、排気温度ＥＴが同じであっても、予測される排気の流量が多いときは少ないときよりも目標オフセット量がより大きくなるように（すなわち、目標温度の基準温度からの乖離量がより大きくなるように）補正を行う。予測される排気流量ＥＱが所定流量よりも多い場合であって、予測される排気温度ＥＴが「補正なし」で示される範囲の下限よりも低い場合には、排気から熱が奪われることによるセンサ素子１１Ａの温度低下の速度が排気の流量に応じて大きくなる。そのため、図３に基づいて得られる目標オフセット量を排気の流量に応じて補正する。ただし、補正後の目標オフセット量の上限は、図３に示した上限（例えば＋３０℃）とする。これにより、排気温度または排気流量の予測が外れた場合にセンサ素子１１Ａの温度が所定範囲を外れることを抑制する。この範囲では、排気温度ＥＴが低く且つ排気流量ＥＱが多いことによりセンサ素子１１Ａの温度がより低下することが予測されるため、予めセンサ素子１１Ａの温度をより上げておくことにより、センサ素子１１Ａの温度が所定範囲の下限を下回ることを抑制する。

なお、図４では、「補正なし」の範囲を設けているが、これに代えて、「補正なし」の範囲を設けずに、排気温度ＥＴが同じであれば、排気流量ＥＱが多いときには少ないときよりも、目標温度の基準温度からの乖離量がより大きくなるように目標オフセット量を補正してもよい。

なお、図３に示した目標オフセット量に、図４に示した関係によって得られる補正係数を乗算することにより、新たな目標オフセット量を得てもよいし、排気温度ＥＴ及び排気流量ＥＱと、目標オフセット量との関係を予め実験またはシミュレーション等により求めてマップ化してＥＣＵ１０に記憶させておいてもよい。

図５は、仮にセンサ素子１１Ａの目標温度を基準温度で一定とした場合の各種値の推移を示したタイムチャートである。上から順に、車速、アクセル開度、排気の温度、排気の流量、センサ素子１１Ａの温度、ヒータ１１Ｂのデューティ比（ヒータデューティ）を示している。排気の温度及び排気の流量は、空燃比センサ１１の周辺における値であり、上記の予測される排気の温度及び予測される排気の流量と等しいものとする。センサ素子１
１Ａの温度における一点鎖線は、素子インピーダンス制御における目標温度を示しており、実線は実際の温度を示している。なお、図５においては、センサ素子１１Ａの目標温度は、基準温度で一定である。図５は、従来における素子インピーダンス制御を実施した場合のタイムチャートとしてもよい。

Ｔ１においてアクセル開度が大きくなることにより車速が上昇する。Ｔ１に内燃機関１から排出されたガスが空燃比センサ１１に到達するまでにはある程度の時間（Ｔ１からＴ２までの時間）がかかる。この応答遅れの後のＴ２において、空燃比センサ１１の周辺の排気の温度及び排気の流量が増加を始める。図５では、Ｔ２における排気の温度が基準温度よりも低いため、排気の流量の増加に伴って、センサ素子１１Ａから奪われる熱の量が増加する。したがって、排気の流量の増加に遅れて、Ｔ３においてセンサ素子１１Ａの温度が低下を始める。

Ｔ３からセンサ素子１１Ａの温度を増加させるために、ヒータデューティが増加するが、センサ素子１１Ａの温度上昇が間に合わずにセンサ素子１１Ａの温度は低下する。このセンサ素子１１Ａの温度低下は、Ｔ４において排気の温度が基準温度に達するまで続く。このため、Ｔ３からＴ４までの間に、センサ素子１１Ａの温度が所定範囲の下限よりも低くなってしまう。Ｔ４において排気の温度が基準温度を超えると、センサ素子１１Ａが排気によって加熱されるため、センサ素子１１Ａの温度低下が終わる。このため、ヒータデューティはほとんど増加しなくなる。その後も、センサ素子１１Ａがヒータ１１Ｂ及び排気によって加熱されるため、センサ素子１１Ａの温度が上昇する。

Ｔ５においてアクセル開度が０になって、車速が減少を始める。アクセル開度が０になり車速が減少することに伴って排気の流量が少なくなるために、例え排気の温度が基準温度以下であったとしても、ヒータ１１Ｂによってセンサ素子１１Ａを加熱することができるため、センサ素子１１Ａの温度は上昇を続ける。その後、センサ素子１１Ａの温度は基準温度に達する。

このように、センサ素子１１Ａの目標温度を基準温度で一定にしていると、排気の温度が低い場合に、センサ素子１１Ａの温度が所定範囲の下限よりも低くなってしまう場合がある。

一方、図６は、本実施形態に係るセンサ素子インピーダンス制御を実施した場合の各種値の推移を示したタイムチャートである。図５と同様に、上から順に、車速、アクセル開度、排気の温度、排気の流量、センサ素子１１Ａの温度、ヒータ１１Ｂのデューティ比を示している。なお、図６における車速、アクセル開度、排気の温度、排気の流量の推移は、図５におけるものと同じである。なお、本実施形態に係るセンサ素子インピーダンス制御は、Ｔ１１から開始されている。

Ｔ１１においてアクセル開度が大きくなると、ＥＣＵ１０が排気の温度及び排気の流量を予測して、センサ素子１１Ａの目標温度がすぐに変えられる。Ｔ１１におけるアクセル開度の増加に対応して空燃比センサ１１周辺の排気の温度及び排気の流量が変化するのはＴ１２であるが、Ｔ１２よりも前にセンサ素子１１Ａの目標温度の上昇を開始している。すなわち、予測される排気の温度が基準温度よりも低く且つ排気の流量が増加すると予測されているため、センサ素子１１Ａの温度が低下しないように、Ｔ１１からセンサ素子１１Ａの目標温度を予め高めている。そのため、Ｔ１１からヒータデューティが増加している。その後も逐次、排気の温度及び排気の流量が予測され、それに応じてセンサ素子１１Ａの目標温度が調整される。

Ｔ１１において予測された温度及び流量の排気が、Ｔ１２において、空燃比センサ１１
の周辺に到達する。このときには、センサ素子１１Ａの実際の温度が基準温度よりも高くなっており、温度の低い排気の流量が増加したとしても、センサ素子１１Ａの温度が所定範囲の下限よりも低くなることが抑制される。

また、Ｔ１３において、排気の温度が基準温度に達している。したがって、Ｔ１３以降は、排気によってセンサ素子１１Ａが加熱されるため、センサ素子１１Ａの温度を下げるように、目標温度が低下される。そのため、ヒータデューティも小さくされる。そして、Ｔ１４において車速が減少を始める。

このように、センサ素子１１Ａの目標温度を予測される排気の温度及び予測される排気の流量に応じて変化させると、排気の温度が低く且つ排気の流量が多い場合であっても、センサ素子１１Ａの温度が所定範囲の下限よりも低くなることを抑制できる。

図７は、本実施形態に係る素子インピーダンス制御におけるデューティ比を設定するフローを示したフローチャートである。本フローチャートは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。なお、素子インピーダンス制御は、ＥＣＵ１０により別途実行されている。

ステップＳ１０１では、排気の温度が予測され、ステップＳ１０２では、排気の流量が予測される。ここでいう排気の温度及び排気の流量は、空燃比センサ１１周辺の排気の温度及び排気の流量である。トルクデマンド制御において算出される機関回転速度及び機関負荷率に基づいて、今後の排気の温度及び排気の流量が算出される。この算出にはマップが用いられる。このマップは、排気通路２を排気が流通する際の熱の放出による排気の温度低下も考慮されたマップである。なお、本実施形態においてはＥＣＵ１０がステップＳ１０１を処理することにより、温度予測部として機能する。また、本実施形態においてはＥＣＵ１０がステップＳ１０２を処理することにより、流量予測部として機能する。

ステップＳ１０３では、ステップＳ１０１で算出される排気の温度、及び、ステップＳ１０２で算出される排気の流量に基づいて、センサ素子１１Ａの目標温度が算出される。この目標温度の算出にはマップが用いられる。

ステップＳ１０４では、素子インピーダンス制御におけるデューティ比が算出される。目標温度とデューティ比との関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。そして、ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で算出されたデューティ比が、素子インピーダンス制御におけるデューティ比として設定される。なお、本実施形態においてはＥＣＵ１０がステップＳ１０３からステップＳ１０５を処理することにより、制御部として機能する。

なお、センサ素子１１Ａの温度が急変すると、センサ素子１１Ａが破損したり、センサ素子１１Ａの特性が変化して検出値がずれたりする場合がある。したがって、センサ素子１１Ａの目標温度を変更するときには、目標温度の変化速度に上限を設けるなどして目標温度を徐々に変化させることにより、センサ素子１１Ａの破損や検出値のずれを抑制してもよい。目標温度の変化速度の上限は、センサ素子１１Ａの破損を抑制し得る変化速度、または、空燃比センサ１１の検出値のずれが許容範囲になる変化速度として、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。

本実施形態では、排気の温度及び排気の流量を予測し、これらの値に基づいてセンサ素子１１Ａの目標温度を設定しているが、これに代えて、排気の温度のみを予測し、この値に基づいてセンサ素子１１Ａの目標温度を設定してもよい。すなわち、図３に示される関係に基づいて目標オフセット量を設定するが、図４に示される関係に基づいた補正は行わ
ないようにしてもよい。ここで、予測される排気の温度が基準温度よりも高い場合には、排気の流量が多いほど、センサ素子１１Ａの温度が上昇し易い。一方、予測される排気の温度が基準温度よりも低い場合には、排気の流量が多いほど、センサ素子１１Ａの温度が低下し易い。したがって、排気の流量を考慮してセンサ素子１１Ａの目標温度を設定したほうが、より精度の高い温度制御が可能となる。しかし、排気の流量を考慮しない場合であっても、排気の温度の変化に応じてセンサ素子１１Ａの目標温度を設定することは可能であるため、排気の流量を考慮せずに目標温度を設定することもできる。

図８は、本実施形態に係る素子インピーダンス制御におけるデューティ比を設定するフローであって排気の流量を考慮しない場合のフローを示したフローチャートである。本フローチャートは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。なお、素子インピーダンス制御は、ＥＣＵ１０により別途実行されている。

ステップＳ２０１では、排気の温度が予測される。ここでいう排気の温度は、空燃比センサ１１周辺の排気の温度を示している。トルクデマンド制御において算出される機関回転速度及び機関負荷率に基づいて、今後の排気の温度が算出される。この算出にはマップが用いられる。このマップは、排気通路２を排気が流通する際の熱の放出による排気の温度低下も考慮されたマップである。なお、本実施形態においてはＥＣＵ１０がステップＳ２０１を処理することにより、温度予測部として機能する。

ステップＳ２０２では、ステップＳ２０１で算出される排気の温度に基づいて、センサ素子１１Ａの目標温度が算出される。この目標温度の算出にはマップが用いられる。

ステップＳ２０３では、素子インピーダンス制御におけるデューティ比が算出される。目標温度とデューティ比との関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。そして、ステップＳ２０４では、ステップＳ２０３で算出されたデューティ比が、素子インピーダンス制御におけるデューティ比として設定される。なお、本実施形態においてはＥＣＵ１０がステップＳ２０２からステップＳ２０４を処理することにより、制御部として機能する。

以上説明したように本実施形態によれば、予測される排気温度及び予測される排気流量に基づいて素子インピーダンス制御における目標温度を設定し、排気温度及び排気流量が実際に変化する前にセンサ素子１１Ａの温度を変えておくため、センサ素子１１Ａの温度の調整が間に合わなくなることを抑制できる。これにより、センサ素子１１Ａの温度を所定範囲内に維持することができるので、空燃比センサ１１の検出精度が低下することを抑制できる。

なお、予測される排気温度及び排気流量に基づいて予めセンサ素子１１Ａの温度を変化させようとした場合であっても、センサ素子１１Ａの温度変化が完了する前に、その予測された温度の排気が空燃比センサ１１に到達することも考えられる。すなわち、センサ素子１１Ａの温度調整が間に合わない場合もあり得る。しかし、このような場合であっても、実際に排気が到達する前からセンサ素子１１Ａの温度調整が開始される。したがって、センサ素子１１Ａの温度が変化してからセンサ素子１１Ａの温度調整を開始するよりも、より早くセンサ素子１１Ａの温度調整を開始することができるため、ある程度の効果は見込める。

また、本実施形態では、空燃比センサ１１を例に挙げて説明したが、ヒータを有する他のセンサについても適用可能である。例えば、ＰＭセンサ、ＮＯｘセンサ、ＨＣセンサにおいてヒータを制御する場合であっても本実施形態と同様にして適用可能である。また、本実施形態においてはトルクデマンド制御において取得される機関回転速度及び機関負荷
率に基づいて排気温度を予測しているが、これに代えて、内燃機関１から排出されるガスの温度を温度センサ１２によって直接検出してもよい。この場合、温度センサ１２は、内燃機関１にできるだけ近付けて配置することが好ましい。そして、この温度センサ１２によって温度が検出された排気が、排気通路２を流通して空燃比センサ１１に到達するまでの温度低下を更に推定することにより、空燃比センサ１１周辺の排気の温度を予測することができる。また、トルクデマンド制御において取得される機関回転速度及び機関負荷率に限らず、クランクポジションセンサ２１により検出される機関回転速度、及び、アクセル開度センサ２２により検出される機関負荷率に基づいて、内燃機関１から排出されるガスの温度を推定できるため、このガスの温度に基づいて、空燃比センサ１１周辺の排気の温度を予測してもよい。機関回転数及び機関負荷と、内燃機関１から排出されるガスの温度または空燃比センサ１１周辺の排気の温度と、の関係は予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。

また、スロットル８の開度と内燃機関１から排出されるガスの温度とには相関があるため、スロットル８の開度に基づいて内燃機関１から排出されるガスの温度を予測してもよい。この排気が、排気通路２を流通して空燃比センサ１１に到達するまでの温度低下を更に推定することにより、空燃比センサ１１周辺の排気の温度を予測することができる。

（実施形態２）
実施形態１では、アクセル開度等に基づいて排気の温度及び排気の流量を予測し、その予測した排気の温度及び排気の流量に基づいてセンサ素子１１Ａの目標温度を設定している。一方、実施形態２では、アクセル開度からセンサ素子１１Ａの目標温度を直接設定する。ここで、アクセル開度がより大きくなる場合には、内燃機関１の要求トルクがより大きくなるため、吸入空気量及び燃料噴射量が増加して、排気の温度がより高くなり、且つ、排気の流量がより多くなる。同様に、アクセル開度がより小さくなる場合には、内燃機関１の要求トルクがより小さくなるため、排気の温度がより低くなり、且つ、排気の流量がより少なくなる。このように、アクセル開度と、排気の温度及び排気の流量とには相関がある。そこで、本実施形態では、アクセル開度がより大きくなった場合には、センサ素子１１Ａの温度がより高くなり得るために、センサ素子１１Ａの温度を予めより低くしておく。一方、アクセル開度がより小さくなった場合には、センサ素子１１Ａの温度がより低くなり得るために、センサ素子１１Ａの温度を予めより高くしておく。

図９は、本実施形態に係る素子インピーダンス制御におけるデューティ比を設定するフローを示したフローチャートである。本フローチャートは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。なお、素子インピーダンス制御は、ＥＣＵ１０により別途実行されている。

ステップＳ３０１では、アクセル開度が検出される。アクセル開度は、アクセル開度センサ２２により検出される。ステップＳ３０２では、ステップＳ３０１で検出されるアクセル開度に基づいて、センサ素子１１Ａの目標温度が算出される。この目標温度の算出にはマップが用いられる。このマップは、アクセル開度が大きいときは小さいときよりもセンサ素子１１Ａの目標温度が低くなるように設定されている。アクセル開度とセンサ素子１１Ａの目標温度との関係を示したマップは、予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。なお、このマップは、空燃比センサ１１周辺の排気の温度がセンサ素子１１Ａの基準温度よりも高くなるようなアクセル開度の場合には、センサ素子１１Ａの目標温度を基準温度よりも低くし、空燃比センサ１１周辺の排気の温度がセンサ素子１１Ａの基準温度よりも低くなるようなアクセル開度の場合には、センサ素子１１Ａの目標温度を基準温度よりも高くするようなマップである。さらに、このマップは、目標温度が所定範囲内となるようなマップである。なお、ＥＣＵ１０は、マップに代えて、物理モデルまたは計算式を記憶しておき、これらにしたがってセンサ素子１１Ａの
目標温度を算出してもよい。

ステップＳ３０３では、素子インピーダンス制御におけるデューティ比が算出される。目標温度とデューティ比との関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。そして、ステップＳ３０４では、ステップＳ３０３で算出されたデューティ比が、素子インピーダンス制御におけるデューティ比として設定される。なお、本実施形態においてはＥＣＵ１０がステップＳ３０２からステップＳ３０４を処理することにより、制御部として機能する。

このようにして、アクセル開度に基づいて簡易的にセンサ素子１１Ａの温度を制御することが可能となる。

１ 内燃機関
２ 排気通路
７ 吸気通路
８ スロットル
１０ ＥＣＵ
１１ 空燃比センサ
１１Ａ センサ素子
１１Ｂ ヒータ
２１ クランクポジションセンサ
２２ アクセル開度センサ
２３ エアフローメータ

Claims (6)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、センサ素子と、前記センサ素子を加熱するヒータと、を備える排気センサと、
   前記排気センサが設けられる位置における前記内燃機関の排気の温度を予測する温度予測部と、
   前記センサ素子の温度が、所定範囲に含まれる目標温度に近付くように前記ヒータを制御する制御部であって、前記温度予測部により予測される排気の温度である予測温度が前記所定範囲に含まれる基準温度よりも高い場合には、前記基準温度よりも低い範囲で、前記目標温度を、前記予測温度が高いときは低いときよりも低くし、前記予測温度が前記基準温度よりも低い場合には、前記基準温度よりも高い範囲で、前記目標温度を、前記予測温度が高いときは低いときよりも低くする制御部と、
   を備えるセンサシステム。
2. 前記内燃機関の運転状態に基づいて前記排気センサが設けられる位置における前記内燃機関の排気の流量を予測する流量予測部を更に備え、
   前記制御部は、前記流量予測部により予測される排気の流量が多いときは少ないときよりも、前記目標温度の前記基準温度からの乖離量をより大きくする請求項１に記載のセンサシステム。
3. アクセル開度センサを更に備え、
   前記温度予測部は、前記アクセル開度センサにより検出されるアクセル開度に基づいて前記排気の温度を予測する請求項１または２に記載のセンサシステム。
4. アクセル開度センサを更に備え、
   前記流量予測部は、前記アクセル開度センサにより検出されるアクセル開度に基づいて前記排気の流量を予測する請求項２に記載のセンサシステム。
5. 前記制御部は、前記目標温度を変化させるときの変化速度に上限を設ける請求項１から４の何れか１項に記載のセンサシステム。
6. 内燃機関の排気通路に設けられ、センサ素子と、前記センサ素子を加熱するヒータと、を備える排気センサと、
   アクセル開度センサと、
   前記センサ素子の温度が所定範囲に含まれる目標温度に近付くように前記ヒータを制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記排気センサ周辺の排気の温度が前記所定範囲に含まれる基準温度よりも高くなるようなアクセル開度の場合に、前記基準温度よりも低い範囲で、前記目標温度を、前記アクセル開度が大きいときは小さいときよりも低くし、前記排気センサ周辺の排気の温度が前記基準温度よりも低くなるようなアクセル開度の場合に、前記基準温度よりも高い範囲で、前記目標温度を、前記アクセル開度が大きいときは小さいときよりも低くするセンサシステム。

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