JP3878466B2 - 湿度センサの制御装置及び湿度センサの制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば排煙装置や排気ダクト、或いは内燃機関の排気ガス雰囲気内で使用されるインピーダンス変化式の湿度センサの制御装置及び湿度センサの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、産業用に市販されているインピーダンス変化式（例えば抵抗変化式）の湿度センサは、長期に渡り高精度な湿度検出を可能にするため、定期的に加熱クリーニングを実施し、感湿素子に付着した粉塵、デポジット成分、カーボン、結晶水等の汚れ物質を焼き飛ばしている。
【０００３】
例えば実公平６−３７３２１号公報には、湿度センサを大気中で長時間使用し、感湿素子にタバコのタールが付着して測定精度が下がった時に、セラミックヒータに通電して、感湿素子を５００℃程度に１分間加熱し、表面に付着した汚れを除去して、測定精度を回復させる方法が提案されている。
【０００４】
一方、内燃機関の排気ガス雰囲気中で使用される抵抗変化式湿度センサについては、ＥＰ１１３２５８９号公報に、内燃機関の運転状態（アイドリングの継続時間等）に応じて、ヒータを作動させ、結露やコーキングの生じやすい状態を回避する方法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記実公平６−３７３２１号公報に記載されているような１分程度の加熱クリーニングでは、感湿素子に付着した汚れを完全に除去できず、長期に渡り高精度な湿度検出ができないという問題があった。
【０００６】
一方、内燃機関に湿度センサを適用した場合、図１２に示す様に、湿度センサが取り付けられる車両の床下位置では、排気ガス温度が全体的に低く、ＥＰ１１３２５８９号公報に記載されている技術では十分ではない。つまり、アイドリングが所定時間経過した時のみにヒータ通電を行っても、加熱温度が低いので、結露した湿度センサの水分蒸発等には適用できるが、感湿素子に付着した汚れを完全に除去できず、長期に渡り高精度な湿度検出ができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、加熱クリーニングを好適に実施することにより、長期に渡り高精度な湿度検出ができる湿度センサの制御装置及び湿度センサの制御方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
（１）請求項１の発明は、内燃機関の排気ガス中で用いられ、該内燃機関の排気ガス浄化用付帯装置の状態を、排気ガスの湿度変化から検出するために用いられるインピーダンス変化式の湿度センサの感湿素子部を、ヒータにより加熱して、汚れ物質を除去する湿度センサの制御装置において、前記内燃機関の始動直後に前記湿度センサを作動させて湿度の計測を行い、その後の前記内燃機関の作動中において湿度の計測を行わない時間に、前記ヒータにより、前記感湿素子部を５００〜８００℃の温度範囲で所定の期間加熱することを特徴とする。
【０００９】
本発明では、湿度の計測を行わない時間に、感湿素子部を５００〜８００℃の温度範囲で所定の期間加熱することにより、汚れ物質を十分に除去することができる。これにより、長期に渡り高精度な湿度検出を行うことができる。
ここで、加熱温度が５００℃より低いと十分な効果が得られず、また、８００℃より高いと感湿素子部が劣化し易くなるため、好ましくない。また、所定の期間とは、上記温度範囲の加熱により十分に汚れ物質を除去することができる期間であり、実験等により設定することができる。
【００１０】
前記湿度の計測を行う時間に、ヒータによる加熱を実施しないのは、ヒータによる加熱によって、感湿素子部のインピーダンスが変化し、正確な湿度の測定に支障があるからである。
また、本発明の湿度センサは、内燃機関（例えば自動車）の排気ガス中で、内燃機関の排気ガス浄化用付帯装置（炭化水素及び水分を吸着可能な吸着材、三元触媒等の排気ガスの浄化材、ゼオライト等を用いたＨＣトラップ材等）の状態を、排気ガス中の湿度変化から検出するために用いるものである。
この排気ガス浄化用付帯装置は、内燃機関の排気ガスを浄化するために使用されるが、例えば吸着材等を含む排気ガス浄化用付帯装置が劣化すると、排気ガス浄化用付帯装置の下流側の水分の状態も変化する。従って、排気ガス浄化用付帯装置の下流側の排気ガスの湿度を測定することにより、排気ガス浄化用付帯装置の劣化の状態を検出することができる。
前記湿度センサは、様々なガス成分、エンジンオイル等から排出されるＣａ，Ｐ，Ｍｏ等のデポジット成分、ガソリン成分、カーボン、水等が多量に排出される極めて過酷な環境に曝されるが、上述した加熱を行うことにより、汚れ物質を除去して、長期間にわたり高精度な湿度計測が可能である。
尚、インピーダンス変化式の湿度センサとしては、感湿素子部の抵抗の変化に基づいて湿度（相対湿度及び／又は絶対湿度）を測定する抵抗変化式湿度センサが挙げられる。
【００１１】
また、感湿素子部の材料としては、湿度によりインピーダンスが変化する（例えば湿度が上昇すると抵抗が低下する）例えばＡｌ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＯ2−ＳｎＯ2などの酸化物セラミックス系材料が挙げられる。
【００１６】
（２）請求項２の発明は、前記湿度計測を行わない時間に、前記感湿素子部を常時加熱することを特徴とする。
本発明は、ヒータによる加熱の状態を例示したものであり、このように常時加熱することにより、十分に汚れ物質を除去することができる。
【００１７】
（３）請求項３の発明は、前記内燃機関の停止後に、前記感湿素子部を所定時間加熱することを特徴とする。
ヒータによる加熱は、内燃機関の作動中に実施し、内燃機関の停止と同時に停止しても効果があるが、内燃機関の停止後に所定時間加熱すると一層大きな効果が得られる。これは、内燃機関が停止した直後は、粉塵、デポジット、カーボン、飛散した水等がセンサ付近の雰囲気に存在しているためである。従って、本発明では、内燃機関の停止後に感湿素子部を所定時間（例えば数秒〜数分）加熱する。
【００１８】
尚、この時のヒータの通電時間は、数秒から１０分程度であれば、十分に効果がある。また、通電開始のタイミングは、内燃機関の停止後に継続してヒータ通電を行ってもよいし、所定時間（例えば内燃機関の冷却水の温度を検出する水温センサの温度が５０℃以下となる等）休止してから、ヒータ通電を実施してもよい。
【００１９】
（４）請求項４の発明は、前記内燃機関の停止後に、前記感湿素子部を、５００〜１２００℃の温度範囲で加熱することを特徴とする。
本発明は、内燃機関の停止後の加熱温度を例示したものであり、この温度範囲にて加熱することにより、好適に汚れ物質を除去することができる。
【００２０】
（５）請求項５の発明は、前記加熱（例えば内燃機関の停止後の加熱）を行う場合には、前記湿度センサの汚れの状態に対応した湿度センサのインピーダンス値を示す値に応じて、加熱する温度及び／又は加熱する時間を設定することを特徴とする。
湿度センサに汚れ物質が多く付着している場合には、加熱温度を上げる等の調節が必要である。
【００２１】
従って、本発明では、湿度センサの汚れの程度を、湿度センサの汚れの状態に対応した湿度センサのインピーダンス値（測定値）によって検出し、その検出結果に応じて、加熱する温度や時間（従ってヒータの通電状態）を調節するのである。
【００２２】
これにより、湿度センサの汚れ状態がどのようであっても、常に汚れ物質を十分に除去することができる。
（６）請求項６の発明は、抵抗体温度センサ又は前記ヒータを、前記感湿素子部の温度を検出する温度検出手段として用い、当該温度検出手段の抵抗値が所定の抵抗値となるように、前記ヒータを制御することを特徴とする。
【００２３】
ヒータに通電して加熱する方法としては、例えば予め決められた定電圧を印加することも可能であるが、その場合には、排気ガス等の温度によっては、感湿素子部の温度が所望の適切な温度とならない可能性がある。
つまり、ヒータを定電圧印加で制御した場合には、内燃機関の運転状態によって感湿素子部の温度が変動してしまい、仮に（上記の好ましい温度範囲から外れて）低温状態となると、汚れ物質の付着防止の作用が機能しなくなり、逆に、高温状態となると、感湿材料や電極材料の粒成長、偏析、変質等が起こる危険性が高くなる。
【００２４】
そこで、本発明では、ヒータ又は抵抗体温度センサの抵抗値が温度により変化する性質を利用して、この温度検出手段の抵抗値に応じて、例えばこの抵抗値が一定となる様に、ヒータをフィードバック制御するのである。
例えば温度検出手段の抵抗値が大きくなった場合には、温度が高いのでヒータによる加熱を抑制し、逆に、温度検出手段の抵抗値が小さくなった場合には、温度が低いのでヒータによる加熱を増加させるのである。これにより、常に適切な温度で感湿素子部を加熱することができる。
【００２５】
（７）請求項７の発明は、内燃機関の運転状態を検出し、当該運転状態に応じて前記ヒータを制御することを特徴とする。
内燃機関の運転状態によって排気ガスの温度が変化するので、感湿素子部の温度も変化する。従って、本発明では、例えば吸気圧（負圧）、車速、エンジン回転数のような運転状態によって、ヒータの印加時間や印加電圧などの状態を調節する。これにより、適切な温度範囲で感湿素子部を加熱することができる。
【００２６】
例えば坂道（上り道）を高速走行する場合の様に、排気ガス温度が５００℃以上になる場合には、ヒータ通電は行わず、５００℃より低い温度の場合にヒータ通電を行うように制御することができる。
（８）請求項８〜１４の湿度センサの制御方法の発明は、それぞれ順次対応する前記請求項１〜７の湿度センサの制御装置の発明と、同様な作用効果を奏する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の湿度センサの制御装置及び湿度センサの制御方法の実施の形態の例（実施例）について説明する。
（実施例）
ａ）まず、本実施例の湿度センサの構成について説明する。尚、図１は湿度センサの全体及びその分解した状態を示す斜視図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。
【００２８】
図１に示す様に、本実施例の湿度センサ１は、抵抗変化式の湿度センサ１であり、その要部を構成する感湿素子部３は、アルミナ製の絶縁基板５上に、一対のリード部７、９が配置されるとともに、一方のリード部７と接するように下部電極１１が配置され、この下部電極１１の上に感湿材料からなる感湿層１３が配置され、更に感湿層１３の上に他方のリード部９と接触して上部電極１５が配置されたものである。
【００２９】
また、図２に示す様に、絶縁基板５内には、感湿素子部３を加熱するヒータ１７と測温抵抗体である温度センサ１９が配置されている。
前記下部電極１１及び上部電極１５は、厚膜印刷により形成された膜厚約１５μｍの主として白金からなる層である。感湿層１３は、厚膜印刷により形成された膜厚約３０μｍの主としてＡｌ2Ｏ3−ＳｎＯ2−ＴｉＯ2の感湿材料からなる層であり、この感湿材料は、周囲の雰囲気の湿度が変化すると、その抵抗値が変化する（即ち湿度が増加すると抵抗が低下する）ものである。また、ヒータ１７は主として白金からなり、温度センサ１９も主として白金からなる。
【００３０】
ｂ）次に、上述した構成の湿度センサ１を制御する制御装置について説明する。
図３に湿度を測定するための回路構成を示す様に、湿度センサ１の感湿素子部３は、マイコン２１に接続されて、その出力が取り出されるように構成されている。尚、この出力とは、感湿素子部３の抵抗値に対応した値であり、抵抗値が増加するとセンサ出力が増加するように設定されている。
【００３１】
具体的には、第１比較抵抗２３と（湿度センサ１の）感湿素子部３と第２比較抵抗２５とが直列に接続され、この第１比較抵抗２３と感湿素子部３と第２比較抵抗２５とには、バッファ２７を介して、マイコン２１のＤ／Ａ部（デジタルアナログ変換部）から、例えば２Ｖ以下の直流電圧が印加される。また、感湿素子部３の両端間の直流電圧出力（直流分圧）は、オペアンプ２９を介して、マイコン２１のＡ／Ｄ部（アナログデジタル変換部）に入力される。更に、マイコン２１からは、Ｄ／Ａコンバータ３１を介してセンサ出力が取り出される。
【００３２】
更に、図４にヒータ１７を制御するための回路構成を示す様に、温度センサ１９と比較抵抗３３とが直列に接続され、温度センサ１９と比較抵抗３３とには電源３４から基準電圧が印加される。そして、温度センサ１９の電圧（電位差）が、オペアンプ３５を介して、マイコン２１のＡ／Ｄ部（アナログデジタル変換部）に入力される。
【００３３】
また、マイコン２１には、スイッチ素子３７を介してヒータ１７が接続されており、マイコン２１の信号出力部（ＰＷＭ）からの信号により、ヒータ１７に定電圧３６が印加される。このヒータ１７のオン・オフのタイミングは、図５に例示する様に、例えば３０ｍｓの周期にて、９０％以下の範囲のデューティ比により設定することができる。そして、ヒータ１７のオフの期間中に、温度センサ１９の抵抗（従って周囲の温度）を計測する。
【００３４】
尚、ここでは、説明のために、マイコン２１を図３、図４の様に分けて記載したが、通常は同一のマイコン２１にて湿度の計測とヒータ１７の制御を行う。また、それぞれ異なるマイコン２１を使用してもよい。
ｃ）次に、前記湿度センサ１の基本的な使用方法について説明する。
【００３５】
(1)排気ガス浄化用付帯装置の劣化検知方法
本実施例では、車両の排気管の排気ガス浄化用付帯装置の下流側に湿度センサ１を取り付け、その排気ガスの湿度を検出する。
排気管内は、通常低湿度であり、例えば内燃機関が始動すると燃焼によって水分が生じるため、高湿度に推移する。この状態は、内燃機関の始動毎に繰り返し行われる現象である。
【００３６】
そして、内燃機関が始動する際に、排気ガス浄化用付帯装置が正常である場合には、装置内の触媒、吸着材等にて、炭化水素や水分が所定の範囲内で吸着されるので、排気ガス浄化用付帯装置の下流では、特に始動直後の所定の期間では、排気ガス中の水分量が極めて少ない。つまり、吸着し切れなくなって排気ガス浄化用付帯装置から水分が流出するタイミングが遅い。
【００３７】
それに対して、排気ガス浄化用付帯装置が劣化している場合には、吸着し切れなくなって排気ガス浄化用付帯装置から水分が流出するタイミングが早く、排気ガス浄化用付帯装置の下流の排気ガス中には水分量が早めに多くなる。
従って、内燃機関を始動した際に、排気ガス浄化用付帯装置の下流側の排気ガスの水分の状態を湿度センサ１によって検出することによって、排気ガス浄化用付帯装置の劣化の状態を検出することができる。
【００３８】
上述した水分の状態に対応した湿度センサ１のセンサ出力（即ち感湿素子部３の抵抗値）の変化を図６に示す。排気ガス浄化用付帯装置が劣化していない場合（同図の実線）には、内燃機関の始動直後に湿度センサ１をオンして作動させると、始動直後は、排気ガス浄化用付帯装置にて水分が十分に吸着されて、湿度センサ１までに殆ど到らないので高い抵抗値となる。その後、吸着する限界に達すると、排気ガス中の水分量が増加して結露するので、時点ｔ０にて、抵抗値が急減する。その後、排気ガスの温度が上昇するにつれて結露が解消されるので、抵抗値が徐々に増加する。
【００３９】
それに対して、排気ガス浄化用付帯装置が劣化している場合（同図の破線）には、始動直後は、排気ガス浄化用付帯装置にて水分が吸着されるが、劣化していない場合と比べてその吸着量が少ないので、吸着する限界により早く達し、そのため早い時点ｔ１にて結露し、抵抗値が急減する。
【００４０】
従って、例えば内燃機関が始動してから抵抗値が急減するまでの時間を測定することにより、排気ガス浄化用付帯装置の劣化を検出することができる。
(2)湿度センサ１の劣化検知
湿度センサ１の抵抗特性が高抵抗化する現象（湿度センサ１の劣化）は、湿度センサ１の感湿素子部３及びリード部７、９等に付着した不純物成分（汚れ物質）が堆積し、従来の加熱クリーニングを実施しても完全に焼失できないために生じる現象である。
【００４１】
図７に湿度センサ１のセンサ出力（即ち感湿素子部３の抵抗に対応した値）を示す。湿度センサ１が汚れ物質により劣化していない場合には、同図の実線で示す様に、内燃機関の始動後、センサ出力が速やかに増加し、その後急に立ち下がり、その後徐々に増加する。
【００４２】
一方、湿度センサ１が劣化している場合には、同図の破線で示す様に、ある程度似た変化はするものの、その数値等は大きく異なっている。例えば、始動直後では、劣化した湿度センサ１のセンサ出力は、劣化していない湿度センサ１のセンサ出力よりも大きな値となる。
【００４３】
従って、この様なセンサ出力の違いにより、湿度センサ１の劣化の程度を検出することができる。
ｄ）次に、本実施例の要部である、ヒータ１７による加熱を行って汚れ物質を除去する手法及びその効果について説明する。
【００４４】
本実施例では、内燃機関の作動中において、湿度の計測を行わない時間帯に、感湿素子部３を５００〜８００℃の温度範囲で加熱するように、ヒータ１７に通電する。これにより、湿度センサ１（特に感湿素子部３）に付着した汚れ物質を十分に除去することができる。
【００４５】
例えば図８に、内燃機関の始動後における運転状態（排気温度、温度センサ１９によるセンサ温度、車両の速度、内燃機関の回転数、温度センサ１９の抵抗値）の一例を示す。ここでは、内燃機関が始動（エンジンＯＮ）となってから約６０秒後に、ヒータ１７に通電する制御を開始している。
【００４６】
このヒータ１７に通電する制御としては、例えば前記図５に示す様に、通電時間の割合を設定するデューティ比制御を採用できるが、湿度の計測を行わない時間帯や結露が生じている期間以外は、常時ヒータ１７に通電する制御を行ってもよい。
【００４７】
前記デューティ比は、予め設定された値でもいいが、例えば下記の内燃機関の停止後の加熱の様に、湿度センサ１の劣化に応じて、（例えば劣化が進んでいる場合にはデューテュ比を大きくするよう）に設定してもよい。
・また、本実施例では、内燃機関の停止後に、感湿素子部３を５００〜１２００℃の範囲内で、例えば数秒〜１０分程度の所定時間加熱する。
【００４８】
この内燃機関の停止後の加熱を行う場合には、湿度センサ１の劣化に応じて、加熱する温度や加熱する時間を設定する。
つまり、湿度センサ１に汚れ物質が多く付着している場合には、加熱温度を上げたり加熱時間を長くするなどの調節が必要であるので、本実施例では、湿度センサ１の汚れの程度を、上述した湿度センサ１の測定値（例えば前記図７に示す始動直後のセンサ出力の大きさ）によって検出し、その検出結果に応じて、加熱する温度や時間を調節する。
【００４９】
これにより、湿度センサ１の汚れ状態がどのようであっても、常に汚れ物質を十分に除去することができる。
・更に、本実施例では、前記図５に示す様に、ヒータ１７に電圧を印加しないタイミングにて、温度センサ１９の抵抗値を測定し、その抵抗値に応じて、抵抗値が一定となる様に、内燃機関の運転中又は内燃機関の停止後において、加熱温度を一定に保つヒータ１７のフィードバック制御を行うので、感湿素子部３の温度が低すぎたり高すぎたりすることがない。
【００５０】
例えば図９に示す様に、ヒータ１７にＤＣ１３Ｖの定電圧を印加する（定電圧制御）の場合には、湿度センサ１の温度は、排気ガスの温度とともに変動するが、温度センサ１９の抵抗値が一定となるようにヒータ１７を制御（定抵抗値制御）する場合には、湿度センサ１の感湿素子部３の温度を、所望の一定値（例えば約６００℃）に保つことができる。
【００５１】
これにより、汚れ物質の十分な除去ができるとともに、加熱温度が過大になった場合の問題、即ち、感湿材料や電極材料の粒成長、偏析、変質等を防止することができる。つまり、感湿素子部３を損なうことなく、汚れ物資を十分に除去することができる。
【００５２】
・しかも、本実施例では、内燃機関の運転状態に対応する吸気圧や車速等の値を求め、その運転状態に応じてヒータ１７の制御を行うので、常に適切な温度で感湿素子部３の加熱を行うことができる。
この様に、本実施例では、上述した制御を行うことにより、湿度センサ１の汚れ状態がどのようであっても、常に汚れ物質を十分に除去することができる。これにより、湿度センサ１が、自動車の排気管内等の非常に過酷な環境に曝された場合においても、長期間にわたり高精度な湿度計測ができるという顕著な効果を奏する。
【００５３】
尚、本実施例では、湿度センサ１に直流電圧を印加し、感湿素子部３の両端間における直流電圧出力（直流分圧）を測定するようにしたが、それとは別に、湿度センサ１に例えば５００Ｈｚ以下の交流電圧を印加し、感湿素子部３の両端間における交流電圧出力（交流分圧）を測定するようにしてもよい。
【００５４】
この交流電圧を印加するタイプの湿度センサ１は、感湿素子部３のインピーダンス（Ｒ成分、Ｃ成分）の変化に基づいて湿度を検出するインピーダンス変化式の湿度センサ１である。
（実験例）
次に、本実施例の効果を確認するために行った実験例について説明する。
【００５５】
本実験例は、ヒータ制御の加熱クリーニングによる温度依存性を調べたものである。
ａ）前記実施例と同様な構造の湿度センサ（但しインピーダンス変化式の湿度センサ）を用い、下記の手順で温度依存性を調べた。
【００５６】
（1）「ＪＩＳ Ｚ ８８０６」の規定による分流式評価法を用いて、初期の感湿特性を計測した。
この分流式評価法を、図１０に模式的に示す。評価ガスのＡｉｒを５Ｌ／分供給し、加える水分量を調節して、測定湿度を、１０，２０，４０，６０，８０，９０ＲＨ％に設定するとともに、測定温度を２０℃に設定し、各湿度における湿度センサの出力を測定した。尚、正確な温度及び湿度は、周知の温湿度測定器により計測した。
【００５７】
その結果を、図１１にて、未耐久品のグラフで示す。
(2)また、自動車の排気管内に湿度センサを装着して、実走試験（シャーシダイナモ上にて、市街地走行、高速道路走行を想定した約３００ｋｍの走行パターン）を実施した。
【００５８】
（3）そして、前記走行試験を行った湿度センサに対して、下記の６種類の加熱クリーニングを実施し、その後、前記分流式評価法により、湿度センサの感湿特性を計測した。
下記実施例<1> 〜 <5>では、実車走行中に、湿度センサのヒータ抵抗が一定になるようにして、上述した実施例と同様に、前記各温度を保つように常時ヒータ制御を行ったが、比較例では、走行中にそのようなヒータ制御を実施しなかった。
【００５９】
・比較例 ：走行中のヒータ制御無し、
加熱クリーニング温度：７５０℃にて２分間加熱
・実施例<1>：走行中のヒータ制御温度：５００℃
測定前の加熱クリーニング無し
・実施例<2>：走行中のヒータ制御温度：５００℃
測定前加熱クリーニング：７５０℃にて２分間加熱
・実施例<3>：走行中のヒータ制御温度：６００℃
測定前加熱クリーニング：７５０℃にて２分間加熱
・実施例<4>：走行中のヒータ制御温度：７００℃
測定前加熱クリーニング：７５０℃にて２分間加熱
・実施例<5>：走行中のヒータ制御温度：８００℃
測定前加熱クリーニング：７５０℃にて２分間加熱
これらの測定結果を、同じく前記図１１に示す。この図１１に示す結果から、自動車の排気管内に湿度センサを装着し、約３００ｋｍ走行した後は、比較例においては、測定前の７５０℃、２分間の加熱クリーニングのみでは、全く効果が無く、低湿度域においては、１桁程度高抵抗化し、好ましくないことが分かる。
【００６０】
それに対して、本発明の範囲の実施例<1>では、走行中に５００℃にて常時加熱し、走行後に分留式評価法で感湿特性を測定した結果、略未処理品と同様の感湿特性を示し、好適であった。
実施例<2>では、実施例<1>の条件で走行試験を行い、更に感湿特性測定前に大気中で７５０℃で２分間ヒータ通電を行なった結果、実施例<1>よりも効果があり、未耐久品と良く一致した感湿特性を示し、好適であった。
【００６１】
実施例<3> 、 <4> 、 <5>では、実車走行中６００℃、７００℃、８００℃のヒータ制御を実施し、実施例<2>と同様に感湿特性測定前に大気中で７５０℃で２分間ヒータ通電を実施した。その結果、感湿特性は、未処理品と比較して殆ど変化は無く、好適であった。
【００６２】
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
（１）例えば、前記実施例では、ヒータのフィードバック制御を行ったが、（感湿素子部の温度が過度に上昇しない様に実験等で求めた）予め規定された期間又は所定のデューティ比などで、定電圧を印加してもよい。
【００６３】
（２）更に、前記実施例では、温度センサの抵抗値に基づいてヒータのフィードバック制御を行ったが、ヒータ自身の抵抗値を求め、このヒータの抵抗値に基づいてヒータのフィードバック制御を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例の湿度センサの感湿素子部の全体及び分解した状態を示す説明図である。
【図２】 感湿素子部の図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】 湿度センサの湿度を検出するための電気的構成を示す説明図である。
【図４】 ヒータ制御のための電気的構成を示す説明図である。
【図５】 ヒータの通電タイミングを示す説明図である。
【図６】 内燃機関の始動直後の感湿素子部の抵抗の変化を示すグラフである。
【図７】 内燃機関の始動直後の湿度センサの出力の変化を示すグラフである。
【図８】 内燃機関の始動直後の運転状態の変化を示すグラフである。
【図９】 ヒータに印加する電圧の違いによる湿度センサの温度変化等を示すグラフである。
【図１０】 分流式評価法に用いる実験装置を示す説明図である。
【図１１】 感湿特性の実験結果を示すグラフである。
【図１２】 内燃機関の始動直後の運転状態の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１…湿度センサ
３…感湿素子部
５…絶縁基板
７、９…リード部
１１…下部電極
１３…感湿層
１５…上部電極
２１…マイコン
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば排煙装置や排気ダクト、或いは内燃機関の排気ガス雰囲気内で使用されるインピーダンス変化式の湿度センサの制御装置及び湿度センサの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、産業用に市販されているインピーダンス変化式（例えば抵抗変化式）の湿度センサは、長期に渡り高精度な湿度検出を可能にするため、定期的に加熱クリーニングを実施し、感湿素子に付着した粉塵、デポジット成分、カーボン、結晶水等の汚れ物質を焼き飛ばしている。
【０００３】
例えば実公平６−３７３２１号公報には、湿度センサを大気中で長時間使用し、感湿素子にタバコのタールが付着して測定精度が下がった時に、セラミックヒータに通電して、感湿素子を５００℃程度に１分間加熱し、表面に付着した汚れを除去して、測定精度を回復させる方法が提案されている。
【０００４】
一方、内燃機関の排気ガス雰囲気中で使用される抵抗変化式湿度センサについては、ＥＰ１１３２５８９号公報に、内燃機関の運転状態（アイドリングの継続時間等）に応じて、ヒータを作動させ、結露やコーキングの生じやすい状態を回避する方法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記実公平６−３７３２１号公報に記載されているような１分程度の加熱クリーニングでは、感湿素子に付着した汚れを完全に除去できず、長期に渡り高精度な湿度検出ができないという問題があった。
【０００６】
一方、内燃機関に湿度センサを適用した場合、図１２に示す様に、湿度センサが取り付けられる車両の床下位置では、排気ガス温度が全体的に低く、ＥＰ１１３２５８９号公報に記載されている技術では十分ではない。つまり、アイドリングが所定時間経過した時のみにヒータ通電を行っても、加熱温度が低いので、結露した湿度センサの水分蒸発等には適用できるが、感湿素子に付着した汚れを完全に除去できず、長期に渡り高精度な湿度検出ができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、加熱クリーニングを好適に実施することにより、長期に渡り高精度な湿度検出ができる湿度センサの制御装置及び湿度センサの制御方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
（１）請求項１の発明は、内燃機関の排気ガス中で用いられ、該内燃機関の排気ガス浄化用付帯装置の状態を、排気ガスの湿度変化から検出するために用いられるインピーダンス変化式の湿度センサの感湿素子部を、ヒータにより加熱して、汚れ物質を除去する湿度センサの制御装置において、前記内燃機関の始動直後に前記湿度センサを作動させて湿度の計測を行い、その後の前記内燃機関の作動中において湿度の計測を行わない時間に、前記ヒータにより、前記感湿素子部を５００〜８００℃の温度範囲で所定の期間加熱することを特徴とする。
【０００９】
本発明では、湿度の計測を行わない時間に、感湿素子部を５００〜８００℃の温度範囲で所定の期間加熱することにより、汚れ物質を十分に除去することができる。これにより、長期に渡り高精度な湿度検出を行うことができる。
ここで、加熱温度が５００℃より低いと十分な効果が得られず、また、８００℃より高いと感湿素子部が劣化し易くなるため、好ましくない。また、所定の期間とは、上記温度範囲の加熱により十分に汚れ物質を除去することができる期間であり、実験等により設定することができる。
【００１０】
前記湿度の計測を行う時間に、ヒータによる加熱を実施しないのは、ヒータによる加熱によって、感湿素子部のインピーダンスが変化し、正確な湿度の測定に支障があるからである。
また、本発明の湿度センサは、内燃機関（例えば自動車）の排気ガス中で、内燃機関の排気ガス浄化用付帯装置（炭化水素及び水分を吸着可能な吸着材、三元触媒等の排気ガスの浄化材、ゼオライト等を用いたＨＣトラップ材等）の状態を、排気ガス中の湿度変化から検出するために用いるものである。
この排気ガス浄化用付帯装置は、内燃機関の排気ガスを浄化するために使用されるが、例えば吸着材等を含む排気ガス浄化用付帯装置が劣化すると、排気ガス浄化用付帯装置の下流側の水分の状態も変化する。従って、排気ガス浄化用付帯装置の下流側の排気ガスの湿度を測定することにより、排気ガス浄化用付帯装置の劣化の状態を検出することができる。
前記湿度センサは、様々なガス成分、エンジンオイル等から排出されるＣａ，Ｐ，Ｍｏ等のデポジット成分、ガソリン成分、カーボン、水等が多量に排出される極めて過酷な環境に曝されるが、上述した加熱を行うことにより、汚れ物質を除去して、長期間にわたり高精度な湿度計測が可能である。
尚、インピーダンス変化式の湿度センサとしては、感湿素子部の抵抗の変化に基づいて湿度（相対湿度及び／又は絶対湿度）を測定する抵抗変化式湿度センサが挙げられる。
【００１１】
また、感湿素子部の材料としては、湿度によりインピーダンスが変化する（例えば湿度が上昇すると抵抗が低下する）例えばＡｌ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＯ2−ＳｎＯ2などの酸化物セラミックス系材料が挙げられる。
【００１６】
（２）請求項２の発明は、前記湿度計測を行わない時間に、前記感湿素子部を常時加熱することを特徴とする。
本発明は、ヒータによる加熱の状態を例示したものであり、このように常時加熱することにより、十分に汚れ物質を除去することができる。
【００１７】
（３）請求項３の発明は、前記内燃機関の停止後に、前記感湿素子部を所定時間加熱することを特徴とする。
ヒータによる加熱は、内燃機関の作動中に実施し、内燃機関の停止と同時に停止しても効果があるが、内燃機関の停止後に所定時間加熱すると一層大きな効果が得られる。これは、内燃機関が停止した直後は、粉塵、デポジット、カーボン、飛散した水等がセンサ付近の雰囲気に存在しているためである。従って、本発明では、内燃機関の停止後に感湿素子部を所定時間（例えば数秒〜数分）加熱する。
【００１８】
尚、この時のヒータの通電時間は、数秒から１０分程度であれば、十分に効果がある。また、通電開始のタイミングは、内燃機関の停止後に継続してヒータ通電を行ってもよいし、所定時間（例えば内燃機関の冷却水の温度を検出する水温センサの温度が５０℃以下となる等）休止してから、ヒータ通電を実施してもよい。
【００１９】
（４）請求項４の発明は、前記内燃機関の停止後に、前記感湿素子部を、５００〜１２００℃の温度範囲で加熱することを特徴とする。
本発明は、内燃機関の停止後の加熱温度を例示したものであり、この温度範囲にて加熱することにより、好適に汚れ物質を除去することができる。
【００２０】
（５）請求項５の発明は、前記加熱（例えば内燃機関の停止後の加熱）を行う場合には、前記湿度センサの汚れの状態に対応した湿度センサのインピーダンス値を示す値に応じて、加熱する温度及び／又は加熱する時間を設定することを特徴とする。
湿度センサに汚れ物質が多く付着している場合には、加熱温度を上げる等の調節が必要である。
【００２１】
従って、本発明では、湿度センサの汚れの程度を、湿度センサの汚れの状態に対応した湿度センサのインピーダンス値（測定値）によって検出し、その検出結果に応じて、加熱する温度や時間（従ってヒータの通電状態）を調節するのである。
【００２２】
これにより、湿度センサの汚れ状態がどのようであっても、常に汚れ物質を十分に除去することができる。
（６）請求項６の発明は、抵抗体温度センサ又は前記ヒータを、前記感湿素子部の温度を検出する温度検出手段として用い、当該温度検出手段の抵抗値が所定の抵抗値となるように、前記ヒータを制御することを特徴とする。
【００２３】
ヒータに通電して加熱する方法としては、例えば予め決められた定電圧を印加することも可能であるが、その場合には、排気ガス等の温度によっては、感湿素子部の温度が所望の適切な温度とならない可能性がある。
つまり、ヒータを定電圧印加で制御した場合には、内燃機関の運転状態によって感湿素子部の温度が変動してしまい、仮に（上記の好ましい温度範囲から外れて）低温状態となると、汚れ物質の付着防止の作用が機能しなくなり、逆に、高温状態となると、感湿材料や電極材料の粒成長、偏析、変質等が起こる危険性が高くなる。
【００２４】
そこで、本発明では、ヒータ又は抵抗体温度センサの抵抗値が温度により変化する性質を利用して、この温度検出手段の抵抗値に応じて、例えばこの抵抗値が一定となる様に、ヒータをフィードバック制御するのである。
例えば温度検出手段の抵抗値が大きくなった場合には、温度が高いのでヒータによる加熱を抑制し、逆に、温度検出手段の抵抗値が小さくなった場合には、温度が低いのでヒータによる加熱を増加させるのである。これにより、常に適切な温度で感湿素子部を加熱することができる。
【００２５】
（７）請求項７の発明は、内燃機関の運転状態を検出し、当該運転状態に応じて前記ヒータを制御することを特徴とする。
内燃機関の運転状態によって排気ガスの温度が変化するので、感湿素子部の温度も変化する。従って、本発明では、例えば吸気圧（負圧）、車速、エンジン回転数のような運転状態によって、ヒータの印加時間や印加電圧などの状態を調節する。これにより、適切な温度範囲で感湿素子部を加熱することができる。
【００２６】
例えば坂道（上り道）を高速走行する場合の様に、排気ガス温度が５００℃以上になる場合には、ヒータ通電は行わず、５００℃より低い温度の場合にヒータ通電を行うように制御することができる。
（８）請求項８〜１４の湿度センサの制御方法の発明は、それぞれ順次対応する前記請求項１〜７の湿度センサの制御装置の発明と、同様な作用効果を奏する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の湿度センサの制御装置及び湿度センサの制御方法の実施の形態の例（実施例）について説明する。
（実施例）
ａ）まず、本実施例の湿度センサの構成について説明する。尚、図１は湿度センサの全体及びその分解した状態を示す斜視図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。
【００２８】
図１に示す様に、本実施例の湿度センサ１は、抵抗変化式の湿度センサ１であり、その要部を構成する感湿素子部３は、アルミナ製の絶縁基板５上に、一対のリード部７、９が配置されるとともに、一方のリード部７と接するように下部電極１１が配置され、この下部電極１１の上に感湿材料からなる感湿層１３が配置され、更に感湿層１３の上に他方のリード部９と接触して上部電極１５が配置されたものである。
【００２９】
また、図２に示す様に、絶縁基板５内には、感湿素子部３を加熱するヒータ１７と測温抵抗体である温度センサ１９が配置されている。
前記下部電極１１及び上部電極１５は、厚膜印刷により形成された膜厚約１５μｍの主として白金からなる層である。感湿層１３は、厚膜印刷により形成された膜厚約３０μｍの主としてＡｌ2Ｏ3−ＳｎＯ2−ＴｉＯ2の感湿材料からなる層であり、この感湿材料は、周囲の雰囲気の湿度が変化すると、その抵抗値が変化する（即ち湿度が増加すると抵抗が低下する）ものである。また、ヒータ１７は主として白金からなり、温度センサ１９も主として白金からなる。
【００３０】
ｂ）次に、上述した構成の湿度センサ１を制御する制御装置について説明する。
図３に湿度を測定するための回路構成を示す様に、湿度センサ１の感湿素子部３は、マイコン２１に接続されて、その出力が取り出されるように構成されている。尚、この出力とは、感湿素子部３の抵抗値に対応した値であり、抵抗値が増加するとセンサ出力が増加するように設定されている。
【００３１】
具体的には、第１比較抵抗２３と（湿度センサ１の）感湿素子部３と第２比較抵抗２５とが直列に接続され、この第１比較抵抗２３と感湿素子部３と第２比較抵抗２５とには、バッファ２７を介して、マイコン２１のＤ／Ａ部（デジタルアナログ変換部）から、例えば２Ｖ以下の直流電圧が印加される。また、感湿素子部３の両端間の直流電圧出力（直流分圧）は、オペアンプ２９を介して、マイコン２１のＡ／Ｄ部（アナログデジタル変換部）に入力される。更に、マイコン２１からは、Ｄ／Ａコンバータ３１を介してセンサ出力が取り出される。
【００３２】
更に、図４にヒータ１７を制御するための回路構成を示す様に、温度センサ１９と比較抵抗３３とが直列に接続され、温度センサ１９と比較抵抗３３とには電源３４から基準電圧が印加される。そして、温度センサ１９の電圧（電位差）が、オペアンプ３５を介して、マイコン２１のＡ／Ｄ部（アナログデジタル変換部）に入力される。
【００３３】
また、マイコン２１には、スイッチ素子３７を介してヒータ１７が接続されており、マイコン２１の信号出力部（ＰＷＭ）からの信号により、ヒータ１７に定電圧３６が印加される。このヒータ１７のオン・オフのタイミングは、図５に例示する様に、例えば３０ｍｓの周期にて、９０％以下の範囲のデューティ比により設定することができる。そして、ヒータ１７のオフの期間中に、温度センサ１９の抵抗（従って周囲の温度）を計測する。
【００３４】
尚、ここでは、説明のために、マイコン２１を図３、図４の様に分けて記載したが、通常は同一のマイコン２１にて湿度の計測とヒータ１７の制御を行う。また、それぞれ異なるマイコン２１を使用してもよい。
ｃ）次に、前記湿度センサ１の基本的な使用方法について説明する。
【００３５】
(1)排気ガス浄化用付帯装置の劣化検知方法
本実施例では、車両の排気管の排気ガス浄化用付帯装置の下流側に湿度センサ１を取り付け、その排気ガスの湿度を検出する。
排気管内は、通常低湿度であり、例えば内燃機関が始動すると燃焼によって水分が生じるため、高湿度に推移する。この状態は、内燃機関の始動毎に繰り返し行われる現象である。
【００３６】
そして、内燃機関が始動する際に、排気ガス浄化用付帯装置が正常である場合には、装置内の触媒、吸着材等にて、炭化水素や水分が所定の範囲内で吸着されるので、排気ガス浄化用付帯装置の下流では、特に始動直後の所定の期間では、排気ガス中の水分量が極めて少ない。つまり、吸着し切れなくなって排気ガス浄化用付帯装置から水分が流出するタイミングが遅い。
【００３７】
それに対して、排気ガス浄化用付帯装置が劣化している場合には、吸着し切れなくなって排気ガス浄化用付帯装置から水分が流出するタイミングが早く、排気ガス浄化用付帯装置の下流の排気ガス中には水分量が早めに多くなる。
従って、内燃機関を始動した際に、排気ガス浄化用付帯装置の下流側の排気ガスの水分の状態を湿度センサ１によって検出することによって、排気ガス浄化用付帯装置の劣化の状態を検出することができる。
【００３８】
上述した水分の状態に対応した湿度センサ１のセンサ出力（即ち感湿素子部３の抵抗値）の変化を図６に示す。排気ガス浄化用付帯装置が劣化していない場合（同図の実線）には、内燃機関の始動直後に湿度センサ１をオンして作動させると、始動直後は、排気ガス浄化用付帯装置にて水分が十分に吸着されて、湿度センサ１までに殆ど到らないので高い抵抗値となる。その後、吸着する限界に達すると、排気ガス中の水分量が増加して結露するので、時点ｔ０にて、抵抗値が急減する。その後、排気ガスの温度が上昇するにつれて結露が解消されるので、抵抗値が徐々に増加する。
【００３９】
それに対して、排気ガス浄化用付帯装置が劣化している場合（同図の破線）には、始動直後は、排気ガス浄化用付帯装置にて水分が吸着されるが、劣化していない場合と比べてその吸着量が少ないので、吸着する限界により早く達し、そのため早い時点ｔ１にて結露し、抵抗値が急減する。
【００４０】
従って、例えば内燃機関が始動してから抵抗値が急減するまでの時間を測定することにより、排気ガス浄化用付帯装置の劣化を検出することができる。
(2)湿度センサ１の劣化検知
湿度センサ１の抵抗特性が高抵抗化する現象（湿度センサ１の劣化）は、湿度センサ１の感湿素子部３及びリード部７、９等に付着した不純物成分（汚れ物質）が堆積し、従来の加熱クリーニングを実施しても完全に焼失できないために生じる現象である。
【００４１】
図７に湿度センサ１のセンサ出力（即ち感湿素子部３の抵抗に対応した値）を示す。湿度センサ１が汚れ物質により劣化していない場合には、同図の実線で示す様に、内燃機関の始動後、センサ出力が速やかに増加し、その後急に立ち下がり、その後徐々に増加する。
【００４２】
一方、湿度センサ１が劣化している場合には、同図の破線で示す様に、ある程度似た変化はするものの、その数値等は大きく異なっている。例えば、始動直後では、劣化した湿度センサ１のセンサ出力は、劣化していない湿度センサ１のセンサ出力よりも大きな値となる。
【００４３】
従って、この様なセンサ出力の違いにより、湿度センサ１の劣化の程度を検出することができる。
ｄ）次に、本実施例の要部である、ヒータ１７による加熱を行って汚れ物質を除去する手法及びその効果について説明する。
【００４４】
本実施例では、内燃機関の作動中において、湿度の計測を行わない時間帯に、感湿素子部３を５００〜８００℃の温度範囲で加熱するように、ヒータ１７に通電する。これにより、湿度センサ１（特に感湿素子部３）に付着した汚れ物質を十分に除去することができる。
【００４５】
例えば図８に、内燃機関の始動後における運転状態（排気温度、温度センサ１９によるセンサ温度、車両の速度、内燃機関の回転数、温度センサ１９の抵抗値）の一例を示す。ここでは、内燃機関が始動（エンジンＯＮ）となってから約６０秒後に、ヒータ１７に通電する制御を開始している。
【００４６】
このヒータ１７に通電する制御としては、例えば前記図５に示す様に、通電時間の割合を設定するデューティ比制御を採用できるが、湿度の計測を行わない時間帯や結露が生じている期間以外は、常時ヒータ１７に通電する制御を行ってもよい。
【００４７】
前記デューティ比は、予め設定された値でもいいが、例えば下記の内燃機関の停止後の加熱の様に、湿度センサ１の劣化に応じて、（例えば劣化が進んでいる場合にはデューテュ比を大きくするよう）に設定してもよい。
・また、本実施例では、内燃機関の停止後に、感湿素子部３を５００〜１２００℃の範囲内で、例えば数秒〜１０分程度の所定時間加熱する。
【００４８】
この内燃機関の停止後の加熱を行う場合には、湿度センサ１の劣化に応じて、加熱する温度や加熱する時間を設定する。
つまり、湿度センサ１に汚れ物質が多く付着している場合には、加熱温度を上げたり加熱時間を長くするなどの調節が必要であるので、本実施例では、湿度センサ１の汚れの程度を、上述した湿度センサ１の測定値（例えば前記図７に示す始動直後のセンサ出力の大きさ）によって検出し、その検出結果に応じて、加熱する温度や時間を調節する。
【００４９】
これにより、湿度センサ１の汚れ状態がどのようであっても、常に汚れ物質を十分に除去することができる。
・更に、本実施例では、前記図５に示す様に、ヒータ１７に電圧を印加しないタイミングにて、温度センサ１９の抵抗値を測定し、その抵抗値に応じて、抵抗値が一定となる様に、内燃機関の運転中又は内燃機関の停止後において、加熱温度を一定に保つヒータ１７のフィードバック制御を行うので、感湿素子部３の温度が低すぎたり高すぎたりすることがない。
【００５０】
例えば図９に示す様に、ヒータ１７にＤＣ１３Ｖの定電圧を印加する（定電圧制御）の場合には、湿度センサ１の温度は、排気ガスの温度とともに変動するが、温度センサ１９の抵抗値が一定となるようにヒータ１７を制御（定抵抗値制御）する場合には、湿度センサ１の感湿素子部３の温度を、所望の一定値（例えば約６００℃）に保つことができる。
【００５１】
これにより、汚れ物質の十分な除去ができるとともに、加熱温度が過大になった場合の問題、即ち、感湿材料や電極材料の粒成長、偏析、変質等を防止することができる。つまり、感湿素子部３を損なうことなく、汚れ物資を十分に除去することができる。
【００５２】
・しかも、本実施例では、内燃機関の運転状態に対応する吸気圧や車速等の値を求め、その運転状態に応じてヒータ１７の制御を行うので、常に適切な温度で感湿素子部３の加熱を行うことができる。
この様に、本実施例では、上述した制御を行うことにより、湿度センサ１の汚れ状態がどのようであっても、常に汚れ物質を十分に除去することができる。これにより、湿度センサ１が、自動車の排気管内等の非常に過酷な環境に曝された場合においても、長期間にわたり高精度な湿度計測ができるという顕著な効果を奏する。
【００５３】
尚、本実施例では、湿度センサ１に直流電圧を印加し、感湿素子部３の両端間における直流電圧出力（直流分圧）を測定するようにしたが、それとは別に、湿度センサ１に例えば５００Ｈｚ以下の交流電圧を印加し、感湿素子部３の両端間における交流電圧出力（交流分圧）を測定するようにしてもよい。
【００５４】
この交流電圧を印加するタイプの湿度センサ１は、感湿素子部３のインピーダンス（Ｒ成分、Ｃ成分）の変化に基づいて湿度を検出するインピーダンス変化式の湿度センサ１である。
（実験例）
次に、本実施例の効果を確認するために行った実験例について説明する。
【００５５】
本実験例は、ヒータ制御の加熱クリーニングによる温度依存性を調べたものである。
ａ）前記実施例と同様な構造の湿度センサ（但しインピーダンス変化式の湿度センサ）を用い、下記の手順で温度依存性を調べた。
【００５６】
（1）「ＪＩＳ Ｚ ８８０６」の規定による分流式評価法を用いて、初期の感湿特性を計測した。
この分流式評価法を、図１０に模式的に示す。評価ガスのＡｉｒを５Ｌ／分供給し、加える水分量を調節して、測定湿度を、１０，２０，４０，６０，８０，９０ＲＨ％に設定するとともに、測定温度を２０℃に設定し、各湿度における湿度センサの出力を測定した。尚、正確な温度及び湿度は、周知の温湿度測定器により計測した。
【００５７】
その結果を、図１１にて、未耐久品のグラフで示す。
(2)また、自動車の排気管内に湿度センサを装着して、実走試験（シャーシダイナモ上にて、市街地走行、高速道路走行を想定した約３００ｋｍの走行パターン）を実施した。
【００５８】
（3）そして、前記走行試験を行った湿度センサに対して、下記の６種類の加熱クリーニングを実施し、その後、前記分流式評価法により、湿度センサの感湿特性を計測した。
下記実施例<1> 〜 <5>では、実車走行中に、湿度センサのヒータ抵抗が一定になるようにして、上述した実施例と同様に、前記各温度を保つように常時ヒータ制御を行ったが、比較例では、走行中にそのようなヒータ制御を実施しなかった。
【００５９】
・比較例 ：走行中のヒータ制御無し、
加熱クリーニング温度：７５０℃にて２分間加熱
・実施例<1>：走行中のヒータ制御温度：５００℃
測定前の加熱クリーニング無し
・実施例<2>：走行中のヒータ制御温度：５００℃
測定前加熱クリーニング：７５０℃にて２分間加熱
・実施例<3>：走行中のヒータ制御温度：６００℃
測定前加熱クリーニング：７５０℃にて２分間加熱
・実施例<4>：走行中のヒータ制御温度：７００℃
測定前加熱クリーニング：７５０℃にて２分間加熱
・実施例<5>：走行中のヒータ制御温度：８００℃
測定前加熱クリーニング：７５０℃にて２分間加熱
これらの測定結果を、同じく前記図１１に示す。この図１１に示す結果から、自動車の排気管内に湿度センサを装着し、約３００ｋｍ走行した後は、比較例においては、測定前の７５０℃、２分間の加熱クリーニングのみでは、全く効果が無く、低湿度域においては、１桁程度高抵抗化し、好ましくないことが分かる。
【００６０】
それに対して、本発明の範囲の実施例<1>では、走行中に５００℃にて常時加熱し、走行後に分留式評価法で感湿特性を測定した結果、略未処理品と同様の感湿特性を示し、好適であった。
実施例<2>では、実施例<1>の条件で走行試験を行い、更に感湿特性測定前に大気中で７５０℃で２分間ヒータ通電を行なった結果、実施例<1>よりも効果があり、未耐久品と良く一致した感湿特性を示し、好適であった。
【００６１】
実施例<3> 、 <4> 、 <5>では、実車走行中６００℃、７００℃、８００℃のヒータ制御を実施し、実施例<2>と同様に感湿特性測定前に大気中で７５０℃で２分間ヒータ通電を実施した。その結果、感湿特性は、未処理品と比較して殆ど変化は無く、好適であった。
【００６２】
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
（１）例えば、前記実施例では、ヒータのフィードバック制御を行ったが、（感湿素子部の温度が過度に上昇しない様に実験等で求めた）予め規定された期間又は所定のデューティ比などで、定電圧を印加してもよい。
【００６３】
（２）更に、前記実施例では、温度センサの抵抗値に基づいてヒータのフィードバック制御を行ったが、ヒータ自身の抵抗値を求め、このヒータの抵抗値に基づいてヒータのフィードバック制御を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例の湿度センサの感湿素子部の全体及び分解した状態を示す説明図である。
【図２】 感湿素子部の図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】 湿度センサの湿度を検出するための電気的構成を示す説明図である。
【図４】 ヒータ制御のための電気的構成を示す説明図である。
【図５】 ヒータの通電タイミングを示す説明図である。
【図６】 内燃機関の始動直後の感湿素子部の抵抗の変化を示すグラフである。
【図７】 内燃機関の始動直後の湿度センサの出力の変化を示すグラフである。
【図８】 内燃機関の始動直後の運転状態の変化を示すグラフである。
【図９】 ヒータに印加する電圧の違いによる湿度センサの温度変化等を示すグラフである。
【図１０】 分流式評価法に用いる実験装置を示す説明図である。
【図１１】 感湿特性の実験結果を示すグラフである。
【図１２】 内燃機関の始動直後の運転状態の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１…湿度センサ
３…感湿素子部
５…絶縁基板
７、９…リード部
１１…下部電極
１３…感湿層
１５…上部電極
２１…マイコン
Claims (14)
- 内燃機関の排気ガス中で用いられ、該内燃機関の排気ガス浄化用付帯装置の状態を、排気ガスの湿度変化から検出するために用いられるインピーダンス変化式の湿度センサの感湿素子部を、ヒータにより加熱して、汚れ物質を除去する湿度センサの制御装置において、
前記内燃機関の始動直後に前記湿度センサを作動させて湿度の計測を行い、その後の前記内燃機関の作動中において湿度の計測を行わない時間に、前記ヒータにより、前記感湿素子部を５００〜８００℃の温度範囲で所定の期間加熱することを特徴とする湿度センサの制御装置。 - 前記湿度計測を行わない時間に、前記感湿素子部を常時加熱することを特徴とする前記請求項１に記載の湿度センサの制御装置。
- 前記内燃機関の停止後に、前記感湿素子部を所定時間加熱することを特徴とする前記請求項１又は２に記載の湿度センサの制御装置。
- 前記内燃機関の停止後に、前記感湿素子部を、５００〜１２００℃の温度範囲で加熱することを特徴とする前記請求項３に記載の湿度センサの制御装置。
- 前記加熱を行う場合には、前記湿度センサの汚れの状態に対応した湿度センサのインピーダンス値を示す値に応じて、加熱する温度及び／又は加熱する時間を設定することを特徴とする前記請求項１〜４のいずれかに記載の湿度センサの制御装置。
- 抵抗体温度センサ又は前記ヒータを、前記感湿素子部の温度を検出する温度検出手段として用い、当該温度検出手段の抵抗値が所定の抵抗値となるように、前記ヒータを制御することを特徴とする前記請求項１〜５のいずれかに記載の湿度センサの制御装置。
- 前記内燃機関の運転状態を検出し、当該運転状態に応じて前記ヒータを制御することを特徴とする前記請求項１〜６のいずれかに記載の湿度センサの制御装置。
- 内燃機関の排気ガス中で用いられ、該内燃機関の排気ガス浄化用付帯装置の状態を、排気ガスの湿度変化から検出するために用いられるインピーダンス変化式の湿度センサの感湿素子部を、ヒータにより加熱して、汚れ物質を除去する湿度センサの制御方法において、
前記内燃機関の始動直後に前記湿度センサを作動させて湿度の計測を行い、その後の前記内燃機関の作動中において湿度の計測を行わない時間に、前記ヒータにより、前記感湿素子部を５００〜８００℃の温度範囲で所定の期間加熱することを特徴とする湿度センサの制御方法。 - 前記湿度計測を行わない時間に、前記感湿素子部を常時加熱することを特徴とする前記請求項８に記載の湿度センサの制御方法。
- 前記内燃機関の停止後に、前記感湿素子部を所定時間加熱することを特徴とする前記請求項８又は９に記載の湿度センサの制御方法。
- 前記内燃機関の停止後に、前記感湿素子部を、５００〜１２００℃の温度範囲で加熱することを特徴とする前記請求項１０に記載の湿度センサの制御方法。
- 前記加熱を行う場合には、前記湿度センサの汚れの状態に対応した湿度センサのインピーダンス値を示す値に応じて、加熱する温度及び／又は加熱する時間を設定することを特徴とする前記請求項８〜１１のいずれかに記載の湿度センサの制御方法。
- 抵抗体温度センサ又は前記ヒータを、前記感湿素子部の温度を検出する温度検出手段として用い、当該温度検出手段の抵抗値が所定の抵抗値となるように、前記ヒータを制御することを特徴とする前記請求項８〜１２のいずれかに記載の湿度センサの制御方法。
- 前記内燃機関の運転状態に応じて、前記ヒータを制御することを特徴とする前記請求項８〜１３のいずれかに記載の湿度センサの制御方法。
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