JP4701877B2

JP4701877B2 - 排気ガスセンサの制御装置

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Publication number: JP4701877B2
Application number: JP2005193910A
Authority: JP
Inventors: 圭一郎青木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-07-01
Filing date: 2005-07-01
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2025-07-01
Also published as: JP2007009844A

Description

この発明は、内燃機関の排気通路に搭載される排気ガスセンサの制御装置に関する。更に具体的には、活性温度に達することで活性状態となるセンサ素子を備える排気ガスセンサを制御する装置として好適な排気ガスセンサの制御装置に関する。

従来、例えば国際公開第２００５/０２２１４１号パンフレットに開示されるように、内燃機関の排気通路に空燃比センサを配置し、そのセンサの検出値に基づいて燃料噴射量をフィードバック制御するシステムが知られている。空燃比センサは、活性温度に加熱させることにより活性状態となるセンサ素子と、そのセンサ素子を加熱するヒータとを備えている。従って、上記従来の装置において、空燃比センサの出力を利用したフィードバック制御を開始するにあたっては、センサ素子温が活性温度に達したことを判定する活性判定を行う必要がある。また、センサ素子の温度とセンサ素子の素子インピーダンスとの間には相関が認められる。従って、活性判定は、例えば、内燃機関の始動後素子インピーダンスを監視し、その値が所定の活性判定値まで低下したか否かを見ることで行うことができる。

しかし、上記センサ素子は、その温度が上がるに連れて素子インピーダンスを低下させ、一方、その劣化が進むに連れて素子インピーダンスを上昇させる特性を有している。このため、センサ素子の劣化が進むとセンサ素子の温度が活性温度に達した時点でも、素子インピーダンスが活性判定値まで低下しない事態が生ずる。この場合、活性判定インピーダンスによる活性判定が継続されれば、結果的にセンサ素子温が活性温度を越える温度に加熱されることになる。

そこで、上記従来技術のシステムは、このような事態の発生を防ぐべく、センサが活性温度に達するまでに要する受容熱量を第２の活性判定値として記憶している。センサ素子の活性判定においては、上記のセンサ素子の素子インピーダンスが活性判定値にまで低下しているか否かを判定すると共に、受容熱量が第２の活性判定値以上であるか否かを判定する。このような処理によれば、センサ素子の劣化を速やかに判断し、迅速に活性判定を完了することができる。

国際公開第２００５／０２２１４１号パンフレット特開２００２−４８７６１号公報特開２０００−１７１４３５号公報特開２００４−２４５６６２号公報特開２００４−６１１８４号公報特開２００３−３６４３号公報

上記従来技術によれば、上記のセンサ素子の素子インピーダンスが活性判定値にまで低下しているか否かを判定すると共に、受容熱量が第２の活性判定値以上であるか否かを判定する。つまり、センサ素子の劣化前においては、センサ素子の素子インピーダンスが活性判定値にまで低下したか否かにより活性が判定される。一方、センサ素子の劣化が進み活性温度に達していても素子インピーダンスが活性判定値まで低下しない状態となると、受容熱量が第２の活性判定値にまで達したか否かにより活性判定が行われることとなる。

しかし、上記従来技術において、活性に判定を行う受容熱量の第２の活性判定値は、いかなるセンサ素子についても活性していると判定することができる固定値として設定される。したがって、第２の活性判定値には、センサ素子の個体ごとに含まれるすべての誤差が含まれている。このため、受容熱量≧第２の活性判定値の成否で活性を判定する状態となると、多くの場合に、現実に活性温度に達した後、活性が判定されるまでの間に差が生じ、活性判定にその差分の遅れが生じることとなる。

活性判定の遅れは、燃料噴射量のフィードバック制御の開始遅れに直結する。内燃機関において良好なエミッション特性を得るためには、燃料噴射量のフィードバック制御は、可能な限り早期に開始させることが望ましい。この点、上記従来の活性判定の手法は、センサ素子が劣化した場合に、個別のセンサ素子のそれぞれに対応した速やかな活性判定を行うことができず、内燃機関のエミッション特性を悪化させやすいものであった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、排気ガスセンサの暖機時にセンサ素子の劣化状態をリアルタイムに判断して、常に個別のセンサ素子に対応した迅速な活性判定を可能とする排気ガスセンサの制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気通路に搭載される排気ガスセンサの制御装置であって、
前記排気ガスセンサは活性温度に達することで活性状態となるセンサ素子を備え、
前記センサ素子の素子インピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、
前記センサ素子の活性が要求された後、前記センサ素子が少なくとも活性温度にまで加熱されたことを判定できる活性判定インピーダンスにまで、前記素子インピーダンスが低下したか否かを判定するインピーダンス判定手段と、
前記センサ素子に供給された受容熱量を推定する受容熱量推定手段と、
前記センサ素子の活性が要求された後、前記センサ素子が少なくとも活性温度にまで加熱されたことを判定できる活性判定値に、前記受容熱量が達したか否かを判定する熱量判定手段と、
前記インピーダンス判定手段による判定および前記熱量判定手段による判定のいずれかが成立した時点で、前記排気ガスセンサの活性判定を行う活性判定手段と、
前記活性判定値が未設定であるか否かを判定する設定判定手段と、
前記活性判定値が未設定である場合に、前記センサ素子の活性が要求された後、前記センサ素子のインピーダンスが前記活性判定インピーダンスにまで低下するまでに要する活性受容熱量を推定する活性熱量推定手段と、
前記活性受容熱量に基づいて、前記活性判定値を設定する活性判定値設定手段と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、前記排気ガスセンサは、センサ素子を加熱するヒータを備え、
前記センサ素子の活性が要求される環境下で、前記ヒータを駆動するヒータ駆動手段を備え、
前記活性熱量推定手段は、前記活性受容熱量を、前記ヒータに通電された活性積算電力量に基づいて推定し、
前記活性判定値設定手段は、前記活性積算電力量に基づいて活性判定値を設定し、
前記受容熱量推定手段は、前記ヒータに通電したヒータ通電積算電力量に基づいて前記受容熱量を推定し、
前記熱量判定手段は、前記ヒータ通電積算電力量が、前記活性積算電力量に達したか否かに基づいて、前記受容熱量が前記活性判定値に達したか否かを判定することを特徴とする。

第３の発明は、第１の発明において、前記排気ガスセンサは、センサ素子を加熱するヒータを備え、
前記センサ素子の活性が要求される環境下で、前記ヒータを駆動するヒータ駆動手段を備え、
前記活性熱量推定手段は、前記活性受容熱量を、前記ヒータに通電された活性通電時間に基づいて推定し、
前記活性判定値設定手段は、前記活性通電時間に基づいて活性判定値を設定し、
前記受容熱量推定手段は、前記ヒータに通電したヒータ通電時間に基づいて前記受容熱量を推定し、
前記熱量判定手段は、前記ヒータ通電時間が、前記活性通電時間に達したか否かに基づいて、前記受容熱量が前記活性判定値に達したか否かを判定することを特徴とする。

第４の発明は、第１から３のいずれかの発明において、公差内に収まる全ての排気ガスセンサにつき、前記センサ素子を少なくとも前記活性温度にまで加熱できる受容熱量を判定する最大判定値を記憶する最大判定値記憶手段を備え、
前記活性判定値設定手段は、前記活性判定値を、前記最大判定値に応じて修正する判定値修正手段と、
を備えることを特徴とする。

第５の発明は、第４の発明において、
前記活性判定値設定手段は、前記活性判定値が前記最大判定値より小さいか否かを判定する判定値判定手段を備え、
前記判定値修正手段は、前記活性判定値が前記最大判定値以上であると判定された場合に、前記活性判定値を、前記最大判定値に修正することを特徴とする。

第６の発明は、第５の発明において、前記内燃機関の始動時における前記センサ素子の温度を推定するパラメータを検出するパラメータ検出手段を備え、
前記最大判定値記憶手段は、前記最大判定値を、前記パラメータに応じた関数として記憶し、
前記活性判定値設定手段は、
前記活性判定値が前記最大判定値よりも小さいと判定された場合に、前記活性判定値を設定した際の前記パラメータにおける前記最大判定値に対する、前記活性判定値の割合を求める割合算出手段と、
前記最大判定値の関数に、前記割合をかけた値を、前記パラメータに応じた活性判定値の関数として設定する活性判定値関数設定手段と、を備え、
前記熱量判定手段は、前記活性判定値の関数から、判定時におけるパラメータに応じた値を、判定における活性判定値として決定することを特徴とする。

第７の発明は、第５の発明において、前記内燃機関の始動時における前記センサ素子の温度を推定するパラメータを検出するパラメータ検出手段を備え、
前記最大判定値記憶手段は、前記最大判定値を、前記パラメータに応じた関数として記憶し、
前記活性判定値設定手段は、
前記活性判定値が前記裁断判定値よりも小さいと判定された場合に、前記活性判定値を測定した際の前記パラメータにおける前記最大判定値と、前記活性判定値との差を求める判定値差算出手段と、
前記最大判定値の関数から、前記差を引いた値を、前記パラメータに応じた活性判定値の関数として設定する活性判定値関数設定手段と、を備え、
前記熱量判定手段は、前記活性判定値の関数から、判定時におけるパラメータに応じた値を、判定における活性判定値として決定することを特徴とする。

第８の発明は、第５の発明において、前記内燃機関の始動時における前記センサ素子の温度を推定するパラメータを検出するパラメータ検出手段を備え、
前記最大判定値記憶手段は、前記最大判定値を、前記パラメータに応じた関数として記憶し、
前記活性判定値設定手段は、
前記最大判定値の関数の値が、前記活性判定値より小さくなるパラメータの第１範囲と、前記最大判定値の関数の値が、前記活性判定値以上となるパラメータの第２範囲とを算出する水温範囲算出手段と、
前記第１範囲においては、活性判定値の関数を前記活性判定値に設定し、前記第２範囲においては、活性判定値の関数を、前記最大判定値の関数に設定する活性判定値関数設定手段と、を備え、
前記熱量判定手段は、前記活性判定値の関数から、判定時におけるパラメータに応じた値を、判定における活性判定値として決定することを特徴とする。

第９の発明は、第１から第８のいずれかの発明において、前記活性判定値設定手段により前記活性判定値が設定された際に、前記活性判定値が設定されたことを示すフラグをONとする設定完了フラグ設定手段と、
前記内燃機関のバッテリクリアが行われた際に、前記フラグをOFFにする設定フラグOFF手段と、を備え、
前記活性判定値設定手段は、前記活性判定フラグがOFFである場合に、前記活性判定値の設定を行うことを特徴とする。

第１の発明によれば、活性判定値が未設定である場合に、受容熱量がセンサ素子に供給されたか否かを判定する際の基準となる活性判定値を、受容熱量に基づいて個別に設定する。したがって、排気ガスセンサごとに活性判定値を設定することができ、センサ素子ごとに活性温度に達するまでの受容熱量が異なる場合にも、正確に活性判定を行うことができる。

第２の発明によれば、活性積算電力量に基づいて活性判定値を設定し、これを基準として活性判定を行う。このようにヒータに供給された電力をパラメータとすることにより、正確にヒータの受容熱量を把握することができ、より確実に活性判定を行うことができる。

第３の発明によれば、活性通電時間に基づいて活性判定値を設定し、これを基準として活性判定を行う。このようにヒータに直接通電する時間をパラメータとすることにより、正確にヒータの受容熱量を把握することができ、より確実に活性判定を行うことができる。

また、第４の発明によれば、活性判定値が最大判定値に応じて修正される。したがって、活性判定値を設定する際に、センサ素子の劣化等により活性判定値の設定の基礎となる受容熱量が大きく推定された場合にも、活性判定値を適切に修正して設定することができる。

また、第５の発明によれば、活性判定値が予め記憶された最大判定値より大きい場合には、活性判定値が最大判定値に修正される。したがって活性判定値を再設定する際に、センサ素子の劣化により設定の基礎となる受容熱量が大きく推定された場合にも、活性判定値が必要以上に大きくなるのを抑えることができる。

また、第６乃至第８の発明によれば、実際の測定に基づく活性判定値と、活性判定値設定の際のパラメータに応じた最大判定値との関係を考慮して、最大判定値の関数からパラメータに対応する活性判定値の関数を設定することができる。したがって、個別のセンサ素子ごとに、パラメータに応じた活性判定値を設定することができ、より確実かつ迅速な活性判定を行うことができる。

第９の発明によれば、活性判定値の設定をバッテリクリア後に行うように制御することができる。したがって、一度設定された活性判定値を以後の活性判定に用いることができると共に、バッテリクリアが行われた後には、新たに活性判定値の設定を行うことができる。したがって、必要な時期に、確実に、活性判定値の設定を行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
[実施の形態のハードウェア構成]
図１は、この発明の実施の形態において用いられる空燃比センサの構成を説明するための図である。図１に示す空燃比センサ１０は、内燃機関の排気通路に配置され、排気ガスの空燃比を検出するために用いられるセンサである。空燃比センサ１０は、カバー１２を備えており、カバー１２が排ガスに晒されるように排気通路に組みつけられる。

カバー１２には、その内部に排気ガスを導くための孔（図示せず）が設けられている。カバー１２の内部には、センサ素子１４が配置されている。センサ素子１４は、一端（図１における下端）が閉じられた環状の構造を有している。環状構造の外側表面は、拡散抵抗層１６で覆われている。拡散抵抗層１６は、アルミナ等の耐熱性の多孔質物質であり、センサ素子１４の表面における排気ガスの拡散速度を律する働きを有している。

拡散抵抗層１６の内側には排気側電極１８が設けられている。排気側電極１８は、拡散抵抗層１６を介して、排気ガスに晒された状態となっている。排気側電極１８の内側には、固体電解質層２０が設けられている。固体電解質層２０の内側には、大気側電極２２が形成されている。排気側電極１８および大気側電極２２は、Ｐｔのように触媒作用の高い金属で構成された電極である。また、排気側電極１８および大気側電極２２は、それぞれ後述するバイアス制御回路と電気的に接続されている。固体電解質層２０は、ＺｒＯ_２などを含む焼結体であり、酸素イオンを伝導させる特性を有する。

センサ素子１４の内側には、大気室２４が形成されている。大気室２４は、大気に開放され、大気側電極２２表面が大気に晒される構造となっている。大気室２４内には、ヒータ２６が配置されている。ヒータ２６は、後述するヒータ制御回路と電気的に接続されており、その制御回路に制御されることにより、センサ素子１４を適切な温度に加熱して維持する。なお、センサ素子１４は、活性温度（例えば、７００℃程度）に加熱されることにより、安定した出力特性を示す。

図２は、空燃比センサ１０の制御装置のブロック図である。図２に示すように、センサ素子１４は、抵抗成分と起電力成分とを用いて、等価的に表すことができる。また、ヒータ２６は抵抗成分を用いて等価的に表すことができる。センサ素子１４には、センサ素子駆動回路２８が接続されている。センサ素子駆動回路２８には、センサ素子１４に対して、所望のバイアス電圧を印加するためのバイアス制御回路と、センサ素子１４を流れる電流を検出するためのセンサ電流検出回路とが含まれている。

センサ素子駆動回路２８が備えるバイアス制御回路には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３０及びＤ/Ａコンバータ３２を介して、マイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と称する）３４が接続されている。マイコン３４は、これらの要素を介してバイアス制御回路にセンサ素子１４に印加すべき電圧を指令することができる。センサ電流検出回路には、Ｄ/Ａコンバータ３６を介して、マイコン３４が接続されている。マイコン３４は、Ｄ/Ａコンバータ３６を介して、センサ電流検出回路によって検出されたセンサ電流を読み込むことができる。

バイアス制御回路は、マイコン３４の指令に従い、センサ素子１４に対して、空燃比検出用のバイアス電圧とインピーダンス検出用電圧とを印加することができる。センサ素子１４は、空燃比検出用バイアス電圧が印加されている場合には、排気ガスの空燃比に応じたセンサ電流を流通させる。マイコン３４は、これを利用して、センサ素子１４に空燃比検出用電圧が印加されている状況下で生ずるセンサ電流に基づいて、排気ガスの空燃比を算出することができる。

センサ素子１４に対するバイアス電圧が、空燃比検出用のバイアス電圧からインピーダンス検出用電圧に変更されると、印加電圧の変化に対応してセンサ電流に変化が生じる。この際、印加電圧の変化量とセンサ電流の変化量との比は、センサ素子１４の素子インピーダンスに相当する値となる。マイコン３４は、これを利用して、インピーダンス検出用電圧が印加されている状況下で生ずるセンサ電流に基づいて、センサ素子１４の素子インピーダンスを算出することができる。

ヒータ２６には、ヒータ制御回路３８が接続されている。ヒータ制御回路３８には、マイコン３４が接続されている。ヒータ制御回路３８は、マイコン３４から供給される指令を受けて、その指令に応じた駆動信号をヒータ２６に供給し、ヒータ２６に所望の熱量を発生させることができる。また、マイコン３４は、ヒータ２６に供給した電力量Ｐを測定し、ヒータ２６へのヒータ通電積算電力量Ｐを測定することができる。

[実施の形態におけるヒータ制御]
図３は、この実施の形態の装置において実行されるヒータ制御の概要を説明する図である。ここで、図３中に示す曲線は、素子インピーダンスと素子温との関係を示す。この曲線に示す通り、素子インピーダンスは温度特性を有しており、素子温が高いほど小さな値となる。図３中に示すＺactは活性判定インピーダンスであり、Ｚtgは、目標インピーダンスである。活性判定インピーダンスＺactは、素子温が活性判定温度（例えば６５０℃）である場合の素子インピーダンスに設定されている。また、目標インピーダンスＺtgは素子温が活性目標温度（例えば７００℃）である場合の素子インピーダンスに設定されている。

センサ素子１４は、活性判定温度以上の温度で安定したセンサ特性を示す。このため、この実施の形態の装置は、内燃機関の始動後、素子温が活性判定温度（例えば、６５０℃）に達した時点で空燃比センサの活性を判定し、その出力に基づく空燃比フィードバック制御を開始する。その後、素子温の変動に対して余裕を確保しておくため、センサ素子１４は活性判定温度より高温の活性目標温度（例えば、７００℃）にまで加熱され、その温度に維持される。その結果、安定状態では素子温が活性目標温度（例えば７００℃程度）に加熱維持された状態で空燃比フィードバック制御が行われる。

マイコン３４はセンサ素子１４の素子温と素子インピーダンスＺとの相関関係を利用して、素子温が活性判定温度に達したか否かを判断する。即ち、マイコン３４は、素子インピーダンスＺが活性判定インピーダンスＺactまで低下したか否かに基づいて、センサ素子１４の活性判定を行う。また、マイコン３４は、素子温を活性目標温度に維持するため、素子インピーダンスＺが目標インピーダンスＺtgと一致するようにヒータ２６の通電量をフィードバック制御する。

内燃機関において良好なエミッションを得るためには、空燃比センサの暖機が開始された後、その活性判定がなされるまでの期間はできるだけ短いことが望ましい。このため、この実施の形態の装置は、素子インピーダンスＺが活性判定インピーダンスＺactよりも大きい領域では、ヒータ２６を１００%デューティで駆動する（図３に示す１００%通電領域）。その後素子インピーダンスＺが活性判定インピーダンスＺactまで低下したら、センサ素子１４の過熱を避けるべく、駆動デューティを７０%に下げてヒータ２６の駆動を継続する（図３に示す７０%通電領域）。そして、素子インピーダンスＺが目標インピーダンスＺtgの近傍値となった時に、素子インピーダンスＺに基づくフィードバック制御によりヒータ２６の駆動を継続する。

図４は、上述した制御を行うためのマイコン３４が実行する制御のルーチンのフローチャートを示す。図４に示すルーチンでは、まず、素子インピーダンスＺが算出される（ステップＳ１００）。マイコン３４はセンサ素子１４にインピーダンス検出用電圧を印加した状態で検出されるセンサ電流に基づいて、素子インピーダンスＺを算出する。

次に検出した素子インピーダンスＺと目標インピーダンスＺtgとの差、ΔＺ＝Ｚ−Ｚtgが算出される（ステップＳ１０２）。次いで、ヒータ２６制御の許可条件が成立しているか否かが判断され（ステップＳ１０４）、その条件が不成立である場合には、ヒータ２６の駆動デューティＲdutyが０%に設定される（ステップＳ１０６）。

一方、上記ステップＳ１０４の処理により、許可条件の成立が認められた場合は、１００%通電の条件が成立しているか否かが判別される（ステップＳ１０８）。ここでは、具体的には、内燃機関の始動後の経過時間が１０sec以下であり、かつ、ΔＺが判定値Ｋ１（図３参照）以上であるかが判断される。即ち、経過時間１０sec以下であり、かつ、素子インピーダンスＺが活性判定インピーダンスＺact以上であるかが判断される。その結果、この条件が成立すると認められた場合には、ヒータ２６の駆動デューティＲdutyが１００%に設定される（ステップＳ１１０）。

上記ステップＳ１０８の処理により、１００%の通電条件が成立していないと判別された場合は、次に、ヒータ２６を７０%通電すべき条件が成立しているか否かが判別される（ステップＳ１１２）。ここでは、ΔＺが判定値Ｋ２（図３参照）より大きいかが判断される。その結果この条件の成立が認められた場合は、ヒータ２６の駆動デューティＲdutyが７０%に設定される（ステップＳ１１４）。

これに対して、上記ステップＳ１１２において、７０％の通電条件が成立していないと判別された場合は、素子インピーダンスのフィードバック制御ルーチンが実行される（ステップＳ１１６）。このルーチンによれば、ΔＺが小さくなるように、つまり、素子インピーダンスＺが目標インピーダンスＺtgに近づくように、ＰＩＤ制御の手法でヒータ２６の駆動デューティＲdutyが設定される。

上述したステップＳ１０６、Ｓ１１０、Ｓ１１４、およびＳ１１６のいずれかにより、ヒータ２６の駆動デューティＲdutyが設定されると、最後に駆動デューティＲdutyのなまし処理が実行される（ステップＳ１１８）。このようななまし処理によれば、ステップＳ１０６、Ｓ１１０、Ｓ１１４、およびＳ１１６の処理により設定される駆動デューティＲdutyが段階的な変化を示した場合に、ヒータ２６に対する供給電力が急変するのを抑えることができる。

[素子インピーダンスの劣化上昇の影響とその影響に対する対策]
図５は、センサ素子１４の劣化と素子インピーダンスＺとの関係を説明するための図である。この図に示すように、素子インピーダンスＺはセンサ素子１４の劣化が進むに連れて増加方向にシフトする。したがって、活性判定インピーダンスＺactが一定値であるとすると、素子インピーダンスＺが活性インピーダンスＺactに低下したときの素子温は、図５に示すようにその劣化の進行と共に高温化することとなる。このため、素子インピーダンスＺが活性判定インピーダンスＺactに達したか否かのみを基準としてセンサ素子１４の活性判定が行われると、センサ素子１４の劣化に伴って、素子温が活性判定温度に達した後、現実に活性判定がなされるまでの間に、無視できない大きな遅延が生ずる事となる。

ところで、空燃比センサ１０の暖機状態は、内燃機関の始動後にセンサ素子１４が受容した熱量の積算値と相関を有している。このためセンサ素子１４が活性温度に達したか否かは、素子インピーダンスＺに頼るほか、センサ素子１４の受容熱量を基礎としても判断することができる。また、センサ素子１４の受容熱量は、ヒータ２６への積算電力量Ｐから予測することができる。したがって、センサ素子１４が活性温度に達したか否かの判断は、ヒータ２６への積算電力量Ｐに基づいて行うことができる。

図６は、始動時水温ＴＷと、センサ素子１４が活性温度に達するまでに要する積算電力量との関係を表すグラフである。図６において、最大積算電力量Ｐmaxは、全てのセンサ素子１４の新品時におけるばらつきを前提にした、センサ素子１４が活性温度に達するまでに要する最大の積算電力量である。したがって、最もばらつきが大きく、活性温度に達するまでに最も大きな電力量を要するセンサ素子１４であっても、積算電力量Ｐが最大積算電力量Ｐmax以上となれば、活性温度に達していると判定できる。

また、始動時水温ＴＷが低い場合には活性に要する電力量は大きくなり、始動時水温ＴＷが高い場合には活性に要する電力量は小さくなる。即ち、最大積算電力量Ｐmaxは、図６に示すように、始動時水温ＴＷに依存する。

上述したように、積算電力量Ｐが最大積算電力量Ｐmax以上である場合には、いかなるセンサ素子１４についても活性していると判定することができる。しかし、最大積算電力量Ｐmaxは、センサ素子１４の個体ごとに含まれるすべての誤差を含んだ最大値である。したがって、積算電力量Ｐ≧最大積算値Ｐmaxの成否で活性を判定すると、多くの場合に、現実に活性温度に達した後、活性が判定されるまでの間に差が生じ、活性判定にその差分の遅れが生じることとなる。

つまり、活性判定を、素子インピーダンスＺが活性判定インピーダンスＺact以下か（Ｚ≦Ｚact）、あるいは、積算電力量Ｐが活性判定積算電力量Ｐmax以上か（Ｐ≧Ｐmax）の２つの判定基準により判定を行うと、以下のような事態が生することとなる。即ち、センサ素子１４の劣化前においては、Ｚ≦Ｚactの成立により活性判定が行われ、Ｐ≧Ｐmaxの成立による活性判定は行われない。この状態は、Ｚ≦ＺactとＰ≧Ｐmaxが同時に成立する程度に、センサ素子１４が大きく劣化するまで続く。その後、センサ素子１４の劣化が更に大きくなった場合、Ｐ≧Ｐmaxの成立により活性判定が行われる。これ以後は、センサ素子１４が更に劣化しても、常にＰ≧Ｐmaxの成立により活性判定が行われる。

したがって、単に、Ｐ≧Ｐmaxの成立による活性判定を導入するだけでは、Ｚ≦ＺactとＰ≧Ｐmaxが同時に成立する程度にセンサ素子１４が大きく劣化するまで、その活性判定の遅れが進むこととなる。また、センサ素子１４の劣化が進んだ後は、Ｐ≧Ｐmaxが成立するまで活性が判定されず、常に活性判定に遅れが生じている状態となる。

ところで、個別のセンサ素子１４については、新品時に、Ｚ≦Ｚactとなるのに要した積算電力量が、活性に要する最小限の積算電力量である。したがって、新品時に、Ｚ≦Ｚactの成立に要した積算電力量を求めることにより、最大積算電力量Ｐmaxと、そのセンサ素子１４特有の活性判定積算電力量Ｐactとの関係を予測することができる。更に、予測される関係を利用して、最大積算電力量ＰmaxのマップＰmax(TW)から、図６に示すように、個別のセンサ素子１４ごとに活性判定積算電力量ＰactのマップPact(TW)を求めることができる。

図６の積算電力量Ｐaveは、始動時水温ＴＷaveの環境下で得た値である。ここで、始動時水温ＴＷaveは、通常の冷間始動を想定した１０℃〜３０℃程度の温度である。始動時水温ＴＷaveにおいては、最大積算電力量Ｐmaxは一定の値Ｐmaxaveとなる。通常の冷間始動において、センサ素子１４が最大積算電力量Ｐmaxaveよりも小さな積算電力量Ｐaveにおいて活性状態となる場合、このセンサ素子１４は、他の始動時水温ＴＷの領域においても、最大積算電力量Ｐmaxより小さな積算電力量Ｐactにおいて活性状態となるものと予測される。また、始動時水温ＴＷの各領域における、積算電力量Ｐmaxに対する活性判定積算電力量Ｐactの比率は、最大積算電力量Ｐmaxaveに対する積算電力量Ｐrevの比率と同程度であると推定することができる。

したがって、始動時水温ＴＷの各領域における活性判定積算電力量Ｐactの値は、その領域の最大積算電力量Ｐmaxの値に、Ｐrev/Ｐmaxaveをかけた値となるものと推定することができる。したがって、図６に示すような、活性判定積算電力量マップＰact(TW)を作成することができる。このようにして設定されたマップＰact(TW)の活性判定積算電力量Ｐactを活性判定値として用いることにより、個別のセンサ素子１４の特性に対応することができる。したがって、最大積算電力量Ｐmaxを判定値としてＰ≧Ｐmaxにより活性判定を行う場合よりも、活性判定時における無駄を少なくして迅速な活性判定を行うことができる。

そこで、実施の形態１においては、インピーダンスＺ＜Ｚactの判定と共に、以下の判定を行うこととする。
（１）新品時に、積算電力量Ｐrevを算出する。
（２）積算電力量Ｐrevと最大積算電力量Ｐmaxとを用いて、図６の太線のＰactマップを作成する。
（３）積算電力量Ｐ≧活性判定積算電力量Ｐactの判定を、インピーダンスＺ≦活性判定インピーダンスＺactの判定とあわせて行う。

ところで、バッテリ交換や空燃比センサ１０の交換等に伴うバッテリクリアにより、当初求めた積算電力量Ｐaveやこれに基づいて設定された活性判定積算電力量マップＰact(TW)は、クリアされる場合がある。この時点であっても、劣化が小さい場合には、インピーダンスＺ≦活性判定インピーダンスＺactとなるのに要する積算電力量Ｐは、最大積算電力量Ｐmaxよりも小さな値となることがある。この場合には、新たに積算電力量Ｐaveを算出して、新たに活性判定積算電力量マップＰact(TW)を作成する実益がある。そこで、実施の形態１においては、バッテリクリア時に、マップＰact(TW)を作成することとしている。この場合でも、センサ素子１４の劣化が大きく積算電力量Ｐact≧Ｐmaxとなった場合には、マップＰact(TW)は最大積算電力量Ｐmaxマップのまま変更しないようにする。このため、センサ素子１４の劣化に影響して、活性判定積算電力量Ｐactの値が、最大積算電力量Ｐmaxを越えて大きくなるのを防ぐことができる。

[実施の形態における特徴的処理]
以下図７から図９を参照して、上記機能を実現するために実施の形態１の装置が実行する具体的処理の内容について説明する。図７は、センサ活性判定のルーチンを説明するフローチャートである。このルーチンでは、まず、始動時水温ＴＷ記憶ルーチンが実行される（ステップＳ１２０）。

図８は、上記ステップＳ１２０の処理として実行される始動時水温記憶ルーチンのフローチャートを示す。このルーチンでは、まず、内燃機関のイグニッションスイッチＩＧがONとされた後、５０msecが経過する以前であるか否かが判断される（ステップＳ１２２）。その結果、上記条件の成立が認められる場合は、内燃機関の始動時判定がなされ、現在の内燃機関の水温が始動時水温ＴＷとして記憶される（ステップＳ１２４）。一方、上記条件の成立が認められない場合には、何ら処理が行われることなく今回の処理サイクルが終了される。

図８に示すルーチンにおいて、始動時水温記憶ルーチンが終了すると、後に説明する活性判定積算電力量マップＰact(TW)の設定ルーチンが実行される（ステップＳ１３０）。このルーチンでは、センサ素子１４の活性判定値となる活性判定積算電力量マップＰact(TW)が設定される。

次に、素子インピーダンスＺが検出される（ステップＳ１４０）。素子インピーダンスＺは、センサ素子１４にインピーダンス検出用電圧を供給し、これに対するセンサ電流を検出し、これに基づいて算出される。次に、積算電力量Ｐが検出される（ステップＳ１４２）。積算電力量Ｐは、内燃機関の始動後ヒータ２６に供給された電力量を測定することにより測定される。

次に、内燃機関の始動後、最初の活性判定が既に実行済みであるか否かが判定される（ステップＳ１４４）。より具体的には、内燃機関の始動後に、センサ素子１４の活性判定が始めてなされた場合にONとされる活性判定終了フラグが既にONとされているか否かが判別される。

活性判定終了フラグ＝ONの成立が認められない場合には、活性判定積算電力量Ｐactの読み出しが行われる（ステップＳ１４６）。より具体的には、ステップＳ１３０において設定される活性判定積算電力量マップＰact(TW)から、ステップＳ１２０において記憶した始動時水温ＴＷに応じた活性判定積算電力量Ｐactの値が、活性判定値として読み出される。

次に、以下に示す条件Ａおよび条件Ｂのいずれかが成立しているか否かが判別される（ステップＳ１４８）。
（条件Ａ）素子インピーダンスＺが活性判定インピーダンスＺact以下か。
（条件Ｂ）積算電力量Ｐが、ステップＳ１４６において読み出された活性判定積算電力量Ｐact以上か。
その結果、条件Ａおよび条件Ｂのいずれかが成立すると判断された場合には、センサ素子１４の活性判定がなされ、活性判定フラグおよび活性判定終了フラグが共にONとされる（ステップＳ１５０）。

ステップＳ１４８のルーチンによれば、センサ素子１４が初期の特性を示す間は、主として条件Ａの判定により、素子温が確実に活性判定温度に到達した時点の直後において、活性判定を行うことができる。また、センサ素子１４の劣化が進んだ後においては、遅くともヒータ２６に活性判定積算電力量Ｐactが供給されるまでに、活性判定を行うことができる。このため、実施の形態１の装置によれば、素子インピーダンスＺにどのような誤差が重畳しているにしても、少なくとも、センサ素子１４が活性温度に達するまでに必要と予想される積算電力量が供給されるまでには、活性判定を完了させることができる。したがって、空燃比センサ１０の暖機時にセンサ素子１４の劣化状態をリアルタイムに判断して常に迅速に活性判定を完了させることができる。

図７に示すルーチン中は、上記ステップＳ１４４の処理により、活性判定終了フラグ＝ONの成立が認められた場合は、内燃機関の始動後、一旦はセンサ素子１４が活性判定温度に達したと判断できる。この場合は、次に素子インピーダンスＺが活性判定インピーダンスＺact以下の値を維持しているかが判別される（ステップＳ１５２）。その結果Ｚact以下が維持されていると判別された場合は、センサ素子１４の活性が維持されていることを表すべく、活性フラグがONとされる（ステップＳ１５４）。一方、Ｚact以下が成立しない場合には、何らかの原因でセンサ素子１４が非活性状態になったものと判断され、活性フラグがOFFとされる（ステップＳ１５６）。

[活性判定積算電力量マップの設定について]
図９および図１０は、上記ステップＳ１３０の処理として実行される活性判定積算電力量マップ設定ルーチンのフローチャートを示す。図９のルーチンでは、まず、活性判定積算電力量Ｐactの設定完了フラグがOFFとなっているか否かが判定される（ステップＳ１６２）。設定完了フラグは、バッテリクリアが行われた後、活性判定積算電力量マップＰact(TW)設定が完了した場合にONとされるフラグである。つまり、設定完了フラグがOFFである場合には、空燃比センサ１０固有のマップＰact(TW)の設定が完了していないと判定されるため、活性判定積算電力量Ｐactの設定が必要となる。一方、設定完了フラグ＝OFFの成立が認められない場合には、バッテリクリア後、既に活性判定積算電力量Ｐact設定が完了していると判断され、活性判定積算電力量マップＰact(TW)を更新せずに（ステップＳ１６４）、この処理サイクルを終了する。

一方、設定完了フラグ＝OFFの成立が認められる場合には、内燃機関の始動後、最初の活性判定であるか否かが判定される（ステップＳ１６６）。より具体的には、内燃機関の始動後に、センサ素子１４の活性判定が始めてなされた場合にONとされる活性判定終了フラグOFFであるか否かが判別される。活性判定終了フラグ=OFFの成立が認められない場合には、始動直後の積算電力量Ｐの測定が終了したものと判定され、活性判定積算電力量マップＰact(TW)を更新せずに（ステップＳ１６４）、この処理サイクルを終了する。

一方、活性判定終了フラグ=OFFの成立が認められる場合には、学習条件が成立しているか否かが判定される（ステップＳ１６６）。このルーチンにおいて、測定する積算電力量は、活性判定の基準となる値を設定するために用いられる値となる。このため、一般的な始動の条件を満たした環境下での測定が要求される。したがって、具体的には以下の条件を全て満たすか否かが判定される。
（条件Ａ）ステップＳ１２０において記憶したＴＷが、１０≦ＴＷ≦３０を満たすか
（条件Ｂ）吸気温が所定の範囲内であるか
（条件Ｃ）始動後からの積算吸入空気量Ｇａが所定の範囲内であるか

上記条件Ａにおいて始動時水温ＴＷの条件を限定することにより、始動時であっても既に暖機状態にある場合の測定が排除される。一般には始動時のセンサ素子１４の素子温と水温とは相関を示すことから、上記条件Ａの判定により、センサ素子温が一般的な冷間始動時の温度範囲内であるか否かが判定される。また、極冷間等での始動でヒータ等を用いている場合などは、始動時水温と素子温とに相関がない場合がある。この場合、始動時水温ＴＷが条件Ａを満たしていても、センサ素子１４の素子温が一般的な始動時の温度範囲にないことが考えられる。条件Ｂにおいて吸気温の条件を限定することにより、このような環境下での測定が排除される。更に、上記条件Ａ、条件Ｂの条件を満たす場合であっても、高速で急激に始動する場合等、極端な環境での測定は排除すべきである。したがって条件Ｃにおいて積算吸入空気量Ｇａを限定することにより、このような極端な環境下での測定が排除される。

上記学習条件の成立が認められない場合には、活性判定積算電力量マップＰact(TW)は、現在設定されたままの状態で更新されず（ステップＳ１６４）、この処理サイクルが終了する。一方、上記学習条件を満たしている場合、積算電力量Ｐnの測定が開始される（ステップＳ１７０）。ここで、Ｐnは、このルーチンにおいて第ｎ回目に測定される積算電力量であることを表す。ｎは、測定回数を表すカウンターであり、バッテリクリアの際にｎ=１に設定される。ここでは、第１回目の測定であるから、積算電力量Ｐ_１の測定が開始される。

次に、センサ素子１４の素子インピーダンスＺが活性判定インピーダンスＺact以下であるか否かが判定される（ステップＳ１７２）。これにより、センサ素子１４が少なくとも活性温度を越えているかが判定される。ステップＳ１７２において、Ｚ≦Ｚactの成立が認められない場合には、積算電力量Ｐ_１の測定を継続する。一方、Ｚ≦Ｚactの成立が認められた場合には、積算電力量の測定が終了される（ステップＳ１７４）。これにより積算電力量Ｐ_１の測定開始から、ステップＳ１７０によりＺ≦Ｚact成立の判定がされるまでの間ヒータ２６に供給された積算電力量Ｐ_１が測定される。

次に、図１０のルーチンのステップＳ１７６において、補正積算電力量Ｐrev_１が算出される。補正積算電力量Ｐrev_１は、積算電力量Ｐ_１に所定の係数（ここでは、１.１）をかけることにより算出される。この係数は、ヒータ２６の抵抗のばらつきにより生じると予想されるばらつき＋１０%分を考慮した係数である。即ち、ヒータ２６の劣化によりヒータ２６の温度上昇に必要な電力量が増加する。したがって、ヒータ２６が劣化した場合、ヒータ２６に積算電力量Ｐ_１を通電しても、センサ素子１４には活性温度に達するために必要な受容熱量が供給されないことが考えられる。したがって、センサ素子１４の受容熱量低下を抑えるため、予めヒータ２６劣化による電力量の増加分を＋１０%加味した値として、補正積算電力量Ｐrev_１を算出する。

次に、ステップＳ１２０で測定された始動時水温ＴＷにおける最大積算電力量Ｐmaxが、最大積算電力量ＰmaxのマップＰmax(TW)から読み出される（ステップＳ１７８）。ステップＳ１６８の始動時水温ＴＷの条件Ａにより、始動時水温ＴＷは、１０≦ＴＷ≦３０を満たすことから、ここでは、この始動時水温の領域における最大積算電力量であるＰmaxaveが読み出される。その後、補正積算電力量Ｐrev_１が最大積算電力量Ｐmaxaveより小さいか否かが判定される（ステップＳ１８０）。補正積算電力量Ｐrev_１＜最大積算電力量Ｐmaxaveの成立が認められない場合には、活性判定積算電力量マップＰact(TW)を更新せず（ステップＳ１６４）、この処理サイクルを終了する。

一方、Ｐrev_１＜Ｐmaxaveの成立が認められた場合には、次に、前回のルーチンで算出された積算電力量のなまし値Ｐave_(n-1)が読み出される（ステップＳ１８２）。なまし値Ｐave_(n-1)のバッテリクリア後の初期値Ｐave_０は、Ｐave_０=Ｐmaxaveとして設定されている。ここでは、第１回目の測定であるから、この初期値が利用され、Ｐave_０としてＰmaxaveの値が読み出される。

次に、積算電力量のなまし値Ｐave_ｎを算出する（ステップＳ１８４）。積算電力量のなまし値Ｐave_ｎは、前回測定した積算電力量のなまし値Ｐave_(n-1)と、今回測定された補正積算電力量Ｐrev_ｎとの平均値を求めることにより算出される。つまり、算出される積算電力量のなまし値Ｐave_ｎは以下の式（１）により表される。
Ｐave_ｎ＝（Ｐave_(n-1)＋Ｐrev_ｎ）×１/２・・・・（１）
ここでは第１回目の測定であるから、なまし値Ｐave_１として、ＰmaxaveとＰrev_１との平均値が求められる。算出されたＰave_１は、第１回目の測定における積算電力量のなまし値としてＲＡＭに記憶される（ステップＳ１８６）。

次に、活性判定積算電力量マップＰact(TW)が更新される（ステップＳ１８８）。マップの更新は、図６に示すように、始動時水温ＴＷの各領域における最大積算電力量Ｐmax(TW)を、Ｐave_ｎ/Ｐmaxave割合で修正することにより更新される。具体的に、始動時水温ＴＷの各領域における活性判定積算電力量Ｐact(TW)は、以下の式（２）により求められる。
Ｐact(TW)＝Ｐmax(TW)×（Ｐave_ｎ/Ｐmaxave）・・・・（２）
ここでは、第１回目の測定であるから、先ず、ステップＳ１８６において算出されたＰave_１に基づいて、Ｐave_１/Ｐmaxaveを求める。次に各始動時水温ＴＷにおけるＰmax（TW）にそれぞれこの比率Ｐave_１/Ｐmaxaveをかけることにより、各始動時水温ＴＷに対応するＰactが算出される。算出された積算電力量Ｐactを活性判定積算電力量マップＰact(TW)として記憶することによりマップの更新が行われる。

次に、積算電力量Ｐnの測定回数ｎに１が加算されｎ＋１とされる（ステップＳ１９０）。これにより、ｎ回目の測定が終了し、測定回数のカウンターが次回の測定回数ｎ＋１回目を示すことになる。この段階では第１回目の測定が終了したため、ｎ=２とされる。その後、積算電力量の測定回数ｎが３より大きいか否かが判定される（ステップＳ１９２）。すなわち、バッテリクリア後の積算電力量Ｐactの更新が３回目まで行われた否かが判定される。この段階では、測定回数ｎ=２であるためｎ＞３の成立は認められず、この処理サイクルを終了する。

以降、ｎ＝２、３回目の測定、即ち、バッテリクリア後、第２、３回目の内燃機関の始動時においても、上記のルーチンにしたがって、第２、３回目の積算電力量Ｐ_２、Ｐ_３が測定され（ステップＳ１７０〜Ｓ１７４）、測定結果Ｐ_２、Ｐ_３から、補正積算電力量Ｐrev_２、Ｐrev_３が算出される（ステップＳ１７６）。更に、ステップＳ１７８の条件（Ｐrev_ｎ＜Ｐmaxave）を満たす場合には、ステップＳ１８６において式（１）に従ってなまし値Ｐave_２、Ｐave_３が算出され、更に、ステップＳ１８８において、活性判定積算電力量マップＰact(TW)が更新される。

その後、ステップＳ１９２において、ｎ＞３の成立が認められた場合、設定完了フラグがONとされる（ステップＳ１９４）。設定完了フラグは一度ONにされた場合、バッテリクリアが行われ、記憶された活性判定積算電力量マップＰact(TW)がクリアされるまでの間、ONのまま維持される。したがって、活性判定積算電力量Ｐactのマップは、Ｐact(TW)＝Ｐmax(TW)×（Ｐave_３/Ｐmaxave）に設定された状態で、次回の始動時からは、この活性判定積算電力量マップＰact(TW)は変更されずに、活性判定値として用いられることになる。

上記のルーチンによれば、設定された活性判定積算電力量マップＰact(TW)は、センサ素子１４が新品時あるいはバッテリクリア後の段階で、個々の空燃比センサ１０に固有の値として設定される。したがって、個々の空燃比センサ１０の特性に応じて、より迅速に活性判定を行うことができる。

また、この活性判定積算電力量マップＰact(TW)は、新品のセンサに対して設定される最大積算電力量Ｐmaxよりも大きな値となる場合には、最大積算電力量Ｐmaxの値が上限値として設定される。したがってセンサ素子１４の劣化に伴い、ステップＳ１７２におけるインピーダンスＺに基づく活性判定の時期が遅れ、積算電力量Ｐnの測定値が大きくなった場合であっても、活性判定積算電力量マップＰact(TW)で設定される判定値は最大積算電力量Ｐmaxを越えて設定されることはない。このように最大積算電力量Ｐmaxを上限のガード値として用いることにより、少なくとも新品時のセンサ素子１４に対して設定される最大積算電力量Ｐmaxの供給までには活性判定を行うことができ、活性判定時期に生じる遅れを抑えることができる。

なお、実施の形態１においては、センサ素子１４の受容熱量が活性判定熱量に達したか否かを、積算電力量Ｐをパラメータとして判断することとしている。しかし、活性判定の判定値はこれに限定されるものではない。例えば、積算電力量Ｐに代えて、ヒータ２６への通電時間を判断基準とするものであってもよい。このような変形例は、例えば、ステップＳ１３０において、ヒータ２６の通電時間を測定して、これに基づいて、活性判定通電時間のマップを設定し、また、ステップＳ１４８の条件Ｂに代えて、ヒータ通電時間≧活性判定通電時間を判定することにより実現することができる。また、同様にして、内燃機関の吸入空気量、燃料噴射量の積算値を判断基準としたものであってもよい。

また、実施の形態においては、センサ素子１４の受容熱量が活性判定熱量に達したか否かを、積算電力量Ｐのみに基づいて判断していることとしているが、この発明はこれに限るものではない。センサ素子１４の受容熱量が活性判定熱量に達したか否かは、例えば、（１）積算電力量が活性判定積算電力量に達したか、（２）ヒータ通電時間が活性判定通電時間に達したか、（３）吸入空気量積算値が活性判定吸入空気量積算値に達したか、（４）燃料噴射量積算値が活性判定燃料噴射量積算値に達したか、のうち２以上の条件を組み合わせて判断することとしてもよい。

また、実施の形態１においては、活性判定インピーダンスＺactおよび目標インピーダンスＺtgを一定として説明したが、この発明はこれに限るものではない。例えば、ステップＳ４０において、条件Ｂにより活性判定が行われた時点で、即ち条件Ｂが条件Ａよりも先に成立することになれば、センサ素子１４に劣化が生じていると判断することができる。センサ素子１４に劣化が生じ、素子インピーダンスＺが増加方向にシフトすると、素子が活性温度に達した時点で、素子インピーダンスＺが、目標インピーダンスＺtgにまで低下しない事態が生じる。この場合、目標インピーダンスＺtgを一定とすると、ヒータ２６のフィードバック制御においてセンサ素子１４が過熱する事態が生じることとなる。従って、例えば、条件Ｂが条件Ａよりも先に成立した場合には、目標インピーダンスＺtgあるいは活性判定インピーダンスＺactを上昇方向にシフトして再設定するようにしてもよい。

また、実施の形態１の学習条件成立の判定（ステップＳ１６８）における、始動時水温の条件は、この発明を拘束するものではない。また学習条件は、条件Ａ〜条件Ｃに限るものではなく、活性判定値を設定するにあたり適切な学習環境であると判定できるものであれば他の条件であってもよい。学習条件は空燃比センサ１０の使用環境に応じて必要なデータが得られるように適宜設定することができる。

また、実施の形態１において、活性判定積算電力量Ｐactの設定中におけるセンサ素子１４の活性判定は（ステップＳ１７２）、素子インピーダンスＺが活性判定インピーダンスＺactにまで低下したか否かを判断の基準として行う場合について説明した。しかしながら、この発明はこれに限るものではなく、例えば、活性判定インピーダンスＺactに認められる公差を含ませた値を活性判定値として用いてもよい。また、ここではインピーダンスＺによる判定に限らず、他の判定手法により活性判定を行うものであってもよい。

また、実施の形態１においては、バッテリクリア後３回まで積算電力量のなまし値Ｐave_ｎを算出する場合について説明した。しかし、この発明において、積算電力量のなまし値Ｐave_ｎの算出は３回に限るものではなく、必要な回数繰り返し行うものであればよい。また、複数回行うものではなく、１度算出された積算電力量なまし値Ｐaveのみに基づいて活性判定積算電力量マップＰact(TW)設定を行うものであってもよい。

また、実施の形態１の補正積算電力量Ｐrevを算出する際に、ヒータ２６の劣化による誤差＋１０%を加味して補正係数１.１をかける場合について説明した。しかしこの発明において、補正積算電力量Ｐrevの算出の際考慮する誤差はヒータ２６の劣化に限るものではない。補正積算電力量Ｐrevはインピーダンスの誤差を除く、考えられる他の誤差を考慮して算出すればよく、補正係数もこれに応じて決定すればよい。また、この発明はこのような補正を行わず、平均積算電力量Ｐaveをそのまま活性判定積算電力量マップＰact(TW)の設定に用いてもよい。

また、実施の形態１においては、３回の補正積算電力量Ｐrev_ｎから、測定のたびに、積算電力量のなまし値Ｐave_ｎを求めて、これを活性判定積算電力量マップＰact(TW)の設定に用いる場合について説明した。しかし、この発明において、活性判定積算電力量Ｐactの算出基準とする値は、Ｐave_ｎに限るものではない。例えば、始めに補正積算電力量Ｐrev_ｎを複数回求めて、所定回数ｎ回のＰrev_ｎ算出が終了した後、全Ｐrev_ｎの平均値を求めて、この平均値を、なまし値Ｐave_ｎに代えて用いてもよい。また、この平均値算出において、例えば、補正積算電力量の測定回数に応じて、補正積算電力量Ｐrev_ｎの重みに変化をつけて算出した値を算出して用いてもよい。

また、実施の形態１においては、式（２）に示すように、なまし値Ｐave_ｎの最大積算電力量Ｐmaxaveに対する割合を求めて、この割合を、始動時水温の各領域に対する最大積算電力量マップＰmax(TW)の各値にかけることにより、活性判定積算電力量マップＰact(TW)を設定する場合について説明した。しかし、この発明において、最大積算電力量マップＰmax(TW)からの、活性判定積算電力量マップＰact(TW)の算出方法は、これに限るものではない。マップＰact(TW)の算出方法の他の例を、以下、図１１、図１２を用いて説明する。

図１１、図１２は、始動時水温ＴＷと積算電力量との関係を説明するためのグラフである。図１１、図１２において、縦軸は積算電力量を表し、横軸は始動時水温ＴＷを表す。図１１に示す例では、活性判定積算電力量マップＰact(TW)は、図９のステップＳ１８４において算出された積算電力量のなまし値Ｐave_ｎから次のように算出する。
（１）始動時水温TWにおける最大積算電力量ＰmaxaveとＰave_ｎとの差ΔＰ_ｎを求める。
（２）最大積算電力量マップＰmax(TW)の始動時水温ＴＷの各領域における値から、一律にΔＰ_ｎを減算する。
即ち、ここで求められる活性判定積算電力量マップＰact(TW)は、次式（３）により表すことができる。
Ｐact(TW)＝Ｐmax(TW)−ΔＰ_ｎ・・・・（３）

図１２に示す例では、活性判定積算電力量マップＰact(TW)は、図９のステップＳ１８４において算出された積算電力量のなまし値Ｐave_ｎから次のように設定される。
（１）最大積算電力量マップＰmax(TW)の各始動時水温TWにおける値が、なまし値Ｐave_ｎより小さくなる範囲においては、活性判定積算電力量マップＰact(TW)の値を一律に、なまし値Ｐave_ｎとする。
（２）最大積算電力量マップＰmax(TW)の各始動時水温TWにおける値が、なまし値Ｐave_ｎ以上となる範囲においては、活性判定積算電力量マップＰact(TW)の値は、最大積算電力量マップＰmax(TW)の値と同じものとする。

更に、活性判定積算電力量マップＰact(TW)の算出方法は、図１１、図１２に示すものに限らず、他の方法により算出されるものであってもよい。また、最大活性判定積算電力量Ｐmaxは図６，１０，１１に示すようなマップとして記憶されているものに限らず、TWの関数として設定されているものであってもよい。この場合にも、上述した方法で、関数Ｐmax(TW)を補正することにより、センサごとの特性を反映させた活性判定積算電力量の関数Ｐact(TW)を設定することができる。

また、実施の形態１においては、最大積算電力量Ｐmax(TW)を、始動時水温に関する関数とし、活性判定値積算電力量のマップＰact(TW)を始動時水温に関するマップとして設定した。しかし、この発明においては、最大積算電力量や活性判定値のパラメータは、始動時水温に限るものではない。このようなパラメータは、始動時におけるセンサ素子の温度を推定できるものであればよく、例えば、吸気温などをパラメータとして用いてもよい。

また、実施の形態１においては、活性判定積算電力量Ｐactを、始動時水温ＴＷに依存するマップとして設定している。しかしこの発明はこれに限定されるものではない。即ち、活性判定積算電力量Ｐactは、始動時水温ＴＷによらず、常に一定の値、例えば積算電力量のなまし値Ｐave_ｎで代用することもできる。

以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に限定されるものではない。また、実施の形態において説明する構造や、方法におけるステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

なお、実施の形態１において、活性判定積算電力量Ｐactは、この発明における「活性判定値」に該当し、積算電力量Ｐは、「ヒータ通電積算電力量」に該当し、最大積算電力量Ｐmaxは、「最大判定値」に該当し、始動時水温ＴＷは、「パラメータ」に該当する。また、ステップＳ１４０を実行することにより、この発明の「インピーダンス検出手段」が実現し、ステップＳ１４２を実行することにより、この発明の「受容熱量推定手段」が実現し、ステップＳ１４８を実行することにより「インピーダンス判定手段」ならびに「熱量判定手段」が実現し、ステップＳ１５０を実行することにより「活性判定手段」が実現する。

また、ステップＳ１６２を実行することにより、この発明の「設定判定手段」が実現し、ステップＳ１７０〜Ｓ１７４を実行することにより、この発明の「活性熱量推定手段」が実現し、ステップＳ１７６〜Ｓ１９２を実行することにより、この発明の「活性判定値設定手段」が実現する。また、ステップＳ１８０を実行することにより、この発明の「判定値判定手段」が実現し、ステップＳ１６４を実行することにより、この発明の「判定値修正手段」が実現する。また、ステップＳ１８８を実行することにより、この発明の「割合算出手段」、「判定値差算出手段」、「水温範囲算出手段」および「活性判定値関数設定手段」が実現する。また、ステップＳ１９４を実行することにより、この発明の「設定完了フラグ設定手段」が実現する。

この発明の実施の形態１における空燃比センサを説明するための模式図である。この発明の実施の形態１における空燃比センサの制御装置について説明するための模式図である。この発明の実施の形態１の装置において実行されるヒータ制御の概要を説明する図である。この発明の実施の形態１の制御を行うため装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。センサ素子の劣化と素子インピーダンスＺとの関係を説明するための図である。この発明の実施の形態１において設定される活性判定積算電力量について説明するためのグラフである。この発明の実施の形態１において活性判定を行うために装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。この発明の実施の形態１の装置が実行する始動時水温記憶ルーチンを説明するためのフローチャートである。この発明の実施の形態１の装置が実行する活性判定積算電力量マップ設定ルーチンを説明するためのフローチャートである。この発明の実施の形態１の装置が実行する活性判定積算電力量マップ設定ルーチンを説明するためのフローチャートである。この発明の実施の形態１における活性判定積算電力量マップ設定方法の他の例について説明するためのグラフである。この発明の実施の形態１における活性判定積算電力量マップ設定方法の他の例について説明するためのグラフである。

符号の説明

１０空燃比センサ
１２カバー
１４センサ素子
１６拡散抵抗層
１８排気側電極
２０固体電解質層
２２大気側電極
２４大気室
２６ヒータ
２８センサ素子駆動回路
３０ローパスフィルタ
３２Ｄ/Ａコンバータ
３４マイコン
３６Ｄ/Ａコンバータ
３８ヒータ制御回路
Ｚ素子インピーダンス
Ｚact 活性判定インピーダンス
Ｚtg 目標インピーダンス
Ｐヒータ通電積算電力量
Ｐｎ積算電力量
Ｐrev_ｎ補正積算電力量
Ｐave_ｎ積算電力量のなまし値
Ｐact 活性判定積算電力量
Ｐmax 最大積算電力量
Ｐact(TW) 活性判定積算電力量マップ
Ｐmax(TW) 最大積算電力量マップ
ＴＷ始動時水温

Claims

内燃機関の排気通路に搭載される排気ガスセンサの制御装置であって、
前記排気ガスセンサは活性温度に達することで活性状態となるセンサ素子を備え、
前記センサ素子の素子インピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、
前記センサ素子の活性が要求された後、前記センサ素子が少なくとも活性温度にまで加熱されたことを判定できる活性判定インピーダンスにまで、前記素子インピーダンスが低下したか否かを判定するインピーダンス判定手段と、
前記センサ素子に供給された受容熱量を推定する受容熱量推定手段と、
前記センサ素子の活性が要求された後、前記センサ素子が少なくとも活性温度にまで加熱されたことを判定できる活性判定値に、前記受容熱量が達したか否かを判定する熱量判定手段と、
前記インピーダンス判定手段による判定および前記熱量判定手段による判定のいずれかが成立した時点で、前記排気ガスセンサの活性判定を行う活性判定手段と、
前記活性判定値が未設定であるか否かを判定する設定判定手段と、
前記活性判定値が未設定である場合に、前記センサ素子の活性が要求された後、前記センサ素子のインピーダンスが前記活性判定インピーダンスにまで低下するまでに要する活性受容熱量を推定する活性熱量推定手段と、
前記活性受容熱量に基づいて、前記活性判定値を設定する活性判定値設定手段と、
を備えることを特徴とする排気ガスセンサの制御装置。
前記排気ガスセンサは、センサ素子を加熱するヒータを備え、
前記センサ素子の活性が要求される環境下で、前記ヒータを駆動するヒータ駆動手段を備え、
前記活性熱量推定手段は、前記活性受容熱量を、前記ヒータに通電された活性積算電力量に基づいて推定し、
前記活性判定値設定手段は、前記活性積算電力量に基づいて活性判定値を設定し、
前記受容熱量推定手段は、前記ヒータに通電したヒータ通電積算電力量に基づいて前記受容熱量を推定し、
前記熱量判定手段は、前記ヒータ通電積算電力量が、前記活性積算電力量に達したか否かに基づいて、前記受容熱量が前記活性判定値に達したか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の排気ガスセンサの制御装置。
前記排気ガスセンサは、センサ素子を加熱するヒータを備え、
前記センサ素子の活性が要求される環境下で、前記ヒータを駆動するヒータ駆動手段を備え、
前記活性熱量推定手段は、前記活性受容熱量を、前記ヒータに通電された活性通電時間に基づいて推定し、
前記活性判定値設定手段は、前記活性通電時間に基づいて活性判定値を設定し、
前記受容熱量推定手段は、前記ヒータに通電したヒータ通電時間に基づいて前記受容熱量を推定し、
前記熱量判定手段は、前記ヒータ通電時間が、前記活性通電時間に達したか否かに基づいて、前記受容熱量が前記活性判定値に達したか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の排気ガスセンサの制御装置。
公差内に収まる全ての排気ガスセンサにつき、前記センサ素子を少なくとも前記活性温度にまで加熱できる受容熱量を判定する最大判定値を記憶する最大判定値記憶手段を備え、
前記活性判定値設定手段は、前記活性判定値を、前記最大判定値に応じて修正する判定値修正手段と、
を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の排気ガスセンサの制御装置。
前記活性判定値設定手段は、
前記活性判定値が前記最大判定値より小さいか否かを判定する判定値判定手段を備え、
前記判定値修正手段は、前記活性判定値が前記最大判定値以上であると判定された場合に、前記活性判定値を、前記最大判定値に修正することを特徴とする請求項４に記載の排気ガスセンサの制御装置。
前記内燃機関の始動時における前記センサ素子の温度を推定するパラメータを検出するパラメータ検出手段を備え、
前記最大判定値記憶手段は、前記最大判定値を、前記パラメータに応じた関数として記憶し、
前記活性判定値設定手段は、
前記活性判定値が前記最大判定値より小さいと判定された場合に、前記活性判定値を設定した際の前記パラメータにおける前記最大判定値に対する、前記活性判定値の割合を求める割合算出手段と、
前記最大判定値の関数に、前記割合をかけた値を、前記パラメータに応じた活性判定値の関数として設定する活性判定値関数設定手段と、を備え、
前記熱量判定手段は、前記活性判定値の関数から、判定時におけるパラメータに応じた値を、判定における活性判定値として決定することを特徴とする請求項５に記載の排気ガスセンサの制御装置。
前記内燃機関の始動時における前記センサ素子の温度を推定するパラメータを検出するパラメータ検出手段を備え、
前記最大判定値記憶手段は、前記最大判定値を、前記パラメータに応じた関数として記憶し、
前記活性判定値設定手段は、
前記活性判定値が前記最大判定値より小さいと判定された場合に、前記活性判定値を測定した際の前記パラメータにおける前記最大判定値と、前記活性判定値との差を求める判定値差算出手段と、
前記最大判定値の関数から、前記差を引いた値を、前記パラ−メータに応じた活性判定値の関数として設定する活性判定値関数設定手段と、を備え、
前記熱量判定手段は、前記活性判定値の関数から、判定時におけるパラメータに応じた値を、判定における活性判定値として決定することを特徴とする請求項５に記載の排気ガスセンサの制御装置。
前記内燃機関の始動時における前記センサ素子の温度を推定するパラメータを検出するパラメータ検出手段を備え、
前記最大判定値記憶手段は、前記最大判定値を、前記パラメータに応じた関数として記憶し、
前記活性判定値設定手段は、
前記最大判定値の関数の値が、前記活性判定値より小さくなるパラメータの第１範囲と、前記最大判定値の関数の値が、前記活性判定値以上となるパラメータの第２範囲とを算出する範囲算出手段と、
前記第１範囲においては、活性判定値の関数を前記活性判定値に設定し、前記第２範囲においては、活性判定値の関数を、前記最大判定値の関数に設定する活性判定値関数設定手段と、を備え、
前記熱量判定手段は、前記活性判定値の関数から、判定時におけるパラメータに応じた値を、判定における活性判定値として決定することを特徴とする請求項５に記載の排気ガスセンサの制御装置。
前記活性判定値設定手段により前記活性判定値が設定された際に、前記活性判定値が設定されたことを示すフラグをONとする設定完了フラグ設定手段と、
前記内燃機関のバッテリクリアが行われた際に、前記フラグをOFFにする設定フラグOFF手段と、
を備え、
前記活性判定値設定手段は、前記活性判定フラグがOFFである場合に、前記活性判定値の設定を行うことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の排気ガスセンサの制御装置。