JP4715927B2

JP4715927B2 - 排ガスセンサの劣化検出装置

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Publication number: JP4715927B2
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Description

本発明は、内燃機関の排ガスセンサの劣化を検出する排ガスセンサの劣化検出装置に関する。

車両の内燃機関から排出される排気ガスは、排気ガスに含まれるＮＯｘ等（以下、特定ガスという）の濃度が所定以下となるように規制されているため、車両にはガス濃度センサが搭載され排気ガス中の特定ガス濃度がモニタされている。ガス濃度センサは固体電解質素子に設けられるが、固体電解質素子が特定ガスの活性温度になるようにヒータにより加熱され温度制御が行われている。したがって、ヒータの性能が低下し固体電解質素子が過剰に加熱されたり、加熱が足りなかったりすると、特定ガスを所望の活性状態にできなくなり、特定ガスの精度よい検出が困難となる。

このため、ヒータの性能低下を検出することが要請され、かかる検出手段として、ヒータの初期状態と現在の状態とを比較して、ヒータの性能低下を検出する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１記載の検出方法では、ガス濃度センサ及びヒータの初期内部抵抗と現在の内部抵抗とを比較して、大きく変化している場合には性能が低下していると判定して所定の異常処理を行う。

特開２００２−１５５７９６号公報

しかしながら、特許文献１記載によるヒータ性能の低下の検出方法は、実際に使用している状態のガス濃度センサ及びヒータの内部抵抗を現在の内部抵抗として用いている。ところが、ガス濃度センサやヒータの内部抵抗は使用状況によって大きく変化する場合があるため、使用している状態のガス濃度センサ及びヒータの内部抵抗は、現在の内部抵抗を正確に検出していない場合がある。したがって、使用している状態におけるガス濃度センサ及びヒータの内部抵抗を現在の内部抵抗としてしまうと、ヒータの初期内部抵抗と正確に比較することが困難となる。

本発明は、上記問題に鑑み、排ガスセンサの性能低下を精度よく検出する排ガスセンサの劣化検出装置を提供することを目的とする。

上記課題に鑑み、本発明は、車両の各部位に備えられた温度センサにより検出された一以上の温度に基づき、排ガスセンサを加熱するヒータの抵抗値を推定する第二ヒータ抵抗推定手段と、ヒータのヒータ電流に基づき該ヒータの抵抗値を算出するヒータ抵抗算出手段と、第二ヒータ抵抗推定手段とヒータ抵抗算出手段により推定された二つの抵抗値を比較して当該排ガスセンサが劣化したか否かを判定する劣化判定手段と、を有することを特徴とする排ガスセンサの劣化検出装置を提供する。

本発明によれば、ヒータの抵抗に基づきヒータの劣化を検出できるので、排ガスセンサの性能低下を精度よく検出する排ガスセンサの劣化検出装置を提供することができる。

また、本発明の一形態において、ヒータの温度とヒータの抵抗値との関係を記録したヒータ温度−ヒータ抵抗マップ、を有し、第二ヒータ抵抗推定手段は、ソーク時間が所定以上となった場合、車両の各部位の前記温度センサにより検出された一以上の温度に基づき、ヒータ温度を推定し、推定された前記ヒータ温度に基づき、前記ヒータ温度−ヒータ抵抗マップから前記ヒータの抵抗を抽出する、ことを特徴とする。

本発明によれば、ヒータ温度−ヒータ抵抗マップとを参照することで、車載された温度センサからヒータ抵抗を抽出できるので、簡易な校正かつ少ない工程数でヒータの劣化を検出できる。

車載された温度センサとは、例えば、吸気温、Ａ／Ｆセンサヒータの温度、サブＯ_２センサヒータの温度、外気温又はエンジン冷却水温、等を検出する温度センサであり、第二ヒータ抵抗推定手段は、これらのうちいずれか一以上の温度に基づき、ヒータの抵抗値を推定する、ことを特徴とする。

本発明によれば、排ガスセンサのヒータ温度を推定するのに好適な温度によりヒータ温度を推定でき、該ヒータ温度からヒータ抵抗を抽出できる。

排ガスセンサの性能低下を精度よく検出する排ガスセンサの劣化検出装置を提供することができる。

排ガスセンサの概略図である。排ガスセンサの劣化検出装置における機能ブロック図である。素子温度−素子抵抗ＭＡＰ及びヒータ温度−ヒータ抵抗ＭＡＰの一例である。排ガスセンサの劣化検出の手順を示すフローチャート図である。ヒータ抵抗が閾値よりも大きく算出された、素子温度とヒータ抵抗の関係を示す一例である。素子温度に基づいて、固体電解質素子の異常を検出する手順を示すフローチャート図である。排ガスセンサの劣化検出装置における機能ブロック図である。ソーク時間に対する、外気温、Ａ／Ｆセンサヒータの温度、サブＯ_２センサヒータの温度、エンジン冷却水温及び吸気温、の関係の一例である。ソーク時間の経過を利用してヒータの劣化を検出する手順を示すフローチャート図である。

以下、本発明の実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。本実施の形態では、排ガスセンサのヒータの抵抗値に基づき、ヒータの性能の劣化を検出する排ガスセンサの劣化検出装置１００について説明する。

排ガスセンサについて簡単に説明する。図１は、排ガスセンサの概略図を示す。排ガスセンサ１は、固体電解質を含む一対の隔壁２，３の間に区画形成され排ガスが導入される排ガスチャンバ９と、隔壁２を挟んで配置され電圧の印加により排ガスチャンバ９内部の酸素イオンを排ガスチャンバ外部に放出する酸素ポンプ電極８と、隔壁３を挟んで配置され電圧の印加により排ガスチャンバ９内部のＮＯ_Ｘを分解し生成した酸素イオンを排ガスチャンバ外部に放出するとともに該酸素イオンを放出する際に生じる電流値からＮＯ_Ｘ濃度が測定されるＮＯ_Ｘ検知電極２５と、を有する。

また、スペーサ２６を介して隔壁３に対向するようにヒータ壁２７が配置されている。ヒータ壁２７はアルミナを材料として形成され、ヒータ壁２７の内部には加熱用のヒータ２８が複数個配置されている。ヒータ２８は図示しない外部電源に接続され、このヒータ２８によって排ガスセンサ１内が所定の温度に加熱されている。

排ガスチャンバ９では、一対の隔壁２，３の間に形成された排ガスの流路に排ガスが導入される。排ガスチャンバ９は、少なくとも一対の隔壁２，３によって区画されると共に、拡散律速壁５とスペーサ６などにより同時に区画されて外界より遮蔽される。拡散律速壁５はアルミナ等の多孔体や、多孔体あるいは非多孔体に細孔が形成された、排ガスを所定の拡散律速抵抗をもって排ガスチャンバ９内部に導入可能な材料によって形成される。また、スペーサ６はアルミナ等の通常の材料によって形成する。

固体電解質としては、酸素イオン導電性を持つものを使用することができ、例えばジルコニア，酸化ビスマス，酸化セリウム、あるいはこれらの材料にイットリア、カルシア、セリア，マグネシア等を添加したものなどの通常の固体電解質を用いる。

酸素ポンプ電極８は、Ｐｔあるいは酸素感受性を有する既知の合金等を用いる。酸素ポンプ電極８のうち、一方の電極４は隔壁２の排ガスチャンバ側表面に配置され、他方の電極７は排ガスチャンバ９の外側表面に配置されて酸素ポンプ電極８を構成する。したがって、この酸素ポンプ電極８に電圧を印加することにより、排ガスチャンバ内部の酸素は隔壁２の排ガスチャンバ側表面に配置された電極である内部側電極４に接し、隔壁２に含まれる固体電解質を介して排ガスチャンバ外部表面に配置されている外部側電極７に輸送されて排ガスチャンバ外部に放出される。この酸素ポンプ電極８の作用で排ガスチャンバ内部の酸素分圧は低下する。

酸素分圧が低下することで、排ガスチャンバ内部のＮＯ_ｘよりＮＯが生成され、このＮＯはＮＯ_Ｘ検知電極２５によって検知される。また、酸素分圧が低下することで排ガスに含まれる酸素がＮＯ_Ｘ検知電極２５に接触することが低減され、酸素の干渉により生じるＮＯ_Ｘ検知電極の測定誤差が低減される。

ＮＯ_Ｘ検知電極２５は、ＮＯ_Ｘの選択還元性のある、例えば、Ｐｔ／Ｒｈ電極等を用いる。ＮＯ_Ｘ検知電極２５は、酸素ポンプ電極８と同様に、一方の電極である内部側ＮＯ_Ｘ検知極３０が隔壁３の排ガスチャンバ側に配置され、他方の電極である外部検知電極２０は排ガスチャンバ９の外部に配置されてＮＯ_Ｘ検知電極を構成している。

ＮＯ_Ｘ検知電極２５に電圧が印加されると、上述した酸素ポンプの作用により生成した排ガスチャンバ内部のＮＯが内部側ＮＯ_Ｘ検知極３０により分解されて酸素イオンが生じる。この酸素イオンは隔壁３に含まれる固体電解質を経て外部検知電極２０に輸送されて排ガスチャンバ外部に放出され、このとき生じる電流値によってＮＯ_Ｘ濃度が測定される。ＮＯ_Ｘ検知電極２５は、排ガス流れの最下流側に、酸素ポンプ電極８と同程度の位置かさらに下流側に配置される。なお、ＮＯ_Ｘ検知電極２５に限らず他の排ガス成分を検知するための各種電極を排ガスチャンバ内に同時に配置してもよい。

本実施例では、固体電解質素子（以下、単に素子という場合がある）の電気抵抗（以下、素子抵抗という）に基づき推定したヒータ２８の抵抗値と、ヒータ２８の電流値から算出したヒータ２８の抵抗値と、に基づきヒータ２８の劣化を検出する排ガスセンサ１の劣化検出装置１００について説明する。

図２は、本実施例の排ガスセンサ１の劣化検出装置１００における機能ブロック図を示す。排ガスセンサの劣化検出装置１００は、排ガスセンサ劣化検出ＥＣＵ（以下、単に劣化検出ＥＣＵという）１０により制御される。劣化検出ＥＣＵ１０には、素子抵抗センサ１１、ヒータ電流センサ１２、バッテリ電圧センサ１３が接続される。また、劣化検出ＥＣＵ１０は、第一ヒータ抵抗推定手段１６、ヒータ抵抗算出手段１７、劣化判定手段１８、素子温度−素子抵抗ＭＡＰ１４とヒータ温度−ヒータ抵抗ＭＡＰ１５とを有するように構成される。

素子抵抗センサ１１は、印加電圧と電流との関係により、固体電解質素子の電気抵抗を検出して、電気抵抗の値に応じた信号を劣化検出ＥＣＵ１０に送出する。例えば、酸素ポンプ電極８をポンプとして制御することを一時的（数マイクロ秒〜数ミリ秒程度）に中断し、電圧Ｖ１を印可したときの電流Ｉ１及び電圧Ｖ２を印可したときの電流Ｉ２を計測し、（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｉ１−Ｉ２）を素子抵抗として算出する。酸素ポンプ電極８がポンプとして制御されていない状態で素子抵抗を検出することで、固体電解質素子の内部抵抗変化の影響を受けずに素子抵抗を検出することができる。

また、ヒータ電流センサ１２は、複数のヒータ２８に流れる電流のうち一以上のヒータ２８の電流を検出して、電流値に応じた信号を劣化検出ＥＣＵ１０に送出する。また、バッテリ電圧センサ１３は、ヒータ２８に電力を供給するバッテリの電圧を検出して、検出した電圧の値に応じた信号を劣化検出ＥＣＵ１０に送出する。

素子温度−素子抵抗ＭＡＰ１４は、図３（ａ）に示すように素子温度と素子抵抗の関係を示したものである。したがって、素子温度−素子抵抗ＭＡＰ１４を参照することで、素子温度が検出されれば素子抵抗が抽出され、素子抵抗が検出されれば素子抵抗が抽出される。素子温度−素子抵抗ＭＡＰ１４は、予め所定の素子温度範囲に対して素子抵抗を計測しておくことで生成され、劣化検出ＥＣＵ１０は生成された当該素子温度−素子抵抗ＭＡＰ１４を保持する。

また、ヒータ温度−ヒータ抵抗ＭＡＰ１５は、図３（ｂ）に示すように正常なヒータ２８のヒータ温度とヒータ抵抗の関係を示したものである。したがって、ヒータ温度−ヒータ抵抗ＭＡＰ１５を参照することで、ヒータ温度が検出されればヒータ抵抗が抽出され、ヒータ抵抗が検出されればヒータ温度が抽出される。ヒータ温度−ヒータ抵抗ＭＡＰ１５は、予め所定のヒータ温度範囲に対してヒータ抵抗を計測しておくことで生成される。

なお、ヒータ温度とヒータ抵抗の関係においては、個体差によるばらつきがあるので、ヒータ温度−ヒータ抵抗ＭＡＰ１５に、個体差によるばらつきを考慮した幅を持たせることが好適である。図３（ｂ）では、ヒータ温度に対して、低い抵抗を示す抵抗下限品、ほぼ中央の抵抗を示す抵抗中央品、及び、高い抵抗を示す抵抗上限品、の３つを例にヒータ温度とヒータ抵抗の関係を示している。ヒータ温度−ヒータ抵抗ＭＡＰ１５は、図３（ｂ）のようなばらつきを考慮して生成されるので、下限品又は上限品の幅の間で正常な範囲のヒータ抵抗（又はヒータ温度）が抽出される。

第一ヒータ抵抗推定手段１６は、排ガスセンサの素子抵抗に基づき、素子温度−素子抵抗マップ１４から素子温度を抽出し、抽出した素子温度に基づきヒータ２８の温度を推定し、推定したヒータ２８の温度に基づき、ヒータ温度−ヒータ抵抗マップ１５からヒータ２８の抵抗を抽出する、ことで排ガスセンサの素子抵抗から排ガスセンサを加熱するヒータ２８の抵抗値を推定する。また、ヒータ抵抗算出手段１７は、ヒータ２８の電流値とヒータ２８に電力を供給しているバッテリの電圧に基づき、ヒータの抵抗値を算出する。また、劣化判定手段１８は、第一ヒータ抵抗推定手段１６とヒータ抵抗算出手段１７により推定された二つの抵抗値を比較して当該排ガスセンサが劣化したか否かを判定する。

以上の構成に基づき、ガスセンサの劣化検出装置１００の作用について説明する。図４は、排ガスセンサの劣化検出の手順を示すフローチャート図を示す。排ガスセンサの劣化の検出は、例えば、自動車のエンジンが始動してからヒータや素子温度が安定する時間を見込んで行われる。

まず、素子抵抗センサ１１は、固体電解質素子の電気抵抗を検出して、劣化検出ＥＣＵ１０に素子抵抗の値を送出する。劣化検出ＥＣＵ１０は、素子温度−素子抵抗ＭＡＰ１４を参照して、素子抵抗に対応する素子温度を抽出する（Ｓ１１）。

ところで、隔壁３等の固体電解質素子は、ヒータ２８により加熱されるので、素子温度はヒータ２８の温度と同程度であると推定される。劣化検出ＥＣＵ１０は、抽出された素子温度からヒータ２８のヒータ温度を推定する（Ｓ１２）。

ついで、劣化検出ＥＣＵ１０は、ヒータ温度−ヒータ抵抗ＭＡＰ１５を参照して、ヒータ温度に対応するヒータ抵抗を抽出する（Ｓ１３）。なお、ヒータ温度−ヒータ抵抗ＭＡＰ１５は、正常な状態のヒータについて生成されたものであるので、ヒータ温度−ヒータ抵抗ＭＡＰ１５から抽出されるヒータ抵抗は、ヒータ２８が正常な場合のヒータ抵抗となる。

ヒータ抵抗を抽出したら劣化検出ＥＣＵ１０は、ヒータ２８の個体差によるばらつき、ヒータ温度と素子温度のずれ、素子抵抗の計測等から生じる誤差が処理された、ヒータ抵抗（以下、素子抵抗から求められたヒータ抵抗をヒータ抵抗Ａという）を算出する（Ｓ14）。

次いで、ヒータ電流センサ１２は、ヒータ２８の電流値を検出し、劣化検出ＥＣＵ１０に送出する（Ｓ１５）。また、劣化検出ＥＣＵ１０は、ヒータ２８に電力を供給しているバッテリの電圧を検出し、バッテリ電圧とヒータ２８の電流値とに基づき、ヒータ抵抗（以下、ヒータ電流から求められたヒータ抵抗をヒータ抵抗Bという）を算出する（Ｓ１６）。

ヒータ抵抗Ａとヒータ抵抗Ｂとが算出されると、劣化検出ＥＣＵ１０は、それらの差が所定の閾値よりも大きいか否かを判定する（Ｓ１７）。ヒータ抵抗Ａは、ヒータ２８が正常な場合のヒータ抵抗であり、ヒータ抵抗Ｂはヒータ電流センサ１２により検出され、所定の手順で算出されたヒータ２８のヒータ抵抗であるので、これらの差が所定の閾値よりも異なっていたら、ヒータ２８に異常が生じたもの、本実施の形態では劣化したものと判定できる（ステップＳ１７のＹｅｓ）。

例えば、ヒータ２８の性能が低下したり、断線していればヒータ抵抗Ｂは正常な状態よりも大きく算出される。この場合、素子が加熱されず低いヒータ温度が推定され（Ｓ１２）、低いヒータ抵抗が抽出されても（Ｓ１３）、ヒータ抵抗Ａは正常な値の範囲であるので、劣化検出ＥＣＵ１０は、ヒータ２８が劣化したことを検出できる。また、複数のヒータ２８のうち一つの性能が低下したり断線した場合、素子は他の正常なヒータ２８により加熱されるのでヒータ抵抗Ａは正常な値の範囲となるが、ヒータ抵抗Ｂはヒータ抵抗Ａよりも所定の閾値以上大きくなるので、劣化検出ＥＣＵ１０は、ヒータ２８が劣化したことを検出できる。

また、例えば、ヒータ２８がショートしたような場合、ヒータ抵抗Ｂは正常な状態よりも小さく算出される。この場合、素子が加熱される場合や加熱されない場合が起こりうるが、ヒータ温度に基づき抽出されるヒータ抵抗Ａは正常な値の範囲であるので、劣化検出ＥＣＵ１０は、ヒータ２８が劣化したことを検出できる。

図５は、ヒータ抵抗Ｂが大きく算出された場合の、素子温度とヒータ抵抗の関係を示すグラフ図である。図５では、素子温度（Ｘ軸）に対してヒータ抵抗（Ｙ軸）がプロットされている。図５のラインaは、ヒータ抵抗Ａを示し、ラインｂはヒータ抵抗Ｂを示す。また、ラインａとｂの間にあるラインｃは、劣化したか否かを判定する閾値である。したがって、素子抵抗から検出された素子温度において、ヒータ抵抗Ｂがラインｃよりも大きければ、当該ヒータ２８は劣化したと判定される。

なお、図５では、素子温度の所定範囲においてヒータ抵抗との関係が示されているが、劣化したヒータ２８のヒータ抵抗Ｂは図５の温度範囲全域において閾値ｃよりも大きくなっていることから、素子温度に依存せずヒータ２８の劣化を検出できる。また、図３（ｂ）に示したようにヒータ２８の個体差等による誤差を考慮して、閾値をラインｄのように設けてもよい。個体差を考慮して閾値を小さく（ラインａ寄りに設ける）設定すれば、個体差があってもヒータの劣化を早期に検出できる。

以上のように、本実施例によれば、ヒータの性能が低下してヒータの抵抗が増大したような場合に、正常な状態のヒータ抵抗と比較できるので、劣化したヒータを正確に検出できる。また、正常な状態のヒータ抵抗は個体差等による誤差が処理されているので、ヒータの個体差による影響を低減して劣化を検出できる。また、ヒータ抵抗Ａ及びＢを算出する工程数が少なく、新たに追加する部品数も少ないので、コストを低減してヒータの劣化を検出できる。

なお、図４ではヒータ抵抗に基づいて劣化を判定したが、予め図３（ｂ）のような、ヒータ温度とヒータ電流の関係を計測しヒータ温度とヒータ電流ＭＡＰを生成しておけば、ステップＳ１７の比較をヒータ電流に基づいて行い、ヒータの劣化を検出できる。同様に、予めヒータ温度とヒータ電圧の関係を計測しておけば、ヒータ電圧に基づいてヒータの劣化を検出できる。

また、本実施例を適用すれば、ヒータ２８の劣化だけでなく、固体電解質素子の異常を検出することもできる。図６は、素子温度に基づいて、固体電解質素子の異常を検出する手順を示すフローチャート図を示す。

まず、劣化検出ＥＣＵ１０は、ヒータ電流センサ１２により検出されたヒータ電流とバッテリ電圧センサ１３により検出されたバッテリ電圧に基づきヒータ抵抗Ｂを算出する（Ｓ１０１）。算出されたヒータ抵抗Ｂに基づき図３（ｂ）のヒータ温度−ヒータ抵抗ＭＡＰ１５を参照して、ヒータ温度を抽出する（Ｓ１０２）。該ヒータ温度は、素子温度と同程度と推測されるので、該ヒータ温度に基づき素子温度（以下、素子温度Ａという）が推定される（Ｓ１０３）。

次いで、劣化検出ＥＣＵ１０は、固体電解質素子の電気抵抗に基づき、素子温度−素子抵抗ＭＡＰ１４を参照して、素子抵抗に対応する素子温度（以下、素子温度Ｂという）を抽出する（Ｓ１０４）。固体電解質素子に何らかの異常があれば抽出される素子温度Ｂは、素子温度Ａと所定の閾値以上異なると予想されるので、劣化検出ＥＣＵ１０は、素子温度ＡとＢとを比較することで、固体電解質素子の異常を検出することができる（Ｓ１０５）。

本実施例では、吸気温又は外気温等に基づいて、ヒータの劣化を検出する排ガスセンサの劣化検出装置１００について説明する。図７は、本実施例の排ガスセンサの劣化検出装置１００における機能ブロック図を示す。なお、図７において、図２と同一構成部分には同一の符号を付しその説明は省略する。

排ガスセンサの劣化検出装置１００は、排ガスセンサ劣化検出ＥＣＵ（以下、単に劣化検出ＥＣＵという）１０により制御される。劣化検出ＥＣＵ１０には、ソークタイマ５１、吸気温センサ５２、Ａ／Ｆセンサヒータ５３、サブＯ_２センサヒータ５４、外気温センサ５５、水温センサ５６、が接続される。

ソークタイマ５１は、エンジンを停止してからの時間（以下、ソーク時間（コンポーネントの温度を環境温度に安定化させる時間）という）を計測し、計測している時間を劣化検出ＥＣＵ１０に送出する。また、吸気温センサ５２は、エンジンが吸気するエアの温度を検出して、劣化検出ＥＣＵ１０に送出する。Ａ／Ｆセンサヒータ５３は、Ａ／Ｆセンサを加熱するヒータであり、当該ヒータの温度を検出して劣化検出ＥＣＵ１０に送出する。また、サブＯ_２センサヒータ５４は、サブＯ_２センサを加熱するヒータであり、当該ヒータの温度を検出して劣化検出ＥＣＵ１０に送出する。また、外気温センサ５５と水温センサ５６は、外気の温度とエンジン冷却水の温度をそれぞれ検出し劣化検出ＥＣＵ１０に送出する。

ところで、エンジンが停止するとエンジンからの発熱や、ヒータへの電力供給が停止される。このため、エンジン停止後、時間の経過と共に、排ガスセンサ劣化検出装置１００のヒータ２８、及び、Ａ／Ｆセンサヒータ、サブＯ_２センサヒータの各ヒータの温度は、外気温や吸気温に漸近する。図８は、ソーク時間に対する、外気温、Ａ／Ｆセンサヒータの温度、サブＯ_２センサヒータの温度、エンジン冷却水温及び吸気温、の関係の一例を示す。なお、外気温のみ右側の軸に取り、外気温はほぼ一定の値を示している。

図８によれば、ｔ１分（例えば６０分）経過後では、サブＯ_２センサヒータの温度と外気温とが近接してきており、また、ｔ２分（例えば１２０分）経過後では、Ａ／Ｆセンサヒータの温度と吸気温が近接してきている。したがって、エンジン停止後からある程度の時間が経過すれば、Ａ／Ｆセンサヒータの温度やサブＯ_２センサヒータの温度は、外気温や吸気温と同程度になったものと推定できる。

排ガスセンサ劣化検出装置１００のヒータ２８の温度も、Ａ／Ｆセンサヒータの温度やサブＯ_２センサヒータの温度と同様に、エンジン停止後からある程度の時間が経過すれば外気温や吸気温と同程度になったものと推定できる。したがって、ソーク時間とＡ／Ｆセンサヒータ等の温度との関係を用いれば、外気温、Ａ／Ｆセンサヒータの温度、サブＯ_２センサヒータの温度、エンジン冷却水温又は吸気温に基づき、ヒータ２８の温度を推定できる。また、ヒータ２８の温度が推定されれば、実施例１と同様にヒータ抵抗を抽出し、排ガスセンサの劣化を検出できる。図７の第二ヒータ抵抗推定手段１９は、これら車両の各部位に備えられた温度センサにより検出された温度に基づき、排ガスセンサを加熱するヒータ２８の抵抗値を推定する。

図９は、所定のソーク時間経過後にヒータ２８の劣化を検出する手順を示すフローチャート図である。図９の検出手順は、例えば、自動車のエンジンの停止直後からスタートする。図９の検出手順がスタートすると劣化検出ＥＣＵ１０は、ソーク時間が予め定められた時間ＴＳを経過したか否かを判定する（Ｓ２１）。時間ＴＳは、外気温や季節に応じて図８のようなソーク時間とＡ／Ｆセンサヒータ等の温度の関係を計測することで予め定められている。劣化検出ＥＣＵ１０は、ソーク時間が時間TＳになるまでステップＳ２１の判定を繰り返す。

ソーク時間が時間TＳを経過すると、劣化検出ＥＣＵ１０は、吸気温センサ５２、Ａ／Ｆセンサヒータ５３、サブＯ_２センサヒータ５４、外気温センサ５５、水温センサ５６から、各センサの検出した温度を取得する（Ｓ２２）。

劣化検出ＥＣＵ１０は、取得した各温度のうち、排ガスセンサ劣化検出装置１００のヒータ２８の温度を推定するのに適切な温度をヒータ２８の温度として抽出する（Ｓ２３）。そして抽出されたヒータ２８の温度に基づき、図３（ｂ）のヒータ温度−ヒータ抵抗ＭＡＰを参照し、ヒータ抵抗（以下、吸気温等から推定されたヒータ抵抗をヒータ抵抗Cという）を抽出する。

排ガスセンサ劣化検出装置１００のヒータ２８の温度を推定するのに適切な温度は、取得した各温度のうち最も低い温度を用いてもよいし、Ａ／Ｆセンサヒータの温度又はサブＯ_２センサヒータの温度のうち低い温度を用いてもよい。

次いで、劣化検出ＥＣＵ１０は、ヒータ電流センサ１２の検出したヒータ電流及びバッテリ電圧センサ１３の検出したバッテリ電圧に基づき、ヒータ抵抗（以下、ヒータ電流から求められたヒータ抵抗をヒータ抵抗Ｄという）を算出する（Ｓ２４）。

ヒータ抵抗Ｃとヒータ抵抗Ｄとが算出されると、劣化検出ＥＣＵ１０はそれらを比較する（Ｓ２５）。ヒータ抵抗Ｃは、ヒータ２８以外のＡ／Ｆセンサヒータの温度やサブＯ_２センサヒータの温度等から推定された抵抗値であるので、正常な状態のヒータ抵抗を示していると想定される。また、ヒータ抵抗Ｄはヒータ電流センサ１２により検出され、所定の手順で算出されたヒータ２８のヒータ抵抗であるので、これらの差が所定の閾値よりも異なっていたら（ステップＳ２５のＹｅｓ）、ヒータ２８に異常が生じたもの、本実施の形態では劣化したものと判定できる（Ｓ２６）。

例えば、ヒータ２８の性能が低下したり断線した場合、ヒータ抵抗Ｄは正常な状態よりも大きく算出される。この場合、ヒータ抵抗ＣはＡ／Ｆセンサヒータ等他のヒータの温度から推定されているので、ヒータ抵抗Ｃは正常な値となる。したがって、ヒータ抵抗Ｄはヒータ抵抗Ｃよりも所定の閾値以上大きくなり、劣化検出ＥＣＵ１０は、ヒータ２８が劣化したことを検出できる。

また、例えば、ヒータ２８がショートしたような場合、ヒータ抵抗Ｄは正常な状態よりも小さく算出される。この場合、ヒータ抵抗Ｃは他の温度センサから推定されているので、ヒータ抵抗Ｃは正常な値となる。したがって、ヒータ抵抗Ｄはヒータ抵抗Ｃよりも所定の閾値以上小さくなり、劣化検出ＥＣＵ１０は、ヒータ２８が劣化したことを検出できる。

ヒータ抵抗ＣとＤの比較の結果、ヒータ抵抗ＣとＤの差が閾値以上でなければ、ヒータ２８は劣化していないと判定して、図９の検出手順は終了する。

本実施例によれば、ソークタイマ５１を設けることでヒータ抵抗（ヒータ抵抗Ｄ）を求められ、該ヒータ抵抗とヒータ電流に基づき算出されたヒータ抵抗（ヒータ抵抗Ｃ）に基づき、正確にヒータ２８の劣化を検出できる。また、ヒータ抵抗ＣやＤを算出する工程数が少なく、新たに追加する部品数も少ないので、コストを低減してヒータの劣化を検出できる。

以上のように、本実施の形態における排ガスセンサの劣化検出装置１００によれば、ヒータ抵抗に基づきヒータの劣化を検出し、排ガスセンサの劣化を精度よく検出することができる。また、ヒータ抵抗だけでなく、ヒータ電流やヒータ電流に基づいて排ガスセンサの劣化を検出することができる。また、ヒータの劣化による排ガスセンサの劣化だけでなく、固体電解質素子の異常に基づいて排ガスセンサの劣化を検出することができる。

１排ガスセンサ
２，３隔壁
５拡散律速壁
８酸素ポンプ電極
９排ガスチャンバ
１０排ガスセンサ劣化検出ＥＣＵ
１１素子抵抗センサ
１２ヒータ電流センサ
１３バッテリ電圧センサ
１４素子温度−素子抵抗ＭＡＰ
１５ヒータ温度−ヒータ抵抗ＭＡＰ
５１ソークタイマ
１００劣化検出装置

Claims

車両の各部位に備えられた温度センサにより検出された一以上の温度に基づき、排ガスセンサを加熱するヒータの抵抗値を推定する第二ヒータ抵抗推定手段と、
前記ヒータのヒータ電流に基づき該ヒータの抵抗値を算出するヒータ抵抗算出手段と、
前記第二ヒータ抵抗推定手段と前記ヒータ抵抗算出手段により推定された二つの抵抗値を比較して当該排ガスセンサが劣化したか否かを判定する劣化判定手段と、
を有することを特徴とする排ガスセンサの劣化検出装置。
前記ヒータの温度と前記ヒータの抵抗値との関係を記録したヒータ温度−ヒータ抵抗マップ、を有し、
前記第二ヒータ抵抗推定手段は、ソーク時間が所定以上となった場合、車両の各部位の前記温度センサにより検出された一以上の温度に基づき、前記ヒータ温度を推定し、
推定された前記ヒータ温度に基づき、前記ヒータ温度−ヒータ抵抗マップから前記ヒータの抵抗を抽出する、
ことを特徴とする請求項１記載の排ガスセンサの劣化検出装置。
前記第二ヒータ抵抗推定手段は、吸気温、Ａ／Ｆセンサヒータの温度、サブＯ_２センサヒータの温度、外気温又はエンジン冷却水温、のいずれか一以上の温度に基づき、前記ヒータの抵抗値を推定する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の排ガスセンサの劣化検出装置。