JP5817851B2 - 排気ガスセンサの制御装置 - Google Patents

Description

この発明は排気ガスセンサの制御装置に関する。より具体的には、固体電解質の両側に配置された一対の電極と、ヒータとを備える排気ガスセンサの制御装置に関するものである。

一般に、固体電解質の両側に配置された一対の電極を備える排気ガスセンサを用いて、排気ガスの空燃比や、ＮＯｘ濃度等を検出するシステムが知られている。このようなシステムにおいて、高い検出精度を確保するためには、排気ガスセンサのセンサ素子の温度（素子温）を適正な温度に制御することが重要となる。例えば、特許文献１には、内燃機関の排気経路に配置された空燃比センサの温度を、固体電解質のインピーダンスに応じて制御するシステムが開示されている。

日本特開２００９−０５３１０８号公報 日本特開２００６−１６１６２５号公報 日本特開平０８−１２８９７９号公報 日本特開２００９−２６６７４３号公報 日本特開２００９−０１４６５２号公報 日本特開２００３−２７０１９４号公報 日本特開２００４−０６９５４７号公報 日本特開２０００−２５８３８７号公報 日本特開２００６−２１４８８５号公報 日本特開２００７−２２１５０６号公報

排気ガスセンサの一対の電極間に配置される固体電解質のインピーダンスと素子温とは、ある程度高い温度域では安定した相関関係を示す。従って、排気ガスセンサが正常に機能し、かつ、センサ素子が昇温されている場合には、固体電解質のインピーダンスにより、ある程度正確に温度を検出することができる。

しかし、固体電解質のインピーダンスと素子温との相関関係は低温の状態では安定せず、低温域ではインピーダンスに応じて検出される素子温には、ばらつきが生じる場合がある。また、排気ガスセンサの劣化により、インピーダンスと素子温との関係にずれが生じる場合がある。この場合、インピーダンスに応じて推定される素子温が実際の素子温から乖離し、排気ガスセンサを用いた制御に影響を及ぼすことが考えられる。

また、ヒータ抵抗と素子温との間にも相関関係がある。従って、ヒータの抵抗を検出することで、それに応じて素子温を推定することができる。しかし、ヒータの経年劣化等によりヒータ抵抗が変化した場合、推定される素子温と実際の素子温との間に乖離が生じることが考えられる。

従って、素子温が低温である場合にも排気ガスセンサの温度を正確に検出すると共に、素子温の検出精度を補償できない状態となっている場合には、排気ガスセンサの異常を検出できるシステムが望まれる。

本発明は、上記課題を解決することを目的とし、排気ガスセンサの異常の有無を検出するとともに、排気ガスセンサの素子温の検出精度を向上できるよう改良した排気ガスセンサの制御装置を提供するものである。

本発明は、上記の目的を達成するため、排気ガスセンサの制御装置であって、排気ガスセンサは、内燃機関の排気経路に配置され、固体電解質と、固体電解質を挟んで配置された一対の電極と、排気ガスセンサのセンサ素子を加熱するヒータと、を備える。本発明の排気ガスセンサの制御装置は、固体電解質のインピーダンスに応じてセンサ素子の温度を推定する第１手段と、ヒータの抵抗に応じて、センサ素子の温度を推定する第２手段とを備える。さらに、第１素子温と第２素子温との差異に応じて、第２手段により推定されるセンサ素子の温度を補正する補正手段とを備える。ここで、第１素子温は、所定の検出タイミングに検出されたインピーダンスに応じて第１手段により推定されたセンサ素子の温度である。第２素子温は、所定の検出タイミングに対応するタイミングに検出されたヒータの抵抗に応じて第２手段により推定されたセンサ素子の温度である。なお、ヒータ抵抗を検出する「所定の検出タイミングに対応するタイミング」とは、所定の検出タイミング実質的に同時であるタイミングを含む。即ち、ヒータ抵抗を検出するタイミングは、所定のタイミングと同時であってもよいし、例えば、インピーダンスの検出とヒータの検出との間で応答遅れ等が生じるような場合には、その遅れを考慮したタイミングであってもよい。

また、本発明の排気ガスセンサの制御装置は、第２手段が、ヒータの抵抗とセンサ素子の温度との関係に基づいて、センサ素子の温度を推定するものであってもよい。この場合、補正手段は、ヒータの抵抗とセンサ素子の温度との関係を、第１素子温と第２素子温との差異に応じて補正することで、第２手段によるセンサ素子の温度を補正するものとすることができる。

本発明において、所定の検出タイミングは、センサ素子の温度が基準温度より高い間のタイミングとすることができる。

あるいは、本発明において、所定の検出タイミングは、内燃機関の燃料カット運転中、又は、内燃機関のアイドルストップ制御における停止中、又は、排気経路に設置された尿素ＳＣＲシステムの尿素水添加弁からの尿素水添加量が基準添加量より少ない内燃機関の運転状態の間のタイミングとしてもよい。

本発明の排気ガスセンサの制御装置は、ヒータへ電力が供給されている状態と電力供給が停止している状態とが交互に実現されるヒータＯＮ／ＯＦＦ制御を行う手段を、更に備えるものであってもよい。この場合、所定の検出タイミングは、ヒータＯＮ／ＯＦＦ制御中のタイミングとしてもよい。

また、本発明の排気ガスセンサの制御装置は、内燃機関の運転停止中に、外気温又は排気ガスの温度又は内燃機関の冷却水の温度に応じて、センサ素子の温度の上限値である上限温度を設定する手段と、センサ素子の温度が上限温度より低いときに、ヒータへの供給電力を段階的に上昇させる電力制御を行う手段と、を更に備えるものであってもよい。この場合、所定の検出タイミングは、内燃機関の停止中であって、かつ、電力制御中のタイミングとしてもよい。

また、本発明において、所定の検出タイミングは、異なる複数回のタイミングとすることができる。この場合、補正手段は、複数回の所定の検出タイミング間での、第１素子温の変化の割合に応じて、第２手段によって推定されるセンサ素子の温度の、ヒータの抵抗に対する変化の割合を補正するものとしてもよい。

また、本発明において、排気ガスセンサの制御装置は、第１素子温と第２素子温との差異が基準値を超えている場合、排気ガスセンサの異常と判定する手段を、更に備えるものとしてもよい。

また、本発明において、排気ガスセンサの制御装置は、排気経路の触媒の上流に設置された第１排気ガスセンサと、触媒下流に設置された第２排気ガスセンサとの、２つの排気ガスセンサを制御する制御装置であってもよい。この場合、第２手段により推定される第１排気ガスセンサのセンサ素子の温度と、第２手段により推定される、第２排気ガスセンサのセンサ素子の温度との差異が、基準値を超えている場合、第１排気ガスセンサ及び第２排気ガスセンサの少なくとも一方の異常と判定する手段を、更に備えるものとしてもよい。

また、本発明において排気ガスセンサは、排気経路の排気ガス中のＮＯｘ量を検出するためのＮＯｘセンサであってもよい。

本発明によれば、固体電解質のインピーダンスと、ヒータの抵抗に応じて、それぞれ、センサ素子の温度が推定され、インピーダンスに応じたセンサ素子の温度と、ヒータ抵抗に応じたセンサ素子の温度との差異により、ヒータ抵抗に応じて検出されるセンサ素子の温度が補正される。従って、経年劣化等によりヒータの抵抗に変化が生じている場合にも、それを補正することができ、ヒータ抵抗に応じたセンサ素子の温度検出の精度を向上させることができる。

また、特に、インピーダンスとセンサ素子の温度との関係は、ある程度高い温度の場合に安定するため、高い温度にある領域では、インピーダンスに応じたセンサ素子の温度検出の精度が高い。この点、センサ素子の温度が基準温度より高いときに検出された第１素子温と第２素子温とに応じて、ヒータ抵抗に応じたセンサ素子の温度を補正するものであれば、より正確にヒータ抵抗に応じたセンサ素子の温度を補正することができる。従って、ヒータ抵抗に基づく温度検出の精度を向上させることができる。

また、例えば、内燃機関の燃料カット中やアイドルストップ中は、排気ガス温度が低い。従って、補正のための第１、第２素子温推定のための、インピーダンスやヒータ抵抗を検出する所定の検出タイミングを、内燃機関の燃料カット運転中やアイドルストップ中とするものであれば、第１素子温と第２素子温との差異を明確に検出することができる。従って、より正確な補正を行うことができる。

また、尿素ＳＣＲシステムの尿素水添加弁からの尿素水添加量が少ない場合、排出されるＮＯｘ量が少なくなる。従って、尿素水添加量が基準量より少ないときを所定の検出タイミングとするものであれば、排気ガスセンサであるＮＯｘセンサのセンサ素子温の補正のため第１、第２素子温を検出する制御による、他の制御への影響を小さく抑えることができる。

また、内燃機関の運転停止中に、外気温または排気ガス温度に応じて、センサ素子の温度の上限値である上限温度を設定し、その上限温度より低いときにヒータへの電力供給を段階的に制御するものであれば、例えば、排気経路に凝結水を避けてセンサ素子の温度補正を行うことができる。

本発明の実施の形態１におけるシステムの全体構成について説明するための概略模式図である。 本発明の実施の形態１におけるＮＯｘセンサの構成について説明するための概略模式図である。 本発明の実施の形態１における固体電解質のインピーダンスと素子温との関係について説明するための図である。 本発明の実施の形態１におけるヒータ抵抗と素子温との関係を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において制御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。 本発明の実施の形態２の制御について説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の形態２において制御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。 本発明の実施の形態３の制御について説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の形態３の制御において設定される素子温の上限温度について説明するための図である。 本発明の実施の形態３において制御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。

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．
図１は、この発明の実施の形態１のシステムの全体構成について説明するための図である。図１に示すシステムは、車両に搭載されて用いられる。図１に示すシステムにおいて、内燃機関２の排気経路４には、微粒子捕集用フィルタであるＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）６が設置されている。図示を省略するがＤＰＦ６には、酸化触媒が組み合わされて配置されている。ＤＰＦ６は、排気ガスに含まれる微粒子状物質（ＰＭ;particulate matter）を捕集するフィルタである。

排気経路４のＤＰＦ６の下流には、尿素ＳＣＲシステム８（以下、「ＳＣＲシステム」とも称する）が配置されている。ＳＣＲシステム８は、尿素噴射弁１０と選択還元型ＮＯｘ触媒１２とを有する。尿素噴射弁１０は、ＮＯｘ触媒１２上流において排気経路４内に尿素水を噴射する。ＮＯｘ触媒１２は、尿素水から生成されたアンモニアを還元剤として、排気ガス中のＮＯｘを還元し排気ガスを浄化する。

排気経路４の、ＤＰＦ６の下流であってＮＯｘ触媒１２の上流には、ＮＯｘセンサ１４（第１排気ガスセンサ）と空燃比センサ１６とが設置されている。ＮＯｘ触媒１２の下流には、ＮＯｘセンサ１８（第２排気ガスセンサ）が配置されている。

このシステムは制御装置２０を備えている。制御装置２０の入力側には、ＮＯｘセンサ１４、空燃比センサ１６、及びＮＯｘセンサ１８の他、内燃機関２の各種センサが接続されている。また、制御装置２０の出力側には、内燃機関２の尿素水噴射弁１０や、その他各種のアクチュエータが接続されている。制御装置２０は、各種センサからの入力情報に基づいて所定のプログラムを実行し、各種アクチュエータ等を作動させることにより、内燃機関２の運転に関する種々の制御を実行する。

図２は、本実施の形態１のＮＯｘセンサ１４のセンサ素子の構成について説明するための模式図である。なお、ＮＯｘセンサ１４を例にとって説明するが、ＮＯｘ触媒１２の下流側のＮＯｘセンサ１８も同様の構成を有するセンサである。

ＮＯｘセンサ１４は、１セル型のセンサである。具体的に、図２に示されるように、ＮＯｘセンサ１４のセンサ素子は固体電解質３０を備えている。固体電解質３０を挟んで両側には、検出極３２と基準極３４からなる一対の電極が配置されている。固体電解質３０の基準極３４側が配置された面側には、所定の凹部３６ａを有する絶縁基板３６が配置されている。基準極３４は、絶縁基板３６の凹部３６ａと固体電解質３０とで形成される空間内に配置される。検出極３２は排気ガスに接し、基準極３４は、配置された空間内に導入される大気に接する構成となっている。また、絶縁基板３６内には、ヒータ３８が形成されている。

一対の電極である検出極３２と基準極３４との間には、ＮＯｘ量検出のための電気回路等を介して所定の電圧が印加されると共に、検出極３２と基準極３４との間には、素子温検出のための所定の交番電圧（交流電圧）が印加される構成となっている。また、ヒータ３８には、電気回路等を介して所定の電圧が印加される。

本実施の形態において、制御装置２０が実行する制御には、ＮＯｘセンサ１４の出力信号に応じて、ＳＣＲシステム８の上流の排気ガスに含まれるＮＯｘ量を検出する制御が含まれる。ＮＯｘ量検出時には、検出極３２と基準極３４との間に所定の電圧が印加される。電圧印加により検出極３２上のＮＯｘが分解され固体電解質３０に電流が流れる。制御装置２０は、この電流を検出することで排気ガス中のＮＯｘ量を推定する。制御装置２０は、推定されたＮＯｘ量に応じて、例えば尿素噴射弁１０からの尿素水の噴射量の制御等を行う。

また、制御装置２０は、ＮＯｘセンサ１４が、ＮＯｘ量に応じた正しい出力を発するように、ＮＯｘセンサ１４のセンサ素子の温度（以下、「素子温」とも称する）を適正な温度に制御する。

具体的に、制御装置２０は素子温を推定し、推定された素子温に基づきヒータ３８への印加電圧を制御することで、素子温を制御する。素子温はヒータ３８の抵抗と、固体電解質３０のインピーダンスとから、それぞれ推定される。なお、以下の実施の形態において、便宜的に、インピーダンスから推定される素子温を「素子温Ｔｉ」とも称し、ヒータ３８の抵抗から推定される素子温を「素子温Ｔｒ」とも称することとする。

まず固体電解質３０のインピーダンスに基づく素子温Ｔｉの推定について説明する。図３は、本実施の形態１における、固体電解質３０のインピーダンスと素子温Ｔｉとの関係について説明するための図である。図３において、横軸は素子温Ｔｉ、縦軸は固体電解質３０のインピーダンスである。

インピーダンス検出時には、検出極３２と基準極３４との間に、インピーダンス検出用の交番電圧（交流電圧）が印加される。図３に示されるように、検出された固体電解質３０のインピーダンスは、素子温と一定の相関を有する。具体的には、固体電解質３０のインピーダンスは素子温が上昇するにつれて小さくなる関係にある。従って、固体電解質３０のインピーダンスの検出値に応じて素子温Ｔｉを推定することができる。なお、固体電解質３０のインピーダンスと素子温との個別の具体的な関係は実験等により求められる。この関係はマップや演算式（以下、「マップ等」と省略する）として予め制御装置２０に予め記憶される。実際の制御において、制御装置２０は、インピーダンスと素子温Ｔｉとの関係を定めたマップ等に従って、検出されたインピーダンスに応じて素子温Ｔｉを求める。

次に、ヒータ３８の抵抗に基づく素子温Ｔｒの推定について説明する。図４は、本実施の形態１における素子温とヒータ３８の抵抗との関係について説明するための図である。図４において、横軸は素子温、縦軸はヒータ３８の抵抗値（以下「ヒータ抵抗Ｒ」とも称する）を表している。また、図４において、線Ｔｒは、ヒータ抵抗Ｒと素子温Ｔｒとの関係を表している。また、線Ｔｉは、ヒータ抵抗Ｒの各値のときのインピーダンスに応じて検出された素子温Ｔｉを表している。また、線Ｔｒ１は、後述する補正を行った後のヒータ抵抗Ｒと素子温Ｔｒとの関係を表している。

図４に示されるように、ヒータ抵抗Ｒは素子温と一定の相関を有する。より具体的には、ヒータ抵抗Ｒが増加すると、素子温も比例的に増加する関係を有している。従って、ヒータ抵抗Ｒの検出値に応じて素子温を推定することができる。このようなヒータ抵抗Ｒと素子温Ｔｒとの個別の具体的な関係は、実験等により求められる。この関係は、マップ等として制御装置２０に記憶される。実際の制御においては、制御装置２０は、ヒータ抵抗Ｒと素子温との関係を定めたマップ等に従って、ヒータ抵抗Ｒに応じて素子温Ｔｒを求める。

ところで、上記のインピーダンスと素子温Ｔｉとは、センサ素子が、例えば、４００℃〜５００℃より高い範囲にあるときには、安定的に相関関係を示す。しかしながら、センサ素子が、例えば、３００℃より低い温度域にある場合には、その相関関係のばらつきが大きくなりやすい。このため、センサ素子が低い温度域にある場合、インピーダンスに応じて検出される素子温Ｔｉにはずれが生じやすい。

一方、ヒータ抵抗Ｒと素子温とは、低い温度域にある場合にも安定した相関関係を示す。即ち、センサ素子が低い温度域になる場合であっても、ヒータ抵抗Ｒによれば、比較的正確に素子温Ｔｒを検出することができる。

しかしながら、ヒータ３８は、白金等の金属を含む材料により形成されるため、経年劣化等によって、ヒータ３８の太さや長さに変化が生じる場合がある。ヒータ３８の太さや長さが変化すれば、ヒータ抵抗Ｒに変化が生じるため、ヒータ抵抗Ｒと素子温Ｔｒとの関係にずれが生じることとなる。その結果、図４に示されるように、ヒータ抵抗Ｒに応じて求められる素子温Ｔｒと、インピーダンスに応じて求められる素子温Ｔｉとの間に、ずれが生じることとなる。

以上より、本実施の形態１では、センサ素子の推定温度として、インピーダンスに応じた素子温Ｔｉとヒータ抵抗Ｒに応じた素子温Ｔｒとの２つの素子温を比較することで、排気ガスセンサの異常を検出し、あるいは、素子温を求める。

具体的に、インピーダンスと素子温Ｔｉとの関係が安定する温度である基準温度より高い温度域の、あるタイミング（検出タイミング）において、固体電解質３０のインピーダンスとヒータ抵抗Ｒ０とを検出する。なお、ここで、基準温度は、インピーダンスと素子温Ｔｉとが安定的な相関関係を示す温度である。基準温度は、具体的には３００℃以上、より好ましくは４００℃〜５００℃、若しくはそれ以上の温度がよい。しかしながら、基準温度は、これらの温度に限定されるものではなく、固体電解質３０の材料等により異なるため、個別具体的に実験等により適宜設定される。

インピーダンスとヒータ抵抗Ｒ０とを検出した後、インピーダンスに応じた第１素子温Ｔｉ０と、ヒータ抵抗Ｒ０に応じた第２素子温Ｔｒ０とを算出する。算出された第１素子温Ｔｉ０と第２素子温Ｔｒ０との間のずれ｜Ｔｉ０−Ｔｒ０｜が、補正可能な許容範囲にない場合には、素子温Ｔｉ又はＴｒを検出する機構のいずれかに異常が生じていると考えられる。この場合には、ＮＯｘセンサ１４に異常ありと判定する。ここで許容範囲であるか否かの判断の基準としては、許容範囲の下限値付近の値である第１基準値Ｘ１を設定する。第１基準値Ｘ１は、要求される温度制御の精度等に応じて個別に定められ、予め、制御装置２０に記憶される。

一方、第１素子温Ｔｉ０と第２素子温Ｔｒ０との間にずれが生じているが、許容範囲内（第１基準値Ｘ１より小さい範囲）にある場合には、ずれ｜Ｔｉ０−Ｔｒ０｜に応じて、ヒータ抵抗Ｒと素子温Ｔｒとの関係を補正する。具体的に例えば、ずれ｜Ｔｉ０−Ｔｒ０｜をオフセット補正値として、ヒータ抵抗Ｒに対する素子温Ｔｒを、オフセット補正する。つまり、図４の線Ｔｒ１に示されるように、第２素子温Ｔｒとヒータ抵抗Ｒとの関係は、ずれ｜Ｔｉ０−Ｔｒ０｜分が、一律に素子温Ｔｒに加算されるように補正される。

上記の通り、インピーダンスとヒータ抵抗Ｒとは、基準温度より高い温度域で検出されたものであり、従って、インピーダンスと素子温Ｔｉとの関係は安定した状態にあり、第１素子温Ｔｉ０は実際の素子温に近いものと予想される。従って、ヒータ抵抗Ｒと素子温Ｔｒとの関係を、第１素子温Ｔｉ０に応じたオフセット補正値により補正することで、ヒータ抵抗Ｒと素子温Ｔｒとの関係を正しく補正することができる。

なお、素子温Ｔｒとヒータ抵抗Ｒとの関係に補正が必要なほど、両素子温Ｔｉ０、Ｔｒ０に間にずれが生じているか否かの判断の基準として、第２基準値Ｘ２が設定される。第２基準値Ｘ２は、要求される温度制御の精度等に応じて個別に定められ、予め制御装置２０に記憶される。ずれ｜Ｔｉ０−Ｔｒ０｜が第１基準値より小さいが、第２基準値Ｘ２より大きい場合には、上記のように、ヒータ抵抗Ｒと素子温Ｔｒとの関係がオフセット補正される。

ずれ｜Ｔｉ０−Ｔｒ０｜が第２基準値Ｘ２以下の場合には、第１、第２素子温Ｔｉ０、Ｔｒ０にずれはなく、素子温Ｔｉと素子温Ｔｒとは、共に正しく検出できていると考えられる。従って、特に素子温の補正はされず、ＮＯｘセンサ１４は正常と判定される。

図５は、本発明の実施の形態において制御装置２０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。図５のルーチンは、内燃機関２の運転中、一定周期で繰り返し実行されるルーチンである。

図５のルーチンが開始されると、まず、前提条件が成立しているか否か等が判別される（Ｓ１０２）。前提条件は、ＮＯｘセンサ１４の異常判定や素子温補正を安定的に実行するために必要な条件であり、予め制御装置２０に記憶されている。例えば、内燃機関２の暖気完了後の運転中であり、現在の素子温Ｔｉ又は素子温Ｔｒが基準温度より高くなっているか否か、などである。ステップＳ１０２において、前提条件の成立が認められない場合、今回の処理は一旦終了する。

一方、ステップＳ１０２において前提条件の成立が認められると、次に、ヒータ抵抗Ｒ０と、固体電解質３０のインピーダンスとが検出される（Ｓ１０４）。ヒータ抵抗Ｒ０とインピーダンスとの検出タイミングは同時か、あるいはいずれかに応答遅れが生じる場合には、その遅れ分を加味し、実質的に同一と考えられる所定のタイミングで、制御装置２０によって検出される。

次に、第１素子温Ｔｉ０と第２素子温Ｔｒ０とがそれぞれ算出され、両者のずれ｜Ｔｉ０−Ｔｒ０｜が算出される（Ｓ１０６）。具体的には、ステップＳ１０４において検出された固体電解質３０のインピーダンスに応じて、第１素子温Ｔｉ０が算出される。また、ヒータ抵抗Ｒ０に応じて第２素子温Ｔｒ０が算出される。算出された第１素子温Ｔｉ０、第２素子温Ｔｒ０から、両素子温のずれ｜Ｔｉ０−Ｔｒ０｜が算出される。

次に、ずれ｜Ｔｉ０−Ｔｒ０｜が第１基準値Ｘ１より小さいか否かが判別される（Ｓ１０８）。上記の通り第１基準値Ｘ１は、予め制御装置２０に記憶された判断の基準値である。

ステップＳ１０８において｜Ｔｉ０―Ｔｒ０｜＜Ｘ１の成立が認められない場合、第１素子温Ｔｉ０と第２素子温Ｔｒ０とのずれは、補正できない程度に大きなものと考えられる。従って、ＮＯｘセンサ１４は異常と判別される（Ｓ１１０）。この場合、警告灯の点灯など、別の制御プログラムで設定された、異常時の処理が実行される。ステップＳ１１０の異常判定の後、今回の処理が終了する。

一方、ステップＳ１０８において｜Ｔｉ０−Ｔｒ０｜＜Ｘ１の成立が認められると、次に、ずれ｜Ｔｉ０−Ｔｒ０|が第２基準値Ｘ２より大きいか否かが判別される（Ｓ１１２）。上記の通り第２基準値Ｘ２は制御装置２０に予め記憶された判断の基準値である。

ステップＳ１１２において、｜Ｔｉ０−Ｔｒ０｜＞Ｘ２の成立が認められない場合、ＮＯｘセンサ１４は正常と判定される（Ｓ１１４）。つまり、ずれ｜Ｔｉ０−Ｔｒ０｜が第２基準値Ｘ２以下である場合には、第１、第２素子温Ｔｉ０、Ｔｒ０には、補正が必要なほどには、ずれが生じていないと判断される。従って、その後、特に、温度補正等の処理はされず、今回の処理は一旦終了する。

一方、ステップＳ１１２において、｜Ｔｉ０−Ｔｒ０｜＞Ｘ２の成立が認められると、次に、ヒータ抵抗Ｒと素子温Ｔｒとの関係が、ステップＳ１０６において算出された、ずれ｜Ｔｒ０−Ｔｉ０｜により補正される（Ｓ１１６）。その後、今回の処理が終了する。

以上説明したように、本実施の形態１によれば、ヒータ抵抗Ｒに応じて算出される素子温Ｔｒは、素子温がある程度高い温度域にあるときの第１素子温Ｔｉ０に応じて求められた補正値により補正される。これにより、ヒータ３８に多少の劣化が認められる場合にも、ヒータ３８が劣化した状態に合わせて、素子温Ｔｒとヒータ抵抗Ｒとの関係が修正される。従って、例えば、インピーダンスでは正しく温度を検出できない、低い温度域においても、ヒータ抵抗Ｒに基づいて素子温を、より正確に推定することができる。

また、本実施の形態１によれば、ずれ｜Ｔｉ０−Ｔｒ０｜が第２基準値Ｘ１以上の場合、素子温Ｔｉと素子温Ｔｒとの乖離が補正できない程度に大きいと判断され、ＮＯｘセンサ１４の異常と判断される。従って、劣化したＮＯｘセンサ１４による誤った温度の検出や、誤判定を、効果的に防止することができる。

なお、本実施の形態１においては、図２にＮＯｘセンサ１４の構成について説明した。しかし、本発明において、ＮＯｘセンサ１４はこの構成に限るものではなく、固体電解質を挟んで一対の電極とヒータとを備えるものであれば、他の構成のものであってもよい。これは、以下の実施の形態についても同様である。

また、本実施の形態１では、ＳＣＲシステム８の上流及び下流に、それぞれＮＯｘセンサ１４、１８を有し、ＳＣＲシステム８の上流に空燃比センサ１６を有する場合について説明した。しかし、本発明において、ＮＯｘセンサや空燃比センサ１６の設置位置はこれに限るものではない。また、本発明においては、ＮＯｘセンサ１４の温度補正について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、同様の異常判定及び温度補正を、ＮＯｘセンサ１８や、空燃比センサ１６、その他、固体電解質とその両側に一対の電極を有するタイプの、他のＮＯｘセンサ等に適用することもできる。これは、以下の実施の形態についても同様である。

また、本実施の形態１では、ずれ｜Ｔｉ０−Ｔｒ０｜が第２基準値Ｘ２より大きい場合にのみ、ヒータ抵抗Ｒと素子温Ｔｒとの関係を補正する場合について説明した。しかし、本発明はこのような判別をするものに限るものではなく、ずれ｜Ｔｉ０−Ｔｒ０｜の大きさに関わらず、ヒータ抵抗Ｒと素子温Ｔｒとの関係を補正するものであってもよい。これは、以下の実施の形態についても同様である。

また、本実施の形態１のように、ＮＯｘセンサ１４の近傍に空燃比センサ１６が配置されている場合には、同じタイミングでＮＯｘセンサ１４及び空燃比センサ１６の素子温を検出し、この素子温を比較して、両者の素子温の差が基準以上に大きい場合に、ＮＯｘセンサ１４あるいは空燃比センサ１６の異常判定を行うとすることもできる。この場合、上記の第１、第２素子温Ｔｉ０、Ｔｒ０に基づく異常判定を行って、判定の精度を向上させても良く、あるいは、第１、第２素子温Ｔｉ０、Ｔｒ０に基づく異常判定は行わないものとしてもよい。また、比較に用いるＮＯｘセンサ１４と空燃比センサ１６とのそれぞれの素子温は、インピーダンスに応じた素子温であってもよいし、ヒータ抵抗に応じた素子温でもよい。また、例えば、本実施の形態１で説明したように、ヒータ抵抗Ｒに応じた素子温Ｔｒを第１素子温Ｔｉ０に応じて補正した素子温を、ＮＯｘセンサ１４と空燃比センサ１６とのそれぞれについて求め、これら補正後の素子温を用いてもよい。このように補正された素子温Ｔｒを比較することで、より確実に、排気ガスセンサの異常判定を行うことができる。これは、以下の実施の形態についても同様である。

また、複数のセンサが近くに配置されている場合に限らず、例えば、ＮＯｘセンサ１４とＮＯｘセンサ１８との関係のように、ＳＣＲシステム８を挟んで配置された２つのセンサの素子温により、センサの異常判定を行うこともできる。この場合にも、同様に、ＮＯｘセンサ１４とＮＯｘセンサ１８との素子温をそれぞれ比較するが、この時、ＮＯｘセンサ１４から、ＮＯｘセンサ１８に至るまでの排気ガスの温度低下量を推定し、これを加味して、素子温の比較を行う。これにより、比較的遠い位置に同方式のセンサがある場合にも、素子温の比較により異常判定を行うことができる。これは、以下の実施の形態についても同様である。

また、本実施の形態１では、ずれ｜Ｔｉ０−Ｔｒ０｜を一律に加算することで、ヒータ抵抗Ｒと素子温Ｔｒとの関係をオフセット補正する場合について説明した。ここで、ヒータ３８の劣化によりヒータ抵抗Ｒの長さや幅が変化すると、ヒータ抵抗Ｒと温度との関係にはオフセットずれが生じると考えられる。従って、ヒータ抵抗Ｒと温度Ｔｒとの関係には、ずれ｜Ｔｉ０−Ｔｒ０｜に基づくオフセット補正値を、一律に加算するオフセット補正が有効である。しかしながら、本発明は、このような補正手法に限るものではなく、第１素子温Ｔｉ０と第２素子温Ｔｒ０との差異に関する他のパラメータ（例えば比など）を用いて、素子温Ｔｒとヒータ抵抗Ｒとの関係を補正するものであってもよい。これは、以下の実施の形態についても同様である。

また、本実施の形態１では、素子温Ｔｒとヒータ抵抗Ｒとの関係を補正する場合について説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、他の手法により補正するものであってもよい。例えば、制御装置２０に記憶された第２素子温Ｔｒとヒータ抵抗Ｒとの関係に基づき、素子温Ｔｒを算出した後、第１、第２素子温Ｔｉ０、Ｔｒ０との差異に基づき算出された補正値により、素子温Ｔｒを補正するものであってもよいし、第１素子温Ｔｉ０と第２素子温Ｔｒ０との差異から検出されたヒータ抵抗Ｒに対する補正値を求め、ヒータ抵抗Ｒの検出値を補正するものであってもよい。これは、以下の実施の形態についても同様である。

また、本実施の形態１では、補正された素子温Ｔｒをセンサ素子の温度制御に用いる場合について説明した。しかし、素子温と排気ガス温度とは、ある程度連動して変化するため、素子温を正しく検出することで、排気ガス温度をある程度正しく推定することができる。従って、本実施の形態１におけるＮＯｘセンサ１４、１８や、空燃比センサ１６を、排気ガスの温度を検出する温度センサとして利用することができる。また、ここで補正された、ヒータ抵抗Ｒに基づく素子温Ｔｒを用いることで、より正確に、排気ガス温度を検出することができる。これは、以下の実施の形態についても同様である。

実施の形態２．
実施の形態２のシステム及びＮＯｘセンサの構成は、図１、図２において示したものと同じである。また、実施の形態２のシステムにおいても、素子温Ｔｒとヒータ抵抗Ｒとの関係を補正することで温度補正の制御を行うが、その補正の手法が実施の形態１のシステムとは異なる。

図６は、本発明の実施の形態２における温度補正を行う場合の制御について説明するためのタイミングチャートである。図６に示されるように、本実施の形態２のシステムでは、補正値算出のための、インピーダンスとヒータ抵抗Ｒの検出タイミングは、燃料カット運転中（図中、「Ｆ/Ｃ」と記載）とする。燃料カット運転中は排気温度が低いため、第１素子温Ｔｉ０と第２素子温Ｔｒ０との間に生じるずれを明確に検出しやすい状態となるためである。また、燃料カット運転中はＮＯｘ排出量が少ない。従って、ＮＯｘセンサ１４の補正値算出のため、ＮＯｘセンサ１４によるＮＯｘ量検出を停止しても、システムに与える影響は少ない。従って、本実施の形態２における補正値算出の制御は、燃料カット運転中に実行される。

また、本実施の形態２のシステムでは、補正値算出のため、燃料カット運転中において、ヒータ３８に電圧が印加されている状態と、電圧印加が停止されている状態を、交互に繰り返すヒータ３８のＯＮ/ＯＦＦ制御を行う。インピーダンスとヒータ抵抗Ｒとは、ヒータ３８のＯＮ/ＯＦＦ制御の間モニタリングされ、これにより、第１素子温Ｔｉ０と第２素子温Ｔｒ０との変化がそれぞれ求められ、両者の差異により補正値が検出される。

具体的に、図６のタイミングチャートに示されるように、時刻ａ１において、燃料カット運転が開始され、同時に、ヒータ３８がＯＦＦとされる。ヒータ３８のＯＦＦ後、素子温（実温）は次第に低下する。その後、時刻ａ２において、ヒータ３８は再びＯＮとされる。ヒータ３８がＯＮとされると再び、素子温（実温）は上昇し始める。更に、時刻ａ３においてヒータ３８は再びＯＦＦとされる。素子温（実温）は低下し始める。

上記のように、燃料カット運転中に、ヒータ３８のＯＮ/ＯＦＦ制御中することで、素子温を強制的に変動させる。この状態でインピーダンスとヒータ抵抗Ｒとを連続的に検出することで、第１素子温Ｔｉ０の変化と第２素子温Ｔｒ０の変化とを連続的に検出することができ、複数点における第１素子温Ｔｉ０と第２素子温Ｔｒ０とが求められる。

本実施の形態２では、例えば、この複数点における第１素子温Ｔｉ０と第２素子温Ｔｒ０との差を平均化することで、ヒータ抵抗Ｒと素子温Ｔｒとの関係を一律に補正するオフセット補正値Ｙ０を算出する。これによりヒータ抵抗Ｒと素子温Ｔｒとの関係をオフセット補正する。

また、オフセット補正値Ｙ０に加え、ヒータ抵抗Ｒに対する素子温Ｔｒの変化の割合（図４における線Ｔｒの傾き）を補正するゲイン補正を行う。具体的には、モニタリングされた第１素子温Ｔｉ０、第２素子温Ｔｒ０から、それぞれの変化の割合の平均値を求め、第２素子温Ｔｒ０の変化の割合に対する、第１素子温Ｔｉ０の変化の割合を算出する。これを、ゲイン補正値Ｚ０とし、ヒータ抵抗Ｒに対する素子温Ｔｒの変化の割合（図４の線Ｔｒの傾き）を補正することで、ヒータ抵抗Ｒと素子温Ｔｒとの関係がゲイン補正される。

例えば、ヒータ３８に酸化等が生じている場合、ヒータ３８を構成する材料の組成に変化が生じていることになる。このような場合、ヒータ抵抗Ｒに対する素子温Ｔｒの変化の割合にずれが生じることになる。本実施の形態２では、このようなずれをゲイン補正により修正することができる。

また、本実施の形態２においては、オフセット補正値Ｙ０（即ち、ずれ｜Ｔｉ０−Ｔｒ０｜の平均）だけでなく、ゲイン補正値Ｚ０も用いて、ＮＯｘセンサ１４の異常判定、及び、補正の必要な範囲かどうかの判定を行う。具体的には、上記のように算出されたオフセット補正値Ｙ０の絶対値｜Ｙ０｜が第１オフセット基準値Ｙ１より大きく、かつ、ゲイン補正値Ｚ０の絶対値Ｚ０が第１ゲイン基準値Ｚ１以上である場合に、ＮＯｘセンサ１４の異常と判定する。ここで、第１オフセット基準値Ｙ１と第１ゲイン基準値Ｚ１とのそれぞれは、素子温Ｔｒと素子温Ｔｉとのずれが許容範囲にあるか否かの判断の基準値であり、要求される温度制御の精度等に応じて個別に定められ、予め、制御装置２０に記憶される。

また、同様に、オフセット補正値Ｙ０の絶対値｜Ｙ０｜が第１オフセット補正値Ｙ１より小さく第２オフセット補正値Ｙ２以上であり、かつ、ゲイン補正値Ｚ０が第１オフセット補正値Ｚ１より小さく第２ゲイン補正値Ｚ２以上である場合に、素子温Ｔｒに生じたずれは許容範囲内とし、上記のようにヒータ抵抗Ｒと素子温Ｔｒとの関係を補正する。一方、オフセット補正値Ｙ０の絶対値｜Ｙ０｜が第２オフセット補正値Ｙ２より小さく、かつ、ゲイン補正値Ｚ０が第２ゲイン補正値Ｚ２より小さい場合には、素子温Ｔｒにずれは生じていないものと判断され、ＮＯｘセンサ１４は正常と判断される。なお、第２オフセット補正値Ｙ２と第２ゲイン補正値Ｚ２とのそれぞれは、補正が必要か否かの判断の基準値であり、要求される温度制御の精度等に応じて個別に定められ、予め、制御装置２０に記憶される。

図７は、本発明の実施の形態２において制御装置２０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。図７のルーチンは、内燃機関２の運転中、一定周期で繰り返し実行される。図７のルーチンは、ステップＳ２０２において、図５のステップＳ１０２と同様に、前提条件の成立が認められるか否かが判別され、成立が認められない場合には今回の処理が終了する。

一方、ステップＳ２０２において前提条件の成立が認められると、次に、燃料カット運転中であるか否かが判別される（Ｓ２０４）。ステップＳ２０４において燃料カット運転中であることが認められない場合には、今回の処理が終了する。

一方、ステップＳ２０４において燃料カット運転中であることが認められると、次に、ヒータ３８のＯＮ/ＯＦＦの制御が実行される（Ｓ２０６）。ここではヒータ３８へ電圧が印加されている状態と、ヒータ３８への電圧印加が停止している状態とが所定周期で繰り返される。

この状態で第１素子温Ｔｉ０と第２素子温Ｔｒ０とがモニタリングされる（Ｓ２０８）。第１素子温Ｔｉ０は、インピーダンスと素子温Ｔｉとの関係を定めたマップ等に従いインピーダンスに応じて求められる。一方、第２素子温Ｔｒ０は、ヒータ抵抗Ｒと素子温Ｔｒとの関係を定めたマップ等に従い、ヒータ抵抗Ｒに応じて求められる。

次に、第１素子温Ｔｉ０と第２素子温Ｔｒ０とのモニタリングが完了したか否かが判別される（Ｓ２１０）。つまり、ステップＳ２０８の第１素子温Ｔｉ０と第２素子温Ｔｒ０とのモニタリングが、各補正値Ｙ０、Ｚ０の算出に必要な程度に行われたか否かが判別される。具体的には、例えばモニタリング開始からの経過時間が、所定時間を越えたか等により判別できる。ステップＳ２１０において、第１、第２素子温Ｔｉ０、Ｔｒ０の検出完了が認められない場合、再びステップＳ２０４に戻され、上記の通りステップＳ２０４〜Ｓ２１０の処理が実行される。

一方、第１、第２素子温Ｔｉ０、Ｔｒ０の検出完了が認められると、次に、ヒータ３８のＯＮ／ＯＦＦの制御が停止される（Ｓ２１２）。次に、検出された第１、第２素子温Ｔｉ、Ｔｒから、第２素子温Ｔｒとヒータ３８の抵抗との関係を補正するオフセット補正値Ｙ０とゲイン補正値Ｚ０が算出される（Ｓ２１４）。オフセット補正値Ｙ０とゲイン補正値Ｚ０とは、制御装置２０の所定の処理により求められる。

次に、オフセット補正値Ｙ０の絶対値｜Ｙ０｜が第１オフセット基準値Ｙ１より小さく、かつ、ゲイン補正値Ｚ０が第１ゲイン基準値Ｚ１より小さいか否かが判別される（Ｓ２１６）。ここで、第１オフセット基準値Ｙ１、第１ゲイン基準値Ｚ１は、予め制御装置２０に記憶された値である。

ステップＳ２１６において、｜Ｙ０｜＜Ｙ１、かつ、Ｚ０＜Ｚ１の成立が認められない場合、ＮＯｘセンサ１４に異常有りと判別され（Ｓ２１８）、警告灯の点灯など所定の制御が実行された後、今回の処理は終了する。

一方、ステップＳ２１６において、｜Ｙ０｜＜Ｙ１、かつ、Ｚ０＜Ｚ１の成立が認められた場合、次に、オフセット基準値Ｙ０の絶対値｜Ｙ０｜が第２オフセット基準値Ｙ２より小さく、かつ、ゲイン補正値Ｚ０が、第２ゲイン基準値Ｚ２より小さいか否かが判別される（Ｓ２２０）。第２オフセット基準値Ｙ２及び第２ゲイン基準値Ｚ２は、予め制御装置２０に記憶された値である。

ステップＳ２２０において、｜Ｙ０｜＜Ｙ２、かつ、Ｚ０＜Ｚ２の成立が認められない場合、ヒータ抵抗Ｒと第２素子温Ｔｒとの関係が、オフセット補正値Ｙ０、ゲイン補正値Ｚ０により補正される（Ｓ２２２）。その後、今回の処理が終了する。

一方、ステップＳ２１８において、｜Ｙ０｜＜Ｙ２、かつ、Ｚ０＜Ｚ２の成立が認められた場合、第２素子温Ｔｒ０と第１素子温Ｔｉ０との間にずれはないか、あるいは、ずれは極小さいものであり、ＮＯｘセンサ１４は正常と判定される（Ｓ２２４）。この場合は、特に補正等を必要としないため、今回の処理はこのまま終了とされる。

以上説明したように、本実施の形態２によれば、燃料カット運転中に、ヒータ３８のＯＮ/ＯＦＦの制御により素子温を変化させることで、複数点における第１素子温Ｔｉ０、第２素子温Ｔｒ０の変化を検出する。これにより、より高い精度で、ＮＯｘセンサの異常を判定、あるいは、センサ素子の温度検出値の補正を行うことができる。

なお、本実施の形態２では、燃料カット運転中のタイミングで、第１、第２素子温Ｔｉ０、Ｔｒ０を検出して補正値を算出する場合について説明した。燃料カット中であれば、排気ガス温度やＮＯｘ濃度が低いため、制御影響を小さく抑えて、より正確に素子温Ｔｉ，Ｔｒのずれを検出することができるためである。しかし、本発明において、第１、第２素子温Ｔｉ０、Ｔｒ０のモニタリングは、このタイミングに限るものではなく、他の運転状態で行われるものであってもよい。ただし、排ガス温度が低く、ＮＯｘ排出量が少ない環境が好適であり、具体的に例えば、燃料カット運転中の他に、アイドルストップ制御における内燃機関２の停止時や、ＳＣＲシステムの尿素添加量が基準添加量より少ない場合などが好適である。

また、実施の形態２では、ヒータ３８のＯＮ/ＯＦＦ制御中にモニタリングされた第１、第２素子温Ｔｉ０、Ｔｒ０に基づき、オフセット補正値Ｙ０、ゲイン補正値Ｚ０を算出し、ヒータ抵抗Ｒと素子温Ｔｒとの関係をオフセット補正及びゲイン補正する場合について説明した。しかし、本発明において、補正の手法はこれに限るものではない。例えば、ヒータ３８のＯＮ/ＯＦＦ制御中の、２回以上の検出タイミングにおいて、第１、第２素子温Ｔｉ０、Ｔｒ０を求め、これにより、オフセット補正値Ｙ０とゲイン補正値Ｚ０を算出するものであってもよい。

また、オフセット補正、ゲイン補正を共に行うものに限らず、燃料カット中等の所定の条件下で、１回又は複数回、第１素子温Ｔｉ０、と第２素子温Ｔｒ０とを検出して、ヒータ抵抗Ｒと素子温Ｔｒとの関係に対し、オフセット補正又はゲイン補正のいずれかを行うものであってもよい。

また、その他、補正の方法はこれに限らず、１回又は複数回検出された第１素子温Ｔｉ０と第２素子温Ｔｒ０との差異（差や比など）に応じ、他の手法によりヒータ抵抗Ｒと素子温Ｔｒとの関係が補正されるものであればよい。

また、例えば補正の対象も、ヒータ抵抗Ｒと素子温Ｔｒとの関係に限らず、例えば、ヒータ３８抵抗Ｒの検出値を直接補正するものであってもよく、ヒータ抵抗Ｒと素子温Ｔｒとの関係に基づき算出された素子温Ｔｒを補正するものであってもよい。

実施の形態３．
実施の形態３のシステム及びＮＯｘセンサは、図１、図２のシステム及びＮＯｘセンサと同一の構成を有している。実施の形態３のシステムは、内燃機関２の停止中にヒータ３８に印加する電圧を段階的に変化させたときに検出される素子温に基づき、第２素子温Ｔｒの補正を行う点を除き、実施の形態２のシステムと同一の制御により第２素子温Ｔｒの補正を行う。

図８は、本発明の実施の形態３における制御について説明するためのタイミングチャートである。実施の形態３のシステムでは、内燃機関２が停止された時刻ａ１において、ヒータ３８が一度ＯＦＦとされた状態から、ヒータ３８への印加電圧が段階的に大きくなるように制御する。この状態では、ヒータ３８への印加電圧が一度小さくなるため、素子温（実温）は、内燃機関２の停止後から緩やかに下降した後、上昇していく。

なお、この段階的な電圧印加の制御においては、一定の割合で印加電圧を増加するものでなくてもよい。例えば外気温が高くなった場合には、増加分を小さくするなどの設定としてもよい。

このような制御中にインピーダンスとヒータ抵抗Ｒをモニタリングし、これに応じた第１、第２素子温Ｔｉ０，Ｔｒ０の変化をモニタリングする検出する。この制御中の第１、第２素子温Ｔｉ０，Ｔｒ０に応じて、実施の形態２の場合と同様に、オフセット補正値Ｙ０とゲイン補正値Ｚ０とを算出する。更に、オフセット補正値Ｙ０とゲイン補正値Ｚ０とに応じて、実施の形態２のシステムと同様に、ＮＯｘセンサ１４の異常を判定し、あるいはＮＯｘセンサ１４の出力補正を行う。

また、本実施の形態３の、印加電圧を上昇させる制御においては、排気経路４内に結露水が発生する温度を求め、この温度を上限温度として電圧印加を行う。つまり、電圧印加の制御中に素子温Ｔｉを検出し、素子温Ｔｉが上限温度より低い範囲内で、印加電圧を段階的に増加させる。

図９は、本発明の実施の形態３において設定される外気温に対する上限温度について説明するための図である。図９に示されるように、結露水の発生が予測される温度である上限温度は外気温と相関を有し、外気温が高くになるにつれて、上限温度も高くなる。具体的な図９に示されるような関係は、予め実験等により求められ、制御装置２０にマップ等として記憶される。上限温度は、このマップ等に基づいて、外気温に応じて設定される。

図１０は、本発明の実施の形態３において制御装置２０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。図１０のルーチンは、図７のルーチンのステップＳ２０２の後、ステップＳ２１２の処理の前に、Ｓ２０４〜Ｓ２１０に替えてＳ３０２〜Ｓ３１０の処理を有する点を除き、図７のルーチンと同じものである。図１０において、例えば、素子温が基準温度より高いなどの所定の前提条件の成立が認められた後、内燃機関２が停止したか否かが判別される（Ｓ３０２）。ステップＳ３０２において内燃機関２の停止が認められない場合、今回の処理は終了する。

一方、ステップＳ３０２において内燃機関２の停止が認められると、次に、外気温から、補正における上限温度が設定される（Ｓ３０４）。上限温度は、次回始動時に結露水を発生させない、又は結露水が発生して被水した場合であってもＮＯｘセンサ１４の劣化を抑制するための温度であり、予め制御装置２０記憶された外気温と上限温度との関係に基づき、外気温に応じた上限温度が設定される。

次に、ヒータ３８への電圧制御が開始される（Ｓ３０６）。具体的には、現在の印加電圧から段階的に、印加電圧が変化するように制御される。また、印加電圧は、外気温に応じて調整される。

次に、ヒータ３８への印加電圧が制御されている環境下で、第１素子温Ｔｉ０、第２素子温Ｔｒ０がモニタリングされる（Ｓ３０８）。即ち、印加電圧制御中をインピーダンスとヒータ抵抗との連続的な検出タイミングとし、インピーダンスに応じて第１素子温Ｔｉ０が連続的に検出され、ヒータ抵抗Ｒに応じて第２素子温Ｔｒ０が連続的に検出される。

次に、現在の第１素子温Ｔｉ０が、上限温度より高くなっているか否かが判別される（Ｓ３１０）。ここで上限温度はステップＳ３０４において設定された温度である。ステップＳ３１０において、第１素子温Ｔｉ０＞上限温度の成立が認められない場合には、ステップＳ３０８に戻される。即ち、ステップＳ３１０において、第１素子温Ｔｉ０＞上限温度の成立が認められるまでの間、ヒータ３８への印加電圧の段階的な制御がなされている環境下で、第１、第２素子温Ｔｉ０、Ｔｒ０のモニタリングが行われる。

一方、ステップＳ３１０において、第１素子温Ｔｉ０＞上限温度の成立が認められると、図７ルーチンのＳ２１２〜Ｓ２２４の処理が同様に行われる。これにより、ヒータ３８への印加電圧が段階的に強くされる環境下でモニタリングされた第１素子温Ｔｉ０、第２素子温Ｔｒ０により、ＮＯｘセンサ１４の異常が検出され、あるいは必要に応じて、素子温Ｔｒの補正が行われる。

以上説明したように、本実施の形態３によれば、補正時の結露水の発生が抑制された環境下で、素子温Ｔｒを、第１素子温Ｔｉ０、第２素子温Ｔｒ０に基づき補正することができる。

なお、本実施の形態３では、上限温度を外気温に応じて設定することについて説明したが、上限温度を設定するパラメータは外気温に限るものではない。例えば、内燃機関２の冷却水や、排気ガス温度に応じて設定されるものであってもよい。また、外気温や冷却水や排気ガス温度を含め、複数のパラメータにより、上限温度が設定されるものであってもよい。

また、本実施の形態３では、ヒータ３８への印加電圧を制御することで、素子温が次第に上昇するように制御する場合について説明した。しかし、本発明においては、印加電圧を制御するものに限るものではなく、ヒータ３８への供給電力や電流を制御するものなどであってもよい。

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、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造や製造工程等は、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。

２ 内燃機関
４ 排気経路
８ ＳＣＲシステム
１０ 尿素水噴射弁
１２ ＮＯｘ触媒
１４ ＮＯｘセンサ
１６ 空燃比センサ
１８ ＮＯｘセンサ
２０ 制御装置
３０ 固体電解質
３２ 検出極
３４ 基準極
３６ 絶縁基材
３８ ヒータ

Claims (10)

1. 内燃機関の排気経路に配置される排気ガスセンサを制御する、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、
   固体電解質と、
   前記固体電解質を挟んで配置された一対の電極と、
   前記排気ガスセンサのセンサ素子を加熱するヒータと、を備え、
   前記排気ガスセンサの制御装置は、
   前記固体電解質のインピーダンスに応じて、前記センサ素子の温度を推定する第１手段と、
   前記ヒータの抵抗に応じて、前記センサ素子の温度を推定する第２手段と、
   所定の検出タイミングに検出された前記インピーダンスに応じて前記第１手段により推定された第１素子温と、前記所定の検出タイミングに対応するタイミングに検出された前記ヒータの抵抗に応じて前記第２手段により推定された第２素子温と、の差異に応じて、前記第２手段により推定される前記センサ素子の温度を補正する補正手段と、
   を備えることを特徴とする排気ガスセンサの制御装置。
2. 前記第２手段は、前記ヒータの抵抗と前記センサ素子の温度との関係に基づいて、前記センサ素子の温度を推定し、
   前記補正手段は、前記ヒータの抵抗と前記センサ素子の温度との関係を、前記第１素子温と前記第２素子温との差異に応じて補正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。
3. 前記所定の検出タイミングは、前記センサ素子の温度が基準温度より高い間のタイミングであることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガスセンサの制御装置。
4. 前記所定の検出タイミングは、
   前記内燃機関の燃料カット運転中、又は、前記内燃機関のアイドルストップ制御における停止中、又は、前記排気経路に設置された尿素ＳＣＲシステムの尿素水添加弁からの尿素水添加量が基準添加量より少ない内燃機関の運転状態の間のタイミングであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の排気ガスセンサの制御装置。
5. 前記ヒータへ電力が供給されている状態と電力供給が停止している状態とが交互に実現されるヒータＯＮ／ＯＦＦ制御を行う手段を、更に備え、
   前記所定の検出タイミングは、前記ヒータＯＮ／ＯＦＦ制御中のタイミングであ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。
6. 内燃機関の運転停止中に、外気温又は排気ガス温度又は内燃機関の冷却水の温度に応じて、前記センサ素子の温度の上限値である上限温度を設定する手段と、
   前記センサ素子の温度が上限温度より低いときに、前記ヒータへの供給電力を段階的に上昇させる電力制御を行う手段と、を更に備え、
   前記所定の検出タイミングは、前記内燃機関の停止中であって、かつ、前記電力制御中のタイミングであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の排気ガスセンサの制御装置。
7. 前記所定の検出タイミングは、異なる複数回のタイミングであって、
   前記補正手段は、複数回の前記所定の検出タイミング間での、前記第１素子温の変化の割合に応じて、前記第２手段によって推定される前記センサ素子の温度の、前記ヒータの抵抗に対する変化の割合を補正することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の排気ガスセンサの制御装置。
8. 前記第１素子温と前記第２素子温との差異が基準値を超えている場合、前記排気ガスセンサの異常と判定する手段を、更に備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の排気ガスセンサの制御装置。
9. 前記排気ガスセンサの制御装置は、前記排気経路の触媒の上流に設置された第１排気ガスセンサと、前記触媒下流に設置された第２排気ガスセンサとの、２つの排気ガスセンサを制御する制御装置であって、
   前記第２手段により推定される前記第１排気ガスセンサのセンサ素子の温度と、前記第２手段により推定される、前記第２排気ガスセンサのセンサ素子の温度との差異が、基準値を超えている場合、前記第１排気ガスセンサ及び前記第２排気ガスセンサの少なくとも一方の異常と判定する手段を、更に備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の排気ガスセンサの制御装置。
10. 前記排気ガスセンサは、前記排気経路の排気ガス中のＮＯｘ量を検出するためのＮＯｘセンサであることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の排気ガスセンサの制御装置。

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