JP6819538B2 - ガスセンサ制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ガスセンサ制御装置に関するものである。
内燃機関の排気などの被検出ガス中の特定ガス成分の濃度を検出するガスセンサとして、ＮＯｘ（窒素酸化物）濃度を検出するＮＯｘセンサが知られている。ＮＯｘセンサは、例えば特許文献１に記載されるように、ポンプセル、モニタセル及びセンサセルからなる３セル構造を有しており、ポンプセルは、ガス室内に導入された排気中の酸素の排出又は汲み出しを行い、モニタセルは、ポンプセル通過後のガス室内の残留酸素濃度を検出し、センサセルは、ポンプセルを通過した後のガスからＮＯｘ濃度を検出する。
ＮＯｘセンサが劣化すると正確なＮＯｘ濃度が検出できなくなり、その結果、ＮＯｘセンサが自動車の排気系に設置される場合には排気エミッションが悪化するなどの不具合が生じるおそれがある。そこで従来、ＮＯｘセンサの劣化診断手法が提案されており、例えば特許文献１には、ポンプセルへの印加電圧を強制的に切り替えて、このときのセンサセル出力の変化量に基づいてＮＯｘセンサの劣化を診断する手法が開示されている。
特開２００９−１７５０１３号公報
ところで、上記従来の劣化診断手法は、ポンプセル印加電圧の切り替えによりガス室内の残留酸素濃度を意図的に増加させ、その酸素濃度の変化に伴うセンサセルの過渡応答に基づきセンサセルの劣化診断を実施するものであるが、劣化診断の終了後には、ガス室内の酸素濃度が過多の状態にあるため、劣化診断後にＮＯｘ濃度の検出を開始する場合において検出精度に悪影響が及ぶことが懸念される。また、ガス室内を所望の低酸素濃度にするには時間を要するため、ＮＯｘ濃度の検出開始が遅れることが懸念される。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、ガスセンサの劣化判定のための酸素濃度増加後において適正なる濃度検出を実施することができるガスセンサ制御装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本手段は、
ガス室（６１）内に導入された被検出ガス中の酸素濃度を電圧印加により調整するポンプセル（４１）と、前記ポンプセルにより酸素濃度が調整された後の前記被検出ガスから特定ガス成分の濃度を検出するセンサセル（４２）とを有するガスセンサ（２１〜２３）に適用され、前記ガスセンサに関する制御を実施するガスセンサ制御装置（３１〜３３，３５）であって、
前記ポンプセルに印加されるポンプセル印加電圧を、第１電圧からその第１電圧よりも低い第２電圧に切り替える第１電圧切替部と、
前記第１電圧切替部により前記ポンプセル印加電圧が前記第１電圧から前記第２電圧に切り替えられる場合に、前記ガスセンサの劣化を判定するための劣化判定パラメータを前記センサセルの出力に基づいて取得し、その劣化判定パラメータに基づいて、前記ガスセンサの劣化判定を実施する劣化判定処理部と、
前記劣化判定処理部によるパラメータ取得又は劣化判定の処理後において、前記ポンプセル印加電圧を、前記第１電圧よりも高い第３電圧に切り替える第２電圧切替部と、
を備える。
上記構成では、ガスセンサの劣化判定に際し、ポンプセル印加電圧が、第１電圧からその第１電圧よりも低い第２電圧に切り替えられる。そして、ポンプセル印加電圧が第１電圧から第２電圧に切り替えられた状態で、ガスセンサの劣化判定のための劣化判定パラメータがセンサセルの出力に基づいて取得され、その劣化判定パラメータに基づいて、ガスセンサの劣化判定が実施される。かかる場合、ポンプセル印加電圧が低電圧側に切り替えられると、酸素くみ出し量が減り、ガス室内の酸素濃度が増加する。そのため、パラメータ取得後又は劣化判定後においては、ガス室内が酸素過多の状態になり、その後に特定ガス成分の濃度検出が行われる場合に、その濃度検出に悪影響が及ぶことが懸念される。
この点、上記構成によれば、パラメータ取得又は劣化判定の処理後において、ポンプセル印加電圧が劣化判定開始前の第１電圧よりも高い第３電圧に切り替えられる。そのため、パラメータ取得又は劣化判定の処理後においてガス室内での酸素過多状態がいち早く解消され、その処理後に特定ガス成分の濃度検出が行われる場合において、検出精度が低下したり、濃度検出開始が過剰に遅れたりするといった不都合を抑制できる。その結果、ガスセンサの劣化判定のための酸素濃度増加後において適正なる濃度検出を実施することができる。
なお、「劣化判定処理部によるパラメータ取得又は劣化判定の処理後」は、パラメータ取得を完了した後又はセンサ劣化判定を完了した後である以外に、パラメータ取得の実施途中又はセンサ劣化判定の実施途中でその処理が中断された後を含むものとしている。
エンジン排気系のシステム構成を示す図。 ＮＯｘセンサの構成を示す断面図。 図２のIII−III断面を示す断面図。 ＮＯｘセンサの劣化に伴うセンサセル出力の過渡特性の変化を説明するための図。 ＳＣＵ及びＥＣＵの機能ブロック図。 センサセルの劣化判定の処理手順を示すフローチャート。 反応速度比と劣化率との関係を示す図。 ポンプセル印加電圧の切替に伴うセンサセル電流の変化を示すタイムチャート。 （ａ）はポンプセル電流の変化量ΔＩｐと第３電圧Ｖ３との関係を示す図、（ｂ）はポンプセル電流の変化量ΔＩｐと電圧印加時間Ｔａとの関係を示す図。 劣化判定時におけるポンプセル印加電圧とセンサセル電流との変化を示すタイムチャート。 他のＮＯｘセンサの構成を示す断面図。
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、車載のディーゼルエンジンから排出される排気を被検出ガスとし、その排気中のＮＯｘ濃度をＮＯｘセンサにより検出するシステムにおいて、ＮＯｘセンサに関する制御を実施するガスセンサ制御装置を具体化するものとしている。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一又は均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
図１に示すように、ディーゼルエンジンであるエンジン１０の排気側には、排気を浄化する排気浄化システムが設けられている。排気浄化システムの構成として、エンジン１０には排気通路を形成する排気管１１が接続されており、その排気管１１には、エンジン１０側から順に酸化触媒コンバータ１２と選択還元触媒コンバータ（以下、ＳＣＲ触媒コンバータ１３という）とが設けられている。酸化触媒コンバータ１２は、ディーゼル酸化触媒１４と、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１５とを有している。ＳＣＲ触媒コンバータ１３は、選択還元型の触媒としてＳＣＲ触媒１６を有している。また、排気管１１において酸化触媒コンバータ１２とＳＣＲ触媒コンバータ１３との間には、還元剤としての尿素水（尿素水溶液）を排気管１１内に添加供給するための尿素水添加弁１７が設けられている。
酸化触媒コンバータ１２において、ディーゼル酸化触媒１４は、主としてセラミック製の担体と、酸化アルミニウム、二酸化セリウム及び二酸化ジルコニウムを成分とする酸化物混合物、並びに白金、パラジウム、ロジウムといった貴金属触媒で構成されている。ディーゼル酸化触媒１４は、排気に含まれる炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物などを酸化させ浄化する。また、ディーゼル酸化触媒１４は、触媒反応の際に発生する熱により排気温度を上昇させる。
ＤＰＦ１５は、ハニカム構造体により形成され、多孔質セラミックに白金やパラジウムなどの白金族触媒が担持されることで構成されている。ＤＰＦ１５は、排気中に含まれる粒子状物質をハニカム構造体の隔壁に堆積させることで捕集する。堆積した粒子状物質は、燃焼によって酸化され浄化される。この燃焼には、ディーゼル酸化触媒１４における温度上昇や、添加剤による粒子状物質の燃焼温度低下が利用される。
ＳＣＲ触媒コンバータ１３は、酸化触媒コンバータ１２の後処理装置としてＮＯｘを窒素と水に還元する装置であって、ＳＣＲ触媒１６としては、例えばゼオライト又はアルミナなどの基材表面にＰｔなどの貴金属を担持した触媒が用いられる。ＳＣＲ触媒１６は、触媒温度が活性温度域にある場合に、還元剤としての尿素が添加されることによりＮＯｘを還元浄化する。
排気管１１において、酸化触媒コンバータ１２の上流側、酸化触媒コンバータ１２とＳＣＲ触媒コンバータ１３との間であって尿素水添加弁１７の上流側、ＳＣＲ触媒コンバータ１３の下流側には、ガスセンサとして限界電流式のＮＯｘセンサ２１，２２，２３がそれぞれ設けられている。ＮＯｘセンサ２１〜２３は、それぞれの検出位置において排気中のＮＯｘ濃度を検出する。なお、エンジン排気系におけるＮＯｘセンサの位置及び個数は任意でよい。
ＮＯｘセンサ２１〜２３には、それぞれＳＣＵ（Sensor Control Unit）３１，３２，３３が接続されており、ＮＯｘセンサ２１〜２３の検出信号は、センサごとにＳＣＵ３１〜３３に適宜出力される。ＳＣＵ３１〜３３は、ＣＰＵや各種メモリを有するマイコンとその周辺回路とを具備する電子制御装置であり、ＮＯｘセンサ２１〜２３の検出信号（限界電流信号）に基づいて、排気中の酸素（Ｏ２）濃度や特定ガス成分の濃度としてのＮＯｘ濃度等を算出する。
ＳＣＵ３１〜３３は、ＣＡＮバス等の通信線３４に接続され、その通信線３４を介して各種ＥＣＵ（例えばエンジンＥＣＵ３５）に接続されている。つまり、ＳＣＵ３１〜３３とエンジンＥＣＵ３５とは通信線３４を用いて相互に情報の授受が可能となっている。ＳＣＵ３１〜３３からエンジンＥＣＵ３５に対しては、例えば排気中の酸素濃度やＮＯｘ濃度の情報が送信される。エンジンＥＣＵ３５は、ＣＰＵや各種メモリを有するマイコンとその周辺回路とを具備する電子制御装置であり、エンジン１０や排気系の各種装置を制御する。エンジンＥＣＵ３５は、例えばアクセル開度やエンジン回転速度に基づいて燃料噴射制御等を実施する。
また、エンジンＥＣＵ３５は、各ＮＯｘセンサ２１〜２３により検出されるＮＯｘ濃度に基づいて、尿素水添加弁１７による尿素水添加の制御を実施する。その尿素水添加の制御を略述すると、エンジンＥＣＵ３５は、ＳＣＲ触媒コンバータ１３の上流側のＮＯｘセンサ２１，２２により検出されるＮＯｘ濃度に基づいて尿素水添加量を算出するとともに、ＳＣＲ触媒コンバータ１３の下流側のＮＯｘセンサ２３により検出されるＮＯｘ濃度が極力小さい値となるように尿素水添加量をフィードバック補正する。そして、その尿素水添加量に基づいて、尿素水添加弁１７の駆動を制御する。
上記に加え、エンジンＥＣＵ３５は、車両の減速時、すなわちアクセルオフ時に燃料噴射弁による燃料噴射を停止する燃料カットを実施する一方で、車両走行状態等に応じてエンジン１０の自動停止及び再始動を行う、いわゆるアイドリングストップ制御を実施する。燃料カットにより、一時的な燃料噴射の停止が行われ、エンジン自動停止により、エンジン１０の一時的な運転停止が行われる。アイドリングストップ制御は、周知のとおり車速やアクセル操作、ブレーキ操作に関する所定の自動停止条件の成立によりエンジンを自動停止させ、かつその自動停止状態下で、アクセル操作やブレーキ操作に関する所定の再始動条件の成立によりエンジンを再始動させるものである。
次に、ＮＯｘセンサ２１〜２３の構成について説明する。各ＮＯｘセンサ２１〜２３はいずれも同じ構成を有しており、ここではＮＯｘセンサ２１についてその構成を説明する。図２及び図３は、ＮＯｘセンサ２１を構成するセンサ素子４０の内部構造を示す図である。なお、図の左右方向がセンサ素子４０の長手方向であり、図の左側が素子先端側である。センサ素子４０は、ポンプセル４１、センサセル４２及びモニタセル４３からなる、いわゆる３セル構造を有している。なお、モニタセル４３は、ポンプセル４１同様、ガス中の酸素排出の機能を具備しており、補助ポンプセル又は第２ポンプセルと称される場合もある。
センサ素子４０は、アルミナ等の絶縁体よりなる第１本体部５１及び第２本体部５２と、それら本体部５１，５２の間に配置される固体電解質体５３と、拡散抵抗体５４と、ポンプセル電極５５と、センサセル電極５６と、モニタセル電極５７と、共通電極５８と、ヒータ５９とを備えている。第１本体部５１と固体電解質体５３との間に、濃度計側室であるガス室６１が形成され、第２本体部５２と固体電解質体５３との間に、基準ガス室である大気室６２が形成されている。
ポンプセル４１は、ガス室６１内に導入された排気中の酸素濃度を調整するものであり、ポンプセル電極５５と共通電極５８と固体電解質体５３の一部とにより形成されている。センサセル４２は、センサセル電極５６と共通電極５８との間に流れる酸素イオン電流に基づいてガス室６１における所定のガス成分の濃度（ＮＯｘ濃度）を検出するものであり、センサセル電極５６と共通電極５８と固体電解質体５３の一部とにより形成されている。モニタセル４３は、モニタセル電極５７と共通電極５８との間に流れる酸素イオン電流に基づいてガス室６１における残留酸素濃度を検出するものであり、モニタセル電極５７と共通電極５８と固体電解質体５３の一部とにより形成されている。
固体電解質体５３は板状の部材であって、酸化ジルコニア等の酸素イオン伝導性固体電解質材料によって構成されている。第１本体部５１と第２本体部５２とは、固体電解質体５３を挟んでその両側に配置されている。第１本体部５１は、固体電解質体５３の側が段差状となっており、その段差により形成された凹部がガス室６１となっている。第１本体部５１の凹部の一側面は開放されており、その開放された一側面に拡散抵抗体５４が配置されている。拡散抵抗体５４は、多孔質材料又は細孔が形成された材料よりなる。拡散抵抗体５４の作用により、ガス室６１に導入される排気の速度が律せされる。
第２本体部５２も同様に、固体電解質体５３の側が段差状となっており、その段差により形成された凹部が大気室６２なっている。大気室６２の一側面は開放されている。固体電解質体５３側から大気室６２内に導入される気体は大気に放出される。
固体電解質体５３においてガス室６１に臨む面には、陰極側のポンプセル電極５５とセンサセル電極５６とモニタセル電極５７とが設けられている。この場合、ポンプセル電極５５は、拡散抵抗体５４に近いガス室６１の入口側、すなわちガス室６１内の上流側に配置され、センサセル電極５６及びモニタセル電極５７は、ポンプセル電極５５を挟んで拡散抵抗体５４の反対側、すなわちガス室６１内の下流側に配置されている。ポンプセル電極５５は、センサセル電極５６及びモニタセル電極５７に比べて大きい表面積を有する。センサセル電極５６及びモニタセル電極５７は、互いに近接した位置であって、排気の流れ方向に対して同等となる位置に並べて配置されている。ポンプセル電極５５とモニタセル電極５７とは、ＮＯｘに不活性なＡｕ−Ｐｔ等の貴金属からなる電極（ＮＯｘを分解し難い電極）であるのに対し、センサセル電極５６はＮＯｘに活性な白金Ｐｔ、ロジウムＲｈ等の貴金属からなる電極である。
また、固体電解質体５３において大気室６２に臨む面には、陰極側の各電極５５〜５７に対応する位置に、陽極側となる共通電極５８が設けられている。
ポンプセル電極５５と共通電極５８との間に電圧が印加されると、ガス室６１内の排気中に含まれる酸素が陰極側のポンプセル電極５５にてイオン化される。そして、酸素イオンが陽極側の共通電極５８に向けて固体電解質体５３内を移動し、共通電極５８において電荷が放出されることで酸素となり、大気室６２に排出される。これにより、ガス室６１内が所定の低酸素状態に保持される。
ポンプセル４１の印加電圧（すなわちポンプセル電極５５と共通電極５８との間の印加電圧）が高いほど、ポンプセル４１によって排気中から排出される酸素の量が多くなる。逆にポンプセル４１の印加電圧が低いほど、ポンプセル４１によって排気から排出される酸素の量が少なくなる。したがって、ポンプセル４１の印加電圧を増減することで、後段のセンサセル４２及びモニタセル４３に流れる排気中の残留酸素の量を増減させることができる。本実施形態では、ポンプセル４１に印加される電圧をポンプセル印加電圧Ｖｐとし、ポンプセル４１の電圧印加状態で出力される電流をポンプセル電流Ｉｐとする。
モニタセル４３は、ポンプセル４１により酸素が排出された状態でガス室６１内に残留する酸素濃度を検出する。このとき、モニタセル４３は、残留酸素濃度の検出信号として、電圧印加に伴い生じる電流信号、又はガス室６１内の残留酸素濃度に応じた起電力信号を出力する。モニタセル４３の出力は、ＳＣＵ３１〜３３においてモニタセル電流Ｉｍ、又はモニタセル起電力Ｖｍとして取得される。
センサセル４２は、ポンプセル４１により酸素が排出された状態で、電圧印加に伴い排気中のＮＯｘを還元分解し、ガス室６１内のＮＯｘ濃度及び残留酸素濃度に応じた電流信号を出力する。センサセル４２の出力は、ＳＣＵ３１〜３３においてセンサセル電流Ｉｓとして取得される。ＳＣＵ３１〜３３では、センサセル電流Ｉｓにより、排気中のＮＯｘ濃度が算出される。
ところで、センサセル４２では、経年劣化等の影響によって、排気中の被検出ガスの濃度が同一であっても、その出力であるセンサセル電流Ｉｓの過渡応答性が変化する傾向がある。この傾向について図４を参照して説明する。図４には、（ａ）ポンプセル印加電圧Ｖｐ、（ｂ）ポンプセル電流Ｉｐ、（ｃ）センサセル電流Ｉｓの時間推移が模式的に示されている。
図４において、時刻ｔ１以前はポンプセル印加電圧Ｖｐが第１電圧Ｖ１であり、ポンプセル４１によって酸素が汲み出されていることにより、ガス室６１内が所定の低酸素濃度の状態になっている。この状態は、ＮＯｘ濃度検出を可能とする状態である。
そして、時刻ｔ１では、ポンプセル印加電圧Ｖｐが第１電圧Ｖ１からそれよりも低電圧の第２電圧Ｖ２にステップ状に切り替えられている（Ｖ１＞Ｖ２）。これにより、ポンプセル電流Ｉｐが減少する側に変化し、ガス室６１内の残留酸素濃度が増大される。このとき、ポンプセル電流Ｉｐは、Ｉｐ１からテーリングを伴って変化し、Ｉｐ２に収束する。センサセル４２では、残留酸素濃度の増大に応じて、センサセル電流Ｉｓが過渡応答を経て定常値まで増大する。
図４（ｃ）には、ポンプセル印加電圧Ｖｐの低減に応じたセンサセル電流Ｉｓの過渡応答特性が、ＮＯｘセンサ製造時の特性（初期特性）と、ＮＯｘセンサ劣化時の特性（劣化後特性）との２種類で示されている。実線が初期特性を示し、一点鎖線が劣化時特性を示す。図４（ｃ）には、センサセル４２に供給される排気が同一の酸素濃度である場合において、センサセル電流Ｉｓの初期特性と劣化時特性とに差異が生じることが示されている。この場合、第一に、劣化時特性の定常値が初期特性の定常値より低減する傾向がある。第二に、劣化時特性の立ち上がりが初期特性のものより遅くなる傾向がある。例えば過渡変化中の所定期間での間の特性の傾きをみると、劣化時特性の傾きＡ１は、初期特性の傾きＡ０より緩くなる。これらの傾向は、センサセル４２の劣化が進むほど顕著になる。
このように、センサセル４２は初期特性から劣化すると出力値に上記傾向が現れるため、本実施形態では、その出力値に基づいてセンサセル４２の劣化判定を行っている。当該劣化判定に基づきセンサセル４２の劣化状態を確認する。そして、これによりＮＯｘ濃度検出の精度を向上させ、排気エミッションの悪化を抑制することができる。
ここで、センサセル４２の劣化判定時には、ポンプセル印加電圧Ｖｐが、ガス室６１内の酸素濃度を増やす側、すなわち低電圧側に切り替えられる。そのため、劣化判定後においては、ガス室６１内が酸素過多の状態になり、その後にＮＯｘ濃度の検出が行われる場合に、その濃度検出に悪影響が及ぶことが懸念される。そこで本実施形態では、センサセル４２の劣化判定後において、ポンプセル印加電圧Ｖｐを、劣化判定のための電圧切替前の電圧（第１電圧Ｖ１）よりも高い電圧（第３電圧Ｖ３）に切り替えることとし、これにより、劣化判定後においてガス室６１内での酸素過多状態をいち早く解消し、適正なる濃度検出を早期に開始できるようにしている。
図５は、各ＳＣＵ３１〜３３の機能を説明するための機能ブロック図である。各ＳＣＵ３１〜３３は、ポンプセル印加電圧Ｖｐを、第１電圧Ｖ１からその第１電圧Ｖ１よりも低い第２電圧Ｖ２に切り替える第１電圧切替部Ｍ１１と、第１電圧切替部Ｍ１１によりポンプセル印加電圧Ｖｐが第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２に切り替えられる場合に、センサ劣化判定のための劣化判定パラメータをセンサセル電流Ｉｓに基づいて取得し、そのセンサセル電流Ｉｓに基づいて、ＮＯｘセンサ２１〜２３の劣化判定を実施する劣化判定処理部Ｍ１２と、劣化判定処理部Ｍ１２による劣化判定後において、ポンプセル印加電圧Ｖｐを、第１電圧Ｖ１よりも高い第３電圧Ｖ３に切り替える第２電圧切替部Ｍ１３と、を備えている。なお本実施形態では、ＮＯｘセンサ２１〜２３の劣化判定として、センサセル４２の劣化判定を実施することとしている。
第１電圧切替部Ｍ１１は、センサセル４２の劣化判定の実施に際し、ガス室６１内の酸素濃度を増やすべく、ポンプセル印加電圧Ｖｐを、第１電圧Ｖ１からその第１電圧Ｖ１よりも低い第２電圧Ｖ２に切り替える処理を実施する。なお本実施形態では、ポンプセル印加電圧Ｖｐをステップ状に切り替えるようにしているが、電圧変化波形はステップ波形以外であってもよい。ただし、初期特性との比較により劣化判定が行われるため、初期特性の計測時と電圧変化波形を同じにすることが好ましい。
劣化判定処理部Ｍ１２は、センサセル４２の劣化判定処理として、第１電圧切替部Ｍ１１によるポンプセル印加電圧Ｖｐの切り替えに伴うセンサセル電流Ｉｓの過渡変化時の傾きに基づいて、センサセル４２の劣化率Ｃを算出する。本実施形態では、センサセル４２の劣化判定パラメータとして、単位時間Δｔに対する電流変化量ΔＩｓにより、過渡変化の傾きを算出する。なお、劣化判定パラメータとして、他のパラメータを用いることも可能であり、例えば過渡変化の所定期間内の電流変化量ΔＩｓや、電流収束後のセンサセル電流Ｉｓを（収束後電流）を用いることが可能である。
ちなみに、センサセル４２は、通常のＮＯｘ濃度検出時においてｎＡオーダレベルでセンサセル電流Ｉｓを検出する一方、劣化判定のためのポンプセル印加電圧Ｖｐの切替時には、残留酸素濃度が増加することでμＡオーダレベルでセンサセル電流Ｉｓを検出する。この場合、いずれにおいても電流検出の分解能を高めるべく、ＮＯｘ濃度検出時と劣化判定時とでＳＣＵ３１〜３３におけるＡ／Ｄ変換の電流処理範囲が切り替えられるとよい。劣化判定時には、ＮＯｘ濃度検出時に比べて電流処理範囲が拡張されるとよい。
また、第２電圧切替部Ｍ１３は、センサセル４２の劣化判定の終了後に、ガス室６１内の酸素濃度を減らすべく、ポンプセル印加電圧Ｖｐを、第２電圧Ｖ２から第１電圧Ｖ１（第１切替処理までの電圧）よりも高い第３電圧Ｖ３に切り替える処理を実施する。この電圧切替により、劣化判定後においてガス室６１の酸素が早期に排出されるようになっている。
また、エンジンＥＣＵ３５は、各ＳＣＵ３１〜３３の劣化判定結果に基づいてエミッション悪化による異常を判定する異常判定部Ｍ２１を有している。異常判定部Ｍ２１は、各ＳＣＵ３１〜３３の劣化判定処理部Ｍ１２にて算出されたセンサセル４２の劣化率Ｃに基づいて、エンジンエミッションの異常を判定する。なお、センサセル４２の劣化率Ｃに加えて、ＮＯｘセンサ２１〜２３の出力、他のセンサ類からの各種センサ情報、エンジン運転状態等を総合的に考慮してエミッション異常を判定する構成であってもよい。
ＮＯｘセンサ２１〜２３に関する劣化判定とエミッション異常判定は、その両方がＳＣＵ３１〜３３により実施されてもよく、又はその両方がエンジンＥＣＵ３５により実施されてもよい。なお、エミッション異常判定は、ＮＯｘセンサ２１〜２３の劣化度合い以外の要素を用いて実施されるのが望ましい。そのため、ＳＣＵ３１〜３３の劣化判定の情報をエンジンＥＣＵ３５に送り、当該劣化判定の情報と上述した各種センサ情報、エンジン運転状態等とを合わせてエンジンＥＣＵ３５により異常判定を実施することが好ましい。
次に、図６のフローチャートを参照してセンサセル４２の劣化判定の処理手順を説明する。図６に示す処理は、図５に記載したＳＣＵ３１〜３３の各機能を実現するための演算処理であり、各ＳＣＵ３１〜３３において例えば所定周期ごとに実施される。
ステップＳ１１では、劣化判定の実施条件が成立しているか否かを判定する。本実施条件としては、例えば、劣化判定の実施を許可する旨の許可信号をエンジンＥＣＵ３５から受信していることが含まれる。エンジンＥＣＵ３５は、排気管１１内におけるガス環境が安定している所定環境下である場合に許可信号を送信する。具体的には、エンジンＥＣＵ３５は、エンジン１０が所定運転状態にあり排気の量が比較的安定している場合、燃料カット中である場合、エンジン１０の自動停止中である場合、イグニションスイッチのオフ直後（ＩＧオフ直後）である場合、又はソークタイマによるエンジンＥＣＵ３５の起動中である場合に、許可信号を送信する。劣化判定の実施条件が成立していれば、後続のステップＳ１２に進み、実施条件が成立していなければ、本処理を終了する。なお、劣化判定が実施された後に再度実施される場合にも、ステップＳ１１が肯定される。
ステップＳ１２では、第１電圧切替の実施前、すなわちポンプセル印加電圧Ｖｐが第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２に切り替えられる以前であるか否かを判定する。そして、第１電圧切替の実施前であれば、ステップＳ１３に進み、第１電圧切替の実施前でなければ、ステップＳ１６に進む。なお、ステップＳ１２では、排気中の酸素濃度やＮＯｘ濃度が所定の安定状態になっているか否かを判定し、安定状態になっていなければ、そのまま本処理を一旦終了する構成であってもよい。具体的には、排気中の酸素濃度やＮＯｘ濃度について単位時間当たりの変動量が所定以下であるか否か、排気中の酸素濃度やＮＯｘ濃度が所定の濃度範囲に入っているか否かが判定されるとよい。
ステップＳ１３では、ＮＯｘセンサ２１〜２３（電圧切替を行う対象のＮＯｘセンサ）によるＮＯｘ濃度の検出を禁止する。その後、ステップＳ１４では、第１電圧切替前、すなわちポンプセル印加電圧Ｖｐが第１電圧Ｖ１である状態でのポンプセル出力であるポンプセル電流Ｉｐ１を検出する。ステップＳ１５では、ポンプセル印加電圧Ｖｐを第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２に切り替える。
第１電圧切替の実施後において、ステップＳ１６では、今現在のポンプセル印加電圧Ｖｐが第２電圧Ｖ２であるか否かを判定する。そして、ポンプセル印加電圧Ｖｐが第２電圧Ｖ２であれば、ステップＳ１７に進み、劣化判定を終了するか否かを判定する。具体的には、以下のいずれかの条件（条件１，２）が成立する場合に、劣化判定を終了するタイミングであることを判定する。
（条件１）第２電圧Ｖ２への切替後に所定の劣化判定期間（処理期間）が経過したこと。なお、劣化判定期間は例えば１０秒程度である。
（条件２）劣化判定中断の要求が生じたこと。劣化判定中断の要求は、燃料カットに伴い劣化判定が実施されている場合に、燃料カットが停止されること、すなわち燃料噴射が再開されることに基づいて生じるとともに、エンジン自動停止に伴い劣化判定が実施されている場合に、エンジン再始動が行われることに基づいて生じるものとなっている。
ステップＳ１７は、上記（条件１）、（条件２）のうちいずれかが先に成立した場合に、肯定される。そして、ステップＳ１７が否定される場合にはステップＳ１８に進み、ステップＳ１７が肯定される場合にはステップＳ２２に進む。
ステップＳ１８では、下記の（１）式を用い、ポンプセル印加電圧Ｖｐの切替に伴いセンサセル電流Ｉｓが過渡変化する際において過渡変化中の所定期間でのセンサセル電流Ｉｓの変化量ΔＩｓと、その所定期間の時間差ΔＴ１とに基づいて、センサセル電流Ｉｓの過渡変化時の傾きＡ１を算出する。
Ａ１＝ΔＩｓ／ΔＴ１ …（１）
その後、ステップＳ１９では、ポンプセル印加電圧Ｖｐを第２電圧Ｖ２に切り替えた後のポンプセル出力であるポンプセル電流Ｉｐ２を検出する。ポンプセル電流Ｉｐ２は、電圧切り替えから所定時間が経過したタイミング、すなわちポンプセル電流Ｉｐが安定したタイミングで検出される。
ステップＳ２０では、傾きＡ１を正規化することで傾きＢ１を算出する。この場合、下記（２）式を用い、センサセル電流Ｉｓの過渡変化時の傾きＡ１と、ポンプセル印加電圧Ｖｐの切り替えに伴うポンプセル電流Ｉｐの変化量ΔＩｐ（＝Ｉｐ１−Ｉｐ２）とに基づいて、正規化した傾きＢ１を算出する。
Ｂ１＝Ａ１／ΔＩｐ …（２）
ステップＳ２１では、ステップＳ２０で算出した傾きＢ１を用いて、センサセル４２の劣化率Ｃ（％）を算出する。このとき、傾きＢ１と初期特性の傾きＢ０との比（Ｂ１／Ｂ０）を反応速度比として算出するとともに、例えば図７の関係を用い、反応速度比Ｂ１／Ｂ０に基づいてセンサセル４２の劣化率Ｃを算出する。反応速度比Ｂ１／Ｂ０は、センサセル４２に供給された酸素に対する反応速度の比率として求められる。初期特性を表す傾きＢ０はＳＣＵ３１〜３３内のメモリに予め記憶されている。図７には、反応速度比Ｂ１／Ｂ０が小さいほど、すなわちセンサセル４２の劣化時特性と初期特性との差異が大きいほど、劣化率Ｃが大きくなる関係が定められている。劣化率Ｃが大きいことは、センサセル４２の劣化度合いが大きいことを意味する。なお、ステップＳ２１では、センサセル４２の劣化率ＣがエンジンＥＣＵ３５に対して送信される。
また、ステップＳ２２では、劣化判定の終了後において、ポンプセル印加電圧Ｖｐを第３電圧Ｖ３に切り替えるか否か、すなわち第２電圧切替を実施するか否かを判定する。具体的には、以下のいずれかの条件（条件３〜５）が成立する場合に、ポンプセル印加電圧Ｖｐを第３電圧Ｖ３に切り替えると判定する。本ステップの処理が、濃度検出判定部、再実施判定部、適否判定部に相当する。
（条件３）今回の劣化判定の終了後においてそれに引き続いてＮＯｘセンサ２１〜２３によるＮＯｘ濃度検出が行われること。例えば、燃料カット又はエンジン自動停止に伴い第１電圧切替と劣化判定とが実施される場合には、一時的に燃焼が停止され、その後に燃焼が再開されることになるため、劣化判定後においてＮＯｘ濃度検出が行われると判定する。劣化判定後にＮＯｘ濃度検出が行われる場合に、ステップＳ２２が肯定される。
（条件４）ポンプセル印加電圧Ｖｐの第１電圧切替とそれに伴う劣化判定とがｎ回繰り返して実施される場合に、ｎ回目（最終回）の劣化判定が終了したこと。ｎ回目の劣化判定が終了している場合、すなわち再度の第１電圧切替と劣化判定とが実施されない場合、ステップＳ２２が肯定される。なお、ｎ回目の劣化判定が終了していなければ、再度の第１電圧切替及び劣化判定が実施される。
（条件５）センサセル電流Ｉｓに基づく劣化判定が適正に実施されたこと。この場合、劣化判定が適正に実施されていなければ、再度の第１電圧切替及び劣化判定が実施される。劣化判定の適否は、ポンプセル印加電圧Ｖｐとして第２電圧Ｖ２が印加されている状態でのセンサセル電流Ｉｓの変化に基づいて判定される。具体的には、図８に示すように、ポンプセル印加電圧Ｖｐを第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２に切り替えた後にセンサセル電流Ｉｓがある値に収束すれば、劣化判定が適正に実施されたとされる（図のＩｓ１参照）。これに対し、ポンプセル印加電圧Ｖｐを第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２に切り替えた後にセンサセル電流Ｉｓが収束しなければ、劣化判定が適正に実施されなかったとされる（図のＩｓ２，Ｉｓ３参照）。なお、センサセル電流Ｉｓの変化はガス室６１内の濃度変化に起因して生じると考えられる。劣化判定が適正に実施された場合、すなわち再度の第１電圧切替と劣化判定とを実施しない場合、ステップＳ２２が肯定される。
そして、ポンプセル印加電圧Ｖｐを第３電圧Ｖ３に切り替えると判定された場合には、ステップＳ２３に進み、ポンプセル印加電圧Ｖｐを第３電圧Ｖ３に切り替えると判定されなかった場合には、ステップＳ２６に進む。
ステップＳ２３〜Ｓ２５では、第３電圧Ｖ３の印加に関する処理を実施する。すなわち、ステップＳ２３では、ポンプセル印加電圧Ｖｐを第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２に切り替えたことに伴い生じたポンプセル電流Ｉｐの変化量ΔＩｐに基づいて、第３電圧Ｖ３を設定する。このとき、例えば図９（ａ）の関係を用いて第３電圧Ｖ３が設定されるとよい。また、ステップＳ２４では、同じくポンプセル電流Ｉｐの変化量ΔＩｐに基づいて、第３電圧Ｖ３を印加する電圧印加時間Ｔａを設定する。このとき、例えば図９（ｂ）の関係を用いて電圧印加時間Ｔａが設定されるとよい。図９（ａ）、（ｂ）では、ポンプセル電流Ｉｐの変化量ΔＩｐが大きいほど、ガス室６１内の酸素濃度が高くなることを加味して、ポンプセル電流Ｉｐの変化量ΔＩｐが大きいほど、第３電圧Ｖ３、電圧印加時間Ｔａがそれぞれ大きい値に設定される。そして、ステップＳ２５では、ポンプセル印加電圧Ｖｐを第２電圧Ｖ２から第３電圧Ｖ３に切り替える。
なお、ポンプセル電流Ｉｐの変化量ΔＩｐに代えて、ポンプセル電流Ｉｐの値又はセンサセル電流Ｉｓの値に基づいて、第３電圧Ｖ３、電圧印加時間Ｔａをそれぞれ設定する構成であってもよい。この場合、例えば、ポンプセル印加電圧Ｖｐとして第２電圧Ｖ２が印加されている状態でのセンサセル電流Ｉｓ（Ｉｓ収束値）が大きいほど、第３電圧Ｖ３、電圧印加時間Ｔａがそれぞれ大きい値に設定されるとよい。第３電圧Ｖ３と電圧印加時間Ｔａとのうち一方のみを可変に設定する構成とすることも可能である。
上述したように、ステップＳ１７では、第２電圧Ｖ２への切替後に所定の劣化判定期間が経過したこと（条件１）、又は、劣化判定中断の要求が生じたこと（条件２）に応じて劣化判定が終了されるが、ステップＳ２３では、上記の条件１，２のいずれが成立したかに応じて、第３電圧Ｖ３が設定されるとよい。すなわち、ＳＣＵ３１〜３３は、燃料カット又はエンジン自動停止に伴いポンプセル印加電圧Ｖｐが第２電圧Ｖ２に切り替えられている状況において、劣化判定期間の経過前に燃料噴射の再開又はエンジン再始動に伴い劣化判定が終了される場合に、劣化判定期間の経過に伴い劣化判定が終了される場合よりも、第３電圧Ｖ３を高くする。
また、ステップＳ２６では、ポンプセル印加電圧Ｖｐを第２電圧Ｖ２から第１電圧Ｖ１（第１電圧切替を行う前のＶｐ）に切り替える。その後、ステップＳ２７では、再度の第１電圧切替及び劣化判定を実施するか否かを判定する。ここで、上記（条件４）に示す判定により再度の第１電圧切替及び劣化判定を実施すると判定された場合には、ステップＳ２７が肯定される。すなわち、第１電圧切替と劣化判定とをｎ回繰り返して実施する場合に、ｎ回目の劣化判定が終了していなければ、再度の第１電圧切替及び劣化判定を実施する旨が判定される。また、上記（条件５）に示す判定により再度の第１電圧切替及び劣化判定を実施すると判定された場合には、ステップＳ２７が肯定される。すなわち、センサセル電流Ｉｓに基づく劣化判定が適正に実施されていなければ、再度の第１電圧切替及び劣化判定を実施する旨が判定される。
ステップＳ２７が肯定されるとステップＳ２８に進む。ステップＳ２８では、再度の第１電圧切替及び劣化判定の実施を許可する。また、ステップＳ２７が否定されるとステップＳ３１に進む。ステップＳ３１では、ＮＯｘセンサ２１〜２３によるＮＯｘ濃度の検出を許可する。
また、ポンプセル印加電圧Ｖｐが第２電圧Ｖ２から第３電圧Ｖ３に切り替えられた後には、ステップＳ１６が否定されてステップＳ２９に進む。ステップＳ２９では、第３電圧Ｖ３への切替後において、電圧印加時間Ｔａが経過したか否かを判定する。そして、電圧印加時間Ｔａが経過していれば、本処理を一旦終了し、電圧印加時間Ｔａが経過していなければ、ステップＳ３０に進む。
ステップＳ３０では、ポンプセル印加電圧Ｖｐを第３電圧Ｖ３から第１電圧Ｖ１に切り替える。そして、続くステップＳ３１では、ＮＯｘセンサ２１〜２３によるＮＯｘ濃度の検出を許可する。
センサセル４２の劣化率Ｃが算出された後には、ＳＣＵ３１〜３３は、ＮＯｘセンサ２１〜２３によるＮＯｘ濃度の検出時において、ＮＯｘセンサ２１〜２３ごとに劣化率Ｃによりセンサセル電流Ｉｓを補正し、その補正後のセンサセル電流Ｉｓに基づいてＮＯｘ濃度を算出するとよい。この場合、現状のセンサセル特性を初期特性に戻すようにしてセンサセル電流Ｉｓの補正が実施される。
図１０は、劣化判定時におけるポンプセル印加電圧Ｖｐとセンサセル電流Ｉｓとの変化を示すタイムチャートである。本事例では、２回の劣化判定を連続して実施することとしている。
図１０において、時刻ｔ１１では、ポンプセル印加電圧Ｖｐが第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２に切り替えられ、時刻ｔ１１〜ｔ１２の期間において、センサセル電流Ｉｓに基づいて劣化判定（劣化率Ｃの算出）が実施される。時刻ｔ１２では１回目の劣化判定が終了されるが、その後に２回目の劣化判定が実施されるため、ポンプセル印加電圧Ｖｐは第３電圧Ｖ３でなく元の第１電圧Ｖ１に切り替えられる。その後、時刻ｔ１３では、ポンプセル印加電圧Ｖｐが再び第２電圧Ｖ２に切り替えられ、時刻ｔ１３〜ｔ１４の期間において、センサセル電流Ｉｓに基づいて再度の劣化判定（劣化率Ｃの算出）が実施される。時刻ｔ１４では２回目の劣化判定が終了され、それに伴いポンプセル印加電圧Ｖｐが第３電圧Ｖ３に切り替えられる。
その後、第３電圧Ｖ３への切替から電圧印加時間Ｔａが経過した時刻ｔ１５では、ポンプセル印加電圧Ｖｐが第１電圧Ｖ１に切り替えられる。また、時刻ｔ１５以降、ＮＯｘ濃度の検出が許可される。
ここで、時刻ｔ１１〜ｔ１２の期間及び時刻ｔ１３〜ｔ１４の期間は、いずれもポンプセル印加電圧Ｖｐを小さくした高酸素濃度期間であり、劣化判定の終了に伴いポンプセル印加電圧Ｖｐが高電圧側に切り替えられて酸素除去が行われるが、時刻ｔ１２では、再度の劣化判定が実施されることを見越してポンプセル印加電圧Ｖｐが第１電圧Ｖ１に切り替えられる。また、時刻ｔ１４では、ＮＯｘ濃度検出が実施されることを見越してポンプセル印加電圧Ｖｐが第３電圧Ｖ３に切り替えられる。
なお、図１０に示すように複数回の劣化判定が実施される場合には、その複数回の判定結果（劣化率Ｃ）の平均値を最終の判定結果とするとよい。また、複数回の判定結果（劣化率Ｃ）に優劣がある場合には、優れた方の判定結果を最終の判定結果とするとよい。
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
ＮＯｘセンサ２１〜２３の劣化判定に際し、ポンプセル印加電圧Ｖｐを第１電圧Ｖ１から低電圧側の第２電圧Ｖ２に切り替えた状態でセンサセル４２の劣化判定を実施した後、ポンプセル印加電圧Ｖｐを劣化判定開始前の第１電圧Ｖ１よりも高い第３電圧Ｖ３に切り替えるようにした。そのため、劣化判定後においてガス室６１内での酸素過多状態がいち早く解消され、劣化判定後にＮＯｘ濃度検出が行われる場合において、検出精度が低下したり、濃度検出開始が過剰に遅れたりするといった不都合を抑制できる。その結果、ＮＯｘセンサ２１〜２３の劣化判定後において適正なる濃度検出を実施することができる。
劣化判定後において、ポンプセル印加電圧Ｖｐが第２電圧Ｖ２に切り替えられた状態でのポンプセル電流Ｉｐ又はセンサセル電流Ｉｓに基づいて第３電圧Ｖ３を設定し、その第３電圧Ｖ３への切替を実施する構成とした。これにより、ガス室６１内の酸素濃度が増やされている状態での酸素濃度に応じて、適正に第３電圧Ｖ３の印加を行わせることができる。この場合、電力節減を図りつつ適切な酸素除去が可能となる。
劣化判定後において、ポンプセル印加電圧Ｖｐが第２電圧Ｖ２に切り替えられた状態でのポンプセル電流Ｉｐ又はセンサセル電流Ｉｓに基づいて、第３電圧Ｖ３を印加する電圧印加時間Ｔａを設定し、その電圧印加時間Ｔａで第３電圧Ｖ３を印加する構成とした。これにより、ガス室６１内の酸素濃度が増やされている状態での酸素濃度に応じて、適正に第３電圧Ｖ３の印加を行わせることができる。この場合、電力節減を図りつつ適切な酸素除去が可能となる。
センサ劣化判定後にＮＯｘセンサ２１〜２３によるＮＯｘ濃度検出が行われると判定されたことを条件に、ポンプセル印加電圧Ｖｐを第３電圧Ｖ３に切り替える構成とした。この場合、センサ劣化判定後においてＮＯｘ濃度の検出をいち早くかつ適正に実施することができる。
エンジン１０の燃料カット時や自動停止時にセンサセル４２の劣化判定が実施される場合、燃料カットやエンジン自動停止は一時的なものであり、その後の燃料噴射の再開時やエンジン１０の再始動時には、その当初からＮＯｘ濃度が適正に検出されることが望まれる。この点において、燃料カット又はエンジン自動停止に伴いセンサ劣化判定（パラメータ取得）が実施される場合には、その劣化判定後にＮＯｘセンサ２１〜２３によるＮＯｘ濃度検出が行われるとみなして、ポンプセル印加電圧Ｖｐを第３電圧Ｖ３に切り替える構成とした。これにより、燃料噴射の再開時やエンジン１０の再始動時において、ＮＯｘ濃度の検出を、いち早くかつ適正に実施することができる。
燃料カット又はエンジン自動停止に伴いポンプセル印加電圧Ｖｐが第２電圧Ｖ２に切り替えられている状況では、劣化判定期間の経過前にエンジン再始動や燃料噴射の再開が要求される場合において、劣化判定期間の経過後にエンジン再始動や燃料噴射の再開が要求される場合よりも、早期にＮＯｘ濃度検出が適正化されることが望ましい。この点、劣化判定期間の経過前に燃料噴射の再開又はエンジン再始動に伴い劣化判定が終了される場合に、劣化判定期間の経過に伴い劣化判定が終了される場合よりも、第３電圧Ｖ３を高くする構成としたため、早期にＮＯｘ濃度検出を開始することを図りつつ、第３電圧Ｖ３を適正に印加することができる。
ＮＯｘセンサ２１〜２３の劣化判定後において、再度の劣化判定（パラメータ取得）を実施しない場合に、ポンプセル印加電圧Ｖｐの第３電圧Ｖ３への切替を行わせ、再度の劣化判定（パラメータ取得）を実施する場合に、ポンプセル印加電圧Ｖｐの第３電圧Ｖ３への切替を行わせない（元の第１電圧Ｖ１に切り替える）構成とした。したがって、再度の劣化判定を実施しない場合、すなわち劣化判定の処理が完了した場合には、次のＮＯｘ濃度検出に備えてガス室６１の酸素濃度が早期に低減される。これにより、排気中のＮＯｘ濃度を適正に検出することができる。また、再度の劣化判定を実施する場合、すなわち劣化判定の処理が完了していない場合には、高精度なＮＯｘ濃度検出が要求されることがなく、ポンプセル印加電圧Ｖｐを第１電圧Ｖ１に切り替えることで、印加電圧の増大に伴うエネルギ消費を抑制できる。
ＮＯｘセンサ２１〜２３の劣化判定に際し、その劣化判定が適正に行われたか否かを判定し、劣化判定が適正でないと判定された場合に、再度の劣化判定を実施する構成とした。この場合、劣化判定のやり直しによりその劣化判定の信頼性を高めることができる。
ポンプセル印加電圧Ｖｐとして第２電圧Ｖ２が印加されている状態でセンサセル電流Ｉｓが収束せず安定しない場合には、ガス室６１内の酸素濃度やＮＯｘ濃度が変動しており、劣化判定パラメータが正しく取得できず、劣化判定が適正に実施されない可能性がある。この点において、センサセル電流Ｉｓの変化に基づいて、センサ劣化判定の適否を判定するようにしたため、劣化判定のやり直しを適正に実施させることができる。
センサ劣化中、及びセンサ劣化判定後においてポンプセル印加電圧Ｖｐとして第３電圧Ｖ３が印加されている場合に、ＮＯｘセンサ２１〜２３によるＮＯｘ濃度検出を禁止する構成とした。これにより、ガス室６１内の酸素濃度が変動している状態において、ＮＯｘ濃度の誤検出を防止することができる。
（他の実施形態）
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。
・センサセル４２の劣化判定に際し、ポンプセル印加電圧Ｖｐをガス室６１内の酸素濃度を増やす側に切り替える場合（第１電圧切替を実施する場合）に、ポンプセル印加電圧Ｖｐをゼロ、すなわち電圧印加をしない状態に切り替える構成としてもよい。又は、ポンプセル印加電圧Ｖｐを負電圧に切り替える構成としてもよい。いずれにしても、印加電圧の切り替えによりガス室６１内の酸素濃度を増やすことで、その際のセンサセル４２の過渡応答により劣化判定を実施できる。
・センサセル４２の劣化判定が適正に行われたか否かの適否判定として、例えば前回算出した劣化率Ｃとの差が所定以上であることに基づいて、劣化判定が適正でないと判定する構成としてもよい。そして、劣化判定が適正でないとの判定結果に基づいて、第１電圧切替及び劣化判定を再度実施する。
・上記実施形態では、センサセル電流Ｉｓの傾きＡ１を正規化して傾きＢ１を算出し、その傾きＢ１を用いて劣化率Ｃを算出する構成としたが、これを変更してもよい。例えば、傾きＡ１を用いて劣化率Ｃを算出する構成であってもよい。
・上記実施形態では、センサセル４２の劣化状態の判定として、センサセル４２の現在特性と初期特性との比である劣化率Ｃ（％）を算出する構成としたが、これに限定されない。例えば、センサセル４２の劣化判定パラメータとしてのセンサセル電流Ｉｓの傾きや、それに相関する値、センサセル電流Ｉｓの収束後の電流変化量ΔＩｓについて、初期値からの差を算出し、その差に基づいてセンサセル４２の劣化度合いを把握する構成でもよい。また、初期値との比較でなく、予め定めた標準値との比較であってもよい。「１００−劣化率Ｃ」となる指標により劣化度合いを判定する構成であってもよい。この場合、当該指標では、初期特性が１００％で表され、劣化が進むほど小さい値で表される。いずれにしろ、センサセル４２の特性変化に基づく劣化状態、すなわち劣化度合いが判定できるものであればよい。
・劣化判定処理部Ｍ１２において、劣化判定期間内にてパラメータ取得と劣化判定とを連続して実施するのではなく、これらパラメータ取得と劣化判定とを非連続となるタイミング（すなわち異なる期間）で実施する構成であってもよい。この場合、劣化判定処理部Ｍ１２（ＳＣＵ３１〜３３）は、ポンプセル印加電圧Ｖｐを第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２に切り替えた状態で、劣化判定パラメータを取得し、そのパラメータ取得後、劣化判定を実施せずに、ポンプセル印加電圧Ｖｐを第３電圧Ｖ３に切り替える。劣化判定に関しては、パラメータ取得よりも後のタイミングで適宜実施されるとよい。
なお、パラメータ取得の終了判定は、上述した条件１，２と同様に、第２電圧Ｖ２への切替後に所定の処理期間が経過したことや、パラメータ取得中断の要求が生じたことに基づいて実施されるとよい。そして、上記同様、終了条件に応じて、第３電圧Ｖ３を設定するとよい。また、パラメータ取得が適正に行われたか否かを判定し、適正でないと判定された場合に、再度の電圧切替及びパラメータ取得を行う構成であるとよい。
・上記実施形態では、ＮＯｘセンサ２１〜２３の劣化判定としてセンサセル４２の劣化を判定する構成としたが、これを変更してもよい。ポンプセル４１が劣化していると、ポンプセル印加電圧Ｖｐを切り替えた時に所望の酸素濃度変化が得られず、センサセル電流Ｉｓの変化が正常時と異なるものになることが考えられる。そこで、ポンプセル４１の劣化を含めて、ＮＯｘセンサ２１〜２３の劣化判定を実施するものとしてもよい。
・上記実施形態では、センサ素子４０が単一の固体電解質体５３と単一のガス室６１とを有する構成としたが、これを変更してもよい。例えば、センサ素子４０が、複数の固体電解質体５３と複数のガス室６１とを有し、ポンプセル４１及びセンサセル４２が、それぞれ別の固体電解質体５３であって、かつ別のガス室６１に面するように設けられる構成であってもよい。このような構成の一例を図１１に示す。
図１１に示すセンサ素子４０は、対向配置される２枚の固体電解質体５３ａ，５３ｂと、それら固体電解質体５３ａ，５３ｂの間に設けられるガス室６１ａ，６１ｂとを有している。ガス室６１ａは排気導入口５３ｃに通じ、ガス室６１ｂは絞り部７１を介してガス室６１ａに連通されている。ポンプセル４１は、一対の電極７２，７３を有し、そのうち一方の電極７２がガス室６１ａ内に露出するよう設けられている。センサセル４２は、対向配置される電極７４と共通電極７６とを有し、モニタセル４３は、対向配置される電極７５と共通電極７６とを有している。センサセル４２とモニタセル４３とは隣接して設けられている。それらの各セルにおいて一方の電極７４，７５はガス室６１ｂ内に露出するよう設けられている。このように、ポンプセル４１及びセンサセル４２がそれぞれ別のガス室６１ａ，６１ｂに設けられる構成においても、上記実施形態の劣化判定などの各機能を好適に実施することができる。
・ポンプセル４１を構成する一対の電極のうち、一方の電極が基準ガス室としての大気室６２ではなく、排ガス空間に曝されるように設けられていてもよい。すなわち、一対の電極のうち一方の電極が、排ガス中に曝される位置に設けられ、他方の電極が、ガス室６１内に曝されるように設けられる。この場合、ポンプセル４１に電圧が印加されることにより、ガス室６１から排ガス空間に酸素イオンを移動させ、排ガス中に酸素を排出することになる。この構成を採用する場合には、当該一方の電極が設けられる固体電解質体に、当該一方の電極が配置される箇所をくりぬいて孔が設けられた絶縁層をさらに重ねる。そして、当該孔に当該一方の電極を覆うように多孔質保護層を設ける。こうすることで当該一方の電極を保護するのが好ましい。
・検出対象の特定ガス成分がＮＯｘ以外であってもよい。例えば、排気中のＨＣやＣＯを検出対象とするガスセンサであってもよい。この場合、ポンプセルにて排気中の酸素を排出し、センサセルにて酸素排出後のガスからＨＣやＣＯを分解してＨＣ濃度やＣＯ濃度を検出するものであるとよい。その他、被検出ガス中のアンモニアの濃度を検出するものであってもよい。
・内燃機関の吸気通路に設けられるガスセンサや、ディーゼルエンジン以外にガソリンエンジンなど、他の形式のエンジンに用いられるガスセンサを対象とするガスセンサ制御装置としても具体化できる。そのガスセンサは、排気以外のガスを被検出ガスとしてもよく、また、自動車以外の用途で用いられるものであってもよい。
２１〜２３…ＮＯｘセンサ（ガスセンサ）、３１〜３３…ＳＣＵ（ガスセンサ制御装置）、３５…エンジンＥＣＵ（ガスセンサ制御装置）、４１…ポンプセル、４２…センサセル、６１…ガス室。

Claims (9)

  1. ガス室（６１）内に導入された被検出ガス中の酸素濃度を電圧印加により減少させる側に調整するポンプセル（４１）と、前記ポンプセルにより酸素濃度が調整された後の前記被検出ガスから特定ガス成分の濃度を検出するセンサセル（４２）とを有するガスセンサ（２１〜２３）に適用され、前記ガスセンサに関する制御を実施するガスセンサ制御装置（３１〜３３，３５）であって、
    前記ポンプセルに印加されるポンプセル印加電圧を、第１電圧からその第１電圧よりも低い第２電圧に切り替える第１電圧切替部と、
    前記第１電圧切替部により前記ポンプセル印加電圧が前記第１電圧から前記第２電圧に切り替えられる場合に、前記ガスセンサの劣化を判定するための劣化判定パラメータを前記センサセルの出力に基づいて取得し、その劣化判定パラメータに基づいて、前記ガスセンサの劣化判定を実施する劣化判定処理部と、
    前記劣化判定処理部によるパラメータ取得又は劣化判定の処理後において、前記ポンプセル印加電圧を、前記第１電圧よりも高い第３電圧に切り替える第２電圧切替部と、
    を備えるガスセンサ制御装置。
  2. 前記第２電圧切替部は、前記第１電圧切替部により前記ポンプセル印加電圧が前記第２電圧に切り替えられた状態での前記ポンプセルの出力又は前記センサセルの出力に基づいて前記第３電圧を設定し、その第３電圧への切替を実施する請求項１に記載のガスセンサ制御装置。
  3. 前記第２電圧切替部は、前記第１電圧切替部により前記ポンプセル印加電圧が前記第２電圧に切り替えられた状態での前記ポンプセルの出力又は前記センサセルの出力に基づいて、前記第３電圧を印加する電圧印加時間を設定し、その電圧印加時間で前記第３電圧を印加する請求項１又は２に記載のガスセンサ制御装置。
  4. 前記劣化判定処理部による処理後に前記ガスセンサによる特定ガス成分の濃度検出が行われるか否かを判定する濃度検出判定部を備え、
    前記第２電圧切替部は、前記濃度検出判定部により前記ガスセンサの濃度検出が行われると判定されたことを条件に、前記ポンプセル印加電圧を前記第３電圧に切り替える請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガスセンサ制御装置。
  5. 前記ガスセンサは、内燃機関（１０）から排出される排気を前記被検出ガスとし、前記排気中の特定ガス成分の濃度を検出する排気センサであり、
    前記内燃機関の一時的な運転停止時、又は一時的な燃料噴射の停止時に、前記第１電圧切替部による電圧切替と前記劣化判定処理部によるパラメータ取得とを実施するものであり、
    前記濃度検出判定部は、前記内燃機関の一時的な運転停止、又は一時的な燃料噴射の停止に伴い前記第１電圧切替部による電圧切替と前記劣化判定処理部によるパラメータ取得とが実施される場合に、前記劣化判定処理部による処理後に前記ガスセンサによる特定ガス成分の濃度検出が行われると判定する請求項４に記載のガスセンサ制御装置。
  6. 前記劣化判定処理部は、予め定められた処理期間内においてパラメータ取得を実施するものであり、
    前記内燃機関の一時的な運転停止、又は一時的な燃料噴射の停止に伴い前記ポンプセル印加電圧が前記第２電圧に切り替えられている状況において、前記処理期間の経過前に前記内燃機関の運転再開又は前記燃料噴射の再開に伴い前記パラメータ取得が終了される場合に、前記処理期間の経過に伴い前記パラメータ取得が終了される場合よりも、前記第３電圧を高くする請求項５に記載のガスセンサ制御装置。
  7. 前記第１電圧切替部による電圧切替と前記劣化判定処理部によるパラメータ取得とを連続して複数回実施可能とするものであり、
    前記劣化判定処理部による処理後において、前記第１電圧切替部による電圧切替と前記劣化判定処理部によるパラメータ取得とを再度実施するかしないかを判定する再実施判定部を備え、
    前記第２電圧切替部は、前記再実施判定部により前記再度実施をしない旨が判定されたことを条件に、前記ポンプセル印加電圧を前記第３電圧に切り替える請求項１乃至６のいずれか１項に記載のガスセンサ制御装置。
  8. 前記劣化判定処理部による前記劣化判定パラメータの取得、又はそのパラメータに基づく劣化判定が適正に行われたか否かを判定する適否判定部を備え、
    前記再実施判定部は、前記劣化判定処理部によるパラメータ取得又は劣化判定が適正でないと判定された場合に、前記再度実施をする旨を判定する請求項７に記載のガスセンサ制御装置。
  9. 前記適否判定部は、前記ポンプセル印加電圧として前記第２電圧が印加されている状態での前記センサセルの出力変化に基づいて、前記劣化判定処理部によるパラメータ取得又は劣化判定が適正に行われたか否かを判定する請求項８に記載のガスセンサ制御装置。
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