WO2010041585A1

WO2010041585A1 - 排気センサの活性判定装置、内燃機関の制御装置

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Publication number: WO2010041585A1
Application number: PCT/JP2009/067148
Authority: WO
Inventors: 圭一郎青木
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2008-10-09
Filing date: 2009-10-01
Publication date: 2010-04-15
Also published as: CN102177431B; EP2336759A4; EP2336759A1; EP2336759B1; US8291893B2; US20110155113A1; JP4915478B2; JPWO2010041585A1; CN102177431A

Abstract

　この発明は、排気センサ出力の使用可能時期を正しく判定して、吸着種の影響を多量に含む排気センサ出力が使用されることによる悪影響を抑制することができる排気センサの活性判定装置を提供することを目的とする。　空燃比センサ４８の暖機中、空燃比センサ４８の温度が所定の温度T1に達した時点から、時間を計測する。この時間が、所定の目標保持時間Te以上になったら、空燃比センサ４８を活性状態と判定する。目標保持時間Teは、空燃比センサ４８に吸着していた吸着種が全て脱離し、かつ、センサ素子部５０周辺が完全に排気ガスに置換される程度の長さにすることが好ましい。

Description

排気センサの活性判定装置、内燃機関の制御装置

　この発明は、排気センサの活性判定装置、内燃機関の制御装置に関する。

　従来、例えば、特開２００８－１３８５６９号公報に開示されているように、排気センサの出力を用いた内燃機関の空燃比制御技術が広く用いられている。排気センサは、活性温度に達することにより排気ガスの空燃比に応じた出力を発する。内燃機関の始動時に、早期に良好なエミッション特性を得るために、排気センサ出力を用いた空燃比制御を早期に開始したいという要求がある。通常、この要求に応えるべく排気センサ内部にヒータが設けられており、内燃機関始動時にはこのヒータが排気センサを所定の活性温度まで速やかに加熱する。

　ところで、排気センサが活性温度に達する前、すなわち本活性状態の前であっても、特定の条件が揃えば、排気センサ出力を利用しても支障がない場合がある。そこで、本活性状態の前でも排気センサ出力を使用可能な状態、すなわち半活性状態を判定することで、より早い段階で排気センサ出力を空燃比制御に使用することができる。

　しかしながら、内燃機関の停止中、排気センサの電極部やセンサ素子の多孔質体部などに、排気ガス成分が吸着する。以下、排気センサに吸着する排気ガス成分を総称して「吸着種」とも呼ぶ。内燃機関始動時に排気センサが加熱されていく途中で、この吸着種は脱離し始める。脱離した吸着種は、排気センサ近傍に存在することにより排気センサの出力に影響を与え、排気ガス空燃比の正確な測定を妨げる。吸着種の影響が残っている間は、排気センサ出力は、排気ガスの空燃比についての正確な値を示していない。このように、脱離吸着種の影響で出力ずれが発生してしまい、排気センサ出力の早期利用が妨げられる問題があった。

　そこで、特開２００８－１３８５６９号公報にかかる空燃比制御装置では、吸着種の影響が心配される状況下においては、半活性の後から本活性に至るまでの期間、排気センサ出力値をマスクしている。これにより、必要に応じて、吸着種による出力ずれの悪影響を防止するための措置を取ることができる。

特開２００８－１３８５６９号公報特開２００５－２０７９２４号公報特開平８－７５６９５号公報特開２００６－１７０８４９号公報特開２００４－２１１６１１合公報

　上述したように、内燃機関の始動時には、一般に、排気センサ出力を用いた空燃比制御を早期に開始したいという要求がある。この要求に応えるべく、上記の従来技術では、基本的に半活性において排気センサ出力を使用することとし、その例外として、吸着種の影響が心配される状況下では、半活性から本活性の期間は排気センサ出力をマスクしている。

　前述したように、吸着種は、内燃機関始動時に排気センサが加熱される途中で、排気センサから脱離していく。ここで、本願発明者は、吸着種の影響が、排気センサが活性温度に至った後にも残存しうること、つまり、排気センサが十分に高温になっていたとしても吸着種の影響が依然として残存しうることを見出した。

　上記の特許文献１の技術は、半活性から本活性までの期間は排気センサ出力をマスクするものの、本活性後には排気センサ出力を用いた空燃比制御（フィードバック制御）を開始するものである。よって、上記従来技術では、吸着種の影響が本活性後にも多く残存している場合には、排気センサ出力に吸着種の影響が多分に含まれているにも関わらず、排気センサ出力を用いた空燃比制御が開始されてしまう。このように、従来の技術は、吸着種に起因する悪影響を回避する点において、未だ改善の余地を残すものであった。

　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、排気センサ出力の使用可能時期を正しく判定して、吸着種の影響を多量に含む排気センサ出力が使用されることによる悪影響を抑制することができる排気センサの活性判定装置を提供することを目的とする。

　また、この発明は、機関始動時における、吸着種に起因するセンサ出力ずれの弊害を抑制する構成を備えた内燃機関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、排気センサの活性判定装置であって、
　内燃機関の始動時に排気センサを加熱するためのヒータと、
　前記内燃機関の始動時に、前記排気センサに吸着した排気ガス成分である吸着種が脱離し始めた後に前記吸着種が前記排気センサのもとから実質的に消失する程度の期間が経過したか否かに基づいて、前記排気センサの活性状態を判定する判定手段と、
　を備えることを特徴とする。

　また、第２の発明は、第１の発明において、
　前記排気センサの温度に対して相関を有する物理量を取得する取得手段を、さらに備え、
　前記判定手段が、
　前記物理量に基づいて、前記排気センサの温度が、前記排気センサに吸着した排気ガス成分である吸着種が脱離し始める温度である脱離開始温度以上の温度領域内において予め設定された所定温度に、達したか否かを判定する温度判定手段と、
　前記排気センサの温度が前記所定温度に達した時点からの経過時間に基づいて、前記排気センサの活性状態を判定する活性判定手段と、
　を含むことを特徴とする。

　また、第３の発明は、第１の発明において、
　前記排気センサの温度に対して相関を有する物理量を取得する取得手段を、さらに備え、
　前記ヒータが、内燃機関の始動時に、排気センサを目標温度まで加熱するものであり、
　前記判定手段が、
　前記ヒータの加熱開始後に、前記目標温度以下の温度領域内において予め設定された所定温度に前記排気センサの温度が達した時点からの経過時間に基づいて、前記排気センサの活性状態を判定する活性判定手段を、含むことを特徴とする。

　また、第４の発明は、上記第２または第３の発明において、
　前記活性判定手段が、前記排気センサの温度と前記経過時間とに基づいて前記排気センサの活性状態を判定するものであり、
　該活性判定手段が、
　前記排気センサが活性温度に達したか否かに基づいて、前記排気センサの活性状態を判定する活性温度判定手段と、
　前記経過時間が所定の時間を越えるまでは、前記活性温度判定手段の判定結果にかかわらず、前記排気センサが活性状態に達したと判定されるのを禁止する活性判定禁止手段と、
　を含むことを特徴とする。

　また、第５の発明は、上記第４の発明において、
　前記活性判定禁止手段による禁止が解除される時刻が、内燃機関始動時に前記排気センサを加熱するヒータによって該排気センサが活性温度に達する時刻を越えるように、前記所定の時間を設定する手段を備えることを特徴とする。

　また、第６の発明は、上記第２または第３の発明において、
　前記所定温度が、前記排気センサの活性温度であり、
　前記活性判定手段が、前記前記排気センサが活性温度に達した後、所定の時間が経過したら、前記排気センサが活性状態にあると判定することを特徴とする。

　また、第７の発明は、上記第２または第３の発明において、
　前記活性判定手段が、前記経過時間が所定の時間を超過したか否かに基づいて前記排気センサの活性状態を判定するものであり、
　該所定の時間が、前記ヒータの加熱により前記排気センサが活性温度に達する時点を越えるように設定され且つ吸着種による該排気センサの出力ずれが実質的に消失する程度の長さに設定されていることを特徴とする。

　また、第８の発明は、上記第２乃至７の発明のうちのいずれか１つにおいて、
　前記所定温度が、３００℃以上７００℃以下の温度領域から選択された温度であることを特徴とする。

　また、第９の発明は、上記第２乃至７の発明のうちのいずれか１つにおいて、
　前記取得手段が取得する物理量が、前記排気センサのインピーダンスまたはアドミタンスであって、
　前記所定温度が４００℃以上の温度領域から選択された温度であることを特徴とする。

　また、第１０の発明は、上記第４乃至９の発明のうちのいずれか１つにおいて、
　内燃機関の燃料性状を取得する性状取得手段と、
　前記性状取得手段が取得した燃料性状に応じて前記所定の時間を異なる長さに設定する性状条件時間設定手段と、
　を備えることを特徴とする。

　また、第１１の発明は、上記第４乃至１０の発明のうちのいずれか１つにおいて、
　内燃機関始動中、前記排気センサが非活性である期間に、該排気センサの出力が示す空燃比のリッチ側のピーク値を取得するリッチピーク取得手段と、
　前記リッチピーク取得手段が取得した空燃比がリッチ側に大きいほど、前記所定の時間を長めに設定するリッチ条件時間設定手段と、
　を備えることを特徴とする。

　また、第１２の発明は、上記第４乃至１１の発明のうちのいずれか１つにおいて、
　内燃機関停止中に前記排気センサに吸着するガス成分の量である停止時吸着量に対して相関を有する量を取得する吸着量取得手段と、
　前記吸着量取得手段が取得した量に応じて、前記所定の時間を変更する吸着量条件時間設定手段を備えることを特徴とする。

　また、第１３の発明は、上記第１２の発明において、
　前記吸着量取得手段が、内燃機関始動時の水温、吸気温および油温、内燃機関始動時の排気センサ温度およびこれに相関を有する物理量、並びに、内燃機関の停止から始動開始までの期間の長さである停止期間のうち、少なくとも１つを取得する手段を含み、
　前記吸着量条件時間設定手段が、内燃機関始動時の水温若しくは油温が低いほど、内燃機関始動時の排気センサ温度が低温であるほど、または、前記停止期間が長いほど、前記所定の時間を長めに設定する手段を含む、
　ことを特徴とする。

　また、第１４の発明は、上記第４乃至１０の発明のうちのいずれか１つにおいて、
　上記第１１の発明にかかるリッチピーク取得手段およびリッチ条件時間設定手段と、上記第１２または第１３の発明にかかる吸着量取得手段および吸着量条件時間設定手段と、のうち少なくとも一方の組と、
　前記リッチピーク取得手段が取得した空燃比がストイキまたはリーン側の値を示している場合、または／および、前記吸着量取得手段が示す吸着量が所定の基準値を下回る場合に、前記排気センサが活性温度に達したら該排気センサを活性状態と判定する即時活性判定手段と、
　を備えることを特徴とする。

　また、第１５の発明は、上記第１の発明において、
　前記判定手段が、前記内燃機関の積算空気量、前記排気ガスセンサの素子温度および前記排気ガスセンサの素子アドミタンスのうち、少なくとも１つを対象とした計測の結果に基づいて、前記排気センサに吸着した排気ガス成分である吸着種が脱離し始めた後に前記吸着種が前記排気センサのもとから実質的に消失する程度の期間が経過したか否かの判定を行うことを特徴とする。

　第１６の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
　排気センサと、
　前記排気センサの活性判定を行う、上記第１乃至１５の発明うちのいずれか１つの発明にかかる排気センサの活性判定装置と、
　前記排気センサの出力に基づいて内燃機関の空燃比をフィードバック制御するためのフィードバック制御手段と、
　内燃機関の始動時に、前記活性判定装置の判定結果に基づいて、前記フィードバック制御手段による制御を開始するフィードバック制御開始手段と、
　を備えることを特徴とする。

　また、第１７の発明は、上記第１６の発明において、
　前記排気センサが、臨界電流式の空燃比センサであることを特徴とする。

　第１の発明によれば、判定手段が、吸着種による排気センサの出力ずれが消失している時点で排気センサが活性状態になったと判定することができる。これにより、吸着種の影響を多量に含む排気センサ出力が使用されてしまうことを抑制することができる。

　第２の発明によれば、排気センサの温度が脱離開始温度に達した時点からの経過時間を考慮に入れて、排気センサの活性状態を判定することができる。排気センサの温度がある程度上昇すれば、排気センサ自体の出力特性は安定する。しかしながら、吸着種の影響は、排気センサが高温になっても残存する場合がある。排気センサが脱離開始温度以上の環境下にあれば、吸着種の量は、時間の経過に応じて減少していく。そこで、第２の発明では、排気センサ温度が脱離開始温度以上の所定温度に達した時点を起算点として、時間が計測される。所定温度到達後の経過時間を活性判定の基礎に含ませることにより、吸着種の影響の消失度合いを活性判定に反映させることができる。これにより、吸着種の影響を多量に含む排気センサ出力が使用されてしまうことを抑制することができる。

　第３の発明によれば、排気センサの温度上昇の過程で、所定温度への到達時点からの経過時間を考慮に入れて、排気センサの活性状態を判定することができる。内燃機関の始動時、非活性状態の排気センサは早期の使用開始を目的としてヒータにより急速に加熱される。このとき、排気センサの温度は、内燃機関の始動時、目標温度まで速やかに上昇する。一方、排気センサの温度が脱離開始温度以上まで上昇すれば、吸着種の量は徐々に減少していく。つまり、毎回の内燃機関始動時に、排気センサが目標温度まで加熱される途中で、吸着種が離脱しその後排気センサ周辺から吸着種が取り除かれるまでの物理現象が、時間の経過とともに進行する。そこで、第３の発明では、内燃機関の始動時に、目標温度以下の予め定めた所定温度に排気センサ温度が到達した時点を起算点にして、時間が計測される。この時間を活性判定の基礎に含ませることにより、吸着種離脱に関する一連の物理現象の進行度を、活性判定に反映させることができる。これにより、吸着種の影響を多量に含む排気センサ出力が使用されてしまうことを、抑制することができる。

　第４の発明によれば、排気センサの温度に基づいて排気センサ活性判定がなされる場合において、吸着種の影響が残っているにもかかわらず排気センサ出力が使用される事態を、抑制できる。すなわち、第４の発明によれば、排気センサが活性温度に至ったとしても、脱離開始温度以後の経過時間が所定の時間よりも短い場合には、排気センサが活性状態にあると判定されることが禁止される。つまり、予め定めておいた時間が経過するまでは、排気センサ出力の使用禁止状態を確保できる。その結果、吸着種の影響が残っているにもかかわらず排気センサ出力が使用される事態を、抑制できる。

　第５の発明によれば、排気センサが活性温度に至ったとしても、即座に排気センサが活性状態にあると判定されることがない。本願発明者の知見によれば、排気センサが活性温度に達した後も吸着種の影響が残存するケースは、現実的に、多いと考えられる。本願発明者は、排気センサ出力の早期使用の要求があるなかで、活性温度到達時刻を越えて排気センサ出力使用禁止期間を設けることが効果的であることを見出した。これにより、吸着種の影響が残る排気センサ出力が使用される事態を、確実に防止することができる。

　第６の発明によれば、排気センサが活性温度に至った時点を起算点としてそこから更に所定の時間が経過した後に、排気センサが活性状態にあると判定される。本願発明者の知見によれば、排気センサが活性温度に達した後も吸着種の影響が残存するケースは、現実的に、多いと考えられる。本願発明者は、排気センサ出力の早期使用の要求があるなかで、敢えて、活性温度到達後に排気センサを活性状態と判定しない時間（言い換えれば、待ち時間）を導入することが効果的であることを見出した。これにより、吸着種の影響が残る排気センサ出力が使用される事態を、確実に防止することができる。

　第７の発明によれば、ヒータの加熱により排気センサが活性温度に達する時点を越えたか否かと、吸着種による排気センサの出力ずれが実質的に消失する程度の時間が経過したか否かの双方を、経過時間と所定の時間との比較に基づいて判断することができる。従って、第６の発明によれば、排気センサの活性温度到達の判定と、吸着種による出力ずれの影響消失の判定とを、時間計測によって一括して行うことができる。

　第８の発明によれば、吸着種の脱離温度が主に分布する温度範囲内から、時間の起算点を決める所定温度の値を定めることができる。すなわち、排気ガスには、吸着種となった際の脱離温度が相違する複数の成分が含まれている。本願発明者の知見によれば、ガソリンでは、吸着種のうち脱離温度が低いもの（具体的には、比較的低分子のＨＣや、酸素）は、その脱離温度が約３００℃以上の温度域に分布している。その一方で、ガソリンでは、吸着種のうち脱離温度が高いもの（具体的には、比較的高分子のＨＣ）は、その脱離温度が大体７００℃以下の温度域に収まっている。第８の発明によれば、所定温度の値を、ガソリンにおける吸着種の脱離温度が分散する温度範囲に合わせて、適切に選択することができる。

　第９の発明によれば、排気センサの温度に対して相関を有する物理量として、インピーダンスやアドミタンスが利用される。このとき、これらの電気的物理量がある程度高い精度に達するには、排気センサの温度がある程度上昇していることが必要となる。そこで、第９の発明では、この点を考慮に入れて、４００℃以上の温度域から、時間計測の起算点を確定するための所定温度を選択した。これにより、高精度に時間計測を行うことができる。

　第１０の発明によれば、燃料性状に応じて、上述した第４乃至６の発明における所定の時間を変更することができる。これにより、燃料性状の相違による排気センサ出力ずれの程度のばらつきを、上述した第４乃至６の発明における所定の時間に反映させることができる。

　第１１の発明によれば、リッチ側出力ずれ期間の長さがリッチ側ピークに応じて変化する点を考慮して、リッチ側ピークに応じて、上述した第４乃至６の発明における所定の時間を変更することができる。その結果、より過不足の少ない長さに、上述した第４乃至６の発明における所定の時間を変更することができる。

　第１２の発明によれば、吸着種の量に応じて、上述した第４乃至６の発明における所定の時間を変更することができる。その結果、より過不足の少ない長さに、上述した第４乃至６の発明における所定の時間を変更することができる。

　第１３の発明によれば、吸着種の量に相関を有する各種の量を利用することにより、吸着種の量が多いほど上述した第４乃至６の発明における所定の時間を長めに設定することができる。

　第１４の発明によれば、吸着種の影響が無視できるほどに小さいと判断できる場合には、排気センサが活性温度に達した時点で、排気センサが活性状態にあると判定することができる。よって、吸着種の影響が無視できる場合には、それに応じて排気センサの活性判定も速やかに行うことができる。

　第１５の発明によれば、積算空気量、素子温度或いは素子アドミタンスの計測を行い、これをもって排気センサの出力から吸着種の影響が十分に取り除かれていることを判定することができる。

　第１６の発明によれば、内燃機関始動時において、吸着種に起因するセンサ出力ずれがもたらす種々の弊害、例えば、空燃比制御性の悪化や、ドライバビリティへの悪影響などを、抑制することができる。

　第１７の発明によれば、吸着種に起因する出力ずれの影響が大きい臨界電流式の排気センサに対して、活性状態の判定を的確に行うことができる。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。空燃比センサ４８のセンサ素子部５０を示す断面図である。暖機中における空燃比センサ４８の出力ずれの影響を説明するための図である。実施の形態１においてＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。本発明の実施の形態２のシステム構成を説明するための図である。実施の形態２においてＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。実施の形態３においてＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。実施の形態４においてＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。冷却水温THWIに応じた目標保持時間TWACTが規定されたマップの一例である。実施の形態５においてＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。インピーダンス値TIMPIに応じた目標保持時間TIACTが規定されたマップの一例である。実施の形態６においてＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。リッチ側ピークの値AFBACTPに応じた目標保持時間TAFPACTが規定されたマップの一例である。

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成の説明］
　図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。本実施形態のシステムは、内燃機関（以下「エンジン」ともいう。）１を備えている。内燃機関１は複数の気筒２を有しているが、図１には、そのうちの１気筒のみを示している。

　内燃機関１は、内部にピストン４を有するシリンダブロック６を備えている。シリンダブロック６には、内燃機関１の冷却水温THWIを検出する冷却水温センサ８が設けられている。ピストン４は、クランク機構を介してクランクシャフト１０と接続されている。クランクシャフト１０の近傍には、クランク角センサ１２が設けられている。クランク角センサ１２は、クランクシャフト１０の回転角度（以下「クランク角」という。）CAを検出するように構成されている。

　シリンダブロック６の上部にはシリンダヘッド１４が組み付けられている。ピストン４上面からシリンダヘッド１４までの空間は燃焼室１６を形成している。シリンダヘッド１４には、燃焼室１６内の混合気に点火する点火プラグ１８が設けられている。

　シリンダヘッド１４は、燃焼室１６と連通する吸気ポート２０を備えている。この吸気ポート２０と燃焼室１６との接続部には吸気バルブ２２が設けられている。吸気ポート２０には、吸気通路２４が接続されている。吸気通路２４には、吸気ポート２０の近傍に燃料を噴射するインジェクタ２６が設けられている。

　インジェクタ２６の上流にはスロットルバルブ２８が設けられている。スロットルバルブ２８は、スロットルモータ３０により駆動される電子制御式のバルブである。スロットルバルブ２８は、アクセル開度センサ３２により検出されるアクセル開度AAに基づいて駆動されるものである。スロットルバルブ２８の近傍にはスロットル開度を検出するスロットル開度センサ３４が設けられている。

　スロットルバルブ２８の上流には、熱線式のエアフロメータ３６が設けられている。エアフロメータ３６は吸入空気量Gaを検出するように構成されている。エアフロメータ３６の上流にはエアクリーナ３８が設けられている。

　また、シリンダヘッド１４は、燃焼室１６と連通する排気ポート４０を備えている。排気ポート４０と燃焼室１６との接続部には排気バルブ４２が設けられている。排気ポート４０には排気通路４４が接続されている。排気通路４４には、排気ガスを浄化する排気浄化触媒（以下「触媒」という。）４６が設けられている。触媒４６の上流には、臨界電流式の空燃比センサ４８が設けられている。この空燃比センサ４８は、図２に示すようなセンサ素子部５０を有している。

　図２は、空燃比センサ４８のセンサ素子部５０を示す断面図である。センサ素子部５０は、検出素子５１としての固体電解質層を有している。固体電解質層５１は、部分安定化ジルコニアよりなり、酸素イオン導電性を有する。固体電解質層５１の一面には、計測電極５２が設けられている。また、固体電解質層５１の他面には、大気側電極（「基準ガス側電極」ともいう。）５３が設けられている。これらの計測電極５２及び大気側電極５３は、ともに白金等よりなり、リード５８ａ，５８ｂを介して後述のＥＣＵ６０にそれぞれ接続されている。

　また、固体電解質層５１の一面には、多孔質拡散抵抗層５４が形成されている。多孔質拡散抵抗層５４は、計測電極５２を覆い、かつ、該計測電極５２に排気ガスを導入するためのガス透過層５４ａと、排気ガスの透過を抑制するガス遮断層５４ｂとを有している。これらのガス透過層５４ａ及びガス遮断層５４ｂは、アルミナやジルコニア等のセラミックスよりなり、平均孔径や気孔率が互いに相違している。

　固体電解質層５１の他面には、大気導入ダクト５５が形成されている。大気導入ダクト５５は、上部に大気室（「基準ガス室」ともいう。）５６を有している。この大気室５６内に上記大気側電極５３が配置されている。大気導入ダクト５５は、アルミナ等の高熱伝導性セラミックスよりなる。大気導入ダクト５５の下面には、ヒータ５７が設けられている。ヒータ５７は、通電により発熱する複数の発熱体５７ａと、該発熱体５７ａを覆う絶縁層５７ｂとを有している。発熱体５７ａは、リード５８ｃを介してＥＣＵ６０に接続されている。

　このような構成を有するセンサ素子部５０は、酸素濃度を直線的特性にて検出することができ、酸素濃度に応じた臨界電流をＥＣＵ６０に出力し得る。この空燃比センサ出力（臨界電流）は、排気ガスの空燃比と相関を有している。具体的には、排気ガスの空燃比がリーン側になるほど臨界電流は増大し、排気ガスの空燃比がリッチ側になるほど臨界電流は減少する。

　また、検出素子５１のアドミタンス値Asは、検出素子５１の温度と相関を有する。この点を利用して、本実施形態では、検出素子５１のアドミタンス値Asに基づいて、空燃比センサ４８の温度を計測する。

　また、本実施の形態のシステムは、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０を備えている。ＥＣＵ６０の出力側には、点火プラグ１８、インジェクタ２６、スロットルモータ３０等が接続されている。ＥＣＵ６０の入力側には、冷却水温センサ８、クランク角センサ１２、アクセル開度センサ３２、スロットル開度センサ３４、エアフロメータ３６、空燃比センサ４８等が接続されている。

　ＥＣＵ６０は、クランク角センサ１２の出力に基づいて、機関回転数NEを算出する。また、ＥＣＵ６０は、アクセル開度センサ３２により検出されるアクセル開度AA等に基づいて、機関負荷KLを算出する。ＥＣＵ６０は、機関回転数NEや機関負荷KL等に基づいて、燃料噴射量を決定する。また、ＥＣＵ６０は、時間をカウントするタイマ機能も備えるものとする。

［吸着種の影響］
　内燃機関の停止中に、排気センサの電極部などに、排気ガス成分が吸着することが公知である。実施の形態１の場合には、内燃機関１の停止中、センサ素子部５０の計測電極５２に排気ガス成分（未燃成分であるＨＣや、Ｈ_２ＯあるいはＯ_２）が吸着する。また、空燃比センサ４８の各種の多孔質セラミックス構造部の表面に、排気ガス成分が吸着する。以下、空燃比センサ４８に吸着する排気ガス成分を総称して「吸着種」とも呼ぶ。

　内燃機関１が始動されると、ヒータ５７への通電が開始されることから、センサ素子部５０の温度は上昇する。そして、センサ素子部５０の温度が特定の温度域を超えると、計測電極５２の表面から吸着種が脱離し初め、また、その表面上で種々の反応が活発化し始める。この際、計測電極５２の表面上で還元物質であるH_２が生成されることにより、或いは、計測電極５２上の酸素との反応点が吸着種の存在に起因して減ることにより、空燃比センサ４８の出力は一時的にリッチ側にシフトする。また、逆に、計測電極５２の表面上にO_２が増えることにより、空燃比センサ４８の出力は一時的にリーン側にシフトする。そして、センサ素子部５０の昇温と共に吸着種の脱離が進むと、やがては、センサ出力のリッチずれやリーンずれが解消される。

　図３は、暖機中における空燃比センサ４８の出力ずれの影響を説明するための図である。図３は、本願発明者が行った実験結果である。図３には、モニタ用A/Fセンサ出力、制御用A/Fセンサ出力、素子アドミタンスが、それぞれ実線で示されている。制御用A/Fセンサは、内燃機関の排気通路に配置される通常のA/Fセンサを模して用意されたA/Fセンサである。モニタ用A/Fセンサは、制御用A/Fセンサに向かって流れ込む排気ガスの空燃比を正確にモニタリングするために用意されたA/Fセンサである。この実験では、制御用A/Fセンサを、始動時暖機運転状況下を模して、ヒータにより活性温度まで加熱する。図３における素子アドミタンスの値は、制御用A/Fセンサの温度と相関を有している。一方、モニタ用A/Fセンサは、常時、活性温度に保たれている。つまり、モニタ用A/Fセンサ出力が示す空燃比の排気ガスが、制御用A/Fセンサ側に流れている。制御用A/Fセンサは、前述した吸着種の影響が生じうる状態（内燃機関停止後、十分な時間放置し、十分に吸着種が吸着した状態）にされたものである。

　図３を、時刻ｔ_０→ｔ_５の時間経過に沿って説明する。先ず、時刻ｔ_０から、制御用A/Fセンサに対して排気ガスの供給が開始される。この時点では、ヒータによる加熱が行われているものの制御用A/Fセンサは未だ活性温度に達しておらず、出力値がストイキを固定的に示している。その後、時刻ｔ_１に至ると、制御用A/Fセンサ出力が徐々にリッチ側に偏り始めている。この時点で、図３のグラフ中には現れていないが、素子アドミタンスの値は約３００℃である。時刻ｔ_２に至ると、素子アドミタンスの値が図３のグラフ中に現れている。時刻ｔ_２時点で、制御用A/Fセンサは４００℃にある。なお、素子アドミタンスの計測精度が４００℃以上の温度範囲で十分に高くなるため、図３には４００℃以上から計測値を示している。

　その後、時刻ｔ_３付近から、制御用A/Fセンサの出力がリッチ側に急速に偏り始めている。これに対し、モニタ用A/Fセンサ出力はストイキ付近を示している。時刻ｔ_３付近で、制御用A/Fセンサに吸着していた吸着種の影響が活発化し始めていることがわかる。その後、時刻ｔ_４で、制御用A/Fセンサのリッチ側への出力ずれがピークに達している。そして、時刻ｔ_４以降になると、制御用A/Fセンサ出力は、リーン側へと徐々に回復している。最終的に、時刻ｔ_５において、制御用A/Fセンサ出力は、モニタ用A/Fセンサ出力に一致する。この時点で、吸着種による影響が完全に解消されたと考えることができる。

［実施の形態１の動作］
　内燃機関の始動時には、一般的に、排気センサ出力を用いた空燃比制御（フィードバック制御）を早期に開始したいという要求がある。内燃機関１においても同様に、空燃比センサ４８の出力を早期に利用可能とし、可能な限り早期に空燃比フィードバック制御を開始できることが望ましい。

　一般的に、排気センサの温度が活性温度まで上昇すれば、排気センサ自体の出力特性は安定する。このため、空燃比センサ４８が活性温度に達していれば、温度条件に関しては、空燃比センサ４８の準備が完了していると考えることができる。また、従来は、排気センサが活性温度程度になっていれば（或いは、排気センサが、活性温度より低くとも、ある程度高温になっていれば）、吸着種の影響は十分に消失していると考えられていた。よって、従来の技術にかかるセンサ活性判定では、空燃比センサ４８が活性温度に達した時点で、空燃比センサ４８が活性状態にあるとの判断が下ると考えられる。

　しかしながら、本願発明者は、排気センサが活性温度に至った後にも吸着種の影響が残存する場合があること、つまり、排気センサが十分に高温になっていたとしても吸着種の影響が依然として残存する場合があることを見出した。具体的には、図３における時刻ｔ_５よりも前に、制御用A/Fセンサが活性温度に達してしまうような場合が生じうる。例え空燃比センサ４８の出力精度が十分なものとなっていても、吸着種の影響が残存している場合には、センサ出力に吸着種の影響による誤差が含まれてしまう。その結果、排気ガス空燃比の正確な測定が妨げられてしまう。このような状況を考慮せずに空燃比センサ４８の出力を用いた空燃比制御が開始されてしまうことは、好ましくない。

　そこで、本願発明者は、このような吸着種の影響に鑑み、空燃比センサ４８が活性温度に達したか否かのみならず、空燃比センサ４８の出力から吸着種の影響が十分に取り除かれているか否かに基づいて、空燃比センサ４８の活性状態を判定することにした。言い換えれば、下記２つの条件が満たされている場合に、空燃比センサ４８が活性状態にあると判定されるようにした。
　　（i）空燃比センサ４８が活性温度に至っており、空燃比センサ４８の出力特性が安定している。
　　（ii）空燃比センサ４８の出力から吸着種の影響が十分に取り除かれている。

　そして、本願発明者は、上記の（ii）の条件成立を、ヒータ５７による空燃比センサ４８の暖機途中に時間を計測することにより判別するという手法に想到した。すなわち、本実施形態では、空燃比センサ４８の温度が、所定温度（以下、T1とも示し、本実施形態ではT1＝５００℃とする）に達した後、予め定めた時間（以下、「目標保持時間」とも称し、「Te」とも記す）が経過した後に、空燃比センサ４８が活性状態にあるとの判定を下すこととした。つまり、温度T1到達後に時間Teが経過していなければ、空燃比センサ４８の温度が活性温度に達していたとしても空燃比センサ４８が活性状態であるとは判定されない。

（温度T1の設定）
　本実施形態では、温度T1を次のような観点から設定した。吸着種には、HCやO_２などの様々な種類がある。それぞれの吸着種は、特定の温度になると、計測電極５２の表面から脱離し始める。つまり、個々の吸着種がそれぞれ、計測電極５２の表面から脱離し始める固有の温度（以下、「脱離温度」とも称す。）を備えている。空燃比センサ４８の温度がこれらの脱離温度のうち最も低い温度に達した時点で、吸着種の脱離がはじまる。以下、空燃比センサ４８から吸着種の脱離が開始する温度、言い換えれば、脱離温度のうち最も低い温度を、「脱離開始温度」とも呼称する。

　排気ガスには、吸着種となった際の脱離温度が相違する複数の成分が含まれている。本願発明者の知見によれば、ガソリンでは、吸着種のうち脱離温度が低いもの（具体的には、比較的低分子のＨＣや、酸素）は、その脱離温度が約３００℃以上の温度域に分布している。その一方で、ガソリンでは、吸着種のうち脱離温度が高いもの（具体的には、比較的高分子のＨＣ）は、その脱離温度が大体７００℃以下の温度域に収まっている。本願発明者は、ガソリン中の吸着種の脱離温度は、燃料中に種々の分子数のHCが含まれるなどの点を考慮しても、３００℃以上７００℃以下の範囲に収まると見積っている。また、本願発明者の知見によれば、４００℃以上の温度であれば素子アドミタンスや素子インピーダンスの計測精度をある程度高く確保できると予想されることから、時間Teの計測を精度よく行う観点からは温度T１を４００℃以上に設定することが好ましい。本実施形態ではこれらの点を考慮して、温度T１を５００℃とした。

（目標保持時間Teの設定）
　時間Teは、下記の点を考慮して、実験的にあるいはシミュレーションによって、予め定めておく。本実施形態では、空燃比センサ４８が温度T1すなわち５００℃に達した時刻を起算点として、センサ出力値が十分に収束するまでの時刻（図３で言うところの時刻ｔ_５）までの時間を予め実験で特定しておく。この時刻をTeとする。

　繰り返し述べているように、本願発明者は、吸着種の影響が、排気センサが活性温度に至った後にも残存しうることに着目している。本願発明者の知見によれば、空燃比センサ４８が活性温度に達した後も吸着種の影響が残存するケースは、現実的に、多いと考えられる。つまり、本願発明者は、空燃比センサ４８の活性温度到達時刻後からセンサ出力使用開始までに若干のタイムロスが生じたとしても、時間Teを長めに設定することが、吸着種の影響を回避して内燃機関１の始動を良好に行う上で効果的であることを見出した。

　そこで、本実施形態では、時間Teの長さが、内燃機関１始動時にヒータ５７によって空燃比センサ４８が活性温度に達する時刻を越えるような長さに、定められる。Teは、温度T1の後、空燃比センサ４８の出力値から吸着種の影響が消失して、空燃比センサ４８の出力値が安定するまでの時間とすることが好ましい。すなわち、Teは、空燃比センサ４８の出力が、ばらつきを含めて、排気ガスの現実の空燃比に収束したと確認できる程度の時間とすることが好ましい。これらの条件を満たすことを考えた場合には、例え空燃比センサ４８の活性温度到達時刻を越えるほどの長さになったとしても、Teは十分に長く設定されることが好ましい。これにより、吸着種の影響が残る空燃比センサ４８出力が使用される事態を、確実に防止することができる。

　なお、時間Teを設定する際には、下記の点を考慮することが好ましい。吸着種の影響がセンサ出力値から十分に消失するためには、先ず、吸着種の脱離が十分に進んでいることが必要である。更に、脱離した吸着種の影響が、空燃比センサ４８近傍（つまりセンサ素子部５０の近傍）から、十分に取り除かれていることが必要である。言い換えれば、吸着種脱離後にセンサ素子部５０を取り巻くリッチ雰囲気ガスあるいはリーン雰囲気ガスが、内燃機関１が排出する排気ガスに置換されていることが必要である。

　上述したように、空燃比センサ４８の温度が脱離開始温度を越えると、計測電極５２等に吸着していた吸着種が、脱離温度の低いものから順に脱離を開始する。その後、各々の吸着種の量が、時間の経過に応じてそれぞれ減少していく。このように、脱離開始温度以上の特定の温度を起算点とした場合、先ず、吸着種の脱離プロセスにおいてかかる時間分Te1がある。そして、このTe1とは別に、排気ガスの流量に応じて、リッチ雰囲気ガスやリーン雰囲気ガスを置換するための時間分Te2も存在する。Teは、Te1およびTe2の時間を考慮して設定することが好ましい。

　なお、実施の形態１では、前提条件として、内燃機関１の停止後、空燃比センサ４８が十分に冷えて、吸着種の量が多いと予想される状況を対象とする。具体的には、内燃機関１の停止後、数時間以上、あるいは、１日以上程度の期間が経過している場合を対象とする。

（実施の形態１のセンサ活性状態判定）
　本実施形態では、上記のようにして定めた温度T1と時間Teとを用いた時間計測を行うことにより、内燃機関１の始動時に空燃比センサ４８の活性状態を判定する。具体的には、実施の形態１では、内燃機関始動時にヒータ５７がセンサ素子部５０を加熱している間、空燃比センサ４８の温度と相関を示す物理量として、検出素子５１のアドミタンス値Asが取得される。アドミタンス値Asが、空燃比センサ４８の温度が温度T1に至ったことを示す値まで上昇したら、その時刻を起算点として時間計測が開始される。

　時間計測が開始された後、ヒータ５７により空燃比センサ４８が加熱され、やがては空燃比センサ４８の温度が活性温度に（例えば７５０℃など）に到達する。このとき、前述した（i）の条件が成立する。しかしながら、本実施形態では、前述したように時間Teを十分に長くとっている。従って、この時点では、計測開始時刻からの経過時間がTeを超えていない。よって、未だ、空燃比センサ４８が活性状態にあるとの判定は下されない。

　その後、計測開始時刻からの経過時間が、Teを超えたら、前述した（ii）の条件が成立したと判断される。すなわち、空燃比センサ４８の出力から吸着種の影響が十分に取り除かれているとの判断が下される。この時点で、空燃比センサ４８が活性状態にあるとの判定が下される。

　以上のように、実施の形態１によれば、空燃比センサ４８の温度が温度T1に達した時点を起算点として、時間を計測することができる。そして、活性判定の基礎に脱離開始温度到達後の経過時間を含めることにより、吸着種の影響の消失度合いを、活性判定に反映させることができる。これにより、吸着種の影響を多量に含むセンサ出力が使用されてしまうことを抑制することができる。

　すなわち、実施の形態１によれば、温度T1到達後の経過時間が時間Teよりも短い場合には、空燃比センサ４８（センサ素子部５０）が活性温度に至ったとしても、空燃比センサ４８が活性状態にあると判定されることが禁止される。その結果、時間Teが経過するまでは、空燃比センサ４８出力の使用禁止状態が確保できる。その結果、吸着種の影響が多分に残っているにもかかわらず空燃比センサ４８出力が使用される事態を、確実に抑制できる。

　また、本実施形態によれば、時間Teが予め上述した十分な長さ（空燃比センサ４８の活性温度到達時刻を越える程度の長さ）に、設定されている。したがって、空燃比センサ４８が活性温度に至ったとしても、即座に空燃比センサ４８が活性状態にあると判定されることがない。このように、本実施形態では、空燃比センサ４８出力の早期使用の要求があるなかで、敢えて、活性温度到達時刻を越えて空燃比センサ４８出力使用禁止期間が設けられる。その結果、吸着種の影響が残っているにもかかわらず空燃比センサ４８出力が使用される事態を、確実に抑制できる。

［実施の形態１の具体的処理］
　以下、図４を用いて、実施の形態１にかかる具体的処理を説明する。図４は、実施の形態１においてＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートであり、内燃機関１の始動時に繰り返し実行される。なお、実施の形態１では、内燃機関１の停止後に１日以上程度の期間が経過している場合に実行されるものとする。

　図４に示すルーチンが開始された後、エンジン始動後であるか否か、および、空燃比センサ４８に異常が無いかが判別される（ステップ１０２）。このステップ１０２では、センサ素子部５０の割れや、リード５８ａ，５８ｂ，５８ｃ等の断線が起こっていないか否かが判別される。このステップで空燃比センサ４８に異常が有ると判別された場合には、例えば、センサ異常フラグを“１”にセットするなどの措置を取ることができる。このようにセンサ異常フラグが“１”にセットされると、例えば、車内に設けられた警告ランプ（図示せず）が点灯する。これにより、車両運転者は、センサ異常を認識することができる。

　ステップＳ１０２の条件の成立が認められた場合には、ヒータ５７への通電が開始されるとともにアドミタンス値Asの算出が開始される（ステップＳ１０４）。これにより、空燃比センサ４８の暖機が開始され、かつ、空燃比センサ４８の温度が監視される。

　続いて、センサ素子部５０の温度が温度T1に達したか否かが判定される（ステップＳ１０６）。このステップでは、アドミタンス値Asが、センサ素子部５０の温度が温度T1に至った場合におけるアドミタンス値As1以上になったか否かが判定される。このステップの条件が成立していない場合には、今回のルーチンが終了する。ステップＳ１０６の条件の成立が認められた場合には、当該条件成立時のステップにおける時刻を起算点として、ＥＣＵ６０が時間の計測を開始する。

　その後、ＥＣＵ６０の計測開始後から時間Teが経過したか否かが判定される（ステップＳ１０８）。このステップでは、ＥＣＵ６０の計測時間、即ち、センサ素子部５０の温度が温度T1に達した時点からの経過時間が、Te以上であるか否かが判定される。このステップの成立が認められるまではルーチンはＥＮＤに移行して一旦終了し、その後再び本ルーチンが繰り返し実行される。

　ステップＳ１０８の条件が成立した場合には、空燃比センサ４８が活性状態にあるとの判定が下される（ステップＳ１１０）。このステップでは、ＥＣＵ６０が、空燃比センサ活性フラグをＯＮとする。その後、空燃比センサ４８の出力を利用した空燃比フィードバック制御へと、内燃機関１の制御が移行することとなる。

　以上の処理によれば、空燃比センサ４８の温度とともに、空燃比センサ４８の温度が脱離開始温度に達した時点からの経過時間を考慮に入れて、空燃比センサ４８の活性状態を判定することができる。つまり、空燃比センサ４８温度が温度T1に達した時点を起算点として、時間を計測することができる。そして、活性判定の基礎に、温度T1到達後の経過時間を含めることにより、吸着種の影響の消失度合いを活性判定に反映させることができる。これにより、吸着種の影響を多量に含む空燃比センサ４８出力が使用されてしまうことを抑制することができる。その結果、内燃機関１の始動時において、センサ出力ずれがもたらす種々の弊害、例えば、空燃比制御性の悪化や、ドライバビリティへの悪影響などを、抑制することができる。

　尚、上述した実施の形態１では、図４のルーチンにおけるステップＳ１０４からＳ１１０にかけての一連の処理によって、前記第１の発明における「判定手段」が実現されている。
　尚、上述した実施の形態１では、図４のルーチンにおけるステップＳ１０４以降の、検出素子５１によりアドミタンス値Asを取得する処理により、前記第２の発明における「取得手段」が、図４のルーチンにおけるステップＳ１０６の処理により、前記第２の発明における「温度判定手段」が、図４のルーチンにおけるステップＳ１０８およびＳ１１０の処理により、前記第２の発明における「活性判定手段」が、それぞれ実現されている。また、実施の形態１では、温度T1が、前記第２の発明における「所定温度」に、相当している。

［実施の形態１の変形例］
（第１変形例）
　実施の形態１では、温度T1を５００℃に設定し、温度T1から時間Teが経過した後に、空燃比センサ４８が活性状態にあると判定されている。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。T1を５００℃とは異なる温度に設定しても良い。

　前述したように、吸着種の脱離温度は、吸着種の種類に応じて異なる温度になる。例えば、燃料中に種々の分子数のHCが含まれるなどの点を考慮しても、概ね、ガソリンであれば、吸着種の脱離温度は、３００℃以上７００℃以下の範囲に収まると見積もられる。つまり、脱離開始温度が３００℃であると見積もることができる。実施の形態１の温度T1を、３００℃以上７００℃以下の範囲から選択した１の温度、たとえば、３５０℃、４００℃、４５０℃、５５０℃、６００℃、または６５０℃に設定してもよい。その場合には、選択した温度を起算点とした場合の時間Teを、温度に応じて予め実験的に決定しておくことができる。

（第２変形例）
　温度T1を、空燃比センサ４８の活性温度に一致させても良い。すなわち、空燃比センサ４８の活性温度が例えば７５０℃だった場合に、温度T1を７５０℃に設定しても良い。この変形例では、空燃比センサ４８の活性温度到達時点を起算点としてそこから更に所定の時間が経過した後に、空燃比センサ４８が活性状態にあると判定される。

　実施の形態１でも述べたように、本願発明者の知見によれば、空燃比センサ４８が活性温度に達した後も吸着種の影響が残存するケースは、現実的に、多いと考えられる。この変形例によれば、空燃比センサ４８出力の早期使用の要求があるなかで、敢えて、活性温度到達後に空燃比センサ４８を活性状態と判定しない時間（言い換えれば、センサ活性フラグＯＮまでの待ち時間）が導入される。これにより、吸着種の影響が残る空燃比センサ４８出力が使用される事態を、確実に防止することができる。

（第３変形例）
　実施の形態１では、時間Te経過後に、空燃比センサ４８の活性フラグをＯＮにしている。ここで、本発明でいうところの「排気センサの活性状態」とは、「排気センサ出力の使用開始が許可されている状態」あるいは「排気センサが真に排気ガスの空燃比を正確に測定できるようになった状態」とも言い換えることができる。すなわち、空燃比センサ４８が活性温度に至っていれば、温度条件に関して言えば、空燃比センサ４８は活性状態にあるということができる。しかし、本発明では、前述したように、空燃比センサ４８の出力を排気ガス空燃比を示す値として利用できる状態を、空燃比センサ４８の活性状態として考えている。

　従って、次のような変形も、本発明の技術的範囲に含まれる。例えば、空燃比センサ４８の温度条件に関する「活性温度フラグ」と、空燃比センサ４８の出力を空燃比制御に使用可能であるという「使用許可フラグ」とを、個別に準備する。あるいは、活性温度フラグと、空燃比センサ４８の出力から吸着種の影響が十分に除去されたことを示す「吸着種影響フラグ」とを、個別に準備する。そして、活性温度フラグは、空燃比センサ４８が活性温度に達した時点にＯＮとされる。しかし、使用許可フラグや吸着種影響フラグは、時間Teが経過するまでＯＦＦとされる。これにより、空燃比センサ４８が温度条件に関して活性状態にあると判定されていても、使用許可フラグや吸着種影響フラグがＯＦＦである期間は、空燃比センサ４８は本発明の「活性状態」には達していないと判断される。少なくとも、このような変形例も、本発明の技術的範囲に含まれる。

（第４変形例）
　実施の形態１では、本願発明者の知見に鑑みて、時間Teを長めに設定した。つまり、空燃比センサ４８が活性温度に達した後であっても、空燃比センサ４８が活性状態とは判定されない期間が設けられた。しかしながら、本発明は必ずしもこれに限られるものではなく、状況に応じて、時間Teを適切な長さに設定すればよい。つまり、吸着種の影響消失までの時間が、空燃比センサの活性温度到達時刻よりも短いような場合には、これに応じて時間Teを適宜に短く設定してもよい。

（第５変形例）
　実施の形態１では、空燃比センサ４８の温度に相関を有する物理量として、アドミタンス値Asを利用した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。素子インビーダンスを用いる手法によって、空燃比センサ４８の温度を測定しても良い。また、ヒータ５７への供給電力積算値からの推定などを行っても良い。空燃比センサの温度計測に関しては、多くの公知技術があるため、ここではこれ以上の説明を省略する。

（第６変形例）
　実施の形態１では、温度T1を、吸着種の脱離開始温度以上の温度域で設定している。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。以下述べるように、温度T1を、脱離開始温度未満の温度（つまり実施の形態１で言えば３００℃未満の温度）に設定しても良い。

　内燃機関１の始動時、非活性状態の空燃比センサ４８は早期の使用開始を目的としてヒータ５７により急速に加熱される。このとき、空燃比センサ４８の温度は、内燃機関１の始動時、目標温度Ttgt（活性温度と同じ若しくはそれより高温の特定温度）まで速やかに上昇する。センサ暖機時のヒータ５７のデューティ比は、例えば１００％などに設定される。

　空燃比センサ４８の温度が脱離開始温度以上まで上昇すれば、吸着種の量は徐々に減少していく。つまり、毎回の内燃機関始動時に、空燃比センサ４８が目標温度まで加熱される途中で、吸着種が離脱しその後空燃比センサ４８周辺から吸着種が取り除かれるまでの物理現象が、時間の経過とともに進行する。

　そこで、本変形例では、内燃機関１の始動時に、目標温度Ttgt以下の予め定めた所定温度を起算点にして時間TTMPが計測される。そして、実施の形態１と同様に、計測開始後の経過時間が、事前に設定しておいた目標保持時間を越えたか否かが判定される。目標保持時間（以下、「Tee」と記す）は、実施の形態１と同様の観点から、すなわち、吸着種に起因する出力ずれの影響が十分に消失する程度の長さに、予め設定しておく。実施の形態１と同様に、マップとしてＥＣＵ６０に記憶しておく。そして、TTMPがTee以上となったら、空燃比センサ４８の活性フラグをＯＮにする。

　以上のように、空燃比センサ暖機過程で時間計測を行いこの時間を活性判定の基礎に含めることにより、吸着種離脱に関する一連の物理現象の進行度を、活性判定に反映させることができる。これにより、実施の形態１と同様に、吸着種の影響を多量に含む空燃比センサ４８出力が使用されてしまうことを、抑制することができる。

（第７変形例）
　本発明を適用可能な空燃比センサは、実施の形態１の空燃比センサ４８の構成に限定されない。例えば、いわゆる２セルタイプの積層型空燃比センサに対して、本発明を適用しても良い。

　なお、近年では、素子表面の多孔質セラミックスコーティング層を厚くし、センサの保護機能を強化する構造がとられてきている。これは、内燃機関の冷間始動時における排気管中の飛散凝縮水に対して、素子強度を向上させることを目的としている。このような構造では、セラミックスコーティング層の表面積が大きくなるため、これに応じて、吸着種の吸着量が多くなる傾向にある。こういったタイプの空燃比センサは、吸着種の影響がより長期に渡って残存するおそれが高く、本発明を適用する意義が高い。

　なお、実施の形態１では空燃比センサ４８に対する活性判定が行われたが、本発明はこれに限られるものではない。酸素センサや、排気ガス中のＮＯｘの量を検出するためのＮＯｘセンサなどにも、本発明を適用することができる。内燃機関１の排気通路に配置されて吸着種の影響を受けうるセンサであって、排気ガスの空燃比、成分に応じて出力値を変化させるセンサに対して、本発明を適用することができる。

　なお、実施の形態１では、主に、センサ出力がリッチ側にずれる場合を取り上げたが、本発明はこれに限られるものではない。リーン側にずれるような状況下に対しても、温度T1および目標保持時間Teを適宜に設定することにより、実施の形態１と同様に空燃比センサの活性判定を行えばよい。

実施の形態２．
　以下、本発明の実施の形態２を説明する。実施の形態２は、実施の形態１と同様に、内燃機関１などの図１の構成を備える。実施の形態２は、内燃機関１に投入された燃料の性状に応じて時間Teを変更する点で、実施の形態１に相違する。以下、実施の形態１との相違点を中心に説明し、実施の形態１との重複事項は説明を省略若しくは簡略化する。

［実施の形態２のシステム構成の説明］
　図５は、実施の形態２のシステム構成を示す。実施の形態２のシステムは、実施の形態１と同様に、内燃機関１（簡略化して示す）、触媒４６、空燃比センサ４８、およびＥＣＵ６０を備えている。その他実施の形態１の構成は、図５では図示を省略するが、図１と同じく存在するものとする。

　実施の形態２のシステムは、燃料タンク７０を備える。燃料タンク７０の燃料が、燃料配管７２を介して、内燃機関１のインジェクタ２６へと供給される。燃料配管７２には、燃料性状センサ７４が配置されている。燃料性状センサ７４は燃料タンク７０内の燃料の性状に応じた出力を発し、この出力はＥＣＵ６０に入力される。

［実施の形態２の動作および具体的処理］
　空燃比センサ４８の始動時暖機過程での出力ずれは、吸着種の吸着のし易さや、脱離温度によっても異なる。特に、エタノール混合燃料を使用するＦＦＶでは、通常のガソリン使用時と比較して、始動時暖機過程での出力ずれの程度が大きくばらつく傾向にある。そこで、実施の形態２では、上記のような傾向を考慮して、燃料性状に応じて、実施の形態１における温度T1および時間Teの値を変更する。

　図６は、実施の形態２においてＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。図６のルーチンも、実施の形態１の図５のルーチンと同様の条件下で繰り返し実行されるものとする。図６のルーチンは、ステップＳ２０５、Ｓ２０８の処理内容を除き、図５のルーチンと同じステップを備える。以下の説明は、相違点を中心に説明する。

　図６のルーチンが開始されると、図５のルーチンと同様にステップＳ１０２～Ｓ１０４の処理が実行される。その後、ステップＳ２０５に至る。

　ステップＳ２０５では、燃料性状センサ７４に基づいて、燃料タンク７０内の燃料の性状が取得される。ここで、実施の形態２では、予め、投入される燃料の性状に応じた、時間Teのマップを作成しておくこととする。具体的には、例えば、燃料中のエタノール濃度の相違に応じて、具体的には、Ｅ０、Ｅ８５、Ｅ１００などといった燃料ごとに、時間Teを予め実験的に決定しておく。ステップＳ２０５では、時間Teのマップが参照され、燃料性状センサ７４に基づく現在の燃料性状Iに応じた目標保持時間であるTe（I）が取得される。

　その後、実施の形態１と同様にステップＳ１０６でＥＣＵ６０の時間計測が開始された後、ステップＳ２０８に至る。ステップＳ２０８では、ステップＳ１０６における時間計測開始時から、ステップＳ２０５で得られたTe(I)が経過したか否かが判定される。その後、Te(I)が経過したら、ステップＳ１１０へと移行してセンサ活性フラグがＯＮとされる。その後、実施の形態１と同様に、空燃比フィードバック制御へと移行する。

　以上説明したように、実施の形態２によれば、燃料性状に応じて、時間Teを変更することができる。これにより、燃料性状の相違による空燃比センサ４８の出力ずれの程度のばらつきを、時間Teに反映させることができる。その結果、時間Teによる空燃比センサ４８の活性フラグＯＮまでの待ち時間を、過不足無く、設定することができる。

　なお、燃料性状センサ７４に限定されず、前回の運転中の空燃比センサ４８の出力から燃料性状を判定したり、各種の燃料性状の推定手法を利用しても良い。これらの手法は既に公知であり、新規な事項ではないため、説明を省略する。

実施の形態３．
　実施の形態３は、実施の形態１と同じシステム構成、動作を前提とするものである。以下、実施の形態３と実施の形態１との相違点を中心に説明する。

　実施の形態３では、実施の形態１において、特開２００８－１３８５６９号公報と同様に、センサ出力をストイキにマスキングする。つまり、空燃比センサ４８の活性フラグがＯＮになるまでは、空燃比センサ４８の出力はストイキに固定される。

　ここで、空燃比センサ４８の活性フラグがＯＮにされた瞬間、マスキングが解除されて空燃比センサ４８の実際の出力が取り込まれる。この際に、空燃比センサ４８の出力として認識される出力信号が、ストイキ出力から実際の出力へと不連続的に大きく変化してしまうおそれがある。こういった変化を、制御（ＥＣＵ６０）側が空燃比荒れと認識してしまうおそれがある。そこで、実施の形態３では、この影響を防止するために、空燃比センサ４８の活性フラグＯＮの後、空燃比センサ４８の出力信号に対して所定のなまし処理（時間方向への平滑化処理）を行うこととした。

　図７は、実施の形態３においてＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。図７のルーチンは、図５のルーチンと同じくステップＳ１０２～Ｓ１１０までの処理を備えている。図７のルーチンは、ステップＳ３００、Ｓ３０２、Ｓ３０４、Ｓ３０６の処理を除き、図５のフローチャートと同じである。

　図７のルーチンでは、図５のルーチンと同様に、ステップＳ１０２～Ｓ１１０までの処理が実行される。ステップＳ１０２、Ｓ１０６、Ｓ１０８のそれぞれで条件不成立であるときには、ステップＳ３００の処理において空燃比センサ４８の出力がストイキにマスクされる。

　ステップＳ１１０の処理を経て空燃比センサ４８の活性フラグがＯＮとされると、続いて、センサ活性フラグＯＮの後、所定時間（例えば１秒程度）が経過したか否かが判定される（ステップＳ３０２）。このステップの条件が否定された場合には、現在はセンサ活性フラグＯＮの直後であり、センサ出力のなまし処理が必要であるとの判断が下される。そして、ステップＳ３０６において、センサ出力のなまし処理が行われる。なお、実施の形態３では、一例として下記の信号処理を行う。
　今回センサ出力　＝　（前回センサ出力×６３＋今回センサ出力）／６４
なお、前回センサ出力の初期値は、ストイキ出力である。

　ステップＳ３０２の条件の成立が認められた場合には、センサ活性フラグＯＮから十分な時間が経過したものと判断される。よって、センサ出力のなまし処理を終了（あるいは、一旦２回なまし処理などを経て、最終的になまし処理を終了）し、空燃比センサ４８の実際の出力信号を利用して空燃比制御が行われる。

　以上説明したように、実施の形態３によれば、空燃比センサ４８の出力の使用開始時期に懸念される、空燃比制御性の悪化を抑制することができる。

実施の形態４．
［実施の形態４の基本的思想］
　以下、実施の形態４が実施の形態１と同じシステム構成を有し、同様の動作を実行可能であることを前提に、実施の形態４を説明する。但し、実施の形態４では、実施の形態１～３とは異なり、温度T1を、空燃比センサ４８の活性温度（言い換えれば、ヒータ５７の目標温度Ttgt）に設定する。よって、実施の形態４では、前述した実施の形態１の第２変形例のように、目標保持時間が、空燃比センサ４８の活性温度到達後における待ち時間として機能する。

　空燃比センサ４８に吸着する吸着種の量（以下、「吸着量」とも称す）は、内燃機関１の停止後における空燃比センサ４８の冷却状況によって、変化する。吸着種は、主に、空燃比センサ４８の温度が約３００℃以下に低下した状況下において、排気ガス中のHC成分等がセンサ素子部５０等に吸着したものである。吸着量が相違すれば、吸着種に起因する空燃比センサ４８の出力ずれが残存する時間の長さが異なる。

　ここで、本願発明者は、下記の２つの傾向に着目した。
　（a）空燃比センサ４８が完全に冷えた（常温以下まで低下した）状態からの暖機時には、空燃比センサ４８の活性温度到達後にも、出力ずれが長時間に渡って残る。
　（b）空燃比センサ４８が前回の機関停止後からあまり冷えていない状態からの再暖機（例えば、内燃機関１の停止後数時間以内での再暖機）の場合には、空燃比センサ４８の活性温度到達後の出力ずれは、比較的、短時間で消失する。

　そこで、実施の形態４では、上述した傾向を考慮して、空燃比センサ４８の冷却状況に基づいて、目標保持時間Teを変更することにした。具体的には、実施の形態４では、内燃機関１の始動時の冷却水温THWIに基づいて、空燃比センサ４８の冷却状況を推定し、目標保持時間Teを変更することとした。

［実施の形態４の動作および具体的処理］
　図８は、実施の形態４においてＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。図５のフローチャートと共通のステップには、同じ符号を付す。

　図９は、図８のルーチン実行時にＥＣＵ６０が参照するマップを示している。図９は、冷却水温THWIに応じた目標保持時間（実施の形態４では、TWACTと記す）が規定されたマップの一例を示す。図９のマップは、冷却水温THWIが高いほど、目標保持時間TWACTが短めになるように設定されている。そして、冷却水温THWIが十分に高い場合には（実施の形態４では４０℃）、目標保持時間TWACTは零に設定されている。このマップは、予め実験的に作成しておくこととする。

　図８のルーチンでは、先ず、センサ活性判定ルーチン開始後、イグニッションがＯＮすなわちエンジン活動状態にあるか否かが判定される（ステップＳ４００）。ステップＳ４００の条件が成立している場合には、続いて、冷却水温センサ８の出力に基づいて、始動時における冷却水温THWIが取得される（ステップＳ４０２）。続いて、エンジン始動後、空燃比センサ４８が故障していないかが判定される（ステップＳ４０４）。このステップでは、図５等のルーチンにおけるステップＳ１０２の処理内容と同様に、空燃比センサ４８に異常が無いかが判定される。その後、図５等のルーチンと同様に、ステップＳ１０４，Ｓ１０６の処理が実行される。

　ステップＳ１０６において空燃比センサ４８が温度T1に到達したと判定された後、ＥＣＵ６０が有するタイマ機能によって経過時間がカウントされる（ステップＳ４０６）。実施の形態４では、ここでカウントされる時間をTTMPと記す。

　ステップＳ４０６の後、続いて、図９のマップが参照され、ステップＳ４０２で取得された冷却水温THWIに応じた目標保持時間TWACTが取得される（ステップＳ４０８）。

　次いで、TTMPが、TWACT以上になったか否かが判定される（ステップＳ４１０）。このステップでは、空燃比センサ４８が温度T1に到達した時刻からの経過時間TTMPが、目標保持時間TWACTを越えるまで、ループ処理に入る。なお、実施の形態４では、この期間、空燃比センサ４８の出力がストイキにマスクされている。その後、TTMPがTWACT以上になった時点でループ処理から抜ける。最終的に、ステップＳ１０４でセンサ活性フラグがＯＮとされて、今回のルーチンが終了する。

　以上の処理によれば、出力ずれ期間の長さが空燃比センサ４８の冷却状況に応じて変化する点を、目標保持時間に反映させることができる。その結果、より過不足の少ない長さに、目標保持時間を変更することができる。

　なお、冷却水温に代えて、内燃機関１の始動時における吸気温や油温などを利用しても良い。
　また、本実施形態では図９に示すマップを作成したが、本発明はこれに限られない。例えば、冷却水温THWIが高いほど目標保持時間が短めになるように、時間Teに補正係数を乗ずるなどしてもよい。
　また、本実施形態では、始動時の冷却水温が高い場合には、空燃比センサ４８に対するHC成分の吸着量が殆ど無いと判断して、目標保持時間TWACTが零に設定される。この場合には、センサ素子部５０の温度が活性温度に達した時点で、速やかに、ステップＳ１１０におけるセンサ活性フラグがＯＮとされる。しかしながら、本発明はこれに限られず、目標保持時間として、ある程度の微小時間を確保しても良い。
　なお、実施の形態４では、温度T1を活性温度に設定したが、実施の形態１のように、温度T1を５００℃などの温度に適宜に設定してもよい。この場合であっても、上記の説明のように、出力ずれ期間の長さが空燃比センサ４８の冷却状況に応じて変化する点を目標保持時間に反映させたマップを作成しておけば、実施の形態４と同様の効果を得ることができる。

実施の形態５．
［実施の形態５の基本的思想］
　以下、実施の形態５が実施の形態１と同じシステム構成を有し、同様の動作を実行可能であることを前提に、実施の形態５を説明する。但し、実施の形態５も、実施の形態４と同様に、温度T1を、空燃比センサ４８の活性温度（言い換えれば、ヒータ５７の目標温度Ttgt）に設定する。

　実施の形態５は、空燃比センサ４８の冷却状況に基づいて実施の形態１における目標保持時間Teを変更する点で、実施の形態４と共通する。しかしながら、実施の形態５では、実施の形態４とは異なり、内燃機関１の始動時における空燃比センサ４８の温度に基づいて、目標保持時間Teが変更される。実施の形態５では、空燃比センサ４８の温度に相関を有する物理量として、検出素子５１のインピーダンスを利用する。実施の形態５においても、実施の形態４で述べた２つの傾向（（a）および（b））に基づいて、目標保持時間Teが変更される。

［実施の形態５の動作および具体的処理］
　以下、実施の形態５の動作を、実施の形態５における具体的処理と共に説明する。図１０は、実施の形態５においてＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。図１０のルーチンにおいて、実施の形態１～４において説明したルーチンと同じ処理内容のルーチンには、同じ符号を付している。

　図１１は、実施の形態５においてＥＣＵ６０に予め記憶されるマップである。実施の形態５では、図１１に示すように、内燃機関１の始動時における検出素子５１のインピーダンス値TIMPI（または、アドミタンス値Asでもよい）と、時間TIACTとの関係を実験的にマップに規定しておく。このマップは、インピーダンス値TIMPIが空燃比センサ４８が高温であることを示すほど、目標保持時間（実施の形態５では、TIACTと記す）が短めになるように、規定されている。

　図１０のルーチンでは、先ず、実施の形態４と同様にステップＳ４００の処理が実行される。その後、始動時におけるインピーダンス値TIMPIを取得する処理が実行される（ステップＳ５００）。空燃比センサなどの温度を求めるためにインピーダンス値を得る技術は、既に公知であり新規な事項ではない。従って、ここでは説明を省略する。ステップＳ５００の処理実行後、ステップＳ４０４，Ｓ１０４、Ｓ１０６が順次実行され、さらに、Ｓ４０６においてTTMPのカウントが開始される。

　続いて、図１１に示したマップが参照され、ステップＳ５００で取得されたTIMPIの値に応じて、目標保持時間TIACTが取得される（ステップＳ５０８）。

　次いで、TTMPが、TIACT以上になったか否かが判定される（ステップＳ５１０）。このステップでは、空燃比センサ４８が温度T1に到達した時刻からの経過時間が、目標保持時間を越えるまで、ループ処理に入る。なお、実施の形態５でも、この期間、空燃比センサ４８の出力がストイキにマスクされている。その後、TTMPがTIACT以上になった時点でループ処理から抜ける。最終的に、ステップＳ１０４でセンサ活性フラグがＯＮとされて、今回のルーチンが終了する。

　なお、本実施形態では、図１１に示したように、始動時のインピーダンス値TIMPIが、空燃比センサ４８の３００℃相当値を超える範囲にある場合には、TIACTが零に設定される。これは、本願発明者の知見によれば、空燃比センサ４８が３００℃以上の温度域にある場合には、吸着量が微量であるため吸着種による出力ずれの影響が無視できると判断できるからである。この場合には、センサ素子部５０の温度が活性温度（例えば７５０℃）に達した時点で、ステップＳ１１０におけるセンサ活性フラグがＯＮとされる。しかしながら、本発明はこれに限られず、目標保持時間として、ある程度の微小時間を確保しても良い。

　なお、実施の形態４や実施の形態５のほかにも、例えば、前回の期間停止時から今回の始動時までの経過時間（すなわち、機関停止期間）に基づいて、目標保持時間を変更してもよい。機関停止期間が長いほど、吸着量も多いと推定できる。よって機関停止期間が長いほど目標保持時間を長く設定するようにしてもよい。
　なお、実施の形態５では、温度T1を活性温度に設定したが、実施の形態１のように、温度T1を５００℃などの温度に適宜に設定してもよい。この場合であっても、出力ずれ期間の長さが空燃比センサ４８の冷却状況に応じて変化する点を目標保持時間に反映させたマップを作成しておけば、実施の形態５と同様の効果を得ることができる。

　実施の形態６．
［実施の形態６の基本的思想］
　以下、実施の形態６が実施の形態１と同じシステム構成を有し、同様の動作を実行可能であることを前提に、実施の形態６を説明する。但し、実施の形態５も、実施の形態４と同様に、温度T1を、空燃比センサ４８の活性温度（言い換えれば、ヒータ５７の目標温度Ttgt）に設定する。

　実施の形態６は、実施の形態１における目標保持時間Teを変更する点で、実施の形態４および５と共通する。しかしながら、目標保持時間を変更する際に、内燃機関１の始動時における空燃比センサ４８のリッチ側のピーク値（以下、「リッチ側ピーク」とも称す）に着目している点で、実施の形態６は実施の形態４，５とは異なる。

　本願発明者の知見によれば、吸着種の影響を考える上で、下記の２つの傾向を考慮することが好ましい。
　（1）空燃比センサ冷却時にセンサ素子部（実施の形態１ではセンサ素子部５０）に吸着する吸着種の量が多いほど、吸着種の酸化が起こりにくくなる。
　（2）空燃比センサ暖機時のセンサ周辺の雰囲気がリッチであるほど、吸着種の酸化が起こりにくくなる。
　吸着種の酸化が起こりにくくなる（妨げられる）ことにより、空燃比センサ暖機過程でのリッチ側出力ずれが長期に渡って継続することになる。

　そこで、本願発明者は、空燃比センサ暖機時におけるリッチ側ピークに基づいて、目標保持時間を変更する手法に想到した。すなわち、実施の形態５では、始動時暖機中の活性判定前に、空燃比センサ４８が示した出力がリッチであるほど、目標保持時間を長めに設定することにした。

［実施の形態６の動作および具体的処理］
　以下、実施の形態６の動作を、実施の形態６における具体的処理と共に説明する。図１２は、実施の形態６においてＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。図１２のルーチンにおいて、実施の形態１～５において説明したルーチンと同じ処理内容のルーチンには、同じ符号を付している。

　図１３は、実施の形態６においてＥＣＵ６０に予め記憶されるマップである。実施の形態６では、図１３に示すように、リッチ側ピークAFBACTPと、目標保持時間（実施の形態６では、TAFPACTと記す）との関係を実験的にマップに規定しておく。このマップは、リッチ側ピークAFBACTPがリッチであるほど、TAFPACTが長めになるように、規定されている。

　図１２のルーチンでは、先ず、実施の形態４と同様のステップＳ４００，Ｓ４０４や、実施の形態１と同様のステップＳ１０４、Ｓ１０６が、それぞれ実行される。

　ここで、内燃機関１の始動開始直後など空燃比センサ４８の温度が未だ低い場合には、ステップＳ１０６の条件が否定される。即ち、始動時に空燃比センサ４８が高温である場合などを除き、少なくとも一回は、ステップＳ１０６の条件が否定される。この場合、ステップＳ６００へと処理が移る。なお、図１２のルーチンでは、ステップＳ４００やＳ４０４において条件が否定されている場合も、ステップＳ６００へと処理が進んでいる。ステップＳ６００では、センサ暖機過程中のリッチ側ピークAFBACTPを取得する処理が実行される。すなわち、本ルーチンの実行中は空燃比センサ４８の出力が逐次的に保持されており、ステップＳ６００に処理が進むごとにそれまでに空燃比センサ４８が示したリッチ側出力値の最大値がリッチ側ピークAFBACTPに設定される。

　図１２のルーチンが繰り返し実行されている過程で、空燃比センサ４８の暖機も進む。やがて、空燃比センサ４８が温度T1に達した段階で、ステップＳ１０６の条件が肯定される。その結果、ステップＳ４０６に処理が進み、TTMPのカウントが開始される。

　続いて、図１３に示したマップが参照され、ステップＳ６００で取得されたAFBACTPの値に応じて、目標保持時間TAFPACTが取得される（ステップＳ６０２）。

　次いで、TTMPが、TAFPACT以上になったか否かが判定される（ステップＳ６０４）。このステップでは、空燃比センサ４８が温度T1に到達した時刻からの経過時間が、目標保持時間を越えるまで、ループ処理に入る。なお、実施の形態６でも、この期間、空燃比センサ４８の出力がストイキにマスクされている。その後、TTMPがTAFPACT以上になった時点でループ処理から抜ける。最終的に、ステップＳ１０４でセンサ活性フラグがＯＮとされて、今回のルーチンが終了する。

　以上の処理によれば、リッチ側出力ずれ期間の長さがリッチ側ピークに応じて変化する点を、目標保持時間に反映させることができる。その結果、より過不足の少ない長さに、目標保持時間を変更することができる。

　なお、実施の形態６において、リッチ側ピークの値がストイキあるいはリーンであった場合には、リッチ側出力ずれ期間が存在しないとみなすことができる。そこで、図１３のマップでは、AFBACTPがストイキの場合、TAFPACTを零にしている。図１３では省略しているが、リーンでもTAFPACTが零とされる。これにより、リッチ側出力ずれが無い場合には、空燃比センサ４８が活性温度に達した後、速やかに活性フラグをＯＮにすることができる。その結果、吸着種の影響が無視できる場合には、それに応じて空燃比センサ４８の活性判定も速やかに行うことができ、結果的に空燃比フィードバック制御も早期に開始することができる。

　なお、実施の形態６では、温度T1を活性温度に設定したが、実施の形態１のように、温度T1を５００℃などの温度に適宜に設定してもよい。この場合であっても、リッチ側ピークの値がリッチであるほど目標保持時間を長く変更することにより、実施の形態６と同様の効果を得ることができる。

実施の形態７．
　実施の形態１乃至６では、ヒータ５７による空燃比センサ４８の暖機途中に時間を計測することによって、実施の形態１で述べた（ii）の判定つまり空燃比センサ４８の出力から吸着種の影響が十分に取り除かれているかどうかを判定した。一方、時間計測という手法に限らず、例えば、積算空気量、素子温度或いは素子アドミタンスの計測を行い、この計測結果をもって、空燃比センサ４８の出力から吸着種の影響が十分に取り除かれていることを判定してもよい。

実施の形態８．
　本発明は、上述した各実施形態のように脱離開始温度からの所定時間の経過の有無によって空燃比センサ４８の活性状態を判定する形態に限られるものではない。この所定時間は、ヒータ加熱により排気センサが活性温度に達する時点を越えるように設定され且つ吸着種によるこの排気センサの出力ずれが実質的に消失する程度の長さを有する。本発明によれば、その他の例として、最終的に吸着種による空燃比センサ４８の出力ずれが消失しているか否かによって空燃比センサ４８の活性状態を判定しても良い。つまり、始動から、吸着種がほぼ消失している時点まで計測をし、この時点が経過したことをもって排気センサの活性状態を判定してもよい。

１　内燃機関
８　冷却水温センサ
２６　インジェクタ
４４　排気通路
４６　触媒
４８　空燃比センサ
５０　センサ素子部
５１　検出素子
５２　計測電極
５３　大気側電極
５４　多孔質拡散抵抗層
５７　ヒータ
７０　燃料タンク
７２　燃料配管
７４　燃料性状センサ

Claims

　内燃機関の始動時に排気センサを加熱するためのヒータと、
　前記内燃機関の始動時に、前記排気センサに吸着した排気ガス成分である吸着種が脱離し始めた後に前記吸着種が前記排気センサのもとから実質的に消失する程度の期間が経過したか否かに基づいて、前記排気センサの活性状態を判定する判定手段と、
　を備えることを特徴とする排気センサの活性判定装置。
　前記排気センサの温度に対して相関を有する物理量を取得する取得手段を、さらに備え、
　前記判定手段が、
　前記物理量に基づいて、前記排気センサの温度が、前記排気センサに吸着した排気ガス成分である吸着種が脱離し始める温度である脱離開始温度以上の温度領域内において予め設定された所定温度に、達したか否かを判定する温度判定手段と、
　前記排気センサの温度が前記所定温度に達した時点からの経過時間に基づいて、前記排気センサの活性状態を判定する活性判定手段と、
　を含むことを特徴とする請求項１に記載の排気センサの活性判定装置。
　前記ヒータが、内燃機関の始動時に、排気センサを目標温度まで加熱するものであり、
　前記排気センサの温度に対して相関を有する物理量を取得する取得手段を、さらに備え、
　前記判定手段が、
　前記ヒータの加熱開始後に、前記目標温度以下の温度領域内において予め設定された所定温度に前記排気センサの温度が達した時点からの経過時間に基づいて、前記排気センサの活性状態を判定する活性判定手段を、含むことを特徴とする請求項１に記載の排気センサの活性判定装置。
　前記活性判定手段が、前記排気センサの温度と前記経過時間とに基づいて前記排気センサの活性状態を判定するものであり、
　該活性判定手段が、
　前記排気センサが活性温度に達したか否かに基づいて、前記排気センサの活性状態を判定する活性温度判定手段と、
　前記経過時間が所定の時間を越えるまでは、前記活性温度判定手段の判定結果にかかわらず、前記排気センサが活性状態に達したと判定されるのを禁止する活性判定禁止手段と、
　を含むことを特徴とする請求項２または３に記載の排気センサの活性判定装置。
　前記活性判定禁止手段による禁止が解除される時刻が、内燃機関始動時に前記排気センサを加熱するヒータによって該排気センサが活性温度に達する時刻を越えるように、前記所定の時間を設定する手段を備えることを特徴とする請求項４に記載の排気センサの活性判定装置。
　前記所定温度が、前記排気センサの活性温度であり、
　前記活性判定手段が、前記前記排気センサが活性温度に達した後、所定の時間が経過したら、前記排気センサが活性状態にあると判定することを特徴とする請求項２または３に記載の排気センサの活性判定装置。
　前記活性判定手段が、前記経過時間が所定の時間を超過したか否かに基づいて前記排気センサの活性状態を判定するものであり、
　該所定の時間が、前記ヒータの加熱により前記排気センサが活性温度に達する時点を越えるように設定され且つ吸着種による該排気センサの出力ずれが実質的に消失する程度の長さに設定されていることを特徴とする請求項２または３に記載の排気センサの活性判定装置。
　前記所定温度が、３００℃以上７００℃以下の温度領域から選択された温度であることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載の排気センサの活性判定装置。
　前記取得手段が取得する物理量が、前記排気センサのインピーダンスまたはアドミタンスであって、
　前記所定温度が４００℃以上の温度領域から選択された温度であることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載の排気センサの活性判定装置。
　内燃機関の燃料性状を取得する性状取得手段と、
　前記性状取得手段が取得した燃料性状に応じて前記所定の時間を異なる長さに設定する性状条件時間設定手段と、
　を備えることを特徴とする請求項４乃至９のいずれか１項に記載の排気センサの活性判定装置。
　内燃機関始動中、前記排気センサが非活性である期間に、該排気センサの出力が示す空燃比のリッチ側のピーク値を取得するリッチピーク取得手段と、
　前記リッチピーク取得手段が取得した空燃比がリッチ側に大きいほど、前記所定の時間を長めに設定するリッチ条件時間設定手段と、
　を備えることを特徴とする請求項４乃至１０のいずれか１項に排気センサの活性判定装置。
　内燃機関停止中に前記排気センサに吸着するガス成分の量である停止時吸着量に対して相関を有する量を取得する吸着量取得手段と、
　前記吸着量取得手段が取得した量に応じて、前記所定の時間を変更する吸着量条件時間設定手段を備えることを特徴とする請求項４乃至１１のいずれか１項に排気センサの活性判定装置。
　前記吸着量取得手段が、内燃機関始動時の水温、吸気温および油温、内燃機関始動時の排気センサ温度およびこれに相関を有する物理量、並びに、内燃機関の停止から始動開始までの期間の長さである停止期間のうち、少なくとも１つを取得する手段を含み、
　前記吸着量条件時間設定手段が、内燃機関始動時の水温若しくは油温が低いほど、内燃機関始動時の排気センサ温度が低温であるほど、または、前記停止期間が長いほど、前記所定の時間を長めに設定する手段を含む、
　ことを特徴とする請求項１２に記載の排気センサの活性判定装置。
　請求項１１に記載のリッチピーク取得手段およびリッチ条件時間設定手段と、請求項１２または１３に記載の吸着量取得手段および吸着量条件時間設定手段と、のうち少なくとも一方の組と、
　前記リッチピーク取得手段が取得した空燃比がストイキまたはリーン側の値を示している場合、または／および、前記吸着量取得手段が示す吸着量が所定の基準値を下回る場合に、前記排気センサが活性温度に達したら該排気センサを活性状態と判定する即時活性判定手段と、
　を備えることを特徴とする請求項４乃至１０に記載の排気センサの活性判定装置。
　前記判定手段が、前記内燃機関の積算空気量、前記排気ガスセンサの素子温度および前記排気ガスセンサの素子アドミタンスのうち、少なくとも１つを対象とした計測の結果に基づいて、前記排気センサに吸着した排気ガス成分である吸着種が脱離し始めた後に前記吸着種が前記排気センサのもとから実質的に消失する程度の期間が経過したか否かの判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の排気センサの活性判定装置。
　排気センサと、
　前記排気センサの活性判定を行う、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の排気センサの活性判定装置と、
　前記排気センサの出力に基づいて内燃機関の空燃比をフィードバック制御するためのフィードバック制御手段と、
　内燃機関の始動時に、前記活性判定装置の判定結果に基づいて、前記フィードバック制御手段による制御を開始するフィードバック制御開始手段と、
　を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
　前記排気センサが、臨界電流式の空燃比センサであることを特徴とする請求項１６に記載の内燃機関の制御装置。