特許 6377534 センサ制御装置およびセンサ制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6377534

(24)【登録日】2018年8月3日

(45)【発行日】2018年8月22日

(54)【発明の名称】センサ制御装置およびセンサ制御方法

(51)【国際特許分類】

   F02D 45/00 20060101AFI20180813BHJP

   G01N 27/409 20060101ALI20180813BHJP

   G01N 27/41 20060101ALI20180813BHJP

【ＦＩ】

   F02D45/00 368H

   F02D45/00 312G

   G01N27/409

   G01N27/41 325Z

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-4291(P2015-4291)

(22)【出願日】2015年1月13日

(65)【公開番号】特開2016-130461(P2016-130461A)

(43)【公開日】2016年7月21日

【審査請求日】2017年3月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】小松 大祐

【審査官】 藤村 泰智

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−２０７９２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０３２２７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０６９８３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２５６７０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２３７０００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３０８７１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１１７１３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−３５９１４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１４８２０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｄ ４１／００ 〜 ４５／００

Ｇ０１Ｎ ２７／４０９ 〜 ２７／４１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の排気ガスに含まれる特定ガスを検出する検出素子および該検出素子を加熱するヒータを備えたガスセンサを制御するセンサ制御装置であって、
前記内燃機関の停止後、予め定められた通電期間にわたり、前記ヒータへの通電制御を行う停止後通電部を備えており、
前記ガスセンサは、前記排気ガスが通過する通過孔を有するとともに前記検出素子を覆うプロテクタを備えており、
前記停止後通電部は、前記プロテクタの温度が露点温度以上となり、前記検出素子の温度が３００℃以下となるように、前記ヒータへの通電制御を行う、
センサ制御装置。

【請求項2】

前記プロテクタは、内部プロテクタと外部プロテクタとを備えており、
前記停止後通電部は、前記内部プロテクタおよび前記外部プロテクタの両方の温度が露点温度以上となり、前記検出素子の温度が３００℃以下となるように、前記ヒータへの通電制御を行う、
請求項１に記載のセンサ制御装置。

【請求項3】

内燃機関の排気ガスに含まれる特定ガスを検出する検出素子および該検出素子を加熱するヒータを備えたガスセンサを制御するセンサ制御方法であって、
前記内燃機関の停止後、予め定められた通電期間にわたり、前記ヒータへの通電制御を行う停止後通電ステップを有しており、
前記ガスセンサは、前記排気ガスが通過する通過孔を有するとともに前記検出素子を覆うプロテクタを備えており、
前記停止後通電ステップでは、前記プロテクタの温度が露点温度以上となり、前記検出素子の温度が３００℃以下となるように、前記ヒータへの通電制御を行う、
センサ制御方法。

【請求項4】

前記プロテクタは、内部プロテクタと外部プロテクタとを備えており、
前記停止後通電ステップでは、前記内部プロテクタおよび前記外部プロテクタの両方の温度が露点温度以上となり、前記検出素子の温度が３００℃以下となるように、前記ヒータへの通電制御を行う、
請求項３に記載のセンサ制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関の排気ガスに含まれる特定ガスを検出する検出素子および該検出素子を加熱するヒータを備えたガスセンサを制御するセンサ制御装置およびセンサ制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関の排気ガスに含まれる特定ガスを検出するためのガスセンサを制御するセンサ制御装置が知られている。
ガスセンサは、例えば、特定ガスを検出する検出素子と、検出素子を加熱するヒータと、を備えている。ガスセンサは、内燃機関の排気管への設置時には、検出素子が排気管の内部に配置される状態で、排気管に設置される。

【0003】

なお、内燃機関の始動直後には、排気管の内部にたまった水滴（凝縮水など）が排気ガスと共に移動して、ガスセンサに付着する場合がある。このとき、高温の検出素子に水滴が付着すると、検出素子と水滴との温度差による熱衝撃によって検出素子が破損する虞がある。

【0004】

これに対して、内燃機関の始動後、特定ガスの検出前までの所定期間にわたり、検出素子の温度が、被水の熱衝撃による検出素子の破損が生じない温度範囲となるように、ヒータの通電制御（以下、ガス検出前通電制御ともいう）を行うセンサ制御装置が提案されている（特許文献１〜４）。このようなセンサ制御装置を用いることで、内燃機関の始動直後に、被水の熱衝撃によってガスセンサの検出素子が破損することを抑制できる。

【0005】

また、ガスセンサとして、排気ガスが通過する通過孔を有するとともに検出素子を覆うプロテクタを設けて、水滴が検出素子に到達するのをプロテクタによって抑制する構成のガスセンサも提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００５−３０８７１９号公報

【特許文献2】特開２０１０−１１７１３１号公報

【特許文献3】特開２０１０−０３２２７５号公報

【特許文献4】特開２０１０−２３７０００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、上記のようなプロテクタを備えるガスセンサにおいては、内燃機関の停止後に、プロテクタ内部にも水滴（凝縮水など）が発生した場合には、次回の内燃機関の始動時において、内燃機関の始動から特定ガス検出までの所要時間が長くなる虞がある。

【0008】

つまり、プロテクタは、外部から内部（検出素子）への水滴の移動を制限する構造であるため、自身の内部に発生した水滴を外部に排出することが容易ではない構造ともなっている。このため、上記のガス検出前通電制御を実行する場合、プロテクタ内部の水滴を除去するために要する時間が長くなり、内燃機関の始動から特定ガス検出までの所要時間が長くなる虞がある。

【0009】

そこで、プロテクタを有するガスセンサを制御するにあたり、内燃機関の始動から特定
ガス検出までの所要時間が長くなるのを抑制しつつ、被水による検出素子の破損を抑制するセンサ制御装置および方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の１つの局面におけるセンサ制御装置は、内燃機関の排気ガスに含まれる特定ガスを検出する検出素子および該検出素子を加熱するヒータを備えたガスセンサを制御するセンサ制御装置であって、停止後通電部を備える。

【0011】

ガスセンサは、排気ガスが通過する通過孔を有するとともに検出素子を覆うプロテクタを備える。
停止後通電部は、内燃機関の停止後、予め定められた通電期間にわたり、ヒータへの通電制御を行う。また、停止後通電部は、プロテクタの温度が露点温度以上となり、検出素子の温度が３００℃以下となるように、ヒータへの通電制御を行う。

【0012】

このようなセンサ制御装置は、内燃機関の停止後、直ぐにヒータへの通電制御を停止するのではなく、停止後通電部が、内燃機関の停止後、通電期間にわたり、ヒータへの通電制御を行う。

【0013】

とりわけ、停止後通電部は、ガスセンサのプロテクタの温度が露点温度以上となるように、ヒータへの通電制御を行うため、内燃機関の停止後に、プロテクタ内部温度が急激に低下して水滴（凝縮水など）が発生することを抑制できるとともに、プロテクタ内部の湿度を低下できる。

【0014】

これにより、内燃機関の停止後、次回の内燃機関の始動時までに、プロテクタ内部に水滴が溜まることを抑制できるため、次回の内燃機関の始動時において、始動から特定ガス検出までの所要時間が長くなるのを抑制しつつ、被水の熱衝撃による検出素子の破損を抑制できる。

【0015】

また、停止後通電部は、検出素子の温度が３００℃以下となるように、ヒータへの通電制御を行うため、内燃機関の停止直後に、何らかの要因で水滴が検出素子に付着したとしても、検出素子と水滴との温度差による熱衝撃を抑制できるため、検出素子の破損を抑制できる。

【0016】

よって、このセンサ制御装置によれば、プロテクタを有するガスセンサを制御するにあたり、内燃機関の始動から特定ガス検出までの所要時間が長くなるのを抑制しつつ、被水による検出素子の破損を抑制することができる。

【0017】

次に、本発明の他の局面におけるセンサ制御方法は、内燃機関の排気ガスに含まれる特定ガスを検出する検出素子および該検出素子を加熱するヒータを備えたガスセンサを制御するセンサ制御方法であって、停止後通電ステップを有している。

【0018】

ガスセンサは、排気ガスが通過する通過孔を有するとともに検出素子を覆うプロテクタを備えている。
停止後通電ステップでは、内燃機関の停止後、予め定められた通電期間にわたり、ヒータへの通電制御を行う。また、停止後通電ステップでは、プロテクタの温度が露点温度以上となり、検出素子の温度が３００℃以下となるように、ヒータへの通電制御を行う。

【0019】

このようなセンサ制御方法では、内燃機関の停止後、直ぐにヒータへの通電制御を停止するのではなく、停止後通電ステップにて、内燃機関の停止後、通電期間にわたり、ヒータへの通電制御を行う。

【0020】

とりわけ、停止後通電ステップでは、ガスセンサのプロテクタの温度が露点温度以上となるように、ヒータへの通電制御を行うため、内燃機関の停止後に、プロテクタ内部温度が急激に低下して水滴（凝縮水など）が発生することを抑制できるとともに、プロテクタ内部の湿度を低下できる。

【0021】

これにより、内燃機関の停止後、次回の内燃機関の始動時までに、プロテクタ内部に水滴が溜まることを抑制できるため、次回の内燃機関の始動時において、始動から特定ガス検出までの所要時間が長くなるのを抑制しつつ、被水の熱衝撃による検出素子の破損を抑制できる。

【0022】

また、停止後通電ステップでは、検出素子の温度が３００℃以下となるように、ヒータへの通電制御を行うため、内燃機関の停止直後に、何らかの要因で水滴が検出素子に付着したとしても、検出素子と水滴との温度差による熱衝撃を抑制できるため、検出素子の破損を抑制できる。

【0023】

よって、このセンサ制御方法によれば、プロテクタを有するガスセンサを制御するにあたり、内燃機関の始動から特定ガス検出までの所要時間が長くなるのを抑制しつつ、被水による検出素子の破損を抑制することができる。

【発明の効果】

【0024】

本発明のセンサ制御装置およびセンサ制御方法によれば、プロテクタを有するガスセンサを制御するにあたり、内燃機関の始動から特定ガス検出までの所要時間が長くなるのを抑制しつつ、被水による検出素子の破損を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】センサ制御装置を備える内燃機関の概略構成図である。

【図2】ガスセンサの全体構成を表した断面図である。

【図3】センサ制御処理の処理内容を表したフローチャートである。

【図4】内燃機関のＯＮ／ＯＦＦ状態およびヒータ温度のそれぞれの変化状態を示したタイムチャートである。

【図5】第２ガスセンサの全体構成を表した断面図である。

【図6】第２検出素子の概略構造を表す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
尚、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。

【0027】

［１．第１実施形態］
［１−１．全体構成］
第１実施形態として、自動車などの内燃機関に備えられる制御装置であって、ガスセンサを制御するセンサ制御装置１０について説明する。図１は、センサ制御装置１０を備える内燃機関１の概略構成図である。

【0028】

図１に示すように、本実施形態の内燃機関１は、エンジン本体部１１の吸気管６２のうち最上流部に設けられて異物の吸入を避けるためのエアクリーナ６３と、このエアクリーナ６３の下流側に設けられて吸入空気量を検出するエアフローメータ６４と、を備える。

【0029】

内燃機関１は、エアフローメータ６４の下流側に設けられてモータ６５によって開度調
節されるスロットルバルブ６６と、このスロットルバルブ６６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ６７と、を備える。

【0030】

内燃機関１は、スロットルバルブ６６の下流側に設けられるサージタンク６８と、このサージタンク６８の下流側に設けられてエンジン本体部１１に空気を導入する吸気マニホールド７０と、を備える。

【0031】

吸気マニホールド７０の吸気ポート近傍には、燃料を噴射する燃料噴射弁７１が取り付けられている。また、エンジン本体部１１のエンジンヘッドには、点火プラグ７２が取り付けられ、各点火プラグ７２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

【0032】

内燃機関１は、冷却水系統（図示省略）に備えられて冷却水の温度を検知する水温センサ７７と、エンジン回転数を検知する回転数センサ７８と、を備える。
エンジン本体部１１の排気ポート６９に接続された排気管７３には、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒７４が設けられている。

【0033】

排気管７３のうち触媒７４よりも上流側には、排出ガス中の酸素濃度を検出するガスセンサ１４が設けられる。ガスセンサ１４は、空燃比センサや酸素センサ等として内燃機関１に備えられている。

【0034】

図２に、ガスセンサ１４の全体構成を表した断面図を示す。
ガスセンサ１４は、ジルコニア（ＺｒＯ_２ ）を主成分とする固体電解質体により先端が閉じた有底筒状に形成された検出素子１７と、検出素子１７の有底孔に配置された軸状のセラミックヒータ１６（以下、ヒータ１６ともいう）と、ガスセンサ１４の内部構造物を収容すると共にガスセンサ１４を排気管等の取付部に固定するケーシング１８と、を備えて構成されている。

【0035】

ケーシング１８の下端側（図における下方）外周には、検出素子１７の突出部分（検出部１９）を覆うと共に、排気ガスを導入するための複数の孔部を有する金属製の二重のプロテクタ２０，２１が溶接によって取り付けられている。

【0036】

このガスセンサ１４は、検出素子１７の検出部１９の外側が排気ガスに晒される一方、検出素子１７の検出部１９の内側が基準となる酸素濃度を有する基準ガス（大気）に晒される。これにより、ガスセンサ１４では、排気ガスの酸素濃度に応じた起電力が生じ、この起電力は理論空燃比近傍で急変するため、ガスセンサ１４は、結果として理論空燃比近傍でセンサ出力（起電力）が急変する酸素センサとして機能する。

【0037】

図１に戻り、内燃機関１は、ガスセンサ１４を制御するセンサ制御装置１０と、各部の状態を示す信号に基づいて内燃機関の運転状態を制御する制御部１２（ＥＣＵ１２）と、を備える。センサ制御装置１０および制御部１２は、それぞれ、いわゆるマイクロコンピュータで構成されており、詳細は図示しないが、公知の構成を有し、演算を行うマイクロプロセッサ、プログラムやデータを一時記憶するＲＡＭ、プログラムやデータを保持するＲＯＭ、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路などを含んで構成されている。センサ制御装置１０および制御部１２は、互いに各種情報（各種信号）を送受信できるように、信号経路１３を介して接続されている。

【0038】

［１−２．センサ制御処理］
次に、センサ制御装置１０で実行される制御処理の１つであって、ガスセンサ１４を制御するためのセンサ制御処理について説明する。

【0039】

なお、センサ制御装置１０は、センサ制御処理により得られた特定ガスの検出結果を、制御部１２に対して送信する。そして、制御部１２は、各部の状態を示す信号に基づいて内燃機関の運転状態を制御するための制御処理として、空燃比制御処理や触媒劣化判定処理などの各種処理を実行する。

【0040】

ここで、センサ制御装置１０で実行されるセンサ制御処理について説明する。図３は、センサ制御処理の処理内容を表したフローチャートである。図４は、内燃機関１のＯＮ／ＯＦＦ状態およびヒータ１６の温度のそれぞれの変化状態を示したタイムチャートである。

【0041】

なお、センサ制御処理は、内燃機関１（詳細には、センサ制御装置１０）が起動されるとともに処理が開始され、内燃機関１の停止後、予め定められた通電期間が経過すると、処理が終了する。

【0042】

センサ制御処理が起動されると、まず、Ｓ１１０（Ｓはステップを表す。以下同様。）では、ＲＡＭ動作の初期化などを含む初期設定処理を行う。
なお、Ｓ１１０での初期設定処理では、センサ制御処理の中で用いる各種パラメータの値や各種フラグの状態を初期値に設定する処理を行う。

【0043】

次のＳ１２０では、始動後ヒータ制御を実行する。
始動後ヒータ制御は、ガスセンサ１４のヒータ１６の制御モード（ヒータ制御モード）の１つであり、内燃機関１の始動直後に実行するヒータ制御モードである。

【0044】

始動後ヒータ制御では、まず、水温センサ７７で検出した冷却水温度Ｔｗと所定のプレヒート判定温度Ｔｗｐ（例えば、０℃）とを比較する。なお、内燃機関１の各部の情報（水温センサ７７で検出した冷却水温度Ｔｗなど）は、信号経路１３を介して制御部１２から受信する。

【0045】

そして、この比較の結果、冷却水温度Ｔｗがプレヒート判定温度Ｔｗｐよりも低い場合には、ヒータ１６の温度が検出前ヒータ保護温度Ｈ１となるようにヒータ１６への通電制御を開始し（図４の時刻ｔ１）、その後、予め定められたプレヒート期間Ｗ１（例えば、６０［ｓｅｃ］）が経過すると、Ｓ１２０を終了する。

【0046】

また、始動後ヒータ制御の開始時に、冷却水温度Ｔｗがプレヒート判定温度Ｔｗｐ以上である場合には、排気管７３の温度が高く、排気管７３の内部に水滴（凝縮水など）が発生していないと判断できるため、何も処理を行わず、Ｓ１２０を終了する。

【0047】

なお、検出前ヒータ保護温度Ｈ１は、ヒータ１６の温度のうち、検出素子１７の温度が被水の熱衝撃で破損が生じない温度（検出前素子保護温度ＴＳ２。例えば、３００℃。）となるときのヒータ１６の温度である。検出前素子保護温度ＴＳ２は、検出素子１７の温度のうち、ガス検出時の制御目標温度（検出時素子温度ＴＳ１）よりも低い温度である。

【0048】

このため、始動後ヒータ制御の実行時には、被水の熱衝撃による検出素子１７の破損を抑制できる。なお、ヒータ１６の温度は、例えば、ヒータ１６への通電電流をＰＷＭ制御して、通電電流のデューティ比を調整することにより、任意の温度に制御することができる。

【0049】

つまり、始動後ヒータ制御では、水滴（凝縮水など）の熱衝撃による検出素子１７の破損を抑制するために、検出素子１７の温度が検出時素子温度ＴＳ１よりも低い検出前素子保護温度ＴＳ２となるように、ヒータ１６の温度を制御する。

【0050】

Ｓ１２０が終了してＳ１３０に移行すると、Ｓ１３０では、ガス検出用ヒータ制御を開始する。
ガス検出用ヒータ制御は、ガスセンサ１４のヒータ１６の制御モード（ヒータ制御モード）の１つであり、ガスセンサ１４による特定ガス（酸素）の検出時において、検出素子１７を活性化状態（特定ガスを検出できる状態）にするために実行するヒータ制御モードである。

【0051】

ガス検出用ヒータ制御では、ヒータ１６の温度が検出時ヒータ温度Ｈ２となるようにヒータ１６への通電制御を実行する（図４の時刻ｔ２）。なお、検出時ヒータ温度Ｈ２は、ヒータ１６の温度のうち、検出素子１７の温度が検出時素子温度ＴＳ１となるときの温度である。

【0052】

ガス検出用ヒータ制御が開始されてＳ１４０に移行すると、Ｓ１４０では、ガス検出制御を開始する。
ガス検出制御は、特定ガス濃度に応じて変化する検出素子１７のセンサ出力（起電力）に基づいて、特定ガスを検出する制御処理である。具体的には、ガス検出制御では、検出素子１７のセンサ出力（起電力）に基づいて、排気ガスに含まれる特定ガス（酸素）が理論空燃比時の高濃度であるか低濃度であるかを判定して、特定ガス（酸素）を検出する。

【0053】

なお、ガス検出制御での検出結果（酸素濃度の判定結果）は、信号経路１３を介して制御部１２に対して送信され、制御部１２で実行される内燃機関の空燃比制御などに用いられる。

【0054】

ガス検出制御が開始されてＳ１５０に移行すると、Ｓ１５０では、内燃機関１が停止したか否かを判定しており、肯定判定するとＳ１６０に移行し、否定判定すると同ステップを繰り返し実行して待機する。

【0055】

Ｓ１５０で肯定判定されてＳ１６０に移行すると、ガス検出制御を停止する。
次のＳ１７０では、停止後ヒータ制御を開始する。
停止後ヒータ制御は、ガスセンサ１４のヒータ１６の制御モード（ヒータ制御モード）の１つであり、内燃機関１の停止直後に実行するヒータ制御モードである。

【0056】

停止後ヒータ制御では、ヒータ１６の温度が検出後ヒータ保護温度Ｈ３となるようにヒータ１６への通電制御を開始する（図４の時刻ｔ３）。
なお、検出後ヒータ保護温度Ｈ３は、ヒータ１６の温度のうち、検出素子１７の温度が被水の熱衝撃による破損が生じない温度となるときのヒータ１６の温度であるとともに、プロテクタ２０，２１が露点温度以上となるときのヒータ１６の温度（検出後素子保護温度ＴＳ３。例えば、３００℃。）である。なお、本実施形態では、検出後ヒータ保護温度Ｈ３は、検出前ヒータ保護温度Ｈ１と同一温度である。

【0057】

このため、始動後ヒータ制御の実行時には、被水の熱衝撃による検出素子１７の破損を抑制できるとともに、プロテクタ２０，２１の内部で水滴（凝縮水など）が発生するのを抑制できる。

【0058】

つまり、停止後ヒータ制御では、水滴（凝縮水など）の熱衝撃による検出素子１７の破損を抑制し、かつ、プロテクタ２０，２１の内部での水滴（凝縮水など）の発生を抑制するために、検出素子１７の温度が検出時素子温度ＴＳ１よりも低い検出後素子保護温度ＴＳ３となるように、ヒータ１６の温度を制御する。

【0059】

停止後ヒータ制御が開始されてＳ１８０に移行すると、Ｓ１８０では、停止後ヒータ制御の経過時間を計測するためのタイマＴのカウントを開始する。
次のＳ１９０では、タイマＴと予め定められた判定値Ｔｔｈとを比較しており、タイマＴが判定値Ｔｔｈ以上の場合には肯定判定してＳ２００に移行し、タイマＴが判定値Ｔｔｈよりも小さい場合には否定判定して同ステップを繰り返し実行して待機する。

【0060】

なお、本実施形態では、判定値Ｔｔｈには、１０［ｍｉｎ］に相当する値が設定されている。
Ｓ１９０で肯定判定されてＳ２００に移行すると、停止後ヒータ制御を停止して、ヒータ１６への通電を停止することで、ヒータ１６による加熱を終了する（図４の時刻ｔ４）。

【0061】

これにより、停止後ヒータ制御は、判定値Ｔｔｈに応じたアフターヒート期間Ｗ２にわたり、水滴（凝縮水など）の熱衝撃による検出素子１７の破損を抑制し、かつ、プロテクタ２０，２１の内部での水滴（凝縮水など）の発生を抑制するために、ヒータ１６の温度を制御する。

【0062】

Ｓ２００が完了すると、センサ制御処理が終了する。
つまり、センサ制御処理では、内燃機関１の始動直後のプレヒート期間Ｗ１において、水滴（凝縮水など）の熱衝撃による検出素子１７の破損を抑制するために、検出素子１７の温度が検出時素子温度ＴＳ１よりも低い検出前素子保護温度ＴＳ２となるように、ヒータ１６の温度を制御する。

【0063】

また、センサ制御処理では、内燃機関１の停止直後のアフターヒート期間Ｗ２において、水滴（凝縮水など）の熱衝撃による検出素子１７の破損を抑制し、かつ、プロテクタ２０，２１の内部での水滴（凝縮水など）の発生を抑制するために、検出素子１７の温度が検出後素子保護温度ＴＳ３となるように、ヒータ１６の温度を制御する。

【0064】

さらに、センサ制御処理では、プレヒート期間Ｗ１の経過後に、ガス検出制御を実行することで、検出素子１７のセンサ出力（起電力）に基づいて、特定ガス（酸素）を検出する。

【0065】

［１−３．効果］
以上説明したように、本実施形態のセンサ制御装置１０は、内燃機関１の排気ガスに含まれる特定ガス（酸素）を検出する検出素子１７および検出素子１７を加熱するヒータ１６を備えたガスセンサ１４を制御する。

【0066】

そして、センサ制御装置１０は、センサ制御処理におけるＳ１７０〜Ｓ２００において、停止後ヒータ制御を実行する。
ガスセンサ１４は、排気ガスが通過する通過孔を有するとともに検出素子１７を覆うプロテクタ２０，２１を備える。

【0067】

停止後ヒータ制御では、内燃機関１の停止後（図４の時刻ｔ３）、アフターヒート期間Ｗ２にわたり、ヒータ１６への通電制御を行う。また、停止後ヒータ制御では、プロテクタ２０，２１の温度が露点温度以上となり、検出素子１７の温度が３００℃以下となるように、ヒータ１６への通電制御を行う。

【0068】

このようなセンサ制御装置１０は、内燃機関１の停止後、直ぐにヒータ１６への通電制御を停止するのではなく、停止後ヒータ制御を実行することで、内燃機関１の停止後、アフターヒート期間Ｗ２にわたり、ヒータ１６への通電制御を行う。

【0069】

とりわけ、停止後ヒータ制御では、ガスセンサ１４のプロテクタ２０，２１の温度が露点温度以上となるように、ヒータ１６への通電制御を行うため、内燃機関１の停止後に、プロテクタ２０，２１の内部温度が急激に低下して水滴（凝縮水など）が発生することを抑制できるとともに、プロテクタ２０，２１の内部の湿度を低下できる。

【0070】

これにより、内燃機関１の停止後、次回の内燃機関１の始動時までに、プロテクタ２０，２１の内部に水滴が溜まることを抑制できるため、次回の内燃機関１の始動時において、始動から特定ガス検出までの所要時間が長くなるのを抑制しつつ、被水の熱衝撃による検出素子１７の破損を抑制できる。

【0071】

また、停止後ヒータ制御では、検出素子１７の温度が３００℃以下となるように、ヒータ１６への通電制御を行うため、内燃機関１の停止直後に、何らかの要因で水滴が検出素子１７に付着したとしても、検出素子１７と水滴との温度差による熱衝撃を抑制できるため、検出素子１７の破損を抑制できる。

【0072】

よって、センサ制御装置１０によれば、プロテクタ２０，２１を有するガスセンサ１４を制御するにあたり、内燃機関１の始動から特定ガス検出までの所要時間が長くなるのを抑制しつつ、被水による検出素子１７の破損を抑制することができる。

【0073】

［１−４．特許請求の範囲との対応関係］
ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
センサ制御装置１０がセンサ制御装置の一例に相当し、ガスセンサ１４がガスセンサの一例に相当し、検出素子１７が検出素子の一例に相当し、ヒータ１６がヒータの一例に相当し、プロテクタ２０，２１がプロテクタの一例に相当する。

【0074】

停止後ヒータ制御（Ｓ１７０〜Ｓ２００）を実行するセンサ制御装置１０が停止後通電部の一例に相当し、停止後ヒータ制御（Ｓ１７０〜Ｓ２００）が停止後通電ステップの一例に相当する。

【0075】

［２．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

【0076】

例えば、上記実施形態では、ガスセンサ１４が、排気管７３のうち触媒７４よりも上流側に設けられているが、ガスセンサは、排気管７３のうち触媒７４よりも下流側に設けられていてもよいし、触媒７４よりも上流側および下流側の両方に設けられていてもよい。

【0077】

また、上記実施形態では、始動後ヒータ制御（Ｓ１２０）でのヒータの制御目標温度である検出前ヒータ保護温度Ｈ１と、停止後ヒータ制御（Ｓ１７０〜Ｓ２００）でのヒータの制御目標温度である検出後ヒータ保護温度Ｈ３と、が同じ温度に設定されているが、始動後ヒータ制御と停止後ヒータ制御とでヒータの制御目標温度を異なる値に設定してもよい。

【0078】

さらに、プレヒート期間Ｗ１やアフターヒート期間Ｗ２の長さは、上記数値に限られることはなく、内燃機関の用途や使用環境などの各種条件に応じて、適切な値を設定してもよい。

【0079】

また、上記実施形態は、ガスセンサとして、有底筒状に形成された検出素子１７を備え
るガスセンサ１４を備える構成であるが、板状形状に形成された検出素子を備えるガスセンサを備える構成であってもよい。

【0080】

そこで、板状形状に形成された検出素子を備える第２ガスセンサ２２について説明する。図５に、第２ガスセンサ２２の全体構成を表した断面図を示す。
第２ガスセンサ２２は、排気管に固定するためのネジ部１０３が外表面に形成された筒状の主体金具１０２と、軸線方向（図中上下方向）に延びる板状形状をなす板型検出素子２３と、を備えている。

【0081】

主体金具１０２の先端側（図における下方）外周には、板型検出素子２３の突出部分（検出部２６）を覆うと共に、複数の孔部を有する金属製（例えば、ステンレスなど）の二重の外部プロテクタ２７および内部プロテクタ２８が、溶接等によって取り付けられている。

【0082】

ここで、板型検出素子２３の概略構造を表す斜視図を、図６に示す。なお、図６では、軸線方向における中間部分を省略して板型検出素子２３を表している。
板型検出素子２３は、軸線方向（図６における左右方向）に延びる板状形状に形成された素子部２４と、同じく軸線方向に延びる板状形状に形成されたヒータ部２５とが積層されて、長方形状の軸断面を有する板状形状に形成されている。また、板型検出素子２３は、測定対象となるガスに向けられる先端側（図中左側）に保護層（図示省略）に覆われた検出部２６が形成され、後端側（図中上方）の外表面のうち表裏の位置関係となる第１板面３８および第２板面３９に電極端子部３０，３１，３２，３４，３６が形成されている。なお、酸素濃度を検出するためのガス検出素子として用いられる板型検出素子２３は、酸素ポンプセル及び酸素濃度検出セルを中空の測定室を有する絶縁層を介して積層した素子部２４に対して、絶縁層間に発熱抵抗体を挟持したヒータ部２５を積層した公知の構成を有するものであるため、その内部構造等の詳細な説明は省略する。なお、酸素ポンプセル及び酸素濃度検出セルは、ジルコニアを主成分とする固体電解質層の表裏面に一対の電極が設けられて構成されている。

【0083】

そして、板型検出素子２３は、センサ制御装置に設けられる制御回路部によって、酸素濃度検出セルの出力が一定の値となるように酸素ポンプセルに流すポンプ電流が制御されることで、測定室内に導入される排気ガス中の酸素を汲み入れたり、汲み出したりするように機能する。そして、板型検出素子２３の酸素ポンプセルに流れるポンプ電流の大きさは、排気ガス中の酸素濃度に応じてリニアに変化するため、第２ガスセンサ２２は、排気ガス中の酸素濃度に応じてリニアに出力が変化する酸素センサとして機能する。

【0084】

ここで、特許請求の範囲と第２ガスセンサ２２とにおける文言の対応関係について説明する。第２ガスセンサ２２がガスセンサの一例に相当し、板型検出素子２３の素子部２４が検出素子の一例に相当し、板型検出素子２３のヒータ部２５がヒータの一例に相当し、外部プロテクタ２７および内部プロテクタ２８がプロテクタの一例に相当する。

【符号の説明】

【0085】

１…内燃機関、１０…センサ制御装置、１１…エンジン本体部、１２…制御部（ＥＣＵ）、１４…ガスセンサ、１６…セラミックヒータ、１７…検出素子、２０，２１…プロテクタ、２２…第２ガスセンサ、２３…板型検出素子、２４…素子部、２５…ヒータ部、２７…外部プロテクタ、２８…内部プロテクタ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】