(57)【要約】【課題】センサ素子の被水による破損を抑制するガスセンサのヒータ制御装置を提供する。【解決手段】車載内燃機関の排気管において、床下触媒２３及びマフラ２４の一部が他の部分よりも低位となり、排気通路ＰＡの低位部Ａ１，Ａ２となっている。排気通路ＰＡには、Ｏ２センサ３０が設けられている。Ｏ２センサ３０は、排気を検出対象として混合気の空燃比を検出するセンサ素子３０ａと、センサ素子３０ａを加熱するヒータ３０ｂとを有して構成されている。Ｏ２センサ３０はＥＣＵ５０に接続されている。ＥＣＵ５０には、Ｏ２センサ３０の他、加速度センサ３８及び傾斜センサ３９が接続されている。ＥＣＵ５０は、加速度センサ３８の検出信号に基づいて車両の加速度を算出し、傾斜センサ３９の検出信号に基づいて車両の傾斜角度を算出する。そして、ＥＣＵ５０は、算出した車両の加速度及び傾斜角度に応じてヒータ３０ｂへの通電を制限する。【選択図】図１
2010048589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車載エンジンから車両の前後方向に延び一部に他の部分よりも低位となる低位部がある排気通路に設けられ、前記排気通路を流れる排気中の排気特定成分の濃度を検出するセンサ素子と、前記センサ素子を加熱するヒータとを有するガスセンサに適用され、前記センサ素子を所定の活性状態にすべく前記ヒータへの通電を制御するヒータ制御装置において、
車両走行中における車両の加減速、走行路の傾斜及びそれらの見込みを示す各データの少なくとも１つを含む車両情報を取得する車両情報取得手段と、
前記車両情報取得手段により取得された車両情報に応じて、前記ヒータへの通電を制限する通電制限手段と、
を備えていることを特徴とするガスセンサのヒータ制御装置。
【請求項２】
前記排気通路において前記ガスセンサよりも排気下流側に前記低位部があり、
前記通電制限手段は、前記車両情報取得手段により取得された車両情報が、車両の所定以上の減速、走行路の所定以上の下り傾斜及びそれらの見込みのいずれかを示すものである場合に、前記ヒータへの通電を制限する請求項１に記載のガスセンサのヒータ制御装置。
【請求項３】
前記通電制限手段によるヒータ通電制限の継続時間を計時する計時手段を備え、
前記計時手段により計時されたヒータ通電制限の継続時間が所定時間以上である場合に、当該ヒータ通電制限を中止する請求項１又は２に記載のガスセンサのヒータ制御装置。
【請求項４】
エンジン始動からの経過時間が所定時間以上である場合に、前記通電制限手段によるヒータ通電制限を実施しない請求項１から３のいずれか一項に記載のガスセンサのヒータ制御装置。
【請求項５】
前記低位部に残留している凝縮水の水量を推定する水量推定手段と、
前記水量推定手段により推定された凝縮水の水量に基づいて、前記通電制限手段によるヒータ通電制限の実施条件を設定する設定手段と、
を備えている請求項１から４のいずれか一項に記載のガスセンサのヒータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサのヒータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両において排気中の酸素濃度を検出するガスセンサとしては、ジルコニア等の固体電解質よりなるセンサ素子を有するものが知られており、センサ素子は所定の活性温度に保持されることで、都度の酸素濃度に対応する検出信号を出力するようになっている。かかる場合、センサ素子にはヒータが内蔵されており、当該ヒータが通電されて発熱することにより、センサ素子の加熱が行われるとともに、当該センサ素子が活性状態で保持される。
【０００３】
ところで、ガスセンサは、一般にエンジン本体に接続される排気管に設けられる。そのため、エンジンの冷間始動時において、排気中の水蒸気の凝縮によって凝縮水が生じると、その凝縮水がセンサ素子にかかること、つまりセンサ素子が被水することがある。ヒータにより加熱されたセンサ素子が被水すると、センサ素子に過大な熱応力が作用することで、センサ素子が破損するおそれがある。
【０００４】
そこで、センサ素子の保護などを目的として、ヒータへの通電を制限する技術が提案されている。例えば、特許文献１に記載の発明では、エンジン始動時に車両の前傾角度を検出し、その前傾角度に基づいてディレイ時間を設定し、エンジン始動からディレイ時間の経過を待って空燃比センサ用のヒータへの通電開始を開始する。これにより、排気管内の空燃比センサよりも排気上流側に溜まった凝縮水が除去された後に、ヒータによるセンサ素子の加熱を開始しようとしている。
【特許文献１】特開２００７−３２７４５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の如くヒータへの通電開始を遅らせたとしても、排気管内に凝縮水が残留することがある。そして、車両走行中に、残留した凝縮水がセンサ素子にかかり、当該センサ素子が破損するおそれがある。
【０００６】
本発明は上述の問題を解決するためになされたものであって、センサ素子の被水による破損を抑制するガスセンサのヒータ制御装置を提供することを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。
【０００８】
請求項１に記載の発明では、車載エンジンから車両の前後方向に延びその一部に他の部分よりも低位となる低位部がある排気通路に設けられ、前記排気通路を流れる排気中の排気特定成分の濃度を検出するセンサ素子と、前記センサ素子を加熱するヒータとを有するガスセンサに適用され、センサ素子を所定の活性状態にすべくヒータの通電を制御するヒータ制御装置において、車両走行中における車両の加減速、走行路の傾斜及びそれらの見込みを示す各データの少なくとも１つを含む車両情報を取得し、取得された車両情報に応じてヒータへの通電を制限する。
【０００９】
冷間始動時に排気通路内で発生した凝縮水は、センサ素子のヒータによる加熱が開始された後においても排気通路の低位部に残留することがある。そのため、車両の走行中において、車両の加減速や走行路の傾斜によっては、排気通路の低位部に残留している凝縮水がガスセンサの周辺にまで流れ込み、センサ素子が被水することが考えられる。この点、請求項１に記載の発明によれば、車両の加減速や走行路の傾斜に応じて凝縮水がガスセンサの周辺に流れ込む蓋然性が高い場合に、ヒータへの通電が制限される。これにより、センサ素子の被水による破損を抑制することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、排気通路においてガスセンサよりも排気下流側に低位部があり、車両情報が、車両の所定以上の減速、走行路の所定以上の下り傾斜及びそれらの見込みのいずれかを示すものである場合に、ヒータへの通電を制限する。排気温は排気下流側ほどが低下するため、排気通路においてガスセンサよりも排気下流側に低位部がある場合には、その低位部に凝縮水が特に残留しやすい。この点、請求項２に記載の発明によれば、ガスセンサよりも排気下流側の低位部に残留した凝縮水がガスセンサの周辺に流れ込む蓋然性が高い場合に、ヒータへの通電が制限される。これにより、センサ素子の被水による破損を効果的に抑制することができる。
【００１１】
ここで、ヒータ通電制限が長時間継続されると、センサ素子の素子温度が低下し、センサ素子による濃度検出の精度低下が懸念される。そこで、請求項３に記載の発明では、ヒータ通電制限の継続時間を計時し、計時されたヒータ通電制限の継続時間が所定時間以上である場合に、当該ヒータ通電制限を中止する。これにより、センサ素子による濃度検出の精度低下を抑制することができる。
【００１２】
また、排気通路の低位部に溜まった凝縮水は、エンジン始動から徐々に蒸発し、ひいては排気通路から除去される。そこで、請求項４に記載の発明では、エンジン始動からの経過時間が所定時間以上である場合に、上記ヒータ通電制限を実施しない。請求項４に記載の発明によれば、排気通路に凝縮水が残留している場合、すなわちセンサ素子の被水による破損が生じる可能性がある場合に限って、上述したヒータ通電制限を実施することが可能である。これにより、過剰な通電制限を抑制することができる。
【００１３】
さらに、排気通路の低位部に残留している凝縮水の水量によって、当該凝縮水がガスセンサの周辺に流れ込む車両の加減速や走行路の傾斜が異なる。そこで、請求項５に記載の発明では、排気通路の低位部に残留している凝縮水の水量を推定し、推定された凝縮水の水量に基づいて上記ヒータ通電制限の実施条件を設定する。請求項５に記載の発明によれば、排気通路の低位部に残留している凝縮水の水量に対し車両の加減速や走行路の傾斜が小さく、凝縮水がガスセンサの周辺に流れ込まない場合に、上記ヒータ通電制限を実施しないようにすることが可能である。これにより、センサ素子の被水による破損の抑制しつつ、センサ素子による濃度検出の精度低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本実施の形態は、内燃機関である車載多気筒ガソリンエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものとしている。このエンジン制御システムの全体概略構成図を図１に示す。
【００１５】
図１に示すエンジン１０において、吸気管１１に接続された吸気ポート近傍には、燃料を噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁１２が取り付けられている。吸気ポート及び排気ポートには、それぞれ吸気バルブ１３及び排気バルブ１４が設けられている。この吸気バルブ１３の開動作により空気と燃料との混合気が燃焼室１５内に導入され、排気バルブ１４の開動作により燃焼後の排気が排気ポートを介して排出される。
【００１６】
エンジン１０のシリンダヘッドには気筒毎に点火プラグ１８が取り付けられている。点火プラグ１８には、点火コイル等よりなる点火装置（図示略）を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ１８の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室１５内に導入した混合気が着火され燃焼に供される。
【００１７】
エンジン１０に接続される排気装置として、大きくはエンジン１０の排気ポートに接続される前側排気管２０と、その下流側の後側排気管２２とを備えている。前側排気管２０は、気筒ごとに分岐されたマニフォールド部を含み、マニフォールド部の排気下流側にマニフォールド触媒２１が設けられている。前側排気管２０と後側排気管２２との間には、排気上流側の端部には床下触媒２３が設けられ、後側排気管２３の排気下流側にはマフラ２４が設けられている。マニフォールド触媒２１及び床下触媒２３は、いずれも排気中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘを浄化する三元触媒である。前後の各排気管２０，２２及び床下触媒２３により排気通路ＰＡが形成されている。前側排気管２０は上下方向（重力方向）に延びる上下配管部を有するのに対し、後側排気管２２は車両床下部分にほぼ全体が水平方向に延びるよう配設されている。床下触媒２３は触媒担体を収容する容積を有するとともに、マフラ２４は消音部材等を収容する容積を有している。その結果、後側排気管２２において床下触媒２３及びマフラ２４の一部が他の部分よりも低位となり、排気通路ＰＡの低位部Ａ１，Ａ２となっている。
【００１８】
なお、図２（ａ）に示すように、車両床下部分の形状に応じて排気管２７を屈曲させた結果、排気管２７の一部が他の部分よりも下方（走行路側）に位置することがある。かかる場合、排気管２７うち他の部分よりも下方に位置する部分の内側が排気通路ＰＡの低位部Ａ３となる。また、図２（ｂ）に示すように、車体本体の振動を吸収すべく、排気通路ＰＡを形成する部材として、蛇腹状に加工されたフレキシブル管２８を採用することがある。かかる場合、フレキシブル管２８の山部２８ａが他の部分よりも低位となり、排気通路ＰＡの低位部Ａ４となる。
【００１９】
排気通路ＰＡには、排気を検出対象として混合気の空燃比（酸素濃度）を検出するＯ２センサ３０が設けられている。本実施形態では、Ｏ２センサ３０は、後側排気管２２の床下触媒２３及びマフラ２４の間に取り付けられている。Ｏ２センサ３０は、ジルコニア（ＺｒＯ2）等の固体電解質層や絶縁層を積層してなる積層型のセンサ素子３０ａを有している。センサ素子３０ａには一対の電極（詳しくは、固体電解質層を挟んで両側に設けた一対の電極）が設けられており、この電極間において大気と排気との酸素濃度の差に応じた起電力が生じる。また、絶縁層にはヒータ３０ｂが埋設されている。ヒータ３０ｂは、バッテリ電源からの通電により発熱する線状の発熱体からなる。センサ素子３０ａは、ＥＣＵ５０に接続されており、上記起電力がＯ２センサ３０の検出信号としてＥＣＵ５０に出力される。
【００２０】
排気通路ＰＡには、Ｏ２センサ３０の他、排気温を検出する排気温センサ３１が設けられている。本実施形態では、排気温センサ３１は、前側排気管２０のマニフォールド触媒２１よりも排気下流側に取り付けられている。エンジン１０のシリンダブロックには、当該エンジン１０の所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）パルス信号を出力するクランク角センサ３２や、エンジン１０の冷却水温を検出する水温センサ３３が取り付けられている。吸気通路には吸入空気量を検出するエアフロメータ３４が設けられている。アクセルの近傍にはアクセル操作量を検出するアクセル操作量センサ３５が設けられ、ブレーキの近傍にはブレーキ操作量を検出するブレーキ操作量センサ３６が設けられている。これらのセンサは、ＥＣＵ５０に接続されている。
【００２１】
ＥＣＵ５０には、上述したセンサの他、車速を検出する車速センサ３７、車両の加速度を検出する加速度センサ３８、車両の傾斜を検出する傾斜センサ３９、外気温を検出する外気温センサ４０及び車載ナビゲーション装置４１が接続されている。ナビゲーション装置４１は、ＧＰＳ（Global Positioning System）など車両の位置情報を受信する受信部と、ＨＤＤなど地図情報を記憶する記憶部とを有し、液晶表示器などの表示部上に地図情報と共に車両の現在位置を表示する装置である。
【００２２】
ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えた周知のマイクロコンピュータを主体とする電子制ユニットである。ＥＣＵ５０は、ＲＯＭに記憶されたプログラムをＣＰＵにおいて実行することにより、エンジン制御システムの各部を制御する。例えば、ＥＣＵ５０は、空燃比フィードバック制御を実施する。すなわち、ＥＣＵ５０は、実空燃比が目標空燃比（例えば理論空燃比）となるように燃料噴射弁１２による燃料の噴射量を設定する。
【００２３】
さらに、ＥＣＵ５０は、センサ素子３０ａを活性化状態に保持すべく、ヒータ３０ｂへの通電をフィードバック制御する。すなわち、ＥＣＵ５０は、センサ素子３０ａのインピーダンスを検出する回路を有しており、検出したセンサ素子３０ａのインピーダンスに基づいて、センサ素子３０ａの素子温度を算出する。そして、ＥＣＵ５０は、センサ素子３０ａの素子実温度が所定の活性温度となるように、ヒータ３０ｂへの通電量を設定する。ただし、エンジン１０の始動時に排気中の水蒸気が液化し排気通路ＰＡに凝縮水が生じることがあるため、ヒータ３０ｂによるセンサ素子３０ａの加熱はエンジン始動から所定時間Ｔ１（例えば数分）の経過を待って開始される。
【００２４】
ところで、エンジン始動に伴って排気通路ＰＡに生じた凝縮水が低位部Ａ１，Ａ２に溜まることがあり、その凝縮水の溜まり具合（水量）によっては、エンジン始動から上記所定時間Ｔ１が経過した後であっても、当該低位部Ａ１，Ａ２に凝縮水が残留することがある。特に、排気通路ＰＡの排気下流側では排気温が低いため、排気下流側の低位部Ａ１、つまりマフラ２４内に溜まった凝縮水は残留しやすい。車両の走行中において排気通路ＰＡの低位部Ａ１に凝縮水が残留していると、車両の加減速や走行路の傾斜によっては、残留している凝縮水がＯ２センサ３０周辺に流れ込み、当該センサ素子３０ａにかかってしまうことが考えられる。そこで、本実施形態では、排気通路ＰＡの低位部Ａ１，Ａ２に残留している凝縮水がＯ２センサ３０周辺に流れ込む蓋然性が高い場合に、ヒータ３０ｂへの通電を制限することとしている。
【００２５】
詳しくは、車両が所定以上加速や減速をした場合には、その加減速に伴う慣性力が凝縮水に加わることにより、排気通路ＰＡの低位部Ａ１，Ａ２に残留している凝縮水がＯ２センサ３０周辺に流れ込むことが考えられる。本実施形態では、車両が所定以上加速した場合には、排気上流側の低位部Ａ１に残留している凝縮水がＯ２センサ３０周辺に流れ込むおそれがある。一方、車両が所定以上減速した場合には、排気下流側の低位部Ａ２に残留している凝縮水がＯ２センサ３０周辺に流れ込むおそれがある。そこで、車両の加速度又はその見込み値が車両の所定以上の加減速を示すものである場合に、ヒータ３０ｂへの通電を制限することとしている。
【００２６】
また、走行路が所定以上傾斜している場合には、排気通路ＰＡが傾斜することにより、当該排気通路ＰＡの低位部Ａ１，Ａ２に残留した凝縮水がＯ２センサ３０周辺に流れ込むことが考えられる。本実施形態では、走行路が所定以上の上り傾斜である場合には、排気上流側の低位部Ａ１に残留している凝縮水がＯ２センサ３０周辺に流れ込むおそれがある。一方、走行路が所定以上の下り傾斜である場合には、排気下流側の低位部Ａ２に残留している凝縮水がＯ２センサ３０周辺に流れ込むおそれがある。そこで、走行路の傾斜角度又はその見込み値が、走行路の所定以上の傾斜を示すものである場合に、ヒータ３０ｂへの通電を制限することとしている。
【００２７】
以下、ヒータへの通電制御について、図３を参照しつつ詳しく説明する。図３は、ヒータ通電制御プログラムの流れを示すフローチャートである。本実施形態では、ＥＣＵ５０が本プログラムを所定周期（所定クランク角ごとに又は所定時間周期）で実行することにより、ヒータ３０ｂへの通電制御が実現されること、また、ヒータ３０ｂへの通電制限の一態様として、当該ヒータ３０ｂへの通電を停止することを想定している。
【００２８】
図３に示すステップＳ１０では、ＥＣＵ５０は、エンジン始動からの経過時間が上記所定時間Ｔ１（例えば数分）以上であるか否かを判定する。そして、ＥＣＵ５０は、当該経過時間が所定時間Ｔ１以上であると判定した場合にはステップＳ１１の処理に進み、当該経過時間が所定時間Ｔ１未満であると判定した場合にはステップＳ１７の処理に進む。
【００２９】
ステップＳ１１では、ＥＣＵ５０は、例えば車速センサ３７の検出信号に基づいて、車両が走行中であるか否かを判定する。そして、ＥＣＵ５０は、車両走行中と判定した場合にはステップＳ１２の処理に進み、車両走行中でないと判定した場合にはステップＳ１８の処理に進む。
【００３０】
ステップＳ１２〜Ｓ１５では、ＥＣＵ５０は、車両の加減速、走行路の傾斜及びそれらの見込みを示す車両情報を取得する。詳しくは、ステップＳ１２では、ＥＣＵ５０は、加速度センサ３８の検出信号に基づいて、車両の加速度を算出する。続くステップＳ１３では、ＥＣＵ５０は、ナビゲーション装置４１の地図情報と車両の位置情報とに基づいて、車両の加速度の見込み値を算出する。ここで、車両の加速度の見込み値とは、数秒から数十秒後における車両の加速度の推定値である。例えば、ＥＣＵ５０は、地図情報に基づいて走行路のカーブの到来を検出した場合には、加速度の見込み値として、到来するカーブの曲率に応じた負の加速度（減速度）を算出する。続くステップＳ１４では、ＥＣＵ５０は、傾斜センサ３９の検出信号に基づいて走行路の傾斜角度を算出する。続くステップＳ１５では、ＥＣＵ５０は、ナビゲーション装置４１の地図情報に含まれる走行路の勾配データと車両の位置情報とに基づいて、走行路の傾斜角度の見込み値を算出する。ここで、走行路の傾斜角度の見込み値とは、数秒又は数十秒後における走行路の傾斜角度の推定値である。
【００３１】
ステップＳ１６では、ＥＣＵ５０は、車両の加速度、走行路の傾斜角度、及びそれらの見込み値に基づいて、ヒータ３０ｂへの通電制限の実施条件が成立したか否かを判定する。詳しくは、ＥＣＵ５０は、車両の加速度及びその見込み値が、それぞれ車両の所定以上の加速又は減速を示すものか否かを判定する。また、ＥＣＵ５０は、走行路の傾斜角度及びその見込み値が、それぞれ走行路の所定以上の上り傾斜又は下り傾斜を示すものか否かを判定する。そして、ＥＣＵ５０は、当該判定結果のいずれかが「成」である場合にはステップＳ１７の処理に進み、当該判定結果のいずれもが「否」である場合にはステップＳ１８に進む。
【００３２】
ステップＳ１７では、ＥＣＵ５０は、ヒータ３０ｂへの通電量を０に設定し、ヒータ３０ｂへの通電を停止する。ステップＳ１８では、ＥＣＵ５０は、上述したヒータ通電フィードバック処理を実行する。これにより、センサ素子３０ａの素子温度に応じてヒータ３０ｂへの通電量が設定される。
【００３３】
以上説明したヒータ通電制御によれば、排気通路ＰＡの低位部Ａ１，Ａ２に残留している凝縮水がＯ２センサ３０周辺に流れ込む蓋然性が高い場合に、ヒータ３０ｂへの通電が制限される。これにより、センサ素子３０ａにおいて被水に伴う熱応力を緩和することができ、ひいてはセンサ素子３０ａの被水による破損を抑制することができる。特に、車両の加速及び走行路の傾斜の見込みに応じて、ヒータ３０ｂへの通電が制限される。これより、センサ素子３０ａの被水に備えて同センサ素子３０ａの素子温度を好適に低減させることができるため、センサ素子３０ａの被水による破損を一層抑制することができる。
【００３４】
ここで、マフラ２４内の低位部Ａ２のように排気通路の排気下流側の低位部に溜まった凝縮水は蒸発しにくく残留しやすい。この点、車両の走行中において車両が所定以上減速した場合や走行路が所定以上の下り傾斜である場合に、ヒータ３０ｂへの通電が制限される。これにより、排気通路の排気下流側の低位部に残留した凝縮水がＯ２センサ３０周辺に流れ込むことを抑制することができ、ひいてはセンサ素子３０ａの被水による破損を効果的に抑制することができる。
【００３５】
ちなみに、排気通路ＰＡにおいて低位部Ａ１〜Ａ４以外の数多くの低位部が存在し得る。例えば、排気管に複数のマフラが設けられている場合には、これらのマフラ内がそれぞれ排気通路ＰＡの低位部になり得る。かかる場合においても、凝縮水によるセンサ素子３０ａの破損を抑制することができる。
【００３６】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について上記第１実施形態との相違点を中心に説明する。山道などでは、走行路が所定以上傾斜している状態が長時間継続することがある。かかる場合に、ヒータ３０ｂへの通電制限を継続させると、センサ素子３０ａの素子温度が低下し、センサ素子３０ａによる空燃比の検出精度が低下することや、当該空燃比の検出が不能になることが懸念される。そこで、本実施形態では、走行路の傾斜に起因するヒータ３０ｂへの通電制限の継続時間が所定時間以上である場合、換言すれば走行路が所定以上傾斜している状態の継続時間が所定時間以上である場合に、ヒータ３０ｂへの通電制限を中止するようにしている。
【００３７】
図４は、本実施形態に係るヒータ通電制御プログラムの流れを示すフローチャートである。本実施形態では、ＥＣＵ５０が、図４に示すプログラムを、図３のプログラムに代えて実行することにより、ヒータ３０ｂへの通電制御が実現されることを想定している。図４のプログラムは、図３のステップＳ１６の処理に代えて、ステップＳ２１〜Ｓ２４の処理を有して構成されている。以下の説明では、図３のプログラムと実質的に同一の処理に同一符号を付し、それらの説明を省略することとする。
【００３８】
ステップＳ２１では、ＥＣＵ５０は、図３のステップＳ１６における通電制限実施条件のうち、車両の加速度、その見込み値及び走行路の傾斜角度の見込み値に関する条件の成否を判定する。そして、ＥＣＵ５０は、上記判定結果のいずれかが「成」である場合にはステップＳ１７の処理に進み、上記判定結果のいずれもが「否」である場合にはステップＳ２２の処理に進む。
【００３９】
ステップＳ２２では、ＥＣＵ５０は、図３のステップＳ１６における通電制限実施条件のうち、ステップＳ２１において判定しいていない条件、すなわち走行路の傾斜角度に関する条件の成否を判定する。そして、ＥＣＵ５０は、当該判定結果が「成」である場合にはステップＳ２３の処理に進み、当該判定結果が「否」である場合にはステップＳ１８の処理に進む。
【００４０】
ステップＳ２３では、ＥＣＵ５０は、ステップＳ２２における判定結果が「成」である状態の継続時間、つまり走行路の傾斜に起因するヒータ３０ｂへの通電制限の継続時間を計時する。続くステップＳ２４では、ＥＣＵ５０は、ヒータ３０ｂへの通電制限の継続時間が所定時間Ｔ２（例えば数１０分）以上であるか否かを判定する。そして、ＥＣＵ５０は、当該継続時間が所定時間Ｔ２以上であると判定した場合にはステップＳ１８の処理に進み、当該継続時間が所定時間Ｔ２未満であると判定した場合にはステップＳ１７の処理に進む。
【００４１】
以上説明したヒータ通電制御によれば、走行路の傾斜に起因するヒータ３０ｂへの通電制限の継続時間が所定時間Ｔ２（例えば数１０分）以上になると、ヒータ３０ｂへの通電制限が中止され、ヒータ通電フィードバック処理が実行される。これにより、センサ素子３０ａによる空燃比検出の精度が低下することや、当該空燃比検出が不能になることを抑制することができる。
【００４２】
ちなみに、走行路の傾斜によって凝縮水がＯ２センサ３０周辺に流れ込んだとしても、その傾斜状態が長時間継続した場合には、Ｏ２センサ３０周辺の凝縮水は蒸発すると考えられる。そのため、上記所定時間Ｔ２の適合によって、センサ素子３０ａの被水による破損の抑制と、センサ素子３０ａによる空燃比検出精度の低下の抑制との両立を図ることができる。
【００４３】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について上記第１実施形態との相違点を中心に説明する。排気通路ＰＡの低位部Ａ１，Ａ２に残留している凝縮水の水量によって、当該凝縮水がＯ２センサ３０周辺に流れ込む車両の加減速や走行路の傾斜が異なる。そこで、本実施形態では、エンジン始動に伴って発生する凝縮水の発生量を算出し、凝縮水の発生量に基づいて排気通路ＰＡの低位部Ａ１，Ａ２に残留している凝縮水の水量を算出し、凝縮水の残留量に基づいてヒータ３０ｂへの通電制御の実施条件（通電制限実施条件）を設定するようにしている。
【００４４】
図５は、本実施形態に係るヒータ通電制御プログラムの流れを示すフローチャートである。本実施形態では、ＥＣＵ５０が、図５に示すプログラムを、図３のプログラムに代えて実行することにより、ヒータ３０ｂへの通電制御が実現されることを想定している。
【００４５】
図５のプログラムは、図３のプログラムに対し、ステップＳ３１〜Ｓ３４，Ｓ３５の処理が追加されて構成されている。以下の説明では、図３のプログラムと実質的に同一の処理に同一符号を付し、それらの説明を省略することとする。
【００４６】
ステップＳ３１では、ＥＣＵ５０は、エンジン始動に伴う凝縮水の発生量が算出済みであるか否かを判定する。そして、ＥＣＵ５０は、凝縮水の発生量が算出済みであると判定した場合には、ステップＳ１０の処理に進む。一方、凝縮水の発生量が算出済みでないと判定した場合には、ＥＣＵ５０は、ステップＳ３２〜Ｓ３４の処理を実行した上でステップＳ１０の処理に進む。
【００４７】
ステップＳ３２〜Ｓ３４では、ＥＣＵ５０は、エンジン始動時の外気温とエンジン始動時の排気温とに基づいて、エンジン始動に伴う凝縮水の発生量を算出する。例えば、ＥＣＵ５０のＲＯＭ等に、エンジン始動時の外気温とエンジン始動時の排気温とエンジン始動に伴う凝縮水の発生量との関係を示す凝縮水マップが予め記憶されている。このマップでは、外気温が低いほど、排気温が低いほど、凝縮水の発生量が大きくなっている。このような凝縮水マップは、例えば、実験的に求めることができる。ステップＳ３２では、ＥＣＵ５０は、外気温センサ４０の検出信号に基づいて外気温を算出する。続くステップＳ３３では、ＥＣＵ５０は、排気温センサ３１の検出信号に基づいて排気温を算出する。続くステップＳ３４では、ＥＣＵ５０は、上記凝縮水マップを用い、算出された外気温及び排気温に基づいて凝縮水の発生量を算出する。このようにして算出される凝縮水の発生量は、外気温が低いほど排気温が低いほど多くなる。これは、外気温が低いほど排気の飽和水蒸気量が小さくなり、排気温が低いほど排気に含まれる水蒸気量が多くなるためである。
【００４８】
なお、エンジン１０の冷却水温は、エンジン始動時の外気温が高いほど高くなる。そのため、エンジン始動時の外気温に代えて、水温センサ３３の検出信号に基づいてエンジン始動時の冷却水温を算出し、その冷却水温に基づいて凝縮水の発生量を算出するようにしてもよい。また、エンジン１０の排気温は、エンジン１０の負荷が小さいほど点火タイミングが遅いほど低くなる。さらに、エンジン１０の負荷は、エンジン回転速度や吸入空気量に相関する。そのため、エンジン１０の排気温に代えて、アイドル回転速度や吸入空気量や点火タイミングに基づいて、凝縮水の発生量を算出してもよい。アイドル回転は、クランク角センサ３２のパルス信号に基づいて算出することができる。吸入空気量は、エアフロメータ３４の検出信号に基づいて算出することができる。
【００４９】
ステップＳ３５は、ステップＳ１５とステップＳ１６との間に設けられている。ステップＳ３５では、ＥＣＵ５０は、エンジン始動に伴う凝縮水の発生量に基づいて、排気通路ＰＡの低位部Ａ１，Ａ２に残留している凝縮水の水量を算出する。例えば、ＥＣＵ５０は、エンジン１０の排気温に基づいて凝縮水の蒸発量を算出し、その凝縮水の蒸発量を凝縮水の発生量から減算することにより、凝縮水の残留量を算出する。なお、凝縮水の残留量の算出方法は、これに限られず、例えばエンジン始動に伴う凝縮水の発生量とエンジン始動からの経過時間とに基づいて算出するようにしてもよい。すなわち、エンジン１０の排気温はエンジン始動からの時間経過とともに上昇することから、凝縮水の蒸発量はエンジン始動からの時間経過とともに増大すると考えられる。
【００５０】
以上説明したヒータ通電制御によれば、排気通路ＰＡの低位部Ａ１，Ａ２に残留している凝縮水の残留量に応じて通電制限実施条件が設定される。よって、凝縮水の残留量に対し車両の加減速度や走行路の傾斜角度が小さく、凝縮水がＯ２センサ３０周辺に流れ込まない場合に、ヒータ３０ｂへの通電制限を実施しないようにすることが可能である。これにより、センサ素子３０ａの被水による破損を抑制しつつ、センサ素子３０ａによる空燃比検出の精度低下を抑制することができる。
【００５１】
（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。
【００５２】
・エンジン始動から長時間経過すると、凝縮水は排気通路ＰＡのから除去され、センサ素子３０ａの被水による破損のおそれがなくなる。そのため、エンジン始動から所定時間Ｔ３（例えば、数１０分）が経過した場合には、ヒータ３０ｂへの通電制限を実施しないことが好ましい。例えば、図３のステップＳ１０とステップＳ１１の間に以下の処理を設ける。すなわち、エンジン始動からの経過時間が所定時間Ｔ３（例えば数１０分）以上であるか否かを判定する。そして、当該経過時間が所定時間Ｔ３以上である場合には、ステップＳ１８の処理が実行され、当該経過時間が所定時間Ｔ３未満である場合にはステップＳ１１の処理が実行されるようにする。かかる場合、エンジン始動から所定時間Ｔ３（例えば数１０分）以上経過した後、すなわちセンサ素子３０ａの被水による破損のおそれがなくなった後においては、ヒータ３０ｂへの通電制限が実施されない。これにより、過剰な通電制限を抑制することができる。
【００５３】
・車両の加減速を示すデータを以下のように算出してもよい。すなわち、車速センサ３７の検出信号に基づいて車速を算出し、その車速に基づいて車両の加速度を、車両の加減速を示すデータとして算出してもよい。また、車両の加減速を示すデータとして、アクセル操作量センサ３５の検出信号に基づいてアクセル操作量を算出してもよいし、ブレーキ操作量センサ３６の検出信号に基づいてブレーキ操作量を算出してもよい。
【００５４】
・上記実施形態では、車両の加速、減速、走行路の上り傾斜、下り傾斜及びそれらの見込みに関する条件を通電制限実施条件としたが、これらの条件のいずれかを通電制限実施条件とするだけでもよい。例えば、図３のステップＳ１２〜Ｓ１５の処理のうち少なくとも１つを実行する。そして、図３のステップＳ１６において、車両の加速度、傾斜角度及びそれらの見込み値の少なくとも１つに基づいて、通電制限実施条件の成否を判定する。かかる場合には、少なくとも車両の減速及び走行路の下り傾斜に関する条件を、通電制限実施条件とすることが好ましい。これにより、排気通路ＰＡの排気下流側の低位部（例えば低位部Ａ２）に残留している凝縮水のＯ２センサ３０周辺への流れ込みを抑制することができるため、センサ素子３０ａの被水による破損を効果的に抑制することができる。
【００５５】
・ヒータ３０ｂへの通電量を、通電フィードバック制御において設定される値よりも小さい０以外の値に設定することにより、ヒータ３０ｂへの通電制限を実施してもよい。
【００５６】
・第２実施形態では、走行路の傾斜に起因する通電制限の継続時間を計時し、その継続時間に基づいて当該通電制限を中止するようにした。しかしながら、これに限られず、通電制限の原因を問わずその継続時間を計時し、その継続時間に基づいて当該通電制限を中止するようにしてもよい。例えば、図４のステップＳ１７において、ヒータ３０ｂへの通電量を０に設定するとともに通電制限の継続時間を計時し、図４のステップＳ２４において、ステップＳ１７において計時された継続時間が所定時間Ｔ２以上であるか否かを判定する。
【００５７】
・図４のステップＳ１０の前に図５のステップＳ３１〜Ｓ３４（図５参照）を追加するとともに、図４のステップＳ１５とステップＳ２１の間に図５のステップＳ３５を追加してもよい。
【００５８】
・本発明は、Ｏ２センサ３０以外のガスセンサ、例えばＡ／ＦセンサやＮＯｘセンサにも適用可能である。この場合でも、上記実施形態と同様に、Ａ／Ｆセンサ等のガスセンサの被水による破損を抑制することができる。また、本発明は、ディーゼル機関の排気通路に設けられるガスセンサにも適用することができる。
【００５９】
・Ｏ２センサ３０としては、積層型のものを採用してもよいし、指サック状のセンサ素子の内部に棒状のヒータを有するコップ型のものを採用してもよい。
【００６０】
・センサ素子３０ａの素子温度を算出する構成としては、上述したセンサ素子３０ａのインピーダンスの検出結果に基づいて素子温度を算出する構成に代えて、以下の構成を採用してもよい。すなわち、ヒータ３０ｂの抵抗値を検出する回路を備え、ＥＣＵ５０においてヒータ３０ｂの抵抗値に基づいてセンサ素子３０ａの素子温度を算出するようにしてもよい。また、予めＥＣＵ５０のＲＯＭ等にエンジン１０の運転状態（エンジン回転数、エンジン負荷、吸入空気量など）とセンサ素子３０ａの素子温度との関係を示すマップを記憶しておき、そのマップを用いエンジン１０の運転状態に基づいて素子温度を算出するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】エンジン制御システムの全体概略構成図。
【図２】排気通路の構成に関する別例を示す図。
【図３】第１実施形態に係るヒータ制御プログラムの流れを示すフローチャート。
【図４】第２実施形態に係るヒータ制御プログラムの流れを示すフローチャート。
【図５】第３実施形態に係るヒータ制御プログラムの流れを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００６２】
１０…エンジン、３０…Ｏ２センサ（ガスセンサ）、３０ａ…センサ素子、３０ｂ…ヒータ、３７…加速度センサ（車両情報取得手段）、３８…傾斜センサ（車両情報取得手段）、４０…ナビゲーション装置（車両情報取得手段）、５０…ＥＣＵ（ヒータ制御装置）、ＰＡ…排気通路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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