(57)【要約】【課題】温度測定のための回路を別途設けることなく、排出ガスセンサのセルの温度を取得することのできる制御装置を提供する。【解決手段】排出ガスセンサ１００は、内燃機関ＥＧで生じた排出ガスから酸素を排出する第１セル（ポンプセル１５０）と、第１セルによって酸素が排出された後の排出ガスに含まれる残留酸素の濃度、に応じた大きさの信号を出力する第２セル（センサセル１６０，モニタセル１７０）と、を有するものである。排出ガスセンサ１００の制御装置１０は、排出ガスの温度を取得するガス温度取得部１４と、ガス温度取得部１４によって取得された排出ガスの温度に基づいて、第２セルの温度を推定するセル温度推定部１５と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排出ガスセンサ（１００）の制御装置（１０）であって、
前記排出ガスセンサは、内燃機関（ＥＧ）で生じた排出ガスから酸素を排出する第１セル（１５０）と、前記第１セルによって酸素が排出された後の排出ガスに含まれる残留酸素の濃度、に応じた大きさの信号を出力する第２セル（１６０，１７０）と、を有するものであり、
排出ガスの温度を取得するガス温度取得部（１４）と、
前記ガス温度取得部によって取得された排出ガスの温度に基づいて、前記第２セルの温度を推定するセル温度推定部（１５）と、を備える制御装置。
【請求項２】
前記第２セルに劣化が生じているか否かを判定する劣化判定部（１３）を更に備え、
前記セル温度推定部によって推定された前記第２セルの温度が、予め設定された適温範囲を外れているときには、
前記劣化判定部は、前記第２セルに劣化が生じているか否かの判定を行わない、請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記第２セルを流れる電流の値を取得するセル電流取得部（１６）を更に備え、
前記劣化判定部は、
前記セル電流取得部によって取得された電流の値を、正常時において前記第２セルを流れる電流の値で除することにより得られた値を用いて、前記第２セルの劣化の程度を示す劣化指数を算出し、当該劣化指数に基づいて、前記第２セルに劣化が生じているか否かを判定する、請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記劣化判定部は、
前記セル温度推定部によって推定された前記第２セルの温度に基づいて、前記劣化指数を補正し、補正後の前記劣化指数に基づいて、前記第２セルに劣化が生じているか否かを判定する、請求項３に記載の制御装置。
【請求項５】
前記劣化判定部は、
前記セル電流取得部によって取得された電流の値の変化量を、正常時において前記第２セルを流れる電流の値の変化量で除することにより得られた値を用いて、前記劣化指数を算出する、請求項３又は４に記載の制御装置。
【請求項６】
前記ガス温度取得部によって取得された排出ガスの温度に基づいて、前記排出ガスセンサが取り付けられている排気配管の温度を取得する配管温度取得部（１７）を更に備え、
前記セル温度推定部は、
前記配管温度取得部によって取得された前記排気配管の温度に基づいて、前記第２セルの温度を推定する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項７】
前記第２セルは、
前記第１セルによって酸素が排出された後の排出ガスに含まれる、残留酸素の濃度に応じた大きさの信号を出力するモニタセル（１７０）と、
前記第１セルによって酸素が排出された後の排出ガスに含まれる、残留酸素及び窒素酸化物の濃度に応じた大きさの信号を出力するセンサセル（１６０）と、を含むものである、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項８】
前記セル温度推定部は、前記モニタセルの温度及び前記センサセルの温度のうち少なくとも一方を推定する、請求項７に記載の制御装置。
【請求項９】
前記第２セルに劣化が生じているか否かを判定する劣化判定部と、
前記第２セルを流れる電流の値を取得するセル電流取得部と、を更に備え、
前記劣化判定部は、
前記セル電流取得部によって取得された電流の値を、正常時において前記第２セルを流れる電流の値で除することによりにより得られた値を用いて、前記第２セルの劣化の程度を示す劣化指数を算出し、当該劣化指数に基づいて、前記第２セルに劣化が生じているか否かを判定するものであって、
前記セル温度推定部によって推定された前記第２セルの温度に基づいて、前記劣化指数を補正し、補正後の前記劣化指数に基づいて、前記第２セルに劣化が生じているか否かを判定するように構成されており、
前記劣化判定部による前記劣化指数の算出及び補正が、前記モニタセル及び前記センサセルのそれぞれについて行われる、請求項８に記載の制御装置。
【請求項１０】
前記セル温度推定部は、前記モニタセルの温度及び前記センサセルの温度をそれぞれ推定し、
前記劣化判定部は、
前記セル温度推定部によって推定された前記モニタセルの温度に基づいて、前記モニタセルについて算出された前記劣化指数の補正を行い、
前記セル温度推定部によって推定された前記センサセルの温度に基づいて、前記センサセルについて算出された前記劣化指数の補正を行うように構成されている、請求項９に記載の制御装置。
【請求項１１】
前記劣化判定部は、
前記セル温度推定部によって推定された、前記モニタセルの温度及び前記センサセルの温度のうちの一方に基づいて、前記モニタセルについて算出された前記劣化指数の補正、及び、前記センサセルについて算出された前記劣化指数の補正、のそれぞれを行うように構成されている、請求項９に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、排出ガスセンサの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関を有する車両の排気配管には、排出ガスに含まれる特定のガス（例えば窒素酸化物）の濃度を測定するための排出ガスセンサが設けられる。このような排出ガスセンサとしては、固体電解質層の両側に電極が形成されたセルを、複数有する構成のものが知られている。上記セルでは、電極間に電圧が印加された状態において、測定対象成分の濃度に応じた大きさの電流が流れる。排出ガスセンサは、当該電流の値に基づいて測定対象成分の濃度を測定する。
【０００３】
例えば、上記の複数のセルとして、第１セル及び第２セルを有する構成の排出ガスセンサが知られている。当該排出ガスセンサでは、排出ガスに含まれる酸素が、上流側に配置された第１セルによって予め排出される。下流側に配置された第２セルでは、酸素が排出された後の排出ガスに含まれる残留酸素や窒素酸化物の濃度に応じた電流が流れる。このような構成の排出ガスセンサでは、窒素酸化物よりも量の多い酸素を排出ガスから予め排出しておくことにより、窒素酸化物の濃度を精度よく測定することができる。
【０００４】
上記構成の排出ガスセンサでは、下流側の第２セルに劣化が生じることにより、第２セルを流れる電流の大きさが変化してしまうことがある。そこで、第２セルの劣化を検知することを目的として、定期的に劣化判定が行われる。劣化判定では、例えば第１セルへの印加電圧を低下させることにより、第２セルに到達する酸素の量を一時的に増加させる。その際、第２セルを流れる電流の変化に基づいて、第２セルに劣化が生じているか否かを判定することができる。
【０００５】
セルを流れる電流の大きさは、当該セルに到達する酸素等の濃度に応じて変化するほか、当該セルの温度に応じても変化する。そこで、下記特許文献１では、内燃機関が停止した後の余動中、すなわち、排出ガスセンサ全体の温度が高温となっている期間中に劣化判定を行うことが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４７６７６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
第２セルの劣化判定をより正確に行うためには、排出ガスセンサの全体を高温に維持するだけでなく、第２セルの温度を正確に取得する必要がある。また、第２セルの温度を正確に取得することができれば、劣化判定のみならず、通常時における濃度測定をより正確に行うことも可能となる。しかしながら、第２セルの温度を測定するための温度センサや測定回路を別途設けると、排出ガスセンサを含むシステム全体のコストが増加してしまうので好ましくない。
【０００８】
内蔵されたヒーターの温度制御を可能とするために、インピーダンスに基づいて第１セルの温度測定を行い得る構成の排出ガスセンサも知られている。このため、測定された第１セルの温度に基づいて、第２セルの温度を推定し取得することも考えられる。しかしながら、排出ガスセンサと排気配管との間における熱伝導に起因して、第１セルの温度と第２セルと温度とは互いに異なることが多い。更に、両者間の温度差は一定とはならず、車両の運転状態等に応じて変化してしまう。このため、第１セルの温度に基づいて、第２セルの温度を正確に推定することは容易ではない。
【０００９】
本開示は、温度測定のための回路を別途設けることなく、排出ガスセンサのセルの温度を取得することのできる制御装置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】
本開示に係る制御装置は、排出ガスセンサ（１００）の制御装置（１０）である。制御対象である排出ガスセンサは、内燃機関（ＥＧ）で生じた排出ガスから酸素を排出する第１セル（１５０）と、第１セルによって酸素が排出された後の排出ガスに含まれる残留酸素の濃度、に応じた大きさの信号を出力する第２セル（１６０，１７０）と、を有するものである。この制御装置は、排出ガスの温度を取得するガス温度取得部（１４）と、ガス温度取得部によって取得された排出ガスの温度に基づいて、第２セルの温度を推定するセル温度推定部（１５）と、を備える。
【００１１】
第２セルの温度は、排出ガスセンサの近傍を流れる排出ガスの温度に応じて変化する。すなわち、排出ガスの温度と第２セルの温度との間には相関がある。そこで、上記構成の制御装置は、ガス温度取得部によって取得された排出ガスの温度に基づいて、第２セルの温度を推定することとしている。車両の排気配管には、排出ガスの温度を測定するための温度センサが設けられていることが多い。このため、当該温度センサからの信号を用いれば、温度測定のための回路を別途設けることなく、第２セルの温度を取得することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本開示によれば、温度測定のための回路を別途設けることなく、排出ガスセンサのセルの温度を取得することのできる制御装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、第１実施形態に係る制御装置及び排出ガスセンサが設けられた、車両の排気系の構成を模式的に示す図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る制御装置及び排出ガスセンサの構成を模式的に示す図である。
【図３】図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す断面図である。
【図４】図４は、排出ガスセンサの測定原理を説明するための図である。
【図５】図５は、ポンプセルの温度を取得する方法について説明するための図である。
【図６】図６は、センサセルの劣化の判定方法について説明するための図である。
【図７】図７は、センサセルの劣化の判定方法について説明するための図である。
【図８】図８は、センサセルの温度と、劣化指数との関係を示す図である。
【図９】図９は、排出ガスの温度と、センサセルの温度との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、第１実施形態に係る制御装置によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、センサセルの温度及び排出ガスの温度の時間変化を示す図である。
【図１２】図１２は、排気配管の温度と、センサセルの温度との関係を示す図である。
【図１３】図１３は、排出ガスの温度と、排気配管の温度との関係を示す図である。
【図１４】図１４は、第２実施形態に係る制御装置によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、第３実施形態に係る制御装置によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。
【図１６】図１６は、第４実施形態に係る制御装置によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１５】
第１実施形態について説明する。本実施形態に係る制御装置１０は、排出ガスセンサ１００の制御を行うための装置として構成されている。図１には、排出ガスセンサ１００が設けられる車両の排気系が模式的に示されている。同図に示されるように、当該車両の内燃機関ＥＧには、内燃機関ＥＧから排出された排出ガスを外部に導くための排気配管２０が接続されている。排出ガスセンサ１００は、排出ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を測定するためのものであって、排気配管２０の途中となる位置に複数設けられている。
【００１６】
排気配管２０の途中には、排出ガスセンサ１００のほか、酸化触媒コンバータ２２とＳＣＲ触媒コンバータ２３と、が設けられている。
【００１７】
酸化触媒コンバータ２２は、排出ガスに含まれる有害物質を浄化するものである。酸化触媒コンバータ２２の内部には酸化触媒（不図示）が収容されている。酸化触媒は、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。酸化触媒は、排出ガス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。酸化触媒コンバータ２２の内部には、上記の酸化触媒に加えて、微小粒子を捕捉するためのパティキュレートフィルタが収容されていてもよい。
【００１８】
ＳＣＲ触媒コンバータ２３は、酸化触媒コンバータ２２を通った後の排出ガスを更に浄化する装置であって、その内部には選択還元型の触媒（不図示）が収容されている。当該触媒は、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ものが用いられる。当該触媒は、その温度が活性温度域にあり、さらに、還元剤としての尿素が添加されているときに窒素酸化物を還元浄化するものである。排気配管２０のうちＳＣＲ触媒コンバータ２３よりも上流側となる位置には、尿素を添加するための尿素添加インジェクタ２４が設けられている。
【００１９】
制御装置１０の制御対象である排出ガスセンサ１００は、本実施形態では、排気配管２０において２つ設けられている。１つ目の排出ガスセンサ１００（図１では符号１０１が付されている）は、排気配管２０のうち、酸化触媒コンバータ２２とＳＣＲ触媒コンバータ２３との間となる位置に設けられており、当該位置における排出ガスの窒素酸化物の濃度を測定するものとなっている。２つ目の排出ガスセンサ１００（図１では符号１０２が付されている）は、排気配管２０のうち、ＳＣＲ触媒コンバータ２３よりも下流側となる位置に設けられており、当該位置における排出ガスの窒素酸化物の濃度を測定するものとなっている。
【００２０】
それぞれの排出ガスセンサ１００で測定された窒素酸化物の濃度は、制御装置１０に伝えられる。制御装置１０は、測定された窒素酸化物の濃度に基づいて、内燃機関ＥＧの各種制御を行う。当該制御には、例えば、内燃機関ＥＧにおける点火タイミングを調整する制御や、燃料の噴射量を調整する制御、及び、尿素添加インジェクタ２４における尿素の添加量を調整する制御等が含まれる。
【００２１】
このように、本実施形態に係る制御装置１０は、後に説明する排出ガスセンサ１００の制御のほか、内燃機関ＥＧの制御をも行う装置として構成されている。つまり、制御装置１０は所謂「エンジンＥＣＵ」としての機能をも有している。このような態様に換えて、制御装置１０が、排出ガスセンサ１００の制御を行うための専用の装置として構成されており、エンジンＥＣＵとは別の制御装置となっているような態様であってもよい。この場合、制御装置１０は、エンジンＥＣＵと通信を行うことにより、エンジンＥＣＵが行う内燃機関ＥＧの制御に寄与することとなる。
【００２２】
その他の構成について説明する。排気配管２０のうち、酸化触媒コンバータ２２とＳＣＲ触媒コンバータ２３との間となる位置には、ガス温度センサ２５が設けられている。ガス温度センサ２５は、排出ガスセンサ１００の近傍における排出ガスの温度を測定するためのセンサである。ガス温度センサ２５によって測定された排出ガスの温度は、制御装置１０に伝えられる。同様のガス温度センサが、排気配管２０のうち、ＳＣＲ触媒コンバータ２３よりも下流側となる位置に更に設けられていてもよい。
【００２３】
図１において２つ設けられている排出ガスセンサ１００のそれぞれの構成は、互いに同じである。また、窒素酸化物濃度の測定や劣化判定等のために制御装置１０によって行われる制御も、２つの排出ガスセンサ１００において互いに同じである。このため、以下においては、一方（符号１０１が付されている方）の排出ガスセンサ１００についてのみ構成等の説明を行い、他方（符号１０２が付されている方）の排出ガスセンサ１００については構成等の説明を省略する。
【００２４】
図２乃至図４を参照しながら、排出ガスセンサ１００の具体的な構成について説明する。図２では、排出ガスセンサ１００のうち排気配管２０の内部に配置されている部分の断面が模式的に示されている。図２における左側（拡散抵抗体１４０が配置されている側）の端部が、排気配管２０の内部で突出する排出ガスセンサ１００の先端部分に該当する。
【００２５】
排出ガスセンサ１００は、固体電解質体１１０と、本体部１２０、１３０とを備えている。
【００２６】
固体電解質体１１０は板状の部材であって、酸化ジルコニア等の固体電解質材料によって構成されている。固体電解質体１１０は、所定温度以上の活性状態になると酸素イオン伝導性を有するようになる。固体電解質体１１０には、ポンプセル１５０、センサセル１６０、及びモニタセル１７０がそれぞれ形成されているのであるが、これら複数のセルについては後述する。
【００２７】
本体部１２０、１３０は、いずれも板状の部材であって、アルミナを主成分とする絶縁体材料によって構成されている。本体部１２０、１３０は、上記の固体電解質体１１０を間に挟むように配置されている。固体電解質体１１０の一方側に配置された本体部１２０のうち、固体電解質体１１０側の面の一部は、固体電解質体１１０とは反対側に向けて凹状に後退している。これにより、本体部１２０と固体電解質体１１０との間には空間が形成されている。当該空間は、測定対象である排出ガスが導入される空間となっている。以下では、当該空間のことを「測定室１２１」とも表記する。
【００２８】
排出ガスセンサ１００の先端部分には拡散抵抗体１４０が配置されている。測定室１２１は、この拡散抵抗体１４０を介して外部（つまり排気配管２０の内側）に開放されている。拡散抵抗体１４０は、多孔質又は細孔が形成されたアルミナ等のセラミック材料からなっている。拡散抵抗体１４０の作用により、測定室１２１内に引き込まれる排出ガスの流量が律せられる。拡散抵抗体１４０を通って測定室１２１に流入した排出ガスは、後述のポンプセル１５０やセンサセル１６０、モニタセル１７０へと供給される。
【００２９】
固体電解質体１１０の他方側に配置された本体部１３０のうち、固体電解質体１１０側の面の一部は、固体電解質体１１０とは反対側に向けて凹状に後退している。これにより、本体部１３０と固体電解質体１１０との間にも空間が形成されている。当該空間の一部（不図示）は、排気配管２０の外側である大気に開放されている。つまり、当該空間は大気が導入される空間となっている。以下では、当該空間のことを「大気室１３１」とも表記する。
【００３０】
固体電解質体１１０のうち測定室１２１に接している方の面には、ポンプ電極１１１と、センサ電極１１２と、モニタ電極１１３と、がそれぞれ形成されている。ポンプ電極１１１は、固体電解質体１１０のうち拡散抵抗体１４０寄りとなる位置に形成されている。センサ電極１１２及びモニタ電極１１３は、固体電解質体１１０のうち、ポンプ電極１１１を間に挟んで拡散抵抗体１４０とは反対側となる位置に形成されている。センサ電極１１２及びモニタ電極１１３は、図２において紙面奥行方向に沿って並ぶように配置されている（図３を参照）。
【００３１】
ポンプ電極１１１及びモニタ電極１１３は、Ｐｔ−Ａｕ合金（白金−金合金）によって形成されている。これらはいずれも、酸素に対して活性であり、かつ窒素酸化物に対して不活性な電極となっている。一方、センサ電極１１２は、Ｐｔ（白金）やＲｈ（ロジウム）等の貴金属によって形成されており、酸素に対して活性であり、且つ窒素酸化物に対しても活性な電極となっている。
【００３２】
固体電解質体１１０のうち大気室１３１に接している方の面には、共通電極１１４が形成されている。共通電極１１４は、図３のように固体電解質体１１０に対し垂直な方向に沿って見た場合において、ポンプ電極１１１、センサ電極１１２、及びモニタ電極１１３の全てに重なるような範囲に形成されている。共通電極１１４はＰｔ（白金）を主成分とする材料によって形成されている。
【００３３】
固体電解質体１１０が高温の活性状態となっているときに、ポンプ電極１１１と共通電極１１４との間に電圧が印加されると、測定室１２１の排出ガスに含まれる酸素がポンプ電極１１１において分解され、酸素イオンとなって固体電解質体１１０を通過する。これにより、測定室１２１から大気室１３１へと酸素が排出される。つまり、ポンプ電極１１１、共通電極１１４、及び固体電解質体１１０のうちポンプ電極１１１と共通電極１１４との間に挟まれた部分は、排出ガスから酸素を排出するためのポンプセル１５０として機能する部分となっている。ポンプセル１５０は、本実施形態における「第１セル」に該当する。
【００３４】
上記のような酸素の排出が行われているときには、ポンプ電極１１１と共通電極１１４との間に電流が流れる。当該電流の値は、排出ガスから排出される酸素の量に比例した値であって、且つ、排出ガスの酸素濃度に比例した値となる。つまり、ポンプセル１５０は、排出ガスの酸素濃度に応じた大きさの信号（上記の電流）を出力するものということができる。後に説明する制御装置１０は、上記電流の値に基づいて、測定室１２１に存在する排出ガスの酸素濃度を取得することができる。
【００３５】
固体電解質体１１０が高温の活性状態となっているときに、センサ電極１１２と共通電極１１４との間に電圧が印加されると、測定室１２１の排出ガスに含まれる酸素及び窒素酸化物がセンサ電極１１２において分解され、いずれも酸素イオンとなって固体電解質体１１０を通過する。その結果、センサ電極１１２と共通電極１１４との間には、センサ電極１１２の近傍における酸素及び窒素酸化物の濃度に応じた電流が流れることとなる。当該電流の値は制御装置１０によって取得される。
【００３６】
つまり、センサ電極１１２、共通電極１１４、及び固体電解質体１１０のうちセンサ電極１１２と共通電極１１４との間に挟まれた部分は、排出ガスに含まれる残留酸素及び窒素酸化物の濃度に応じた大きさの信号（上記の電流）を、電圧が印加された状態において出力するセンサセル１６０として機能する部分となっている。センサセル１６０によって窒素酸化物および残留酸素の濃度が測定される排出ガスは、ポンプセル１５０において酸素が排出された後の排出ガスである。センサセル１６０は、本実施形態における「第２セル」の一つに該当する。
【００３７】
固体電解質体１１０が高温の活性状態となっているときに、モニタ電極１１３と共通電極１１４との間に電圧が印加されると、測定室１２１の排出ガスに含まれる酸素がモニタ電極１１３において分解され、酸素イオンとなって固体電解質体１１０を通過する。その結果、モニタ電極１１３と共通電極１１４との間には、モニタ電極１１３の近傍における酸素の濃度に応じた電流が流れることとなる。当該電流の値は制御装置１０によって取得される。
【００３８】
つまり、モニタ電極１１３、共通電極１１４、及び固体電解質体１１０のうちモニタ電極１１３と共通電極１１４との間に挟まれた部分は、排出ガスに含まれる残留酸素の濃度に応じた大きさの信号（上記の電流）を出力するモニタセル１７０として機能する部分となっている。モニタセル１７０によって残留酸素の濃度が測定される排出ガスは、ポンプセル１５０において酸素が排出された後の排出ガスである。モニタセル１７０は、先に述べたセンサセル１６０と共に、本実施形態における「第２セル」の一つに該当する。
【００３９】
このように、本実施形態における第２セルには、ポンプセル１５０（第１セル）によって酸素が排出された後の排出ガスに含まれる、残留酸素の濃度に応じた大きさの信号を出力するモニタセル１７０と、ポンプセル１５０によって酸素が排出された後の排出ガスに含まれる、残留酸素及び窒素酸化物の濃度に応じた大きさの信号を出力するセンサセル１６０と、が含まれている。
【００４０】
拡散抵抗体１４０を通って測定室１２１に流入した排出ガスは、ポンプセル１５０に沿って流れた後、センサセル１６０及びモニタセル１７０のそれぞれに供給される。図４では、このような排出ガスの流れが複数の矢印で模式的に示されている。矢印ＡＲ１０で示されるのは、拡散抵抗体１４０を通って測定室１２１に流入した後、ポンプセル１５０によって排出される酸素の流れである。ポンプセル１５０では、排出ガスに含まれる酸素の殆どが除去されるのであるが、酸素を完全に除去することは難しい。このため、僅かな量の酸素が、センサセル１６０及びモニタセル１７０のそれぞれに到達することとなる。矢印ＡＲ１１で示されるのはセンサセル１６０に到達する酸素の流れであり、矢印ＡＲ１２で示されるのはモニタセル１７０に到達する酸素の流れである。
【００４１】
既に述べたように、ポンプ電極１１１及びモニタ電極１１３は、いずれも窒素酸化物に対して不活性な電極となっている。このため、測定室１２１に流入した排出ガスに含まれる窒素酸化物は、ポンプセル１５０やモニタセル１７０によっては排出されず、そのままセンサセル１６０のセンサ電極１１２に到達することとなる。矢印ＡＲ２０で示されるのは、このようにセンサセル１６０に到達する窒素酸化物の流れである。
【００４２】
図４に示されるように、センサセル１６０には窒素酸化物（矢印ＡＲ２０）と残余の酸素（矢印ＡＲ１１）との両方が到達する。このため、センサセル１６０を流れる電流の大きさは、排出ガスに含まれる窒素酸化物及び酸素の濃度を示すものとなっている。
【００４３】
一方、モニタセル１７０を流れる電流の大きさは、排出ガスに含まれる酸素の濃度を示すものとなっている。従って、センサセル１６０を流れる電流の値から、モニタセル１７０を流れる電流の値を差し引いて得られる電流値は、窒素酸化物のみの濃度を示すものとなる。このような排出ガスセンサ１００では、排出ガスに含まれる酸素の影響を抑制し、窒素酸化物の濃度を正確に測定することが可能となっている。
【００４４】
図２に示されるように、本体部１３０にはヒーター１８０が埋設されている。ヒーター１８０は、本体部１３０の内側において発熱し、ポンプセル１５０、センサセル１６０、及びモニタセル１７０のそれぞれを加熱するためのものである。ヒーター１８０によって、固体電解質体１１０が活性となる温度に保たれる。ヒーター１８０の出力（発熱量）は制御装置１０によって調整される。
【００４５】
引き続き図２を参照しながら、制御装置１０の構成について説明する。制御装置１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するコンピュータシステムとして構成されている。制御装置１０は、機能的な制御ブロックとして、濃度検知部１１と、内燃機関制御部１２と、劣化判定部１３と、ガス温度取得部１４と、セル温度推定部１５と、セル電流取得部１６と、配管温度取得部１７と、ヒーター制御部１８と、を有している。
【００４６】
濃度検知部１１は、モニタセル１７０及びセンサセル１６０のそれぞれから出力される信号（本実施形態では電流）に基づいて、排出ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を検知する部分である。既に述べたように、濃度検知部１１による窒素酸化物の濃度の検知は、センサセル１６０を流れる電流の値から、モニタセル１７０を流れる電流の値を差し引いて得られる電流値に基づいて行われる。
【００４７】
内燃機関制御部１２は、濃度検知部１１によって検知された窒素酸化物の濃度に基づいて、内燃機関ＥＧの制御を行う部分である。内燃機関制御部１２は、排出ガスセンサ１００によって検知される窒素酸化物の濃度が０に近づくように、内燃機関ＥＧの燃料噴射量等を調節する。既に述べたように、制御装置１０が排出ガスセンサ１００の制御を行うための専用の装置として構成されており、エンジンＥＣＵとは別の制御装置となっているような態様であってもよい。この場合、内燃機関制御部１２はエンジンＥＣＵの一部として構成されることとなる。
【００４８】
劣化判定部１３は、センサセル１６０（第２セル）に劣化が生じているか否かを判定する部分である。センサセル１６０に劣化が生じると、排出ガスに含まれる窒素酸化物の濃度が同じ場合であっても、センサセル１６０を流れる電流の値が正常時に比べて小さくなってしまう。その結果、排出ガスセンサ１００による濃度の測定を正確に行うことができなくなってしまう。そこで、劣化判定部１３は、センサセル１６０に劣化が生じているか否かを判定するための処理を定期的に行う。当該処理の具体的な内容については後に説明する。
【００４９】
ガス温度取得部１４は、排出ガスの温度を取得する処理を行う部分である。ガス温度取得部１４は、図１に示されるガス温度センサ２５からの信号に基づいて、排気配管２０のうち排出ガスセンサ１００の近傍を通る排出ガスの温度を取得する。
【００５０】
セル温度推定部１５は、センサセル１６０（第２セル）の温度を推定する処理を行う部分である。セル温度推定部１５は、上記のガス温度取得部１４によって取得された排出ガスの温度に基づいて、センサセル１６０の温度を推定する。その推定方法については後に説明する。
【００５１】
セル電流取得部１６は、センサセル１６０（第２セル）を流れる電流の値を取得する処理を行う部分である。セル電流取得部１６によって取得された電流の値は、後に説明する劣化指数の算出に供される。
【００５２】
配管温度取得部１７は、排気配管２０のうち、排出ガスセンサ１００が取り付けられている部分の近傍の温度、を取得する処理を行う部分である。その取得方法については後に説明する。
【００５３】
ヒーター制御部１８は、ヒーター１８０の制御を行う部分である。ヒーター制御部１８は、ポンプセル１５０の温度を測定しており、当該温度が所定の目標温度となるようにヒーター１８０の発熱量を調整する。これにより、排出ガスセンサ１００の固体電解質体１１０が活性状態に保たれる。
【００５４】
ヒーター制御部１８による温度の取得方法について、図５を参照しながら説明する。図５に示されるのは、ポンプ電極１１１と共通電極１１４との間に印加される印加電圧の時間変化の一例である。ポンプセル１５０の温度を検知する際において、ヒーター制御部１８は、上記の印加電圧を一時的に増加させる。図５の例では、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間において、印加電圧がＶ０からＶ１０へと増加している。
【００５５】
印加電圧が増加すると、それに伴って、ポンプ電極１１１と共通電極１１４との間を流れる電流も増加する。ヒーター制御部１８は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間における印加電圧の増加量を、同期間における上記電流の増加量で除することにより、ポンプセル１５０のインピーダンスを算出する。
【００５６】
ポンプセル１５０のインピーダンスと、ポンプセル１５０の温度との間には相関があり、両者の関係は予め測定されマップとして記憶されている。ヒーター制御部１８は、上記のように算出されたインピーダンスと、当該マップとを参照することにより、ポンプセル１５０の温度を取得する。
【００５７】
尚、図５の例では、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間において、印加電圧がＶ０よりも小さなＶ２０とされている。その後の時刻ｔ３以降においては、印加電圧が元のＶ０に戻されている。本実施形態では、温度取得の際の印加電圧を一時的にＶ２０とすることにより、時間の経過に伴ってポンプセル１５０に電荷が蓄積して行ってしまうことが防止される。
【００５８】
尚、温度測定のために印加電圧が変化する期間（図５の例では時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間）は非常に短く、マイクロ秒のオーダーとなっている。印加電圧の変化に起因した電流の変化は非常に小さく無視できる程度なので、モニタセル１７０による酸素濃度の測定や、センサセル１６０による窒素酸化物濃度の測定等に対してほとんど影響を及ぼさない。
【００５９】
劣化判定部１３によって行われる処理、すなわち、センサセル１６０に劣化が生じているか否かを判定するための処理の概要について説明する。図６（Ａ）に示されるのは、ポンプセル１５０に印加される電圧の時間変化である。図６（Ｂ）に示されるのは、ポンプセル１５０を流れる電流の時間変化である。図６（Ｃ）に示されるのは、センサセル１６０を流れる電流の時間変化である。
【００６０】
図６に示される例では、通常時の制御（つまり窒素酸化物濃度を測定するための処理）が時刻ｔ０において一時的に停止されており、時刻ｔ０から劣化判定部１３による劣化判定が開始されている。時刻ｔ０においては、ポンプセル１５０に印加される電圧が、当初のＶP２から、これよりも低いＶP１へと変更されている（図６（Ａ））。
【００６１】
これに伴い、ポンプセル１５０を流れる電流は、当初のＩP２から、これよりも低いＩP１へと低下している（図６（Ｂ））。ポンプセル１５０を流れる電流がこのように減少したことは、ポンプセル１５０を通過してセンサセル１６０へと到達する酸素の量が、時刻ｔ０以降においては増加したことを意味する。このため、図６（Ｃ）の線Ｌ１０に示されるように、センサセル１６０を流れる電流は時刻ｔ０から増加し始めており、最終的には概ね一定の値となっている。
【００６２】
センサセル１６０を流れる電流の増加量は、センサセル１６０に到達する酸素の増加量に概ね比例する。このため、センサセル１６０が正常であり、且つ、ポンプセル１５０を流れる電流の減少量（ＩP２−ＩP１）が一定であれば、センサセル１６０を流れる電流は常に図６（Ｃ）の線Ｌ１０のように変化するはずである。
【００６３】
しかしながら、センサセル１６０において劣化が生じると、ポンプセル１５０を流れる電流の減少量が同じであっても、センサセル１６０を流れる電流は小さくなってしまう。図６（Ｃ）の線Ｌ１１は、センサセル１６０で劣化が生じている場合における、当該センサセル１６０を流れる電流の時間変化の一例を示すものである。
【００６４】
尚、センサセル１６０を流れる電流の時間変化は、センサセル１６０の劣化モードによって異なるものとなる。例えば、センサセル１６０においてセンサ電極１１２の凝集に伴う劣化が生じた場合には、電流の時間変化は図６（Ｃ）の線Ｌ１１に示されるようなグラフとなる。一方、センサセル１６０において、ポンプ電極１１１から移動した金による被毒が生じた場合には、電流の時間変化は、電流の時間変化は図６（Ｃ）の線Ｌ１１０に示されるようなグラフとなる。すなわち、時刻ｔ０からしばらくの間は線Ｌ１０に示される値（正常値）よりも低い電流となる一方で、時間が経過した後の最終的な電流値は、線Ｌ１０に示される値と概ね同じ値となる。
【００６５】
いずれの場合であっても、劣化が生じたセンサセル１６０を流れる電流の値は、時刻ｔ０からしばらくの間は正常時よりも低い値となる。劣化判定部１３は、センサセル１６０を流れる電流の値に基づいて、センサセル１６０に劣化が生じているか否かを判定する。
【００６６】
センサセル１６０を流れる電流の時間変化は、センサセル１６０の劣化度合いに応じて変化するほか、センサセル１６０の温度に応じても変化する。よく知られているように、センサセル１６０の温度が高くなるほど、センサセル１６０を流れる電流は大きくなる。図６（Ｃ）の線Ｌ１２に示されるのは、センサセル１６０が通常よりも高温となっている場合における、センサセル１６０を流れる電流の時間変化である。
【００６７】
劣化判定部１３は、センサセル１６０を流れる電流の値が温度に応じても変化することをも考慮しながら、センサセル１６０に劣化が生じているか否かの判定を行う。
【００６８】
劣化判定部１３による具体的な判定方法について説明する。劣化判定部１３は、セル電流取得部１６によって取得された電流の値、すなわちセンサセル１６０を流れる電流の値を用いて劣化指数を算出し、当該劣化指数に基づいて劣化判定を行う。本実施形態における「劣化指数」とは、セル電流取得部１６によって取得された電流の値の変化量を、正常時においてセンサセル１６０を流れる電流の値の変化量で除することにより得られる値のことである。
【００６９】
劣化指数の算出方法について、図７を参照しながら説明する。図７に示される線Ｌ１０、Ｌ１１、Ｌ１２は、いずれも図６に示される線Ｌ１０等を拡大して示したものである。図７に示される時刻ｔ１０は、劣化判定が開始された時刻ｔ０から、予め設定された一定の期間が経過した後の時刻である。図７に示される時刻ｔ２０は、時刻ｔ１０から更に、予め設定された一定の期間が経過した後の時刻である。
【００７０】
時刻ｔ１０から時刻ｔ２０までの期間においては、線Ｌ１０で示される電流値はΔＩS０だけ増加している。この増加量は、「正常時においてセンサセル１６０を流れる電流の値の変化量」に該当するものであって、予め実験等によって取得され、制御装置１０が備える不図示の記憶装置に記憶されている。
【００７１】
線Ｌ１１で示される電流値、すなわち劣化が生じているセンサセル１６０を流れる電流の値は、時刻ｔ１０から時刻ｔ２０までの期間においてはΔＩS１だけ増加している。この増加量は、正常時における増加量（ΔＩS０）よりも小さい。
【００７２】
また、線Ｌ１２で示される電流値、すなわち高温となっているセンサセル１６０を流れる電流の値は、時刻ｔ１０から時刻ｔ２０までの期間においてはΔＩS２だけ増加している。この増加量は、正常時における増加量（ΔＩS０）よりも大きい。
【００７３】
セル電流取得部１６によって取得された電流の値が、図７の線Ｌ１０のように変化した場合には、算出される劣化指数はΔＩS０／ΔＩS０、すなわち１となる。つまり、センサセル１６０に劣化が生じていない場合には、算出される劣化指数は１となる。
【００７４】
セル電流取得部１６によって取得された電流の値が、図７の線Ｌ１１のように変化した場合には、算出される劣化指数はΔＩS１／ΔＩS０、すなわち１よりも小さな値となる。つまり、センサセル１６０に劣化が生じている場合には、算出される劣化指数は１よりも小さな値となる。また、劣化の度合いが大きい程、算出される劣化指数は小さな値となる。
【００７５】
劣化判定部１３は、劣化指数を上記のように算出した後、当該劣化指数が所定の下限値ＴＨ（図８を参照）よりも小さかった場合に、センサセル１６０に劣化が生じていると判定する。下限値ＴＨとしては、１よりも小さな値が設定される。
【００７６】
このように、本実施形態における劣化判定部１３は、セル電流取得部１６によって取得された電流の値（具体的には、時刻ｔ１０から時刻ｔ２０までの期間におけるその変化量）を、正常時においてセンサセル１６０を流れる電流の値（具体的には、時刻ｔ１０から時刻ｔ２０までの期間におけるその変化量）で除することにより得られた値を用いて、センサセル１６０の劣化の程度を示す劣化指数を算出し、当該劣化指数に基づいて、センサセル１６０に劣化が生じているか否かを判定するように構成されている。
【００７７】
セル電流取得部１６によって取得された電流の値を、正常時においてセンサセル１６０を流れる電流の値で除することにより得られた値のことを「電流比」と定義すると、本実施形態では、電流比そのものが劣化指数として用いられる。このような態様に替えて、電流比に所定の変換を施すことにより得られた値を、劣化指数として用いることとしてもよい。例えば、電流比が０のときに１００％となり、電流比が１のときに０％となるような値を、劣化指数として用いることとしてもよい。この場合、算出された劣化指数が所定の上限値を上回った場合に、センサセル１６０に劣化が生じているとの判定がなされることとなる。
【００７８】
電流比としては、上記と異なるものが用いられてもよい。例えば、時刻ｔ０から十分な時間が経過し、概ね一定となった後の電流値に基づいて電流比を算出することとしてもよい。つまり、セル電流取得部１６によって取得された電流の値（一定となった後の電流値）を、正常時においてセンサセル１６０を流れる電流の値（正常時において一定となった後の電流値）で除したものを電流比として算出し、当該電流比を用いて劣化指数を算出することとしてもよい。
【００７９】
ただし、先に述べたように、センサセル１６０の劣化モードによっては、時間が経過した後の最終的な電流値が、正常時における電流値と同じになってしまうような場合もある。このため、本実施形態のように、ポンプセル１５０に印加される電圧が変更された直後の期間（時刻ｔ１０から時刻ｔ２０までの期間）における電流値の変化に基づいて、センサセル１６０に劣化が生じているか否かの判定が行われることが好ましい。
【００８０】
セル電流取得部１６によって取得された電流の値が、図７の線Ｌ１２のように変化した場合には、算出される劣化指数はΔＩS２／ΔＩS０、すなわち１よりも大きな値となる。つまり、センサセル１６０の温度が通常時よりも高くなっている場合には、算出される劣化指数は低温時に比べて大きな値となる。
【００８１】
このため、センサセル１６０が劣化しており、本来であれば劣化指数が１よりも小さくなるような場合であっても、そのときのセンサセル１６０の温度が高いと、劣化指数は上昇して１に近づくこととなる。このため、算出された劣化指数が下限値ＴＨを上回ってしまい、センサセル１６０に劣化が生じていないとの誤判定がなされてしまう可能性がある。誤判定を防止するためには、算出された劣化指数に対し、センサセル１６０の温度に応じて補正を行う必要がある。
【００８２】
当該補正の方法について、図８を参照しながら説明する。図８に示されるグラフは、センサセル１６０に劣化が生じていない場合における、センサセル１６０の温度（横軸）と、算出される劣化指数（縦軸）との対応関係を示すものである。
【００８３】
図８に示される「Ｔ０」は、予め設定されたセンサセル１６０の基準温度である。センサセル１６０の温度がこの基準温度に一致しており、且つセンサセル１６０に劣化が生じていないときには、算出される劣化指数は１となる。一方、センサセル１６０の温度が基準温度よりも高くなると、算出される劣化指数は１よりも大きな値となる。センサセル１６０の温度が基準温度よりも低くなると、算出される劣化指数は１よりも小さな値となる。図８に示されるように、センサセル１６０の温度と、算出される劣化指数との対応関係を示すグラフは、右肩上がりの直線状のグラフとなる。この対応関係は、予め実験等によって取得されており、制御装置１０が備える不図示の記憶装置に記憶されている。
【００８４】
この対応関係を用いれば、センサセル１６０の温度が特定の値（例えば図８のＴ１）となっているときにおける、算出される劣化指数の変動量ＰＲ１を取得することができる。変動量ＰＲ１は、算出される劣化指数から１を差し引くことによって得られる値であって、センサセル１６０の温度の関数として表すことができる。
【００８５】
つまり、図８に示される対応関係を用いれば、セル温度推定部１５によって取得されるセンサセル１６０の温度に対応した変動量ＰＲ１を取得することができる。算出された劣化指数から、変動量ＰＲ１を差し引く補正を行えば、温度の影響による変動分を除外した劣化指数を得ることができる。劣化判定部１３は、このような補正後の劣化指数を下限値ＴＨと比較することにより、センサセル１６０に劣化が生じているか否かの判定を行う。
【００８６】
このように、本実施形態における劣化判定部１３は、セル温度推定部１５によって推定されたセンサセル１６０（第２セル）の温度に基づいて、劣化指数を補正し、補正後の劣化指数に基づいて、センサセル１６０に劣化が生じているか否かを判定するように構成されている。これにより、センサセル１６０の温度が基準温度よりも高温又は低温となっている場合であっても、センサセル１６０に劣化が生じているか否かの判定を正確に行うことができる。
【００８７】
尚、劣化指数を算出するための期間（図７に示される時刻ｔ１０から時刻ｔ２０までの期間）の設定の仕方によっては、図８に示されるグラフが右肩下がりのグラフとなる場合もある。この場合であっても、上記と同様の方法により、算出される劣化指数を変動量ＰＲ１により補正することができる。
【００８８】
セル温度推定部１５による温度の推定方法について、図９を参照しながら説明する。図９に示されるグラフは、ガス温度取得部１４によって取得される排出ガスの温度（横軸）と、センサセル１６０の温度（縦軸）との対応関係を示すものである。同図に示されるように、ガス温度取得部１４によって取得される排出ガスの温度が高くなるほど、そのときのセンサセル１６０の温度は高くなる傾向がある。
【００８９】
図９に示されるように、排出ガスの温度と、センサセル１６０の温度との対応関係を示すグラフは、右肩上がりの直線状のグラフとなる。この対応関係は、予め実験等によって取得されており、制御装置１０が備える不図示の記憶装置に記憶されている。セル温度推定部１５は、この対応関係を参照することにより、ガス温度取得部１４によって取得される排出ガスの温度に対応するセンサセル１６０の温度、を推定することができる。その後、推定されたセンサセル１６０の温度に基づいて、先に述べたような劣化指数の補正が行われることとなる。
【００９０】
以上に説明したようなセンサセル１６０（第２セル）の劣化判定等を実現するために、制御装置１０によって実行される処理の流れについて、図１０を参照しながら説明する。図１０に示される一連の処理は、所定の制御周期が経過する毎に、制御装置１０のうち主に劣化判定部１３によって繰り返し実行されるものである。
【００９１】
当該処理の最初のステップＳ０１では、判定条件が成立しているか否かが判定される。「判定条件」とは、劣化判定部１３による劣化判定が行われるために必要な条件として、予め設定されたものである。本実施形態では、内燃機関ＥＧが停止した後であり、且つ内燃機関ＥＧが停止してから３秒間が経過する前のタイミングであること、が判定条件として設定されている。
【００９２】
判定条件が上記のように設定されている理由について、図１１を参照しながら説明する。図１１（Ａ）は、排気配管２０における排出ガスの温度の時間変化を示すグラフである。図１１（Ｂ）は、センサセル１６０の温度の時間変化を示すグラフである。図１１に示される例では、時刻ｔ３０以前の期間においては内燃機関ＥＧが動作しており、時刻ｔ３０以降の期間においては内燃機関ＥＧが停止している。
【００９３】
図１１（Ａ）に示されるように、内燃機関ＥＧが停止した時刻ｔ３０以降においては、内燃機関ＥＧから高温の排出ガスが排出されなくなるので、排気配管２０における排出ガスの温度は次第に低下して行く。本実施形態の構成においては、１００秒間のうちに、排出ガスの温度は概ね１００℃程度低下している。
【００９４】
これに対し、内燃機関ＥＧが停止した時刻ｔ３０以降においても、センサセル１６０の温度は殆ど低下していない（図１１（Ｂ））。本実施形態の構成においては、１００秒間のうちに、センサセル１６０の温度は概ね５℃程度しか低下しなかった。これは、図２に示される排出ガスセンサ１００の略全体が不図示のカバーによって覆われており、センサセル１６０と排出ガスとの間の熱抵抗が大きくなっているためと考えられる。
【００９５】
このように、内燃機関ＥＧが停止した時刻ｔ３０以降は、排出ガスの温度は次第に低下して行く一方で、センサセル１６０の温度は殆ど低下しない。このため、時刻ｔ３０からしばらく時間が経つと、図９に示される対応関係が崩れてしまい、セル温度推定部１５によるセンサセル１６０の温度の推定が正確には行われなくなってしまう。そこで、本実施形態では、判定条件を上記のように設定し、内燃機関ＥＧが停止してから３秒間が経過するよりも前のタイミングで劣化判定を開始することとしている。
【００９６】
図１０に戻って説明を続ける。ステップＳ０１において判定条件が成立していないと判定された場合には、劣化判定部１３による劣化判定を行うことなく、図１０に示される一連の処理を終了する。判定条件が成立していると判定された場合には、ステップＳ０２に移行する。
【００９７】
ステップＳ０２では、排出ガスの温度を取得する処理がガス温度取得部１４によって行われる。ステップＳ０２に続くステップＳ０３では、センサセル１６０の温度を推定する処理がセル温度推定部１５によって行われる。既に述べたように、セル温度推定部１５は、ステップＳ０２で所得された排出ガスの温度と、図９に示される対応関係とに基づいて、センサセル１６０の温度を推定する。
【００９８】
ステップＳ０３に続くステップＳ０４では、ステップＳ０３で推定されたセンサセル１６０の温度が、所定の適温範囲に収まっているか否かが判定される。「適温範囲」とは、劣化判定を行うのに適したセンサセル１６０の温度範囲として、予め設定されたものである。センサセル１６０の温度が適温範囲を外れている場合には、劣化判定部１３による劣化判定を行うことなく、図１０に示される一連の処理を終了する。
【００９９】
センサセル１６０の温度が基準温度（図８に示されるＴ０）よりも極端に高い場合や、基準温度よりも極端に低い場合には、センサセル１６０を流れる電流が大きく変化してしまい、図８に示されるグラフの線形性が崩れてしまう。その結果、劣化指数の算出や補正が正確には行われなくなってしまう。そこで、本実施形態では、基準温度を含む範囲として適温範囲を設定しており、センサセル１６０の温度が適温範囲に収まっている場合にのみ劣化判定を行うこととしている。
【０１００】
このように、本実施形態に係る劣化判定部１３は、セル温度推定部１５によって推定されたセンサセル１６０（第２セル）の温度が、予め設定された適温範囲を外れているときには、センサセル１６０に劣化が生じているか否かの判定を行わないように構成されている。これにより、劣化判定を正確に行うことが難しい状況で、劣化判定部１３による劣化判定が行われてしまうことが防止される。
【０１０１】
ステップＳ０４において、センサセル１６０の温度が適温範囲内に収まっていた場合には、ステップＳ０５に移行する。ステップＳ０５では、センサセル１６０を流れる電流の値を取得する処理が、セル電流取得部１６によって行われる。ここでは、内燃機関ＥＧが停止されたタイミングよりも後における所定の期間（少なくとも、図７における時刻ｔ１０から時刻ｔ２０までの期間を含む期間である）において、センサセル１６０を流れる電流の値が複数回サンプリングされる。
【０１０２】
ステップＳ０５に続くステップＳ０６では、劣化指数を算出する処理が劣化判定部１３によって行われる。劣化指数の算出方法は、図７を参照しながら既に説明した通りである。
【０１０３】
ステップＳ０６に続くステップＳ０７では、ステップＳ０６で算出された劣化指数を、ステップＳ０３で推定されたセンサセル１６０の温度を用いて補正する処理が行われる。劣化指数を補正する方法は、図８を参照しながら既に説明した通りである。
【０１０４】
ステップＳ０７に続くステップＳ０８では、ステップＳ０７で得られた補正後の劣化指数が、下限値ＴＨ以上であるか否かが判定される。劣化指数が下限値ＴＨ以上であった場合には、ステップＳ０９に移行する。ステップＳ０９では、センサセル１６０に劣化が生じていないとの判定がなされる。
【０１０５】
ステップＳ０８において、劣化指数が下限値ＴＨ未満であった場合には、ステップＳ１０に移行する。ステップＳ１０では、センサセル１６０に劣化が生じているとの判定がなされる。この場合は、例えば、排出ガスセンサ１００による窒素酸化物の濃度の測定が正確には行えなくなっている旨を、例えばＬＥＤの点灯等によって車両の乗員に報知する処理が行われる。このような態様に替えて、排出ガスセンサ１００による窒素酸化物の濃度の測定値を、センサセル１６０の劣化度合いに応じて補正する処理が行われることとしてもよい。
【０１０６】
以上のように、本実施形態に係る制御装置１０は、排出ガスの温度に基づいてセンサセル１６０の温度を推定し、推定されたセンサセル１６０の温度に基づいてセンサセル１６０の劣化判定を行うように構成されている。
【０１０７】
ところで、ポンプセル１５０の温度は、先に説明したようにヒーター制御部１８によって取得されている。また、センサセル１６０はポンプセル１５０の近くに形成されている。このため、ヒーター制御部１８によって取得されたポンプセル１５０の温度に基づけば、センサセル１６０の温度を正確に取得することができるようにも思われる。例えば、取得されたポンプセル１５０の温度をそのままセンサセル１６０の温度として用いたり、取得されたポンプセル１５０の温度から所定温度だけシフトした温度を、センサセル１６０の温度として用いたりすることが考えられる。
【０１０８】
しかしながら、センサセル１６０は排気配管２０の壁面近くに配置されているのに対し、ポンプセル１５０はそれよりも内側となる位置に配置されている。このため、排出ガスセンサ１００と排気配管２０との間における熱伝導に起因して、ポンプセル１５０とセンサセル１６０との間には温度差が生じる。更に当該温度差は常に一定とはならず、車両の運転状態等に応じて変化してしまう。このため、ポンプセル１５０の温度に基づいて、センサセル１６０の温度を正確に推定することは容易ではない。
【０１０９】
これに対し、本実施形態では、劣化判定の対象となるセンサセル１６０そのものの温度をセル温度推定部１５によって推定した上で、当該温度に基づいてセンサセル１６０の劣化判定を行うこととしている。これにより、従来よりも正確な劣化判定を行うことが可能となっている。
【０１１０】
また、センサセル１６０の温度を取得するための温度センサや測定回路を別途設ける必要が無いので、排出ガスセンサ１００を含むシステム全体のコストが増加してしまうことは無い。
【０１１１】
本実施形態における劣化判定部１３は、セル電流取得部１６によって取得された電流の値を、正常時においてセンサセル１６０を流れる電流の値で除することによりにより得られた値（電流比）を用いて、センサセル１６０の劣化の程度を示す劣化指数を算出する。また、当該劣化指数に基づいて、センサセル１６０に劣化が生じているか否かを判定する。
【０１１２】
更に、劣化判定部１３は、セル温度推定部１５によって推定されたセンサセル１６０の温度に基づいて劣化指数を補正し、補正後の劣化指数に基づいて、センサセル１６０に劣化が生じているか否かを判定するように構成されている。これにより、センサセル１６０で劣化が生じているか否かの判定を、センサセル１６０に基づいて正確に行うことが可能となっている。
【０１１３】
第２実施形態について説明する。以下では、第１実施形態と異なる点について主に説明し、第１実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。
【０１１４】
本実施形態では、セル温度推定部１５による温度の推定方法において第１実施形態と異なっている。本実施形態に係るセル温度推定部１５は、排気配管２０の温度に基づいて、センサセル１６０の温度を推定する。
【０１１５】
図１２に示されるグラフは、排気配管２０のうち排出ガスセンサ１００が取り付けられている部分の近傍の温度（横軸）と、センサセル１６０の温度（縦軸）との対応関係を示すものである。同図に示されるように、排気配管２０の温度が高くなるほど、そのときのセンサセル１６０の温度は高くなる傾向がある。
【０１１６】
図１２に示されるように、排気配管２０の温度と、センサセル１６０の温度との対応関係を示すグラフは、右肩上がりの直線状のグラフとなる。この対応関係は、予め実験等によって取得されており、制御装置１０が備える不図示の記憶装置に記憶されている。セル温度推定部１５は、この対応関係を参照することにより、排気配管２０の温度に対応するセンサセル１６０の温度、を推定することができる。その後、推定されたセンサセル１６０の温度に基づいて、先に述べたような劣化指数の補正が行われることとなる。
【０１１７】
排気配管２０の温度の取得方法について説明する。図１３に示されるグラフは、排気配管２０の内側を通る排出ガスの温度（横軸）と、排気配管２０の温度（縦軸）との対応関係を示すものである。同図に示されるように、排出ガスの温度が高くなるほど、そのときの排気配管２０の温度は高くなる傾向がある。
【０１１８】
図１３に示されるように、排出ガスの温度と、排気配管２０の温度と、の対応関係を示すグラフは、右肩上がりの直線状のグラフとなる。この対応関係は、予め実験等によって取得されており、制御装置１０が備える不図示の記憶装置に記憶されている。配管温度取得部１７は、この対応関係を参照することにより、排出ガスの温度に対応する排気配管２０の温度、を推定することができる。
【０１１９】
尚、図１３に示される対応関係は、排出ガスの温度以外のパラメータに応じて複数記憶されていることとしてもよい。例えば、不図示の給気配管から内燃機関ＥＧに供給される空気の温度や、内燃機関ＥＧの負荷状況、内燃機関ＥＧの連続運転時間などに応じて、図１３に示される対応関係が複数記憶されていることとしてもよい。この場合、配管温度取得部１７は、そのときの状況に応じた対応関係を選択した上で、当該対応関係と、ガス温度取得部１４によって取得された排出ガスの温度とに基づいて、排気配管２０の温度を推定することとなる。
【０１２０】
このように、配管温度取得部１７は、少なくともガス温度取得部１４によって取得された排出ガスの温度に基づいて、排出ガスセンサ１００が取り付けられている排気配管２０の温度を取得するように構成されている。また、本実施形態におけるセル温度推定部１５は、配管温度取得部１７によって取得された排気配管２０の温度に基づいて、センサセル１６０（第２セル）の温度を推定するように構成されている。
【０１２１】
図１４に示される一連の処理は、本実施形態に係る制御装置１０によって実行される処理であって、図１０に示される一連の処理に替えて実行されるものである。当該処理は、図１０のステップＳ０３をステップＳ１３に置き換えた上で、ステップＳ０２とステップＳ１３との間に新たなステップＳ１２を挿入したものとなっている。
【０１２２】
ステップＳ０２において、排出ガスの温度を取得する処理がガス温度取得部１４によって行われた後は、本実施形態ではステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２では、排気配管２０の温度を取得する処理が、配管温度取得部１７によって行われる。その取得方法は、図１３を参照しながら既に説明した通りである。
【０１２３】
ステップＳ１２に続くステップＳ１３では、センサセル１６０の温度を推定する処理がセル温度推定部１５によって行われる。ここでは、ステップＳ１２で取得された排気配管２０の温度に基づいて、センサセル１６０の温度を推定する処理が行われる。当該推定の方法は、図１２を参照しながら既に説明した通りである。
【０１２４】
以上のように、本実施形態に係る制御装置１０は、少なくとも排出ガスの温度に基づいて排気配管２０の温度を取得し、排気配管２０の温度に基づいて、センサセル１６０の温度を推定するように構成されている。このような態様でも、第１実施形態で説明したものと同様の効果を奏する。
【０１２５】
第３実施形態について説明する。以下では、第１実施形態と異なる点について主に説明し、第１実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。
【０１２６】
本実施形態では、センサセル１６０のみならずモニタセル１７０についても、その温度推定及び劣化判定を行うように構成されている。つまり、本実施形態においては、セル温度推定部１５は、センサセル１６０の温度及びモニタセル１７０の温度のそれぞれを推定するように構成されている。また、劣化判定部１３は、センサセル１６０の温度に基づいてセンサセル１６０の劣化判定を行うことに加えて、モニタセル１７０の温度に基づいてモニタセル１７０の劣化判定を行うように構成されている。
【０１２７】
図１５に示される一連の処理は、本実施形態に係る制御装置１０によって実行される処理であって、図１０に示される一連の処理と並行して実行されるものである。当該処理は、図１０のステップＳ０３乃至ステップＳ１０を、ステップＳ２３乃至ステップＳ３０に置き換えたものとなっている。本実施形態では、図１０に示される一連の処理によってセンサセル１６０の劣化判定が行われ、図１５に示される一連の処理によってモニタセル１７０の劣化判定が行われる。
【０１２８】
図１５に示される処理では、ステップＳ０２において排出ガスの温度が取得された後、ステップＳ２３に移行する。ステップＳ２３では、モニタセル１７０の温度を推定する処理がセル温度推定部１５によって行われる。当該推定の方法は、センサセル１６０の温度を推定する方法と同じである。制御装置１０が備える不図示の記憶装置には、排出ガスの温度とモニタセル１７０の温度との対応関係、すなわち図９に示されるものと同様の対応関係が記憶されている。セル温度推定部１５は、ステップＳ０２で所得された排出ガスの温度と、当該対応関係とに基づいて、モニタセル１７０の温度を推定する。
【０１２９】
ステップＳ２３に続くステップＳ２４では、ステップＳ２３で推定されたモニタセル１７０の温度が、所定の適温範囲に収まっているか否かが判定される。ここでいう「適温範囲」は、図１０のステップＳ０４での判定に用いられる適温範囲と同じものである。尚、モニタセル１７０についての適温範囲が、センサセル１６０についての適温範囲とは異なる範囲として設定されていてもよい。モニタセル１７０の温度が適温範囲を外れている場合には、劣化判定部１３による劣化判定を行うことなく、図１５に示される一連の処理を終了する。
【０１３０】
ステップＳ２４において、モニタセル１７０の温度が適温範囲内に収まっていた場合には、ステップＳ２５に移行する。ステップＳ２５では、モニタセル１７０を流れる電流の値を取得する処理が、セル電流取得部１６によって行われる。当該電流の値の取得方法は、図１０のステップＳ０４において、センサセル１６０を流れる電流の値を取得する方法と同様である。
【０１３１】
ステップＳ２５に続くステップＳ２６では、モニタセル１７０についての劣化指数を算出する処理が劣化判定部１３によって行われる。この劣化指数の算出方法は、センサセル１６０についての劣化指数の算出方法（図７を参照しながら説明した方法）と同様である。
【０１３２】
ステップＳ２６に続くステップＳ２７では、ステップＳ２６で算出された劣化指数を、ステップＳ２３で推定されたモニタセル１７０の温度を用いて補正する処理が行われる。劣化指数を補正する方法は、センサセル１６０についての劣化指数を補正する方法（図８を参照しながら説明した方法）と同様である。
【０１３３】
ステップＳ２７に続くステップＳ２８では、ステップＳ２７で得られた補正後の劣化指数が、下限値ＴＨ以上であるか否かが判定される。ここでいう「下限値ＴＨ」は、図１０のステップＳ０８での判定に用いられる下限値ＴＨと同じものである。尚、モニタセル１７０についての下限値ＴＨが、センサセル１６０についての下限値ＴＨとは異なる値として設定されていてもよい。劣化指数が下限値ＴＨ以上であった場合には、ステップＳ２９に移行する。ステップＳ２９では、モニタセル１７０に劣化が生じていないとの判定がなされる。
【０１３４】
ステップＳ２８において、劣化指数が下限値ＴＨ未満であった場合には、ステップＳ３０に移行する。ステップＳ３０では、モニタセル１７０に劣化が生じているとの判定がなされる。この場合は、例えば、排出ガスセンサ１００による窒素酸化物の濃度の測定が正確には行えなくなっている旨を、例えばＬＥＤの点灯等によって車両の乗員に報知する処理が行われる。このような態様に替えて、排出ガスセンサ１００による窒素酸化物の濃度の測定値を、モニタセル１７０の劣化度合いに応じて補正する処理が行われることとしてもよい。
【０１３５】
以上のように、本実施形態に係る制御装置１０では、セル温度推定部１５が、モニタセル１７０の温度及びセンサセル１６０の温度の両方をそれぞれ推定するように構成されている。また、本実施形態における劣化判定部１３は、劣化指数の算出及び補正を、第２セルであるモニタセル１７０及びセンサセル１６０のそれぞれについて行うように構成されている。
【０１３６】
具体的には、劣化判定部１３は、セル温度推定部１５によって推定されたモニタセル１７０の温度に基づいて、モニタセル１７０について算出された劣化指数の補正を行い、セル温度推定部１５によって推定されたセンサセル１６０の温度に基づいて、センサセル１６０について算出された劣化指数の補正を行うように構成されている。これにより、センサセル１６０についてのみならず、モニタセル１７０についても正確な劣化判定を行うことが可能となっている。
【０１３７】
尚、セル温度推定部１５がモニタセル１７０の温度のみを推定し、当該温度に基づいて、劣化判定部１３がモニタセル１７０の劣化判定のみを行う構成としてもよい。
【０１３８】
第４実施形態について説明する。以下では、第１実施形態と異なる点について主に説明し、第１実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。
【０１３９】
本実施形態では、上記の第３実施形態と同様に、劣化判定部１３が、センサセル１６０及びモニタセル１７０のそれぞれについて劣化判定を行うように構成されている。ただし、それぞれの劣化判定はいずれも、セル温度推定部１５によって推定されたセンサセル１６０の温度に基づいて行われる。
【０１４０】
図１６に示される一連の処理は、本実施形態に係る制御装置１０によって実行される処理であって、図１０に示される一連の処理と並行して実行されるものである。当該処理は、図１０のステップＳ０５乃至ステップＳ１０を、ステップＳ３５乃至ステップＳ４０に置き換えたものとなっている。本実施形態では、図１０に示される一連の処理によってセンサセル１６０の劣化判定が行われ、図１６に示される一連の処理によってモニタセル１７０の劣化判定が行われる。
【０１４１】
図１６に示される処理では、ステップＳ０４において、センサセル１６０の温度が適正範囲内であると判定された場合に、ステップＳ３５に移行する。ステップＳ３５では、モニタセル１７０を流れる電流の値を取得する処理が、セル電流取得部１６によって行われる。当該電流の値の取得方法は、図１０のステップＳ０４において、センサセル１６０を流れる電流の値を取得する方法と同様である。
【０１４２】
ステップＳ３５に続くステップＳ３６では、モニタセル１７０についての劣化指数を算出する処理が劣化判定部１３によって行われる。この劣化指数の算出方法は、センサセル１６０についての劣化指数の算出方法（図７を参照しながら説明した方法）と同様である。ただし、ステップＳ３６では、ステップＳ０３で推定されたセンサセル１６０の温度を、このときのモニタセル１７０の温度とした上で、モニタセル１７０についての劣化指数が算出される。
【０１４３】
ステップＳ３６に続くステップＳ３７では、ステップＳ３６で算出された劣化指数を補正する処理が行われる。劣化指数を補正する方法は、センサセル１６０についての劣化指数を補正する方法（図８を参照しながら説明した方法）と同様である。ただし、ステップＳ３７では、ステップＳ０３で推定されたセンサセル１６０の温度を、このときのモニタセル１７０の温度とした上で、モニタセル１７０についての劣化指数が補正される。換言すれば、本実施形態においては、推定されたセンサセル１６０の温度に基づいて、モニタセル１７０についての劣化指数が補正される。
【０１４４】
ステップＳ３７に続くステップＳ３８では、ステップＳ３７で得られた補正後の劣化指数が、下限値ＴＨ以上であるか否かが判定される。ここでいう「下限値ＴＨ」は、図１０のステップＳ０８での判定に用いられる下限値ＴＨと同じものである。尚、モニタセル１７０についての下限値ＴＨが、センサセル１６０についての下限値ＴＨとは異なる値として設定されていてもよい。劣化指数が下限値ＴＨ以上であった場合には、ステップＳ３９に移行する。ステップＳ３９では、モニタセル１７０に劣化が生じていないとの判定がなされる。
【０１４５】
ステップＳ３８において、劣化指数が下限値ＴＨ未満であった場合には、ステップＳ４０に移行する。ステップＳ４０では、モニタセル１７０に劣化が生じているとの判定がなされる。この場合は、例えば、排出ガスセンサ１００による窒素酸化物の濃度の測定が正確には行えなくなっている旨を、例えばＬＥＤの点灯等によって車両の乗員に報知する処理が行われる。このような態様に替えて、排出ガスセンサ１００による窒素酸化物の濃度の測定値を、モニタセル１７０の劣化度合いに応じて補正する処理が行われることとしてもよい。
【０１４６】
以上のように、本実施形態に係る劣化判定部１３は、セル温度推定部１５によって推定されたセンサセル１６０の温度に基づいて、モニタセル１７０について算出された劣化指数の補正、及び、センサセル１６０について算出された劣化指数の補正、のそれぞれを行うように構成されている。このような態様であっても、第１実施形態ついて説明したものと同様の効果を奏する。
【０１４７】
尚、上記の態様に替えて、劣化判定部１３が、セル温度推定部１５によって推定されたモニタセル１７０の温度に基づいて、モニタセル１７０について算出された劣化指数の補正、及び、センサセル１６０について算出された劣化指数の補正、のそれぞれを行うように構成されている態様としてもよい。
【０１４８】
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
【符号の説明】
【０１４９】
１０：制御装置
１４：ガス温度取得部
１５：セル温度推定部
１００：排出ガスセンサ
１５０：ポンプセル
１６０：センサセル
１７０：モニタセル
ＥＧ：内燃機関
【図１】
2019210916.tif 000003
【図２】
2019210916.tif 000004
【図３】
2019210916.tif 000005
【図４】
2019210916.tif 000006
【図５】
2019210916.tif 000007
【図６】
2019210916.tif 000008
【図７】
2019210916.tif 000009
【図８】
2019210916.tif 000010
【図９】
2019210916.tif 000011
【図１０】
2019210916.tif 000012
【図１１】
2019210916.tif 000013
【図１２】
2019210916.tif 000014
【図１３】
2019210916.tif 000015
【図１４】
2019210916.tif 000016
【図１５】
2019210916.tif 000017
【図１６】
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