(57)【要約】【課題】排出ガスセンサの劣化の判定を、短時間で精度よく行う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、排出ガスから酸素を除去する第１セル（ポンプセル１５０）と、酸素が除去された後の排出ガスに含まれる測定対象成分の濃度、に応じた電流を出力する第２セル（センサセル１６０、モニタセル１７０）と、第１セル及び第２セルを加熱するためのヒーター１８０と、を有するものである。制御装置１０は、ヒーター１８０の出力を調整するヒーター制御部１１と、第２セルから出力される電流を検知する電流検知部１２と、第２セルの劣化を判定する劣化判定部１６と、を備える。劣化判定部１６は、ヒーター１８０の出力を変化させることによって第１セルの温度を変化させ、その際において第２セルから出力される電流の変化量に基づいて第２セルの劣化を判定する。【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）から排出される排出ガスから酸素を除去する第１セル（１５０）と、前記第１セルによって酸素が除去された後の排出ガスに含まれる測定対象成分の濃度、に応じた電流を出力する第２セル（１６０，１７０）と、前記第１セル及び前記第２セルを加熱するためのヒーター（１８０）と、を有するものであり、
前記ヒーターの出力を調整するヒーター制御部（１１）と、
前記第２セルから出力される電流を検知する電流検知部（１２）と、
前記第２セルの劣化を判定する劣化判定部（１６）と、を備え、
前記劣化判定部は、
前記ヒーターの出力を変化させることによって前記第１セルの温度を変化させ、その際において前記第２セルから出力される電流の変化量に基づいて前記第２セルの劣化を判定する制御装置。
【請求項２】
前記劣化判定部は、
前記ヒーターの出力を低下させることによって前記第１セルの温度を低下させ、その際において前記第２セルから出力される電流の変化量に基づいて前記第２セルの劣化を判定する、請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記第１セルの温度を検知する温度検知部（１３）を更に備え、
前記第２セルの劣化を判定する際において、前記劣化判定部は、前記第１セルの温度を所定の目標温度まで変化させる、請求項１又は２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記第２セルの温度を検知する温度検知部を更に備え、
前記第２セルの劣化を判定する際において、前記劣化判定部は、前記第２セルの温度を所定の目標温度まで変化させることによって前記第１セルの温度を変化させる、請求項１又は２に記載の制御装置。
【請求項５】
前記電流検知部は、前記第１セルから出力される電流をも検知するように構成されており、
前記劣化判定部は、前記第１セルから出力される電流の変化量、及び前記第２セルから出力される電流の変化量、の両方に基づいて前記第２セルの劣化を判定する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項６】
前記第１セル及び前記第２セルが活性状態になったか否かを判定する活性判定部（１５）を更に備え、
前記劣化判定部は、前記活性状態になったとの判定が前記活性判定部によりなされたときにのみ、前記第２セルの劣化を判定する、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】
前記活性判定部は、前記第１セル又は前記第２セルの温度が所定の活性温度を超えている場合に、前記第１セル及び前記第２セルが活性状態になったと判定する、請求項６に記載の制御装置。
【請求項８】
排出ガスの温度を検知するガス温度検知部（１４）を更に備え、
前記劣化判定部は、排出ガスの温度が所定の上限温度を下回っているときにのみ前記第２セルの劣化を判定する、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項９】
前記ヒーターは、前記第１セルを加熱するための第１ヒーター（１８１）と、前記第２セルを加熱するための第２ヒーター（１８２）と、を有しており、
前記第２セルの劣化を判定する際において、前記劣化判定部は、前記第１ヒーターの出力を変化させることによって前記第１セルの温度を変化させる一方、前記第２ヒーターの出力を調整することによって前記第２セルの温度を所定温度に維持する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の制御装置。
【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を出力する。
【０００３】
例えば下記特許文献１に記載の排出ガスセンサは、上記のセルとしてポンプセルとセンサセルとを有している。当該排出ガスセンサでは、排出ガスに含まれる酸素が予めポンプセルによって除去される。下流側のセンサセルでは、酸素が除去された後の排出ガスに含まれる窒素酸化物の濃度が検知される。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センサから予め除去することにより、窒素酸化物の濃度を精度よく測定することができる。
【０００４】
ところで、複数のセルを有する排出ガスセンサでは、セルの劣化により、測定対象成分の濃度と出力電流との関係が変化してしまうことがある。そこで、下記特許文献１に記載のガスセンサ制御装置では、排出ガスセンサの劣化判定を行うことが可能となっている。具体的には、ポンプセルに印加される電圧を一時的に低減し、センサセルに到達する酸素の量を意図的に増加させた上で、その際におけるセンサセルからの出力電流の増加量に基づいて劣化を判定することが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−５９９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
排出ガスセンサが有する各セルは、コンデンサとしての容量成分を有している。このため、ポンプセルに印加される電圧を、上記のように劣化判定のために変化させると、ポンプセルに蓄えられていた電荷が放出されてしまう。つまり、ポンプセルからの容量放電が生じてしまう。その際、センサセルからの出力電流は上記容量放電の影響を受けることにより変動し、一定値に落ち着くまでしばらく時間がかかってしまう。このため、出力電流の増加量に基づく劣化判定にも時間がかかってしまうこととなる。
【０００７】
また、劣化判定に長時間を要してしまうと、その間に、排出ガスセンサに到達する排出ガスの窒素酸化物濃度や酸素濃度が変化してしまう可能性がある。酸素濃度等が変化すると、その影響によってセンサセルからの出力電流が更に変化するので、劣化判定の精度が低下してしまうという問題も生じる。
【０００８】
本開示は、排出ガスセンサの劣化の判定を、短時間で精度よく行う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】
【０００９】
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。制御対象の排出ガスセンサは、内燃機関（ＥＧ）から排出される排出ガスから酸素を除去する第１セル（１５０）と、第１セルによって酸素が除去された後の排出ガスに含まれる測定対象成分の濃度と、に応じた電流を出力する第２セル（１６０，１７０）と、第１セル及び第２セルを加熱するためのヒーター（１８０）と、を有するものである。この制御装置は、ヒーターの出力を調整するヒーター制御部（１１）と、第２セルから出力される電流を検知する電流検知部（１２）と、第２セルの劣化を判定する劣化判定部（１６）と、を備えている。劣化判定部は、ヒーターの出力を変化させることによって第１セルの温度を変化させ、その際において第２セルから出力される電流の変化量に基づいて第２セルの劣化を判定する。
【００１０】
上記構成の制御装置では、第２セルの劣化を判定する際に、劣化判定部が、先ずヒーターの出力を変化させることによって第１セルの温度を変化させる。これにより、第１セルによる酸素の除去性能が変化するので、第２セルに到達する酸素の量も変化する。劣化判定部は、その際において第２セルから出力される電流の変化量に基づいて、第２セルの劣化を判定する。
【００１１】
このような制御装置では、第１セルによる酸素の除去性能を変化させるに当たり、第１セルへの印加電圧ではなく第１セルの温度を変化させるので、上記のような容量放電の発生が抑制される。その結果、第２セルの出力電流が比較的短時間のうちに概ね一定となるので、出力電流の変化量に基づく劣化判定を短時間で精度よく行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本開示によれば、排出ガスセンサの劣化の判定を、短時間で精度よく行う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、排出ガスセンサにおけるヒーターの配置を示す図である。
【図６】図６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７】図７は、内燃機関が始動された直後における、排出ガスセンサの内部温度の変化を示す図である。
【図８】図８は、ポンプ電流等の時間変化の例を示す図である。
【図９】図９は、本実施形態における劣化判定の方法について説明するための図である。
【図１０】図１０は、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、ポンプセル温度と、センサ電流の変化量との関係を示す図である。
【図１２】図１２は、実際に測定されたポンプ電流等の時間変化を示す図である。
【図１３】図１３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１４】図１４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１５】図１５は、第４実施形態に係る排出ガスセンサにおける、ヒーターの配置を示す図である。
【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である。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、排気管２０の途中となる位置に設けられている。
【００１６】
排気管２０には排気浄化装置２１が設けられている。排気浄化装置２１は、排出ガスに含まれる窒素酸化物や一酸化炭素等を触媒により浄化するための装置である。排出ガスセンサ１００は、排気管２０のうち排気浄化装置２１よりも下流側となる位置に設けられている。尚、排出ガスセンサ１００と同様のセンサが、排気管２０のうち排気浄化装置２１より上流側となる位置にも設けられていてもよい。また、排気管２０において排気浄化装置２１が複数並ぶように設けられていてもよい。排気管２０における排出ガスセンサ１００等の位置や個数については特に限定されない。
【００１７】
排出ガスセンサ１００によって測定された窒素酸化物の濃度は、制御装置１０に入力される。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、内燃機関ＥＧにおける燃料噴射量や燃料噴射タイミング等の制御が含まれる。
【００１８】
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。
【００１９】
図１に示されるように、排気管２０のうち排出ガスセンサ１００の近傍となる位置には、ガス温度センサ２２が設けられている。ガス温度センサ２２は、排気管２０を通る排出ガスの温度を測定するためのセンサであって、例えばサーミスタである。ガス温度センサ２２によって測定された排出ガスの温度は、制御装置１０に入力される。
【００２０】
図２乃至図５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における左側の端部が、排気管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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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（図２では上方側）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。
【００２４】
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へと供給される。
【００２５】
固体電解質体１１０の他方側（図２では下方側）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。
【００２６】
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）。
【００２７】
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おり、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、かつ窒素酸化物に対して活性な電極となっている。
【００２８】
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。
【００２９】
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から酸素が除去されて大気室１３１へと排出される。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除去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。
【００３０】
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、測定室１２１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。
【００３１】
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測定対象成分（窒素酸化物および酸素）の濃度に応じた電流を出力するためのセンサセル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において酸素が除去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。
【００３２】
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、測定室１２１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。
【００３３】
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酸素の濃度に応じた電流を出力するためのモニタセル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において酸素が除去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。
【００３４】
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によって除去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。
【００３５】
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、このようにモニタセル１７０に到達する窒素酸化物の流れである。
【００３６】
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からの出力電流の大きさは、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。
【００３７】
一方、モニタセル１７０からの出力電流の大きさは、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の出力電流から、モニタセル１７０の出力電流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。
【００３８】
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。
【００３９】
図５には、本体部１３０を図３と同様の方向から見た場合における、ヒーター１８０の配置が示されている。同図に示されるように、本実施形態におけるヒーター１８０は、特にポンプセル１５０の部分を重点的に加熱するようなパターンで形成されている。
【００４０】
再び図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、ヒーター制御部１１と、電流検知部１２と、温度検知部１３と、ガス温度検知部１４と、活性判定部１５と、劣化判定部１６と、を有している。
【００４１】
ヒーター制御部１１は、ヒーター１８０の出力を調整する部分である。ヒーター制御部１１は、ヒーター１８０に供給される電流のデューティを調整することにより、ヒーター１８０の出力を調整する。ヒーター制御部１１は、後述の温度検知部１３によって検知されるポンプセル１５０等の温度が適温に保たれ、その結果として固体電解質体１１０が活性に維持されるように、ヒーター１８０の出力を調整する。
【００４２】
電流検知部１２は、センサセル１６０から出力される電流を検知する部分である。電流検知部１２は、センサセル１６０のセンサ電極１１２と共通電極１１４との間に所定の電圧を印加し、両電極間に流れる上記電流を検知する。当該電流のことを、以下では「センサ電流Ｉｓ」とも表記する。
【００４３】
電流検知部１２は、モニタセル１７０から出力される電流を検知することもできる。電流検知部１２は、モニタセル１７０のモニタ電極１１３と共通電極１１４との間に所定の電圧を印加し、両電極間に流れる上記電流を検知する。当該電流のことを、以下では「モニタ電流Ｉｍ」とも表記する。
【００４４】
更に電流検知部１２は、ポンプセル１５０から出力される電流を検知することもできる。電流検知部１２は、ポンプセル１５０のポンプ電極１１１と共通電極１１４との間に所定の電圧（以下では「ポンプ電圧」とも称する）を印加し、両電極間に流れる上記電流を検知する。当該電流のことを、以下では「ポンプ電流Ｉｐ」とも表記する。
【００４５】
温度検知部１３は、ポンプセル１５０の温度を検知する部分である。温度検知部１３による温度の検知方法について、図６を参照しながら説明する。図６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ポンプ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、温度検知部１３は、ポンプ電圧を一時的に増加させる。図６の例では、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間において、ポンプ電圧がＶ０からＶ１０へと増加している。
【００４６】
ポンプ電圧が増加すると、それに伴って、ポンプ電極１１１と共通電極１１４との間を流れるポンプ電流Ｉｐも増加する。温度検知部１３は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間におけるポンプ電圧の増加量を、同期間におけるポンプ電流Ｉｐ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。
【００４７】
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。温度検知部１３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の温度を検知する。
【００４８】
尚、図６の例では、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間において、ポンプ電圧が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、ポンプ電圧が元のＶ０に戻されている。本実施形態では、温度検知の際のポンプ電圧を一時的に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。
【００４９】
尚、温度測定のためにポンプ電圧が変化する期間（図６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。ポンプ電圧の変化に起因したポンプ電流Ｉｐ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。
【００５０】
温度検知部１３は、上記と同様の方法によって、センサセル１６０の温度及びモニタセル１７０の温度をもそれぞれ個別に検知することが可能となっている。
【００５１】
図２に戻って説明を続ける。ガス温度検知部１４は、排出ガスセンサ１００の周囲における排出ガスの温度を検知する部分である。ガス温度検知部１４は、ガス温度センサ２２から入力される信号に基づいて排出ガスの温度を検知する。
【００５２】
活性判定部１５は、ポンプセル１５０、センサセル１６０、及びモニタセル１７０のそれぞれが活性状態になったか否かを判定する部分である。活性判定部１５は、温度検知部１３で検知されるポンプセル１５０の温度に基づいて当該判定を行う。
【００５３】
図７には、温度検知部１３で検知される各部の温度の変化が示されている。線Ｌ１はポンプセル１５０の温度変化を示すグラフであり、線Ｌ２はセンサセル１６０の温度変化を示すグラフである。尚、モニタセル１７０の温度変化を示すグラフは、線Ｌ２と同様であるために図示が省略されている。
【００５４】
時刻ｔ０において制御装置１０によって昇温制御が開始された時点で、各部の温度はいずれも上昇する。時刻ｔ０よりも後の時刻ｔ１においては、ポンプセル１５０の温度が所定の活性温度ＴＡを越えている。活性温度ＴＡは、ポンプセル１５０、センサセル１６０、及びモニタセル１７０のそれぞれが活性状態になった際におけるポンプセル１５０の温度として、予め設定されているものである。活性判定部１５は、温度検知部１３で検知されるポンプセル１５０の温度が活性温度ＴＡを越えている場合に、ポンプセル１５０、センサセル１６０、及びモニタセル１７０のそれぞれが活性状態になったと判定する。
【００５５】
このような態様に換えて、温度検知部１３で検知されるセンサセル１６０の温度（又はモニタセル１７０の温度）が所定の活性温度を越えている場合に、ポンプセル１５０、センサセル１６０、及びモニタセル１７０のそれぞれが活性状態になったと判定することとしてもよい。また、ポンプセル１５０等のそれぞれが活性状態になったか否かを、活性判定部１５がそれぞれのセルの温度に基づいて個別に判定することとしてもよい。その他にも、排出ガスセンサに温度を検出する抵抗、またはサーミスタ等を設けることによって温度を検出し、当該温度によって活性判定を行ってもよい。具体的には、排出ガスセンサ内の本体部１２０等に埋設された抵抗体に電圧を印加し、流れる電流値から抵抗値を算出する。そして、当該抵抗値と温度との相関関係から温度を検出することができる。また、例えばヒーター１８０に印加した電圧と、ヒーター１８０に流れる電流と、から抵抗値を算出し、当該抵抗値と温度との相関から温度を検出することもできる。そして、検出された温度が所定の活性温度を超えている場合に、ポンプセル１５０、センサセル１６０、及びモニタセル１７０のそれぞれが活性状態になったと判定することとしてもよい。
【００５６】
また、排出ガスセンサ１００の各セルが活性状態となっているか否かを判定する機能を、排出ガスセンサ１００自身が有しているような態様であってもよい。この場合、活性判定部１５は、判定結果を示す信号を排出ガスセンサ１００から受信し、当該信号に基づいて、ポンプセル１５０等が活性状態になったか否かの判定を行うこととなる。
【００５７】
劣化判定部１６は、ポンプセル１５０やセンサセル１６０が劣化しているか否かを判定する部分である。当該判定の方法について、図８を参照しながら説明する。
【００５８】
図８（Ａ）に示されるのは、ヒーター１８０からの出力（以下では単に「ヒーター出力」とも表記する）の時間変化である。図８（Ｂ）に示されるのは、ポンプセル１５０のアドミタンスの時間変化である。ここでいう「アドミタンス」とは、温度検知部１３がポンプセル１５０の温度を検知する過程において算出される、ポンプセル１５０のインピーダンスの逆数である。
【００５９】
図８（Ｃ）に示されるのは、ポンプ電流Ｉｐの時間変化である。図８（Ｄ）に示されるのは、センサ電流Ｉｓの時間変化である。図８（Ｅ）に示されるのは、モニタ電流Ｉｍの時間変化である。
【００６０】
図８に示される例では、時刻ｔ１０までの期間においては通常の制御、すなわち窒素酸化物の濃度を測定するための制御が行われる。一方、時刻ｔ１０から時刻ｔ３０までの期間においては、ポンプセル１５０やセンサセル１６０が劣化しているか否かを判定するための制御が劣化判定部１６によって行われる。
【００６１】
図８（Ａ）に示されるように、時刻ｔ１０以降においては、劣化判定部１６がヒーター制御部１１の動作を調整することにより、ヒーター１８０の出力を一時的に低下させる処理が行われる。このため、時刻ｔ１０以降においてはポンプセル１５０の温度が低下し、その結果としてポンプセル１５０のアドミタンスも低下する（図８（Ｂ））。また、図８（Ｃ）に示されるポンプ電流は、当初の値であるＩｐ１から次第に低下して行き、Ｉｐ２まで低下したところで概ね一定となっている。
【００６２】
ポンプ電流Ｉｐの大きさは、ポンプセル１５０によって測定室１２１から排出される酸素の量を示すもの、ということができる。時刻ｔ１０以降は、ポンプセル１５０のアドミタンスが低下したことにより、ポンプセル１５０によって排出される酸素の量が低下している。その結果、ポンプセル１５０の近傍を通過してセンサセル１６０やモニタセル１７０に到達する酸素の量は、時刻ｔ１０以降においては増加することとなる。つまり、図４の矢印ＡＲ１０で示される酸素の流れが低下する一方で、矢印ＡＲ１１、ＡＲ１２で示される酸素の流れは増加することとなる。
【００６３】
このため、図８（Ｄ）に示されるように、時刻ｔ１０以降におけるセンサ電流Ｉｓは、当初の値であるＩｓ１から次第に増加して行き、Ｉｓ２まで増加したところで概ね一定となっている。また、図８（Ｅ）に示されるように、時刻ｔ１０以降におけるモニタ電流Ｉｍは、当初の値であるＩｍ１から次第に増加して行き、Ｉｍ２まで増加したところで概ね一定となっている。
【００６４】
図８（Ａ）に示されるように、ポンプ電流Ｉｐ等が概ね一定となった後の時刻ｔ２５では、劣化判定部１６がヒーター制御部１１の動作を調整することにより、ヒーター１８０の出力を元に戻す処理が行われる。このため、時刻ｔ２５以降においてはポンプセル１５０の温度が上昇し、その結果としてポンプセル１５０のアドミタンスも上昇する（図８（Ｂ））。また、図８（Ｃ）に示されるポンプ電流は、時刻ｔ２５以降において次第に増加して行き、Ｉｐ３まで増加したところで概ね一定となっている。
【００６５】
時刻ｔ２５以降は、ポンプセル１５０によって測定室１２１から排出される酸素の量が元に戻るので、ポンプセル１５０の近傍を通過してセンサセル１６０やモニタセル１７０に到達する酸素の量は減少することとなる。このため、図８（Ｄ）に示されるように、時刻ｔ２５以降におけるセンサ電流Ｉｓは、Ｉｓ２から次第に減少して行き、Ｉｓ３まで減少したところで概ね一定となっている。また、図８（Ｅ）に示されるように、時刻ｔ２５以降におけるモニタ電流Ｉｍは、Ｉｍ２から次第に減少して行き、Ｉｍ３まで減少したところで概ね一定となっている。
【００６６】
図８では、時刻ｔ１０の後、ポンプ電流Ｉｐ等が減少し概ね一定の値となった時刻が時刻ｔ２０として示されている。また、時刻ｔ２５の後、ポンプ電流Ｉｐ等が増加し再び概ね一定の値となった時刻が時刻ｔ３０として示されている。
【００６７】
図８（Ｃ）に示される点線ＤＬｐは、時刻ｔ１０から時刻ｔ３０までの期間において、ポンプ電流ＩｐがＩｐ１からＩｐ３まで一定の傾きで変化したと仮定した場合における、ポンプ電流Ｉｐの時間変化を示す直線である。このような点線ＤＬｐは、時刻ｔ１０以降においてヒーター出力を変化させなかったとした場合における、ポンプ電流Ｉｐの時間変化を示す直線ということができる。
【００６８】
時刻ｔ２０における点線ＤＬｐとＩｐ２との差が、図８（Ｃ）ではΔＩｐとして示されている。ΔＩｐは、ヒーター出力が変化したことによるポンプ電流Ｉｐの変化量（減少量）に該当する。
【００６９】
図８（Ｄ）に示される点線ＤＬｓは、時刻ｔ１０から時刻ｔ３０までの期間において、センサ電流ＩｓがＩｓ１からＩｓ３まで一定の傾きで変化したと仮定した場合における、センサ電流Ｉｓの時間変化を示す直線である。このような点線ＤＬｓは、時刻ｔ１０以降においてヒーター出力を変化させなかったとした場合における、センサ電流Ｉｓの時間変化を示す直線ということができる。
【００７０】
時刻ｔ２０におけるＩｓ２と点線ＤＬｓとの差が、図８（Ｄ）ではΔＩｓとして示されている。ΔＩｓは、ヒーター出力が変化したことによるセンサ電流Ｉｓの変化量（増加量）に該当する。
【００７１】
図８（Ｅ）に示される点線ＤＬｍは、時刻ｔ１０から時刻ｔ３０までの期間において、モニタ電流ＩｍがＩｍ１からＩｍ３まで一定の傾きで変化したと仮定した場合における、モニタ電流Ｉｍの時間変化を示す直線である。このような点線ＤＬｍは、時刻ｔ１０以降においてヒーター出力を変化させなかったとした場合における、モニタ電流Ｉｍの時間変化を示す直線ということができる。
【００７２】
時刻ｔ２０におけるＩｍ２と点線ＤＬｍとの差が、図８（Ｅ）ではΔＩｍとして示されている。ΔＩｍは、ヒーター出力が変化したことによるモニタ電流Ｉｍの変化量（増加量）に該当する。
【００７３】
上記のように算出されたΔＩｐとΔＩｓとの関係、及び、ΔＩｐとΔＩｍとの関係は、排出ガスセンサ１００に劣化が生じていない場合には概ね一定となる。図９に示されるのは、ΔＩｐ（横軸）と、ΔＩｓ−ΔＩｍ（縦軸）との正常時における関係（つまり初期の関係）を示すグラフとなっている。センサセル１６０及びモニタセル１７０の両方が正常であれば、算出されたΔＩｐに対応するΔＩｓ−ΔＩｍの値は、概ね上記グラフ上の点として表されることとなる。図９では、このような点の例としてＰ０１が示されている。
【００７４】
一方、センサセル１６０及びモニタセル１７０のうち少なくとも一方に劣化が生じている場合には、算出されたΔＩｐに対応するΔＩｓ−ΔＩｍの値は、上記グラフ上から離れた点として表されることとなる。図９では、このような点の例としてＰ０２が示されている。
【００７５】
本実施形態の劣化判定部１６は、算出されたΔＩｐ及びΔＩｓ−ΔＩｍを示す点と、図９のグラフとの乖離度合いに基づいて、排出ガスセンサ１００において劣化が生じているか否かを判定する。具体的には、ΔＩｐ及びΔＩｓ−ΔＩｍを示す点とグラフとの距離が所定距離以内である場合には劣化が生じていないと判定し、当該距離が所定距離を越えている場合には劣化が生じていると判定する。劣化が生じていると判定された場合には、例えば測定された窒素酸化物の濃度に対する補正を行ったり、測定を禁止したり（又は、測定された結果をエンジンＥＣＵが行う他の演算に使用しないこととしてもよい）、運転者に対する警告を行ったりする等の対応をとることができる。
【００７６】
尚、図９の例ではΔＩｓ−ΔＩｍを縦軸としているが、ΔＩｓ又はΔＩｍの一方を縦軸としてもよい。この場合も、ΔＩｓ又はΔＩｍとΔＩｐとの関係は、図９に示されるものと同様のグラフとして描かれることとなる。この場合、劣化判定部１６は、算出されたΔＩｐ及びΔＩｓを示す点と上記グラフとの距離に基づいて、センサセル１６０に劣化が生じているか否かの判定を行うこととすればよい。また、算出されたΔＩｐ及びΔＩｍを示す点と上記グラフとの距離に基づいて、モニタセル１７０に劣化が生じているか否かの判定を行うこととすればよい。
【００７７】
上記のような劣化判定を行うために、制御装置１０で実行される処理の具体的流れについて、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、所定の周期が経過する毎に、制御装置１０の主に劣化判定部１６によって実行されるものである。
【００７８】
最初のステップＳ０１では、ガス温度検知部１４によって検知された排出ガスの温度が、所定の上限温度を下回っているか否かが判定される。排出ガスの温度が高くなっているときには、劣化判定のためにヒーター出力を低下させたとしても、排出ガスからの熱によってポンプセルアドミタンスが十分には低下せず、センサセル１６０に到達する酸素の増加量が小さくなってしまう可能性がある。その結果、ΔＩｓやΔＩｍが図８の例のように顕著には現れず、十分な精度で劣化判定を行えない可能性がある。
【００７９】
そこで本実施形態では、ステップＳ０１において排出ガスの温度が上限温度以上である場合には、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。排出ガスの温度が上限温度を下回っている場合には、ステップＳ０２に移行する。
【００８０】
ステップＳ０２では、ポンプセル１５０等が活性状態になったか否かの判定が、既に述べたように活性判定部１５によって行われる。ポンプセル１５０等が活性状態になっていない場合には、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。ポンプセル１５０等が活性状態になっている場合にはステップＳ０３に移行する。
【００８１】
ステップＳ０３では、現時点におけるポンプ電流Ｉｐ、センサ電流Ｉｓ、及びモニタ電流Ｉｍのそれぞれが取得され、制御装置１０が備える不図示の記憶装置に記憶される。これらは、ヒーター出力を低下させる直前における各部の電流の値であって、図８に示されるＩｐ１、Ｉｓ１、及びＩｍ１にそれぞれ該当するものである。
【００８２】
ステップＳ０３に続くステップＳ０４では、ヒーター出力を調整し変化させる処理が行われる。図８（Ａ）を参照しながら説明したように、ここではポンプセル１５０の温度が一時的に低下するように、ヒーター１８０に供給される電流のデューティが調整される。
【００８３】
ステップＳ０４に続くステップＳ０５では、温度検知部１３によって検知されたポンプセル１５０の温度が、所定の目標温度まで変化したか否かが判定される。この目標温度は、ポンプセルアドミタンスの変化が、劣化判定を精度よく行い得る程度に生じるような温度の目標値として、予め設定されたものである。
【００８４】
尚、目標温度を低く設定するほど、ポンプセルアドミタンスの変化は大きくなる。このため、劣化判定を精度よく行うためには、目標温度を低くするほど好ましいようにも思われる。しかしながら、目標温度を低く設定し過ぎると、センサセル１６０やモニタセル１７０の温度が低下し過ぎてしまい、これらが不活性な状態となってしまう可能性がある。
【００８５】
図１１の点線ＤＬ１０で示されるのは、温度検知部１３によって検知されるポンプセル１５０の温度（横軸）と、センサ電流Ｉｓの変化量であるΔＩｓと、の関係を示すグラフである。センサセル１６０等に劣化が生じていなければ、ポンプセル１５０の温度が閾値ＴＬよりも高いときには、算出されるΔＩｓは概ね当該グラフ上の値となる。図１１では、閾値ＴＬよりも高い温度のときに測定されたΔＩｓの例が点Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３で示されている。
【００８６】
一方、ポンプセル１５０の温度が閾値ＴＬよりも低いときには、センサセル１６０等に劣化が生じていなくても、算出されるΔＩｓは概ね当該グラフよりも小さな値となる。図１１では、閾値ＴＬよりも低い温度のときに測定されたΔＩｓの例が点Ｐ１４で示されている。尚、グラフの縦軸をΔＩｓではなくΔＩｓ−ΔＩｍとした場合でも、ポンプセル１５０の温度と「ΔＩｓ−ΔＩｍ」との関係は図１１と同様になる。
【００８７】
図１０のステップＳ０５における「目標温度」は、図１１の閾値ＴＬよりも高い値として設定されている。つまり、センサセル１６０及びモニタセル１７０の両方が活性状態に保たれるような値として、ポンプセル１５０についての目標温度が設定されている。
【００８８】
図１０のステップＳ０５において、ポンプセル１５０の温度が未だ目標温度まで変化していない場合には、ステップＳ０４以降の処理が繰り返し実行される。ポンプセル１５０の温度が目標温度になると、ステップＳ０６に移行する。
【００８９】
ステップＳ０６では、現時点におけるポンプ電流Ｉｐ、センサ電流Ｉｓ、及びモニタ電流Ｉｍのそれぞれが取得され、制御装置１０が備える記憶装置に記憶される。これらは、ヒーター出力を低下させた後における各部の電流の値であって、図８に示されるＩｐ２、Ｉｓ２、及びＩｍ２にそれぞれ該当するものである。尚、ステップＳ０６においては、ポンプ電流Ｉｐ等の値が概ね一定となった後において値が取得されるように、ステップＳ０６の実行タイミングが適宜調整される。
【００９０】
ステップＳ０６に続くステップＳ０７では、ヒーター出力を調整し元に戻す処理が行われる。つまり、ヒーター１８０に供給される電流のデューティが元に戻される。これに伴い、一時的に低下していたポンプセル１５０等の温度が上昇し始める。
【００９１】
ステップＳ０７に続くステップＳ０８では、温度検知部１３によって検知されたポンプセル１５０の温度が、通常時温度まで変化したか否かが判定される。ここでいう「通常時温度」とは、劣化判定中ではない通常時におけるポンプセル１５０の温度として予め設定されたものである。尚、ステップＳ０４の直前において取得されたポンプセル１５０の温度が、上記の通常時温度として都度設定されるような態様であってもよい。
【００９２】
ポンプセル１５０の温度が未だ通常時温度まで変化していない場合には、ステップＳ０７以降の処理が繰り返し実行される。ポンプセル１５０の温度が通常時温度になると、ステップＳ０９に移行する。
【００９３】
ステップＳ０９では、現時点におけるポンプ電流Ｉｐ、センサ電流Ｉｓ、及びモニタ電流Ｉｍのそれぞれが取得され、制御装置１０が備える記憶装置に記憶される。これらは、ヒーター出力を元に戻した後における各部の電流の値であって、図８に示されるＩｐ３、Ｉｓ３、及びＩｍ３にそれぞれ該当するものである。尚、ステップＳ０９においては、ポンプ電流Ｉｐ等の値が概ね一定となった後において値が取得されるように、ステップＳ０９の実行タイミングが適宜調整される。
【００９４】
ステップＳ０９に続くステップＳ１０では、ヒーター電流を一時的に変化させたことに伴うポンプ電流Ｉｐの変化量（ΔＩｐ）、センサ電流Ｉｓの変化量（ΔＩｓ）、及びモニタ電流Ｉｍの変化量（ΔＩｍ）がそれぞれ算出される。
【００９５】
ΔＩｐは、ステップＳ０３で算出されたＩｐ１と、ステップＳ０６で算出されたＩｐ２と、ステップＳ０９で算出されたＩｐ３とに基づいて、図８（Ｃ）を参照しながら説明した方法により算出される。このような方法に換えて、単にＩｐ１からＩｐ２を差し引くこと（又はＩｐ３からＩｐ２を差し引くこと）によりΔＩｐが算出されることとしてもよい。
【００９６】
ΔＩｓは、ステップＳ０３で算出されたＩｓ１と、ステップＳ０６で算出されたＩｓ２と、ステップＳ０９で算出されたＩｓ３とに基づいて、図８（Ｄ）を参照しながら説明した方法により算出される。このような方法に換えて、単にＩｓ２からＩｓ１を差し引くこと（又はＩｓ２からＩｓ３を差し引くこと）によりΔＩｓが算出されることとしてもよい。
【００９７】
ΔＩｍは、ステップＳ０３で算出されたＩｍ１と、ステップＳ０６で算出されたＩｍ２と、ステップＳ０９で算出されたＩｍ３とに基づいて、図８（Ｅ）を参照しながら説明した方法により算出される。このような方法に換えて、単にＩｓ２からＩｓ１を差し引くこと（又はＩｓ２からＩｓ３を差し引くこと）によりΔＩｍが算出されることとしてもよい。
【００９８】
ステップＳ１０に続くステップＳ１１では、ΔＩｐ、ΔＩｓ、ΔＩｍに基づいて、センサセル１６０及びモニタセル１７０に劣化が生じているか否かが判定される。図９を参照しながら既に説明したように、ここでは、算出されたΔＩｐ及びΔＩｓ−ΔＩｍを示す点と、図９のグラフとの乖離度合いに基づいて、劣化が生じているか否かが判定される。
【００９９】
以上に説明したように、本実施形態の劣化判定部１６は、ヒーター１８０の出力を低下させることによってポンプセル１５０の温度を低下させ、センサセル１６０やモニタセル１７０に到達する酸素の量を一時的に変化させる。劣化判定部１６は、その際においてセンサセル１６０から出力されるセンサ電流Ｉｓの変化量（ΔＩｓ）、及びモニタセル１７０から出力されるモニタ電流Ｉｍの変化量（ΔＩｍ）に基づいて、センサセル１６０及びモニタセル１７０の劣化を判定する。
【０１００】
ところで、センサセル１６０やモニタセル１７０に到達する酸素の量を一時的に変化させるための方法としては、上記のようにポンプセル１５０の温度を変化させることのほか、ポンプ電圧を変化させることも考えられる。
【０１０１】
しかしながら、ポンプセル１５０は、コンデンサとしての容量成分を有している。このため、劣化判定のためにポンプ電圧を変化させた場合には、ポンプセル１５０に蓄えられていた電荷が放出されてしまう。つまり、ポンプセルからの容量放電が生じてしまう。その際、センサ電流Ｉｓは上記容量放電の影響を受けることにより変動し、一定値に落ち着くまでしばらく時間がかかってしまう。このため、センサ電流Ｉｓ等の変化量に基づく劣化判定にも時間がかかってしまうこととなる。
【０１０２】
図１２（Ａ）に示されるのは、本実施形態に係る制御が行われた場合における、ポンプセル１５０のアドミタンスの実測値についての時間変化である。つまり、図８（Ｂ）に示されるグラフに対応するものである。
【０１０３】
図１２（Ｂ）の実線で示されるのは、ポンプ電流Ｉｐの実測値についての時間変化である。つまり、図８（Ｃ）に示されるグラフに対応するものである。図１２（Ｂ）の点線ＤＬ２１で示されるのは、時刻ｔ１０から時刻ｔ２５までの期間において、ヒーター出力を低下させるのではなくポンプ電圧を低下させる制御が行われた場合における、ポンプ電流Ｉｐの実測値についての時間変化である。
【０１０４】
図１２（Ｃ）の実線で示されるのは、センサ電流Ｉｓの実測値についての時間変化である。つまり、図８（Ｄ）に示されるグラフに対応するものである。図１２（Ｃ）の点線ＤＬ２２で示されるのは、時刻ｔ１０から時刻ｔ２５までの期間において、ヒーター出力を低下させるのではなくポンプ電圧を低下させる制御が行われた場合における、センサ電流Ｉｓの実測値についての時間変化である。
【０１０５】
図１２（Ｂ）の点線ＤＬ２１で示されるように、ポンプ電圧を低下させる制御が行われた場合には、時刻ｔ１０の直後において大きな容量放電が生じており、これによりポンプ電流Ｉｐは一旦大きく低下している。その後、ポンプ電流Ｉｐは上昇して概ね一定の値に収束している。また、時刻ｔ２５においてポンプ電圧が戻された直後は、ポンプ電流Ｉｐは一旦大きく増加している。その後、ポンプ電流Ｉｐは低下して概ね一定の値に収束している。
【０１０６】
ポンプ電流Ｉｐが変動している間は、図８（Ｃ）に示されるＩｐ２やＩｐ３の取得を行うのは好ましくない。このため、点線ＤＬ２１のように容量放電の影響でポンプ電流Ｉｐの変動が大きくなる場合には、Ｉｐ２を取得するタイミング、及びＩｐ３を取得するタイミングが、図８（Ｃ）に示される例に比べてそれぞれ遅くなってしまう。
【０１０７】
センサ電流Ｉｓの取得についても同様である。図１２（Ｃ）の点線ＤＬ２２で示されるように、ポンプ電圧を低下させる制御が行われた場合には、時刻ｔ１０の直後において大きな容量放電が生じており、この影響によりセンサ電流Ｉｓは大きく増加して一旦ピークを迎えている。その後、センサ電流Ｉｓは減少した後に再び増加してから、概ね一定の値に収束している。また、時刻ｔ２５においてポンプ電圧が戻された直後は、センサ電流Ｉｓは一旦大きく増加している。その後、センサ電流Ｉｓは低下して概ね一定の値に収束している。
【０１０８】
センサ電流Ｉｓが変動している間は、図８（Ｄ）に示されるＩｓ２やＩｓ３の取得を行うのは好ましくない。このため、点線ＤＬ２２のように容量放電の影響でセンサ電流Ｉｓの変動が大きくなる場合には、Ｉｓ２を取得するタイミング、及びＩｓ３を取得するタイミングが、図８（Ｄ）に示される例に比べてそれぞれ遅くなってしまう。
【０１０９】
以上のように、本実施形態とは異なりポンプ電圧を低下させる制御が行われた場合には、センサ電流Ｉｓ等を取得するタイミングが遅くなるので、劣化判定が完了するまでに比較的長い時間を要してしまうこととなる。また、劣化判定の完了に時間を要してしまうと、その間において、排出ガスセンサ１００に到達する排出ガスの窒素酸化物濃度や酸素濃度が変化してしまう可能性がある。この場合、ポンプ電流Ｉｐ、センサ電流Ｉｓ、及びモニタ電流Ｉｍは、濃度変動の影響によっていずれも変化してしまうので、劣化判定の精度が低下してしまうという問題も生じてしまう。
【０１１０】
これに対し、本実施形態では、ポンプ電圧を一定に維持したままで劣化判定を行うことができる。このため、容量放電の影響を殆ど受けることがなく、排出ガスセンサ１００の劣化判定を短時間のうちに且つ精度よく行うことが可能となっている。
【０１１１】
本実施形態の劣化判定部１６は、活性状態になったとの判定が活性判定部１５によりなされたときにのみ、センサセル１６０やモニタセル１７０の劣化を判定する（図１０のステップＳ０２）。これにより、排出ガスセンサ１００の一部又は全部が活性となっていない状態において劣化判定が行われ、その結果として誤判定が生じてしまうことを防止することができる。
【０１１２】
本実施形態の劣化判定部１６は、センサセル１６０やモニタセル１７０の劣化を判定する際において、ポンプセル１５０の温度を所定の目標温度まで変化させる（図１０のステップＳ０５）。これにより、センサセル１６０に到達する酸素の量を十分に変化させ、劣化判定を精度よく行うことができる。また、目標温度は、既に述べたように、センサセル１６０及びモニタセル１７０の両方が活性状態に保たれるような温度として設定されている。このため、センサセル１６０等の温度が低下し過ぎてしまうような事態を防止することができる。
【０１１３】
本実施形態の劣化判定部１６は、ガス温度検知部１４によって検知される排出ガスの温度が所定の上限温度を下回っているときにのみ、センサセル１６０及びモニタセル１７０の劣化を判定する（図１０のステップＳ０１）。これにより、劣化判定のためにヒーター出力を低下させたにも拘らず、ポンプセル１５０のアドミタンスが十分に低下しないような事態を防止することができる。
【０１１４】
本実施形態の劣化判定部１６は、ΔＩｐ、ΔＩｓ、及びΔＩｍのそれぞれに基づいて、センサセル１６０やモニタセル１７０の劣化を判定する。つまり、第１セル（ポンプセル１５０）から出力される電流の変化量、及び第２セル（センサセル１６０、モニタセル１７０）から出力される電流の変化量、の両方に基づいて、第２セルの劣化を判定する。
【０１１５】
このような態様に換えて、例えばΔＩｓのみに基づいてセンサセル１６０の劣化を判定したり、ΔＩｍのみに基づいてモニタセル１７０の劣化を判定したりすることも可能である。このような判定は、ヒーター出力を変化させた場合におけるΔＩｐが、常に一定の値であるような場合において可能となる。
【０１１６】
しかしながら、ポンプセル１５０の温度とポンプ電流Ｉｐの関係は、時間の経過とともに変化して行く傾向がある。このため、ヒーター出力を変化させた場合におけるΔＩｐは常に一定の値とはならず、やはり時間の経過とともに変化してしまう。従って、劣化判定を精度よく行うためには、本実施形態のように、ΔＩｐ、ΔＩｓ、及びΔＩｍのそれぞれに基づいて劣化判定が行われることが好ましい。
【０１１７】
尚、以上の例においては、劣化判定を行う際にポンプセル１５０の温度を低下させているのであるが、これとは逆に、ポンプセル１５０の温度を上昇させることとしてもよい。この場合、ポンプセル１５０における酸素の排出量が一時的に増加するので、下流側のセンサセル１６０やモニタセル１７０に供給される酸素の量は低下することとなる。このような態様であっても、算出されたΔＩｐ、ΔＩｓ、及びΔＩｍのそれぞれに基づいて劣化判定を行うことができる。
【０１１８】
ただし、ポンプセル１５０による酸素の排出は、通常は可能な限り排出量が多くなるように行われるので、上記のように、酸素の排出量を劣化判定のために更に多くすることは難しい場合が多い。このため、温度を上昇させる場合には、劣化判定に先立って、ポンプセル１５０の温度を予め低下させておく必要が生じる可能性がある。この点に鑑みれば、本実施形態のように、ポンプセル１５０の温度を上昇させるのではなく低下させて劣化判定を行う方が好ましい。
【０１１９】
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。
【０１２０】
図１３に示される一連の処理は、本実施形態に係る制御装置１０により、図１０に示される一連の処理に換えて実行されるものである。図１３に示される各ステップのうち、図１０に示されるステップと同一のステップには、図１０と同一の符号（Ｓ０１等）が付されている。
【０１２１】
本実施形態では、ヒーター出力の調整方法において第１実施形態と異なっている。ステップＳ０３において、Ｉｐ１、Ｉｓ１、及びＩｍ１の値が取得された後は、ステップＳ０４に換えてステップＳ１４が実行される。ステップＳ１４では、ヒーター出力を調整し変化させる処理が行われるのであるが、ここでは、センサセル１６０の温度が所定の目標温度まで低下するように、ヒーター１８０に供給される電流のデューティが調整される。当該目標温度は、センサセル１６０が活性状態に保たれる程度の（低い）温度として、予め設定されたものである。
【０１２２】
ステップＳ１４に続くステップＳ１５では、温度検知部１３によって検知されたセンサセル１６０の温度が、上記の目標温度まで変化したか否かが判定される。センサセル１６０の温度が未だ目標温度まで変化していない場合には、ステップＳ１４以降の処理が繰り返し実行される。センサセル１６０の温度が目標温度になると、ステップＳ０６に移行する。
【０１２３】
ステップＳ０６において、Ｉｐ１、Ｉｓ１、及びＩｍ１の値が取得された後は、ステップＳ０７に換えてステップＳ１７が実行される。ステップＳ１７では、ヒーター出力を調整し元に戻す処理が行われるのであるが、ここでは、センサセル１６０の温度が通常時温度まで変化するように、ヒーター１８０に供給される電流のデューティが調整される。ここでいう「通常時温度」とは、劣化判定中ではない通常時におけるセンサセル１６０の温度として予め設定されたものである。尚、ステップＳ１４の直前において取得されたセンサセル１６０の温度が、上記の通常時温度として都度設定されるような態様であってもよい。
【０１２４】
ステップＳ１７に続くステップＳ１８では、温度検知部１３によって検知されたセンサセル１６０の温度が、上記の通常時温度まで変化したか否かが判定される。センサセル１６０の温度が未だ通常時温度まで変化していない場合には、ステップＳ１７以降の処理が繰り返し実行される。センサセル１６０の温度が通常時温度になると、ステップＳ１０に移行する。以降に行われる処理は、第１実施形態で行われる処理と同じである。
【０１２５】
以上のように本実施形態では、センサセル１６０やモニタセル１７０の劣化を判定する際において、センサセル１６０の温度を所定の目標温度まで変化させることによって、結果的にポンプセル１５０の温度を変化させる。つまり、センサセル１６０の温度については目標温度まで変化させる一方で、ポンプセル１５０の温度については成り行きで変化させる。このような態様においては、センサセル１６０の温度が低下し過ぎて不活性状態となってしまうような事態を、より確実に防止することができる。
【０１２６】
尚、以上のような態様に換えて、劣化判定部１６が、センサセル１６０ではなくモニタセル１７０の温度を所定の目標温度まで変化させることとしてもよい。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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により、図１０に示される一連の処理に換えて実行されるものである。図１４に示される各ステップのうち、図１０に示されるステップと同一のステップには、図１０と同一の符号（Ｓ０１等）が付されている。
【０１２９】
本実施形態でも、ヒーター出力の調整方法において第１実施形態と異なっている。ステップＳ０３において、Ｉｐ１、Ｉｓ１、及びＩｍ１の値が取得された後は、ステップＳ０４に換えてステップＳ２４が実行される。ステップＳ２４では、ヒーター出力を調整し変化させる処理が行われるのであるが、ここでは、ポンプセル１５０の温度が低下するように、ヒーター１８０に供給される電流のデューティが所定値まで下げられる。この場合におけるデューティの目標値は、ポンプセル１５０、センサセル１６０、及びモニタセル１７０が活性状態に保たれる程度の（低い）デューティとして、予め設定されたものである。
【０１３０】
本実施形態では、ポンプセル１５０、センサセル１６０、及びモニタセル１７０のそれぞれの温度は、いずれも成り行きで低下することとなる。ステップＳ２４の処理が行われてから所定時間が経過すると、ステップＳ０６に移行する。この「所定時間」は、ポンプセル１５０等の温度が低下してから概ね一定の値に収束するまでに要する時間として、予め設定されたものである。
【０１３１】
ステップＳ０６において、Ｉｐ１、Ｉｓ１、及びＩｍ１の値が取得された後は、ステップＳ０７に換えてステップＳ２７が実行される。ステップＳ２７では、ヒーター出力を調整し元に戻す処理が行われるのであるが、ここでは、センサセル１６０の温度が上昇するように、ヒーター１８０に供給される電流のデューティが元の値（ステップＳ２４が行われる直前の値）に戻される。ステップＳ２７の処理が行われてから所定時間が経過すると、ステップＳ０９に移行する。この「所定時間」は、ポンプセル１５０等の温度が上昇してから概ね一定の値に収束するまでに要する時間として、予め設定されたものである。以降に行われる処理は、第１実施形態で行われる処理と同じである。
【０１３２】
以上のように本実施形態では、センサセル１６０やモニタセル１７０の劣化を判定する際において、ヒーター１８０に供給される電流のデューティを所定値まで変化させることによって、ポンプセル１５０の温度を成り行きで変化させる。このような態様においては、劣化判定部による判定処理をより容易に行うことができる。
【０１３３】
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。
【０１３４】
本実施形態では、ヒーター１８０の構成において第１実施形態と異なっている。図１５に示されるように、本実施形態に係るヒーター１８０は、第１ヒーター１８１と第２ヒーター１８２を有しており、これらが互いに独立のヒーターとして構成されている。
【０１３５】
第１ヒーター１８１は、ポンプセル（第１セル）を加熱するためのヒーターである。第１ヒーター１８１は、図５に示される第１実施形態のヒーター１８０と同一の構成となっている。
【０１３６】
第２ヒーター１８２は、センサセル１６０及びモニタセル１７０（第２セル）を加熱するためのヒーターである。図１５に示されるように、第２ヒーター１８２は、センサセル１６０及びモニタセル１７０の部分を重点的に加熱するようなパターンで形成されている。
【０１３７】
本実施形態に係るヒーター制御部１１は、第１ヒーター１８１に供給される電流のデューティと、第２ヒーター１８２に供給される電流のデューティと、をそれぞれ個別に調整することができる。つまり、第１ヒーター１８１の出力及び第２ヒーター１８２の出力を、それぞれ個別に調整することができる。
【０１３８】
本実施形態において劣化判定のために実行される処理は、図１０に示される処理と概ね同一である。ただし、ステップＳ０４においてヒーター出力を調整し変化させる際には、第１ヒーター１８１の出力を変化させることによってポンプセル１５０の温度を変化させる処理が行われる一方で、第２ヒーター１８２の出力を調整することによってセンサセル１６０の温度を所定温度（例えば、劣化判定の開始時における温度）に維持する処理が行われる。前者の制御は、温度検知部１３によって検知されたポンプセル１５０の温度をフィードバックしながら行われる。後者の制御は、温度検知部１３によって検知されたセンサセル１６０の温度をフィードバックしながら行われる。図１０のステップＳ０７においても同様である。
【０１３９】
このような制御では、劣化判定時においてポンプセル１５０の温度を一時的に変化させる一方で、センサセル１６０の温度については変化させず一定に維持することが可能となる。これにより、センサセル１６０の活性状態を確実に維持したまま、劣化判定を精度よく行うことが可能となる。
【０１４０】
以上の各実施形態について説明したような劣化の判定は、図２に示される排出ガスセンサ１００とは異なる構成の排出ガスセンサ１００についても行うことができる。例えば特開２００８−１７０３４１号公報に記載されているように、ポンプセルが形成されている固体電解質体と、センサセル（酸素濃度検知セル）が形成されている固体電解質体とが、互いに別体のものとして分かれているような構成の排出ガスセンサについても、上記と同様の劣化判定を行うことができる。
【０１４１】
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】
【０１４２】
１０：制御装置
１１：ヒーター制御部
１２：電流検知部
１６：劣化判定部
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
１８０：ヒーター
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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