(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス中の特定成分の濃度を検出するセンサ素子と該センサ素子を加熱するヒータとを有し、車載エンジンの排気管において排気浄化装置の下流側に設置され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るべく前記ヒータの通電を制御するヒータ制御装置であって、
エンジン始動後において排気管のセンサ設置部位近傍の熱収支に対応する熱量データを、エンジン及び車両の運転状態に基づいて算出する熱量算出手段と、
前記算出した熱量データに基づいて前記排気管内の乾燥判定を行う判定手段と、
前記判定手段による乾燥判定の結果に基づいて前記ヒータの通電状態を制限する制限手段と、を備えるとともに、
前記判定手段は、前記熱量データに基づいてセンサ設置部位近傍における排気管壁温を算出する手段と、前記排気管内の状態に基づいてセンサ設置部位近傍における露点温度を算出する手段と、前記排気管壁温と前記露点温度とを比較することで前記排気管内の乾燥状態を判定する手段と、を備え、
更に、エンジン運転状態に基づいて排気管内の酸素濃度を推定する手段を備え、該推定した酸素濃度に基づいて前記露点温度を算出す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】
前記熱量算出手段は、前記ガスセンサ近傍の排気温度と排気流速とに基づいてセンサ設置部位近傍における排気管受熱量を算出する手段と、外気温度と車両の走行速度とに基づいて同じくセンサ設置部位近傍における排気管放熱量を算出する手段と、前記排気管受熱量と前記排気管放熱量との差分により前記熱量データを算出する手段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載のガスセンサのヒータ制御装置。
【請求項３】
ガス中の特定成分の濃度を検出するセンサ素子と該センサ素子を加熱するヒータとを有し、車載エンジンの排気管において排気浄化装置の下流側に設置され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るべく前記ヒータの通電を制御するヒータ制御装置であって、
エンジン始動後において排気管のセンサ設置部位近傍の熱収支に対応する熱量データを、エンジン及び車両の運転状態に基づいて算出する熱量算出手段と、
前記算出した熱量データに基づいて前記排気管内の乾燥判定を行う判定手段と、
前記判定手段による乾燥判定の結果に基づいて前記ヒータの通電状態を制限する制限手段と、を備え、
前記熱量算出手段は、前記ガスセンサ近傍の排気温度と排気流速とに基づいてセンサ設置部位近傍における排気管受熱量を算出する手段と、外気温度と車両の走行速度とに基づいて同じくセンサ設置部位近傍における排気管放熱量を算出する手段と、前記排気管受熱量と前記排気管放熱量との差分により前記熱量データを算出する手段と、を備えたことを特徴とするガスセンサのヒータ制御装置。
【請求項４】
前記判定手段は、前記熱量データに基づいてセンサ設置部位近傍における排気管壁温を算出する手段と、前記排気管内の状態に基づいてセンサ設置部位近傍における露点温度を算出する手段と、前記排気管壁温と前記露点温度とを比較することで前記排気管内の乾燥状態を判定する手段と、を備えたことを特徴とする請求項３に記載のガスセンサのヒータ制御装置。
【請求項５】
前記車載エンジンがディーゼルエンジンであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか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ものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境の保護を目的として車両の排ガス規制が年々その厳しさを増している。その対応技術として、排ガス中の酸素濃度情報等を取得してそれを各種の制御に反映する技術が提案されている。例えば、排ガス中の酸素濃度情報に基づいて燃料噴射量のバラツキを補正したり、ＥＧＲ量のバラツキを補正したり、触媒等の排気浄化装置の劣化状態を検出したりする技術が検討されている。
【０００３】
排ガス中の酸素濃度情報等を取得するための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、都度の酸素濃度等に対応する濃度検出信号を出力することができ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、該ヒータが通電されて発熱することにより、センサ素子の昇温が行われるとともに該センサ素子が活性状態で保持される。
【０００４】
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、排ガス中の水蒸気の凝縮により凝縮水が生じると、その凝縮水がヒータによる加熱中のセンサ素子にかかることが考えられる。そして、凝縮水がかかることでセンサ素子に過大な熱応力が作用し、それによりセンサ素子が破損するおそれがあった。センサ素子が破損すると、センサ出力の精度が悪化し、ひいてはエンジンの制御システム等に悪影響が及ぶおそれがあった。
【０００５】
そこで、センサ素子の保護などを目的として、エンジン始動後においてヒータ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では、エンジンの排気系に触媒を設けた構成において、エンジン始動後に触媒に投入した累積熱量を算出するとともに、その累積熱量が所定値になるまでヒータ通電を禁止するようにしている。また、特許文献２では、排気管の内壁に水分が付着しているか否かを判定し、水分が付着している場合にはヒータの温度を通常よりも低温に維持するようにヒータ通電を行うようにしている。なお、排気管の内壁に水分が付着していることの判定は、排気温度と外気温度とから算出した排気管温度に基づいて実施するようにしている。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の場合、エンジン始動後において触媒への投入熱量に基づいてヒータ通電を許可したとしても、その許可時点で実際には排気管のセンサ設置部分に凝縮水が存在していることも考えられる。また逆に、ヒータ通電の許可前（通電禁止の状態）であっても、排気管のセンサ設置部分において既に凝縮水が乾燥していることも考えられる。かかる場合、適正なタイミングでヒータ通電を開始することができず、所望とするセンサ素子の保護やセンサ素子の早期活性を実現することができないという問題が生じる。
【０００７】
また、上記特許文献２の場合には、排気温度と外気温度とから算出した排気管温度に基づいて排気管内壁への水分の付着を推定しているが、実際の車両への適用を考えると、上記のように排気温度や外気温度をパラメータとして排気管温度を推定してもその推定精度は低いものとなる。これは、排気温度と排気管温度との相関がエンジンや車両の運転状況に応じて変化することに起因すると考えられる。故に、ヒータの通電を適正に管理することができないおそれがあった。
【特許文献１】特開平９−１８４４４３号公報
【特許文献２】特開２００３−８３１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、エンジン始動後においてヒータ通電を適正に行い、ひいてはセンサ素子の保護や同素子の早期活性といった所望の効果を実現することができ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】
【０００９】
本発明におけるガスセンサは、車載エンジンの排気管において排気浄化装置の下流側に設置されるものであり、当該ガスセンサのセンサ素子はヒータの通電によって所定の活性状態に保持される。そして請求項１，３に記載の発明では、エンジン始動後において排気管のセンサ設置部位近傍の熱収支に対応する熱量データを、エンジン及び車両の運転状態に基づいて算出し、該算出した熱量データに基づいて排気管内の乾燥判定を行う。また、乾燥判定の結果に基づいてヒータの通電状態を制限する。ここで、ヒータ通電状態の制限とは、ヒータ通電を禁止することやヒータ通電量を上限規制することを含む。
【００１０】
要するに、エンジンの排気管に設置されたガスセンサでは、エンジンの低温始動時において排気管内の凝縮水によって加熱途中のセンサ素子が破損する問題があるが、上記のとおり排気管内の乾燥判定を行うとともに、その結果に基づいてヒータ通電状態の制限を行うことにより、排気管内の凝縮水によるセンサ素子破損の問題が解消される。この場合、乾燥判定の判定パラメータである熱量データを、排気管のセンサ設置部位近傍の熱収支に対応するものとし、更に該熱量データをエンジン及び車両の運転状態に基づいて算出する構成としたため、エンジン始動後においてエンジンの周囲環境を十分に考慮して排気管内の乾燥判定を行うことができる。したがって、排気管のセンサ設置部分における乾燥状態を適正に判定でき、エンジン始動後においてヒータ通電の制限とその制限の解除とを適正なタイミングで行うことができる。その結果、センサ素子の保護や同素子の早期活性といった所望の効果を実現することができる。
【００１１】
また、請求項１，４に記載の発明では、前記熱量データに基づいてセンサ設置部位近傍における排気管壁温を算出するとともに、排気管内の状態に基づいてセンサ設置部位近傍における露点温度を算出する。そして、排気管壁温と露点温度とを比較することで排気管内の乾燥状態を判定する。この場合、排気管内では、露点温度を境に排気中水蒸気の凝縮及び乾燥が生じる。よって、排気管壁温と露点温度とを比較した結果、排気管壁温＜露点温度となる場合には、排気管内に凝縮水が存在しているとしてヒータの通電状態を制限する。また、排気管壁温＞露点温度となった時に排気管内が乾燥したとしてヒータの通電制限を解除する。これにより、排気管内の乾燥判定やそれに基づくヒータ通電を好適に実施することができる。
【００１２】
前述したとおり、熱量データはエンジン及び車両の運転状態に基づいて算出されるため、熱量データと排気管壁温との関係はエンジン運転条件や車両走行条件によらず一定の関係で保持される。したがって、排気管壁温を精度良く求めることができ、結果としてヒータ通電の制御性が向上する。
【００１３】
ここで、請求項１に記載したように、エンジン運転状態に基づいて排気管内の酸素濃度を推定し、該推定した酸素濃度に基づいて前記露点温度を算出すると良い。つまり、露点温度は排気の酸素濃度に応じて変化し、例えば排気中の酸素濃度が高い状態では、排気中の水蒸気量が少ないため、露点温度が低くなると考えられる。故に、排気中の酸素濃度に応じて露点温度を可変に設定するのが望ましい。この場合、吸入空気量や燃料噴射量といったエンジン運転状態に基づいて排気管内の酸素濃度を推定するのが望ましい。
【００１４】
また、請求項２，３に記載の発明では、ガスセンサ近傍の排気温度と排気流速とに基づいてセンサ設置部位近傍における排気管受熱量を算出するとともに、外気温度と車両の走行速度とに基づいて同じくセンサ設置部位近傍における排気管放熱量を算出する。そして、排気管受熱量と排気管放熱量との差分により前記熱量データを算出する。排気管受熱量は、排気温度と排気流速との積により算出されると良い。この場合、排気管受熱量はエンジンの暖機状態を反映したものとなり、排気管放熱量はエンジン及び車両における冷却作用を反映したものとなる。故に、エンジン始動後における熱収支に見合った熱量データを算出することができ、結果としてヒータ通電の制御性が向上する。
【００１５】
なお、例えばエンジン暖機状態での再始動時には、冷間始動時に比べてガスセンサ付近の排気温度が高いため、その排気温度をパラメータとして算出される排気管受熱量は大きい値となる。したがって、エンジン再始動時には排気高温状態であることを反映して排気管内の乾燥判定が早期になされる。これにより、エンジン再始動時においてヒータ通電の開始が遅れるといった不都合が回避できる。
【００１６】
本発明は請求項５に記載したように、ディーゼルエンジンに適用されるのが望ましい。この場合、ディーゼルエンジンにおいて、排気浄化装置の下流側におけるガス雰囲気を適正に管理できるため、当該ディーゼルエンジンの排気エミッションの改善を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態では、車両用の多気筒ディーゼルエンジンを制御対象にしてエンジン制御システムを構築するものとしており、当該制御システムにおいては電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢としてエンジンの各種制御が実施される。先ずは、図１を用いてエンジン制御システムの概略を説明する。
【００１８】
図１に示すエンジン１０において、エンジン本体１１にはインジェクタ１２が気筒ごとに設けられている。インジェクタ１２には、コモンレール１３から高圧燃料が供給され、インジェクタ１２の開弁動作に伴いインジェクタ噴口部から各気筒に直接燃料が噴射供給される。なお図示は省略するが、コモンレール１３に対しては高圧ポンプから高圧燃料が給送され、それに伴いコモンレール１３内は所定の高圧状態に保持されるようになっている。
【００１９】
エンジン本体１１には、吸気管（マニホールド部分を含む）１５と排気管（マニホールド部分を含む）１６とが接続されており、吸気管１５には吸気圧センサ１７が設けられている。また、吸気管１５には、スロットルバルブ１８ａを有するスロットルアクチュエータ１８が設けられている。吸気管１５と排気管１６とはＥＧＲ通路２０により接続されており、そのＥＧＲ通路２０にはＥＧＲクーラ２１とＥＧＲ弁２２とが設けられている。
【００２０】
また、本システムには、過給手段としてターボチャージャ２４が設けられている。ターボチャージャ２４は、吸気管１５に設けられたコンプレッサインペラ２５と、排気管１６に設けられたタービンホイール２６とを有しており、排気管１６を流れる排気によってタービンホイール２６が回転し、その回転力がシャフト（図示略）を介してコンプレッサインペラ２５に伝達される。そして、コンプレッサインペラ２５により、吸気管１５内を流れる吸入空気が圧縮されて過給が行われる。ターボチャージャ２４にて過給された空気は、インタークーラ２７によって冷却された後、吸気管１５の下流側に給送される。
【００２１】
吸気管１５においてコンプレッサインペラ２５の上流側には、吸入空気量を検出するエアフロメータ２８が設けられている。吸気管１５の最上部にはエアクリーナ２９が設けられている。
【００２２】
また、排気管１６においてタービンホイール２６よりも下流側には、排気浄化装置としてのＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）３１が設置されており、このＤＰＦ３１によって排気中のＰＭ（パティキュレートマター）が捕集される。ＤＰＦ３１の下流側には、排気中の酸素濃度を検出するための酸素濃度センサ３２や、排気温度を検出するための排気温度センサ３３が設けられている。このとき、酸素濃度センサ３２と排気温度センサ３３とは比較的近い配置されているため、排気温度センサ３３によればセンサ近傍の排気温度が検出される。なお、排気浄化装置としてはＤＰＦ３１の他に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒や酸化触媒等が知られており、排気浄化システムとして、ＮＯｘ吸蔵還元触媒や酸化触媒等を具備する構成を採用することも可能である。
【００２３】
ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータを主体として構成されており、ＥＣＵ４０には、上記した吸気圧センサ１７、エアフロメータ２８、酸素濃度センサ３２、排気温度センサ３３といった各センサの検出信号や、その他エンジンの回転速度を検出するための回転速度センサ４１、ドライバによるアクセル操作量を検出するためのアクセルセンサ４２、車速を検出するための車速センサ４３、外気温度を検出するための外気温センサ４４などの各種センサから検出信号が逐次入力される。そして、ＥＣＵ４０は、エンジン回転速度やアクセル操作量等のエンジン運転情報に基づいて最適な燃料噴射量及び噴射時期を決定し、それに応じた噴射制御信号をインジェクタ１２に出力する。これにより、各気筒においてインジェクタ１２による燃料噴射が制御される。その他、ＥＣＵ４０は、都度のエンジン運転状態に基づいてスロットルアクチュエータ１８やＥＧＲ弁２２等を適宜制御する。
【００２４】
ここで、排気管１６に設けられる酸素濃度センサ３２の詳細を図２に基づいて説明する。図２の（ａ）は酸素濃度センサ３２が排気管１６に設置された状態を示す外観図、図２の（ｂ）は酸素濃度センサ３２を構成するセンサ素子６０の内部構成を示す断面図（（ａ）のＡ−Ａ線断面図）である。
【００２５】
図２の（ａ）に示すように、酸素濃度センサ３２は、先端側カバー５１とハウジング５２と基端側カバー５３とを有し、全体として略円柱状をなす。そして、その内部に長尺状のセンサ素子６０が収容されている。酸素濃度センサ３２はハウジング５２にて排気管１６の壁部に取り付けられるようになっており、その取り付けられた状態では先端側カバー５１が排気管１６内に配され、先端側カバー５１に設けられた複数の小孔５１ａを通じてセンサ素子６０の周囲に排気が供給されるようになっている。センサ素子６０は、いわゆる積層型構造を有するものである。
【００２６】
図２の（ｂ）に示すように、センサ素子６０は、固体電解質６１、拡散抵抗層６２、遮蔽層６３及び絶縁層６４を有し、これらが図の上下に積層されて構成されている。同素子６０の周囲には図示しない保護層が設けられている。長方形板状の固体電解質６１（固体電解質体）は部分安定化ジルコニア製のシートであり、その固体電解質６１を挟んで上下一対の電極６５，６６が対向配置されている。電極６５，６６は白金Ｐｔ等の貴金属により形成されている。拡散抵抗層６２は電極６５へ排気を導入するための多孔質シートからなり、遮蔽層６３は排気の透過を抑制するための緻密層からなる。これら各層６２，６３は何れも、アルミナ、ジルコニア等のセラミックスをシート成形法等により成形したものであるが、ポロシティの平均孔径及び気孔率の違いによりガス透過率が相違するものとなっている。
【００２７】
絶縁層６４はアルミナ、ジルコニア等のセラミックスからなり、電極６６に対面する部位には大気ダクト６７が形成されている。また、同絶縁層６４には白金Ｐｔ等により形成されたヒータ６８が埋設されている。ヒータ６８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よりなり、その発熱により素子全体を加熱する。ヒータ６８は、絶縁層６４に埋設される構成（センサ素子６０に内蔵される構成）以外に、センサ素子６０に外付けされる構成であっても良い。
【００２８】
上記構成の酸素濃度センサ３２では、センサ素子６０の両電極６５，６６間に所定の電圧を印加することにより、排気中の酸素濃度に応じた電流が固体電解質６１に流れ、その電流（素子電流）が計測される。そして、素子電流の計測値に基づいて酸素濃度（Ａ／Ｆ）が算出される。
【００２９】
酸素濃度センサ３２により正確に酸素濃度（Ａ／Ｆ）を検出するには、センサ素子６０を所定の活性状態（素子温＝６５０℃以上）に保持する必要があり、そのために、ＥＣＵ４０によってヒータ６８の通電制御が実施される。具体的には、都度のセンサ素子６０の素子温度に基づいてヒータ通電量が決定され、そのヒータ通電量によりヒータ通電状態が制御される。例えば、ヒータ通電はデューティ制御信号により制御される。なお通常のセンサ動作時には、素子温フィードバック制御が実施されるようになっており、素子温に相関のある素子インピーダンスが所定の周期で算出され、その素子インピーダンスが目標値に一致するようにヒータ通電量（デューティ比）がフィードバック制御される。
【００３０】
ところで、エンジン１０の冷間始動時には、排気管１６の壁面温度が低いことに起因し排気中の水蒸気が排気管壁面で凝縮する。この場合、ヒータ６８による加熱途中で凝縮水がセンサ素子６０にかかると、ジルコニア固体電解質に過大な熱応力が生じ、センサ素子６０の破損が生じるおそれがあった。センサ素子６０が破損すると、酸素濃度センサ出力の精度悪化のみならず、正常な出力が得られずシステムが誤作動するといった弊害が発生するおそれがあった。
【００３１】
そこで本実施の形態では、エンジン始動後において、排気管１６の酸素濃度センサ設置部位近傍の熱収支に対応する熱量データを、エンジン１０及び車両の運転状態に基づいて算出するとともに、その熱量データにより排気管１６のセンサ設置部位近傍の乾燥判定を行う。そして、その乾燥判定の結果に基づいてヒータ６８の通電状態を許可又は禁止する。
【００３２】
図３は、排気管１６においてセンサ設置部位近傍の乾燥判定に関する制御ブロック図である。図３では大別して、排気管壁温を算出する排気管壁温算出部Ｍ１と、排気管内雰囲気に基づく露点温度を算出する露点温度算出部Ｍ２と、排気管壁温と露点温度とから排気管１６内の乾燥判定を行う乾燥判定部Ｍ３とを有する構成となっている。以下その詳細を説明する。
【００３３】
排気管壁温算出部Ｍ１では、酸素濃度センサ近傍の排気温度、エンジン回転速度、燃料噴射量をパラメータとして単位時間当たりの排気管受熱量を算出するとともに、外気温度と車速とをパラメータとして単位時間当たりの排気管放熱量を算出する。エンジン回転速度と燃料噴射量は酸素濃度センサ近傍の排気流速を推定するためのパラメータであり、ここでは、酸素濃度センサ近傍の排気温度と排気流速とからセンサ近傍の排気管受熱量が算出されるようになっている。
【００３４】
そして、同じく排気管壁温算出部Ｍ１では、排気管受熱量と排気管放熱量との差分（＝排気管受熱量−排気管放熱量）を順次積算することにより、エンジン始動後における排気管１６の有効熱量を算出する。また、有効熱量に基づいて排気管壁温を算出する。このとき、有効熱量と排気管壁温とは相関を有しており、有効熱量が大きいほど、排気管壁温が高い温度として算出される。なお、有効熱量が「センサ設置部位近傍の熱収支に対応する熱量データ」に相当する。
【００３５】
また、露点温度算出部Ｍ２は、吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとして排気酸素濃度を算出するとともに、その排気酸素濃度に基づいて酸素濃度センサ近傍の露点温度を算出する。このとき、排気酸素濃度と露点温度とは所定の関係を有しており、排気酸素濃度が高濃度であるほど、露点温度が高い温度として算出される。つまり、排気酸素濃度が高い場合（すなわち、空燃比で言えばリーンである場合）、排気管内に存在する水蒸気量が少ないため、露点温度が高い温度とされる。なお、露点温度の算出値に対しては安全係数による微修正が適宜行われる。
【００３６】
そして、乾燥判定部Ｍ３は、排気管壁温と露点温度とを比較し、排気管１６内の乾燥判定を実施する。排気管１６内では、結露現象によって露点温度を境に排気中水蒸気の凝縮及び乾燥が生じるため、排気管壁温＜露点温度となる場合には排気管１６内に凝縮水が存在していると判定する。また、排気管壁温≧露点温度となる場合には排気管１６内が乾燥したと判定する。
【００３７】
図４は、排気管１６内の乾燥判定を行う処理手順を示すフローチャートであり、本処理はＥＣＵ４０によって所定の時間周期で繰り返し実行される。
【００３８】
図４において、ステップＳ１０１では、エンジン始動後において酸素濃度センサ３２の活性前であるか否かを判定する。センサ活性前であれば後続のステップＳ１０２に進む。センサ活性後であれば、後続の処理が不要であるとしてそのまま本処理を終了する。
【００３９】
ステップＳ１０２では、酸素濃度センサ近傍の排気温度、エンジン回転速度、燃料噴射量をパラメータとして単位時間当たりの排気管受熱量を算出し、続くステップＳ１０３では、外気温度と車速とをパラメータとして単位時間当たりの排気管放熱量を算出する。ステップＳ１０４では、排気管受熱量と排気管放熱量との差分を順次積算することにより、エンジン始動後における有効熱量を算出する。その後、ステップＳ１０５では、有効熱量に基づいて排気管壁温Ｔｅｘｈを算出する。
【００４０】
また、ステップＳ１０６では、吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとして排気酸素濃度を算出し、続くステップＳ１０７では、排気酸素濃度に基づいて酸素濃度センサ近傍の露点温度Ｔｄｅｗを算出する。
【００４１】
その後、ステップＳ１０８では、排気管壁温Ｔｅｘｈ≧露点温度Ｔｄｅｗであるか否かを判定する。Ｔｅｘｈ＜ＴｄｅｗであればステップＳ１０９に進み、排気管１６内に凝縮水が存在している判定する。また、Ｔｅｘｈ≧ＴｄｅｗであればステップＳ１１０に進み、排気管１６内が乾燥していると判定する。
【００４２】
図５は、ヒータ通電の処理手順を示すフローチャートであり、本処理はＥＣＵ４０によって所定の時間周期で繰り返し実行される。
【００４３】
図５において、ステップＳ２０１では、エンジン始動後において酸素濃度センサ３２の活性前であるか否かを判定する。センサ活性前であれば後続のステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０２では、上記図４の乾燥判定結果を参照し、排気管１６内が乾燥しているか否かを判定する。そして、乾燥していない場合にはステップＳ２０３に進み、ヒータ通電を禁止する。これに対し、乾燥している場合にはヒータ通電を許可することとし、ステップＳ２０４に進んでセンサ活性前のヒータ通電制御を実施する。センサ活性前のヒータ通電制御として、例えば所定の固定デューティ比によりヒータ通電を実施する。
【００４４】
センサ活性後であればステップＳ２０５に進み、通常のヒータ通電制御を実施する。このとき、通常のヒータ通電制御として、酸素濃度センサ３２の素子インピーダンス検出値と目標インピーダンスとの偏差に基づいて、ヒータ通電のための制御デューティを算出するとともに、その制御デューティによりヒータ通電を実施する。
【００４５】
以上詳述した本実施の形態によれば、排気管１６内の乾燥判定を行うとともに、その結果に基づいてヒータ通電を許可又は禁止するようにしたため、排気管１６内の凝縮水による酸素濃度センサ３２のセンサ素子破損の問題が解消される。この場合、乾燥判定の判定パラメータである熱量データ（本実施の形態では、排気管壁温を算出するための有効熱量）をエンジン１０及び車両の運転状態に基づいて算出するようにしたため、エンジン始動後においてエンジンの周囲環境を十分に考慮して排気管１６内の乾燥判定を行うことができる。したがって、排気管１６の酸素濃度センサ設置部分における乾燥状態を適正に判定でき、エンジン始動後においてヒータ通電の禁止及び許可を適正なタイミングで切り替えることができる。その結果、センサ素子６０の保護や同素子６０の早期活性といった所望とする効果を実現することができる。
【００４６】
センサ素子６０の保護や同素子６０の早期活性が実現できることから、高精度でかつ信頼性の高い酸素濃度検出を実施することができる。それに伴い排気エミッションの改善も実現できる。
【００４７】
また、酸素濃度センサ近傍の排気温度と排気流速とに基づいて算出した排気管受熱量と、外気温度と車両の走行速度とに基づいて算出した排気管放熱量との差分により、エンジン始動後における排気管１６の有効熱量を算出するようにしたため、エンジン１０の暖機状態や周囲環境による冷却作用を反映して前記有効熱量を算出することができる。したがって、エンジン始動後における熱収支に見合う有効熱量を算出でき、結果としてヒータ通電の制御性が向上する。
【００４８】
例えばエンジン暖機状態での再始動時には、冷間始動時に比べて酸素濃度センサ付近の排気温度が高くなるため、その排気温度をパラメータとして算出される排気管受熱量は大きい値となる。したがって、エンジン再始動時には排気高温状態であることを反映して排気管１６内の乾燥判定が早期になされ、エンジン再始動時においてヒータ通電の開始が遅れるといった不都合が回避できる。
【００４９】
また、排気管１６の有効熱量に基づいて算出した排気管壁温Ｔｅｘｈと、同排気管１６内の露点温度Ｔｄｅｗとを比較することで排気管１６内の乾燥状態を判定するようにしたため、排気管１６内での結露現象に基づいて乾燥判定を適正に行うことができる。このとき、エンジン運転状態に基づいて推定した排気酸素濃度により露点温度を算出するようにしたため、都度の排気管１６内の状態に則して排気酸素濃度を求めることができ、乾燥判定の精度を高めることができる。
【００５０】
前述のとおり、排気管１６の有効熱量はエンジン１０や車両の運転状態に基づいて算出されるため、有効熱量と排気管壁温との関係はエンジン運転条件や車両走行条件によらず一定の関係で保持される。したがって、排気管壁温を精度良く求めることができ、結果としてヒータ通電の制御性が向上する。
【００５１】
なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。
【００５２】
排気管１６の乾燥判定ロジックを図６のように変更する。図６では大別して、排気管１６の有効熱量を算出する有効熱量算出部Ｍ１１と、その有効熱量により排気管１６内の乾燥判定を行う乾燥判定部Ｍ１２とを有する構成となっている。以下その詳細を説明する。
【００５３】
有効熱量算出部Ｍ１１では、上記の排気管壁温算出部Ｍ１と同様に（図３参照）、酸素濃度センサ近傍の排気温度、エンジン回転速度、燃料噴射量をパラメータとして単位時間当たりの排気管受熱量を算出するとともに、外気温度と車速とをパラメータとして単位時間当たりの排気管放熱量を算出する。そして、排気管受熱量と排気管放熱量との差分（＝排気管受熱量−排気管放熱量）を順次積算することにより、エンジン始動後における排気管１６の有効熱量を算出する。
【００５４】
また、乾燥判定部Ｍ１２は、前記有効熱量算出部Ｍ１１により算出した有効熱量と、別途設定した有効熱量規定値とを比較し、排気管１６内の乾燥判定を実施する。このとき、有効熱量＜有効熱量規定値である場合には排気管１６内に凝縮水が存在していると判定する。また、有効熱量≧有効熱量規定値となる場合には排気管１６内が乾燥したと判定する。
【００５５】
上記図６の構成であっても、上記実施の形態と同様、排気管１６内の凝縮水による酸素濃度センサ３２のセンサ素子破損の問題が解消される。その結果、センサ素子６０の保護や早期活性といった所望とする効果を実現することができる。
【００５６】
上記実施の形態では、排気管１６内の乾燥判定の結果に基づいてヒータ通電を許可又は禁止する構成としたが、これに代えて、同乾燥判定の結果に基づいてヒータ通電量を上限規制するようにしても良い。具体的には、センサ活性前であってかつ排気管１６内が未乾燥である場合（上記図５で言えば、ステップＳ２０１がＹＥＳ、ステップＳ２０２がＮＯの場合）、センサ活性前でかつ排気管乾燥後のデューティ比よりも小さいデューティ比でヒータ通電を実施する。
【００５７】
排気管受熱量を算出する際、エンジン冷却水の温度（エンジン水温）を算出パラメータとして追加することも可能である。
【００５８】
上記実施の形態では、酸素濃度センサ３２の近傍に設置した排気温度センサ３３によって酸素濃度センサ近傍の排気温度を計測したが、この構成を変更する。すなわち、酸素濃度センサ３２から離れた位置（例えばＤＰＦ３１よりも上流側）に設けた排気温度センサを用い、その排気温度センサによる計測温度に対して、酸素濃度センサ３２まで流れる際の温度低下分を考慮して補正を行い、酸素濃度センサ近傍の排気温度を求めるようにしても良い。
【００５９】
上記実施の形態では、ガスセンサとして、排気中の酸素濃度をリニアに検出する酸素濃度センサ（Ａ／Ｆセンサ）について実施事例を説明したが、これを変更し、排気空燃比がリッチかリーンかに応じて異なる起電力信号を出力するＯ2センサについて本発明を具体化することも可能である。また、センサ構造として、積層構造に代えてコップ型構造を有するものであっても良い。
【００６０】
その他、固体電解質等よりなるセンサ素子を有し、所定の活性状態（活性温度）にて正常出力を行うガスセンサであれば任意のガスセンサに本発明が適用できる。例えば、排気中の窒素酸化物の濃度（ＮＯｘ濃度）を算出するＮＯｘセンサや、炭化水素の濃度（ＨＣ濃度）を算出するＨＣセンサなどにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】発明の実施の形態におけるエンジンシステムの概略を示す構成図である。
【図２】酸素濃度センサの詳細を説明するための図である。
【図３】排気管内の乾燥判定に関する制御ブロック図である。
【図４】排気管内の乾燥判定を行う処理手順を示すフローチャートである。
【図５】ヒータ通電の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】別の形態において排気管内の乾燥判定に関する制御ブロック図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０…エンジン、１６…排気管、３１…ＤＰＦ、３２…酸素濃度センサ、４０…ＥＣＵ、６０…センサ素子、６８…ヒータ。
【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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