(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気管内に設けられ、当該排気管内の湿度を検出する湿度センサのセンサ素子の温度を制御する湿度センサの温度制御装置であって、
加熱量が可変に構成され、前記センサ素子を加熱するためのヒータと、
前記センサ素子の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段により検出された前記センサ素子の温度が第１の所定温度よりも高いときに、前記ヒータを作動させるとともに、前記センサ素子の温度が前記第１の所定温度よりも低いときに、当該第１の所定温度より高いときよりも小さな加熱量で前記ヒータを作動させるヒータ制御手段と、
を備えることを特徴とする湿度センサの温度制御装置。
【請求項２】
前記第１の所定温度は、前記センサ素子が結露不能な温度であることを特徴とする、請求項１に記載の湿度センサの温度制御装置。
【請求項３】
前記湿度センサの雰囲気が酸化状態であるか否かを判定する雰囲気判定手段をさらに備え、
前記ヒータ制御手段は、前記センサ素子の温度が、前記センサ素子に付着した不純物を除去可能な第２の所定温度以上の温度であり、かつ前記湿度センサの雰囲気が酸化状態である状態でのヒータの作動時間が所定時間に達したときに、前記ヒータを停止することを特徴とする、請求項１に記載の湿度センサの温度制御装置。
【請求項４】
前記ヒータ制御手段は、前記内燃機関が停止しているときに、前記ヒータを作動させることを特徴とする、請求項１に記載の湿度センサの温度制御装置。
【請求項５】
前記排気管内には、排気ガス中の炭化水素を吸着する吸着材が設けられ、
前記湿度センサは、前記吸着材の近傍に配置され、
前記内燃機関が停止した後の前記湿度センサの検出結果に基づき、前記吸着材の劣化が判定されることを特徴とする、請求項１に記載の湿度センサの温度制御装置。
【請求項６】
前記排気管には、当該排気管をメイン通路とこれをバイパスするバイパス通路とに切り替える切替バルブが設けられ、
前記湿度センサは前記バイパス通路に配置されており、
前記切替バルブは、前記内燃機関の運転中、前記吸着材による炭化水素の吸着中以外のときに、前記排気管を前記メイン通路に切り替えるように構成されていることを特徴とする、請求項５に記載の湿度センサの温度制御装置。
【請求項７】
前記吸着材の劣化判定は、前記内燃機関の停止前に当該内燃機関が所定の運転状態で運転されていたときに実行されることを特徴とする、請求項５または６に記載の湿度センサの温度制御装置。
【請求項８】
前記内燃機関の前記所定の運転状態は、当該内燃機関に供給される混合気が理論空燃比近傍の空燃比で運転されている状態であることを特徴とする、請求項７に記載の湿度センサの温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気管内に設けられ、排気管内の湿度を検出する湿度センサのセンサ素子の温度を制御する湿度センサの温度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関には、その排気系に、排気ガス中の炭化水素を吸着する吸着材が設けられたものがある。この吸着材は、表面に例えばゼオライトを有し、排気ガス中の炭化水素は、吸着材を通過する際に、ゼオライトの細孔に入り込むことで吸着材に吸着される。また、このような吸着材は、排気ガスにより所定温度以上（例えば１００〜２５０℃）に加熱されると、一旦吸着した炭化水素を脱離し、脱離された炭化水素は、ＥＧＲ管などを介して内燃機関に再循環されるようになっている。このように、吸着材では、炭化水素の吸着および脱離が繰り返されるものの、長期間の使用によって、脱離しきれなかった炭化水素の残留量が次第に多くなったり、吸着材の細孔が壊れたりすることがある。その結果、吸着材が劣化した状態になり、吸着材における炭化水素の吸着可能量が次第に低下するおそれがある。このため、吸着材の劣化程度を検出する必要がある。
【０００３】
本出願人は、このような吸着材の劣化を検出する劣化検出装置を、例えば、特開２００１−３２３８１１号ですでに提案している。この劣化検出装置では、吸着材における炭化水素および水分の吸着能力が互いに比例関係にあることに着目し、吸着材による炭化水素の吸着中に、吸着材を通過した後の排気ガスの湿度を湿度センサによって検出することで、吸着材における炭化水素および水分の吸着能力の低下、すなわち吸着材の劣化を判定している。この湿度センサのセンサ素子は、多数の細孔を有するポーラス体で構成され、排気ガス中の水分が、センサ素子を通過する際に、その細孔に入り込み、吸着されることによって、排気ガスの湿度が検出される。このように、この湿度の検出は、センサ素子が排気ガスに晒された状態で行われるので、結露による水滴や排気ガス中に含まれる燃料の未燃成分などの不純物がセンサ素子に付着し、その場合には、湿度センサによる排気ガスの湿度の検出を正しく行えず、その結果、吸着材の劣化の検出も正しく行えなくなってしまう。
【０００４】
このため、この劣化検出装置では、センサ素子をヒータを用いて加熱し、その温度を制御することによって、センサ素子に付着した水滴などを取り除くとともに、センサ素子への水滴などの付着を抑制し、湿度センサの検出精度を良好に保つようにしている。具体的には、この湿度センサの温度制御では、内燃機関の始動前には、吸気温が所定温度よりも低いときに、または、内燃機関の始動後には、アイドリングが所定時間以上継続したときに、結露が生じているとして、ヒータを所定時間作動させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した湿度センサの温度制御では、センサ素子に結露が発生していると推定される状況においてのみ、ヒータを所定時間、作動させる。しかし、上述した吸着材の劣化判定は、吸着材による炭化水素の吸着中に行われるため、排気ガス中の水滴以外の不純物がセンサ素子に付着することがあり、そのように不純物が付着した場合でも、センサ素子に結露が生じていると推定されない状況では、温度制御が行われず、その結果、湿度センサの検出精度が低下してしまう。また、ヒータを所定時間作動させるにすぎないので、例えば、排気系の温度状態などによっては、不純物を十分に除去できないおそれがある。さらに、結露が生じている状態で、センサ素子がヒータによって急激に加熱されるため、センサ素子の温度が低温から急激に上昇し、その結果、センサ素子に割れなどが生じるおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、結露状態でのヒータの加熱によるセンサ素子の割れなどを生じることなく、センサ素子に付着した不純物を効率良く十分に除去できるとともに、センサ素子に不純物が付着するのを抑制でき、それにより、湿度センサの検出精度を良好に保つことができる湿度センサの温度制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、請求項１による発明は、内燃機関２の排気管３内に設けられ、当該排気管３内の湿度を検出する湿度センサ（実施形態における（以下、本項において同じ）上流側湿度センサ１８、下流側湿度センサ３０）のセンサ素子１８ａ、３０ａの温度（センサ素子温度ＴＨＣＭ、ＴＨＣＭ２）を制御する湿度センサの温度制御装置１であって、加熱量が可変に構成され、センサ素子１８ａ、３０ａを加熱するためのヒータ１９、３５と、センサ素子１８ａ、３０ａの温度を検出する温度検出手段（温度センサ２０、３１）と、温度検出手段により検出されたセンサ素子１８ａ、３０ａの温度が第１の所定温度Ｔｒｅｆ１よりも高いときに、ヒータ１９、３５を作動させるとともに、センサ素子１８ａ、３０ａの温度が第１の所定温度Ｔｒｅｆ１よりも低いときに、第１の所定温度Ｔｒｅｆ１より高いときよりも小さな加熱量でヒータ１９、３５を作動させるヒータ制御手段（ＥＣＵ２５、図４のステップ４４、４５および４６）と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この湿度センサの温度制御装置によれば、温度検出手段によって検出されたセンサ素子の温度が所定の温度よりも高いときに、ヒータ制御手段がヒータを作動させることによって、センサ素子が加熱される。このように、センサ素子の温度が高温状態のときにヒータを作動させるので、センサ素子に付着した不純物を効率良く焼却し、除去することができる。したがって、湿度センサの検出精度を適切に回復させることができる。
また、加熱量が可変に構成されたヒータを、ヒータ制御手段によって、センサ素子の温度が所定の温度よりも低いときに、高いときよりも小さな加熱量で作動させる。このため、センサ素子に結露が生じているような低温状態において、センサ素子の温度が緩やかに上昇するので、急激な温度変化によるセンサ素子の割れを確実に防止しながら、最小限の消費電力によって結露を解消することができる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の湿度センサの温度制御装置１において、第１の所定温度Ｔｒｅｆ１は、センサ素子１８ａ、３０ａが結露不能な温度であることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、センサ素子の温度がセンサ素子に結露不能な温度よりも高いときに、ヒータを作動させるので、センサ素子を結露が生じない状態で加熱することができる。したがって、結露状態でのヒータの加熱によるセンサ素子の割れを防止することができる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の湿度センサの温度制御装置１において、湿度センサの雰囲気が酸化状態であるか否かを判定する雰囲気判定手段（ＥＣＵ２５、図５のステップ５４）をさらに備え、ヒータ制御手段は、センサ素子１８ａ、３０ａの温度が、センサ素子１８ａ、３０ａに付着した不純物を除去可能な第２の所定温度Ｔｒｅｆ２以上の温度であり、かつ湿度センサの雰囲気が酸化状態である状態でのヒータ１９、３５の作動時間が所定時間に達したときに、ヒータ１９、３５を停止することを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、ヒータで加熱されたセンサ素子の温度がセンサ素子に付着した不純物を除去可能な温度であり、かつ湿度センサの雰囲気が酸化状態である状態の累積時間が所定時間に達したときに、ヒータが停止される。このため、センサ素子の温度および雰囲気が、センサ素子に付着した不純物を焼却するのに適した状態で、ヒータによる加熱が所定時間行われるので、不純物を十分に焼却し、確実に除去することができる。また、その後は、ヒータを停止するので、ヒータを過不足なく作動させることができ、その消費電力を最小限に抑えることができる。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項１に記載の湿度センサの温度制御装置１において、ヒータ制御手段は、内燃機関２が停止しているときに、ヒータ１９、３５を作動させることを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、内燃機関が停止しているときにおいてもヒータを作動させるので、運転中のヒータの作動による不純物の除去が終了する前に内燃機関が停止した場合でも、センサ素子に付着した不純物を確実に除去することができる。なお、この内燃機関の停止には、信号待ちのときなどに内燃機関を自動的に停止するアイドルストップによる停止も含まれる。アイドルストップ式の車両では、内燃機関の運転と停止が短時間で繰り返されることが多いことから、不純物の除去の終了前にアイドルストップが行われる可能性が高いので、本発明による上述した作用を有効に得ることができる。
【００１７】
請求項５に係る発明は、請求項１に記載の湿度センサの温度制御装置１において、排気管３内には、排気ガス中の炭化水素を吸着する吸着材１１が設けられ、湿度センサ（上流側湿度センサ３０）は、吸着材１１の近傍に配置され、内燃機関２が停止した後の湿度センサの検出結果に基づき、吸着材１１の劣化が判定される（図７のステップ１０６〜１０８）ことを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、吸着材の劣化判定が、内燃機関が停止した後、すなわち排気ガスが流れていない状態で得られた湿度センサの検出結果に基づいて行われる。このように、劣化判定を、内燃機関の運転中に流れる排気ガスに湿度センサを晒さずに行える。このため、内燃機関の運転中に、ヒータ制御を行うことができるので、センサ素子の温度を所定温度に保つことができる。それにより、センサ素子に不純物が付着するのを抑制することができ、したがって、湿度センサの検出精度を良好に保つことができる。また、センサ素子への不純物の付着を抑制した状態で得られた湿度センサの検出結果に基づいて、吸着材の劣化判定を行えるので、この判定を精度良く行うことができる。
【００１９】
請求項６に係る発明は、請求項５に記載の湿度センサの温度制御装置１において、排気管３には、排気管３をメイン通路１２とこれをバイパスするバイパス通路１３とに切り替える切替バルブ１６が設けられ、湿度センサはバイパス通路１３に配置されており、切替バルブ１６は、内燃機関２の運転中、吸着材１１による炭化水素の吸着中以外のときに、排気管３をメイン通路１２に切り替えるように構成されていることを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、排気管には、メイン通路と湿度センサを配置したバイパス通路が設けられており、内燃機関の運転中、吸着材による炭化水素の吸着中以外のときに、排気管がメイン通路に切り替えられる。このように、内燃機関の運転中、炭化水素の吸着中の場合を除いて、排気ガスがメイン通路側に流されるので、このときに流れる排気ガスに湿度センサが晒されないようにすることができ、したがって、センサ素子に不純物が付着するのを抑制することができる。
【００２１】
請求項７に係る発明は、請求項５または６に記載の湿度センサの温度制御装置１において、吸着材１１の劣化判定は、内燃機関２の停止前に内燃機関２が所定の運転状態で運転されていたときに実行される（図７のステップ１０３）ことを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、吸着材の劣化判定は、内燃機関が所定の運転状態で停止した後に行われる。一般に、吸着材は、その温度が所定の温度以上となったきに、吸着した炭化水素を脱離する。このため、例えば、所定の運転状態を、吸着材が炭化水素を脱離可能な温度以上になるような運転状態とすることにより、内燃機関の停止後において、吸着材に残留した炭化水素による影響を排除した状態で劣化判定を行えるので、その判定の精度を向上させることができる。
【００２３】
請求項８に係る発明は、請求項７に記載の湿度センサの温度制御装置１において、内燃機関２の前記所定の運転状態は、内燃機関２に供給される混合気が理論空燃比近傍の空燃比で運転されている状態である（図７のステップ１０３）ことを特徴とする。
【００２４】
この構成によれば、吸着材の劣化判定が、内燃機関が理論空燃比近傍での運転を停止した後に行われる。空燃比が理論空燃比近傍の場合には、リッチ側またはリーン側の場合よりも、排気ガス中の未燃成分量が安定しているので、その停止後に実行する劣化判定を、精度の高い状態で行うことができる。また、空燃比が理論空燃比近傍の場合には、排気ガス中の水分量が比較的大きく、かつばらつきが小さいので、その停止後における湿度センサの雰囲気もまた、湿度が比較的高くかつばらつきの小さい、劣化判定に適した状態になる。したがって、そのような状態で劣化判定を行うことによって、この判定を精度良く行うことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による湿度センサの温度制御装置（以下、単に「制御装置」という）１を適用した内燃機関（以下「エンジン」という）２を示している。このエンジン２は、車両（図示せず）に搭載された、例えば４気筒４サイクル型のものである。この車両は、アイドルストップ式のものである。また、エンジン２の吸気管４には、気筒ごとにインジェクタ４ａが設けられており、その燃料噴射時間Ｔｏｕｔは、後述するＥＣＵ２５によって制御される。
【００２６】
上記エンジン２の排気管３の途中には、排気ガスを浄化するための浄化装置として、三元触媒５を有する触媒装置６、および炭化水素を吸着するための炭化水素吸着装置７が、上流から順に設けられている。この三元触媒５は、所定温度（例えば３００℃）以上で活性化することにより、触媒装置６を通過する排気ガス中の有害物質（炭化水素（ＨＣ）、ＣＯおよびＮＯｘ）を、酸化・還元作用によって浄化する。
【００２７】
一方、炭化水素吸着装置７は、三元触媒５が活性化していない状態でのエンジン２の始動期間（例えば、始動時から約３０〜４０秒間）に、排気ガス中の炭化水素を吸着し、これによって、外部に排出される炭化水素を低減するものである。図１および図２に示すように、この炭化水素吸着装置７は、排気通路切替装置８と、ほぼ円筒状の外殻を構成するケース９と、このケース９内に収容され、排気ガス中の炭化水素を吸着するための円柱状の吸着材１１とを備えている。
【００２８】
図２に示すように、ケース９は、その上流端部が上下に二股になっており、上側の開口部９ａが、排気管３のメイン通路１２に連通するとともに、ケース９内における上記バイパス排気管１０の外側の断面環状のスペース（メイン通路１２）と連通する一方、下側の開口部９ｂが、バイパス排気管１０の内部のスペース（バイパス通路１３）と連通している。
【００２９】
バイパス排気管１０は、その上流端部がケース９の下側の開口部９ｂの内面に、下流端部がケース９の下流端部の内面に、それぞれ気密状態で接続されている。また、バイパス排気管１０の下流端寄りの位置には、長孔状の複数（例えば５個）の連通孔１０ａが、互いに周方向に間隔をおいて形成されており、これらの連通孔１０ａを介して、ケース９内のメイン通路１２およびバイパス通路１３の下流端部同士が連通している。
【００３０】
吸着材１１は、表面にゼオライトを担持した金属製のハニカムコアで構成されている。このゼオライトは、高耐熱性を有しており、低温状態（例えば、１００℃未満）のときに炭化水素を吸着し、所定温度以上（例えば１００〜２５０℃）のときに、吸着した炭化水素を脱離する。そして、脱離された炭化水素は、炭化水素吸着装置７からＥＧＲ管１４および吸気管４を介して、エンジン２に再循環され、エンジン２で燃焼される。また、ＥＧＲ管の途中には、ＥＧＲ制御弁１４ａが取り付けられている。このＥＧＲ制御弁１４ａをＥＣＵ２５で制御することによって、ＥＧＲの作動・停止およびＥＧＲ量が制御される。
【００３１】
排気通路切替装置８は、上記構成の炭化水素吸着装置７を触媒装置６に連結するほぼ円筒状の連結管１５と、この連結管１５内に設けられ、排気通路をメイン通路１２側とバイパス通路１３側とに切り替えるための切替バルブ１６とを有している。また、この切替バルブ１６の切り替えは、ＥＣＵ２５により駆動される切替バルブ駆動制御装置１７（図１参照）によって制御される。
【００３２】
このように構成された排気通路切替装置８では、エンジン２の始動直後には通常、切替バルブ１６が図２の２点鎖線位置に回転駆動されることによって、排気通路がバイパス通路１３側に切り替えられる。これにより、触媒装置６を通過した排気ガスは、バイパス通路１３に導かれて流れ、炭化水素および水分が吸着材１１に吸着された後、下流側へ流れて外部に排出される。そして、エンジン２の始動からある程度時間が経過し、触媒装置６の三元触媒５が活性化すると、切替バルブ１６が図２の実線位置に回転駆動されることによって、メイン通路１２側に切り替えられる。これにより、触媒装置６を通過した排気ガスは、ケース９内のメイン通路１２に導かれて流れ、バイパス排気管１０の下流端部の連通孔１０ａを介して、バイパス排気管１０内に流入し、更に下流側へ流れて外部に排出される。また、ＥＧＲ制御弁１４ａが開弁してＥＧＲが作動することにより、排気ガスの一部がＥＧＲガスとして、バイパス通路１３およびＥＧＲ管１４を介して、吸気管４に再循環される。吸着材１１から脱離した炭化水素は、このＥＧＲガスによって吸気管４に送られ、エンジン２で燃焼される。
【００３３】
また、上記炭化水素吸着装置７のケース９には、吸着材１１よりも下流側に、下流側湿度センサ１８（湿度センサ）がバイパス通路１３に臨むように取り付けられている。この下流側湿度センサ１８は、エンジン２の運転中に吸着材１１の劣化を判定する場合に用いられるものであり、吸着材１１の下流側における排気管３内の相対湿度ＶＨＵＭＤ２を検出し、その検出信号をＥＣＵ２５に出力する。下流側湿度センサ１８のセンサ素子１８ａは、アルミナなどからなるポーラス体で構成されており、排気ガス中の水分の吸着量に応じて抵抗値が変化することによって、湿度を検出するタイプのものである。下流側湿度センサ１８には、センサ素子１８ａを加熱するためのヒータ１９が設けられている。このヒータ１９は、加熱量が可変に構成され、ヒータ１９への通電量がＥＣＵ２５で制御されることによって、加熱量が制御される。また、センサ素子１８ａには、サーミスタや白金抵抗体などで構成された温度センサ２０（温度検出手段）が設けられており、センサ素子１８ａの温度ＴＨＣＭ２を検出し、その検出信号をＥＣＵ２５に出力する。
【００３４】
また、ケース９には、吸着材１１よりも上流側に、エンジン２の停止中に吸着材１１の劣化を判定するための上流側湿度センサ３０（湿度センサ）が、バイパス通路１３に臨むように取り付けられている。この上流側湿度センサ３０は、上記下流側湿度センサ１８と同様のものであり、吸着材１１の上流側における排気管３内の相対湿度ＶＨＵＭＤを検出し、その検出信号をＥＣＵ２５に出力する。上流側湿度センサ３０およびそのセンサ素子３０ａには、前述したヒータ１９および温度センサ２０と同様のヒータ３５および温度センサ３１（温度検出手段）がそれぞれ設けられている。温度センサ３１は、センサ素子３０ａの温度（以下「センサ素子温度」という）ＴＨＣＭを検出し、その検出信号をＥＣＵ２５に出力する。
【００３５】
また、排気管３の触媒装置６よりも上流側には、比例型の空燃比センサ（以下「ＬＡＦセンサ」という）２１が配置されている。このＬＡＦセンサ２１は、排気ガスの酸素濃度（空燃比）をリニアに検出し、ＥＣＵ２５に出力するものであり、その検出値ＶＬＡＦは、酸素濃度が低いほど、すなわち空燃比がリッチ側であるほど、低くなるように設定されている。エンジン２の本体には、サーミスタなどで構成された水温センサ２２およびクランク角センサ２３が取り付けられている。水温センサ２２は、エンジン２のシリンダブロック内を循環する冷却水の温度であるエンジン水温ＴＷを検出し、その検出信号をＥＣＵ２５に送る。一方、クランク角センサ２３は、エンジン２の図示しないクランクシャフトの回転に伴い、所定のクランク角ごとに、パルス信号であるＣＲＫ信号をＥＣＵ２５に出力する。ＥＣＵ２５は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン２の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを求める。吸気管４には、吸気圧センサ２４が取り付けられており、この吸気圧センサ２４は吸気管４内の絶対圧ＰＢＡを検出し、その検出信号をＥＣＵ２５に出力する。また、ＥＣＵ２５には、大気温センサ３２から、エンジン２や排気管３の外部の温度としての大気温度ＴＡを表す検出信号が出力される。
【００３６】
ＥＣＵ２５は、本実施形態においてヒータ制御手段および雰囲気判定手段を構成するものである。ＥＣＵ２５は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。前述した各種センサからの検出信号はそれぞれ、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換がなされた後、ＣＰＵに入力される。
【００３７】
ＣＰＵは、各種センサで検出されたエンジンパラメータ信号に基づいて、エンジン２の運転状態を判別するとともに、その判別結果に応じ、ＴＤＣ信号の発生に同期して、燃料噴射時間Ｔｏｕｔを算出し、その算出結果に基づく駆動信号をインジェクタ４ａに出力する。また、ＣＰＵは、各種センサの検出信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、吸着材１１の吸着・脱離を制御し、吸着材１１の劣化を判定するとともに、下流側および上流側湿度センサ１８、３０の温度を制御するために、ヒータ１９、３５の動作を制御するヒータ制御処理を実行する。
【００３８】
このヒータ制御処理は、下流側および上流側湿度センサ１８、３０において同様に行われるので、以下、これらを代表して、上流側湿度センサ３０についてのみ説明する。図３は、ヒータ制御を実行するか否かを判定するヒータ制御実行条件判定処理を示すフローチャートである。この処理および後述する制御処理は、所定時間（例えば１００ｍｓ）ごとに実行される。まず、ステップ３１〜３３（「Ｓ３１」と図示。以下同じ）において、エンジン回転数ＮＥがその所定の下限値ＮＥＬＭＴＬ（例えば６５０ｒｐｍ）以上であるか否か、吸気管内絶対圧ＰＢＡがその所定の下限値ＰＢＡＬＭＴＬ（例えば１５０ｍｍＨｇ）以下であるか否か、およびエンジン水温ＴＷがその所定の下限値ＴＷＬＭＴＬ（例えば８０℃）以上であるか否かを判別する。これらの答いずれかがＮＯのときには、ヒータ制御の実行条件が成立していないとして、ヒータ制御実行条件成立フラグＦ＿ＨＣＭＤを「０」にセットする（ステップ３４）。一方、これらのステップ３１〜３３の答がいずれもＹＥＳのとき、すなわちエンジン回転数ＮＥ、吸気管内絶対圧ＰＢＡ、およびエンジン水温ＴＷがそれぞれの所定の範囲内にあるときには、ヒータ制御の実行条件が成立しているとして、ヒータ制御実行条件成立フラグＦ＿ＨＣＭＤを「１」にセットし（ステップ３５）、本プログラムを終了する。
【００３９】
図４は、ヒータ制御処理を示すフローチャートである。まず、ステップ４１では、ＨＣ制御終了フラグＦ＿ＨＣＦＩＮが「１」にセットされているか否かを判別する。Ｆ＿ＨＣＦＩＮ＝１、すなわち後述するヒートクリーニング制御が終了しているときには、ヒータ３５への通電を停止する（ステップ４２）。ステップ４１の答がＮＯのときには、ヒータ制御実行条件成立フラグＦ＿ＨＣＭＤが「１」であるか否かを判別する（ステップ４３）。この答がＮＯ、すなわちヒータ制御の実行条件が成立していないときには、前記ステップ４２に進み、ヒータ３５を停止して、本プログラムを終了する。ステップ４３の答がＹＥＳのときには、センサ素子温度ＴＨＣＭが第１の所定温度Ｔｒｅｆ１よりも高いか否かを判別する（ステップ４４）。この第１の所定温度Ｔｒｅｆ１は、センサ素子３０ａに結露が生じないような結露不能な温度（例えば７０℃）に設定されている。この答がＹＥＳ、すなわちセンサ素子温度ＴＨＣＭが第１の所定温度Ｔｒｅｆ１よりも高いときには、後述するヒートクリーニング制御を行い、本プログラムを終了する（ステップ４５）。この答がＮＯ、すなわちセンサ素子温度ＴＨＣＭが第１の所定温度Ｔｒｅｆ１以下のときには、センサ素子３０ａに結露が生じている可能性があるとして、これを解消するための結露解消モードでヒータ３５を作動させる（ステップ４６）。この結露解消モードでは、ヒータ３５は、ヒートクリーニング制御の場合よりも小さな加熱量で駆動される。
【００４０】
図５は、図４のステップ４５で実行されるヒートクリーニング（以下「ＨＣ」という）制御処理を示すフローチャートである。このヒートクリーニングは、センサ素子３０ａに付着した不純物を除去するために、センサ素子３０ａをヒータ３５によって加熱するものである。まず、ステップ５１では、ヒータ３５への通電が行われ、センサ素子３０ａが加熱される。次に、センサ素子温度ＴＨＣＭが、前記第１の所定温度Ｔｒｅｆ１よりも高い第２の所定温度Ｔｒｅｆ２よりも高いか否かを判別する（ステップ５２）。この第２の所定温度Ｔｒｅｆ２は、それよりも高い温度であれば、センサ素子３０ａに付着した不純物をヒータ３５の加熱により焼却し、除去できるような温度（例えば８００℃）に設定されている。
【００４１】
この答がＮＯ、すなわちセンサ素子温度ＴＨＣＭが第２の所定温度Ｔｒｅｆ２以下のときには、ステップ５３へ進み、ＨＣ制御終了フラグＦ＿ＨＣＦＩＮを「０」にセットし、ＨＣ制御を継続する。
【００４２】
前記ステップ５２の答がＹＥＳ、すなわちセンサ素子温度ＴＨＣＭが第２の所定温度Ｔｒｅｆ２よりも高いときには、ステップ５４へ進み、目標空燃比係数ＫＣＭＤが、所定値ＫＣＭＤＬ（例えば１．０）よりも小さいか否かを判別する。この目標空燃比係数ＫＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥおよび吸気管内絶対圧ＰＢＡなどに応じてＥＣＵ２５によって設定され、エンジン２への燃料噴射時間を算出する際に乗算される係数である。具体的には、目標空燃比が理論空燃比のときには値１．０に設定され、理論空燃比よりもリッチ側のときには１．０よりも大きな値に、リーン側のときには１．０よりも小さな値にそれぞれ設定される。
【００４３】
ステップ５４の答がＮＯで、ＫＣＭＤ≧ＫＣＭＤＬのとき、すなわちエンジン２に供給される混合気が理論空燃比またはそれよりもリッチ側に制御されていて、上流側湿度センサ３０の雰囲気が酸化状態にないときには、前記ステップ５３へ進み、ＨＣ制御終了フラグＦ＿ＨＣＦＩＮを「０」にセットし、ＨＣ制御を継続する。
【００４４】
上記ステップ５４の答がＹＥＳで、ＫＣＭＤ＜ＫＣＭＤＬのとき、すなわち混合気の空燃比がフューエルカット状態を含めてリーン側に制御され、上流側湿度センサ３０の雰囲気が酸化状態にあるときには、ステップ５５に進み、カウンタＣＨＣをインクリメントし、次に、ステップ５６に進み、カウンタＣＨＣのカウント値が所定値ＣＨＣｒｅｆ（例えば１０秒相当）（所定時間）よりも大きいか否かを判別する。この答がＮＯで、ＣＨＣ≦ＣＨＣｒｅｆのときには、前記ステップ５３を実行し、ＨＣ制御を継続する。
【００４５】
前記ステップ５６の答がＹＥＳ、すなわちセンサ素子温度ＴＨＣＭが第２の所定温度Ｔｒｅｆ２よりも高く、かつ上流側湿度センサ３０の雰囲気が酸化状態にある状態でのヒータ３５の作動時間が、所定値ＣＨＣｒｅｆに相当する所定時間に達したときには、ＨＣ制御により、センサ素子３０ａに付着した不純物が十分に焼却され、除去されたとして、ＨＣ制御を終了するためにＨＣ制御終了フラグＦ＿ＨＣＦＩＮを「１」にセットし（ステップ５７）、本プログラムを終了する。これにより、図４の前記ステップ４１の答がＹＥＳとなることで、以降、ヒータ３５への通電が停止される。
【００４６】
以上のように、上流側湿度センサ３０のセンサ素子温度ＴＨＣＭが第１の所定温度Ｔｒｅｆ１よりも高いときにＨＣ制御を行うことによって、センサ素子３０ａを結露が生じていない状態のときに、ヒータ３５を作動させ、センサ素子３０ａを加熱する。したがって、センサ素子３０ａに結露が生じている状態でのヒータ３５の加熱によるセンサ素子３０ａの割れを防止することができる。また、センサ素子温度ＴＨＣＭが第２の所定温度Ｔｒｅｆ２よりも高く、かつ上流側湿度センサ３０の雰囲気が酸化状態にある状態でのヒータ３５の作動時間が、所定値ＣＨＣｒｅｆに相当する所定時間に達するまでＨＣ制御を継続するので、センサ素子温度ＴＨＣＭおよび雰囲気が、センサ素子３０ａに付着した燃料の未燃成分、燃料の燃えかすや油分などの不純物を除去するのに適した状態でヒータ３５によってセンサ素子３０ａを十分に加熱できる。したがって、不純物を十分に焼却し、確実に除去することができ、それにより、上流側湿度センサ３０の検出精度を適切に回復させることができる。また、その後のヒータ３５の停止によって、ヒータ３５を過不足なく作動させることができ、その消費電力を最小限に抑えることができる。
【００４７】
また、センサ素子温度ＴＨＣＭが第１の所定温度Ｔｒｅｆ１よりも低く、結露が生じている可能性があるときには、結露解消モードによってＨＣ制御よりも小さな加熱量でヒータ３５を作動させる。その結果、センサ素子３０ａの温度が、低温状態から緩やかに上昇するので、急激な温度変化によるセンサ素子３０ａの割れを確実に防止しながら、最小限の消費電力によって結露を解消することができる。
【００４８】
なお、前述したように、下流側センサ１８についても、上記と同様のヒータ制御処理が行われるので、上述した効果を同様に得ることができる。
【００４９】
図６は、エンジン２が停止しているときに実行されるヒータ制御処理を示すフローチャートである。まず、ステップ６１では、エンジン２のイグニッションスイッチがＯＦＦ状態またはエンジン２がアイドルストップ状態であるか否かを判別する。この答がＮＯで、エンジン２が運転中のときには、本プログラムを終了する。この答がＹＥＳで、エンジン２が停止されているときには、ＨＣ制御終了フラグＦ＿ＨＣＦＩＮが「１」であるか否かを判別する（ステップ６２）。この答がＹＥＳで、ＨＣ制御がすでに終了しているときには、本プログラムを終了する。
【００５０】
前記ステップ６２の答がＮＯで、エンジン２の停止時に、ＨＣ制御が終了していないときには、ステップ６３以降において、エンジン２の運転中における前述したヒータ制御と同様の制御を行う。まず、ステップ６３では、センサ素子温度ＴＨＣＭが前記第１の所定温度Ｔｒｅｆ１よりも高いか否かを判別する。この答がＮＯで、センサ素子温度ＴＨＣＭ≦Ｔｒｅｆ１のときには、ステップ６４に進み、図４の前記ステップ４６と同様に、結露解消モードにより小さな加熱量でヒータ３５を作動させ、本プログラムを終了する。
【００５１】
前記ステップ６３の答がＹＥＳのときには、図５の前記ステップ５２と同様にＴＨＣＭ＞Ｔｒｅｆ２であるか否かを判別する（ステップ６５）。この答がＮＯ、センサ素子温度ＴＨＣＭが第２の所定温度Ｔｒｅｆ２以下のときには、ヒータ３５を作動させ（ステップ６６）、本プログラムを終了する。
【００５２】
前記ステップ６５の答がＹＥＳで、ＴＨＣＭ＞Ｔｒｅｆ２のときには、カウンタＣＨＣＡをインクリメントし（ステップ６７）、カウンタＣＨＣＡのカウンタ値が値ＣＨＣＡｒｅｆ（例えば１０秒相当）よりも大きいか否かを判別する（ステップ６８）。この答がＮＯ、すなわちＣＨＣＡ≦ＣＨＣＡｒｅｆのときには、ステップ６９に進み、ＨＣ制御終了フラグＦ＿ＨＣＦＩＮを「０」にセットし、ＨＣ制御を継続する。
【００５３】
前記ステップ６８の答がＹＥＳ、すなわちＣＨＣＡ＞ＣＨＣＡｒｅｆのときには、ＨＣ制御終了フラグＦ＿ＨＣＦＩＮを「１」にセットし（ステップ７０）、ヒータ３５およびＥＣＵ２５の電源を切り（ステップ７１）、ＨＣ制御を終了し、本プログラムを終了する。
【００５４】
以上のように、エンジン２の運転中にＨＣ制御が終了していないときには、エンジン２が停止しているときにおいても、運転中の場合と同様のヒータ制御が引き続き実行されるので、不純物を確実に除去することができ、それにより、上流側湿度センサ３０の検出精度を適切に回復させることができる。
【００５５】
図７は、エンジン停止後に実行される吸着材１１の劣化判定処理を示している。この劣化判定は、次のような趣旨に基づくものである。すなわち、エンジン２が停止した後には、吸着材１１の温度が次第に低下するのに伴い、吸着材１１が水分を吸着するようになり、吸着が進行し、吸着材が飽和することで、その近傍の湿度は、ほぼ一定の定常状態となる。また、この定常状態での湿度は、吸着材１１の劣化度合いを反映しており、具体的には、劣化度合いが大きいほど、吸着材１１による水分の吸着能力が低いので、そのときの湿度は、正常な状態の吸着材１１が示す値よりも大きな値を示す傾向にある。したがって、この定常状態において上流側湿度センサ３０で検出された湿度に基づき、劣化判定を行うことができる。また、このように、湿度が定常状態にあるときの検出結果を用いて劣化判定を行うので、比較的応答性の低い安価な湿度センサを適用できる。
【００５６】
この劣化判定処理は、具体的には、図示しないオフタイマで、エンジン停止から所定時間（例えば２時間）後にＥＣＵ２５が再起動されることによって、実行されるとともに、上流側湿度センサ３０によって検出された相対湿度ＶＨＵＭＤに基づいて、吸着材１１の劣化を判定するものである。まず、ステップ１０１では、ＨＣ制御終了フラグＦ＿ＨＣＦＩＮが「１」であるか否かを判別する。この答がＮＯ、すなわち前回のエンジン２の運転中またはその後の停止時においてＨＣ制御が終了していないときには、センサ素子３０ａに不純物が付着していることで、吸着材１１の劣化を適正に判定できないおそれがあるので、劣化判定は行わず、そのまま本プログラムを終了する。
【００５７】
前記ステップ１０１の答がＹＥＳで、ＨＣ制御が終了しているときには、脱離完了フラグＦ＿ＨＣＰＧが「１」であるか否かを判別する（ステップ１０２）。この答がＮＯで、前回の運転時に脱離処理が完了していないときには、吸着材１１に炭化水素が残留していることで、吸着材１１の劣化を適正に判定できないおそれがあるので、本プログラムを終了する。
【００５８】
前記ステップ１０２の答がＹＥＳで、前回の運転時に脱離処理が完了しているときには、劣化判定許可フラグＦ＿ＭＣＮＤが「１」であるか否かを判別する（ステップ１０３）。この劣化判定許可フラグＦ＿ＭＣＮＤは、エンジン２の運転中に、エンジン水温ＴＷが所定値（例えば８５℃）よりも大きく、すなわち吸着材１１が吸着した炭化水素を脱離可能な温度まで上昇しており、かつ目標空燃比係数ＫＣＭＤが理論空燃比近傍の所定範囲内にある状態が、所定時間以上継続したときに、吸着材１１の劣化判定を適正に行うことができるとして、「１」にセットされるものである。したがって、このステップ１０３の答がＮＯで、Ｆ＿ＭＣＮＤ＝０のときには、本プログラムを終了する。
【００５９】
前記ステップ１０３の答がＹＥＳで、Ｆ＿ＭＣＮＤ＝１のときには、エンジン水温ＴＷから大気温度ＴＡを減算した値が、所定値ＤＴよりも大きいか否かを判別する（ステップ１０４）。この答がＹＥＳで、ＴＷ−ＴＡ＜ＤＴのときには、エンジン水温ＴＷが大気温度ＴＡとほぼ等しい温度まで低下し、すなわち吸着材１１の温度が大気温度ＴＡとほぼ等しい温度まで十分に低下しており、吸着材１１の近傍の湿度がほぼ一定の定常状態になっているとして、エンジン水温ＴＷに応じ、図示しないテーブルを検索することによって、吸着材１１の劣化を判定するための判定値ＶＨＵＭＤ＿ＪＵＤ０を算出する（ステップ１０５）。この判定値ＶＨＵＭＤ＿ＪＵＤ０は、エンジン水温ＴＷが低いほど、小さな値に設定されている。
【００６０】
次のステップ１０６では、相対湿度ＶＨＵＭＤが判定値ＶＨＵＭＤ＿ＪＵＤ０以下であるか否かを判別する。この答がＹＥＳで、ＶＨＵＭＤ≦ＶＨＵＭＤ＿ＪＵＤ０のときには、吸着材１１による水分の吸着能力が高く、吸着材１１が劣化していないと判定し、そのことを表すために、劣化フラグＦ＿ＴＲＳＤＴを「０」にセットし（ステップ１０７）、本プログラムを終了する。
【００６１】
前記ステップ１０６の答がＮＯで、ＶＨＵＭＤ＞ＶＨＵＭＤ＿ＪＵＤ０のときには、吸着材１１による水分の吸着能力が低いとして、吸着材１１が劣化していると判定し、劣化フラグＦ＿ＴＲＳＤＴを「１」にセットし、（ステップ１０８）、本プログラムを終了する。
【００６２】
一方、前記ステップ１０４の答がＮＯで、ＴＷ−ＴＡ≧ＤＴのとき、すなわち吸着材１１の温度が大気温度ＴＡとほぼ等しい温度まで低下していないときには、相対湿度ＶＨＵＭＤが定常状態になっていないとして、劣化判定処理の実行回数を表すカウンタＣ＿ＤＯＮＥをインクリメントし（ステップ１０９）、カウンタＣ＿ＤＯＮＥの値が上限値Ｎ以下であるか否かを判別する（ステップ１１０）。このカウンタＣ＿ＤＯＮＥは、エンジン２の運転停止時に「０」に初期化される。
【００６３】
前記ステップ１１０の答がＹＥＳで、Ｃ＿ＤＯＮＥ≦Ｎのときには、エンジン停止から所定時間後にＥＣＵ２５を再起動させるのに用いた前述のオフタイマの設定時間を、上記所定時間よりも短い第１所定時間Δｔ（例えば３０分）に設定し直し（ステップ１１１）、本プログラムを終了する。これにより、この処理は、一旦中断され、第１所定時間Δｔの経過後、ＥＣＵ２５が再起動されることによって再開される。また、この中断の間、カウンタＣ＿ＤＯＮＥの値は保持される。そして、再開された後の処理において、前記ステップ１０４の答がＹＥＳとなったときには、それに応じて、前記ステップ１０５以降が実行され、劣化判定が実行される。
【００６４】
一方、再開後の処理においても、前記ステップ１０４の答がＮＯで、かつ前記ステップ１１０の答がＮＯとなったとき、すなわちエンジン停止後、前記所定時間に加えて上限値Ｎに相当する時間が経過しても、エンジン水温ＴＷが大気温度ＴＡに収束しないときには、吸着材１１の劣化を適正に判定することができないとして、本プログラムを終了する。
【００６５】
以上のように、吸着材１１の劣化判定は、エンジン２が停止した後、すなわち排気ガスが流れていない状態で得られた上流側湿度センサ３０の検出結果に基づいて行われる。また、三元触媒５の活性化した後のエンジン２の通常の運転状態では、排気通路がメイン通路１２側に切り替えられ、排気ガスは、上流側湿度センサ３０側へは流れない。以上により、エンジン２の冷間始動後における炭化水素の吸着期間を除いて、エンジン運転中に流れる排気ガスに上流側湿度センサ３０が晒されないようにすることができるとともに、エンジン２の運転中にヒータ制御を行うことができるので、センサ素子温度ＴＨＣＭを所定温度に保つことができる。したがって、センサ素子３０ａに不純物が付着するのを抑制することができるので、上流側湿度センサ３０の検出精度を良好に保つことができる。
【００６６】
また、劣化判定は、上記のように不純物の付着が抑制された状態で行われるとともに、ＨＣ制御が終了していることを条件として、すなわちセンサ素子３０ａに付着した不純物が除去された状態で行われる。また、劣化判定は、エンジン２が理論空燃比近傍で運転されていたことを条件として、すなわち上流側湿度センサ３０の雰囲気の湿度が比較的高くかつばらつきの小さい、劣化判定に適した状態で行われる。以上の結果、上流側湿度センサ３０の検出精度が良好に保たれることと相まって、劣化判定を精度良く行うことができる。
【００６７】
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、センサ素子温度ＴＨＣＭを温度センサ２０、３１によって検出しているが、エンジン２の運転状態などに応じて演算により推定するようにしてもよい。また、上流側湿度センサ３０の雰囲気が酸化状態にあるか否かの判定を、目標空燃比係数ＫＣＭＤに基づいて行っているが、これをＬＡＦセンサ２１によって検出された排気ガスの酸素濃度に基づいて行ってもよい。また、実施形態の吸着材１１に代えて、吸着材と三元触媒とを複合的に形成したハイブリッドタイプの炭化水素吸着触媒を用いてもよい。この炭化水素吸着触媒は、エンジン２の冷間始動時の触媒が活性化していない状態では、炭化水素を吸着し、その後、触媒が活性化した後には、排気ガスを酸化・還元作用によって浄化するものである。したがって、このような炭化水素吸着触媒を用いた場合でも、実施形態による効果を同様に得ることができる。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の湿度センサの温度制御装置によれば、結露状態でのヒータの加熱によるセンサ素子の割れなどを生じることなく、センサ素子に付着した不純物を効率良く十分に除去できるとともに、センサ素子に不純物が付着するのを抑制でき、それにより、湿度センサの検出精度を良好に保つことができるなどの効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による湿度センサの温度制御装置を適用した内燃機関を示す構成図である。
【図２】炭化水素吸着装置を拡大して示す断面図である。
【図３】ヒータ制御の実行条件の判定を示すフローチャートである。
【図４】ヒータ制御処理を示すフローチャートである。
【図５】図４のステップ４５の通常運転中モード処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図６】内燃機関が停止しているときのヒータ制御処理を示すフローチャートである。
【図７】内燃機関の停止後の吸着材の劣化判定処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  制御装置
２  内燃機関
３  排気管
１１  吸着材
１２  メイン通路
１３  バイパス通路
１６  切替バルブ
１８  上流側湿度センサ（湿度センサ）
１８ａ  センサ素子
１９  ヒータ
２０  温度センサ（温度検出手段）
２５  ＥＣＵ（ヒータ制御手段、雰囲気判定手段）
３０  下流側湿度センサ（湿度センサ）
３０ａ  センサ素子
３１  温度センサ（温度検出手段）
３５  ヒータ
ＴＨＣＭ  センサ素子温度（センサ素子の温度）
Ｔｒｅｆ１  第１の所定温度
Ｔｒｅｆ２  第２の所定温度
ＣＨＣｒｅｆ  所定値（所定時間）
【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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