(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、当該排気通路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、
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、
前記内燃機関の運転中、前記検出されたセンサ素子の温度が第１の所定温度になるように前記ヒータを制御するとともに、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第２の所定温度よりも低いときには、前記第１の所定温度を基準とする前記制御の場合よりも小さな加熱量で前記ヒータを制御す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】
前記ヒータは、その加熱量が通電量により可変に構成され、前記ヒータ制御手段は、前記センサ素子の温度が前記第１の所定温度になるように、前記ヒータへの前記通電量をフィードバック制御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３】
前記湿度センサの検出結果に基づいて、前記湿度センサの特性変化の度合を表す特性変化パラメータを算出する特性変化パラメータ算出手段をさらに備え、
前記ヒータ制御手段は、前記特性変化パラメータ算出手段による前記特性変化パラメータの算出中に、前記センサ素子の温度が前記第２の所定温度よりも低い第４の所定温度以下になるように、前記ヒータを制御することを特徴とする、請求項１または２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、前記算出された特性変化パラメータが所定値よりも大きいときに、前記センサ素子の温度が前記第１の所定温度よりも高い第３の所定温度以上になるように、前記ヒータを制御することを特徴とする、請求項３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、内燃機関の排気通路に設けられ、当該排気通路内の湿度を検出する湿度センサのセンサ素子の状態を良好に維持するために、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。このため、この劣化検出装置では、センサ素子に付着した水滴などを取り除き、湿度センサの検出精度を回復させるために、センサ素子をヒータを用いて加熱するヒートクリーニングが行われている。
【０００４】
具体的には、このヒートクリーニングでは、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】
上述したヒートクリーニング制御では、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、内燃機関の通常の運転中において、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、ヒートクリーニングが行われず、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かったり、逆にヒータを無駄に作動させるおそれがある。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、センサ素子に不純物が付着するのを防止することができ、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に、請求項１に係る発明は、内燃機関２の排気通路（実施形態における（以下、本項において同じ）排気管４）に設けられ、排気通路４内の湿度を検出する湿度センサ１９のセンサ素子の温度（センサ素子温度ＴＨＣＭ）を制御する湿度センサの温度制御装置１であって、センサ素子１９ａを加熱するためのヒータ２１と、センサ素子の温度ＴＨＣＭを検出する温度検出手段（温度センサ２０）と、内燃機関２の運転中、検出されたセンサ素子の温度ＴＨＣＭが第１の所定温度＃Ｔｒｅｆ１になるようにヒータ２１を制御するとともに、センサ素子の温度ＴＨＣＭが第１の所定温度＃Ｔｒｅｆ１よりも低い第２の所定温度＃Ｔｒｅｆ２よりも低いときには、第１の所定温度＃Ｔｒｅｆ１を基準とする制御の場合よりも小さな加熱量でヒータ２１を制御するヒータ制御手段（ＥＣＵ３）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、内燃機関が運転中のときに、湿度センサのセンサ素子の実際の温度が第１の所定温度になるように、センサ素子がヒータによって加熱される。それにより、内燃機関の運転中、センサ素子の温度が高温に保たれるので、排気ガス中の不純物がセンサ素子に付着するのを防止できる。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、センサ素子の温度が第２の所定温度よりも低いときには、第１の所定温度を基準とする制御の場合よりも小さな加熱量でヒータを制御する。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の湿度センサの温度制御装置１において、ヒータ２１は、その加熱量が通電量（通電デューティ比ＤＵＴＹ）により可変に構成され、ヒータ制御手段は、センサ素子の温度ＴＨＣＭが第１の所定温度＃Ｔｒｅｆ１になるように、ヒータへ２１の通電量ＤＵＴＹをフィードバック制御することを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、センサ素子の実際の温度が第１の所定温度になるように、フィードバック制御されるので、ヒータの消費電力を最小限に抑制しながら、請求項１による作用を得ることができる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１または２の湿度センサの温度制御装置１において、湿度センサの検出結果に基づいて、湿度センサの特性変化の度合を表す特性変化パラメータを算出する特性変化パラメータ算出手段をさらに備え、ヒータ制御手段は、特性変化パラメータ算出手段による特性変化パラメータの算出中に、センサ素子の温度が第２の所定温度よりも低い第４の所定温度以下になるように、前記ヒータを制御することを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、特性変化パラメータを算出しているときには、センサ素子の温度が第２の所定温度よりも低い第４の所定温度以下になるように、ヒータを制御する。それにより、センサ素子をその特性変化を良好に表す温度に制御した状態で、湿度センサの検出結果を得ることができるので、それに基づいて湿度センサの特性変化パラメータを適正に求めることができる。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項３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、算出された特性変化パラメータが所定値よりも大きいときに、センサ素子の温度が第１の所定温度よりも高い第３の所定温度以上になるように、ヒータを制御することを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、湿度センサの特性変化が大きいときに、センサ素子の温度が第１の所定温度よりも高い第３の所定温度になるように、ヒータを制御する。したがって、湿度センサの特性変化が大きくなった原因がセンサ素子への排気ガス中の不純物の付着による場合には、この不純物をより高い第３の所定温度で除去することができるので、湿度センサの特性を元の状態に戻すことができ、それにより、湿度センサの検出精度を回復させることができる。
【００１７】
【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を用いた内燃機関（以下「エンジン」という）２を示している。同図に示すように、この制御装置１は、ＥＣＵ３（ヒータ制御手段、特性変化パラメータ算出手段）を備えており、このＥＣＵ３は、後述するような制御処理を実行する。
【００１８】
エンジン２の排気管４（排気通路）の途中には、排気ガスを浄化するために、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。
【００１９】
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１０とを備えている。
【００２０】
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分かれており、上側の開口部９ａは、排気管３のメイン排気通路１１に連通している。一方、下側の開口部９ｂおよびケース９の下流端部の内面には、バイパス排気管１２が気密状態で接続されており、下側の開口部９ｂは、このバイパス排気管１２の内部のスペースであるバイパス排気通路１３に連通している。また、バイパス排気管１２の下流端寄りの所定位置には、長孔状の複数（例えば５個）の連通孔１２ａが、互いに周方向に等間隔で形成されており、これらの連通孔１２ａを介して、ケース９内のメイン排気通路１１およびバイパス排気通路１３の下流端部同士が連通している。
【００２１】
吸着材１０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１５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。
【００２２】
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１６と、この連結管１６内に設けられ、排気通路をメイン排気通路１１側とバイパス排気通路１３側とに切り替えるための切替バルブ１７とを有している。また、この切替バルブ１７の切り替えは、ＥＣＵ３により駆動される切替バルブ駆動制御装置１８（図１参照）によって制御される。
【００２３】
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１７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排気通路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、バイパス排気通路１３に導かれて流れ、炭化水素および水分が吸着材１０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１７が図２の実線位置に回転駆動されることによって、メイン排気通路１１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内のメイン排気通路１１に導かれて流れ、バイパス排気管１２の下流端部の連通孔１２ａを介して、バイパス排気管１２内に流入し、更に下流側へ流れて外部に排出される。
【００２４】
また、上記炭化水素吸着装置７よりも下流側には、吸着材１０の劣化を判定するために排気ガスの湿度を検出する湿度センサ１９が配置されている。この湿度センサ１９のセンサ素子１９ａ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、排気ガスの湿度が検出され、ＥＣＵ３に出力される。したがって、この検出値ＶＲＨＵＭは、湿度が高いほどより低い値を示す。
【００２５】
また、湿度センサ１９には、ラベル抵抗素子（図示せず）が組み込まれており、このラベル抵抗素子は、湿度センサ１９の個体毎にあらかじめ実測された出力特性に応じて選択された抵抗値ＬＢＬＲを有している。この抵抗値ＬＢＬＲはＥＣＵ３によって読み取られ、それにより、湿度センサ１９の出力特性を知ることができる。センサ素子１９ａの近傍には、サーミスタ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１９ａ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ＥＣＵ３に出力する。また、この湿度センサ１９の近傍には、センサ素子１９ａを加熱するためのヒータ２１が設けられている。このヒータ２１による加熱量は、ヒータ２１への通電デューティ比ＤＵＴＹ（通電量）がＥＣＵ３で制御されることによって、制御される。なお、図１および２では、説明の便宜上、ヒータ２１とセンサ素子１９ａを別体に示しているが、実際には、ヒータ２１は、センサ素子１９ａを直接加熱するように構成されている。また、温度センサ２０は、センサ素子１９ａと一体的に形成してもよく、センサ素子１９ａの抵抗変化に基づいてセンサ素子温度ＴＨＣＭを検出するようにしてもよい。さらに、センサ素子１９ａの温度を、温度センサ２０によって検出するのに代えて、エンジン２の運転状態などに応じて演算により推定してもよい。
【００２６】
排気管４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）２２が配置されている。このＬＡＦセンサ２２は、排気ガスの酸素濃度（空燃比）をリニアに検出し、ＥＣＵ３に出力するものであり、その検出値ＫＡＣＴは、空燃比の逆数に比例する当量比として表され、理論空燃比のときに値１．０に、理論空燃比よりもリーン側であるときに値１．０よりも小さな値にそれぞれ設定される。
【００２７】
また、ＥＣＵ３には、警告ランプ２３が接続されており、ＥＣＵ３は、湿度センサ１９が故障していると判定したときに、その旨を運転者に知らせるべく、この警告ランプ２３を点灯させる。
【００２８】
ＥＣＵ３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。このＣＰＵは、各種センサからの検出信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、湿度センサ１９の温度を制御するためのヒータ制御処理を、以下のように実行する。
【００２９】
図３は、このヒータ制御処理のメインルーチンを示すフローチャートである。この処理は、所定時間（例えば１００ｍｓ）ごとに実行される。まず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、実行条件成立フラグＦ＿ＳＣＡＬが「１」であるか否かを判別する。後述するように、この実行条件成立フラグＦ＿ＳＣＡＬは、センサＣＡＬモードの実行条件が成立したときに、「１」にセットされるものである。この答がＹＥＳで、センサＣＡＬモードの実行条件が成立しているときには、ステップ２において、ヒータ制御モードとして、センサＣＡＬモードを実行し、次のステップへ進む。このセンサＣＡＬモード処理は、湿度センサ１９の特性変化の度合を表す補正量ＣＯＲ＿ＴＭＴＲＳ（特性変化パラメータ）の算出などを行うものであり、その詳細については後述する。
【００３０】
前記ステップ１の答がＮＯで、センサＣＡＬモードの実行条件が成立していないときには、温度センサ２０によって検出されたセンサ素子温度ＴＨＣＭが第２の所定温度＃Ｔｒｅｆ２（例えば７０℃）よりも大きいか否かを判別する（ステップ３）。この答がＮＯのときには、センサ素子１９ａが、結露が生じるような低温状態にあるとして、次のステップ４において、ヒータ制御モードとして、結露解消モードを実行し、本プログラムを終了する。
【００３１】
図４は、この結露解消モード処理のサブルーチンを示す。この処理では、ヒータ２１への通電デューティ比ＤＵＴＹを所定値Ｄｔｙ＿ｓｔ（例えば４０％）に設定する（ステップ１０）。このように、センサ素子１９ａの温度ＴＨＣＭが、結露が生じるような低温状態のときには、通電量ＤＵＴＹを比較的低い値に設定し、小さな加熱量でセンサ素子１９ａを加熱する。
【００３２】
一方、前記ステップ３の答がＹＥＳで、ＴＨＣＭ＞＃Ｔｒｅｆ２のときには、センサ素子１９ａに結露が生じていないとして、ヒータ制御モードとして、通常運転中モードを実行する（ステップ５）。そして、前記ステップ２または５に続くステップ６において、ヒータ２１のフィードバック制御処理（以下「ヒータＦ／Ｂ制御処理」という）を実行し、本プログラムを終了する。このヒータＦ／Ｂ制御処理については後述する。
【００３３】
図５は、図３のステップ２のセンサＣＡＬモードの実行条件が成立しているか否かを判定する処理を示している。この処理は、エンジン２の始動時に１回のみ実行される。まずステップ２０では、センサＣＡＬモード要求フラグＦ＿ＳＣＡＬ＿ＮＥＸＴが「１」であるか否かを判別する。このセンサＣＡＬモード要求フラグＦ＿ＳＣＡＬ＿ＮＥＸＴは、後述する高温回復モード処理が前回の運転時に実行されたときに、「１」にセットされるものである。
【００３４】
この答がＹＥＳで、前回運転時に高温回復モードが実行されたときには、センサＣＡＬモードの実行条件が成立しているとして、実行条件成立フラグＦ＿ＳＣＡＬを「１」にセットする（ステップ２１）とともに、運転回数カウンタＣ＿ＴＲＩＰを値０にリセットし（ステップ２２）、本プログラムを終了する。
【００３５】
一方、前記ステップ２０の答がＮＯで、前回運転時に高温回復モード処理が実行されていなかったときには、運転回数カウンタＣ＿ＴＲＩＰをインクリメントし（ステップ２３）、この運転回数カウンタＣ＿ＴＲＩＰの値が所定回数Ｓｃａｌ＿ｒｅｆ（例えば３０）以上であるか否かを判別する（ステップ２４）。この答がＮＯ、すなわちセンサＣＡＬモード処理を実行していない運転回数が所定回数Ｓｃａｌ＿ｒｅｆに満たないときには、そのまま本プログラムを終了する。
【００３６】
一方、このステップ２４の答がＹＥＳ、すなわちセンサＣＡＬモードを所定回数の運転期間分、連続して実行していないときには、センサＣＡＬの実行条件が成立しているとして、前記ステップ２１、２２に進み、本プログラムを終了する。以上のように、このセンサＣＡＬモードは、高温回復モード処理が前回運転時に実行された場合、または連続して所定回数実行されなかった場合に実行される。
【００３７】
図６は、図３のステップ２のセンサＣＡＬモード処理のサブルーチンを示す。この処理は、湿度センサ１９の検出結果に基づいて、その特性変化の度合を表す補正量ＣＯＲ＿ＴＭＴＲＳを算出するとともに、この補正量ＣＯＲ＿ＴＭＴＲＳに基づいて湿度センサ１９の劣化を判定するものである。この処理は、エンジン２の運転開始直後のアイドル運転状態において、所定時間（例えば１００ｍｓ）ごとに実行される。
【００３８】
まず、ステップ３０において、補正量算出処理を実行する。図７は、この補正量算出処理のサブルーチンを示している。この処理は、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の運転開始時からある程度、時間が経過すると、吸着材１０に吸着された水分が飽和することで、吸着材１０の下流側の湿度が増加するのに伴い、湿度センサ１９の検出値ＶＲＨＵＭが単調的に減少する。また、湿度センサ１９は、劣化すると、その検出値ＶＲＨＵＭの減少の開始タイミングが遅くなるとともに、その減少の傾きが緩くなるという特性を有する。したがって、この特性変化に基づいて算出された補正量ＣＯＲ＿ＴＭＴＲＳは、湿度センサ１９の特性変化を表す。
【００３９】
この処理ではまず、ステップ５０において、始動後タイマＴＭの値を所定値ΔＴＭだけ増加させた後、補正量算出許可フラグＦ＿ＲＳＴが「０」であるか否かを判別する（ステップ５１）。この始動後タイマＴＭおよび補正量算出許可フラグＦ＿ＲＳＴは、エンジン２の始動時に「０」にリセットされるものである。したがって、エンジン２の始動直後には、この答がＹＥＳとなるので、そのときには、湿度センサ１９の検出値ＶＲＨＵＭがその前回値ＶＲＨＵＭ＿ＰＲＥよりも大きいか否かを判別する（ステップ５２）。この答がＹＥＳで、ＶＲＨＵＭ＞ＶＲＨＵＭ＿ＰＲＥのときには、検出値ＶＲＨＵＭを最大検出値ＶＲＨＵＭ＿ＭＡＸとして設定し（ステップ５３）、次のステップ５４へ進む。
【００４０】
一方、前記ステップ５２の答がＮＯで、ＶＲＨＵＭ≦ＶＲＨＵＭ＿ＰＲＥのときには、ステップ５４に直接進み、検出値ＶＲＨＵＭをその前回値ＶＲＨＵＭ＿ＰＲＥとして設定する。以上の処理から明らかなように、この最大検出値ＶＲＨＵＭ＿ＭＡＸは、エンジン２の始動後における検出値ＶＲＨＵＭの最大値を示しており、すなわち湿度センサ１９で検出された相対湿度の最小値に相当する。次いで、検出値ＶＲＨＵＭが、最大検出値ＶＲＨＵＭ＿ＭＡＸから所定値ＶＲＨＵＭ＿ＪＵＤを減算した値よりも小さいか否かを判別する（ステップ５５）。
【００４１】
この答がＮＯで、ＶＲＨＵＭ≧（ＶＲＨＵＭ＿ＭＡＸ−ＶＲＨＵＭ＿ＪＵＤ）のときには、検出値ＶＲＨＵＭがまだ安定した減少状態になっていないとして、本プログラムを終了する。一方、この答がＹＥＳのときには、検出値ＶＲＨＵＭが安定した減少状態になり、すなわち相対湿度が立ち上がったとして、始動後タイマＴＭの値が第１所定値ＴＭ＿ＳＨよりも小さいか否かを判別する（ステップ５６）。この第１所定値ＴＭ＿ＳＨは、前述したラベル抵抗素子の抵抗値ＬＢＬＲに応じて設定される。
【００４２】
この答がＮＯで、ＴＭ≧ＴＭ＿ＳＨのとき、すなわちエンジン２の始動後、第１所定値ＴＭ＿ＳＨに相当する所定時間がすでに経過しているときには、検出値ＶＲＨＵＭの減少の開始タイミングが遅すぎるために補正量ＣＯＲ＿ＴＭＴＲＳを適正に算出することができないとして、そのまま本プログラムを終了する。
【００４３】
一方、このステップ５６の答がＹＥＳのときには、補正量ＣＯＲ＿ＴＭＴＲＳの算出を適正に行えるとして、補正量算出許可フラグＦ＿ＲＳＴを「１」にセットし（ステップ５７）、本プログラムを終了する。
【００４４】
このようにステップ５７が実行された後には、前記ステップ５１の答がＮＯになるので、そのときには、始動後タイマＴＭの値が第２所定値ＴＭＶＲ＿ＴＳＨ以上であるか否かを判別する（ステップ５８）。この第２所定値ＴＭＶＲ＿ＴＳＨもまた、ラベル抵抗素子の抵抗値ＬＢＬＲに応じて設定される。この答がＮＯで、ＴＭ＜ＴＭＶＲ＿ＴＳＨのときには、そのまま本プログラムを終了する。
【００４５】
この答がＹＥＳで、ＴＭ≧ＴＭＶＲ＿ＴＳＨのとき、すなわちエンジン２の始動後、第２所定値ＴＭＶＲ＿ＴＳＨに相当する所定時間が経過しときには、そのときの検出値ＶＲＨＵＭから所定値ＶＲＨＵＭ＿ＩＮＩを減算した値を、パラメータＶＲＨＵＭＣＨとして設定する（ステップ５９）。この所定値ＶＲＨＵＭ＿ＩＮＩは、湿度センサ１９が新品状態である場合において、エンジン２の始動後、上記所定時間が経過したときに、湿度センサ１９が示すべき検出値に相当し、したがって、ステップ５９で算出されるパラメータＶＲＨＵＭＣＨの値は、湿度センサ１９の特性変化の度合を表す。
【００４６】
次に、ステップ６０において算出したパラメータＶＲＨＵＭＣＨに基づき、図示しないテーブルを検索し、補正量ＣＯＲ＿ＴＭＴＲＳを求め、本プログラムを終了する。このテーブルにおいて、補正量ＣＯＲ＿ＴＭＴＲＳは、パラメータＶＲＨＵＭＣＨが大きいほど、より大きな値に設定されている。すなわち、湿度センサ１９の特性変化の度合が大きいほど、補正量ＣＯＲ＿ＴＭＴＲＳはより大きな値を示す。
【００４７】
図６に戻り、前記ステップ３０に続くステップ３１では、ステップ３０の補正量算出処理が終了しているか否かを判別する。この答がＮＯのときには、センサ素子温度ＴＨＣＭの目標温度ＴＨＣＭ＿ＯＢＪを、前記第２の所定温度＃Ｔｒｅｆ２よりも低い第４の所定温度＃Ｔｒｅｆ４（例えば５０℃）に設定し（ステップ３２）、本プログラムを終了する。これにより、補正量算出処理の実行中に、目標温度ＴＨＣＭ＿ＯＢＪを目標値として、図３のステップ６でヒータ２１の通電デューティ比ＤＵＴＹがＦ／Ｂ制御されることで、センサ素子温度ＴＨＣＭが第４の所定温度＃Ｔｒｅｆ４に制御される。
【００４８】
一方、前記ステップ３１の答がＹＥＳで、補正量算出処理が終了しているときには、算出した補正量ＣＯＲ＿ＴＭＴＲＳが所定の判定値Ｃａｌ＿ｒｅｆよりも大きいか否かを判別する（ステップ３３）。
【００４９】
この答がＹＥＳで、ＣＯＲ＿ＴＭＴＲＳ＞Ｃａｌ＿ｒｅｆのときには、湿度センサ１９の特性変化が大きく、不純物のセンサ素子１９ａへの付着などによって湿度センサ１９が劣化している可能性があるとして、これを解消するために高温回復モードを実行すべく、高温回復モード実行許可フラグＦ＿ＨＣＨを「１」にセットし（ステップ３４）、その実行回数をカウントするカウンタＣ＿ＨＣＨをインクリメントする（ステップ３５）。この高温回復モードは、センサ素子１９ａをヒータ２１で極めて高温状態で加熱し、付着した不純物を除去することによって、湿度センサ１９の検出精度の回復を図るものである。その詳細については後述する。次いで、このカウンタＣ＿ＨＣＨの値が所定値Ｃ＿ｈｕｍｆ（例えば３）よりも大きいか否かを判別する（ステップ３６）。
【００５０】
このステップ３６の答がＮＯで、高温回復モードの実行回数が所定回数以下のときには、高温回復モードを行うことで湿度センサ１９の検出精度が回復する見込みがあるとして、ステップ３８において、前述した実行条件成立フラグＦ＿ＳＣＡＬを「０」にリセットするとともに、前記ステップ３２を実行し、本プログラムを終了する。
【００５１】
前記ステップ３６の答がＹＥＳで、高温回復モードを連続して所定回数行っても、補正量ＣＯＲ＿ＴＭＴＲＳが判定値Ｃａｌ＿ｒｅｆよりも大きい状態が解消されないときには、湿度センサ１９の特性変化が大きく、正常な状態への回復が不能であり、湿度センサ１９が故障したと判定し（ステップ３７）、前記ステップ３８以降へ進む。これに伴い、湿度センサ１９の故障を示す警告ランプ２３が点灯される。
【００５２】
一方、前記ステップ３３の答がＮＯで、ＣＯＲ＿ＴＭＴＲＳ≦Ｃａｌ＿ｒｅｆのときには、湿度センサ１９の特性変化が小さく、高温回復モードを実行する必要がないとして、高温回復モード実行許可フラグＦ＿ＨＣＨを「０」にセットし（ステップ３９）、カウンタＣ＿ＨＣＨを値０にリセットする（ステップ４０）とともに、湿度センサ１９が正常であると判定する（ステップ４１）。その後、前記ステップ３８および３２を実行し、本プログラムを終了する。
【００５３】
図８は、図３のステップ５で実行される通常運転中モード処理のサブルーチンを示す。まず、ステップ７０において、高温回復モード実行許可フラグＦ＿ＨＣＨが「１」であるか否かを判別する。この答がＮＯで、高温回復モードの実行が許可されていないときには、目標温度ＴＨＣＭ＿ＯＢＪを前記第２の所定温度＃Ｔｒｅｆよりも高い第１の所定温度＃Ｔｒｅｆ１（例えば６００℃）に設定することで、常時通電モードを実行し（ステップ７１）、本プログラムを終了する。
【００５４】
一方、前記ステップ７０の答がＹＥＳで、高温回復モードの実行が許可されているときには、ディレイタイマＤＬＹ＿ＨＣＨをデクリメントし（ステップ７２）、次に、ディレイタイマＤＬＹ＿ＨＣＨの値が０以下であるか否かを判別する（ステップ７３）。このディレイタイマＤＬＹ＿ＨＣＨは、通常運転中モードの開始時に所定値（例えば３００秒相当）にセットされる。
【００５５】
この答がＮＯで、通常運転中モードの開始から所定時間が経過していないときには、前記ステップ７１を実行することで常時通電モードを継続し、本プログラムを終了する。
【００５６】
前記ステップ７３の答がＹＥＳで、通常運転中モードの開始から所定時間が経過したときには、続くステップ７４における判別結果にかかわらず、ステップ７５において高温回復モードを実行する。そして、ＬＡＦセンサ２２によって検出された検出値ＫＡＣＴが所定値ＫＡＣＴＬ（例えば０．９５）よりも小さいか否かを判別する（ステップ７４）。
【００５７】
この答がＮＯで、湿度センサ１９の雰囲気がリーン状態でないときには、ただちに前記ステップ７５に進み、目標温度ＴＨＣＭ＿ＯＢＪを第１の所定温度＃Ｔｒｅｆ１よりも高い第３の所定温度＃Ｔｒｅｆ３（例えば９００℃）に設定することで、高温回復モードを実行し（ステップ７５）、本プログラムを終了する。以上のように、常時通電モードから高温回復モードへの移行時に、ディレイ時間を設けることにより、センサ素子温度ＴＨＣＭを常時通電モードにより確実に上昇させた後に、高温回復モードに移行させることができ、センサ素子１９ａの負担を軽減することができる。
【００５８】
前記ステップ７４の答がＹＥＳで、湿度センサ１９の雰囲気がリーン状態であるときには、カウンタＣＨＣをデクリメントする（ステップ７６）とともに、その値が０以下であるか否かを判別する（ステップ７７）。このカウンタＣＨＣは、通常運転中モード開始時に所定値（例えば６０秒相当）に設定される。
【００５９】
この答がＮＯのときには、ステップ７５を実行することで、高温回復モードを継続し、本プログラムを終了する。
【００６０】
一方、前記ステップ７７の答がＹＥＳのとき、すなわち湿度センサ１９の雰囲気がリーン状態での高温回復モードの実行積算時間が所定時間に達したときには、高温回復モードが酸化状態で十分行われたとして、高温回復モードを終了すべく、高温回復モード実行許可フラグＦ＿ＨＣＨを「０」にリセットする（ステップ７８）とともに、センサＣＡＬモード要求フラグＦ＿ＳＣＡＬ＿ＮＥＸＴを「１」にセットした（ステップ７９）後、前記ステップ７５を実行し、本プログラムを終了する。このステップ７８の実行により、次回のループ時には、前記ステップ７０の答がＮＯとなることで、高温回復モードから常時通電モードに移行する。また、ステップ７９の実行により、次回の運転時に図５のステップ２０の答がＹＥＳとなることで、センサＣＡＬモードが実行される。
【００６１】
図９は、図３のステップ６で実行されるヒータＦ／Ｂ制御処理のサブルーチンを示す。まず、ステップ８０では、目標温度ＴＨＣＭ＿ＯＢＪに応じ、図示しないテーブルを検索し、通電デューティ比ＤＵＴＹの基本値Ｄｔｙ＿ｆｆを求める。このテーブルでは、基本値Ｄｔｙ＿ｆｆは、目標温度ＴＨＣＭ＿ＯＢＪが大きいほど、より大きな値に設定されている。
【００６２】
次いで、ステップ８１において、目標温度ＴＨＣＭ＿ＯＢＪとセンサ素子温度ＴＨＣＭとの偏差ｅ（ｎ）を算出する。次に、この偏差ｅ（ｎ）の積算値ｓｉｇ＿ｅ（ｎ）を、その前回値ｓｉｇ＿ｅ（ｎ−１）に今回の偏差ｅ（ｎ）を加算することによって求める（ステップ８２）とともに、偏差ｅ（ｎ）からその前回値ｅ（ｎ−１）を減算することによって、偏差の変化量ｄｉｆ＿ｅ（ｎ）を求める（ステップ８３）。
【００６３】
次に、通電デューティ比ＤＵＴＹのＦ／Ｂ制御項ＤＵＴＹ＿ＦＢを、次式によって算出する（ステップ８４）。
0003847162.tif 000002
ここで、Ｋｐ、ＫｉおよびＫｄは、それぞれＰ項ゲイン、Ｉ項ゲインおよびＤ項ゲインである。
【００６４】
そして、ステップ８０で求めた基本値Ｄｔｙ＿ｆｆにＦ／Ｂ制御項ＤＵＴＹ＿ＦＢを加算した値を、通電デューティ比ＤＵＴＹとして設定し（ステップ８５）、本プログラムを終了する。
【００６５】
図１０および図１１は、これまでに説明したヒータ制御処理によって得られる２つの動作例を示している。このうち、図１０は、前回の運転時に高温回復モードの実行が許可され（Ｆ＿ＨＣＨ＝１）、かつ始動時にセンサＣＡＬモードの実行条件が成立していない（Ｆ＿ＳＣＡＬ＝０）場合の例である。同図に示すように、エンジン２が始動され（時刻ｔ０）、そのときのセンサ素子温度ＴＨＣＭが第２の所定温度＃Ｔｒｅｆ２以下のときには、ヒータ制御モードが結露解消モードに設定され（図３のステップ４）、ヒータ２１の通電デューティ比ＤＵＴＹが小さな所定値Ｄｔｙ＿ｓｔに設定される。そして、センサ素子温度ＴＨＣＭが第２の所定温度＃Ｔｒｅｆ２を上回ったとき（時刻ｔ１）に、ヒータ制御モードが通常運転中モードのうちの常時通電モードに切り替えられる（図３のステップ５）とともに、ディレイタイマＤＬＹ＿ＨＣＨがセットされる。この常時通電モードでは、目標温度ＴＨＣＭ＿ＯＢＪを第１の所定温度＃Ｔｒｅｆ１とする通電デューティ比ＤＵＴＹのＦ／Ｂ制御が行われることによって、センサ素子温度ＴＨＣＭが第１の所定温度＃Ｔｒｅｆ１に制御される。
【００６６】
常時通電モードへの移行後、所定時間が経過すると（時刻ｔ２）、ディレイタイマＤＬＹ＿ＨＣＨの値が０になることで、ヒータ制御モードが高温回復モードに切り替えられる。この高温回復モードでは、目標温度ＴＨＣＭ＿ＯＢＪを常時通電モード時よりも高い第３の所定温度Ｔｒｅｆ３とする通電デューティ比ＤＵＴＹのＦ／Ｂ制御が行われることによって、センサ素子温度ＴＨＣＭが第３の所定温度＃Ｔｒｅｆ３に制御される。そして、湿度センサ１９の雰囲気がリーン状態での高温回復モードの実行積算時間が所定時間に達したとき（時刻ｔ３）に、ヒータ制御モードが常時通電モードに再び切り替えられる。また、この切り替え時に、高温回復モード実行許可フラグＦ＿ＨＣＨが「０」にリセットされるとともに、センサＣＡＬモード要求フラグＦ＿ＳＣＡＬ＿ＮＥＸＴが「１」にセットされる。
【００６７】
図１１は、センサＣＡＬモードの実行条件が成立している場合の動作例である。すなわち、この場合には、エンジン２の始動後、ヒータ制御モードがセンサＣＡＬモードに設定される（図３のステップ２）。このセンサＣＡＬモードでは、目標温度ＴＨＣＭ＿ＯＢＪを最も低い第４の所定温度＃Ｔｒｅｆ４とする通電デューティ比ＤＵＴＹのＦ／Ｂ制御が行われることによって、センサ素子温度ＴＨＣＭが第４の所定温度＃Ｔｒｅｆ４に制御され、そのような温度状態で、補正量ＣＯＲ＿ＴＭＴＲＳの算出などが行われる。そして、このセンサＣＡＬモードの終了時（時刻ｔ４）に、実行条件成立フラグＦ＿ＳＣＡＬが「０」にリセットされるとともに、算出した補正量ＣＯＲ＿ＴＭＴＲＳの値に応じて、高温回復モード実行許可フラグＦ＿ＨＣＨが「１」または「０」にセットされる。この例は後者の例である。
【００６８】
また、センサＣＡＬモードの終了時におけるセンサ素子温度ＴＨＣＭが第２の所定温度＃Ｔｒｅｆ２以下のときには、ヒータ制御モードが結露解消モードに切り替えられ、その後、センサ素子温度ＴＨＣＭが第２の所定温度＃Ｔｒｅｆ２を上回ったとき（時刻ｔ５）に、ヒータ制御モードが常時通電モードに切り替えられる。この例では、高温回復モード実行許可フラグＦ＿ＨＣＨが「０」にセットされているため、図１０の場合と異なり、高温回復モードは実行されず、常時通電モードのみが継続して実行される。
【００６９】
以上のように、本実施形態によれば、エンジン２が運転中のときに、センサ素子温度ＴＨＣＭを第１の所定温度＃Ｔｒｅｆ１になるようにＦ／Ｂ制御する。したがって、エンジン２の運転中、ヒータ２１の消費電力を最小限に抑制しながら、センサ素子温度ＴＨＣＭを高温に保つことによって、排気ガス中の不純物がセンサ素子１９ａに付着するのを防止できる。それにより、湿度センサ１９の検出精度を良好に保つことができる。
【００７０】
また、センサ素子温度ＴＨＣＭが第２の所定温度＃Ｔｒｅｆ２よりも低く、結露が生じている可能性があるときには、結露解消モードの実行によって、通常運転中モードよりも小さな通電デューティ比ＤＵＴＹでヒータ２１を制御する。その結果、センサ素子温度ＴＨＣＭ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１９ａ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。
【００７１】
さらに、センサＣＡＬモードの実行時には、センサ素子温度ＴＨＣＭを最も低い第４の所定温度＃Ｔｒｅｆ４にＦ／Ｂ制御するので、センサ素子１９ａをその特性変化を良好に表す温度に収束させた状態で、湿度センサ１９の検出結果を得ることができ、したがって、その検出結果に基づいて補正量ＣＯＲ＿ＴＭＴＲＳを適正に求めることができる。
【００７２】
それに加えて、補正量ＣＯＲ＿ＴＭＴＲＳが大きいとき、すなわち湿度センサ１９の特性変化が大きいときに、高温回復モードを実行することで、センサ素子温度ＴＨＣＭを、最も高い第３の所定温度＃Ｔｒｅｆ３になるようにＦ／Ｂ制御する。したがって、補正量ＣＯＲ＿ＴＭＴＲＳが大きくなった原因がセンサ素子１９ａへの排気ガス中の不純物の付着による場合には、ヒータ２１の消費電力を最小限に抑制しながら、この不純物を高温状態で除去できるので、湿度センサ１９の特性を元の状態に戻すことができ、それにより、湿度センサ１９の検出精度を回復させることができる。
【００７３】
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、実施形態で示した第１〜第４の所定温度＃Ｔｒｅｆ１〜４の値はあくまでも例示であり、それぞれの目的が達成できる限り、他の値を採用することが可能である。特に、第１の所定温度＃Ｔｒｅｆ１については、一般に高温側に設定するほど、センサ素子１９ａへの不純物の付着を防止できる一方で、ヒータ２１の消費電力は大きくなるので、両者がバランス良く得られる最適値を、例えば３００〜８００℃の範囲から実験などによって求めるのがよい。また、第３の所定温度＃Ｔｒｅｆ３については、センサ素子温度ＴＨＣＭを第１の所定温度＃Ｔｒｅｆ１に保持しても付着してしまう不純物を除去するのが目的であるため、第１の所定温度＃Ｔｒｅｆ１よりも高いという条件で、例えば６００〜１０００℃の範囲から最適値を同様に求めるのがよい。
【００７４】
また、図２に示した湿度センサ１９を含む炭化水素吸着装置７も例示であり、本発明は、他の構成の炭化水素吸着装置に設けられた湿度センサに適用してもよいことはもちろんである。図１２はその一例を示しており、この炭化水素吸着装置７では、湿度センサ１９が吸着材１０の上流側に配置され、その付近に温度センサ２０およびヒータ２１が設けられている。また、吸着材１０の劣化判定は、エンジン２の運転停止後、切替バルブ１７でバイパス排気通路１３を閉じた状態で検出された湿度センサ１９の検出結果に基づいて行われる。すなわち、エンジン２の運転停止後、吸着材１０の温度が低下して吸着能力を回復するのに伴い、切替バルブ１７との間に閉じられた空間の湿度が低下するという特性に基づき、そのときに得られた湿度センサ１９の検出結果に基づいて、吸着材１０の劣化が判定される。本発明は、このような湿度センサ１９の温度制御にも、同様に適用できる。
【００７５】
【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、センサ素子に不純物が付着するのを防止することができ、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用い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】ヒータ制御処理のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図４】図３のステップ４の結露解消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５】センサＣＡＬモードの実行条件判定処理を示すフローチャートである。
【図６】図３のステップ２のセンサＣＡＬ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７】図６のステップ３０の補正量算出処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図８】図３のステップ５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９】図３のステップ６のヒータＦ／Ｂ制御処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】高温回復モードの実行が許可され、かつセンサＣＡＬモードの実行条件が成立していない場合の動作例を示すタイミングチャートである。
【図１１】センサＣＡＬモードの実行条件が成立していない場合の動作例を示すタイミングチャートである。
【図１２】湿度センサを吸着材の上流側に取り付けた炭化水素吸着装置を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
１  温度制御装置
２  エンジン（内燃機関）
３  ＥＣＵ（ヒータ制御手段、特性変化パラメータ算出手段）
１９  湿度センサ
１９ａ  センサ素子
２０  温度センサ（温度検出手段）
２１  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
ＤＵＴＹ  通電デューティ比（通電量）
＃Ｔｒｅｆ２  第２の所定温度
ＣＯＲ＿ＴＭＴＲＳ  補正量（特性変化パラメータ）
Ｃａｌ＿ｒｅｆ  所定値
＃Ｔｒｅｆ３  第３の所定温度
＃Ｔｒｅｆ４  第４の所定温度
【図１】
0003847162.tif 000003
【図２】
0003847162.tif 000004
【図３】
0003847162.tif 000005
【図４】
0003847162.tif 000006
【図５】
0003847162.tif 000007
【図６】
0003847162.tif 000008
【図７】
0003847162.tif 000009
【図８】
0003847162.tif 000010
【図９】
0003847162.tif 000011
【図１０】
0003847162.tif 000012
【図１１】
0003847162.tif 000013
【図１２】
0003847162.tif 000014