ガス濃度検出装置
【課題】エンジン運転状態による活性判定バラツキを低減することが可能なガス濃度検出装置を提供する。
【解決手段】イグニッションＯＮ時に、前回通電ＯＦＦからの経過時間が基準値より長い場合には、ＮＯｘセンサへの通電をＯＮにし（ステップ１０６）、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点を特定し（ステップ１０８）、変曲点に関する学習値をＥＣＵ内に取り込む（ステップ１１０）。経過時間が基準値未満である場合には、所定時間α経過後のＮＯｘセンサセル出力Ｎ（α）が基準値Ｎ１以上であれば、変曲点を特定し（ステップ１０８）、変曲点に関する学習値を取り込む（ステップ１１０）。
【解決手段】イグニッションＯＮ時に、前回通電ＯＦＦからの経過時間が基準値より長い場合には、ＮＯｘセンサへの通電をＯＮにし（ステップ１０６）、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点を特定し（ステップ１０８）、変曲点に関する学習値をＥＣＵ内に取り込む（ステップ１１０）。経過時間が基準値未満である場合には、所定時間α経過後のＮＯｘセンサセル出力Ｎ（α）が基準値Ｎ１以上であれば、変曲点を特定し（ステップ１０８）、変曲点に関する学習値を取り込む（ステップ１１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンから排出される排ガス中の特定ガス成分の濃度を検出するガス濃度検出装置に係り、特にＮＯｘセンサセルの活性点（活性判定点）の学習に関する。
【背景技術】
【０００２】
余剰酸素を排出する酸素ポンプセルと、余剰酸素排出後のガス中の特定成分の濃度を検出するセンサセルとを備えたガス濃度検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１のガス濃度検出装置によれば、酸素ポンプセルに流れる電流値に基づいて、センサセルに流れる電流値が補正される。これにより、被検出ガス中の酸素濃度が変化しても高精度に濃度検出を行うことができる。
【０００３】
また、酸素ポンプセルやセンサセルは固体電解質からなる素子を有している。かかる固体電解質からなる素子を用いたガス濃度検出装置では、素子温度を所定の活性温度に加熱する必要がある。素子抵抗（素子インピーダンス）を検出し、検出した素子抵抗と目標値との偏差に基づいてヒータの通電を制御する装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。この特許文献２の装置によれば、ヒータ電力に基づき素子抵抗の目標値を補正することで、素子温度を所望の温度に保持することができる。
【０００４】
また、素子インピーダンスに基づき、ガス濃度センサの活性判定を行う装置が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１１６１８０号公報
【特許文献２】特開２００３−５０２２７号公報
【特許文献３】特開２００４−１７７１７９号公報
【特許文献４】特開平１１−２３７３６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年、エミッション低減のため、ガス濃度センサの早期活性化と共に、精度良く活性判定を行うことが要求されている。
しかしながら、上記特許文献３においてセンサ活性判定の指標とされる素子インピーダンス等は、センサ個体差がある。このため、ガス濃度検知セルによりガス濃度を高精度に検出し始める時期に的確にセンサ活性判定を行うことができない可能性がある。さらに素子インピーダンス等により活性判定すると、エンジン運転状態により活性判定バラツキが生じてしまう可能性がある。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、エンジン運転状態による活性判定バラツキを低減することが可能なガス濃度検出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】
【０００８】
第１の発明は、被測定ガス中の酸素濃度を変化させることが可能な酸素濃度制御手段と、該酸素濃度制御手段により酸素濃度を変化させた後のガスから特定ガス成分の濃度を検知するガス濃度検知セルとを備えたガス濃度検出装置であって、
所定の運転状態で、かつ、前記酸素濃度制御手段により前記ガス濃度検知セルの酸素濃度が所定値以上にされた後に、前記ガス濃度検知セルの酸素濃度が減少する過程で、前記ガス濃度検知セルの出力の変曲点を活性点として特定する変曲点特定手段と、
前記変曲点特定手段により特定された変曲点に関する情報である変曲点学習値を記憶する記憶手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、被測定ガス中の酸素濃度を変化させることが可能な酸素濃度制御手段と、該酸素濃度制御手段により酸素濃度を変化させた後のガスから特定ガス成分の濃度を検知するガス濃度検知セルとを備えたガス濃度検出装置であって、
内燃機関の排気通路のＮＯｘ濃度を推定するＮＯｘ濃度推定手段と、
前記ＮＯｘ濃度推定手段により推定されたＮＯｘ濃度を用いて前記ガス濃度検知セルの出力を補正する補正手段と、
前記内燃機関の始動時、かつ、前記酸素濃度制御手段により前記ガス濃度検知セルの酸素濃度が所定値以上にされた後に、前記ガス濃度検知セルの酸素濃度が減少する過程で、前記補正手段により補正された出力の変曲点を特定する変曲点特定手段と、
前記変曲点特定手段により特定された変曲点に関する情報である変曲点学習値を記憶する記憶手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明は、被測定ガス中の酸素濃度を変化させることが可能な酸素濃度制御手段と、該酸素濃度制御手段により酸素濃度を変化させた後のガスから特定ガス成分の濃度を検知するガス濃度検知セルとを備えたガス濃度検出装置であって、
内燃機関の燃料カット時、かつ、前記酸素濃度制御手段により前記ガス濃度検知セルの酸素濃度が増加せしめられた後に、前記ガス濃度検知セルの酸素濃度が減少する過程で、前記ガス濃度検知セルの出力の変曲点を特定する変曲点特定手段と、
前記変曲点特定手段により特定された変曲点に関する学習値である変曲点学習値を記憶する記憶手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、第４の発明は、被測定ガス中の酸素濃度を変化させることが可能な酸素濃度制御手段と、該酸素濃度制御手段により酸素濃度を変化させた後のガスから特定ガス成分の濃度を検知するガス濃度検知セルとを備えたガス濃度検出装置であって、
内燃機関の排気通路のＮＯｘ濃度を低減するＮＯｘ濃度低減手段と、
前記内燃機関のアイドル時、かつ、前記ＮＯｘ濃度低減手段によりＮＯｘ濃度が低減された後に、前記ガス濃度検知セルの酸素濃度が減少する過程で、前記ガス濃度検知セルの出力の変曲点を特定する変曲点特定手段と、
前記変曲点特定手段により特定された変曲点に関する情報である変曲点学習値を記憶する記憶手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、第５の発明は、第１から第４の何れか１の発明において、
前記記憶手段は、前記変曲点が特定されたときの前記ガス濃度検知セルの出力及び素子温度と相関を有する物性値と、前記変曲点が特定されるまでの時間とをマップとして格納することを特徴とする。
【００１３】
また、第６の発明は、第３の発明において、
前記酸素濃度制御手段は、ヒータへの通電を制御するヒータ制御手段であり、
前記ヒータ制御手段は、通常時に比して燃料カット時の前記ヒータへの通電量を低下させることを特徴とする。
【００１４】
また、第７の発明は、第３の発明において、
電圧印加に伴って被測定ガス中の余剰酸素を排出する酸素ポンプセルを更に備え、
前記酸素濃度制御手段は、前記酸素ポンプセルへの通電を制御する酸素ポンプセル制御手段であり、
前記酸素ポンプセル制御手段は、通常時に比して燃料カット時の前記酸素ポンプセルへの通電量を低下させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
第１の発明では、内燃機関が所定の運転状態で、かつ、酸素濃度制御手段によりガス濃度検知セルの酸素濃度が所定値以上にされた後に、ガス濃度検知セルの酸素濃度が減少する過程で、ガス濃度検知セルの出力の変曲点が活性点として特定される。第１の発明によれば、一般的なセンサ活性（本活性）の判定と異なり、残存酸素の影響を受けることなく特定ガス成分の濃度をガス濃度検知セルにより検出し始める時期をもって、ガス濃度検知セルが活性状態であると判定される。従って、ガス濃度検知セルの活性判定を精度良く行うことができる。さらに、第１の発明では、この変曲点に関する情報である変曲点学習値が記憶される。変曲点学習値を利用することで、内燃機関の運転状態による活性判定バラツキを低減することができる。
【００１６】
第２の発明では、ＮＯｘ濃度の推定値を用いて、ガス濃度検知セル出力が補正される。内燃機関の始動時、かつ、酸素濃度制御手段によりガス濃度検知セルの酸素濃度が所定値以上にされた後に酸素濃度が減少する過程で、補正されたガス濃度検知セル出力の変曲点が活性点として特定される。第２の発明によれば、一般的なセンサ活性（本活性）の判定と異なり、内燃機関の始動時に、残存酸素の影響を受けることなく特定ガス成分の濃度をガス濃度検知セルにより検出し始める時期をもって、ガス濃度検知セルが活性状態であると判定される。さらに、内燃機関の始動時のＮＯｘ濃度の変化の影響を受けることなく、精度良く変曲点を特定することができる。従って、ガス濃度検知セルの活性判定を精度良く行うことができる。さらに、第２の発明では、この変曲点に関する情報である変曲点学習値が記憶される。変曲点学習値を利用することで、内燃機関の運転状態による活性判定バラツキを低減することができる。
【００１７】
第３の発明では、内燃機関の燃料カット時、かつ、酸素濃度制御手段によりガス濃度検知セルの酸素濃度が増加せしめられた後に酸素濃度が減少する過程で、ガス濃度検知セルの出力の変曲点が活性点として特定される。第３の発明によれば、内燃機関の燃料カット時に、残存酸素の影響を受けることなく特定ガス成分の濃度をガス濃度検知セルにより検出し始める時期をもって、ガス濃度検知セルが活性状態であると判定される。従って、ガス濃度検知セルの活性判定を精度良く行うことができる。さらに、第３の発明では、この変曲点に関する情報である変曲点学習値が記憶される。変曲点学習値を利用することで、内燃機関の運転状態による活性判定バラツキを低減することができる。また、燃料カット時も学習可能であるため、学習頻度を確保することができる。
【００１８】
第４の発明では、内燃機関のアイドル時、かつ、ＮＯｘ濃度低減手段によりＮＯｘ濃度が低減された後に、ガス濃度検知セルの酸素濃度が減少する過程で、ガス濃度検知セルの出力の変曲点が活性点として特定される。第４の発明によれば、内燃機関のアイドル時に、残存酸素の影響を受けることなく特定ガス成分の濃度をガス濃度検知セルにより検出し始める時期をもって、ガス濃度検知セルが活性状態であると判定される。さらに、内燃機関のアイドル時のＮＯｘ濃度の変化の影響を受けることなく、精度良く変曲点を特定することができる。従って、ガス濃度検知セルの活性判定を精度良く行うことができる。さらに、第４の発明では、この変曲点に関する情報である変曲点学習値が記憶される。変曲点学習値を利用することで、内燃機関の運転状態による活性判定バラツキを低減することができる。また、アイドル時も学習可能であるため、学習頻度を確保することができる。
【００１９】
第５の発明では、記憶手段により、変曲点が特定されたときのガス濃度検知セルの出力及び素子温度と相関を有する物性値と、変曲点が特定されるまでの時間とがマップとして格納される。変曲点が特定されたときは、物性値のセンサ個体差が最も小さい。よって、かかるマップを学習値として利用することで、内燃機関の運転状態による活性判定バラツキを低減することができる。
【００２０】
第６の発明によれば、通常時に比して燃料カット時のヒータへの通電量を低下させることで、ガス濃度検知セルの酸素濃度を増加させることができる。これにより、燃料カット時も変曲点を特定することができ、学習頻度を確保することができる。
【００２１】
第７の発明によれば、通常時に比して燃料カット時の酸素ポンプセルへの通電量を低下させることで、ガス濃度検知セルの酸素濃度を増加させることができる。これにより、燃料カット時も変曲点を特定することができ、学習頻度を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００２３】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１によるシステムの構成の一例を示す図である。図２は、図１に示すシステムに搭載されるガス濃度検出装置の構成を示す図である。
【００２４】
図１に示すシステムは、エンジン１として、４サイクルのディーゼルエンジン（圧縮着火内燃機関）を備えている。なお、エンジン１は、ガソリンエンジン（火花点火内燃機関）であってもよい。エンジン１の各気筒２のピストンは、クランク機構を介してクランク軸３に連結されている。クランク軸３の近傍には、クランク角度CAを検出するクランク角センサ４が設けられている。
【００２５】
エンジン１の各気筒２には、燃料を筒内に直接噴射するインジェクタ５が設置されている。各インジェクタ５は、共通のコモンレール６に接続されている。このコモンレール６には、サプライポンプ７によって加圧された燃料が蓄えられる。インジェクタ５は、１サイクル中に複数回、任意のタイミングで燃料を筒内に噴射することができる。
【００２６】
エンジン１の吸気ポート８には、吸気バルブ９が設けられている。この吸気バルブ９の開弁特性（開弁時期、リフト量、作用角）は、公知の油圧式もしくは機械式の可変動弁機構（図示せず）により変更可能である。吸気ポート８は、吸気マニホールド１０を介して吸気通路１１に接続されている。吸気通路１１の途中には、スロットル弁１２が設けられている。スロットル弁１２は、スロットルモータ１３により駆動される電子制御式のバルブである。スロットル弁１２は、アクセル開度センサ１５により検出されるアクセル開度AA等に基づいて駆動されるものである。スロットル弁１２の近傍には、スロットル開度TAを検出するスロットル開度センサ１３が設けられている。スロットル弁１２の上流には、吸入空気量Gaを検出するエアフロメータ１６が設けられている。エアフロメータ１６の上流にはエアクリーナ１７が設けられている。
【００２７】
また、エンジン１の排気ポート１８には、排気バルブ１９が設けられている。この排気バルブ１９の開弁特性（開弁時期、リフト量、作用角）は、公知の油圧式もしくは機械式の可変動弁機構（図示せず）により変更可能である。排気ポート１８は、排気マニホールド２０を介して排気通路２１に接続されている。排気通路２１には、選択還元触媒（以下「ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒」という。）２２が設けられている。この選択還元触媒２２の上流には、尿素水タンク２４に蓄えられた尿素水（(NH2)2CO+H2O）を添加する尿素水添加弁２３が設けられている。尿素水添加弁２３から添加された尿素水から生成されたアンモニアによって、ＮＯｘが窒素に還元される。選択還元触媒２２の下流には、ＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ２５が設けられている。ＮＯｘセンサ２５の下流には、アンモニアを酸化するための酸化触媒２６が設けられている。
【００２８】
上記ＮＯｘセンサ２５は、図２に示すガス濃度検出装置の一部を構成する。ＮＯｘセンサ２５は、図２に示すように、酸素ポンプセル４０の下方に、スペーサ５０、ＮＯｘセンサセル６０、スペーサ６５、ヒータ８０を順次積層することにより形成されている。
【００２９】
酸素ポンプセル４０は、被測定ガス中の余剰酸素を除去する機能のみを有し、固体電解質体４１と一対のポンプ電極４２，４３とを有している。素子である固体電解質体４１は、酸素イオン導電性を有しており、例えば、シート状に成形されたＺｒＯ２，ＨｆＯ２，ＴｈＯ２，ＢｉＯ３等である。この固体電解質体４１を上下から挟むポンプ電極４２，４３は、例えば、スクリーン印刷等の方法により形成することができる。
【００３０】
固体電解質体４１表面に形成された第１ポンプ電極４２は、被測定ガスである排ガスが存在する空間、すなわち、エンジン１の排気通路２１内に露出している。該第１ポンプ電極４２として、例えば、Ｐｔ等の貴金属を含む多孔質サーメット電極を用いることができる。
【００３１】
一方、第１ポンプ電極４２と対向するように固体電解質体４１裏面に形成された第２ポンプ電極４３は、後述する第１内部空間５１に露出している。該第２ポンプ電極４３として、ＮＯｘガスに対して不活性な電極、例えば、Ｐｔ−Ａｕ合金とジルコニアやアルミナ等のセラミックスとを含む多孔質サーメット電極を用いることができる。
【００３２】
酸素ポンプセル４０には、固体電解質体４１とポンプ電極４２，４３を貫通する導入孔としてのピンホール４４が形成されている。ピンホール４４の孔径は、ピンホール４４を介して第１内部空間５１（後述）に導入される排ガスの拡散速度が所定速度となるように設計されている。第１内部空間５１は、ピンホール４４と保護層７０とを介して、被測定ガスが存在する空間に連通している。
【００３３】
また、ピンホール４４を含む第１ポンプ電極４２表面とその周辺の固体電解質体４１とを覆うように、多孔質保護層７０が形成されている。多孔質保護層７０は、例えば、多孔質アルミナ等により形成することができる。この多孔質保護層７０により、第１ポンプ電極４２の被毒を抑制することができると共に、排ガスに含まれるスス等によるピンホール４４の目詰まりを抑制することができる。
【００３４】
スペーサ５０には、上述した第１内部空間５１と、第２内部空間５２とが形成されている。スペーサ５０は、例えば、アルミナ等により形成することができる。２つの内部空間５１，５２は、連通孔５３を介して連通している。これらの内部空間５１，５２及び連通孔５３は、スペーサ５０に抜き穴を設けることにより形成することができる。
【００３５】
ＮＯｘセンサセル６０は、ＮＯｘの還元分解により生じる酸素量からＮＯｘ濃度を検出するものである。ＮＯｘセンサセル６０は、固体電解質体６１と、該固体電解質体６１を上下から挟む一対の検出電極６２，６３とを有している。これらの検出電極６２，６３は、例えば、スクリーン印刷等の方法により形成することができる。
【００３６】
固体電解質体６１表面に形成された第１検出電極６２は、第２内部空間５２に露出している。この第１検出電極６２として、例えば、Ｐｔ−Ｒｈ合金とジルコニアやアルミナ等のセラミックスとを含む多孔質サーメット電極を用いることができる。
【００３７】
一方、第１検出電極６２と対向するように、固体電解質体６１裏面に形成された第２検出電極６３は、スペーサ６５に形成された大気ダクト６６に露出している。大気ダクト６６には、大気が導入される。この第２検出電極６３として、例えば、Ｐｔ等の貴金属を含む多孔質サーメット電極を用いることができる。大気ダクト６６は、スペーサ６５に切り欠きを設けることにより形成することができる。
【００３８】
ヒータ８０は、シート状の絶縁層８２，８３と、これらの絶縁層８２，８３間に埋設されたヒータ電極８１とを有している。絶縁層８２，８３は、例えば、アルミナ等のセラミックスにより形成される。ヒータ電極８１は、例えば、Ｐｔとアルミナ等のセラミックスとのサーメットにより形成される。
【００３９】
また、図１に示すように、排気マニホールド２０には、外部ＥＧＲ通路２７の一端が接続されている。外部ＥＧＲ通路２７の他端は、吸気マニホールド１０近傍の吸気通路１１に接続されている。この外部ＥＧＲ通路２７を通して、排気ガス（既燃ガス）の一部を吸気通路１１に還流させること、つまり外部ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を行うことができる。外部ＥＧＲ通路２７の途中には、外部ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２８が設けられている。外部ＥＧＲ通路２７におけるＥＧＲクーラ２８の下流には、ＥＧＲ弁２９が設けられている。このＥＧＲ弁２９の開度を大きくするほど、外部ＥＧＲ通路２７を通る排気ガス量（すなわち、外部ＥＧＲ量もしくは外部ＥＧＲ率）を増大させることができる。
【００４０】
また、図１に示すシステムは、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０を備えている。ＥＣＵ３０の出力側には、インジェクタ５、サプライポンプ７、スロットルモータ１３、尿素水添加弁２３、ＥＧＲ弁２９等が接続されている。ＥＣＵ３０の入力側には、クランク角センサ４、スロットル開度センサ１４、アクセル開度センサ１５、エアフロメータ１６、ＮＯｘセンサ２５（後述）が接続されている。
【００４１】
また、図２に示すように、ＥＣＵ３０は、ポンプセル制御手段３１と、センサセル制御手段３２と、ヒータ制御手段３３とを有している。
ポンプセル制御手段３１は、酸素ポンプセル４０の第１及び第２ポンプ電極４２，４３に接続されている。ポンプセル制御手段３１は、第１及び第２ポンプ電極４２，４３に電圧を印加すると共に、酸素ポンプセル４０に流れる電流値を「酸素ポンプセル出力」として検出するものである。
センサセル制御手段３２は、ＮＯｘセンサセル６０の第１及び第２検出電極６２，６３に接続されている。センサセル制御手段３２は、第１及び第２検出電極６２，６３に電圧を印加すると共に、ＮＯｘセンサセル６０に流れる電流値を「ＮＯｘセンサセル出力」として検出するものである。また、センサセル制御手段３２は、ＮＯｘセンサセル６０の素子インピーダンスを検出することができる。
ヒータ制御手段３３は、ヒータ電極８１に接続されている。ヒータ制御手段３３は、ヒータ電極８１に電力を供給するものである。
【００４２】
ＥＣＵ３０は、クランク角度CAに基づいて、機関回転数NEを算出する。ＥＣＵ３０は、スロットル開度TAやアクセル開度AA等に基づいて、機関負荷KLを算出する。ＥＣＵ３０は、機関負荷KLに基づいて、インジェクタ５からの燃料噴射量を算出する。
また、ＥＣＵ３０は、各センサからの信号に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを作動させることにより、エンジン１の運転状態を制御する。
【００４３】
［実施の形態１の特徴］
（ＮＯｘ濃度検出動作）
先ず、図２に示すガス濃度検出装置の動作、すなわち、ＮＯｘセンサ２５によるＮＯｘ濃度検出動作について説明する。
ＮＯｘセンサ２５の保護層７０上方の排気通路２１（図１参照）には、被測定ガスとしての排ガスが流れている。この排ガス中には、酸素、ＮＯｘ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等が含まれている。排ガスは、保護層７０とピンホール４４を介して、第１内部空間５１に導入される。この第１内部空間５１に導入される排ガス量は、保護層７０とピンホール４４の拡散抵抗により決まる。
【００４４】
そして、ポンプセル制御手段３１から第１及び第２ポンプ電極４２，４３にそれぞれ正電圧及び負電圧が印加されると、第１内部空間５１に露出する第２ポンプ電極４３上で、残存酸素と排ガス中の酸素が酸素イオンＯ２−に還元される。この酸素イオン２−は、ポンピング作用により固体電解質体４１を透過して第１ポンプ電極４２側に排出される。このとき、酸素ポンプセル４０を流れる電流値が、「酸素ポンプセル出力」としてポンプセル制御手段３１により検出される。酸素ポンプセル４０により余剰酸素が排出されることで、排ガス中の酸素濃度がＮＯｘセンサセル４によるＮＯｘ濃度検出に影響しない程度にまで低くされる。
【００４５】
余剰酸素が除去され低酸素濃度にされた排ガスは、連通孔５３を介して第２内部空間５２に導入される。そして、センサセル制御手段３２から第１検出電極６２と第２検出電極６３の間に所定電圧が印加されると、残存酸素と排ガス中の特定成分であるＮＯｘが第１検出電極６２上で分解され酸素イオンＯ２−が発生する。ＮＯｘは一旦ＮＯに分解（単ガス化）された後、さらに酸素イオンＯ２−に分解される。発生した酸素イオンＯ２−は、固体電解質体６１を透過して、第２検出電極６３から大気ダクト６６に排出される。このとき、ＮＯｘセンサセル６０を流れる電流値が、「ＮＯｘセンサセル出力」としてセンサセル制御手段３２により検出され、ＮＯｘセンサ２５により検出されたＮＯｘ濃度とされる。
また、固体電解質体４１，６１を目標温度に加熱するために、ヒータ制御手段３３からヒータ電極８１に電力が断続的に供給されている。
【００４６】
（センサ活性判定）
ところで、エミッションを低減するため、ＮＯｘセンサ２５を早期に活性化させる要求がある。すなわち、早期にＮＯｘセンサ２５のＮＯｘセンサセル６０を活性判定し、ＮＯｘセンサセル出力を各種制御に用いるという要求がある。ＮＯｘセンサ２５の早期活性化を実現するためには、ＮＯｘセンサ２５の状態を迅速かつ高精度に把握することが重要である。
ここで、固体電解質体からなる素子を用いたＮＯｘセンサでは、正常な特性を得るために、ヒータ電極へ通電することにより素子温度を所定の活性温度に加熱する必要がある。
既述した特許文献３の装置によれば、素子インピーダンスに基づいて活性判定が行われる。その他に、ヒータへの供給電力やヒータ抵抗等に基づき、ガス濃度センサの活性判定を行う装置が知られている。
【００４７】
しかしながら、素子インピーダンスやヒータ供給電力やヒータ抵抗等は、センサ個体間でのバラツキ（すなわち、センサ個体差）がある。このため、素子インピーダンス等に基づき、センサの状態を迅速かつ高精度に把握することは難しい。素子インピーダンス等に基づきセンサの活性判定を早期に行うと、活性判定後にＮＯｘセンサセルが残存酸素の影響を受けながらＮＯｘ濃度を検知する事態が生じ得る。すなわち、活性判定後にも関わらず、ＮＯｘセンサセル出力の精度が低いという事態が生じ得る。そうすると、エミッション低減効果が不十分となってしまう可能性がある。さらに、素子インピーダンス等に基づきガス濃度センサの活性判定を行う手法では、センサ個体差の影響を受けるため、各センサで早期活性化を最大限に実現することは困難である。
【００４８】
そこで、本実施の形態１では、以下に説明するように、ＮＯｘセンサ２５の状態を精度良く把握し、ＮＯｘセンサ２５の活性判定を早期かつ高精度に行うようにする。
図３は、エンジン始動時の酸素ポンプセル出力の変化とＮＯｘセンサセル出力の変化を示す図である。図３における破線Ｌｐは酸素ポンプセル出力の変化を、実線ＬｓはＮＯｘセンサセル出力の変化を、それぞれ示している。
【００４９】
図３における時刻ｔ０において、イグニッションがＯＮにされ、ＮＯｘセンサ２５の暖機が開始される。すなわち、ヒータ制御手段３３からヒータ電極８１への通電が開始される。かかる通電により、酸素ポンプセル４０及びＮＯｘセンサセル６０の温度、すなわち、固体電解質体４１，６１の温度が徐々に上昇する。この時刻ｔ０において、酸素ポンプセル４０近傍の第１内部空間５１と、ＮＯｘセンサセル６０近傍の第２内部空間５２には、大気中の酸素が残存している。
【００５０】
その後、時刻ｔ１において、ＮＯｘセンサセル６０の固体電解質体６１の温度が所定温度に達すると、ＮＯｘセンサセル出力が得られる。この時刻ｔ１以降、ＮＯｘセンサセル６０（固体電解質体６１）の活性度が上がるに連れ、ＮＯｘセンサセル出力は上昇する。これは、ＮＯｘセンサセル６０近傍の第２内部空間５２に導入されたＮＯｘが第１検出電極６２上で分解されるのではなく、第２内部空間５２に残存する酸素が第１検出電極６２上で分解されるためである。その後、時刻ｔ３において、ＮＯｘセンサセル出力が上限値に達する。すなわち、ＮＯｘセンサセル６０により検出可能な酸素イオン濃度の上限値に達する。
【００５１】
また、時刻ｔ１より後の時刻ｔ２において、酸素ポンプセル４０の固体電解質体４１の温度が所定温度に達すると、酸素ポンプセル出力が得られる。この時刻ｔ２以降、酸素ポンプセル４０（固体電解質体４１）の活性度が上がるに連れて、酸素ポンプセル４０近傍の第１内部空間５１に残存する酸素が排出される量が増加する。このため、酸素ポンプセル出力は上昇する。
【００５２】
酸素ポンプセル４０の活性度が上がるに連れ、第１内部空間５１からの酸素の排出量が多くなる。さらに、排気通路２１から第１内部空間５１に導入される排ガス量が多くなる。そうすると、第１内部空間５１における残存酸素濃度が低くなり、第１内部空間５１から第２内部空間５２に供給される酸素量も少なくなる。よって、酸素ポンプセル４０の活性度が上がるに連れ、第２内部空間５２における残存酸素濃度が徐々に低くなる。その結果、時刻ｔ４以降、ＮＯｘセンサセル出力が低下する。
【００５３】
その後、第２内部空間５２における残存酸素が除去される時刻ｔ５において、ＮＯｘセンサ出力に変曲点が現れる。すなわち、時刻ｔ５の前後において、ＮＯｘセンサセル出力のカーブが大きく変わる。この変曲点が現れる前のＮＯｘセンサ出力は、第２内部空間５２に残存する酸素濃度の影響、すなわち、酸素ポンプセル４０の活性度の影響が支配的である。一方、変曲点が現れた後のＮＯｘセンサ出力は、第２内部空間５２のＮＯｘ濃度及びＮＯｘセンサセル６０の第１検出電極６２に吸着された酸素濃度、すなわち、ＮＯｘセンサセル６０の活性度の影響を受ける。よって、この変曲点が現れる時刻ｔ５において、ＮＯｘセンサ２５の暖機前に第１及び第２内部空間５１，５２に残存していた酸素が除去されたと把握することができる。従って、変曲点が現れた時刻ｔ５以降は、残存酸素の影響を受けることなく、ＮＯｘセンサセル６０によりＮＯｘ濃度を精度良く検出することができる。
【００５４】
そこで、本実施の形態１では、ＮＯｘセンサセル出力に変曲点が現れる時刻ｔ５において、ＮＯｘセンサ２５の活性判定を行う。ここで、本発明におけるＮＯｘセンサ２５の活性判定は、一般的なセンサ活性（本活性）とは異なるものである。本発明では、残存酸素の影響がないＮＯｘセンサ出力を検出し始めた時点、すなわち、残存酸素の影響を受けることなくＮＯｘセンサセル出力を各種制御に用いることができるようになった時点をもって「活性状態」とする（以下同様）。このように、ＮＯｘセンサセル６０が残存酸素の影響を受けることなくＮＯｘ濃度を検出し始める時刻ｔ５に、ＮＯｘセンサ２５の活性判定を行うことで、ＮＯｘセンサ２５の早期活性化の要求を最大限満たすことができる。
【００５５】
（変曲点特定方法）
次に、図４を参照して、上記変曲点を特定する方法について説明する。
図４は、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点を特定する方法を説明するための図である。先ず、所定間隔毎にＮＯｘセンサセル出力Ｎを取得すると共に、各時刻においてＮＯｘセンサセル出力の変化量ΔＮを算出する。ここで、時刻ｔにおける変化量ΔＮ（ｔ）は、次式(1)に従って算出される。この算出された変化量ΔＮ（ｔ）が所定の基準値ΔＮｔｈよりも小さくなったとき、その時刻ｔでのＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）が変曲点と特定される。
ΔN(t)=N(t-1)-N(t)・・・(1)
図４に示す例では、時刻ｔ１０から時刻ｔ１４までの間、ＮＯｘセンサセル出力Ｎは減少している。このため、各時刻ｔ１１〜時刻ｔ１４において上式(1)により算出された変化量ΔＮ（ｔ１１）〜ΔＮ（ｔ１４）は、全て正の値をとる。変化量ΔＮ（ｔ１１）〜ΔＮ（ｔ１３）は予め定められた基準値ΔＮｔｈ以上であるが、変化量ΔＮ（ｔ１４）は基準値ΔＮｔｈよりも小さくなっている。このため、時刻ｔ１４でのＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ１４）が、変曲点と特定される。ＮＯｘセンサセル出力に変曲点が現れた時刻ｔ１４に、ＮＯｘセンサ２５の活性判定が行われる。
【００５６】
また、上記特許文献３のように素子インピーダンスに基づいて活性判定を行うと、エンジンの運転状態によって活性判定時期が異なってしまう可能性がある。
【００５７】
そこで、本実施の形態１では、変曲点の特定時に、変曲点に関する情報を学習するようにする。かかる学習は、例えば、変曲点が特定されるまでの時間、変曲点が特定されたときのＮＯｘセンサセル出力、及び変曲点が特定されたときの素子温度と相関を有する物性値をマップに取り込む（格納する）ことにより行う。この素子温度と相関を有する物性値は、例えば、インピーダンス、ヒータ抵抗及びヒータ電力のうち少なくとも１つである。
【００５８】
このような変曲点に関する情報を学習するためには、ＮＯｘセンサセル出力に変曲点を発生させる必要がある。そのためには、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度を所定値以上に高くする必要がある。つまり、第１及び第２内部空間５１，５２に残存する酸素濃度を高くし、ＮＯｘセンサセル６０の第１検出電極６２に吸着される酸素濃度を高くする必要がある。
【００５９】
エンジン始動時においては、前回通電ＯＦＦからイグニッションＯＮまでの経過時間（以下「経過時間」と略する。）がある程度必要である。
図５は、エンジン始動時において、経過時間に応じたＮＯｘセンサセル出力の変化を説明するための図である。図５において、実線Ｌｓ１は、経過時間が十分に長い（例えば、数時間以上）場合のＮＯｘセンサ出力変化を示している。経過時間が短くなると、一点鎖線Ｌｓ２で示すように、ＮＯｘセンサセル出力が上限値に維持される時間が短くなる。さらに経過時間が短い場合には、二点鎖線Ｌｓ３で示すように、ＮＯｘセンサセル出力が上限値まで上昇せずに下降し始める。これらの場合、何れもＮＯｘセンサセル出力が基準値Ｎ１よりも上昇するため、変曲点を特定することができ、変曲点に関する情報の学習をすることが可能である。
一方、経過時間が非常に短い場合（例えば、１時間以内の場合）には、破線Ｌｓ４で示すように、イグニッションＯＮから所定時間αが経過してもＮＯｘセンサセル出力が基準値Ｎ１に達しない。この場合、変曲点を特定することができないため、変曲点に関する情報を学習することができない。
従って、変曲点に関する情報を学習するためには、ＮＯｘセンサセル出力が基準値Ｎ１よりも上昇する程度の経過時間が必要である。すなわち、ＮＯｘセンサセル出力が基準値Ｎ１よりも上昇する程度に、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度を増加させる必要がある。
【００６０】
［実施の形態１における具体的処理］
図６は、本実施の形態１において、ＥＣＵ３０が実行するルーチンを示すフローチャートである。図７は、図６のステップ１０８で実行される変曲点特定ルーチンを示すフローチャートである。図６に示すルーチンは、所定間隔毎に起動するものである。
【００６１】
図６に示すルーチンによれば、先ず、イグニッションＯＮであるか否かを判別する（ステップ１００）。このステップ１００でイグニッションＯＮではないと判別された場合には、本ルーチンを一端終了する。一方、ステップ１００でイグニッションＯＮであると判別された場合には、前回通電ＯＦＦからイグニッションＯＮまでの経過時間を取得する（ステップ１０２）。このステップ１０２では、例えば、本ルーチンとは別ルーチンにより算出されている経過時間が読み込まれる。
【００６２】
次に、上記ステップ１０２で取得された経過時間が基準値よりも長いか否かを判別する（ステップ１０４）。この基準値は、前回通電ＯＦＦされてから、十分に酸素濃度が増加しているか否かを判別するための閾値である。このステップ１０４で経過時間が基準値よりも長いと判別された場合には、ＮＯｘセンサ２５への通電をＯＮにする（ステップ１０６）。このステップ１０６では、ＥＣＵ３０のポンプセル制御手段３１から酸素ポンプセル４０への通電がＯＮにされ、センサセル制御手段３２からＮＯｘセンサセル６０への通電がＯＮにされ、ヒータ制御手段３３からヒータ電極８１への通電がＯＮにされる。
【００６３】
その後、ステップ１０８に移行し、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点が特定される。このステップ１０８では、図７に示すルーチンが起動される。
図７に示すルーチンによれば、先ず、ＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）を取得する（ステップ１２０）。そして、上記ステップ１２０で取得されたＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）を用いて、上式(1)に従って変化量ΔＮ（ｔ）を算出する（ステップ１２２）。その後、上記ステップ１２２で算出された変化量ΔＮ（ｔ）がゼロよりも大きいか（すなわち、変化量ΔＮ（ｔ）が正の値であるか）否かを判別する（ステップ１２４）。このステップ１２４では、今回のＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）が、前回のＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ−１）よりも小さいか否か、すなわち、ＮＯｘセンサセル出力が減少しているか否かが判別される。
【００６４】
上記ステップ１２４で変化量ΔＮ（ｔ）がゼロよりも大きいと判別された場合には、今回のＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）が前回のＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ−１）よりも小さく、ＮＯｘセンサ出力が減少していると判断される。この場合、続いて、変化量ΔＮ（ｔ）が基準値ΔＮｔｈよりも小さいか否かを判別する（ステップ１２６）。このステップ１２６で変化量ΔＮ（ｔ）が基準値ΔＮｔｈよりも小さいと判別された場合には、ＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）を変曲点と特定する（ステップ１２８）。このステップ１２８では、ＮＯｘセンサ２５の活性判定が行われる。図４に示す例では、変化量ΔＮ（ｔ１４）が基準値ΔＮｔｈよりも小さいため、時刻ｔ１４でのＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ１４）が変曲点と特定される。その後、図７に示すルーチンを終了し、図６に示すルーチンのステップ１１０に移行する。
【００６５】
図６に示すルーチンのステップ１１０では、変曲点に関する情報が学習値として取り込まれる。このステップ１１０では、変曲点特定時のＮＯｘセンサ出力Ｎ（ｔ）と、センサ通電ＯＮから変曲点特定時までの時間と、変曲点特定時の素子温度と相関を有する物性値とが、三次元マップとして格納される。その後、図６に示すルーチンを終了する。
【００６６】
一方、上記ステップ１０４で経過時間が基準値未満であると判別された場合には、上記ステップ１０６と同様に、ＮＯｘセンサ２５への通電をＯＮにする（ステップ１１２）。その後、上記ステップ１１２で通電ＯＮされてから所定時間αが経過したか否かを判別する（ステップ１１４）。この所定時間αは、ＮＯｘセンサ２５内に十分な酸素が存在していれば、ＮＯｘセンサセル出力が下記基準値Ｎ１（図５参照）を超える時間である。このステップ１１４で所定時間αが経過していないと判別された場合には、上記ステップ１１２に戻る。一方、上記ステップ１１４で所定時間αが経過したと判別された場合には、ＮＯｘセンサセル出力Ｎ（α）を取得する（ステップ１１６）。そして、上記ステップ１１６で取得されたＮＯｘセンサセル出力Ｎ（α）が基準値Ｎ１以上であるか否かを判別する（ステップ１１８）。この基準値Ｎ１は、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点を特定可能であるか否かを判別するための閾値である。
【００６７】
上記ステップ１１８において、図５において破線Ｌｓ４で示すように、ＮＯｘセンサセル出力Ｎ（α）が基準値Ｎ１に達していないと判別された場合には、変曲点の特定が不可能であり、変曲点に関する情報の学習も不可能であると判断される。この場合、変曲点を特定することなく、図６に示すルーチンを終了する。一方、上記ステップ１１８において、図５において二点鎖線Ｌｓ３で示すように、ＮＯｘセンサ出力Ｎ（α）が基準値Ｎ１以上であると判別された場合には、変曲点の特定が可能であると判断される。この場合、上記ステップ１０８に移行する。
【００６８】
以上説明したように、本実施の形態１では、酸素ポンプセル４０により残存酸素を排出した後にＮＯｘセンサセル６０によりＮＯｘ濃度が検出される。このため、エンジン始動時のように、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度が高い場合には、図３に示すようなＮＯｘセンサセル出力の変化が得られる。このＮＯｘセンサセル出力に現れる変曲点は、ＮＯｘセンサセル６０が残存酸素の影響を受けることなくＮＯｘ濃度を検出可能となったことを示している。本実施の形態１では、一般的なセンサ活性（本活性）判定とは異なり、この変曲点が現れる時期に、ＮＯｘセンサ２５が活性状態であると判定される。すなわち、センサ個体差を有する素子インピーダンス等ではなく、センサ個体差とは無関係にＮＯｘセンサセル出力に現れる変曲点に基づいてＮＯｘセンサ２５の活性判定が精度良く行われる。このため、ＮＯｘセンサ２５の早期活性を最大限に実現することができると共に、高精度のＮＯｘセンサセル出力を各種制御に用いることでエミッション低減の要求を十分に満たすことができる。
【００６９】
また、本実施の形態１では、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点を特定した後、この変曲点に関する情報を学習値として記憶する。例えば、変曲点特定時のＮＯｘセンサ出力と、センサ通電ＯＮから変曲点特定時までの時間と、変曲点特定時の素子温度と相関を有する物性値とが三次元マップとして格納される。よって、かかる学習値を利用することで、エンジン運転状態による活性判定バラツキを低減することができる。特に、エンジン始動条件（前回通電ＯＦＦからの経過時間）による活性判定バラツキを低減することができる。また、エンジン始動時に学習が行われるため、学習頻度を確保することができる。
【００７０】
ところで、上記実施の形態１では、図７に示すルーチンのように、ＮＯｘセンサセル出力の変化量ΔＮ（ｔ）と基準値ΔＮｔｈとの比較結果等に基づいて変曲点を特定しているが、以下の変形例の方法によって変曲点を特定してもよい。
【００７１】
（第１変形例）
酸素ポンプセル４０とＮＯｘセンサセル６０は同様の構成を有しており、共にセル内を酸素イオンＯ２−が流れるときの電流値を出力している。よって、酸素ポンプセル出力とＮＯｘセンサセル出力との間には、相関関係がある。そこで、第１変形例では、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点を特定するために、かかる相関関係を利用する。図８は、酸素ポンプセル出力とＮＯｘセンサセル出力との相関関係を示す図である。図８における破線Ｌｐは酸素ポンプセル出力の変化を示し、実線ＬｓはＮＯｘセンサセル出力の変化を示している。ＮＯｘセンサ２５への通電をＯＮにすると、図８に示すように、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点だけでなく、酸素ポンプセル出力にも変曲点が現れる。この酸素ポンプセル出力の変曲点は、第１内部空間５１に残存する酸素が排出されたときに現れる。本発明者は、酸素ポンプセル出力の変曲点が現れる時刻２１と、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点が現れる時刻ｔ２２との間には、相関関係があることを見いだした。
ここで、両時刻ｔ２１，ｔ２２の差Δｔｎは、実験等により予め求めておき、ＥＣＵ３０内に記憶させておくことができる。よって、後述する方法により酸素ポンプセル出力に変曲点が現れる時期を特定することができれば、その特定された変曲点の時期に予め求めた差Δｔｎを加算することで、ＮＯｘセンサセル出力に変曲点が現れる時期を推定することができる。
【００７２】
図９を参照して、酸素ポンプセル出力の変曲点を特定する方法について説明する。図９は、本実施の形態１の第１変形例において、酸素ポンプセル出力の変曲点を特定する方法を説明するための図である。酸素ポンプセル出力の変曲点の特定方法は、上記実施の形態１で説明したＮＯｘセンサセル出力の変曲点の特定方法の一部を適用することができる。
【００７３】
先ず、所定間隔毎に、酸素ポンプセル出力Ｐを取得すると共に、各時刻において酸素ポンプセル出力の変化量ΔＰを算出する。ここで、時刻ｔにおける変化量ΔＰ（ｔ）は、次式(2)に従って算出される。そして、この算出された変化量ΔＰ（ｔ）が所定の基準値ΔＰｔｈよりも小さくなったとき、その時刻ｔでの酸素ポンプセル出力Ｐ（ｔ）を変曲点と特定する。なお、変化量ΔＰ（ｔ）が正の値をとるように、次式(2)では、時刻ｔの出力Ｐ（ｔ）から時刻（ｔ−１）の出力Ｐ（ｔ−１）を減算している。
ΔP(t)=P(t)-P(t-1)・・・(2)
【００７４】
図９に示す例では、時刻ｔ３０から時刻ｔ３４までの間、酸素ポンプセル出力Ｐは増加している。このため、各時刻ｔ３１〜時刻ｔ３４において上式(2)により算出された変化量ΔＰ（ｔ３１）〜ΔＰ（ｔ３４）は、全て正の値をとる。変化量ΔＰ（ｔ３１）〜ΔＰ（ｔ３３）は予め定められた基準値ΔＰｔｈ以上であるが、ΔＰ（ｔ３４）は基準値ΔＰｔｈよりも小さい。このため、時刻ｔ３４での酸素ポンプセル出力Ｐ（ｔ３４）が変曲点と特定される。従って、この時刻ｔ３４に上記のΔｔｎを加えた時刻（ｔ３４＋Δｔｎ）において、ＮＯｘセンサセル出力Ｎに変曲点が現れると推定することができる。
【００７５】
図１０は、本実施の形態１の第１変形例による変曲点特定ルーチンを示すフローチャートである。図１０に示すルーチンは、図６のステップ１０８において起動される。図１０に示すルーチンによれば、先ず、酸素ポンプセル出力Ｐ（ｔ）を取得する（ステップ１３０）。そして、上記ステップ１３０で取得された酸素ポンプセル出力Ｐ（ｔ）を用いて、上式(2)に従って変化量ΔＰ（ｔ）を算出する（ステップ１３２）。
【００７６】
その後、上記ステップ１３２で算出された変化量ΔＰ（ｔ）が基準値ΔＰｔｈよりも小さいか否かを判別する（ステップ１３４）。このステップ１３４で変化量ΔＰ（ｔ）が基準値ΔＰｔｈ以上であると判別された場合には、酸素ポンプセル出力Ｐに未だ変曲点が現れていないと判断して、図１０に示す本ルーチンを終了する。
一方、上記ステップ１３４で変化量ΔＰ（ｔ）が基準値ΔＰｔｈよりも小さいと判別された場合には、時刻ｔでの酸素ポンプセル出力Ｐ（ｔ）を変曲点と特定する（ステップ１３６）。そして、上記ステップ１３６で特定された変曲点を用い、酸素ポンプセル出力ＰとＮＯｘセンサセル出力Ｎとの相関関係を考慮して、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点を推定する（ステップ１３８）。
ここで、図８に示すように、酸素ポンプセル出力に変曲点が現れる時期ｔ２１と、ＮＯｘセンサセル出力に変曲点が現れる時期ｔ２２との時間差Δｔｎが予め求められ、ＥＣＵ３０内に記憶されている。上記ステップ１３８では、酸素ポンプセル出力に変曲点が現れる時期ｔに時間差Δｔｎを加えた時刻（ｔ＋Δｔｎ）に、ＮＯｘセンサセル出力に変曲点が現れると推定される。この時刻（ｔ＋Δｔｎ）において、ＮＯｘセンサ２５の活性判定が行われる。その後、本ルーチンを終了する。
【００７７】
第１変形例では、酸素ポンプセル出力Ｐに変曲点が現れる時期が特定され、酸素ポンプセル出力ＰとＮＯｘセンサセル出力Ｎとの相関関係を考慮して、ＮＯｘセンサセル出力Ｎに変曲点が現れる時期が推定される。よって、ＮＯｘセンサセル６０がＮＯｘ濃度を精度良く検知し始める時期を的確に推定することができる。
【００７８】
（第２変形例）
上記第１変形例では、酸素ポンプセル出力ＰとＮＯｘセンサセル出力Ｎとの相関関係を考慮して、ＮＯｘセンサセル出力Ｐに変曲点が現れる時期を推定した。
図１１は、本発明の実施の形態１の第２変形例によるガス濃度検出装置の要部を説明するためのブロック図である。図１１に示すガス濃度検出装置は、ＮＯｘセンサ２５Ａを有している。このＮＯｘセンサ２５Ａは、図２に示すＮＯｘセンサ２５内に、空燃比センサセル９０を更に備えたものである。この空燃比センサセル９０は、図示しない固体電解質体を有し、所定電圧が印加され、セル内を酸素イオンＯ２−が流れるときに電流値を出力している。空燃比センサセル９０の出力は、ＥＣＵ３０Ａの空燃比センサセル制御手段３４により検出される。その他のガス濃度検出装置の構成は、図２に示すガス濃度検出装置１０の構成と同様であるため、図示並びに説明を省略する。
【００７９】
空燃比センサセル９０とＮＯｘセンサセル６０とは、共にセル内を酸素イオンＯ２−が流れるときの電流値を出力している。よって、空燃比センサセル出力とＮＯｘセンサセル出力との間には、相関関係がある。本第２変形例では、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点を特定するために、かかる相関関係を利用する。
【００８０】
図１２は、空燃比センサセル出力とＮＯｘセンサセル出力との相関関係を示す図である。図１２における一点鎖線Ｌａは空燃比センサセル出力の変化を示し、実線ＬｓはＮＯｘセンサセル出力の変化を示している。また、破線Ｌｐは参考用としての酸素ポンプセル出力の変化を示している。
【００８１】
図１２に示すように、上記ＮＯｘセンサセル出力の変曲点だけでなく、空燃比センサセル出力にも変曲点が現れる。変曲点は、例えば、空燃比センサセル出力の変化量が正から負に変わるときの空燃比センサセル出力とすることができる。この空燃比センサセル出力に変曲点が現れる時期ｔ２０と、ＮＯｘセンサセル出力に変曲点が現れる時刻ｔ２２との間には、相関関係がある。両時刻ｔ２０，２２の差Δｔａは、実験等により予め求めておき、ＥＣＵ３０Ａ内に記憶させておくことができる。よって、空燃比センサセル出力の変曲点を特定することができれば、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点の時期を推定することができる。従って、本第２変形例によれば、上記第１変形例と同様に、ＮＯｘセンサセル６０が実際のＮＯｘ濃度を精度良く検出し始める時期を的確に推定することができる。
【００８２】
また、上記実施の形態１では、ＮＯｘセンサ２５の制御をエンジン制御用のＥＣＵ３０により行っているが、ＮＯｘセンサ２５制御用のＥＣＵをエンジン制御用のＥＣＵ３０と別個に構成してもよい。
【００８３】
尚、本実施の形態１及びその変形例においては、ＮＯｘセンサセル６０が第１〜５の発明における「ガス濃度検知セル」に、ヒータ電極８１が第６の発明における「ヒータ」に、ヒータ制御手段３３が第６の発明における「ヒータ制御手段」に、酸素ポンプセル４０が第７の発明における「酸素ポンプセル」に、ポンプセル制御手段３１が第７の発明における「酸素ポンプセル制御手段」に、それぞれ相当する。
また、本実施の形態１及びその変形例においては、ＥＣＵ３０が、ステップ１０２，１０４の処理を実行することにより第１の発明における「酸素濃度制御手段」が、ステップ１０８，１２８又は１３８の処理を実行することにより第１の発明における「変曲点特定手段」が、ステップ１１０の処理を実行することにより第１の発明における「記憶手段」が、それぞれ実現されている。
【００８４】
実施の形態２．
次に、図１３及び図１４を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施の形態２のシステムは、図１及び図２に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ３０に、図６及び図１４に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００８５】
［実施の形態２の特徴］
上記実施の形態１では、エンジン始動時に変曲点に関する情報を学習する。
ところで、エンジン始動時は、ＳＣＲ触媒２２の活性が低いため、ＳＣＲ触媒２２下流にＮＯｘが存在することとなる。図１３は、エンジン始動時のＳＣＲ触媒２２下流のＮＯｘ濃度の変化と、ＮＯｘセンサセル出力の変化を示す図である。図１３において、太い実線ＬｓはＮＯｘセンサセル出力の変化を、細い実線ＬはＳＣＲ触媒２２下流のＮＯｘ濃度の測定値である。この測定値は、公知の分析計によるものである。
図１３に示すように、ＳＣＲ触媒２２下流のＮＯｘ濃度が変化すると、ＮＯｘセンサセル出力が変化してしまう。図１３に示す範囲Ｒにおいて、本来はＮＯｘセンサセル出力に変曲点が現れる。しかし、ＮＯｘ濃度変化に伴うＮＯｘセンサセル出力の変化により、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点を精度良く特定することができない可能性がある。
【００８６】
そこで、本実施の形態２では、公知の手法によりＮＯｘ濃度を推定し、ＮＯｘ濃度の推定値を用いてＮＯｘセンサセル出力を補正する。具体的には、ＥＧＲ量や燃料噴射量等からＮＯｘ濃度の推定値を求め、実際のＮＯｘセンサセル出力から推定値を減じることによち、ＮＯｘセンサセル出力を補正する。そして、補正後のＮＯｘセンサセル出力の変曲点を特定する。
【００８７】
［実施の形態２における具体的処理］
本実施の形態２においても、先ず、図６に示すルーチンが起動される。図６に示すルーチンのステップ１０８において、図７に示すルーチンに代えて、図１４に示すルーチンが起動される。図１４は、本実施の形態２において、図６のステップ１０８で実行される変曲点特定ルーチンを示すフローチャートである。
【００８８】
図１４に示すルーチンによれば、先ず、図７に示すルーチンと同様に、ＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）を取得する（ステップ１２０）。次に、公知の手法を用いて、ＳＣＲ触媒２２下流のＮＯｘ濃度を推定する（ステップ１４０）。このステップ１４０では、例えば、ＥＧＲ量や燃料噴射量等に基づいて、ＮＯｘ濃度の推定値が求められる。
【００８９】
その後、上記ステップ１４０で求められたＮＯｘ濃度推定値を用いて、上記ステップ１２０で取得されたＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）をＮａ（ｔ）に補正する（ステップ１４２）。このステップ１４２では、例えば、ＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）からＮＯｘ濃度推定値を減じることで、ＮＯｘセンサセル出力Ｎａ（ｔ）に補正される。そして、上記ステップ１４２で補正されたＮＯｘセンサセル出力Ｎａ（ｔ）を用いて、次式(3)に従って、変化量ΔＮａ（ｔ）を算出する（ステップ１４４）。
ΔNa(t)=Na(t-1)-Na(t)・・・(3)
【００９０】
次に、上記ステップ１４４で算出された変化量ΔＮａ（ｔ）がゼロよりも大きいか（すなわち、変化量ΔＮａ（ｔ）が正の値であるか）否かを判別する（ステップ１４６）。このステップ１４６では、今回のＮＯｘセンサセル出力Ｎａ（ｔ）が前回のＮＯｘセンサセル出力Ｎａ（ｔ−１）よりも小さいか否か、すなわち、ＮＯｘセンサセル出力Ｎａ（ｔ）が減少しているか否かが判別される。
【００９１】
上記ステップ１４６で変化量ΔＮａ（ｔ）がゼロよりも大きいと判別された場合には、今回のＮＯｘセンサセル出力Ｎａ（ｔ）が前回のＮＯｘセンサセル出力Ｎａ（ｔ−１）よりも小さく、ＮＯｘセンサ出力Ｎａ（ｔ）が減少していると判断される。この場合、続いて、変化量ΔＮａ（ｔ）が基準値ΔＮｔｈよりも小さいか否かを判別する（ステップ１４８）。
【００９２】
上記ステップ１４８で変化量ΔＮａ（ｔ）が基準値ΔＮｔｈよりも小さいと判別された場合には、ＮＯｘセンサセル出力Ｎａ（ｔ）を変曲点と特定する（ステップ１５０）。このステップ１５０では、ＮＯｘセンサ２５の活性判定が行われる。その後、図１４に示すルーチンを終了し、図６に示すルーチンのステップ１１０に移行し、変曲点に関する情報が学習される。
【００９３】
以上説明したように、本実施の形態２では、エンジン始動時に、ＮＯｘ濃度推定値を求め、このＮＯｘ濃度推定値を用いてＮＯｘセンサセル出力Ｎが補正される。そして、補正後のＮＯｘセンサセル出力Ｎａの変曲点が特定される。従って、エンジン始動時においても、エンジン１から排出されるＮＯｘ濃度の変化の影響を受けることなく、精度良く変曲点を特定することができ、変曲点に関する情報を精度良く学習することができる。よって、かかる学習値を利用することで、エンジン運転状態による活性判定バラツキを低減することができる。
【００９４】
尚、本実施の形態２においては、ＥＣＵ３０が、ステップ１４０の処理を実行することにより第２の発明における「ＮＯｘ濃度推定手段」が、ステップ１４２の処理を実行することにより第２の発明における「補正手段」が、ステップ１５０の処理を実行することにより第２の発明における「変曲点特定手段」が、それぞれ実現されている。
【００９５】
実施の形態３．
次に、図１５を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
本実施の形態３のシステムは、図１及び図２に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ３０に、後述する図１５に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００９６】
［実施の形態３の特徴］
上記実施の形態１，２では、エンジン始動時に変曲点情報を学習した。
本実施の形態３では、燃料カット（Ｆ／Ｃ）の実行時に変曲点情報を学習する場合について説明する。ここで、上述したように、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点を特定するためには、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度を高める必要がある。
【００９７】
そこで、燃料カット実行中にＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度を高めるために、ヒータ制御手段３３からヒータ電極８１への通電がＯＦＦにされる。そうすると、素子温度が下がり、酸素ポンプセル４０の酸素ポンピング能力が低下する。これにより、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度、すなわち、第１内部空間５１及び第２内部空間５２の酸素濃度、並びにＮＯｘセンサセル６０の第１検出電極６２に吸着される酸素濃度が高くなる。
【００９８】
かかるＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度は、ＮＯｘセンサ２５自体の応答性のほか、エンジン１の吸入空気量Gaが支配的である。そこで、吸入空気量Gaの積算値である積算空気量Qaを基準値Qthと比較することで、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度が所望の濃度まで高められたか否かを判断する。すなわち、積算空気量Qaに基づいて、変曲点を特定可能であるか否かを判断する。詳細には、積算空気量Qaが基準値Qthよりも大きくなると、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点を特定する。
変曲点の特定方法及び変曲点に関する情報の学習方法については、上記実施の形態１の方法を適用することができる。
【００９９】
なお、燃料カット実行中は、筒内で爆発は起こらないため、ＮＯｘは発生しない。このため、上記実施の形態２のようなＮＯｘセンサセル出力の補正は不要である。
【０１００】
［実施の形態３における具体的処理］
図１５は、本実施の形態３において、ＥＣＵ３０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
図１５に示すルーチンによれば、先ず、燃料カットを実行中であるか否かを判別する（ステップ１６０）。燃料カットは、例えば、車両走行中にアクセル開度AAが全閉にされた場合に、燃料噴射量がゼロにされることである。このステップ１６０で燃料カットが実行されていないと判別された場合には、本ルーチンを終了する。
【０１０１】
上記ステップ１６０で燃料カットを実行中であると判別された場合には、ヒータ電極８１への通電をＯＦＦにする（ステップ１６２）。このステップ１６２の処理により、酸素ポンプセル４０の酸素ポンピング能力が低下し、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度が徐々に高くなる。
【０１０２】
次に、積算空気量Qaを算出する（ステップ１６４）。このステップ１６４では、ヒータ電極８１への通電をＯＦＦにしてからの吸入空気量Gaを積算することで、積算空気量Qaが求められる。
【０１０３】
その後、燃料カットを継続中であるか否かを判別する（ステップ１６６）。このステップ１６６で燃料カットを継続中ではないと判別された場合、例えば、車両運転者によるアクセル踏み込み操作があったときや、エンジン回転数Neが燃料カット復帰回転数に達したとき等には、ヒータ電極８１への通電をＯＮにする（ステップ１６８）。その後、本ルーチンを終了し、ＮＯｘセンサセル出力を他の制御に用いる。
【０１０４】
一方、上記ステップ１６６で燃料カットを継続中であると判別された場合には、上記ステップ１６４で算出された積算空気量Qaが基準値Qthよりも大きいか否かを判別する（ステップ１７０）。この基準値Qthは、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度を所望濃度にまで高められたか否かを判別するための閾値である。このステップ１７０で積算空気量Qaが基準値Qthに達していないと判別された場合には、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度が所望濃度にまで高められていないと判断される。すなわち、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点を特定できず、変曲点に関する情報を学習できないと判断される。この場合、ステップ１６２に戻る。
【０１０５】
上記ステップ１７０で積算空気量Qaが基準値Qthよりも大きいと判別された場合には、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度が所望濃度にまで高められたと判断される。この場合、ヒータ制御手段３３からヒータ電極８１への通電をＯＮにする（ステップ１７２）。そして、上記ステップ１０８に移行し、図７に示すルーチンを実行することで変曲点を特定する。その後、図６に示すルーチンと同様に、変曲点学習値を取り込む（ステップ１１０）。その後、本ルーチンを終了する。
【０１０６】
以上説明したように、本実施の形態３では、燃料カット時に、ヒータ電極８１への通電をＯＦＦにすることで、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度を高める。そして、積算空気量Qaが基準値Qthよりも大きい場合に、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度が所望濃度にまで高められたと判断し、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点を特定する。従って、燃料カット時においても、変曲点の特定並びに変曲点に関する情報の学習を行うことができる。よって、かかる学習値を利用することにより、エンジン運転状態による活性判定バラツキを低減することができる。また、燃料カット時に学習が行われるため、学習頻度を確保することができる。
【０１０７】
以下、本実施の形態３の変形例について説明する。上記実施の形態３では、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度を高めるために、ヒータ電極８１への通電をＯＦＦにしている。以下の変形例のように、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度を高めるために、上記実施の形態３とは異なる方法を用いてもよい。
【０１０８】
（第１変形例）
上記実施の形態３のように、燃料カット実行中にヒータ電極８１への通電をＯＦＦにすると、素子温度が急激に低下する。そうすると、燃料カットを継続しない場合に通電をＯＮにしても、しばらくの間は素子温度が上昇しないため、ＮＯｘセンサセル出力を他の制御に用いることができない。よって、素子温度が上昇するまでの間に、排気エミッション特性が悪化する可能性がある。
第１変形例では、燃料カット実行中に、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度を高めるために、図１６に示すように、素子温度制御目標値を低下させる。図１６は、本実施の形態３の第１変形例において、ＥＣＵ３０が実行するルーチンを示すフローチャートである。図１６に示すルーチンは、図１５に示すルーチンと、ステップ１６２Ａ，１６８Ａ，１７２Ａが相違する。よって、この相違点について説明する。
【０１０９】
図１６に示すルーチンによれば、ステップ１６０で燃料カットを実行中であると判別された場合に、素子温度の制御目標値を低下させる（ステップ１６２Ａ）。すなわち、ヒータ制御手段３３による制御目標値を低下させる。これにより、ヒータ電極８１への通電時間が通常時に比して短くされ、素子温度が低下するため、酸素ポンプセル４０の酸素排出能力が低下する。その結果、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度、すなわち、第１内部空間５１及び第２内部空間５２の酸素濃度、並びに、第１検出電極６２に吸着される酸素濃度を高めることができる。
ここで、かかる制御目標値を低下させることによる素子温度の低下は、上記実施の形態３の通電ＯＦＦ時に比して小さい。このため、燃料カットを継続しない場合に制御目標値を復帰させれば（ステップ１６８Ａ）、上記実施の形態３に比して素子温度を早期に上昇させることができる。よって、上記実施の形態３に比して、素子温度上昇までの間の排気エミッション特性の悪化を抑制することができるという効果が得られる。
また、ステップ１７０で積算空気量Qaが基準値Qthよりも大きいと判別された場合には、素子温度の制御目標値を復帰させる（ステップ１７２Ｂ）。その後、変曲点の特定（ステップ１０８）と変曲点学習値の取り込み（ステップ１１０）が順次実行される。
【０１１０】
（第２変形例）
第２変形例では、燃料カット実行中に、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度を高めるために、図１７に示すように、素子温度の制御目標値を低下させるだけでなく、ＮＯｘセンサセル６０への印加電圧も低下させる。図１７は、本実施の形態３の第２変形例において、ＥＣＵ３０が実行するルーチンを示すフローチャートである。図１７に示すルーチンは、図１５に示すルーチンと、ステップ１６２Ｂ，１６８Ｂ，１７２Ｂが相違する。よって、この相違点について説明する。
【０１１１】
図１７に示すルーチンによれば、ステップ１６０で燃料カットを実行中であると判別された場合に、素子温度の制御目標値を低下させると共に、ＮＯｘセンサセル６０への印加電圧を低下させる（ステップ１６２Ｂ）。ＮＯｘセンサセル６０への印加電圧を低下させると、ＮＯｘセンサセル６０の酸素排出能力が低下する。このため、上記第１変形例に比して、第２内部空間５２の第１検出電極６２周辺の酸素濃度を高めることができるため、第１検出電極６２に吸着される酸素濃度を更に高めることができる。よって、上記第１変形例に比して、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度をより高めることができるため、変曲点の特定を精度良く行うことができる。
また、ステップ１６６で燃料カットを継続していないと判別された場合や、ステップ１７０で積算空気量Qaが基準値Qthよりも大きいと判別された場合には、素子温度の制御目標値とＮＯｘセンサセル６０への印加電圧とを復帰させる（ステップ１６８Ｃ，１７２Ｃ）。
【０１１２】
（第３変形例）
第３変形例では、ＮＯｘセンサ２５の素子温度を低下させることなく、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度を高める方法について説明する。すなわち、図１８に示すように、燃料カット実行中に、酸素ポンプセル４０への印加電圧を通常時に比して低下させる。図１８は、本実施の形態３の第３変形例において、ＥＣＵ３０が実行するルーチンを示すフローチャートである。図１８に示すルーチンは、図１５に示すルーチンと、ステップ１６２Ｃ，１６８Ｃ，１７２Ｃが相違する。よって、この相違点について説明する。
【０１１３】
図１８に示すルーチンによれば、ステップ１６０で燃料カットを実行中であると判別された場合に、酸素ポンプセル４０への印加電圧を、通常時に比して低下させる（ステップ１６２Ｃ）。これにより、酸素ポンプセル４０の酸素排出能力が低下する。その結果、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度、すなわち、第１内部空間５１及び第２内部空間５２の酸素濃度並びに第１検出電極６２に吸着される酸素濃度を高めることができる。第３変形例では、素子温度を低下させていないため、燃料カットを継続しない場合に酸素ポンプセル４０への印加電圧を復帰させれば（ステップ１６８Ｃ）、早期にＮＯｘセンサセル出力を他の制御に使用することができる。よって、第１及び第２変形例に比して、更に排気エミッション特性の悪化を抑制することができる。
また、ステップ１７０で積算空気量Qaが基準値Qthよりも大きいと判別された場合には、酸素ポンプセル４０への印加電圧を復帰させる（ステップ１７２Ｃ）。その後、変曲点の特定（ステップ１０８）と変曲点学習値の取り込み（ステップ１１０）が順次実行される。
【０１１４】
（第４変形例）
第４変形例では、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度を高めるために、図１９に示すように、酸素ポンプセル４０への印加電圧を通常時に比して低下させるだけでなく、ＮＯｘセンサセル６０への印加電圧も低下させる。図１９は、本実施の形態３の第４変形例において、ＥＣＵ３０が実行するルーチンを示すフローチャートである。図１９に示すルーチンは、図１５に示すルーチンと、ステップ１６２Ｄ，１６８Ｄ，１７２Ｄが相違する。よって、この相違点について説明する。
【０１１５】
図１９に示すルーチンによれば、ステップ１６０で燃料カットを実行中であると判別された場合に、酸素ポンプセル４０への印加電圧を通常時に比して低下させると共に、ＮＯｘセンサセル６０への印加電圧も通常時に比して低下させる（ステップ１６２Ｄ）。これにより、上記第３変形例に比して、第２内部空間５２の第１検出電極６２周辺の酸素濃度を高めることができるため、第１検出電極６２に吸着される酸素濃度を更に高めることができる。よって、上記第３変形例に比して、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度をより高めることができるため、変曲点の特定を精度良く行うことができる。
また、ステップ１６６で燃料カットを継続していないと判別された場合や、ステップ１７０で積算空気量Qaが基準値Qthよりも大きいと判別された場合には、酸素ポンプセル４０への印加電圧とＮＯｘセンサセル６０への印加電圧とを復帰させる（ステップ１６８Ｄ，１７２Ｄ）。
【０１１６】
尚、本実施の形態３及びその変形例においては、ＥＣＵ３０が、ステップ１６２，１６２Ａ，１６２Ｂ，１６２Ｃ，１６２Ｄの処理を実行することにより第３の発明における「酸素濃度制御手段」が、ステップ１６２，１６２Ａ，１６２Ｂの処理を実行することにより第６の発明における「ヒータ制御手段」が、ステップ１６２Ｃ，１６２Ｄの処理を実行することにより第７の発明における「酸素ポンプセル制御手段」が、ステップ１０８の処理を実行することにより第３の発明における「変曲点特定手段」が、ステップ１１０の処理を実行することにより第３及び第５の発明における「記憶手段」が、それぞれ実現されている。
【０１１７】
実施の形態４．
次に、図２０及び図２１を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。
本実施の形態４のシステムは、図１及び図２に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ３０に、後述する図２１に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【０１１８】
［実施の形態４の特徴］
上記実施の形態１，２では、エンジン始動時に変曲点に関する情報を学習した。また、上記実施の形態３では、燃料カット時に変曲点に関する情報を学習した。
【０１１９】
本実施の形態４では、アイドル時に変曲点に関する情報を学習する場合について説明する。
ところで、アイドル時には、エンジン始動時に比してＳＣＲ触媒２２の活性が高い。よって、アイドル時のＳＣＲ触媒２２下流のＮＯｘ濃度は、エンジン始動時に比して低い。しかし、アイドル時においても、ＳＣＲ触媒２２下流のＮＯｘ濃度が変化すると、これに伴ってＮＯｘセンサセル出力が変化してしまい、変曲点を精度良く特定することができない可能性がある。
【０１２０】
ここで、上記実施の形態２と同様に、ＮＯｘ濃度の推定値を用いてＮＯｘセンサセル出力を補正する方法が考えられる。しかし、上述したように、アイドル時のＮＯｘ排出量は少ない。このアイドル時のＮＯｘ濃度は、図２０に示すように、尿素水添加弁２３からの尿素水添加量を増やすことで、低下させることができる。図２０は、尿素水添加量と、ＳＣＲ触媒２２下流のＮＯｘ濃度との関係を示す図である。
【０１２１】
そこで、本実施の形態４では、アイドル時に、尿素水添加量を例えば図２０におけるQiのように増加させることによってＮＯｘ濃度を低下させる。その後、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点を特定し、変曲点に関する情報を学習する。
【０１２２】
［実施の形態４における具体的処理］
図２１は、本実施の形態４において、ＥＣＵ３０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
図２１に示すルーチンによれば、先ず、エンジン１がアイドル状態であるか否かを判別する（ステップ１８０）。このステップ１８０でアイドル状態ではないと判別された場合には、本ルーチンを終了する。
【０１２３】
上記ステップ１８０でアイドル状態であると判別された場合には、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度を増加させる（ステップ１８２）。このステップ１８２では、上記実施の形態３及び変形例で説明したように、ヒータ通電制御や、素子温度制御目標値の制御や、ポンプセル印加電圧制御等を実行することで、ＮＯｘセンサ２５の第１内部空間５１及び第２内部空間５２の酸素濃度並びに第１検出電極６２に吸着される酸素濃度を高めることができる。
【０１２４】
次に、ＮＯｘ低減処理を実行する（ステップ１８４）。このステップ１８４では、例えば、尿素水添加量の増量のほか、ＥＧＲ量の増量等がなされる。その後、ステップ１０８の処理に移行し、図７に示すルーチンにより、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点が特定される。その後、図６に示すルーチンと同様に、変曲点に関する情報が学習値として取り込まれる（ステップ１１０）。
【０１２５】
以上説明したように、本実施の形態４では、アイドル時に、ＮＯｘ低減処理が実行され後、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点が特定される。従って、アイドル時においても、エンジン１から排出されるＮＯｘ濃度の変化の影響を受けることなく、精度良く変曲点を特定することができ、変曲点に関する情報を精度良く学習することができる。よって、エンジン運転状態による活性判定バラツキを低減することができる。また、アイドル時に学習が行われるため、学習頻度を確保することができる。
【０１２６】
尚、本実施の形態４においては、ＥＣＵ３０が、ステップ１８２の処理を実行することにより第４の発明における「酸素濃度制御手段」が、ステップ１８４の処理を実行することにより第４の発明における「ＮＯｘ濃度低減手段」が、ステップ１０８の処理を実行することにより第４の発明における「変曲点特定手段」が、ステップ１１０の処理を実行することにより第４の発明における「記憶手段」が、それぞれ実現されている。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】本発明の実施の形態１によるシステムの構成の一例を示す図である。
【図２】図１に示すシステムに搭載されるガス濃度検出装置の構成を示す図である。
【図３】エンジン始動時の酸素ポンプセル出力の変化とＮＯｘセンサセル出力の変化を示す図である。
【図４】ＮＯｘセンサセル出力の変曲点を特定する方法を説明するための図である。
【図５】エンジン始動時において、経過時間に応じたＮＯｘセンサセル出力の変化を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ３０が実行する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１０８で実行される変曲点特定ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】酸素ポンプセル出力とＮＯｘセンサセル出力との相関関係を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１の第１変形例において、酸素ポンプセル出力の変曲点を特定する方法を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態１の第１変形例による変曲点特定ルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態１の第２変形例によるガス濃度検出装置の要部を説明するためのブロック図である。
【図１２】空燃比センサセル出力とＮＯｘセンサセル出力との相関関係を示す図である。
【図１３】エンジン始動時のＳＣＲ触媒２２下流のＮＯｘ濃度の変化と、ＮＯｘセンサセル出力の変化を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態２において、図６のステップ１０８で実行される変曲点特定ルーチンを示すフローチャートである。
【図１５】本発明の実施の形態３において、ＥＣＵ３０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】本発明の実施の形態３の第１変形例において、ＥＣＵ３０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図１７】本発明の実施の形態３の第２変形例において、ＥＣＵ３０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図１８】本発明の実施の形態３の第３変形例において、ＥＣＵ３０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図１９】本発明の実施の形態３の第４変形例において、ＥＣＵ３０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図２０】尿素水添加量と、ＳＣＲ触媒２２下流のＮＯｘ濃度との関係を示す図である。
【図２１】本発明の実施の形態４において、ＥＣＵ３０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１２８】
１ エンジン
２５ ＮＯｘセンサ
３０ ＥＣＵ
３１ ポンプセル制御手段
３２ センサセル制御手段
３３ ヒータ制御手段
４０ 酸素ポンプセル
６０ ＮＯｘセンサセル
８１ ヒータ電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンから排出される排ガス中の特定ガス成分の濃度を検出するガス濃度検出装置に係り、特にＮＯｘセンサセルの活性点（活性判定点）の学習に関する。
【背景技術】
【０００２】
余剰酸素を排出する酸素ポンプセルと、余剰酸素排出後のガス中の特定成分の濃度を検出するセンサセルとを備えたガス濃度検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１のガス濃度検出装置によれば、酸素ポンプセルに流れる電流値に基づいて、センサセルに流れる電流値が補正される。これにより、被検出ガス中の酸素濃度が変化しても高精度に濃度検出を行うことができる。
【０００３】
また、酸素ポンプセルやセンサセルは固体電解質からなる素子を有している。かかる固体電解質からなる素子を用いたガス濃度検出装置では、素子温度を所定の活性温度に加熱する必要がある。素子抵抗（素子インピーダンス）を検出し、検出した素子抵抗と目標値との偏差に基づいてヒータの通電を制御する装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。この特許文献２の装置によれば、ヒータ電力に基づき素子抵抗の目標値を補正することで、素子温度を所望の温度に保持することができる。
【０００４】
また、素子インピーダンスに基づき、ガス濃度センサの活性判定を行う装置が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１１６１８０号公報
【特許文献２】特開２００３−５０２２７号公報
【特許文献３】特開２００４−１７７１７９号公報
【特許文献４】特開平１１−２３７３６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年、エミッション低減のため、ガス濃度センサの早期活性化と共に、精度良く活性判定を行うことが要求されている。
しかしながら、上記特許文献３においてセンサ活性判定の指標とされる素子インピーダンス等は、センサ個体差がある。このため、ガス濃度検知セルによりガス濃度を高精度に検出し始める時期に的確にセンサ活性判定を行うことができない可能性がある。さらに素子インピーダンス等により活性判定すると、エンジン運転状態により活性判定バラツキが生じてしまう可能性がある。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、エンジン運転状態による活性判定バラツキを低減することが可能なガス濃度検出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】
【０００８】
第１の発明は、被測定ガス中の酸素濃度を変化させることが可能な酸素濃度制御手段と、該酸素濃度制御手段により酸素濃度を変化させた後のガスから特定ガス成分の濃度を検知するガス濃度検知セルとを備えたガス濃度検出装置であって、
所定の運転状態で、かつ、前記酸素濃度制御手段により前記ガス濃度検知セルの酸素濃度が所定値以上にされた後に、前記ガス濃度検知セルの酸素濃度が減少する過程で、前記ガス濃度検知セルの出力の変曲点を活性点として特定する変曲点特定手段と、
前記変曲点特定手段により特定された変曲点に関する情報である変曲点学習値を記憶する記憶手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、被測定ガス中の酸素濃度を変化させることが可能な酸素濃度制御手段と、該酸素濃度制御手段により酸素濃度を変化させた後のガスから特定ガス成分の濃度を検知するガス濃度検知セルとを備えたガス濃度検出装置であって、
内燃機関の排気通路のＮＯｘ濃度を推定するＮＯｘ濃度推定手段と、
前記ＮＯｘ濃度推定手段により推定されたＮＯｘ濃度を用いて前記ガス濃度検知セルの出力を補正する補正手段と、
前記内燃機関の始動時、かつ、前記酸素濃度制御手段により前記ガス濃度検知セルの酸素濃度が所定値以上にされた後に、前記ガス濃度検知セルの酸素濃度が減少する過程で、前記補正手段により補正された出力の変曲点を特定する変曲点特定手段と、
前記変曲点特定手段により特定された変曲点に関する情報である変曲点学習値を記憶する記憶手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明は、被測定ガス中の酸素濃度を変化させることが可能な酸素濃度制御手段と、該酸素濃度制御手段により酸素濃度を変化させた後のガスから特定ガス成分の濃度を検知するガス濃度検知セルとを備えたガス濃度検出装置であって、
内燃機関の燃料カット時、かつ、前記酸素濃度制御手段により前記ガス濃度検知セルの酸素濃度が増加せしめられた後に、前記ガス濃度検知セルの酸素濃度が減少する過程で、前記ガス濃度検知セルの出力の変曲点を特定する変曲点特定手段と、
前記変曲点特定手段により特定された変曲点に関する学習値である変曲点学習値を記憶する記憶手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、第４の発明は、被測定ガス中の酸素濃度を変化させることが可能な酸素濃度制御手段と、該酸素濃度制御手段により酸素濃度を変化させた後のガスから特定ガス成分の濃度を検知するガス濃度検知セルとを備えたガス濃度検出装置であって、
内燃機関の排気通路のＮＯｘ濃度を低減するＮＯｘ濃度低減手段と、
前記内燃機関のアイドル時、かつ、前記ＮＯｘ濃度低減手段によりＮＯｘ濃度が低減された後に、前記ガス濃度検知セルの酸素濃度が減少する過程で、前記ガス濃度検知セルの出力の変曲点を特定する変曲点特定手段と、
前記変曲点特定手段により特定された変曲点に関する情報である変曲点学習値を記憶する記憶手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、第５の発明は、第１から第４の何れか１の発明において、
前記記憶手段は、前記変曲点が特定されたときの前記ガス濃度検知セルの出力及び素子温度と相関を有する物性値と、前記変曲点が特定されるまでの時間とをマップとして格納することを特徴とする。
【００１３】
また、第６の発明は、第３の発明において、
前記酸素濃度制御手段は、ヒータへの通電を制御するヒータ制御手段であり、
前記ヒータ制御手段は、通常時に比して燃料カット時の前記ヒータへの通電量を低下させることを特徴とする。
【００１４】
また、第７の発明は、第３の発明において、
電圧印加に伴って被測定ガス中の余剰酸素を排出する酸素ポンプセルを更に備え、
前記酸素濃度制御手段は、前記酸素ポンプセルへの通電を制御する酸素ポンプセル制御手段であり、
前記酸素ポンプセル制御手段は、通常時に比して燃料カット時の前記酸素ポンプセルへの通電量を低下させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
第１の発明では、内燃機関が所定の運転状態で、かつ、酸素濃度制御手段によりガス濃度検知セルの酸素濃度が所定値以上にされた後に、ガス濃度検知セルの酸素濃度が減少する過程で、ガス濃度検知セルの出力の変曲点が活性点として特定される。第１の発明によれば、一般的なセンサ活性（本活性）の判定と異なり、残存酸素の影響を受けることなく特定ガス成分の濃度をガス濃度検知セルにより検出し始める時期をもって、ガス濃度検知セルが活性状態であると判定される。従って、ガス濃度検知セルの活性判定を精度良く行うことができる。さらに、第１の発明では、この変曲点に関する情報である変曲点学習値が記憶される。変曲点学習値を利用することで、内燃機関の運転状態による活性判定バラツキを低減することができる。
【００１６】
第２の発明では、ＮＯｘ濃度の推定値を用いて、ガス濃度検知セル出力が補正される。内燃機関の始動時、かつ、酸素濃度制御手段によりガス濃度検知セルの酸素濃度が所定値以上にされた後に酸素濃度が減少する過程で、補正されたガス濃度検知セル出力の変曲点が活性点として特定される。第２の発明によれば、一般的なセンサ活性（本活性）の判定と異なり、内燃機関の始動時に、残存酸素の影響を受けることなく特定ガス成分の濃度をガス濃度検知セルにより検出し始める時期をもって、ガス濃度検知セルが活性状態であると判定される。さらに、内燃機関の始動時のＮＯｘ濃度の変化の影響を受けることなく、精度良く変曲点を特定することができる。従って、ガス濃度検知セルの活性判定を精度良く行うことができる。さらに、第２の発明では、この変曲点に関する情報である変曲点学習値が記憶される。変曲点学習値を利用することで、内燃機関の運転状態による活性判定バラツキを低減することができる。
【００１７】
第３の発明では、内燃機関の燃料カット時、かつ、酸素濃度制御手段によりガス濃度検知セルの酸素濃度が増加せしめられた後に酸素濃度が減少する過程で、ガス濃度検知セルの出力の変曲点が活性点として特定される。第３の発明によれば、内燃機関の燃料カット時に、残存酸素の影響を受けることなく特定ガス成分の濃度をガス濃度検知セルにより検出し始める時期をもって、ガス濃度検知セルが活性状態であると判定される。従って、ガス濃度検知セルの活性判定を精度良く行うことができる。さらに、第３の発明では、この変曲点に関する情報である変曲点学習値が記憶される。変曲点学習値を利用することで、内燃機関の運転状態による活性判定バラツキを低減することができる。また、燃料カット時も学習可能であるため、学習頻度を確保することができる。
【００１８】
第４の発明では、内燃機関のアイドル時、かつ、ＮＯｘ濃度低減手段によりＮＯｘ濃度が低減された後に、ガス濃度検知セルの酸素濃度が減少する過程で、ガス濃度検知セルの出力の変曲点が活性点として特定される。第４の発明によれば、内燃機関のアイドル時に、残存酸素の影響を受けることなく特定ガス成分の濃度をガス濃度検知セルにより検出し始める時期をもって、ガス濃度検知セルが活性状態であると判定される。さらに、内燃機関のアイドル時のＮＯｘ濃度の変化の影響を受けることなく、精度良く変曲点を特定することができる。従って、ガス濃度検知セルの活性判定を精度良く行うことができる。さらに、第４の発明では、この変曲点に関する情報である変曲点学習値が記憶される。変曲点学習値を利用することで、内燃機関の運転状態による活性判定バラツキを低減することができる。また、アイドル時も学習可能であるため、学習頻度を確保することができる。
【００１９】
第５の発明では、記憶手段により、変曲点が特定されたときのガス濃度検知セルの出力及び素子温度と相関を有する物性値と、変曲点が特定されるまでの時間とがマップとして格納される。変曲点が特定されたときは、物性値のセンサ個体差が最も小さい。よって、かかるマップを学習値として利用することで、内燃機関の運転状態による活性判定バラツキを低減することができる。
【００２０】
第６の発明によれば、通常時に比して燃料カット時のヒータへの通電量を低下させることで、ガス濃度検知セルの酸素濃度を増加させることができる。これにより、燃料カット時も変曲点を特定することができ、学習頻度を確保することができる。
【００２１】
第７の発明によれば、通常時に比して燃料カット時の酸素ポンプセルへの通電量を低下させることで、ガス濃度検知セルの酸素濃度を増加させることができる。これにより、燃料カット時も変曲点を特定することができ、学習頻度を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００２３】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１によるシステムの構成の一例を示す図である。図２は、図１に示すシステムに搭載されるガス濃度検出装置の構成を示す図である。
【００２４】
図１に示すシステムは、エンジン１として、４サイクルのディーゼルエンジン（圧縮着火内燃機関）を備えている。なお、エンジン１は、ガソリンエンジン（火花点火内燃機関）であってもよい。エンジン１の各気筒２のピストンは、クランク機構を介してクランク軸３に連結されている。クランク軸３の近傍には、クランク角度CAを検出するクランク角センサ４が設けられている。
【００２５】
エンジン１の各気筒２には、燃料を筒内に直接噴射するインジェクタ５が設置されている。各インジェクタ５は、共通のコモンレール６に接続されている。このコモンレール６には、サプライポンプ７によって加圧された燃料が蓄えられる。インジェクタ５は、１サイクル中に複数回、任意のタイミングで燃料を筒内に噴射することができる。
【００２６】
エンジン１の吸気ポート８には、吸気バルブ９が設けられている。この吸気バルブ９の開弁特性（開弁時期、リフト量、作用角）は、公知の油圧式もしくは機械式の可変動弁機構（図示せず）により変更可能である。吸気ポート８は、吸気マニホールド１０を介して吸気通路１１に接続されている。吸気通路１１の途中には、スロットル弁１２が設けられている。スロットル弁１２は、スロットルモータ１３により駆動される電子制御式のバルブである。スロットル弁１２は、アクセル開度センサ１５により検出されるアクセル開度AA等に基づいて駆動されるものである。スロットル弁１２の近傍には、スロットル開度TAを検出するスロットル開度センサ１３が設けられている。スロットル弁１２の上流には、吸入空気量Gaを検出するエアフロメータ１６が設けられている。エアフロメータ１６の上流にはエアクリーナ１７が設けられている。
【００２７】
また、エンジン１の排気ポート１８には、排気バルブ１９が設けられている。この排気バルブ１９の開弁特性（開弁時期、リフト量、作用角）は、公知の油圧式もしくは機械式の可変動弁機構（図示せず）により変更可能である。排気ポート１８は、排気マニホールド２０を介して排気通路２１に接続されている。排気通路２１には、選択還元触媒（以下「ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒」という。）２２が設けられている。この選択還元触媒２２の上流には、尿素水タンク２４に蓄えられた尿素水（(NH2)2CO+H2O）を添加する尿素水添加弁２３が設けられている。尿素水添加弁２３から添加された尿素水から生成されたアンモニアによって、ＮＯｘが窒素に還元される。選択還元触媒２２の下流には、ＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ２５が設けられている。ＮＯｘセンサ２５の下流には、アンモニアを酸化するための酸化触媒２６が設けられている。
【００２８】
上記ＮＯｘセンサ２５は、図２に示すガス濃度検出装置の一部を構成する。ＮＯｘセンサ２５は、図２に示すように、酸素ポンプセル４０の下方に、スペーサ５０、ＮＯｘセンサセル６０、スペーサ６５、ヒータ８０を順次積層することにより形成されている。
【００２９】
酸素ポンプセル４０は、被測定ガス中の余剰酸素を除去する機能のみを有し、固体電解質体４１と一対のポンプ電極４２，４３とを有している。素子である固体電解質体４１は、酸素イオン導電性を有しており、例えば、シート状に成形されたＺｒＯ２，ＨｆＯ２，ＴｈＯ２，ＢｉＯ３等である。この固体電解質体４１を上下から挟むポンプ電極４２，４３は、例えば、スクリーン印刷等の方法により形成することができる。
【００３０】
固体電解質体４１表面に形成された第１ポンプ電極４２は、被測定ガスである排ガスが存在する空間、すなわち、エンジン１の排気通路２１内に露出している。該第１ポンプ電極４２として、例えば、Ｐｔ等の貴金属を含む多孔質サーメット電極を用いることができる。
【００３１】
一方、第１ポンプ電極４２と対向するように固体電解質体４１裏面に形成された第２ポンプ電極４３は、後述する第１内部空間５１に露出している。該第２ポンプ電極４３として、ＮＯｘガスに対して不活性な電極、例えば、Ｐｔ−Ａｕ合金とジルコニアやアルミナ等のセラミックスとを含む多孔質サーメット電極を用いることができる。
【００３２】
酸素ポンプセル４０には、固体電解質体４１とポンプ電極４２，４３を貫通する導入孔としてのピンホール４４が形成されている。ピンホール４４の孔径は、ピンホール４４を介して第１内部空間５１（後述）に導入される排ガスの拡散速度が所定速度となるように設計されている。第１内部空間５１は、ピンホール４４と保護層７０とを介して、被測定ガスが存在する空間に連通している。
【００３３】
また、ピンホール４４を含む第１ポンプ電極４２表面とその周辺の固体電解質体４１とを覆うように、多孔質保護層７０が形成されている。多孔質保護層７０は、例えば、多孔質アルミナ等により形成することができる。この多孔質保護層７０により、第１ポンプ電極４２の被毒を抑制することができると共に、排ガスに含まれるスス等によるピンホール４４の目詰まりを抑制することができる。
【００３４】
スペーサ５０には、上述した第１内部空間５１と、第２内部空間５２とが形成されている。スペーサ５０は、例えば、アルミナ等により形成することができる。２つの内部空間５１，５２は、連通孔５３を介して連通している。これらの内部空間５１，５２及び連通孔５３は、スペーサ５０に抜き穴を設けることにより形成することができる。
【００３５】
ＮＯｘセンサセル６０は、ＮＯｘの還元分解により生じる酸素量からＮＯｘ濃度を検出するものである。ＮＯｘセンサセル６０は、固体電解質体６１と、該固体電解質体６１を上下から挟む一対の検出電極６２，６３とを有している。これらの検出電極６２，６３は、例えば、スクリーン印刷等の方法により形成することができる。
【００３６】
固体電解質体６１表面に形成された第１検出電極６２は、第２内部空間５２に露出している。この第１検出電極６２として、例えば、Ｐｔ−Ｒｈ合金とジルコニアやアルミナ等のセラミックスとを含む多孔質サーメット電極を用いることができる。
【００３７】
一方、第１検出電極６２と対向するように、固体電解質体６１裏面に形成された第２検出電極６３は、スペーサ６５に形成された大気ダクト６６に露出している。大気ダクト６６には、大気が導入される。この第２検出電極６３として、例えば、Ｐｔ等の貴金属を含む多孔質サーメット電極を用いることができる。大気ダクト６６は、スペーサ６５に切り欠きを設けることにより形成することができる。
【００３８】
ヒータ８０は、シート状の絶縁層８２，８３と、これらの絶縁層８２，８３間に埋設されたヒータ電極８１とを有している。絶縁層８２，８３は、例えば、アルミナ等のセラミックスにより形成される。ヒータ電極８１は、例えば、Ｐｔとアルミナ等のセラミックスとのサーメットにより形成される。
【００３９】
また、図１に示すように、排気マニホールド２０には、外部ＥＧＲ通路２７の一端が接続されている。外部ＥＧＲ通路２７の他端は、吸気マニホールド１０近傍の吸気通路１１に接続されている。この外部ＥＧＲ通路２７を通して、排気ガス（既燃ガス）の一部を吸気通路１１に還流させること、つまり外部ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を行うことができる。外部ＥＧＲ通路２７の途中には、外部ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２８が設けられている。外部ＥＧＲ通路２７におけるＥＧＲクーラ２８の下流には、ＥＧＲ弁２９が設けられている。このＥＧＲ弁２９の開度を大きくするほど、外部ＥＧＲ通路２７を通る排気ガス量（すなわち、外部ＥＧＲ量もしくは外部ＥＧＲ率）を増大させることができる。
【００４０】
また、図１に示すシステムは、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０を備えている。ＥＣＵ３０の出力側には、インジェクタ５、サプライポンプ７、スロットルモータ１３、尿素水添加弁２３、ＥＧＲ弁２９等が接続されている。ＥＣＵ３０の入力側には、クランク角センサ４、スロットル開度センサ１４、アクセル開度センサ１５、エアフロメータ１６、ＮＯｘセンサ２５（後述）が接続されている。
【００４１】
また、図２に示すように、ＥＣＵ３０は、ポンプセル制御手段３１と、センサセル制御手段３２と、ヒータ制御手段３３とを有している。
ポンプセル制御手段３１は、酸素ポンプセル４０の第１及び第２ポンプ電極４２，４３に接続されている。ポンプセル制御手段３１は、第１及び第２ポンプ電極４２，４３に電圧を印加すると共に、酸素ポンプセル４０に流れる電流値を「酸素ポンプセル出力」として検出するものである。
センサセル制御手段３２は、ＮＯｘセンサセル６０の第１及び第２検出電極６２，６３に接続されている。センサセル制御手段３２は、第１及び第２検出電極６２，６３に電圧を印加すると共に、ＮＯｘセンサセル６０に流れる電流値を「ＮＯｘセンサセル出力」として検出するものである。また、センサセル制御手段３２は、ＮＯｘセンサセル６０の素子インピーダンスを検出することができる。
ヒータ制御手段３３は、ヒータ電極８１に接続されている。ヒータ制御手段３３は、ヒータ電極８１に電力を供給するものである。
【００４２】
ＥＣＵ３０は、クランク角度CAに基づいて、機関回転数NEを算出する。ＥＣＵ３０は、スロットル開度TAやアクセル開度AA等に基づいて、機関負荷KLを算出する。ＥＣＵ３０は、機関負荷KLに基づいて、インジェクタ５からの燃料噴射量を算出する。
また、ＥＣＵ３０は、各センサからの信号に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを作動させることにより、エンジン１の運転状態を制御する。
【００４３】
［実施の形態１の特徴］
（ＮＯｘ濃度検出動作）
先ず、図２に示すガス濃度検出装置の動作、すなわち、ＮＯｘセンサ２５によるＮＯｘ濃度検出動作について説明する。
ＮＯｘセンサ２５の保護層７０上方の排気通路２１（図１参照）には、被測定ガスとしての排ガスが流れている。この排ガス中には、酸素、ＮＯｘ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等が含まれている。排ガスは、保護層７０とピンホール４４を介して、第１内部空間５１に導入される。この第１内部空間５１に導入される排ガス量は、保護層７０とピンホール４４の拡散抵抗により決まる。
【００４４】
そして、ポンプセル制御手段３１から第１及び第２ポンプ電極４２，４３にそれぞれ正電圧及び負電圧が印加されると、第１内部空間５１に露出する第２ポンプ電極４３上で、残存酸素と排ガス中の酸素が酸素イオンＯ２−に還元される。この酸素イオン２−は、ポンピング作用により固体電解質体４１を透過して第１ポンプ電極４２側に排出される。このとき、酸素ポンプセル４０を流れる電流値が、「酸素ポンプセル出力」としてポンプセル制御手段３１により検出される。酸素ポンプセル４０により余剰酸素が排出されることで、排ガス中の酸素濃度がＮＯｘセンサセル４によるＮＯｘ濃度検出に影響しない程度にまで低くされる。
【００４５】
余剰酸素が除去され低酸素濃度にされた排ガスは、連通孔５３を介して第２内部空間５２に導入される。そして、センサセル制御手段３２から第１検出電極６２と第２検出電極６３の間に所定電圧が印加されると、残存酸素と排ガス中の特定成分であるＮＯｘが第１検出電極６２上で分解され酸素イオンＯ２−が発生する。ＮＯｘは一旦ＮＯに分解（単ガス化）された後、さらに酸素イオンＯ２−に分解される。発生した酸素イオンＯ２−は、固体電解質体６１を透過して、第２検出電極６３から大気ダクト６６に排出される。このとき、ＮＯｘセンサセル６０を流れる電流値が、「ＮＯｘセンサセル出力」としてセンサセル制御手段３２により検出され、ＮＯｘセンサ２５により検出されたＮＯｘ濃度とされる。
また、固体電解質体４１，６１を目標温度に加熱するために、ヒータ制御手段３３からヒータ電極８１に電力が断続的に供給されている。
【００４６】
（センサ活性判定）
ところで、エミッションを低減するため、ＮＯｘセンサ２５を早期に活性化させる要求がある。すなわち、早期にＮＯｘセンサ２５のＮＯｘセンサセル６０を活性判定し、ＮＯｘセンサセル出力を各種制御に用いるという要求がある。ＮＯｘセンサ２５の早期活性化を実現するためには、ＮＯｘセンサ２５の状態を迅速かつ高精度に把握することが重要である。
ここで、固体電解質体からなる素子を用いたＮＯｘセンサでは、正常な特性を得るために、ヒータ電極へ通電することにより素子温度を所定の活性温度に加熱する必要がある。
既述した特許文献３の装置によれば、素子インピーダンスに基づいて活性判定が行われる。その他に、ヒータへの供給電力やヒータ抵抗等に基づき、ガス濃度センサの活性判定を行う装置が知られている。
【００４７】
しかしながら、素子インピーダンスやヒータ供給電力やヒータ抵抗等は、センサ個体間でのバラツキ（すなわち、センサ個体差）がある。このため、素子インピーダンス等に基づき、センサの状態を迅速かつ高精度に把握することは難しい。素子インピーダンス等に基づきセンサの活性判定を早期に行うと、活性判定後にＮＯｘセンサセルが残存酸素の影響を受けながらＮＯｘ濃度を検知する事態が生じ得る。すなわち、活性判定後にも関わらず、ＮＯｘセンサセル出力の精度が低いという事態が生じ得る。そうすると、エミッション低減効果が不十分となってしまう可能性がある。さらに、素子インピーダンス等に基づきガス濃度センサの活性判定を行う手法では、センサ個体差の影響を受けるため、各センサで早期活性化を最大限に実現することは困難である。
【００４８】
そこで、本実施の形態１では、以下に説明するように、ＮＯｘセンサ２５の状態を精度良く把握し、ＮＯｘセンサ２５の活性判定を早期かつ高精度に行うようにする。
図３は、エンジン始動時の酸素ポンプセル出力の変化とＮＯｘセンサセル出力の変化を示す図である。図３における破線Ｌｐは酸素ポンプセル出力の変化を、実線ＬｓはＮＯｘセンサセル出力の変化を、それぞれ示している。
【００４９】
図３における時刻ｔ０において、イグニッションがＯＮにされ、ＮＯｘセンサ２５の暖機が開始される。すなわち、ヒータ制御手段３３からヒータ電極８１への通電が開始される。かかる通電により、酸素ポンプセル４０及びＮＯｘセンサセル６０の温度、すなわち、固体電解質体４１，６１の温度が徐々に上昇する。この時刻ｔ０において、酸素ポンプセル４０近傍の第１内部空間５１と、ＮＯｘセンサセル６０近傍の第２内部空間５２には、大気中の酸素が残存している。
【００５０】
その後、時刻ｔ１において、ＮＯｘセンサセル６０の固体電解質体６１の温度が所定温度に達すると、ＮＯｘセンサセル出力が得られる。この時刻ｔ１以降、ＮＯｘセンサセル６０（固体電解質体６１）の活性度が上がるに連れ、ＮＯｘセンサセル出力は上昇する。これは、ＮＯｘセンサセル６０近傍の第２内部空間５２に導入されたＮＯｘが第１検出電極６２上で分解されるのではなく、第２内部空間５２に残存する酸素が第１検出電極６２上で分解されるためである。その後、時刻ｔ３において、ＮＯｘセンサセル出力が上限値に達する。すなわち、ＮＯｘセンサセル６０により検出可能な酸素イオン濃度の上限値に達する。
【００５１】
また、時刻ｔ１より後の時刻ｔ２において、酸素ポンプセル４０の固体電解質体４１の温度が所定温度に達すると、酸素ポンプセル出力が得られる。この時刻ｔ２以降、酸素ポンプセル４０（固体電解質体４１）の活性度が上がるに連れて、酸素ポンプセル４０近傍の第１内部空間５１に残存する酸素が排出される量が増加する。このため、酸素ポンプセル出力は上昇する。
【００５２】
酸素ポンプセル４０の活性度が上がるに連れ、第１内部空間５１からの酸素の排出量が多くなる。さらに、排気通路２１から第１内部空間５１に導入される排ガス量が多くなる。そうすると、第１内部空間５１における残存酸素濃度が低くなり、第１内部空間５１から第２内部空間５２に供給される酸素量も少なくなる。よって、酸素ポンプセル４０の活性度が上がるに連れ、第２内部空間５２における残存酸素濃度が徐々に低くなる。その結果、時刻ｔ４以降、ＮＯｘセンサセル出力が低下する。
【００５３】
その後、第２内部空間５２における残存酸素が除去される時刻ｔ５において、ＮＯｘセンサ出力に変曲点が現れる。すなわち、時刻ｔ５の前後において、ＮＯｘセンサセル出力のカーブが大きく変わる。この変曲点が現れる前のＮＯｘセンサ出力は、第２内部空間５２に残存する酸素濃度の影響、すなわち、酸素ポンプセル４０の活性度の影響が支配的である。一方、変曲点が現れた後のＮＯｘセンサ出力は、第２内部空間５２のＮＯｘ濃度及びＮＯｘセンサセル６０の第１検出電極６２に吸着された酸素濃度、すなわち、ＮＯｘセンサセル６０の活性度の影響を受ける。よって、この変曲点が現れる時刻ｔ５において、ＮＯｘセンサ２５の暖機前に第１及び第２内部空間５１，５２に残存していた酸素が除去されたと把握することができる。従って、変曲点が現れた時刻ｔ５以降は、残存酸素の影響を受けることなく、ＮＯｘセンサセル６０によりＮＯｘ濃度を精度良く検出することができる。
【００５４】
そこで、本実施の形態１では、ＮＯｘセンサセル出力に変曲点が現れる時刻ｔ５において、ＮＯｘセンサ２５の活性判定を行う。ここで、本発明におけるＮＯｘセンサ２５の活性判定は、一般的なセンサ活性（本活性）とは異なるものである。本発明では、残存酸素の影響がないＮＯｘセンサ出力を検出し始めた時点、すなわち、残存酸素の影響を受けることなくＮＯｘセンサセル出力を各種制御に用いることができるようになった時点をもって「活性状態」とする（以下同様）。このように、ＮＯｘセンサセル６０が残存酸素の影響を受けることなくＮＯｘ濃度を検出し始める時刻ｔ５に、ＮＯｘセンサ２５の活性判定を行うことで、ＮＯｘセンサ２５の早期活性化の要求を最大限満たすことができる。
【００５５】
（変曲点特定方法）
次に、図４を参照して、上記変曲点を特定する方法について説明する。
図４は、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点を特定する方法を説明するための図である。先ず、所定間隔毎にＮＯｘセンサセル出力Ｎを取得すると共に、各時刻においてＮＯｘセンサセル出力の変化量ΔＮを算出する。ここで、時刻ｔにおける変化量ΔＮ（ｔ）は、次式(1)に従って算出される。この算出された変化量ΔＮ（ｔ）が所定の基準値ΔＮｔｈよりも小さくなったとき、その時刻ｔでのＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）が変曲点と特定される。
ΔN(t)=N(t-1)-N(t)・・・(1)
図４に示す例では、時刻ｔ１０から時刻ｔ１４までの間、ＮＯｘセンサセル出力Ｎは減少している。このため、各時刻ｔ１１〜時刻ｔ１４において上式(1)により算出された変化量ΔＮ（ｔ１１）〜ΔＮ（ｔ１４）は、全て正の値をとる。変化量ΔＮ（ｔ１１）〜ΔＮ（ｔ１３）は予め定められた基準値ΔＮｔｈ以上であるが、変化量ΔＮ（ｔ１４）は基準値ΔＮｔｈよりも小さくなっている。このため、時刻ｔ１４でのＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ１４）が、変曲点と特定される。ＮＯｘセンサセル出力に変曲点が現れた時刻ｔ１４に、ＮＯｘセンサ２５の活性判定が行われる。
【００５６】
また、上記特許文献３のように素子インピーダンスに基づいて活性判定を行うと、エンジンの運転状態によって活性判定時期が異なってしまう可能性がある。
【００５７】
そこで、本実施の形態１では、変曲点の特定時に、変曲点に関する情報を学習するようにする。かかる学習は、例えば、変曲点が特定されるまでの時間、変曲点が特定されたときのＮＯｘセンサセル出力、及び変曲点が特定されたときの素子温度と相関を有する物性値をマップに取り込む（格納する）ことにより行う。この素子温度と相関を有する物性値は、例えば、インピーダンス、ヒータ抵抗及びヒータ電力のうち少なくとも１つである。
【００５８】
このような変曲点に関する情報を学習するためには、ＮＯｘセンサセル出力に変曲点を発生させる必要がある。そのためには、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度を所定値以上に高くする必要がある。つまり、第１及び第２内部空間５１，５２に残存する酸素濃度を高くし、ＮＯｘセンサセル６０の第１検出電極６２に吸着される酸素濃度を高くする必要がある。
【００５９】
エンジン始動時においては、前回通電ＯＦＦからイグニッションＯＮまでの経過時間（以下「経過時間」と略する。）がある程度必要である。
図５は、エンジン始動時において、経過時間に応じたＮＯｘセンサセル出力の変化を説明するための図である。図５において、実線Ｌｓ１は、経過時間が十分に長い（例えば、数時間以上）場合のＮＯｘセンサ出力変化を示している。経過時間が短くなると、一点鎖線Ｌｓ２で示すように、ＮＯｘセンサセル出力が上限値に維持される時間が短くなる。さらに経過時間が短い場合には、二点鎖線Ｌｓ３で示すように、ＮＯｘセンサセル出力が上限値まで上昇せずに下降し始める。これらの場合、何れもＮＯｘセンサセル出力が基準値Ｎ１よりも上昇するため、変曲点を特定することができ、変曲点に関する情報の学習をすることが可能である。
一方、経過時間が非常に短い場合（例えば、１時間以内の場合）には、破線Ｌｓ４で示すように、イグニッションＯＮから所定時間αが経過してもＮＯｘセンサセル出力が基準値Ｎ１に達しない。この場合、変曲点を特定することができないため、変曲点に関する情報を学習することができない。
従って、変曲点に関する情報を学習するためには、ＮＯｘセンサセル出力が基準値Ｎ１よりも上昇する程度の経過時間が必要である。すなわち、ＮＯｘセンサセル出力が基準値Ｎ１よりも上昇する程度に、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度を増加させる必要がある。
【００６０】
［実施の形態１における具体的処理］
図６は、本実施の形態１において、ＥＣＵ３０が実行するルーチンを示すフローチャートである。図７は、図６のステップ１０８で実行される変曲点特定ルーチンを示すフローチャートである。図６に示すルーチンは、所定間隔毎に起動するものである。
【００６１】
図６に示すルーチンによれば、先ず、イグニッションＯＮであるか否かを判別する（ステップ１００）。このステップ１００でイグニッションＯＮではないと判別された場合には、本ルーチンを一端終了する。一方、ステップ１００でイグニッションＯＮであると判別された場合には、前回通電ＯＦＦからイグニッションＯＮまでの経過時間を取得する（ステップ１０２）。このステップ１０２では、例えば、本ルーチンとは別ルーチンにより算出されている経過時間が読み込まれる。
【００６２】
次に、上記ステップ１０２で取得された経過時間が基準値よりも長いか否かを判別する（ステップ１０４）。この基準値は、前回通電ＯＦＦされてから、十分に酸素濃度が増加しているか否かを判別するための閾値である。このステップ１０４で経過時間が基準値よりも長いと判別された場合には、ＮＯｘセンサ２５への通電をＯＮにする（ステップ１０６）。このステップ１０６では、ＥＣＵ３０のポンプセル制御手段３１から酸素ポンプセル４０への通電がＯＮにされ、センサセル制御手段３２からＮＯｘセンサセル６０への通電がＯＮにされ、ヒータ制御手段３３からヒータ電極８１への通電がＯＮにされる。
【００６３】
その後、ステップ１０８に移行し、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点が特定される。このステップ１０８では、図７に示すルーチンが起動される。
図７に示すルーチンによれば、先ず、ＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）を取得する（ステップ１２０）。そして、上記ステップ１２０で取得されたＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）を用いて、上式(1)に従って変化量ΔＮ（ｔ）を算出する（ステップ１２２）。その後、上記ステップ１２２で算出された変化量ΔＮ（ｔ）がゼロよりも大きいか（すなわち、変化量ΔＮ（ｔ）が正の値であるか）否かを判別する（ステップ１２４）。このステップ１２４では、今回のＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）が、前回のＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ−１）よりも小さいか否か、すなわち、ＮＯｘセンサセル出力が減少しているか否かが判別される。
【００６４】
上記ステップ１２４で変化量ΔＮ（ｔ）がゼロよりも大きいと判別された場合には、今回のＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）が前回のＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ−１）よりも小さく、ＮＯｘセンサ出力が減少していると判断される。この場合、続いて、変化量ΔＮ（ｔ）が基準値ΔＮｔｈよりも小さいか否かを判別する（ステップ１２６）。このステップ１２６で変化量ΔＮ（ｔ）が基準値ΔＮｔｈよりも小さいと判別された場合には、ＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）を変曲点と特定する（ステップ１２８）。このステップ１２８では、ＮＯｘセンサ２５の活性判定が行われる。図４に示す例では、変化量ΔＮ（ｔ１４）が基準値ΔＮｔｈよりも小さいため、時刻ｔ１４でのＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ１４）が変曲点と特定される。その後、図７に示すルーチンを終了し、図６に示すルーチンのステップ１１０に移行する。
【００６５】
図６に示すルーチンのステップ１１０では、変曲点に関する情報が学習値として取り込まれる。このステップ１１０では、変曲点特定時のＮＯｘセンサ出力Ｎ（ｔ）と、センサ通電ＯＮから変曲点特定時までの時間と、変曲点特定時の素子温度と相関を有する物性値とが、三次元マップとして格納される。その後、図６に示すルーチンを終了する。
【００６６】
一方、上記ステップ１０４で経過時間が基準値未満であると判別された場合には、上記ステップ１０６と同様に、ＮＯｘセンサ２５への通電をＯＮにする（ステップ１１２）。その後、上記ステップ１１２で通電ＯＮされてから所定時間αが経過したか否かを判別する（ステップ１１４）。この所定時間αは、ＮＯｘセンサ２５内に十分な酸素が存在していれば、ＮＯｘセンサセル出力が下記基準値Ｎ１（図５参照）を超える時間である。このステップ１１４で所定時間αが経過していないと判別された場合には、上記ステップ１１２に戻る。一方、上記ステップ１１４で所定時間αが経過したと判別された場合には、ＮＯｘセンサセル出力Ｎ（α）を取得する（ステップ１１６）。そして、上記ステップ１１６で取得されたＮＯｘセンサセル出力Ｎ（α）が基準値Ｎ１以上であるか否かを判別する（ステップ１１８）。この基準値Ｎ１は、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点を特定可能であるか否かを判別するための閾値である。
【００６７】
上記ステップ１１８において、図５において破線Ｌｓ４で示すように、ＮＯｘセンサセル出力Ｎ（α）が基準値Ｎ１に達していないと判別された場合には、変曲点の特定が不可能であり、変曲点に関する情報の学習も不可能であると判断される。この場合、変曲点を特定することなく、図６に示すルーチンを終了する。一方、上記ステップ１１８において、図５において二点鎖線Ｌｓ３で示すように、ＮＯｘセンサ出力Ｎ（α）が基準値Ｎ１以上であると判別された場合には、変曲点の特定が可能であると判断される。この場合、上記ステップ１０８に移行する。
【００６８】
以上説明したように、本実施の形態１では、酸素ポンプセル４０により残存酸素を排出した後にＮＯｘセンサセル６０によりＮＯｘ濃度が検出される。このため、エンジン始動時のように、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度が高い場合には、図３に示すようなＮＯｘセンサセル出力の変化が得られる。このＮＯｘセンサセル出力に現れる変曲点は、ＮＯｘセンサセル６０が残存酸素の影響を受けることなくＮＯｘ濃度を検出可能となったことを示している。本実施の形態１では、一般的なセンサ活性（本活性）判定とは異なり、この変曲点が現れる時期に、ＮＯｘセンサ２５が活性状態であると判定される。すなわち、センサ個体差を有する素子インピーダンス等ではなく、センサ個体差とは無関係にＮＯｘセンサセル出力に現れる変曲点に基づいてＮＯｘセンサ２５の活性判定が精度良く行われる。このため、ＮＯｘセンサ２５の早期活性を最大限に実現することができると共に、高精度のＮＯｘセンサセル出力を各種制御に用いることでエミッション低減の要求を十分に満たすことができる。
【００６９】
また、本実施の形態１では、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点を特定した後、この変曲点に関する情報を学習値として記憶する。例えば、変曲点特定時のＮＯｘセンサ出力と、センサ通電ＯＮから変曲点特定時までの時間と、変曲点特定時の素子温度と相関を有する物性値とが三次元マップとして格納される。よって、かかる学習値を利用することで、エンジン運転状態による活性判定バラツキを低減することができる。特に、エンジン始動条件（前回通電ＯＦＦからの経過時間）による活性判定バラツキを低減することができる。また、エンジン始動時に学習が行われるため、学習頻度を確保することができる。
【００７０】
ところで、上記実施の形態１では、図７に示すルーチンのように、ＮＯｘセンサセル出力の変化量ΔＮ（ｔ）と基準値ΔＮｔｈとの比較結果等に基づいて変曲点を特定しているが、以下の変形例の方法によって変曲点を特定してもよい。
【００７１】
（第１変形例）
酸素ポンプセル４０とＮＯｘセンサセル６０は同様の構成を有しており、共にセル内を酸素イオンＯ２−が流れるときの電流値を出力している。よって、酸素ポンプセル出力とＮＯｘセンサセル出力との間には、相関関係がある。そこで、第１変形例では、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点を特定するために、かかる相関関係を利用する。図８は、酸素ポンプセル出力とＮＯｘセンサセル出力との相関関係を示す図である。図８における破線Ｌｐは酸素ポンプセル出力の変化を示し、実線ＬｓはＮＯｘセンサセル出力の変化を示している。ＮＯｘセンサ２５への通電をＯＮにすると、図８に示すように、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点だけでなく、酸素ポンプセル出力にも変曲点が現れる。この酸素ポンプセル出力の変曲点は、第１内部空間５１に残存する酸素が排出されたときに現れる。本発明者は、酸素ポンプセル出力の変曲点が現れる時刻２１と、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点が現れる時刻ｔ２２との間には、相関関係があることを見いだした。
ここで、両時刻ｔ２１，ｔ２２の差Δｔｎは、実験等により予め求めておき、ＥＣＵ３０内に記憶させておくことができる。よって、後述する方法により酸素ポンプセル出力に変曲点が現れる時期を特定することができれば、その特定された変曲点の時期に予め求めた差Δｔｎを加算することで、ＮＯｘセンサセル出力に変曲点が現れる時期を推定することができる。
【００７２】
図９を参照して、酸素ポンプセル出力の変曲点を特定する方法について説明する。図９は、本実施の形態１の第１変形例において、酸素ポンプセル出力の変曲点を特定する方法を説明するための図である。酸素ポンプセル出力の変曲点の特定方法は、上記実施の形態１で説明したＮＯｘセンサセル出力の変曲点の特定方法の一部を適用することができる。
【００７３】
先ず、所定間隔毎に、酸素ポンプセル出力Ｐを取得すると共に、各時刻において酸素ポンプセル出力の変化量ΔＰを算出する。ここで、時刻ｔにおける変化量ΔＰ（ｔ）は、次式(2)に従って算出される。そして、この算出された変化量ΔＰ（ｔ）が所定の基準値ΔＰｔｈよりも小さくなったとき、その時刻ｔでの酸素ポンプセル出力Ｐ（ｔ）を変曲点と特定する。なお、変化量ΔＰ（ｔ）が正の値をとるように、次式(2)では、時刻ｔの出力Ｐ（ｔ）から時刻（ｔ−１）の出力Ｐ（ｔ−１）を減算している。
ΔP(t)=P(t)-P(t-1)・・・(2)
【００７４】
図９に示す例では、時刻ｔ３０から時刻ｔ３４までの間、酸素ポンプセル出力Ｐは増加している。このため、各時刻ｔ３１〜時刻ｔ３４において上式(2)により算出された変化量ΔＰ（ｔ３１）〜ΔＰ（ｔ３４）は、全て正の値をとる。変化量ΔＰ（ｔ３１）〜ΔＰ（ｔ３３）は予め定められた基準値ΔＰｔｈ以上であるが、ΔＰ（ｔ３４）は基準値ΔＰｔｈよりも小さい。このため、時刻ｔ３４での酸素ポンプセル出力Ｐ（ｔ３４）が変曲点と特定される。従って、この時刻ｔ３４に上記のΔｔｎを加えた時刻（ｔ３４＋Δｔｎ）において、ＮＯｘセンサセル出力Ｎに変曲点が現れると推定することができる。
【００７５】
図１０は、本実施の形態１の第１変形例による変曲点特定ルーチンを示すフローチャートである。図１０に示すルーチンは、図６のステップ１０８において起動される。図１０に示すルーチンによれば、先ず、酸素ポンプセル出力Ｐ（ｔ）を取得する（ステップ１３０）。そして、上記ステップ１３０で取得された酸素ポンプセル出力Ｐ（ｔ）を用いて、上式(2)に従って変化量ΔＰ（ｔ）を算出する（ステップ１３２）。
【００７６】
その後、上記ステップ１３２で算出された変化量ΔＰ（ｔ）が基準値ΔＰｔｈよりも小さいか否かを判別する（ステップ１３４）。このステップ１３４で変化量ΔＰ（ｔ）が基準値ΔＰｔｈ以上であると判別された場合には、酸素ポンプセル出力Ｐに未だ変曲点が現れていないと判断して、図１０に示す本ルーチンを終了する。
一方、上記ステップ１３４で変化量ΔＰ（ｔ）が基準値ΔＰｔｈよりも小さいと判別された場合には、時刻ｔでの酸素ポンプセル出力Ｐ（ｔ）を変曲点と特定する（ステップ１３６）。そして、上記ステップ１３６で特定された変曲点を用い、酸素ポンプセル出力ＰとＮＯｘセンサセル出力Ｎとの相関関係を考慮して、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点を推定する（ステップ１３８）。
ここで、図８に示すように、酸素ポンプセル出力に変曲点が現れる時期ｔ２１と、ＮＯｘセンサセル出力に変曲点が現れる時期ｔ２２との時間差Δｔｎが予め求められ、ＥＣＵ３０内に記憶されている。上記ステップ１３８では、酸素ポンプセル出力に変曲点が現れる時期ｔに時間差Δｔｎを加えた時刻（ｔ＋Δｔｎ）に、ＮＯｘセンサセル出力に変曲点が現れると推定される。この時刻（ｔ＋Δｔｎ）において、ＮＯｘセンサ２５の活性判定が行われる。その後、本ルーチンを終了する。
【００７７】
第１変形例では、酸素ポンプセル出力Ｐに変曲点が現れる時期が特定され、酸素ポンプセル出力ＰとＮＯｘセンサセル出力Ｎとの相関関係を考慮して、ＮＯｘセンサセル出力Ｎに変曲点が現れる時期が推定される。よって、ＮＯｘセンサセル６０がＮＯｘ濃度を精度良く検知し始める時期を的確に推定することができる。
【００７８】
（第２変形例）
上記第１変形例では、酸素ポンプセル出力ＰとＮＯｘセンサセル出力Ｎとの相関関係を考慮して、ＮＯｘセンサセル出力Ｐに変曲点が現れる時期を推定した。
図１１は、本発明の実施の形態１の第２変形例によるガス濃度検出装置の要部を説明するためのブロック図である。図１１に示すガス濃度検出装置は、ＮＯｘセンサ２５Ａを有している。このＮＯｘセンサ２５Ａは、図２に示すＮＯｘセンサ２５内に、空燃比センサセル９０を更に備えたものである。この空燃比センサセル９０は、図示しない固体電解質体を有し、所定電圧が印加され、セル内を酸素イオンＯ２−が流れるときに電流値を出力している。空燃比センサセル９０の出力は、ＥＣＵ３０Ａの空燃比センサセル制御手段３４により検出される。その他のガス濃度検出装置の構成は、図２に示すガス濃度検出装置１０の構成と同様であるため、図示並びに説明を省略する。
【００７９】
空燃比センサセル９０とＮＯｘセンサセル６０とは、共にセル内を酸素イオンＯ２−が流れるときの電流値を出力している。よって、空燃比センサセル出力とＮＯｘセンサセル出力との間には、相関関係がある。本第２変形例では、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点を特定するために、かかる相関関係を利用する。
【００８０】
図１２は、空燃比センサセル出力とＮＯｘセンサセル出力との相関関係を示す図である。図１２における一点鎖線Ｌａは空燃比センサセル出力の変化を示し、実線ＬｓはＮＯｘセンサセル出力の変化を示している。また、破線Ｌｐは参考用としての酸素ポンプセル出力の変化を示している。
【００８１】
図１２に示すように、上記ＮＯｘセンサセル出力の変曲点だけでなく、空燃比センサセル出力にも変曲点が現れる。変曲点は、例えば、空燃比センサセル出力の変化量が正から負に変わるときの空燃比センサセル出力とすることができる。この空燃比センサセル出力に変曲点が現れる時期ｔ２０と、ＮＯｘセンサセル出力に変曲点が現れる時刻ｔ２２との間には、相関関係がある。両時刻ｔ２０，２２の差Δｔａは、実験等により予め求めておき、ＥＣＵ３０Ａ内に記憶させておくことができる。よって、空燃比センサセル出力の変曲点を特定することができれば、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点の時期を推定することができる。従って、本第２変形例によれば、上記第１変形例と同様に、ＮＯｘセンサセル６０が実際のＮＯｘ濃度を精度良く検出し始める時期を的確に推定することができる。
【００８２】
また、上記実施の形態１では、ＮＯｘセンサ２５の制御をエンジン制御用のＥＣＵ３０により行っているが、ＮＯｘセンサ２５制御用のＥＣＵをエンジン制御用のＥＣＵ３０と別個に構成してもよい。
【００８３】
尚、本実施の形態１及びその変形例においては、ＮＯｘセンサセル６０が第１〜５の発明における「ガス濃度検知セル」に、ヒータ電極８１が第６の発明における「ヒータ」に、ヒータ制御手段３３が第６の発明における「ヒータ制御手段」に、酸素ポンプセル４０が第７の発明における「酸素ポンプセル」に、ポンプセル制御手段３１が第７の発明における「酸素ポンプセル制御手段」に、それぞれ相当する。
また、本実施の形態１及びその変形例においては、ＥＣＵ３０が、ステップ１０２，１０４の処理を実行することにより第１の発明における「酸素濃度制御手段」が、ステップ１０８，１２８又は１３８の処理を実行することにより第１の発明における「変曲点特定手段」が、ステップ１１０の処理を実行することにより第１の発明における「記憶手段」が、それぞれ実現されている。
【００８４】
実施の形態２．
次に、図１３及び図１４を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施の形態２のシステムは、図１及び図２に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ３０に、図６及び図１４に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００８５】
［実施の形態２の特徴］
上記実施の形態１では、エンジン始動時に変曲点に関する情報を学習する。
ところで、エンジン始動時は、ＳＣＲ触媒２２の活性が低いため、ＳＣＲ触媒２２下流にＮＯｘが存在することとなる。図１３は、エンジン始動時のＳＣＲ触媒２２下流のＮＯｘ濃度の変化と、ＮＯｘセンサセル出力の変化を示す図である。図１３において、太い実線ＬｓはＮＯｘセンサセル出力の変化を、細い実線ＬはＳＣＲ触媒２２下流のＮＯｘ濃度の測定値である。この測定値は、公知の分析計によるものである。
図１３に示すように、ＳＣＲ触媒２２下流のＮＯｘ濃度が変化すると、ＮＯｘセンサセル出力が変化してしまう。図１３に示す範囲Ｒにおいて、本来はＮＯｘセンサセル出力に変曲点が現れる。しかし、ＮＯｘ濃度変化に伴うＮＯｘセンサセル出力の変化により、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点を精度良く特定することができない可能性がある。
【００８６】
そこで、本実施の形態２では、公知の手法によりＮＯｘ濃度を推定し、ＮＯｘ濃度の推定値を用いてＮＯｘセンサセル出力を補正する。具体的には、ＥＧＲ量や燃料噴射量等からＮＯｘ濃度の推定値を求め、実際のＮＯｘセンサセル出力から推定値を減じることによち、ＮＯｘセンサセル出力を補正する。そして、補正後のＮＯｘセンサセル出力の変曲点を特定する。
【００８７】
［実施の形態２における具体的処理］
本実施の形態２においても、先ず、図６に示すルーチンが起動される。図６に示すルーチンのステップ１０８において、図７に示すルーチンに代えて、図１４に示すルーチンが起動される。図１４は、本実施の形態２において、図６のステップ１０８で実行される変曲点特定ルーチンを示すフローチャートである。
【００８８】
図１４に示すルーチンによれば、先ず、図７に示すルーチンと同様に、ＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）を取得する（ステップ１２０）。次に、公知の手法を用いて、ＳＣＲ触媒２２下流のＮＯｘ濃度を推定する（ステップ１４０）。このステップ１４０では、例えば、ＥＧＲ量や燃料噴射量等に基づいて、ＮＯｘ濃度の推定値が求められる。
【００８９】
その後、上記ステップ１４０で求められたＮＯｘ濃度推定値を用いて、上記ステップ１２０で取得されたＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）をＮａ（ｔ）に補正する（ステップ１４２）。このステップ１４２では、例えば、ＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）からＮＯｘ濃度推定値を減じることで、ＮＯｘセンサセル出力Ｎａ（ｔ）に補正される。そして、上記ステップ１４２で補正されたＮＯｘセンサセル出力Ｎａ（ｔ）を用いて、次式(3)に従って、変化量ΔＮａ（ｔ）を算出する（ステップ１４４）。
ΔNa(t)=Na(t-1)-Na(t)・・・(3)
【００９０】
次に、上記ステップ１４４で算出された変化量ΔＮａ（ｔ）がゼロよりも大きいか（すなわち、変化量ΔＮａ（ｔ）が正の値であるか）否かを判別する（ステップ１４６）。このステップ１４６では、今回のＮＯｘセンサセル出力Ｎａ（ｔ）が前回のＮＯｘセンサセル出力Ｎａ（ｔ−１）よりも小さいか否か、すなわち、ＮＯｘセンサセル出力Ｎａ（ｔ）が減少しているか否かが判別される。
【００９１】
上記ステップ１４６で変化量ΔＮａ（ｔ）がゼロよりも大きいと判別された場合には、今回のＮＯｘセンサセル出力Ｎａ（ｔ）が前回のＮＯｘセンサセル出力Ｎａ（ｔ−１）よりも小さく、ＮＯｘセンサ出力Ｎａ（ｔ）が減少していると判断される。この場合、続いて、変化量ΔＮａ（ｔ）が基準値ΔＮｔｈよりも小さいか否かを判別する（ステップ１４８）。
【００９２】
上記ステップ１４８で変化量ΔＮａ（ｔ）が基準値ΔＮｔｈよりも小さいと判別された場合には、ＮＯｘセンサセル出力Ｎａ（ｔ）を変曲点と特定する（ステップ１５０）。このステップ１５０では、ＮＯｘセンサ２５の活性判定が行われる。その後、図１４に示すルーチンを終了し、図６に示すルーチンのステップ１１０に移行し、変曲点に関する情報が学習される。
【００９３】
以上説明したように、本実施の形態２では、エンジン始動時に、ＮＯｘ濃度推定値を求め、このＮＯｘ濃度推定値を用いてＮＯｘセンサセル出力Ｎが補正される。そして、補正後のＮＯｘセンサセル出力Ｎａの変曲点が特定される。従って、エンジン始動時においても、エンジン１から排出されるＮＯｘ濃度の変化の影響を受けることなく、精度良く変曲点を特定することができ、変曲点に関する情報を精度良く学習することができる。よって、かかる学習値を利用することで、エンジン運転状態による活性判定バラツキを低減することができる。
【００９４】
尚、本実施の形態２においては、ＥＣＵ３０が、ステップ１４０の処理を実行することにより第２の発明における「ＮＯｘ濃度推定手段」が、ステップ１４２の処理を実行することにより第２の発明における「補正手段」が、ステップ１５０の処理を実行することにより第２の発明における「変曲点特定手段」が、それぞれ実現されている。
【００９５】
実施の形態３．
次に、図１５を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
本実施の形態３のシステムは、図１及び図２に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ３０に、後述する図１５に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００９６】
［実施の形態３の特徴］
上記実施の形態１，２では、エンジン始動時に変曲点情報を学習した。
本実施の形態３では、燃料カット（Ｆ／Ｃ）の実行時に変曲点情報を学習する場合について説明する。ここで、上述したように、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点を特定するためには、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度を高める必要がある。
【００９７】
そこで、燃料カット実行中にＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度を高めるために、ヒータ制御手段３３からヒータ電極８１への通電がＯＦＦにされる。そうすると、素子温度が下がり、酸素ポンプセル４０の酸素ポンピング能力が低下する。これにより、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度、すなわち、第１内部空間５１及び第２内部空間５２の酸素濃度、並びにＮＯｘセンサセル６０の第１検出電極６２に吸着される酸素濃度が高くなる。
【００９８】
かかるＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度は、ＮＯｘセンサ２５自体の応答性のほか、エンジン１の吸入空気量Gaが支配的である。そこで、吸入空気量Gaの積算値である積算空気量Qaを基準値Qthと比較することで、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度が所望の濃度まで高められたか否かを判断する。すなわち、積算空気量Qaに基づいて、変曲点を特定可能であるか否かを判断する。詳細には、積算空気量Qaが基準値Qthよりも大きくなると、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点を特定する。
変曲点の特定方法及び変曲点に関する情報の学習方法については、上記実施の形態１の方法を適用することができる。
【００９９】
なお、燃料カット実行中は、筒内で爆発は起こらないため、ＮＯｘは発生しない。このため、上記実施の形態２のようなＮＯｘセンサセル出力の補正は不要である。
【０１００】
［実施の形態３における具体的処理］
図１５は、本実施の形態３において、ＥＣＵ３０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
図１５に示すルーチンによれば、先ず、燃料カットを実行中であるか否かを判別する（ステップ１６０）。燃料カットは、例えば、車両走行中にアクセル開度AAが全閉にされた場合に、燃料噴射量がゼロにされることである。このステップ１６０で燃料カットが実行されていないと判別された場合には、本ルーチンを終了する。
【０１０１】
上記ステップ１６０で燃料カットを実行中であると判別された場合には、ヒータ電極８１への通電をＯＦＦにする（ステップ１６２）。このステップ１６２の処理により、酸素ポンプセル４０の酸素ポンピング能力が低下し、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度が徐々に高くなる。
【０１０２】
次に、積算空気量Qaを算出する（ステップ１６４）。このステップ１６４では、ヒータ電極８１への通電をＯＦＦにしてからの吸入空気量Gaを積算することで、積算空気量Qaが求められる。
【０１０３】
その後、燃料カットを継続中であるか否かを判別する（ステップ１６６）。このステップ１６６で燃料カットを継続中ではないと判別された場合、例えば、車両運転者によるアクセル踏み込み操作があったときや、エンジン回転数Neが燃料カット復帰回転数に達したとき等には、ヒータ電極８１への通電をＯＮにする（ステップ１６８）。その後、本ルーチンを終了し、ＮＯｘセンサセル出力を他の制御に用いる。
【０１０４】
一方、上記ステップ１６６で燃料カットを継続中であると判別された場合には、上記ステップ１６４で算出された積算空気量Qaが基準値Qthよりも大きいか否かを判別する（ステップ１７０）。この基準値Qthは、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度を所望濃度にまで高められたか否かを判別するための閾値である。このステップ１７０で積算空気量Qaが基準値Qthに達していないと判別された場合には、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度が所望濃度にまで高められていないと判断される。すなわち、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点を特定できず、変曲点に関する情報を学習できないと判断される。この場合、ステップ１６２に戻る。
【０１０５】
上記ステップ１７０で積算空気量Qaが基準値Qthよりも大きいと判別された場合には、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度が所望濃度にまで高められたと判断される。この場合、ヒータ制御手段３３からヒータ電極８１への通電をＯＮにする（ステップ１７２）。そして、上記ステップ１０８に移行し、図７に示すルーチンを実行することで変曲点を特定する。その後、図６に示すルーチンと同様に、変曲点学習値を取り込む（ステップ１１０）。その後、本ルーチンを終了する。
【０１０６】
以上説明したように、本実施の形態３では、燃料カット時に、ヒータ電極８１への通電をＯＦＦにすることで、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度を高める。そして、積算空気量Qaが基準値Qthよりも大きい場合に、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度が所望濃度にまで高められたと判断し、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点を特定する。従って、燃料カット時においても、変曲点の特定並びに変曲点に関する情報の学習を行うことができる。よって、かかる学習値を利用することにより、エンジン運転状態による活性判定バラツキを低減することができる。また、燃料カット時に学習が行われるため、学習頻度を確保することができる。
【０１０７】
以下、本実施の形態３の変形例について説明する。上記実施の形態３では、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度を高めるために、ヒータ電極８１への通電をＯＦＦにしている。以下の変形例のように、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度を高めるために、上記実施の形態３とは異なる方法を用いてもよい。
【０１０８】
（第１変形例）
上記実施の形態３のように、燃料カット実行中にヒータ電極８１への通電をＯＦＦにすると、素子温度が急激に低下する。そうすると、燃料カットを継続しない場合に通電をＯＮにしても、しばらくの間は素子温度が上昇しないため、ＮＯｘセンサセル出力を他の制御に用いることができない。よって、素子温度が上昇するまでの間に、排気エミッション特性が悪化する可能性がある。
第１変形例では、燃料カット実行中に、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度を高めるために、図１６に示すように、素子温度制御目標値を低下させる。図１６は、本実施の形態３の第１変形例において、ＥＣＵ３０が実行するルーチンを示すフローチャートである。図１６に示すルーチンは、図１５に示すルーチンと、ステップ１６２Ａ，１６８Ａ，１７２Ａが相違する。よって、この相違点について説明する。
【０１０９】
図１６に示すルーチンによれば、ステップ１６０で燃料カットを実行中であると判別された場合に、素子温度の制御目標値を低下させる（ステップ１６２Ａ）。すなわち、ヒータ制御手段３３による制御目標値を低下させる。これにより、ヒータ電極８１への通電時間が通常時に比して短くされ、素子温度が低下するため、酸素ポンプセル４０の酸素排出能力が低下する。その結果、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度、すなわち、第１内部空間５１及び第２内部空間５２の酸素濃度、並びに、第１検出電極６２に吸着される酸素濃度を高めることができる。
ここで、かかる制御目標値を低下させることによる素子温度の低下は、上記実施の形態３の通電ＯＦＦ時に比して小さい。このため、燃料カットを継続しない場合に制御目標値を復帰させれば（ステップ１６８Ａ）、上記実施の形態３に比して素子温度を早期に上昇させることができる。よって、上記実施の形態３に比して、素子温度上昇までの間の排気エミッション特性の悪化を抑制することができるという効果が得られる。
また、ステップ１７０で積算空気量Qaが基準値Qthよりも大きいと判別された場合には、素子温度の制御目標値を復帰させる（ステップ１７２Ｂ）。その後、変曲点の特定（ステップ１０８）と変曲点学習値の取り込み（ステップ１１０）が順次実行される。
【０１１０】
（第２変形例）
第２変形例では、燃料カット実行中に、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度を高めるために、図１７に示すように、素子温度の制御目標値を低下させるだけでなく、ＮＯｘセンサセル６０への印加電圧も低下させる。図１７は、本実施の形態３の第２変形例において、ＥＣＵ３０が実行するルーチンを示すフローチャートである。図１７に示すルーチンは、図１５に示すルーチンと、ステップ１６２Ｂ，１６８Ｂ，１７２Ｂが相違する。よって、この相違点について説明する。
【０１１１】
図１７に示すルーチンによれば、ステップ１６０で燃料カットを実行中であると判別された場合に、素子温度の制御目標値を低下させると共に、ＮＯｘセンサセル６０への印加電圧を低下させる（ステップ１６２Ｂ）。ＮＯｘセンサセル６０への印加電圧を低下させると、ＮＯｘセンサセル６０の酸素排出能力が低下する。このため、上記第１変形例に比して、第２内部空間５２の第１検出電極６２周辺の酸素濃度を高めることができるため、第１検出電極６２に吸着される酸素濃度を更に高めることができる。よって、上記第１変形例に比して、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度をより高めることができるため、変曲点の特定を精度良く行うことができる。
また、ステップ１６６で燃料カットを継続していないと判別された場合や、ステップ１７０で積算空気量Qaが基準値Qthよりも大きいと判別された場合には、素子温度の制御目標値とＮＯｘセンサセル６０への印加電圧とを復帰させる（ステップ１６８Ｃ，１７２Ｃ）。
【０１１２】
（第３変形例）
第３変形例では、ＮＯｘセンサ２５の素子温度を低下させることなく、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度を高める方法について説明する。すなわち、図１８に示すように、燃料カット実行中に、酸素ポンプセル４０への印加電圧を通常時に比して低下させる。図１８は、本実施の形態３の第３変形例において、ＥＣＵ３０が実行するルーチンを示すフローチャートである。図１８に示すルーチンは、図１５に示すルーチンと、ステップ１６２Ｃ，１６８Ｃ，１７２Ｃが相違する。よって、この相違点について説明する。
【０１１３】
図１８に示すルーチンによれば、ステップ１６０で燃料カットを実行中であると判別された場合に、酸素ポンプセル４０への印加電圧を、通常時に比して低下させる（ステップ１６２Ｃ）。これにより、酸素ポンプセル４０の酸素排出能力が低下する。その結果、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度、すなわち、第１内部空間５１及び第２内部空間５２の酸素濃度並びに第１検出電極６２に吸着される酸素濃度を高めることができる。第３変形例では、素子温度を低下させていないため、燃料カットを継続しない場合に酸素ポンプセル４０への印加電圧を復帰させれば（ステップ１６８Ｃ）、早期にＮＯｘセンサセル出力を他の制御に使用することができる。よって、第１及び第２変形例に比して、更に排気エミッション特性の悪化を抑制することができる。
また、ステップ１７０で積算空気量Qaが基準値Qthよりも大きいと判別された場合には、酸素ポンプセル４０への印加電圧を復帰させる（ステップ１７２Ｃ）。その後、変曲点の特定（ステップ１０８）と変曲点学習値の取り込み（ステップ１１０）が順次実行される。
【０１１４】
（第４変形例）
第４変形例では、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度を高めるために、図１９に示すように、酸素ポンプセル４０への印加電圧を通常時に比して低下させるだけでなく、ＮＯｘセンサセル６０への印加電圧も低下させる。図１９は、本実施の形態３の第４変形例において、ＥＣＵ３０が実行するルーチンを示すフローチャートである。図１９に示すルーチンは、図１５に示すルーチンと、ステップ１６２Ｄ，１６８Ｄ，１７２Ｄが相違する。よって、この相違点について説明する。
【０１１５】
図１９に示すルーチンによれば、ステップ１６０で燃料カットを実行中であると判別された場合に、酸素ポンプセル４０への印加電圧を通常時に比して低下させると共に、ＮＯｘセンサセル６０への印加電圧も通常時に比して低下させる（ステップ１６２Ｄ）。これにより、上記第３変形例に比して、第２内部空間５２の第１検出電極６２周辺の酸素濃度を高めることができるため、第１検出電極６２に吸着される酸素濃度を更に高めることができる。よって、上記第３変形例に比して、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度をより高めることができるため、変曲点の特定を精度良く行うことができる。
また、ステップ１６６で燃料カットを継続していないと判別された場合や、ステップ１７０で積算空気量Qaが基準値Qthよりも大きいと判別された場合には、酸素ポンプセル４０への印加電圧とＮＯｘセンサセル６０への印加電圧とを復帰させる（ステップ１６８Ｄ，１７２Ｄ）。
【０１１６】
尚、本実施の形態３及びその変形例においては、ＥＣＵ３０が、ステップ１６２，１６２Ａ，１６２Ｂ，１６２Ｃ，１６２Ｄの処理を実行することにより第３の発明における「酸素濃度制御手段」が、ステップ１６２，１６２Ａ，１６２Ｂの処理を実行することにより第６の発明における「ヒータ制御手段」が、ステップ１６２Ｃ，１６２Ｄの処理を実行することにより第７の発明における「酸素ポンプセル制御手段」が、ステップ１０８の処理を実行することにより第３の発明における「変曲点特定手段」が、ステップ１１０の処理を実行することにより第３及び第５の発明における「記憶手段」が、それぞれ実現されている。
【０１１７】
実施の形態４．
次に、図２０及び図２１を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。
本実施の形態４のシステムは、図１及び図２に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ３０に、後述する図２１に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【０１１８】
［実施の形態４の特徴］
上記実施の形態１，２では、エンジン始動時に変曲点に関する情報を学習した。また、上記実施の形態３では、燃料カット時に変曲点に関する情報を学習した。
【０１１９】
本実施の形態４では、アイドル時に変曲点に関する情報を学習する場合について説明する。
ところで、アイドル時には、エンジン始動時に比してＳＣＲ触媒２２の活性が高い。よって、アイドル時のＳＣＲ触媒２２下流のＮＯｘ濃度は、エンジン始動時に比して低い。しかし、アイドル時においても、ＳＣＲ触媒２２下流のＮＯｘ濃度が変化すると、これに伴ってＮＯｘセンサセル出力が変化してしまい、変曲点を精度良く特定することができない可能性がある。
【０１２０】
ここで、上記実施の形態２と同様に、ＮＯｘ濃度の推定値を用いてＮＯｘセンサセル出力を補正する方法が考えられる。しかし、上述したように、アイドル時のＮＯｘ排出量は少ない。このアイドル時のＮＯｘ濃度は、図２０に示すように、尿素水添加弁２３からの尿素水添加量を増やすことで、低下させることができる。図２０は、尿素水添加量と、ＳＣＲ触媒２２下流のＮＯｘ濃度との関係を示す図である。
【０１２１】
そこで、本実施の形態４では、アイドル時に、尿素水添加量を例えば図２０におけるQiのように増加させることによってＮＯｘ濃度を低下させる。その後、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点を特定し、変曲点に関する情報を学習する。
【０１２２】
［実施の形態４における具体的処理］
図２１は、本実施の形態４において、ＥＣＵ３０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
図２１に示すルーチンによれば、先ず、エンジン１がアイドル状態であるか否かを判別する（ステップ１８０）。このステップ１８０でアイドル状態ではないと判別された場合には、本ルーチンを終了する。
【０１２３】
上記ステップ１８０でアイドル状態であると判別された場合には、ＮＯｘセンサ２５内の酸素濃度を増加させる（ステップ１８２）。このステップ１８２では、上記実施の形態３及び変形例で説明したように、ヒータ通電制御や、素子温度制御目標値の制御や、ポンプセル印加電圧制御等を実行することで、ＮＯｘセンサ２５の第１内部空間５１及び第２内部空間５２の酸素濃度並びに第１検出電極６２に吸着される酸素濃度を高めることができる。
【０１２４】
次に、ＮＯｘ低減処理を実行する（ステップ１８４）。このステップ１８４では、例えば、尿素水添加量の増量のほか、ＥＧＲ量の増量等がなされる。その後、ステップ１０８の処理に移行し、図７に示すルーチンにより、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点が特定される。その後、図６に示すルーチンと同様に、変曲点に関する情報が学習値として取り込まれる（ステップ１１０）。
【０１２５】
以上説明したように、本実施の形態４では、アイドル時に、ＮＯｘ低減処理が実行され後、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点が特定される。従って、アイドル時においても、エンジン１から排出されるＮＯｘ濃度の変化の影響を受けることなく、精度良く変曲点を特定することができ、変曲点に関する情報を精度良く学習することができる。よって、エンジン運転状態による活性判定バラツキを低減することができる。また、アイドル時に学習が行われるため、学習頻度を確保することができる。
【０１２６】
尚、本実施の形態４においては、ＥＣＵ３０が、ステップ１８２の処理を実行することにより第４の発明における「酸素濃度制御手段」が、ステップ１８４の処理を実行することにより第４の発明における「ＮＯｘ濃度低減手段」が、ステップ１０８の処理を実行することにより第４の発明における「変曲点特定手段」が、ステップ１１０の処理を実行することにより第４の発明における「記憶手段」が、それぞれ実現されている。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】本発明の実施の形態１によるシステムの構成の一例を示す図である。
【図２】図１に示すシステムに搭載されるガス濃度検出装置の構成を示す図である。
【図３】エンジン始動時の酸素ポンプセル出力の変化とＮＯｘセンサセル出力の変化を示す図である。
【図４】ＮＯｘセンサセル出力の変曲点を特定する方法を説明するための図である。
【図５】エンジン始動時において、経過時間に応じたＮＯｘセンサセル出力の変化を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ３０が実行する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１０８で実行される変曲点特定ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】酸素ポンプセル出力とＮＯｘセンサセル出力との相関関係を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１の第１変形例において、酸素ポンプセル出力の変曲点を特定する方法を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態１の第１変形例による変曲点特定ルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態１の第２変形例によるガス濃度検出装置の要部を説明するためのブロック図である。
【図１２】空燃比センサセル出力とＮＯｘセンサセル出力との相関関係を示す図である。
【図１３】エンジン始動時のＳＣＲ触媒２２下流のＮＯｘ濃度の変化と、ＮＯｘセンサセル出力の変化を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態２において、図６のステップ１０８で実行される変曲点特定ルーチンを示すフローチャートである。
【図１５】本発明の実施の形態３において、ＥＣＵ３０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】本発明の実施の形態３の第１変形例において、ＥＣＵ３０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図１７】本発明の実施の形態３の第２変形例において、ＥＣＵ３０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図１８】本発明の実施の形態３の第３変形例において、ＥＣＵ３０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図１９】本発明の実施の形態３の第４変形例において、ＥＣＵ３０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図２０】尿素水添加量と、ＳＣＲ触媒２２下流のＮＯｘ濃度との関係を示す図である。
【図２１】本発明の実施の形態４において、ＥＣＵ３０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１２８】
１ エンジン
２５ ＮＯｘセンサ
３０ ＥＣＵ
３１ ポンプセル制御手段
３２ センサセル制御手段
３３ ヒータ制御手段
４０ 酸素ポンプセル
６０ ＮＯｘセンサセル
８１ ヒータ電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定ガス中の酸素濃度を変化させることが可能な酸素濃度制御手段と、該酸素濃度制御手段により酸素濃度を変化させた後のガスから特定ガス成分の濃度を検知するガス濃度検知セルとを備えたガス濃度検出装置であって、
内燃機関が所定の運転状態で、かつ、前記酸素濃度制御手段により前記ガス濃度検知セルの酸素濃度が所定値以上にされた後に、前記ガス濃度検知セルの酸素濃度が減少する過程で、前記ガス濃度検知セルの出力の変曲点を活性点として特定する変曲点特定手段と、
前記変曲点特定手段により特定された変曲点に関する情報である変曲点学習値を記憶する記憶手段とを備えたことを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項２】
被測定ガス中の酸素濃度を変化させることが可能な酸素濃度制御手段と、該酸素濃度制御手段により酸素濃度を変化させた後のガスから特定ガス成分の濃度を検知するガス濃度検知セルとを備えたガス濃度検出装置であって、
内燃機関の排気通路のＮＯｘ濃度を推定するＮＯｘ濃度推定手段と、
前記ＮＯｘ濃度推定手段により推定されたＮＯｘ濃度を用いて前記ガス濃度検知セルの出力を補正する補正手段と、
前記内燃機関の始動時、かつ、前記酸素濃度制御手段により前記ガス濃度検知セルの酸素濃度が所定値以上にされた後に、前記ガス濃度検知セルの酸素濃度が減少する過程で、前記補正手段により補正された出力の変曲点を活性点として特定する変曲点特定手段と、
前記変曲点特定手段により特定された変曲点に関する情報である変曲点学習値を記憶する記憶手段とを備えたことを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項３】
被測定ガス中の酸素濃度を変化させることが可能な酸素濃度制御手段と、該酸素濃度制御手段により酸素濃度を変化させた後のガスから特定ガス成分の濃度を検知するガス濃度検知セルとを備えたガス濃度検出装置であって、
内燃機関の燃料カット時、かつ、前記酸素濃度制御手段により前記ガス濃度検知セルの酸素濃度が増加せしめられた後に、前記ガス濃度検知セルの酸素濃度が減少する過程で、前記ガス濃度検知セルの出力の変曲点を活性点として特定する変曲点特定手段と、
前記変曲点特定手段により特定された変曲点に関する学習値である変曲点学習値を記憶する記憶手段とを備えたことを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項４】
被測定ガス中の酸素濃度を変化させることが可能な酸素濃度制御手段と、該酸素濃度制御手段により酸素濃度を変化させた後のガスから特定ガス成分の濃度を検知するガス濃度検知セルとを備えたガス濃度検出装置であって、
内燃機関の排気通路のＮＯｘ濃度を低減するＮＯｘ濃度低減手段と、
前記内燃機関のアイドル時、かつ、前記ＮＯｘ濃度低減手段によりＮＯｘ濃度が低減された後に、前記ガス濃度検知セルの酸素濃度が減少する過程で、前記ガス濃度検知セルの出力の変曲点を活性点として特定する変曲点特定手段と、
前記変曲点特定手段により特定された変曲点に関する情報である変曲点学習値を記憶する記憶手段とを備えたことを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項に記載のガス濃度検出装置において、
前記記憶手段は、前記変曲点が特定されたときの前記ガス濃度検知セルの出力及び素子温度と相関を有する物性値と、前記変曲点が特定されるまでの時間とをマップとして格納することを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項６】
請求項３に記載のガス濃度検出装置において、
前記酸素濃度制御手段は、ヒータへの通電を制御するヒータ制御手段であり、
前記ヒータ制御手段は、通常時に比して燃料カット時の前記ヒータへの通電量を低下させることを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項７】
請求項３に記載のガス濃度検出装置において、
電圧印加に伴って被測定ガス中の余剰酸素を排出する酸素ポンプセルを更に備え、
前記酸素濃度制御手段は、前記酸素ポンプセルへの通電を制御する酸素ポンプセル制御手段であり、
前記酸素ポンプセル制御手段は、通常時に比して燃料カット時の前記酸素ポンプセルへの通電量を低下させることを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項１】
被測定ガス中の酸素濃度を変化させることが可能な酸素濃度制御手段と、該酸素濃度制御手段により酸素濃度を変化させた後のガスから特定ガス成分の濃度を検知するガス濃度検知セルとを備えたガス濃度検出装置であって、
内燃機関が所定の運転状態で、かつ、前記酸素濃度制御手段により前記ガス濃度検知セルの酸素濃度が所定値以上にされた後に、前記ガス濃度検知セルの酸素濃度が減少する過程で、前記ガス濃度検知セルの出力の変曲点を活性点として特定する変曲点特定手段と、
前記変曲点特定手段により特定された変曲点に関する情報である変曲点学習値を記憶する記憶手段とを備えたことを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項２】
被測定ガス中の酸素濃度を変化させることが可能な酸素濃度制御手段と、該酸素濃度制御手段により酸素濃度を変化させた後のガスから特定ガス成分の濃度を検知するガス濃度検知セルとを備えたガス濃度検出装置であって、
内燃機関の排気通路のＮＯｘ濃度を推定するＮＯｘ濃度推定手段と、
前記ＮＯｘ濃度推定手段により推定されたＮＯｘ濃度を用いて前記ガス濃度検知セルの出力を補正する補正手段と、
前記内燃機関の始動時、かつ、前記酸素濃度制御手段により前記ガス濃度検知セルの酸素濃度が所定値以上にされた後に、前記ガス濃度検知セルの酸素濃度が減少する過程で、前記補正手段により補正された出力の変曲点を活性点として特定する変曲点特定手段と、
前記変曲点特定手段により特定された変曲点に関する情報である変曲点学習値を記憶する記憶手段とを備えたことを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項３】
被測定ガス中の酸素濃度を変化させることが可能な酸素濃度制御手段と、該酸素濃度制御手段により酸素濃度を変化させた後のガスから特定ガス成分の濃度を検知するガス濃度検知セルとを備えたガス濃度検出装置であって、
内燃機関の燃料カット時、かつ、前記酸素濃度制御手段により前記ガス濃度検知セルの酸素濃度が増加せしめられた後に、前記ガス濃度検知セルの酸素濃度が減少する過程で、前記ガス濃度検知セルの出力の変曲点を活性点として特定する変曲点特定手段と、
前記変曲点特定手段により特定された変曲点に関する学習値である変曲点学習値を記憶する記憶手段とを備えたことを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項４】
被測定ガス中の酸素濃度を変化させることが可能な酸素濃度制御手段と、該酸素濃度制御手段により酸素濃度を変化させた後のガスから特定ガス成分の濃度を検知するガス濃度検知セルとを備えたガス濃度検出装置であって、
内燃機関の排気通路のＮＯｘ濃度を低減するＮＯｘ濃度低減手段と、
前記内燃機関のアイドル時、かつ、前記ＮＯｘ濃度低減手段によりＮＯｘ濃度が低減された後に、前記ガス濃度検知セルの酸素濃度が減少する過程で、前記ガス濃度検知セルの出力の変曲点を活性点として特定する変曲点特定手段と、
前記変曲点特定手段により特定された変曲点に関する情報である変曲点学習値を記憶する記憶手段とを備えたことを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項に記載のガス濃度検出装置において、
前記記憶手段は、前記変曲点が特定されたときの前記ガス濃度検知セルの出力及び素子温度と相関を有する物性値と、前記変曲点が特定されるまでの時間とをマップとして格納することを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項６】
請求項３に記載のガス濃度検出装置において、
前記酸素濃度制御手段は、ヒータへの通電を制御するヒータ制御手段であり、
前記ヒータ制御手段は、通常時に比して燃料カット時の前記ヒータへの通電量を低下させることを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項７】
請求項３に記載のガス濃度検出装置において、
電圧印加に伴って被測定ガス中の余剰酸素を排出する酸素ポンプセルを更に備え、
前記酸素濃度制御手段は、前記酸素ポンプセルへの通電を制御する酸素ポンプセル制御手段であり、
前記酸素ポンプセル制御手段は、通常時に比して燃料カット時の前記酸素ポンプセルへの通電量を低下させることを特徴とするガス濃度検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００９−１９２３７５（Ｐ２００９−１９２３７５Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３３３５１（Ｐ２００８−３３３５１）
【出願日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
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