本发明涉及传感器系统。
背景技术：
在检测内燃机的排气中所包含的成分的传感器中，存在具备对传感器元件进行加热的加热器的传感器。例如，对于空燃比传感器而言，即使是相同的空燃比，检测值也会根据传感器元件的温度而发生变化，所以通过控制加热器以使得传感器元件的温度在预定范围内，来维持空燃比的检测精度。另外，已知有为了改变对特定的排气成分(例如nox、hc、co)的检测灵敏度而在预定范围内调整传感器元件的温度的技术(例如，参照专利文献1)。在专利文献1所记载的技术中，当在高负荷时等容易产生nox的稀空燃比下的运转时，提高传感器元件温度以使得对nox的反应性变高，当在低负荷时等容易产生hc、co的浓空燃比下的运转时，降低传感器元件温度以使得对hc、co的反应性变高。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-314350号公报
技术实现要素：
发明要解决的问题
即使为了维持传感器的检测精度而利用加热器以使得传感器元件的温度在预定范围内的方式调整了传感器元件的温度，例如当内燃机在高负荷下运转的情况下，因排气的温度高所以即使不利用加热器进行加热，传感器元件也从排气接受热而温度上升，所以当利用加热器进一步提高传感器元件的温度时，传感器元件的温度有可能变得过高而偏离预定范围。即，传感器的检测精度有可能降低。
本发明是鉴于上述那样的问题点而做出的发明，其目的在于将传感器元件的温度维持在合适的范围内。
用于解决问题的技术方案
本发明的技术方案之一是一种传感器系统，该传感器系统具备：排气传感器，设置于内燃机的排气通路，具备传感器元件和对所述传感器元件进行加热的加热器；温度预测部，预测设置有所述排气传感器的位置处的所述内燃机的排气的温度；以及控制部，是控制所述加热器以使得所述传感器元件的温度接近包含于预定范围的目标温度的控制部，在由所述温度预测部预测的排气的温度即预测温度比包含于所述预定范围的基准温度高的情况下，使所述目标温度在比所述基准温度低的范围内在所述预测温度高时与所述预测温度低时相比降低，在所述预测温度比所述基准温度低的情况下，使所述目标温度在比所述基准温度高的范围内在所述预测温度高时与所述预测温度低时相比降低。
排气传感器为能够通过控制对加热器的通电来调整传感器元件的温度的传感器。即使不通过加热器，通过传感器元件从排气接受热、被排气夺走热，传感器元件的温度也可能发生变化。在此，虽然考虑到对加热器进行反馈控制，以使得传感器元件的温度接近目标温度，但当在传感器元件的温度实际上发生变化之后控制对加热器的通电时，相对于传感器元件的温度变化，加热器的通电控制延迟，传感器元件的温度有可能偏离预定范围。此外，预定范围是排气传感器的检测精度在允许范围内的温度范围，是基于传感器元件的活性温度范围的范围。此外，预定范围也可以是与传感器元件的活性范围相等的范围，也可以是为了留有余裕以使得传感器元件的温度不会偏离活性范围而比活性范围窄的范围。传感器元件的温度的基准温度可以是排气传感器的检测精度成为最高时的温度、或者也可以是排气传感器的检测精度成为最高时的温度范围的中心温度。另外，基准温度也可以是预定范围的中心温度。
排气传感器周围的排气的温度能够根据内燃机的运转状态和从内燃机到排气传感器之间的排气系统中的热容量等来预测。即，从内燃机流出的排气的温度与内燃机的运转状态有关，所以即便在实际上从内燃机排出气体前也能够对其进行预测。另外，从内燃机排出的气体在排气系统中流通时被排气系统夺走热而温度降低。其温度降低量也能够预先进行预测。因此，即使在内燃机的排气到达排气传感器周围前，也能够预测该排气到达排气传感器周围时的温度。并且，如果基于预测到的排气的温度使传感器元件的温度预先发生变化，则能够抑制传感器元件的温度调整相对于排气的温度变化延迟这一情况。即，在预测的排气的温度比基准温度高的情况下，使传感器元件的目标温度降低得比基准温度低，由此即使排气的温度变高，也能够预先降低传感器元件的温度。另外，在预测的排气的温度比基准温度低的情况下，使传感器元件的目标温度提高得比基准温度高，由此即使排气的温度变低，也能够预先提高传感器元件的温度。进而，使得在预测的排气的温度较高时，与预测的排气的温度较低时相比，使传感器元件的目标温度降低，由此即使排气的温度变高，也能够根据排气的温度预先降低传感器元件的温度，另外，即使排气的温度变低，也能够根据排气的温度预先提高传感器元件的温度。另外，通过使目标温度在预定范围内发生变化，能够抑制目标温度变得过高、变得过低。因此，能够将传感器元件的温度维持在合适的范围内。
另外，所述传感器系统还具备流量预测部，所述流量预测部基于所述内燃机的运转状态来预测设置有所述排气传感器的位置处的所述内燃机的排气的流量，所述控制部，在由所述流量预测部预测的排气的流量多时，与由所述流量预测部预测的排气的流量少时相比能够使所述目标温度偏离所述基准温度的偏离量更大。
与排气传感器周围的排气的温度同样地，排气传感器周围的排气的流量与内燃机的运转状态等有关，所以能够根据内燃机的运转状态等来进行预测。即，即使在内燃机的排气到达排气传感器前，也能够预测该排气到达排气传感器周围时的流量。在此，在排气的温度比传感器元件的温度高的情况下，排气的流量越多，则传感器元件的温度越快上升。另外，在排气的温度比传感器元件的温度低的情况下，排气的流量越多，则传感器元件的温度越快降低。即，在排气的流量较多时，与排气的流量较少时相比，传感器元件的温度变化的速度变得更快。即使假设排气的温度相同且最终达到的传感器元件的温度相同，达到该最终的温度为止的时间也根据排气的流量而不同。与此相对，如果根据排气的流量使目标温度发生变化，则不仅能够根据最终达到的温度，也能够根据传感器元件的温度变化的速度来设定目标温度。即使在该情况下，通过在预定范围内设定目标温度，也能够抑制目标温度变得过高、变得过低。此外，在进一步增大目标温度偏离基准温度的偏离量这类的情况下，在目标温度比基准温度低时表现为进一步降低目标温度，在目标温度比基准温度高时表现为进一步提高目标温度。
另外，所述传感器系统还具备加速器开度传感器，所述温度预测部能够基于由所述加速器开度传感器检测出的加速器开度来预测所述排气的温度。
内燃机的运转状态根据加速器开度而发生变化，所以加速器开度与内燃机的运转状态有关。因此，加速器开度与从内燃机流出的排气的温度有关，所以能够基于加速器开度来预测从内燃机流出的排气的温度。该排气到达排气传感器周围时的温度也能够像上述那样进行预测。因此，能够基于加速器开度容易地预测排气传感器周围的排气的温度。
另外，所述传感器系统还具备加速器开度传感器，所述流量预测部能够基于由所述加速器开度传感器检测出的加速器开度来预测所述排气的流量。
排气传感器周围的排气的流量也根据加速器开度而发生变化，所以能够基于加速器开度容易地预测排气传感器周围的排气的流量。
另外，所述控制部能够对使所述目标温度发生变化时的变化速度设置上限。
通过对目标温度的变化速度设置上限，能够抑制排气传感器的温度发生突变，所以能够抑制排气传感器的损坏、能够抑制发生检测值的偏离。
另外，本发明的技术方案之一是一种传感器系统，所述传感器系统具备：排气传感器，设置于内燃机的排气通路，具备传感器元件和对所述传感器元件进行加热的加热器；加速器开度传感器；以及控制部，控制所述加热器以使得所述传感器元件的温度接近包含于预定范围的目标温度，所述控制部，在使得所述排气传感器周围的排气的温度比包含于所述预定范围的基准温度高这样的加速器开度的情况下，使所述目标温度在比所述基准温度低的范围内在所述加速器开度大时与所述加速器开度小时相比降低，在使得所述排气传感器周围的排气的温度比所述基准温度低这样的加速器开度的情况下，使所述目标温度在比所述基准温度高的范围内在所述加速器开度大时与所述加速器开度小时相比降低。
如上所述，加速器开度与将来的排气传感器周围的排气的温度有关，所以即使不预测将来的排气传感器周围的排气的温度，也能够基于加速器开度直接设定传感器元件的目标温度。
发明效果
根据本发明，能够将传感器元件的温度维持在合适的范围内。
附图说明
图1是示出实施方式涉及的内燃机及其进气系统和排气系统的概略结构的图。
图2是空燃比传感器的剖视图。
图3是示出预测的空燃比传感器周围的排气的温度et与传感器元件的目标温度偏离基准温度的偏移量(目标偏移量)的关系的图。
图4是用于修正图3所示的目标偏移量的图。
图5是示出假设使传感器元件的目标温度以基准温度恒定的情况下的各种值的推移的时间图。
图6是示出实施了实施方式1涉及的传感器元件阻抗控制的情况下的各种值的推移的时间图。
图7是示出设定实施方式1涉及的元件阻抗控制中的占空比的流程的流程图。
图8是示出设定实施方式1涉及的元件阻抗控制中的占空比且不考虑排气的流量的情况下的流程的流程图。
图9是示出设定实施方式2涉及的元件阻抗控制中的占空比的流程的流程图。
具体实施方式
以下参照附图对用于实施本发明的实施方式进行说明。不过，对于在本实施方式中记载的结构构件的尺寸、材质、形状、其相对配置等而言，只要没有特别的记载，就并非旨在将本发明的范围仅限定于上述记载。
(实施方式1)
图1是示出本实施方式涉及的内燃机1及其进气系统和排气系统的概略结构的图。内燃机1为搭载于车辆50的汽油发动机。此外，本实施方式也能够适用于柴油发动机。排气通路2连接于内燃机1。在排气通路2设置有催化剂3，但该催化剂3并非必需的结构。
进而，在比催化剂3靠上游的排气通路2设置有检测流入催化剂3的排气的空燃比的空燃比传感器11和检测流入催化剂3的排气的温度的温度传感器12。该空燃比传感器11是例如极限电流式的氧传感器，在宽的空燃比区域上产生与空燃比大致成比例的输出。此外，空燃比传感器11不限于极限电流式的氧传感器，也可以是例如电动势式(浓差电池式)的氧传感器。此外，在本实施方式中，空燃比传感器11相当于本发明中的排气传感器。
图2是空燃比传感器11的剖视图。空燃比传感器11包括进行与排气的空燃比(也可以为氧浓度)相应的输出的传感器元件11a和对该传感器元件11a进行加热的加热器11b。传感器元件11a包括固体电解质层101、a室侧电极102、b室侧电极103、扩散律速层104。固体电解质层101将与大气连通的a室和与排气通路2的内部连通的b室隔开。固体电解质层101由氧化锆(zr2o3)等多孔绝缘材料构成。在固体电解质层101的a室侧壁面设置有由铂形成的a室侧电极102，在固体电解质层101的b室侧壁面设置有由铂形成的b室侧电极103。b室侧电极103的表面由扩散律速层104覆盖，在排气通路2中流动的排气的一部分通过扩散律速层104的内部而与b室侧电极103接触。另外，加热器11b在a室侧以被绝缘基板105夹住的状态设置。
在这样的结构的空燃比传感器11中，当向a室侧电极102与b室侧电极103之间施加预定电压时，通过该电压的施加，与排气中的氧浓度相应的电流在空燃比传感器11中流动。该电流与空燃比有关，所以空燃比传感器11基于该电流来检测空燃比。
另外，在内燃机1的各汽缸中分别设置有产生电火花的火花塞5和喷射燃料的燃料喷射阀6。另外，进气通路7连接于内燃机1。在进气通路7设置有空气流量计23和节气门8。空气流量计23为检测内燃机1的吸入空气量的传感器。节气门8调整内燃机1的吸入空气量。
并且，在内燃机1一并设置有作为电子控制单元的ecu10来作为控制装置(控制器)。在ecu10存储有控制内燃机1、排气净化装置等的程序，根据该程序，ecu10控制内燃机1、排气净化装置等。在ecu10，除了上述的各种传感器以外，还电连接有输出与内燃机1的转速相应的信号的曲轴位置传感器21、输出与加速器踏板的开度(加速器开度)相应的信号的加速器开度传感器22、输出与车辆50的侧道相应的信号的车速传感器24，各传感器的输出值向ecu10传递。
因此，ecu10能够掌握基于曲轴位置传感器21的检测的内燃机转速、基于加速器开度传感器22的检测的内燃机负荷率等内燃机1的运转状态。另一方面，火花塞5、燃料喷射阀6、节气门8以及加热器11b经由电配线连接于ecu10，并通过该ecu10对它们进行控制。即，通过ecu10来控制点火正时、燃料喷射量、燃料喷射正时、节气门开度、加热器11b的温度。
ecu10基于由加速器开度传感器22检测出的加速器开度来设定对于内燃机1的目标转矩。此外，预先通过实验或模拟等求出加速器开度与目标转矩的关系，并存储于ecu10。并且，ecu10控制内燃机1，以实现该目标转矩(以使得内燃机1的转矩成为目标转矩)。将这样的控制称为转矩需求控制。该转矩需求控制是公知的控制，是执行节气门8的开度控制和火花塞5的点火正时控制等以实现目标转矩的控制。也就是说，基于目标转矩来计算目标节气门开度，并且计算在该目标节气门开度下的吸入空气量的基础上实现目标转矩所需要的点火正时。即，推定在上述的吸入空气量的基础上将点火正时设定为最佳点火正时(mbt(minimumadvanceforbesttorque))时会得到的转矩，根据目标转矩相对于该推定转矩的比率来计算点火正时的延迟量(从mbt的延迟量)，执行节气门8的开度控制和火花塞5的点火正时控制，以得到上述计算出的目标节气门开度和点火正时的延迟量(目标点火正时)，由此将内燃机1的转矩控制为目标转矩。此外，在转矩需求控制中，ecu10基于加速器开度，算出将来的内燃机转速和将来的内燃机负荷率。
另外，ecu10对燃料喷射量或节气门开度进行反馈控制，以使得由空燃比传感器11检测出的空燃比(检测空燃比)成为目标空燃比。将该控制称为空燃比反馈控制。
另外，ecu10为了维持空燃比传感器11的检测精度，对加热器11b进行控制，以使得传感器元件11a的温度处于预定范围内。当传感器元件11a的温度偏离该预定范围时，空燃比传感器11的检测值与实际的空燃比的相关性会发生变化，所以基于空燃比传感器11的空燃比的检测精度变低。该预定范围是传感器元件11a具有活性的温度的范围(例如从650℃到750℃的范围)。在该情况下，传感器元件11a的温度可以通过传感器元件11a的阻抗来表现。即，存在当传感器元件11a的温度变高时阻抗变小这一关系。在本实施方式中，设定表示目标温度的目标阻抗，检测表示传感器元件11a的实际的温度的实际的阻抗，ecu10对加热器11b的输出进行反馈控制，以使得实际的阻抗与目标阻抗一致。将该控制称为传感器元件阻抗控制。此外，本实施方式中的元件阻抗控制是传感器元件11a的温度控制的一个例子，也可以通过其他的控制来实施传感器元件11a的温度控制。
在传感器元件阻抗控制中，ecu10按照即使空燃比传感器11从排气接受热、被排气夺走热，空燃比传感器11的传感器元件11a的温度也处于预定范围内的方式设定目标温度(目标阻抗)，对加热器11b进行占空比控制，以使得传感器元件11a的温度与目标温度一致。
传感器元件11a的温度通过传感器元件阻抗控制被调整。但是，存在如下情况：内燃机负荷率变高而排气的温度会变高，由于从该高温的排气接受热，传感器元件11a的温度会上升。在该情况下，传感器元件11a的温度会不取决于传感器元件阻抗控制地上升，所以传感器元件11a的温度有可能变得比预定范围的上限高。另一方面，存在如下情况：内燃机负荷率变低而排气的温度会变低，由于该低温的排气夺走热，传感器元件11a的温度会下降。在该情况下，通过传感器元件阻抗控制，传感器元件11a的温度上升，但在被排气夺走的热的量多的情况下，传感器元件11a的温度有可能变得比预定范围的下限低。
于是，ecu10基于在空燃比传感器11周围预测的排气的温度(预测温度)预先调整传感器元件11a的温度。即，在将来通过空燃比传感器11周围的排气的温度比传感器元件11a的温度低而传感器元件11a的温度有可能降低的情况下，在该温度低的排气实际上使传感器元件11a的温度降低前，预先提高传感器元件11a的温度。此时，元件阻抗控制中的目标温度提高。另一方面，在将来通过空燃比传感器11周围的排气的温度比传感器元件11a的温度高而传感器元件11a的温度有可能上升的情况下，在该温度高的排气实际上使传感器元件11a的温度上升前，预先降低传感器元件11a的温度。
空燃比传感器11周围的排气的温度的预测，利用在转矩需求控制中算出的内燃机转速和内燃机负荷率来进行。内燃机转速和内燃机负荷率与从内燃机1排出的气体的温度存在相关关系，所以预先通过实验或模拟等求出该关系并将其映射化而存储于ecu10。另外，在从内燃机1流出的排气在排气通路2中流通直到到达空燃比传感器11为止的期间，排气所具有的热经由排气通路2的壁面向外部散出，所以排气的温度降低。该排气的温度的降低量受到从内燃机1至空燃比传感器11为止的排气系统所具备的构件的热容量的影响，所以考虑这些热容量来算出空燃比传感器11周围的排气的温度。
例如，基于在转矩需求控制中算出的内燃机转速和内燃机负荷率来预测从内燃机1流出的排气的温度，对该预测出的温度乘以预定系数，由此能够预测该排气到达空燃比传感器11周围时的温度。该预定系数也可以根据从内燃机1流出的排气的流量来设定。即，排气的流量越少，则受到排气系统的热容量的影响越大，所以到达空燃比传感器11为止的排气的温度降低量越大。预先通过实验或模拟等来求出排气的流量与预定系数的关系并将其映射化而存储于ecu10。另外，排气的流量与吸入空气量存在相关关系，所以也可以基于吸入空气量来得到预定系数。
另外，例如考虑到排气系统的热容量为恒定，预先通过实验或模拟等求出内燃机转速和内燃机负荷率与空燃比传感器11周围的排气的温度的关系并将其映射化而存储于ecu10。另外，也可以是，通过考虑了排气通路2中的散热的物理模型或者排气通路2中的散热量的映射或计算式等来求出排气通路2中的散热量，基于该散热量和从内燃机1流出的排气的温度来预测该排气到达空燃比传感器11时的温度。
图3是示出预测的空燃比传感器11周围的排气的温度et与传感器元件11a的目标温度偏离基准温度的偏移量(目标偏移量)的关系的图。横轴的排气温度et是根据内燃机1的运转状态预测的空燃比传感器11周围的排气的温度，基于在转矩需求控制中使用的加速器开度来算出。图3所示的基准温度是指传感器元件11a的基准温度，例如为700℃。该基准温度是以使得传感器元件11a的温度处于预定范围内的方式进行控制时的作为基准的温度。此外，基准温度也可以是空燃比传感器11的检测精度成为最高的温度。因此，由et3表示的排气温度et表示预测的空燃比传感器11周围的排气的温度与传感器元件11a的基准温度相等。
图3中的纵轴的目标偏移量表示设定传感器元件11a的目标温度时的偏离基准温度的偏移量。目标偏移量中的“+30”表示使传感器元件11a的目标温度比基准温度高30℃，“0”表示使传感器元件11a的目标温度与基准温度相等，“-30”表示使传感器元件11a的目标温度比基准温度降低30℃。
在排气温度et比et3低的情况下，预测的空燃比传感器11周围的排气温度et会比基准温度低。在该情况下，当温度低的排气实际上到达空燃比传感器11时，有可能来不及进行基于加热器11b的加热而传感器元件11a的温度降低。因此，在预测到空燃比传感器11周围的排气的温度变得比基准温度低的情况(预测到排气温度et变得比et3低的情况)下，预先提高传感器元件11a的温度。在该情况下，在使元件阻抗控制中的传感器元件11a的目标温度提高得比基准温度高的状态下进行元件阻抗控制。
在图3中，在排气温度et为et1至et2之间的情况下，排气温度et越小则使目标偏移量越大。即，预测的排气温度et越低，则使目标偏移量越大，由此根据预测的排气温度et预先提高传感器元件11a的温度。此外，在图3中，根据排气温度et使目标偏移量连续地发生变化，但也可以作为替代，使其阶段性地发生变化。
另一方面，将目标偏移量的上限设定为+30℃。因此，在排气温度et比et1低的情况下，目标偏移量被固定为+30℃。此外，在排气温度的预测出现了偏差的情况下，传感器元件11a的温度有可能偏离预定范围，所以使目标偏移量的上限留有一定程度的余裕。即，以使得传感器元件11a的目标温度在比预定范围(例如650℃至750℃的范围)窄的范围内发生变化的方式设定目标偏移量的上限。但是，目标偏移量的上限也可以增大到与预定范围的上限(例如750℃)对应的偏移量(例如+50℃)。如此，在预定范围内调整传感器元件11a的目标温度，所以能够抑制在加热器11b对传感器元件11a进行加热时传感器元件11a的温度变得过高而会偏离预定范围这一情况。et1为当根据排气温度来增大目标偏移量时，传感器元件11a的温度有可能超过预定范围的上限的排气温度的上限值。
另外，即使排气温度et比et3低，当排气温度et在et2至et3之间时目标偏移量也被设定为0。在此，预测的排气温度et接近基准温度，所以即使在预测的排气温度et比基准温度低的情况下，从传感器元件11a夺走的热的量少，所以在该温度的范围内，即使不使目标温度发生变化，传感器元件11a的温度也为接近基准温度的值。因此，当排气温度et在et2至et3之间时，将目标偏移量设定为0而不使其发生变化。由此，能够简化控制。但是，也可以是，即使排气温度et在et2至et3之间，也与排气温度et在et1至et2之间时相同地，排气温度et越低则使目标偏移量越大。即使不使目标温度或目标偏移量发生变化，et2也能够作为能够将传感器元件11a的温度收敛于预定范围内的排气温度et的下限来求出。
在排气温度et比et3高的情况下，预测的空燃比传感器11周围的排气温度et变得比基准温度高。在该情况下，当温度高的排气实际上到达空燃比传感器11时，有可能即使减少了基于加热器11b的加热量也来不及降温从而传感器元件11a的温度上升。因此，在预测到空燃比传感器11周围的排气的温度变得比基准温度高的情况(预测到排气温度et变得比et3高的情况)下，预先降低传感器元件11a的温度。在该情况下，在使元件阻抗控制中的传感器元件11a的目标温度降低得比基准温度低的状态下进行元件阻抗控制。
在图3中，在排气温度et在et4至et5之间的情况下，排气温度et越大则使目标偏移量越小。即，预测的排气温度et越高，则使目标偏移量越小，由此根据预测的排气温度et预先降低传感器元件11a的温度。此外，在图3中，根据排气温度et使目标偏移量连续地发生变化，但也可以作为替代，使其阶段性地发生变化。
另一方面，将目标偏移量的下限设定为-30℃。因此，在排气温度et比et5高的情况下，目标偏移量被固定为-30℃。此外，在排气温度的预测出现了偏差的情况下，传感器元件11a的温度有可能偏离预定范围，所以使目标偏移量的下限留有一定程度的余裕。即，按照使传感器元件11a的目标温度在比预定范围窄的范围内变化的方式设定目标偏移量的下限。但是，目标偏移量的下限也可以减小到与预定范围的下限(例如650℃)对应的偏移量(例如-50℃)。et5为传感器元件11a的温度有可能低于预定范围的下限的温度。这样一来，由于在预定范围内调整传感器元件11a的目标温度，所以能够抑制传感器元件11a的温度会变得过低而偏离预定范围这一情况。et5为当根据排气温度来减小目标偏移量时，传感器元件11a的温度有可能低于预定范围的下限的排气温度的下限值。
另外，即使排气温度et比et3高，当排气温度et在et3至et4之间时目标偏移量也被设定为0。在此，由于预测的排气温度et接近基准温度，所以即使在预测的排气温度et比基准温度高的情况下，给予传感器元件11a的热的量也少，所以在该温度的范围内，即使不使目标温度发生变化，传感器元件11a的温度也为接近基准温度的值。因此，当排气温度et在et3至et4之间时，将目标偏移量设定为0而不使其发生变化。由此，能够简化控制。但是，也可以是，即使排气温度et在et3至et4之间，也与排气温度et在et4至et5之间时相同地，排气温度et越低则使目标偏移量越小。即使不使目标温度或目标偏移量发生变化，et4也能够作为能够将传感器元件11a的温度收敛于预定范围内的排气温度et的上限来求出。et1、et2、et3、et4、et5各值能够预先通过实验或模拟等来求出。
此外，每单位时间排气从传感器元件11a夺走的热的量也会根据排气的流量而发生变化。因此，除了考虑排气温度et以外，也可以考虑排气的流量来设定目标偏移量。例如，在排气温度et比图3中的et3低的情况下，即使排气温度et相同，排气的流量越多，则传感器元件11a的温度降低的速度也变得越大。另一方面，在排气温度et比图3中的et3高的情况下，即使排气温度et相同，排气的流量越多，则传感器元件11a的温度上升的速度也变得越大。这样，与排气的流量的相应地，传感器元件11a的温度变化的速度产生差别，所以也有可能传感器元件11a的温度不会立即变化为排气温度et而是需要花费一定程度的时间。因此，当根据排气温度et来使传感器元件11a的目标偏移量发生变化时，有可能相对于传感器元件11a中的热的增减量，目标偏移量会过度地发生变化而传感器元件11a的温度偏离预定范围。
因此，也可以根据排气的流量来修正目标偏移量。对于在空燃比传感器11周围流通的排气的流量的预测而言，因为与在转矩需求控制中使用的加速器开度或者在转矩需求控制中算出的内燃机转速和内燃机负荷率有关，所以基于这些值来进行所述预测。此外，内燃机转速和内燃机负荷率与当内燃机1以该内燃机转速和内燃机负荷率运转时从内燃机1流出的排气到达空燃比传感器11时的排气的流量有关，所以预先通过实验或模拟等来求出该关系并将其映射化而存储于ecu10。
图4是用于修正图3所示的目标偏移量的图。纵轴为预测的排气温度et，横轴为预测的排气流量eq。排气流量eq为根据内燃机1的运转状态预测的空燃比传感器11周围的排气的流量，基于在转矩需求控制中使用的加速器开度来算出。图4中的“不修正”表示不修正图3所示的目标偏移量，“小”表示以使得图3所示的目标偏移量变小的方式(负值变大的方式)进行修正，“大”表示以使得图3所示的目标偏移量变大的方式(正值变大的方式)进行修正。
如图4所示，在预测的排气流量eq比预定流量少的情况下，不论预测的排气温度et如何，都不进行基于排气流量eq的目标偏移量的修正。此处所说的预定流量是通过基于图3所示的目标偏移量来实施元件阻抗控制而能够将传感器元件11a的温度控制在预定范围内的排气流量的上限值。即，在排气流量eq比预定流量少的情况下，排气流量eq对传感器元件11a的温度上升或温度降低的影响小，所以不进行与排气流量eq相应的目标偏移量的修正。因此，根据图3所示的关系来设定传感器元件11a的目标温度。
另一方面，即使在预测的排气流量eq比预定流量多的情况下，如果排气温度et为基准温度附近的温度，则排气流量eq对传感器元件11a的温度上升或温度降低的影响小。因此，由于可以抑制传感器元件11a的温度偏离预定范围，所以不进行与排气流量eq相应的目标偏移量的修正。因此，根据图3所示的关系来设定传感器元件11a的目标温度。此时的排气温度et的下限和上限可以设为图3中的et2和et4，也可以设为与et2和et4不同的值。该值也可以预先通过实验或模拟等来求出。
另外，在图4中用“小”表示的范围内，即使排气温度et相同，也以使得预测的排气的流量多时的目标偏移量变得比预测的排气的流量少时的目标偏移量小的方式(即，以使得目标温度偏离基准温度的偏离量变得更大的方式)进行修正。在预测的排气流量eq比预定流量多且预测的排气温度et比用“不修正”表示的范围的上限高的情况下，因从排气接受热而造成的传感器元件11a的温度上升的速度与排气的流量相应地变大。因此，根据排气的流量来修正基于图3得到的目标偏移量。但是，修正后的目标偏移量的下限设为图3所示的下限(例如-30℃)。由此，抑制在排气温度或排气流量的预测出现了偏差的情况下传感器元件11a的温度偏离预定范围这一情况。在该范围内，排气温度et高且排气流量eq多，由此预测到传感器元件11a的温度会进一步上升，所以通过预先进一步降低传感器元件11a的温度来抑制传感器元件11a的温度超过预定范围的上限。
另一方面，在图4中用“大”表示的范围内，即使排气温度et相同，也以使得预测的排气的流量多时的目标偏移量变得比预测的排气的流量少时的目标偏移量大的方式(即，以使得目标温度偏离基准温度的偏离量变得更大的方式)进行修正。在预测的排气流量eq比预定流量多且预测的排气温度et比用“不修正”表示的范围的下限低的情况下，因被排气夺走热而造成的传感器元件11a的温度降低的速度与排气的流量相应地变大。因此，根据排气的流量来修正基于图3得到的目标偏移量。但是，修正后的目标偏移量的上限设为图3所示的上限(例如+30℃)。由此，抑制在排气温度或排气流量的预测出现了偏差的情况下传感器元件11a的温度偏离预定范围这一情况。在该范围内，排气温度et低且排气流量eq多，由此预测到传感器元件11a的温度会进一步降低，所以通过预先进一步提高传感器元件11a的温度来抑制传感器元件11a的温度低于预定范围的下限。
此外，在图4中，设置了“不修正”的范围，但也可以是作为替代，不设置“不修正”的范围，如果排气温度et相同，则以使得排气流量eq多时的目标温度偏离基准温度的偏离量比排气流量eq少时的所述偏离量大的方式来修正目标偏移量。
此外，可以通过对图3所示的目标偏移量乘以通过图4所示的关系得到的修正系数来得到新的目标偏移量，也可以预先通过实验或模拟等来求出排气温度et和排气流量eq与目标偏移量的关系并将其映射化而存储于ecu10。
图5是示出假设将传感器元件11a的目标温度恒定为基准温度的情况下的各种值的推移的时间图。从上起依次表示车速、加速器开度、排气的温度、排气的流量、传感器元件11a的温度、加热器11b的占空比(加热器占空比)。排气的温度和排气的流量是在空燃比传感器11的周围的值，与上述的预测的排气的温度和预测的排气的流量相等。传感器元件11a的温度中的点划线表示元件阻抗控制中的目标温度，实线表示实际的温度。此外，在图5中，传感器元件11a的目标温度恒定为基准温度。图5也可以作为在实施了以往的元件阻抗控制的情况下的时间图。
在t1加速器开度变大从而车速上升。在t1从内燃机1排出的气体直到到达空燃比传感器11为止花费一定程度的时间(从t1到t2为止的时间)。在该响应延迟后的t2，空燃比传感器11的周围的排气的温度和排气的流量开始增加。在图5中，在t2的排气的温度比基准温度低，所以伴随排气的流量的增加，从传感器元件11a夺走的热的量增加。因此，在排气的流量的增加之后，在t3传感器元件11a的温度开始降低。
从t3起为了增加传感器元件11a的温度而增加加热器占空比，但传感器元件11a的温度来不及上升，传感器元件11a的温度降低。该传感器元件11a的温度降低持续到在t4排气的温度达到基准温度。因此，在从t3起到t4为止的期间，传感器元件11a的温度变得比预定范围的下限低。当在t4排气的温度超过基准温度时，通过排气来加热传感器元件11a，所以传感器元件11a的温度降低结束。因此，加热器占空比变得几乎不增加。此后也是，通过加热器11b和排气来加热传感器元件11a，所以传感器元件11a的温度上升。
在t5加速器开度成为0，车速开始减小。伴随加速器开度成为0而车速减小，排气的流量变少，所以即使排气的温度成为基准温度以下，由于能够通过加热器11b对传感器元件11a进行加热，所以传感器元件11a的温度也持续上升。此后，传感器元件11a的温度达到基准温度。
这样，当将传感器元件11a的目标温度恒定为基准温度时，在排气的温度低的情况下，传感器元件11a的温度有时变得比预定范围的下限低。
另一方面，图6是示出实施了本实施方式涉及的传感器元件阻抗控制的情况下的各种值的推移的时间图。与图5同样地，从上起依次表示车速、加速器开度、排气的温度、排气的流量、传感器元件11a的温度、加热器11b的占空比。此外，图6中的车速、加速器开度、排气的温度、排气的流量的推移与图5中的推移相同。此外，本实施方式涉及的传感器元件阻抗控制从t11开始。
当在t11加速器开度变大时，ecu10预测排气的温度和排气的流量，传感器元件11a的目标温度立即改变。与在t11的加速器开度的增加对应地空燃比传感器11周围的排气的温度和排气的流量在t12发生变化，但比t12早地开始传感器元件11a的目标温度的上升。即，预测的排气的温度比基准温度低并且预测到排气的流量会增加，所以从t11起预先提高传感器元件11a的目标温度，以使得传感器元件11a的温度不降低。因此，从t11起加热器占空比增加。此后也是，依次预测排气的温度和排气的流量，与其相应地调整传感器元件11a的目标温度。
在t11预测到的温度和流量的排气在t12到达空燃比传感器11的周围。此时，即使传感器元件11a的实际的温度变得比基准温度高而温度低的排气的流量增加了，也抑制传感器元件11a的温度变得比预定范围的下限低。
另外，在t13，排气的温度达到基准温度。因此，在t13以后，加热传感器元件11a被排气加热，所以降低目标温度以使得传感器元件11a的温度降低。因此，加热器占空比也减小。并且，在t14车速开始减小。
这样，当根据预测的排气的温度和预测的排气的流量使传感器元件11a的目标温度发生变化时，即使在排气的温度低且排气的流量多的情况下，也能够抑制传感器元件11a的温度变得比预定范围的下限低。
图7是示出设定本实施方式涉及的元件阻抗控制中的占空比的流程的流程图。本流程图由ecu10每隔预定的时间来执行。此外，元件阻抗控制由ecu10另行执行。
在步骤s101中预测排气的温度，在步骤s102中预测排气的流量。此处所说的排气的温度和排气的流量是空燃比传感器11周围的排气的温度和排气的流量。基于在转矩需求控制中算出的内燃机转速和内燃机负荷率算出将来的排气的温度和排气的流量。在该算出中使用映射。该映射为也考虑到因排气在排气通路2中流通时的热的散出造成的排气的温度降低的映射。此外，在本实施方式中，ecu10通过对步骤s101进行处理而作为温度预测部发挥作用。另外，在本实施方式中，ecu10通过对步骤s102进行处理而作为流量预测部发挥作用。
在步骤s103中，基于在步骤s101中算出的排气的温度和在步骤s102中算出的排气的流量算出传感器元件11a的目标温度。在该目标温度的算出中使用映射。
在步骤s104中，算出元件阻抗控制中的占空比。目标温度与占空比的关系预先通过实验或模拟等来求出。并且，在步骤s105中，将在步骤s104中算出的占空比设定为元件阻抗控制中的占空比。此外，在本实施方式中，ecu10通过对步骤s103至步骤s105进行处理而作为控制部发挥作用。
此外，若传感器元件11a的温度发生突变，则有时传感器元件11a损坏、传感器元件11a的特性发生变化而检测值出现偏离。因此，在改变传感器元件11a的目标温度时，也可以通过对目标温度的变化速度设置上限等而使目标温度逐渐发生变化来抑制传感器元件11a的损坏、检测值的偏离。目标温度的变化速度的上限作为能够抑制传感器元件11a的损坏的变化速度或者空燃比传感器11的检测值的偏离在允许范围内的变化速度，预先通过实验或模拟等来求出。
在本实施方式中，预测排气的温度和排气的流量，并基于这些值来设定传感器元件11a的目标温度，但也可以作为替代，仅预测排气的温度，并基于该值来设定传感器元件11a的目标温度。即，也可以是，基于图3所示的关系来设定目标偏移量，但不进行基于图4所示的关系的修正。在此，在预测的排气的温度比基准温度高的情况下，排气的流量越多，则传感器元件11a的温度越容易上升。另一方面，在预测的排气的温度比基准温度低的情况下，排气的流量越多，则传感器元件11a的温度越容易降低。因此，考虑排气的流量来设定传感器元件11a的目标温度，能够实现精度更高的温度控制。但是，即使在不考虑排气的流量的情况下，也能够根据排气的温度的变化来设定传感器元件11a的目标温度，所以也可以不考虑排气的流量地设定目标温度。
图8是示出设定本实施方式涉及的元件阻抗控制中的占空比且不考虑排气的流量的情况下的流程的流程图。本流程图由ecu10每隔预定的时间来执行。此外，元件阻抗控制由ecu10另行执行。
在步骤s201中，预测排气的温度。此处所说的排气的温度表示空燃比传感器11周围的排气的温度。基于在转矩需求控制中算出的内燃机转速和内燃机负荷率算出将来的排气的温度。在该算出中使用映射。该映射为也考虑到因排气在排气通路2中流通时的热的散出造成的排气的温度降低的映射。此外，在本实施方式中，ecu10通过对步骤s201进行处理而作为温度预测部发挥作用。
在步骤s202中，基于在步骤s201中算出的排气的温度算出传感器元件11a的目标温度。在该目标温度的算出中使用映射。
在步骤s203中，算出元件阻抗控制中的占空比。目标温度与占空比的关系预先通过实验或模拟等来求出。并且，在步骤s204中，将在步骤s203中算出的占空比设定为元件阻抗控制中的占空比。此外，在本实施方式中，ecu10通过对步骤s202至步骤s204进行处理而作为控制部发挥作用。
像以上所说明的那样，根据本实施方式，基于预测的排气温度和预测的排气流量来设定元件阻抗控制中的目标温度，在排气温度和排气流量实际上发生变化前改变传感器元件11a的温度，所以能够抑制来不及调整传感器元件11a的温度这一情况。由此，能够将传感器元件11a的温度维持在预定范围内，所以能够抑制空燃比传感器11的检测精度降低。
此外，也考虑到即使在基于预测的排气温度和排气流量预先使传感器元件11a的温度发生变化的情况下，该预测的温度的排气也在传感器元件11a的温度变化完成前到达空燃比传感器11的情况。即，有时也可能来不及进行传感器元件11a的温度调整。但是，即使在这样的情况下，也从排气实际上到达前就开始传感器元件11a的温度调整。因此，与在传感器元件11a的温度发生变化之后开始传感器元件11a的温度调整相比，能够更早地开始传感器元件11a的温度调整，所以一定程度的效果得以预见。
另外，在本实施方式中，举出空燃比传感器11为例进行了说明，但也能够适用于具有加热器的其他传感器。例如，当在pm传感器、nox传感器、hc传感器中控制加热器的情况下也与本实施方式同样地能够适用。另外，在本实施方式中基于在转矩需求控制中取得的内燃机转速和内燃机负荷率来预测排气温度，但也可以作为替代，由温度传感器12直接检测从内燃机1排出的气体的温度。在该情况下，优选温度传感器12尽可能接近内燃机1地配置。并且，通过进一步推定由该温度传感器12检测出温度的排气在排气通路2中流通而到达空燃比传感器11为止的温度降低，能够预测空燃比传感器11周围的排气的温度。另外，不限于在转矩需求控制中取得的内燃机转速和内燃机负荷率，由于基于由曲轴位置传感器21检测出的内燃机转速和由加速器开度传感器22检测出的内燃机负荷率能够推定从内燃机1排出的气体的温度，所以也可以基于该气体的温度来预测空燃比传感器11周围的排气的温度。内燃机转速和内燃机负荷与从内燃机1排出的气体的温度或空燃比传感器11周围的排气的温度的关系能够预先通过实验或模拟等来求出。
另外，节气门8的开度与从内燃机1排出的气体的温度有关，所以也可以基于节气门8的开度来预测从内燃机1排出的气体的温度。通过进一步推定该排气在排气通路2中流通而到达空燃比传感器11为止的温度降低，能够预测空燃比传感器11周围的排气的温度。
(实施方式2)
在实施方式1中，基于加速器开度等来预测排气的温度和排气的流量，基于该预测到的排气的温度和排气的流量来设定传感器元件11a的目标温度。另一方面，在实施方式2中，根据加速器开度直接设定传感器元件11a的目标温度。在此，在加速器开度变得更大的情况下，内燃机1的要求转矩变得更大，所以吸入空气量和燃料喷射量增加，排气的温度变得更高，并且排气的流量变得更多。同样地，在加速器开度变得更小的情况下，内燃机1的要求转矩变得更小，所以排气的温度变得更低，并且排气的流量变得更少。像这样，加速器开度与排气的温度和排气的流量有关。因此，本实施方式中，在加速器开度变得更大的情况下，传感器元件11a的温度可能变得更高，所以预先进一步降低传感器元件11a的温度。另一方面，在加速器开度变得更小的情况下，传感器元件11a的温度可能变得更低，所以预先进一步提高传感器元件11a的温度。
图9是示出设定本实施方式涉及的元件阻抗控制中的占空比的流程的流程图。本流程图由ecu10每隔预定的时间来执行。此外，元件阻抗控制由ecu10另行执行。
在步骤s301中，检测加速器开度。加速器开度由加速器开度传感器22来检测。在步骤s302中，基于在步骤s301中检测出的加速器开度算出传感器元件11a的目标温度。在该目标温度的算出中使用映射。该映射以使得加速器开度大时的传感器元件11a的目标温度比加速器开度小时的传感器元件11a的目标温度低的方式来设定。表示加速器开度与传感器元件11a的目标温度的关系的映射预先通过实验或模拟等来求出并存储于ecu10。此外，该映射为如下那样的映射：在使得空燃比传感器11周围的排气的温度比传感器元件11a的基准温度高这样的加速器开度的情况下，使传感器元件11a的目标温度降低得比基准温度低，在使得空燃比传感器11周围的排气的温度比传感器元件11a的基准温度低这样的加速器开度的情况下，使传感器元件11a的目标温度提高得比基准温度高。进而，该映射为目标温度在预定范围内这样的映射。此外，也可以是，ecu10存储物理模型或计算式来代替映射，并根据这些来算出传感器元件11a的目标温度。
在步骤s303中，算出元件阻抗控制中的占空比。目标温度与占空比的关系预先通过实验或模拟等来求出。并且，在步骤s304中，将在步骤s303中算出的占空比设定为元件阻抗控制中的占空比。此外，在本实施方式中，ecu10通过对步骤s302至步骤s304进行处理而作为控制部发挥作用。
这样一来，能够基于加速器开度简便地控制传感器元件11a的温度。