排气传感器的控制装置的制作方法

本发明涉及排气传感器的控制装置。

背景技术：

以往，为了对废气中的特定成分进行检测而将排气传感器配置于内燃机的排气通路的方案是已知的(例如，参照专利文献1～3)。这样的排气传感器具备：元件主体，所述元件主体设置有电化学单元；以及保护层，其在元件主体的外表面上形成且由多孔质陶瓷构成。排气传感器以暴露于废气中的方式固定于排气管，废气的一部分从保护层通过而流入至元件主体内。另外，排气传感器具备加热器，该加热器对元件主体进行加热以使得电化学单元达到规定的工作温度以上。

但是，在排气管的温度为水的露点温度以下的情况下，废气中的水蒸气冷凝而产生冷凝水。若在排气通路中存在冷凝水，则冷凝水的水滴连同废气一起与排气传感器的保护层碰撞。在保护层不具有疏水性的情况下，与保护层碰撞的水滴向保护层内浸透。在通过加热器的加热而使得保护层的温度变为高温的情况下，浸透至保护层内的水滴在保护层内蒸发。其结果是，有时会对保护层以及元件主体施加有热冲击而产生元件破裂。

因此，专利文献1、2中记载有如下方案：为了防止排气传感器的元件破裂，利用莱顿弗罗斯特现象(leidenfrostphenomenon)对排气传感器的保护层赋予疏水性。莱顿弗罗斯特现象是指在水滴与高温的保护层碰撞时通过在保护层与水滴之间形成蒸气膜而抑制保护层与水滴之间的热传导的现象。若产生莱顿弗罗斯特现象，则水滴被从保护层弹开，因此抑制了水向保护层内浸透。

在专利文献1所记载的发明中，当内燃机起动时，为了利用莱顿弗罗斯特现象防止元件破裂，直至排气传感器周围的温度达到露点温度为止，将传感器表面的温度保持为比工作温度高的抗冲击温度。然后，若排气传感器周围的温度达到露点温度，则使传感器表面的温度从抗冲击温度降低至工作温度。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2009-529691号公报

专利文献2：日本特开2012-93330号公报

专利文献3：日本特开2006-220026号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

然而，即使在排气传感器周围的温度达到露点温度之后，至此所生成的冷凝水的一部分也有可能在排气管的温度达到水的沸点之前存在于排气通路内。因此，在专利文献1所记载的控制中，在传感器表面的温度降低至工作温度之后，有可能因被水润湿而产生排气传感器的元件破裂。另一方面，若为了通过莱顿弗罗斯特现象可靠地防止排气传感器的元件破裂而在内燃机起动之后长时间地将传感器元件维持在高温，则会使得加热器的消耗电力显著增加。

因此，本发明的目的在于提供一种排气传感器的控制装置，其既能抑制加热器的消耗电力的增加，又能防止因被水润湿而导致排气传感器的元件破裂。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，第1发明提供一种排气传感器的控制装置，该排气传感器的控制装置对配置于内燃机的排气通路且检测废气中的特定成分的排气传感器进行控制，所述排气传感器具备：元件主体，所述元件主体设置有电化学单元；保护层，所述保护层形成在所述元件主体的外表面上且由多孔质陶瓷构成；以及加热器，所述加热器对所述元件主体以及所述保护层进行加热，该控制装置具备：加热器控制部，所述加热器控制部对所述电化学单元的目标温度进行设定，并且将所述加热器控制为使得所述电化学单元的温度达到所述目标温度；以及温度推定部，所述温度推定部对所述排气传感器周围的排气管的温度进行推定，在所述内燃机起动之后，直至由所述温度推定部推定出的所述排气管的推定温度达到第一排气管温度为止，所述加热器控制部将所述目标温度设定为第一目标温度，自所述排气管的推定温度达到所述第一排气管温度起直至达到第二排气管温度为止，所述加热器控制部将所述目标温度设定为第二目标温度，当所述排气管的推定温度达到所述第二排气管温度时，所述加热器控制部将所述目标温度设定为所述电化学单元的工作温度，所述第一排气管温度为水的露点以上且不足水的沸点的温度，所述第二排气管温度为水的沸点以上的温度，所述第一目标温度为高于所述工作温度的温度，所述第二目标温度为高于所述工作温度且低于所述第一目标温度的温度。

对于第2发明而言，在第1发明的基础上，所述温度推定部对所述内燃机的外部气温进行推定或检测，在所述内燃机起动时由所述温度推定部推定出或检测出的外部气温的温度相对较低的情况下，与该外部气温的温度相对较高的情况相比，所述加热器控制部将所述第一目标温度设定得高。

对于第3发明而言，在第1发明或第2发明的基础上，所述温度推定部在所述内燃机起动之后的经过时间达到第一经过时间时判定为所述排气管的推定温度达到所述第一排气管温度，在所述经过时间达到比所述第一经过时间长的第二经过时间时判定为所述排气管的推定温度达到所述第二排气管温度，所述温度推定部对所述内燃机的外部气温进行推定或检测，在所述内燃机起动时推定出或检测出的外部气温的温度相对较低的情况下，与该外部气温的温度相对较高的情况相比，将所述第一经过时间以及所述第二经过时间设定得长。

对于第4发明而言，在第1发明或第2发明的基础上，所述温度推定部在所述内燃机起动之后供给至该内燃机的燃烧室的吸入空气量的累计值达到第一累计空气量时判定为所述排气管的推定温度达到所述第一排气管温度，在所述累计值达到比所述第一累计空气量多的第二累计空气量时判定为所述排气管的推定温度达到所述第二排气管温度，所述温度推定部对所述内燃机的外部气温进行推定或检测，在所述内燃机起动时推定出或检测出的外部气温的温度相对较低的情况下，与该外部气温的温度相对较高的情况相比，将所述第一累计空气量以及所述第二累计空气量设定得多。

对于第5发明而言，在第1发明至第4发明中任一发明的基础上，所述排气传感器包括上游侧排气传感器、以及位于该上游侧排气传感器的排气流动方向下游侧的下游侧排气传感器，所述加热器控制部将所述下游侧排气传感器的所述第一目标温度以及所述第二目标温度设定为高于所述上游侧排气传感器的所述第一目标温度以及所述第二目标温度。

为了解决上述课题，第6发明提供排气传感器的控制装置，该排气传感器的控制装置对配置于内燃机的排气通路且检测废气中的特定成分的排气传感器进行控制，所述排气传感器具备：元件主体，所述元件主体设置有电化学单元；保护层，所述保护层形成在所述元件主体的外表面上且由多孔质陶瓷构成；以及加热器，所述加热器对所述元件主体以及所述保护层进行加热，该控制装置具备：加热器控制部，所述加热器控制部对所述电化学单元的目标温度进行设定，并且将所述加热器控制为使得所述电化学单元的温度达到所述目标温度；以及水量推定部，所述水量推定部对比所述排气传感器靠排气流动方向上游侧的所述排气通路内的冷凝水的量进行推定，在所述内燃机起动之后，所述加热器控制部基于由所述水量推定部推定出的所述冷凝水的量而将所述目标温度设定为所述电化学单元的工作温度以上的温度。

发明效果

根据本发明，提供既能抑制加热器的消耗电力的增加又能防止因被水润湿而导致排气传感器的元件破裂的排气传感器的控制装置。

附图说明

图1是概要地表示使用本发明的第一实施方式所涉及的排气传感器的控制装置的内燃机的图。

图2是空燃比传感器的放大图。

图3是沿着图2中的a-a线的空燃比传感器的传感器元件的剖视图。

图4是表示使与保护层碰撞的水滴的量和保护层的温度变化时是否产生莱顿弗罗斯特现象的图表。

图5是表示经过时间以及累计空气量与排气管的温度之间的关系的映射图。

图6是使内燃机起动时的内燃机负荷等的概要的时序图。

图7是表示本发明的第一实施方式中的目标温度设定处理的控制流程的流程图。

图8是表示本发明的第三实施方式中的目标温度设定处理的控制流程的流程图。

图9是表示本发明的第四实施方式中的目标温度设定处理的控制流程的流程图。

图10是概要地表示使用本发明的第五实施方式所涉及的排气传感器的控制装置的内燃机的图。

图11是使内燃机起动时的内燃机负荷等的概要的时序图。

图12是表示本发明的第六实施方式中的目标温度设定处理的控制流程的流程图。

附图标记说明

1内燃机

10空燃比传感器

12传感器元件

50元件主体

51传感器单元

55加热器

60保护层

80电子控制单元(ecu)

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。此外，在以下说明中，对相同的结构要素标注相同的参照附图标记。

＜第一实施方式＞

首先，参照图1～图7对本发明的第一实施方式进行说明。

＜内燃机整体的说明＞

图1是概要地表示使用本发明的第一实施方式所涉及的排气传感器的控制装置的内燃机1的图。图1所示的内燃机1为压缩自点火式内燃机(柴油发动机)。内燃机1例如搭载于车辆。

参照图1，内燃机1具备内燃机主体100、各气缸的燃烧室2、向燃烧室2内喷射燃料的电子控制式燃料喷射阀3、进气歧管4以及排气歧管5。进气歧管4经由进气管6而与涡轮增压器(增压器)7的压缩机7a的出口连结。压缩机7a的入口经由进气管6而与空气滤清器8连结。在进气管6内配置有由步进电机驱动的节气门9。并且，在进气管6的周围配置有用于对在进气管6内流动的吸入空气进行冷却的冷却装置13。在图1所示的内燃机1中，内燃机冷却水被引导至冷却装置13内，从而利用内燃机冷却水对吸入空气进行冷却。进气歧管4以及进气管6形成将空气向燃烧室2引导的进气通路。

另一方面，排气歧管5经由排气管27而与涡轮增压器7的涡轮机7b的入口连结。涡轮机7b的出口经由排气管27而与内置有排气净化催化剂28的外壳29连结。排气歧管5以及排气管27形成将因燃烧室2中的混合气体的燃烧而产生的废气排出的排气通路。排气净化催化剂28例如是对废气中的nox进行还原净化的选择还原型nox减少催化剂(scr催化剂)或者nox吸留还原催化剂。另外，为了减少废气中的颗粒状物质(pm)，可以在排气通路配置氧化催化剂、柴油颗粒过滤器(dpf)等。

排气歧管5和进气歧管4经由废气再循环(以下称为“egr”)通路14而相互连结。在egr通路14内配置有电子控制式egr控制阀15。另外，在egr通路14的周围配置有用于对在egr通路14内流动的egr气体进行冷却的egr冷却装置20。在图1所示的实施方式中，内燃机冷却水被引导至egr冷却装置20内，从而利用内燃机冷却水对egr气体进行冷却。

利用电子控制式的排出量可变的燃料泵19将燃料从燃料箱33经由燃料配管34而向共轨18内供给。经由各燃料供给管17而将供给至共轨18内的燃料向各燃料喷射阀3供给。

内燃机1的各种控制由电子控制单元(ecu)80执行。ecu80由数字计算机构成，并具备借助双向性总线81而相互连接的rom(只读存储器)82、ram(随机存取存储器)83、cpu(微处理器)84、输入端口85以及输出端口86。负荷传感器101、空气流量计102、外部气温传感器103以及水温传感器104的输出经由对应的ad转换器87而输入至输入端口85。另一方面，输出端口86经由对应的驱动电路88而与燃料喷射阀3、节气门驱动用步进电机、egr控制阀15以及燃料泵19连接。

负荷传感器101产生与加速器踏板120的踩踏量成比例的输出电压。因此，负荷传感器101对内燃机负荷进行检测。空气流量计102在进气通路中配置于空气滤清器8与压缩机7a之间，并对在进气管6内流动的空气的流量进行检测。外部气温传感器103例如配置于供内燃机1搭载的车辆，并对内燃机1的外部气温进行检测。水温传感器104配置于内燃机1的冷却水路，并对内燃机1的冷却水的水温进行检测。并且，每当曲轴旋转例如15°时便产生输出脉冲的曲轴转角传感器108与输入端口85连接，利用曲轴转角传感器108对内燃机转速进行检测。

此外，内燃机1可以是在燃烧室配置有火花塞的火花点火式内燃机。另外，气缸排列、进排气系统的结构以及增压器的有无之类的内燃机1的具体结构可以与图1所示的结构不同。

＜空燃比传感器的说明＞

在本实施方式中，作为由排气传感器的控制装置控制的排气传感器，在内燃机1的排气通路配置有空燃比传感器10。空燃比传感器10对在内燃机1的排气通路流动的废气中的特定成分进行检测。具体而言，空燃比传感器10通过对废气中的氧浓度进行检测而线性地检测废气的空燃比。

在本实施方式中，空燃比传感器10在排气通路中配置于排气净化催化剂28的排气流动方向上游侧。此外，空燃比传感器10可以配置于排气通路的其他位置，例如可以配置于排气净化催化剂28的排气流动方向下游侧。

以下，参照图2及图3对空燃比传感器10的结构进行说明。图2是空燃比传感器10的放大图。图2中以剖视图的形式示出了空燃比传感器10的前端侧。空燃比传感器10以前端部11插入于排气管27的状态而固定于排气管27。空燃比传感器10在其内部具备传感器元件12，该传感器元件12具有板状形状。

图3是沿着图2中的a-a线的空燃比传感器10的传感器元件12的剖视图。如图3所示，空燃比传感器10的传感器元件12具备：元件主体50，其设置有传感器单元51；以及保护层60，其形成在元件主体50的外表面上。

元件主体50具备被测气体室30以及基准气体室31。当空燃比传感器10配置于内燃机1的排气通路时，在排气通路流动的废气作为被测气体而被导入至被测气体室30。基准气体被导入至基准气体室31。基准气体例如为大气。在该情况下，基准气体室31向大气敞开。

空燃比传感器10是层叠多层而构成的层叠型空燃比传感器。元件主体50具备固体电解质层40、扩散控速层16、第一不透过层21、第二不透过层22以及第三不透过层23。固体电解质层40是具有氧化物离子传导性的薄板体。固体电解质层40例如是以cao、mgo、y2o3、yb2o3等为稳定剂而添加至zro2(氧化锆)、hfo2、tho2、bi2o3等的烧结体。扩散控速层16是具有气体透过性的薄板体。扩散控速层16例如由氧化铝、氧化镁、硅石质、尖晶石、莫来石等的多孔质陶瓷构成。不透过层21～23为气体不透过性的薄板体，例如含有氧化铝。

元件主体50的各层自图3中的下方起按照第一不透过层21、第二不透过层22、固体电解质层40、扩散控速层16、第三不透过层23的顺序而层叠。被测气体室30由固体电解质层40、扩散控速层16以及第三不透过层23划分而形成。废气通过保护层60以及扩散控速层16而导入至被测气体室30内。扩散控速层16进行被测气体的扩散控速。此外，被测气体室30只要构成为与固体电解质层40相邻且供被测气体导入即可，可以以任何方式构成。

基准气体室31由固体电解质层40以及第二不透过层22划分而形成。此外，基准气体室31只要构成为与固体电解质层40相邻且供基准气体流入即可，可以以任何方式构成。

传感器单元51是具有固体电解质层40、第一电极41以及第二电极42的电化学单元。第一电极41以暴露于被测气体室30内的被测气体的方式配置于固体电解质层40的被测气体室30侧的表面上。另一方面，第二电极42以暴露于基准气体室31内的基准气体的方式配置于固体电解质层40的基准气体室31侧的表面上。第一电极41和第二电极42配置为隔着固体电解质层40而相互相向。第一电极41以及第二电极42由白金(pt)等催化剂活性高的贵金属构成。例如，第一电极41以及第二电极42是含有pt作为主成分的多孔质金属陶瓷电极。

保护层60以将元件主体50的外表面整体覆盖的方式形成在元件主体50的外表面上。保护层60具有气体透过性，并由氧化铝、二氧化钛、氧化锆、碳化硅、氮化硅、氧化锌等的多孔质陶瓷构成。

传感器元件12还具备加热器55。在本实施方式中，如图3所示，加热器55配置于第一不透过层21与第二不透过层22之间。加热器55例如是含有白金(pt)和陶瓷(例如氧化铝等)的金属陶瓷的薄板体，且是通过通电而发热的发热体。加热器55对元件主体50以及保护层60进行加热。

电路70与传感器单元51的第一电极41以及第二电极42连接。电路70具备电源71以及电流检测器72。电源71以使得第二电极42的电位高于第一电极41的电位的方式对电极间施加电压。ecu80的输出端口86经由对应的驱动电路88而与电源71连接。因此，ecu80能够通过对电源71进行控制而控制施加于传感器单元51的电压。另外，电流检测器72将在传感器单元51中流动的电流作为传感器单元51的输出而进行检测。电流检测器72的输出经由对应的ad转换器87而输入至ecu80的输入端口85。因此，ecu80能够从电流检测器72获取由电流检测器72检测出的传感器单元51的输出。

空燃比传感器10通过在将规定的电压施加于传感器单元51时对在传感器单元51中流动的极限电流进行检测而检测废气的空燃比。因此，本实施方式中的空燃比传感器10是所谓的极限电流式空燃比传感器。

＜莱顿弗罗斯特现象＞

但是，在排气管27的温度为水的露点温度以下的情况下，废气中的水蒸气冷凝而产生冷凝水。若排气通路中存在冷凝水，则冷凝水的水滴连同废气一起与空燃比传感器10的保护层60碰撞。在保护层60不具有疏水性的情况下，与保护层60碰撞后的水滴浸透至保护层60内。在通过加热器55的加热而使得保护层60的温度变为高温的情况下，浸透至保护层60内的水滴在保护层60内蒸发。其结果是，有时热冲击会施加于保护层60以及元件主体50而产生传感器元件12的元件破裂。

保护层60在其温度为高温时具有疏水性。该特性因产生莱顿弗罗斯特现象而获得。莱顿弗罗斯特现象是指在水滴与高温的保护层碰撞时因在保护层与水滴之间形成蒸气膜而抑制保护层与水滴之间的热传导的现象。若产生莱顿弗罗斯特现象，则水滴被从保护层60弹开，因此抑制了水浸透至保护层60内。

一般而言，产生莱顿弗罗斯特现象的温度由与物体碰撞的液体的种类而决定。然而，本申请的发明人的新发现为：若是如空燃比传感器10的保护层60那样的热容量小的物体，则产生莱顿弗罗斯特现象的温度根据液体量而变化。

图4是表示使与保护层60碰撞的水滴的量和保护层60的温度变化时是否产生莱顿弗罗斯特现象的图表。图中的叉形符号表示未产生莱顿弗罗斯特现象。另一方面，图中的圆圈符号表示产生了莱顿弗罗斯特现象。根据图4可知，产生莱顿弗罗斯特现象的温度根据水滴量而变化。具体而言，水滴量越多，产生莱顿弗罗斯特现象的温度越高。可以认为其理由在于，在热容量小的保护层60中，保护层60的温度在形成蒸气膜时下降，保护层60的温度的下降量与水滴量成比例。

＜排气传感器的控制装置的说明＞

为了防止排气传感器(在本实施方式中为空燃比传感器10)的元件破裂，基于上述新的见解，本实施方式所涉及的排气传感器的控制装置在内燃机1起动时执行以下控制。

本实施方式所涉及的排气传感器的控制装置具备加热器控制部以及温度推定部。加热器控制部设定传感器单元51的目标温度，并将加热器55控制为使得传感器单元51的温度达到目标温度。例如，加热器控制部基于传感器单元51的阻抗对传感器单元51的温度进行计算，并以使得计算出的温度达到目标温度的方式对加热器55的施加电压进行反馈控制。当由加热器55对传感器单元51进行加热时，保护层60也同样由加热器55加热。因此，保护层60的温度与传感器单元51的温度相关。因此，通过上述的反馈控制不仅能够控制传感器单元51的温度，而且还能够控制保护层60的温度。在本实施方式中，ecu80的一部分作为加热器控制部而发挥功能。

温度推定部对空燃比传感器10周围的排气管27的温度(以下简称为“排气管27的温度”)进行推定。例如，温度推定部根据排气通路中在空燃比传感器10的附近配置的排气温度传感器105的输出而推定排气管27的温度。在本实施方式中，如图1所示，排气温度传感器105在排气通路中配置于涡轮机7b与排气净化催化剂28之间而对排气管27的温度进行检测。排气温度传感器105的输出经由对应的ad转换器87而输入至ecu80的输入端口85。

此外，温度推定部可以对排气管27的温度进行推定而不使用排气温度传感器105。在该情况下，在内燃机1中，可以不在空燃比传感器10的附近设置排气温度传感器105。例如，温度推定部可以基于内燃机1起动之后的经过时间对排气管27的温度进行推定。在该情况下，内燃机1起动之后的经过时间越长，由温度推定部推定出的排气管27的温度越高。另外，温度推定部可以基于内燃机1起动之后供给至燃烧室2的吸入空气量的累计值(以下称为“累计空气量”)对排气管27的温度进行推定。例如基于空气流量计102的输出对累计空气量进行计算。在该情况下，累计空气量越多，由温度推定部推定出的排气管27的温度越高。另外，温度推定部可以基于内燃机1起动之后的经过时间以及累计空气量对排气管27的温度进行推定。在该情况下，温度推定部例如利用图5所示那样的映射图对排气管27的温度进行推定。在该映射图中，作为经过时间et以及累计空气量σmc的函数而示出了排气管27的温度pt。在本实施方式中，ecu80的一部分作为温度推定部而发挥功能。

在内燃机1起动之后，直至由温度推定部推定出的排气管27的推定温度达到第一排气管温度为止，加热器控制部将传感器单元51的目标温度设定为第一目标温度，以便在保护层60的表面产生莱顿弗罗斯特现象。第一排气管温度为水的露点以上且不足水的沸点的温度。水的露点在大气压(1个大气压)下为54℃，水的沸点在大气压(1个大气压)下为100℃。另外，第一目标温度为高于传感器单元51的工作温度的温度。传感器单元51的工作温度为传感器单元51的活性温度以上，例如为600℃～650℃。

自排气管27的推定温度达到第一排气管温度起直至达到第二排气管温度为止，加热器控制部将传感器单元51的目标温度设定为第二目标温度，以便在保护层60的表面产生莱顿弗罗斯特现象。另外，当排气管27的推定温度达到第二排气管温度时，加热器控制部将传感器单元51的目标温度设定为传感器单元51的工作温度。第二排气管温度为水的沸点以上的温度。另外，第二目标温度为高于传感器单元51的工作温度且低于第一目标温度的温度。

＜利用时序图的控制的说明＞

以下，参照图6的时序图对使内燃机1起动时的控制进行具体说明。图6是使内燃机1起动时的、内燃机负荷、排气管27的温度以及传感器单元51的温度的概要的时序图。在传感器单元51的温度的曲线图中，由细线表示传感器单元51的目标温度。在图示的例子中，根据排气温度传感器105的输出对排气管27的温度进行计算。另外，基于传感器单元51的阻抗对传感器单元51的温度进行计算。

在图示的例子中，内燃机1在时刻t0起动。若内燃机1起动，则将传感器单元51的目标温度设定为第一目标温度tt1。其结果是，在时刻t0之后，传感器单元51的温度因加热器55的加热而向第一目标温度tt1上升。第一目标温度tt1例如为750℃以上的温度。在时刻t1，传感器单元51的温度达到第一目标温度tt1。在时刻t1之后，传感器单元51的温度维持在第一目标温度tt1。

在时刻t2，排气管27的温度达到第一排气管温度pt1。第一排气管温度pt1例如为水的露点(54℃)。在时刻t2，传感器单元51的目标温度从第一目标温度tt1切换为第二目标温度tt2。其结果是，在时刻t2之后，传感器单元51的温度向第二目标温度tt2下降。第二目标温度tt2为低于第一目标温度tt1的温度，例如为650℃～700℃的温度。传感器单元51的温度在达到第二目标温度tt2之后维持在第二目标温度tt2。

在时刻t3，排气管27的温度达到第二排气管温度pt2。第二排气管温度pt2例如为水的沸点(100℃)。在时刻t3，传感器单元51的目标温度从第二目标温度tt2切换为传感器单元51的工作温度ot。其结果是，在时刻t3之后，传感器单元51的温度向工作温度ot下降。工作温度ot为低于第二目标温度的温度，例如为600℃～650℃的温度。传感器单元51的温度在达到工作温度ot之后维持在工作温度ot。

若排气管27的温度达到水的露点以上，则在排气管27内不会从废气生成新的冷凝水。然而，即使在排气管27的温度达到水的露点之后，至此所生成的冷凝水的一部分也有可能在排气管27的温度达到水的沸点之前存在于排气管27内。因此，在排气管27的温度达到水的露点的时刻t2，若将传感器单元51的目标温度设定为工作温度ot，则有可能因被水润湿而产生空燃比传感器10的元件破裂。另一方面，若为了可靠地防止空燃比传感器10的元件破裂而在时刻t2以后也将传感器单元51的目标温度维持在第一目标温度tt1，则加热器55的消耗电力显著增加，从而使得内燃机1的油耗恶化。

若排气管27的温度达到水的露点以上，则排气管27内的冷凝水的一部分气化。另外，排气管27内的冷凝水借助废气而向排气流动方向下游侧流动。因此，在图示的例子中，在排气管27的温度达到水的露点的时刻t2以后，与空燃比传感器10的保护层60碰撞的水的量减小。其结果是，根据图4可知，在保护层60中产生莱顿弗罗斯特现象的温度下降。因此，在时刻t2，既能保持传感器元件12的疏水性，又能使传感器单元51的目标温度从第一目标温度tt1下降至第二目标温度tt2。由此，在本实施方式中，既能抑制加热器55的消耗电力的增加，又能防止因被水润湿而导致空燃比传感器10的元件破裂。

＜目标温度设定处理＞

以下，参照图7的流程图对用于设定传感器单元51的目标温度的控制进行说明。图7是表示本发明的第一实施方式中的目标温度设定处理的控制流程的流程图。在内燃机1起动之后，由ecu80以规定的时间间隔反复执行本控制流程。

首先，在步骤s101中，温度推定部判定排气管27的温度pt是否低于第一排气管温度pt1。利用上述的任意方法并由温度推定部对排气管27的温度pt进行推定。第一排气管温度pt1为水的露点以上且不足水的沸点的温度，例如为水的露点。

当在步骤s101中判定为排气管27的温度pt低于第一排气管温度pt1时，本控制流程向步骤s102推进。在步骤s102中，加热器控制部将传感器单元51的目标温度tt设定为第一目标温度tt1。第一目标温度tt1为高于传感器单元51的工作温度ot的温度，例如为750℃以上的温度。在步骤s102之后结束本控制流程。

另一方面，当在步骤s101中判定为排气管27的温度pt为第一排气管温度pt1以上时，本控制流程向步骤s103推进。在步骤s103中，温度推定部判定排气管27的温度pt是否低于第二排气管温度pt2。第二排气管温度pt2为水的沸点以上的温度，例如为水的沸点。

当在步骤s103中判定为排气管27的温度pt低于第二排气管温度pt2时，本控制流程向步骤s104推进。在步骤s104中，加热器控制部将目标温度tt设定为第二目标温度tt2。第二目标温度tt2为高于传感器单元51的工作温度ot且低于第一目标温度tt1的温度，例如为650℃～700℃的温度。在步骤s104之后结束本控制流程。

另一方面，当在步骤s103中判定为排气管27的温度pt为第二排气管温度pt2以上时，本控制流程向步骤s105推进。在步骤s105中，加热器控制部将目标温度tt设定为工作温度ot。工作温度ot为传感器单元51的活性温度以上的温度，例如为600℃～650℃的温度。在步骤s105之后结束本控制流程。

＜第二实施方式＞

除了以下说明的事项之外，第二实施方式所涉及的排气传感器的控制装置的结构及控制基本上与第一实施方式所涉及的排气传感器的控制装置的结构及控制相同。因此，以下，以与第一实施方式不同的部分为中心对本发明的第二实施方式进行说明。

在第二实施方式中，除排气管27的温度之外，温度推定部还对内燃机1的外部气温进行推定或检测。例如，温度推定部根据水温传感器104的输出对外部气温进行推定、或者利用外部气温传感器103对外部气温进行检测。

在内燃机1起动时由温度推定部推定出或检测出的外部气温(以下，称为“起动时外部气温”)相对较低的情况下，与起动时外部气温相对较高的情况相比，加热器控制部将第一目标温度设定得高。换言之，随着起动时外部气温的升高，加热器控制部使第一目标温度阶段性地(阶梯式地)或者线性地升高。

因此，在第二实施方式中，在图7的步骤s102中，加热器控制部从温度推定部获取起动时外部气温，并基于起动时外部气温对传感器单元51的目标温度tt进行设定。具体而言，在起动时外部气温相对较低的情况下，与起动时外部气温相对较高的情况相比，加热器控制部将第一目标温度tt1设定得高。此外，在该情况下，也将第一目标温度tt1设定为比第二目标温度tt2以及传感器单元51的工作温度ot高的温度。

能够预想到：在起动时外部气温较低的情况下，内燃机1刚起动之后生成的冷凝水的量增多，将传感器元件12润湿的水的量也增多。对此，在第二实施方式中，在起动时外部气温相对较低的情况下，相对增高传感器单元51的目标温度，从而能够可靠地防止因被水润湿而导致空燃比传感器10的元件破裂。另一方面，能够预想到：在起动时外部气温较高的情况下，在内燃机1刚起动之后生成的冷凝水的量减少，将传感器元件12润湿的水的量也减少。对此，在第二实施方式中，在起动时外部气温相对较高的情况下，相对降低传感器单元51的目标温度，从而能够防止因被水润湿而导致空燃比传感器10的元件破裂，并且能够抑制加热器55的消耗电力的增加。

＜第三实施方式＞

除了以下说明的事项以外，第三实施方式所涉及的排气传感器的控制装置的结构及控制基本上与第一实施方式所涉及的排气传感器的控制装置的结构及控制相同。因此，以下，以与第一实施方式不同的部分为中心对本发明的第三实施方式进行说明。

在第三实施方式中，温度推定部在内燃机1起动之后的经过时间达到第一经过时间时推定为排气管27的推定温度达到第一排气管温度，并在内燃机1起动之后的经过时间达到第二经过时间时推定为排气管27的推定温度达到第二排气管温度。第二经过时间比第一经过时间长。与第二实施方式相同，除排气管27的温度之外，温度推定部还对内燃机1的外部气温进行推定或检测。在起动时外部气温相对较低的情况下，与起动时外部气温相对较高的情况相比，温度推定部将第一经过时间以及第二经过时间设定得长。由此，能够高精度地推定排气管27的温度，进而能够适当地设定传感器单元51的目标温度。

＜目标温度设定处理＞

图8是表示本发明的第三实施方式中的目标温度设定处理的控制流程的流程图。在内燃机1起动之后，由ecu80以规定的时间间隔反复执行本控制流程。

首先，在步骤s201中，温度推定部基于起动时外部气温而设定第一经过时间et1以及第二经过时间et2。具体而言，在起动时外部气温相对较低的情况下，与起动时外部气温相对较高的情况相比，温度推定部将第一经过时间et1以及第二经过时间et2设定得长。例如，起动时外部气温越低，温度推定部将第一经过时间et1以及第二经过时间et2设定为越长。

接下来，在步骤s202中，温度推定部判定内燃机1起动之后的经过时间et是否比第一经过时间et1短。在判定为经过时间et比第一经过时间et1短的情况下，本控制流程向步骤s203推进。在该情况下，由于推定为排气管27的推定温度不足第一排气管温度，因此，在步骤s203中，加热器控制部将传感器单元51的目标温度tt设定为第一目标温度tt1。第一目标温度tt1为高于传感器单元51的工作温度ot的温度，例如为750℃以上的温度。在步骤s203之后结束本控制流程。

另一方面，当在步骤s202中判定为经过时间et为第一经过时间et1以上时，本控制流程向步骤s204推进。在步骤s204中，温度推定部判定经过时间et是否比第二经过时间et2短。在判定为经过时间et比第二经过时间et2短的情况下，本控制流程向步骤s205推进。在该情况下，由于推定为排气管27的推定温度为第一排气管温度以上且不足第二排气管温度，因此，在步骤s205中，加热器控制部将传感器单元51的目标温度tt设定为第二目标温度tt2。第二目标温度tt2为高于传感器单元51的工作温度ot且低于第一目标温度tt1的温度，例如为650℃～700℃的温度。在步骤s205之后结束本控制流程。

另一方面，当在步骤s204中判定为经过时间et为第二经过时间et2以上时，本控制流程向步骤s206推进。在该情况下，由于推定为排气管27的推定温度为第二排气管温度以上，因此，在步骤s206中，加热器控制部将目标温度tt设定为工作温度ot。工作温度ot为传感器单元51的活性温度以上的温度，例如为600℃～650℃的温度。在步骤s206之后结束本控制流程。此外，在内燃机1停止时将经过时间et重置为零。

＜第四实施方式＞

除了以下说明的事项以外，第四实施方式所涉及的排气传感器的控制装置的结构及控制基本上与第一实施方式所涉及的排气传感器的控制装置的结构及控制相同。因此，以下，以与第一实施方式不同的部分为中心对本发明的第四实施方式进行说明。

在第四实施方式中，温度推定部在累计空气量达到第一累计空气量时推定为排气管27的推定温度达到第一排气管温度，并在累计空气量达到第二累计空气量时推定为排气管27的推定温度达到第二排气管温度。第二累计空气量比第一累计空气量多。与第二实施方式相同，除排气管27的温度之外，温度推定部还对内燃机1的外部气温进行推定或检测。在起动时外部气温相对较低的情况下，与起动时外部气温相对较高的情况相比，温度推定部将第一累计空气量以及第二累计空气量设定得多。例如，起动时外部气温越低，温度推定部将第一累计空气量以及第二累计空气量设定为越多。由此，能够高精度地对气管27的温度进行推定，进而能够适当地设定传感器单元51的目标温度。

＜目标温度设定处理＞

图9是表示本发明的第四实施方式中的目标温度设定处理的控制流程的流程图。在内燃机1起动之后，由ecu80以规定的时间间隔反复执行本控制流程。

首先，在步骤s301中，温度推定部基于起动时外部气温而设定第一累计空气量mc1以及第二累计空气量mc2。具体而言，在起动时外部气温相对较低的情况下，与起动时外部气温相对较高的情况相比，温度推定部将第一累计空气量mc1以及第二累计空气量mc2设定得多。

接下来，在步骤s302中，温度推定部判定累计空气量σmc是否比第一累计空气量mc1少。在判定为累计空气量σmc比第一累计空气量mc1少的情况下，本控制流程向步骤s303推进。在该情况下，由于推定为排气管27的推定温度不足第一排气管温度，因此，在步骤s303中，加热器控制部将传感器单元51的目标温度tt设定为第一目标温度tt1。第一目标温度tt1为高于传感器单元51的工作温度ot的温度，例如为750℃以上的温度。在步骤s303之后结束本控制流程。

另一方面，当在步骤s302中判定为累计空气量σmc为第一累计空气量mc1以上时，本控制流程向步骤s304推进。在步骤s304中，温度推定部判定累计空气量σmc是否比第二累计空气量mc2少。在判定为累计空气量σmc比第二累计空气量mc2少的情况下，本控制流程向步骤s305推进。在该情况下，由于推定为排气管27的推定温度为第一排气管温度以上且不足第二排气管温度，因此，在步骤s305中，加热器控制部将传感器单元51的目标温度tt设定为第二目标温度tt2。第二目标温度tt2为高于传感器单元51的工作温度ot且低于第一目标温度tt1的温度，例如为650℃～700℃的温度。在步骤s305之后结束本控制流程。

另一方面，当在步骤s304中判定为累计空气量σmc为第二累计空气量mc2以上时，本控制流程向步骤s306推进。在该情况下，由于推定为排气管27的推定温度为第二排气管温度以上，因此，在步骤s306中，加热器控制部将目标温度tt设定为工作温度ot。工作温度ot为传感器单元51的活性温度以上的温度，例如为600℃～650℃的温度。在步骤s306之后结束本控制流程。此外，在内燃机1停止时将累计空气量σmc重置为零。

＜第五实施方式＞

除了以下说明的事项以外，第五实施方式所涉及的排气传感器的控制装置的结构及控制基本上与第一实施方式所涉及的排气传感器的控制装置的结构及控制相同。因此，以下，以与第一实施方式不同的部分为中心对本发明的第五实施方式进行说明。

图10是概要地表示使用本发明的第五实施方式所涉及的排气传感器的控制装置的内燃机1’的图。两个空燃比传感器10a、10b、以及两个排气净化催化剂28a、28b设置于内燃机1’。上游侧排气管27a将内燃机主体100和上游侧外壳29a连结。下游侧排气管27b将上游侧外壳29a和下游侧外壳29b连结。上游侧外壳29a内置有上游侧排气净化催化剂28a。下游侧外壳29b内置有下游侧排气净化催化剂28b。另外，上游侧排气温度传感器105a在上游侧排气管27a中配置于上游侧空燃比传感器10a的附近，下游侧排气温度传感器105b在下游侧排气管27b中配置于下游侧空燃比传感器10b的附近。

上游侧空燃比传感器10a配置于比上游侧排气净化催化剂28a靠排气流动方向上游侧的上游侧排气管27a，下游侧空燃比传感器10b配置于比上游侧排气净化催化剂28a靠排气流动方向下游侧的下游侧排气管27b。因此，下游侧空燃比传感器10b位于比上游侧空燃比传感器10a靠排气流动方向下游侧的位置。例如，上游侧空燃比传感器10a配置于搭载有内燃机1’的车辆的发动机室，下游侧空燃比传感器10b配置于搭载有内燃机1’的车辆的地板下。

由于下游侧排气管27b比上游侧排气管27a远离燃烧室2，因此，在内燃机1’起动之后，由废气引起的下游侧排气管27b的温度上升比上游侧排气管27a的温度上升慢。因此，在下游侧排气管27b中生成的冷凝水的量比在上游侧排气管27a中生成的冷凝水的量多。因此，连同废气一起与传感器元件12碰撞的水滴的量在下游侧空燃比传感器10b中比在上游侧空燃比传感器10a中多。另外，与车辆的发动机室相比，在排气通路内生成的冷凝水更容易积存于车辆的地板下。因此，在下游侧空燃比传感器10b配置于车辆的地板下的情况下，与下游侧空燃比传感器10b的传感器元件碰撞的水滴的量更多。

因此，在第五实施方式中，加热器控制部将下游侧空燃比传感器10b的第一目标温度以及第二目标温度设定为高于上游侧空燃比传感器10a的第一目标温度以及第二目标温度。由此，即使在内燃机设置有多个空燃比传感器的情况下，也能够更有效地抑制加热器的消耗电力的增加，并且能够防止因被水润湿而导致空燃比传感器的元件破裂。

此外，配置于排气通路的排气净化催化剂的数量可以是两个以外。另外，配置于排气通路的空燃比传感器的数量可以多于两个。在该情况下，越是位于排气流动方向下游侧的空燃比传感器，将传感器单元的目标温度设定为越高。

＜利用时序图的控制的说明＞

以下，参照图11的时序图对第五实施方式中的控制进行具体说明。图11是使内燃机1起动时的、内燃机负荷、上游侧空燃比传感器10a周围的上游侧排气管27a的温度、上游侧空燃比传感器10a的传感器单元温度、下游侧空燃比传感器10b周围的下游侧排气管27b的温度以及下游侧空燃比传感器10b的传感器单元温度的概要的时序图。在传感器单元温度的曲线图中，由细线表示传感器单元的目标温度。在图示的例子中，分别根据排气温度传感器105a、105b的输出对空燃比传感器10a、10b周围的排气管27a、27b的温度进行计算。另外，基于传感器单元的阻抗对传感器元件12的温度进行计算。

在图示的例子中，内燃机1在时刻t0起动。若内燃机1起动，则将上游侧空燃比传感器10a的传感器单元的目标温度设定为第一目标温度ttu1，并将下游侧空燃比传感器10b的传感器单元的目标温度设定为第一目标温度ttd1。下游侧空燃比传感器10b的第一目标温度ttd1高于上游侧空燃比传感器10a的第一目标温度ttu1。其结果是，在时刻t0之后，上游侧空燃比传感器10a的传感器单元温度向第一目标温度ttu1上升，下游侧空燃比传感器10b的传感器单元温度向第一目标温度ttd1上升。

在时刻t1，上游侧空燃比传感器10a周围的上游侧排气管27a的温度达到第一排气管温度pt1。第一排气管温度pt1例如为水的露点(54℃)。在时刻t2，将上游侧空燃比传感器10a的传感器单元的目标温度从第一目标温度ttu1切换为第二目标温度ttu2。其结果是，在时刻t2之后，上游侧空燃比传感器10a的传感器单元温度向第二目标温度ttu2下降。

在时刻t2，下游侧空燃比传感器10b周围的下游侧排气管27b的温度达到第一排气管温度pt1。在时刻t2，将下游侧空燃比传感器10b的传感器单元的目标温度从第一目标温度ttd1切换为第二目标温度ttd2。下游侧空燃比传感器10b的第二目标温度ttd2高于上游侧空燃比传感器10a的第二目标温度ttu2。其结果是，在时刻t2之后，下游侧空燃比传感器10b的传感器单元温度向第二目标温度ttd2下降。

在时刻t3，上游侧空燃比传感器10a周围的上游侧排气管27a的温度达到第二排气管温度pt2。第二排气管温度pt2例如为水的沸点(100℃)。在时刻t3，将上游侧空燃比传感器10a的传感器单元的目标温度从第二目标温度ttu2切换为传感器单元的工作温度ot。其结果是，在时刻t3之后，上游侧空燃比传感器10a的传感器单元温度向工作温度ot下降。

在时刻t4，下游侧空燃比传感器10b周围的下游侧排气管27b的温度达到第二排气管温度pt2。在时刻t4，将下游侧空燃比传感器10b的传感器单元的目标温度从第二目标温度ttd2切换为传感器单元的工作温度ot。其结果是，在时刻t4之后，下游侧空燃比传感器10b的传感器单元温度向工作温度ot下降。

＜目标温度设定处理＞

在第五实施方式中，针对上游侧空燃比传感器10a以及下游侧空燃比传感器10b，分别执行图7所示的控制流程。此时，将下游侧空燃比传感器10b的第一目标温度以及第二目标温度设为高于上游侧空燃比传感器10a的第一目标温度以及第二目标温度。此外，在第五实施方式中，可以代替图7所示的控制流程而执行图8或图9所示的控制流程。在该情况下，也将下游侧空燃比传感器10b的第一目标温度以及第二目标温度设为高于上游侧空燃比传感器10a的第一目标温度以及第二目标温度。

＜第六实施方式＞

除了以下说明的事项以外，第六实施方式所涉及的排气传感器的控制装置的结构及控制基本上与第一实施方式所涉及的排气传感器的控制装置的结构及控制相同。因此，以下，以与第一实施方式不同的部分为中心对本发明的第六实施方式进行说明。

在第六实施方式中，排气传感器的控制装置具备对空燃比传感器10的排气流动方向上游侧的排气通路内的冷凝水的量进行推定的水量推定部。在内燃机1起动之后，加热器控制部基于由水量推定部推定出的冷凝水的量而将传感器单元51的目标温度设定为传感器单元51的工作温度以上的温度。具体而言，在冷凝水的推定量相对较多的情况下，与冷凝水的推定量相对较少的情况相比，加热器控制部将传感器单元51的目标温度设定得高。换言之，随着冷凝水的推定量的增多，加热器控制部将传感器单元51的目标温度设为阶段性地(阶梯式地)或者线性地升高。

如上所述，与传感器元件12碰撞的水滴的量越多，产生莱顿弗罗斯特现象的温度越高(参照图4)。另外，排气通路内的冷凝水的量越多，与传感器元件12碰撞的水滴的量越多。因此，通过基于冷凝水的推定量对传感器单元51的目标温度进行设定，能够更有效地抑制加热器的消耗电力的增加，并能够防止因被水润湿而导致排气传感器的元件破裂。

水量推定部例如通过专利文献3所记载那样的公知方法对空燃比传感器10的排气流动方向上游侧的排气通路内的冷凝水的量进行推定。以下，简单地对冷凝水的推定方法进行说明。

水量推定部基于通过燃烧室2中的混合气体的燃烧而在每单位时间内生成的水蒸气量、以及冷凝比例对冷凝水的增加量进行计算，并通过对冷凝水的增加量进行累计而推定排气通路内的冷凝水的量。冷凝比例是废气中的水蒸气在排气通路内冷凝的比例。

基于每单位时间的吸入空气量以及每单位时间的燃料喷射量对在每单位时间内生成的水蒸气量进行计算。基于废气温度(例如排气端口附近的废气温度)以及空燃比传感器10附近的排气管27的温度对冷凝比例进行计算。例如基于吸入空气量、内燃机转速等对废气温度进行计算。例如根据排气温度传感器105的输出对排气管27的温度进行计算。另外，如第一实施方式的说明所记载的那样，可以基于内燃机1起动之后的经过时间或者累计空气量对排气管27的温度进行计算。

＜目标温度设定处理＞

图12是表示本发明的第六实施方式中的目标温度设定处理的控制流程的流程图。在内燃机1起动之后，由ecu80以规定的时间间隔反复执行本控制流程。

首先，在步骤s401中，水量推定部对空燃比传感器10的排气流动方向上游侧的排气通路内的冷凝水的量进行推定。接下来，在步骤s402中，加热器控制部基于步骤s401中推定出的冷凝水的量对传感器单元51的目标温度进行推定。在步骤s402之后结束本控制流程。

以上虽然对本发明所涉及的优选的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于这些实施方式，能够在权利要求保护的范围内实施各种修改及变更。例如，由排气传感器的控制装置控制的排气传感器可以是对废气的空燃比稀或浓进行检测的氧传感器。另外，排气传感器可以是对废气中的氮氧化物(nox)的浓度进行检测的氮氧化物传感器(nox传感器)、对废气中的硫氧化物(sox)的浓度进行检测的硫氧化物传感器(sox传感器)等。

另外，除传感器单元之外，还可以在排气传感器的元件主体上设置其他电化学单元。其他电化学单元例如是将被测气体中的氧从被测气体室排出的泵单元、对被测气体中的特定成分的浓度进行检测的监测单元等。在该情况下，加热器控制部可以对泵单元或者监测单元的目标温度进行设定、且将加热器控制为使得泵单元或者监测单元的温度达到目标温度。泵单元或者监测单元的温度根据其阻抗而计算。