氣體傳感器的異常診斷系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】提供了氣體傳感器的異常診斷系統(tǒng),在檢測包含在內(nèi)燃機(jī)的排氣中的含氧氣體的極限電流型氣體傳感器中,檢測水(H2O)的分解電流值,并基于其與對應(yīng)于包含在排氣中的水的濃度的水的參考分解電流值的偏差來診斷極限電流型氣體傳感器的輸出特性的異常的存在。從而,不僅氧氣傳感器(空燃比傳感器),而且NOx傳感器和SOx傳感器不僅能夠精確并且容易地診斷輸出特性的明顯異常,而且能夠精確并且容易地診斷輸出特性的微小異常。此外,水的參考分解電流值可以基于由單獨(dú)的濕度傳感器檢測的水的濃度或者由極限電流型氣體傳感器檢測的氧氣的分解電流值來獲取。在后者的情形下,可以基于在燃料切斷期間檢測到的氧氣的分解電流值來校正水的參考分解電流值。
【專利說明】
氣體傳感器的異常診斷系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種異常診斷系統(tǒng),其診斷用于檢測內(nèi)燃機(jī)的排氣(測試氣體)中含氧氣體的濃度的氣體傳感器的輸出特性中異常的存在。
【背景技術(shù)】
[0002]通常,為了控制內(nèi)燃機(jī),已經(jīng)廣泛使用空燃比傳感器(A/F傳感器),其基于包含在排氣中的氧氣(O2)的濃度來獲取燃燒室中燃料空氣混合物的空燃比(A/F)。作為這種空燃比傳感器的一種類型,能夠提到的是極限電流型氣體傳感器。
[0003]用作空燃比傳感器的極限電流型氣體傳感器包括栗送電池,其是電化學(xué)電池,包含具有氧離子傳導(dǎo)性的固體電解質(zhì)物和粘附至固體電解質(zhì)物的表面的一對多孔電極。一對電極中的一個電極暴露于內(nèi)燃機(jī)的排氣,排氣作為引導(dǎo)通過擴(kuò)散抵抗部的測試氣體,而另一電極暴露于大氣。此外,當(dāng)檢測空燃比時(shí),上述固體電解質(zhì)物的溫度升高至預(yù)定溫度或者更高溫度,該預(yù)定溫度是這樣的溫度,在該溫度,固體電解質(zhì)物表現(xiàn)出氧離子傳導(dǎo)性(下文中,可以稱為“激活溫度”)。
[0004]在上述狀態(tài)下,當(dāng)使作為氧氣的分解開始的電壓(分解開始電壓)或者更高電壓的電壓施加在作為陰極的上述一個電極和作為陽極的上述另一電極之間時(shí),包含在測試氣體中的氧氣在陰極處被還原地分解成氧離子(O2—)。該氧離子通過上述固體電解質(zhì)物被傳導(dǎo)至陽極以變成氧氣,并且被排放至大氣中。通過由固體電解質(zhì)物從陰極側(cè)至陽極側(cè)傳導(dǎo)氧離子的這種氧迀移被稱為“氧栗行為(oxygen pumping act1n)”。
[0005]通過傳導(dǎo)關(guān)聯(lián)于上述氧栗行為的氧離子,電流流動在上述一對電極之間。如此流動在一對電極之間的電流稱為“電極電流”。隨著施加在一對電極之間的電壓(下文中,可以簡稱為“施加電壓”)升高,該電極電流具有變大的趨勢。但是,因?yàn)榈竭_(dá)上述一個電極(陰極)的測試氣體的流速被擴(kuò)散抵抗部限制,所以關(guān)聯(lián)于氧栗行為的氧氣的消耗速度將很快超過氧氣至陰極的供給率。即,在陰極中氧氣的還原分解將處于擴(kuò)散限制狀態(tài)。
[0006]在上述擴(kuò)散限制狀態(tài)下,即使施加電壓升高,電極電流也不增加,而是變得近似恒定。這種性質(zhì)稱為“極限電流性質(zhì)”,表現(xiàn)出(觀察到)極限電流性質(zhì)的施加電壓的范圍稱為“極限電流區(qū)域”。此外,極限電流區(qū)域中的電極電流稱為“極限電流”,且極限電流的程度(極限電流值)對應(yīng)于至陰極的氧氣供給率。因?yàn)樯鲜龅竭_(dá)陰極的測試氣體的流速通過擴(kuò)散抵抗部維持恒定,所以氧氣至陰極的供給率對應(yīng)于包含在測試氣體中的氧氣的濃度。
[0007]因此,當(dāng)在用作空燃比傳感器的極限電流型氣體傳感器中施加電壓被設(shè)定為“極限電流區(qū)域內(nèi)的預(yù)定電壓”時(shí),電極電流(極限電流)對應(yīng)于包含在測試氣體中的氧氣的濃度。因而,使用氧氣的極限電流性質(zhì),空燃比傳感器能夠檢測包含在作為測試氣體的排氣中的氧氣的濃度,且能夠基于其獲取燃燒室中燃料空氣混合物的空燃比。
[0008]順便提及,在如上所述的極限電流型傳感器中,例如,擴(kuò)散抵抗部的破裂以及堵塞、多孔電極的堵塞以及固體電解質(zhì)的傳導(dǎo)性的改變等會引起輸出特性的異常(例如,檢測值的擴(kuò)大以及檢測值的縮小,等等)。當(dāng)輸出特性的異常出現(xiàn)在極限電流型傳感器中時(shí),變得不能夠精確地檢測包含在排氣中的氧氣的濃度,以及變得不能夠作為空燃比傳感器來精確地獲取空燃比。
[0009]然后,在使用極限電流型氣體傳感器的空燃比傳感器中,例如,通常已經(jīng)公知一種診斷方法,在該方法中當(dāng)從傳感器獲得偏離于與內(nèi)燃機(jī)中的空燃比控制的范圍對應(yīng)的來自傳感器的輸出的正常范圍的輸出時(shí),空燃比傳感器的輸出特性被判定為異常。
[0010]但是,來自空燃比傳感器的輸出可能鉗制在上述正常范圍內(nèi)。在這種情況下,因?yàn)閬碜詡鞲衅鞯妮敵霭谏鲜稣7秶校?,即使傳感器的輸出特性已?jīng)落入異常狀態(tài),也存在傳感器被錯誤地判定為正常的問題。于是,在本領(lǐng)域中,在診斷方法中當(dāng)執(zhí)行切斷對內(nèi)燃機(jī)的燃料供給的被稱為“燃料切斷(FC)”的期間來自傳感器的輸出保持在上述正常范圍內(nèi)達(dá)預(yù)定時(shí)間段或者更久時(shí)判定空燃比傳感器的輸出特性異常(例如,參見專利文獻(xiàn)I (專利文獻(xiàn)I))。此外,下文中該診斷方法可以稱為“FC診斷”。
[0011][引用列表]
[0012][專利文獻(xiàn)]
[0013][專利文獻(xiàn)I]日本專利申請?zhí)亻_第2001-329904號
【發(fā)明內(nèi)容】
[0014]順便提及,對根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的極限電流型傳感器的輸出特性的異常診斷是基于以較大量存在于排氣中的氧氣的分解電流的幅值來執(zhí)行的。因此,能夠精確且容易地檢測出由于例如擴(kuò)散抵抗部破裂以及堵塞等引起的輸出特性的大的改變,但是不能夠精確且容易地檢測出由于例如多孔電極的堵塞、固體電解質(zhì)的傳導(dǎo)性的改變等引起的輸出特性的微小的改變。
[0015]也即,在診斷方法中,當(dāng)從傳感器獲得偏離于與內(nèi)燃機(jī)中空燃比控制的范圍對應(yīng)的來自傳感器的輸出的正常范圍的輸出時(shí),空燃比傳感器的輸出特性被判定為異常,即使在上述鉗制現(xiàn)象不發(fā)生時(shí),也難以檢測傳感器的輸出特性的微小的改變。此外,同樣在診斷方法中,當(dāng)在實(shí)施燃料切斷(FC)期間來自傳感器的輸出保持在上述正常范圍內(nèi)達(dá)預(yù)定時(shí)間段或更久時(shí),空燃比傳感器的輸出特性異常,難以檢測傳感器的輸出特性的微小的改變。
[0016]另一方面,上述極限電流性質(zhì)不是僅限于氧氣。具體地,在其分子中包含氧原子的氣體之中(下文中,可以稱為“含氧氣體”),一些氣體能夠在陰極被還原分解并且通過適當(dāng)?shù)剡x擇施加電壓以及陰極的構(gòu)造而表現(xiàn)出極限電流性質(zhì)。作為這種含氧氣體的例子,例如能夠提到氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)、水(H2O)、二氧化碳(C02)等。
[0017]在上述含氧氣體之中,當(dāng)?shù)趸?NOx)和硫氧化物(SOx)包含在來自內(nèi)燃機(jī)的排氣中時(shí),可能導(dǎo)致問題,諸如,例如環(huán)境污染、內(nèi)燃機(jī)的組成構(gòu)件的劣化和/或故障、對排氣凈化催化劑的毒害以及排氣中的白煙。然后,在本領(lǐng)域中,例如,為了改變內(nèi)燃機(jī)的控制,發(fā)布關(guān)于內(nèi)燃機(jī)故障的警告,或者為了用于對排氣凈化催化劑的自我診斷(OBD)的改進(jìn),已經(jīng)做出了利用上述氧栗行為通過極限電流型氣體傳感器來獲取包含在內(nèi)燃機(jī)的排氣中的硫氧化物和/或氮氧化物的濃度的嘗試。
[0018]順便提及,因?yàn)橄啾扔谕ㄟ^空燃比傳感器檢測的氧氣(O2)的濃度,包含在排氣中的氮氧化物(NOx)和硫氧化物(SOx)的濃度明顯較小,所以對于檢測氮氧化物和硫氧化物要求高分辨率(靈敏度)。因?yàn)楫?dāng)如上所述輸出特性的異常出現(xiàn)時(shí),氮氧化物和硫氧化物的檢測準(zhǔn)確度將急劇下降,因此需要更嚴(yán)格地檢測輸出特性的異常的存在。
[0019]但是,在排氣中僅存在少量(ppm水平)的氮氧化物和硫氧化物,極限電流型傳感器中氮氧化物和硫氧化物的分解電流的輸出特性的變化微小,并且因此難以基于以大量水平)存在于排氣中的氧氣的分解電流來檢測輸出特性的這種微小變化。也即,難以通過基于如上所述的氧氣分解電流的診斷方法來精確地診斷NOx傳感器和SOx傳感器的輸出特性的異常的存在,NOx傳感器和SOx傳感器檢測僅以少量(ppm水平)存在于排氣中的氮氧化物和硫氧化物的濃度。
[0020]此外,因?yàn)樯鲜鯢C診斷本質(zhì)上要求實(shí)施燃料切斷(FC),所以存在以下問題,例如:
[0021](a)異常診斷的實(shí)施頻率較低(受限于FC的實(shí)施)。
[0022](b)因?yàn)榘谂艢庵械难鯕獾臐舛仍贔C的實(shí)施期間高,為了表現(xiàn)出氧氣的極限電流性質(zhì),需要將傳感器的溫度提高至高于傳感器在正常時(shí)間(例如,當(dāng)空燃比在燃料供給至內(nèi)燃機(jī)并且空燃比維持接近化學(xué)計(jì)量比(理論空燃比)的情形下被檢測時(shí)的時(shí)間)的溫度(例如,600°C)的溫度(例如,750°C)。從能量節(jié)約的觀點(diǎn)來看,不期望如此提高用于異常診斷的傳感器的溫度。
[0023](c)以如上所述較高傳感器溫度流動的高濃度氧氣的極限電流大于在正常時(shí)間(參考上述)的氧氣的極限電流。因此,需要設(shè)計(jì)執(zhí)行FC診斷的傳感器的載流構(gòu)件(例如,檢測器電路等),從而比不執(zhí)行FC診斷的傳感器的載流構(gòu)件承載更大的電流。結(jié)果,需要將執(zhí)行FC診斷的傳感器的額定電流設(shè)定成大于不執(zhí)行FC診斷的傳感器的額定電流。例如,從節(jié)約制造成本的觀點(diǎn)來看,不期望提高用于異常診斷的傳感器的額定電流。
[0024]如上所述,在本領(lǐng)域中,不僅對于空燃比傳感器,而且對于NOx傳感器和SOx傳感器,需要有一種技術(shù),該技術(shù)不僅能夠精確且容易地診斷輸出特性的明顯異常,而且能夠精確且容易地診斷微小異常。
[0025]為了解決上述問題已經(jīng)構(gòu)思了本發(fā)明。即,本發(fā)明的一個目的是提供一種技術(shù),不僅對于空燃比傳感器,而且對于NOx傳感器和SOx傳感器,該技術(shù)不僅能夠精確并且容易地診斷輸出特性的明顯異常,而且能夠精確并且容易地診斷微小異常。
[0026]然后,作為全心全意調(diào)查的結(jié)果,本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn),水(H2O)的分解在施加電壓高于用于氧氣的施加電壓下開始,水的分解電流與空燃比傳感器的輸出特性具有良好的相關(guān)性。圖1是用于示出當(dāng)供給至內(nèi)燃機(jī)的燃料空氣混合物的空燃比維持在化學(xué)計(jì)量比時(shí),分別通過具有正常輸出特性的空燃比傳感器以及具有異常輸出特性的空燃比傳感器檢測的施加電壓和電極電流之間的關(guān)系的曲線圖。
[0027]在圖1中,實(shí)線示出了具有正常輸出特性的空燃比傳感器的電極電流,短劃線示出了具有伴隨有檢測值的擴(kuò)大的異常輸出特性的空燃比傳感器的電極電流,而點(diǎn)線示出了具有伴隨有檢測值的縮小的異常輸出特性的空燃比傳感器的電極電流。上述“檢測值的擴(kuò)大”指的是由于輸出特性的異常,從空燃比傳感器輸出的電極電流的檢測值變得大于其真實(shí)值的現(xiàn)象,而上述“檢測值的縮小”指的是由于輸出特性的異常從空燃比傳感器輸出的電極電流的檢測值變得小于其真實(shí)值的現(xiàn)象。
[0028]正如從圖1中顯而易見的,在陰極發(fā)生水的還原分解的施加電壓(大約0.6V或更大)下,對應(yīng)于空燃比傳感器的輸出特性,當(dāng)相比于正常時(shí)間(實(shí)線)的電極電流的檢測值時(shí)電極電流的檢測值也擴(kuò)大(短劃線)或者縮小(點(diǎn)線)。即,在空燃比傳感器中水的分解電流的幅值與空燃比傳感器的輸出特性具有良好的相關(guān)性。此外,當(dāng)空燃比維持在化學(xué)計(jì)量比時(shí),包含在排氣中的氧氣的濃度達(dá)到大約為0(零)。因此,在圖1的曲線圖中,在陰極處水的還原分解不發(fā)生的施加電壓(小于大約0.6V)下電極電流大約為0(零)。
[0029]此外,本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn),類似于上文所述,不僅在空燃比傳感器中,而且在NOx傳感器和SOx傳感器中,水的分解電流的幅值與空燃比傳感器的輸出特性具有良好的相關(guān)性。此外,本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn),根據(jù)水的分解電流,不僅能夠精確地檢測出例如由于擴(kuò)散抵抗部破裂以及堵塞等引起的輸出特性的大的改變,而且能夠精確地檢測出例如由于多孔電極堵塞以及固體電解質(zhì)的傳導(dǎo)性改變等引起的輸出特性的微小改變。
[0030]也即,本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn),基于水的分解電流,不僅對于空燃比傳感器,而且對于NOx傳感器和SOx傳感器,不僅能夠精確且容易地診斷輸出特性的明顯異常,而且能夠精確且容易地診斷其微小異常。
[0031]更具體來說,在檢測包含在內(nèi)燃機(jī)的排氣中的含氧氣體的極限電流型氣體傳感器中,檢測水(H2O)的分解電流,水的分解在高于用于氧氣(O2)的分解的施加電壓的施加電壓下開始。而且,基于對應(yīng)于包含在排氣中的水的濃度的水的檢測分解電流與水的參考分解電流的偏差,診斷極限電流型氣體傳感器的輸出特性的異常的存在。從而,不僅對于空燃比傳感器,而且對于NOx傳感器和SOx傳感器,不僅能夠精確且容易地診斷輸出特性的明顯異常,而且能夠精確且容易地診斷其微小異常。
[0032]以下將說明根據(jù)本發(fā)明的氣體傳感器的異常診斷系統(tǒng)(下文中,可以稱為“本發(fā)明的系統(tǒng)”)。應(yīng)用本發(fā)明的系統(tǒng)的氣體傳感器具有與常見極限電流型氣體傳感器相同的構(gòu)造。具體地,應(yīng)用本發(fā)明的系統(tǒng)的氣體傳感器包括元件部、加熱器、電壓控制部、溫度調(diào)節(jié)部以及測量控制部。
[0033]元件部包括:第一電化學(xué)電池,其包括具有氧離子傳導(dǎo)性的固體電解質(zhì)物以及第一電極和第二電極,第一電極和第二電極分別形成在固體電解質(zhì)物的表面上;致密物;以及擴(kuò)散抵抗部。此外,元件部構(gòu)造為,使得作為測試氣體的內(nèi)燃機(jī)的排氣通過所述擴(kuò)散抵抗部被引入由所述固體電解質(zhì)物和所述致密物以及所述擴(kuò)散抵抗部限定的內(nèi)部空間。此外,元件部構(gòu)造為,使得所述第一電極暴露于所述內(nèi)部空間,而所述第二電極暴露于第一另一空間,所述第一另一空間是不同于所述內(nèi)部空間的空間。
[0034]當(dāng)通電時(shí)加熱器產(chǎn)生熱以加熱所述元件部。
[0035]電壓控制部改變第一施加電壓,該第一施加電壓是施加在所述第一電極和所述第二電極之間的電壓。
[0036]溫度調(diào)節(jié)部通過控制對所述加熱器的通電量來改變所述元件部的溫度。
[0037]測量控制部使用所述電壓控制部控制所述第一施加電壓,使用所述溫度調(diào)節(jié)部控制所述元件部的溫度,并且獲取第一電極電流值,第一電極電流值是在所述第一電極和所述第二電極之間流動的電流的值。
[0038]所述第一電極構(gòu)造為能夠在第一狀態(tài)下分解包含在所述測試氣體中的水(H2O),并且能夠在第二狀態(tài)下分解測試成分,測試成分是在其分子結(jié)構(gòu)中包含氧原子的并且包含在測試氣體中的成分。正如稍后將詳細(xì)提到的,這種第一電極能夠根據(jù)待分解的成分而制造,例如,通過適當(dāng)選擇電極的材料和結(jié)構(gòu)等。具體地,測試成分指的是氧氣(02)、氮氧化物(NOx)和硫氧化物(SOx)中的至少一種。
[0039]第一狀態(tài)為其中所述元件部的溫度是第一預(yù)定溫度并且第一施加電壓是落入預(yù)定第一電壓區(qū)域內(nèi)的第一預(yù)定電壓的狀態(tài),第一預(yù)定溫度是不低于激活溫度的溫度,激活溫度是所述固體電解質(zhì)物表現(xiàn)出氧離子傳導(dǎo)性的溫度。即,第一電壓區(qū)域是不低于水的分解開始的電壓(分解開始電壓)的電壓范圍。正如稍后將詳細(xì)提到的,在元件部的溫度是第一預(yù)定溫度的狀態(tài)下,第一預(yù)定電壓的具體值能夠適當(dāng)限定為包含在測試氣體中的水在第一電極處分解的電壓,并且能夠通過測量控制部來檢測由于水的分解而在第一電極和第二電極之間流動的電流。
[0040]第二狀態(tài)是所述元件部的溫度是所述第一預(yù)定溫度并且所述第一施加電壓是落入預(yù)定第二電壓區(qū)域內(nèi)的第二預(yù)定電壓的狀態(tài)。即,第二電壓區(qū)域是不低于測試成分的分解開始的電壓(分解開始電壓)的電壓范圍。正如稍后將詳細(xì)提到的,在元件部的溫度是第一預(yù)定溫度的狀態(tài)下,第二預(yù)定電壓的具體值能夠取決于測試成分的種類而適當(dāng)限定為包含在測試氣體中的測試成分在第一電極處分解的電壓,并且能夠通過測量控制部來檢測由于測試成分的分解而在第一電極和第二電極之間流動的電流。
[0041]此外,所述測量控制部構(gòu)造為獲取在所述第二狀態(tài)下獲取的所述第一電極電流值作為測試成分濃度相關(guān)值,測試成分濃度相關(guān)值是與包含在所述測試氣體中的所述測試成分的濃度關(guān)聯(lián)的值。基于這樣獲取的測試成分濃度相關(guān)值,能夠獲取作為在其分子結(jié)構(gòu)中包含氧原子的含氧氣體(尤其是,氧氣(O2)、氮氧化物(NOx)和硫氧化物(SOx)中的至少一種)的測試成分的濃度。本發(fā)明的系統(tǒng)是用于氣體傳感器的異常診斷系統(tǒng),其診斷這種氣體傳感器的輸出特性是否異常。
[0042]此外,在第二狀態(tài)下檢測的第一電極電流包括由測試成分的分解引起的電極電流。但是,該第一電極電流還可以包括由不同于其在測試氣體中濃度將被檢測的測試成分的含氧氣體的分解引起的電極電流。在該情況下,為了基于測試成分濃度相關(guān)值獲取在測試氣體中測試成分的濃度,例如,需要一些處理,諸如消除由不同于測試成分的含氧氣體等的分解引起的電極電流的影響。
[0043]在本發(fā)明的系統(tǒng)中,所述測量控制部預(yù)先存儲了第一對應(yīng)關(guān)系,第一對應(yīng)關(guān)系是濕度相關(guān)值與參考水分解電流值的對應(yīng)關(guān)系。濕度相關(guān)值是對應(yīng)于包含在測試氣體中的水的濃度的值。具體地,濕度相關(guān)值是包含在測試氣體中的水的濃度,或者對應(yīng)水的濃度而改變的諸如物理-性質(zhì)值或者狀態(tài)量的值。作為這種值的一個例子,例如,能夠提到的是,由布置在內(nèi)燃機(jī)的排氣路徑中的濕度傳感器檢測的包含在測試氣體中的水的濃度??商鎿Q地,作為這種值的另一例子,例如,能夠提到的是,當(dāng)燃料供給至內(nèi)燃機(jī)并且能夠使氧氣分解的電壓施加在電極之間時(shí),由于包含在測試氣體中的氧氣的分解而流動在電化學(xué)電池的電極之間的電流的值。該電流的值對應(yīng)于供給至內(nèi)燃機(jī)的燃料空氣混合物的空燃比而改變。空燃比影響包含在測試氣體中的水的濃度。因此,該電流的值能夠用作濕度相關(guān)值。
[0044]參考水分解電流值是當(dāng)處于正常狀態(tài)下的所述氣體傳感器的所述第一電化學(xué)電池處于所述第一狀態(tài)時(shí),由于包含在所述氣體中的水的分解而在所述第一電極和所述第二電極之間流動的電流的值。因此,第一對應(yīng)關(guān)系能夠通過例如測量在處于正常狀態(tài)下的氣體傳感器的第一電化學(xué)電池中由于在各種濕度相關(guān)值處包含在測試氣體中的水的分解而在第一電極和第二電極之間流動的電流的值而獲取。
[0045]此外,例如,獲取的第一對應(yīng)關(guān)系能夠存儲為數(shù)據(jù)表(例如,數(shù)據(jù)設(shè)定表等),其示出了在ECU(電子控制單元)包括的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備(例如,ROM等)中的對應(yīng)關(guān)系,并且對應(yīng)關(guān)系能夠在氣體傳感器的輸出特性的異常診斷中由CPU(中央處理單元)參考。
[0046]也即,基于上述第一對應(yīng)關(guān)系,測量控制部能夠根據(jù)在特定時(shí)間點(diǎn)獲取的濕度相關(guān)值來規(guī)定將由于當(dāng)氣體傳感器正常并且第一電化學(xué)電池處于第一狀態(tài)下時(shí)包含在測試氣體中的水的分解而在第一電極和第二電極之間流動的電流的值。因此,當(dāng)這樣規(guī)定的電流的值和由于在第一狀態(tài)下包含在測試氣體中的水的分解而導(dǎo)致實(shí)際流動在第一電極和第二電極之間的電流的值之間的偏差大時(shí),能夠判定氣體傳感器的輸出特性異常。
[0047]然后,所述測量控制部構(gòu)造為當(dāng)燃料供給至所述內(nèi)燃機(jī)時(shí)執(zhí)行以下處理:
[0048](I)獲取當(dāng)前的所述濕度相關(guān)值,
[0049](2)基于所述第一對應(yīng)關(guān)系,規(guī)定對應(yīng)于所獲取的所述濕度相關(guān)值的參考水分解電流值,以及
[0050](3)基于在所述第一狀態(tài)下獲取的所述第一電極電流值,獲取水分解電流值,該水分解電流值是由于包含在測試氣體中的水的分解而在所述第一電極和所述第二電極之間流動的電流的值。
[0051]而且,所述測量控制部構(gòu)造為當(dāng)濕度檢測偏差大于預(yù)定第一上限或者當(dāng)所述濕度檢測偏差小于預(yù)定第一下限時(shí)判定所述氣體傳感器異常,濕度檢測偏差是通過所述水分解電流值減去規(guī)定的所述參考水分解電流值所獲得的值與規(guī)定的所述參考水分解電流值之比。此外,例如,能夠根據(jù)應(yīng)用本發(fā)明的系統(tǒng)的氣體傳感器的使用所容許的測試成分的濃度的檢測誤差的幅值來適當(dāng)限定上述第一上限和第一下限的具體值。
[0052]根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng),在檢測包含在內(nèi)燃機(jī)的排氣中的含氧氣體的極限電流型氣體傳感器中,檢測水(H2O)的分解電流,水的分解在高于用于氧氣(O2)的施加電壓的施加電壓下開始。而且,基于如上所述檢測的水的分解電流與對應(yīng)于包含在排氣中的水的濃度的水的參考分解電流的偏差,診斷極限電流型氣體傳感器的輸出特性的異常的存在。從而,不僅在檢測以大量水平)存在于排氣中的氧氣的分解電流的空燃比傳感器中,而且在檢測僅以小量(ppm水平)存在于排氣中的氮氧化物和硫氧化物的NOx傳感器和SOx傳感器中,不僅能夠精確地診斷輸出特性的明顯異常,而且能夠精確地診斷其微小異常。
[0053]此外,當(dāng)燃料供給至內(nèi)燃機(jī)時(shí),執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的氣體傳感器的輸出特性的異常診斷。因此,如上述(a)至(C)所示實(shí)施燃料切斷(FC)所引起的問題不伴隨根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的氣體傳感器的輸出特性的異常診斷。即,根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng),在內(nèi)燃機(jī)通常的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)(即,不在實(shí)施FC期間的狀態(tài))下能夠執(zhí)行氣體傳感器的輸出特性的異常診斷,而不提升用于異常診斷的傳感器的溫度或者提升用于異常診斷的傳感器的額定電流。尤其,當(dāng)供給至內(nèi)燃機(jī)的燃料空氣混合物的空燃比維持在化學(xué)計(jì)量比時(shí),因?yàn)檎缟鲜鰠⒖紙D1提到的包含在排氣中的氧氣的濃度變成大約為0(零),所以能夠易于檢測水的分解電流。
[0054]根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng),不僅在空燃比傳感器中,而且在NOx傳感器和SOx傳感器中,不僅能夠精確且容易地診斷輸出特性的明顯異常,而且能夠精確且容易地診斷其微小異常。
[0055]順便提及,本發(fā)明的系統(tǒng)能夠應(yīng)用于極限電流型氣體傳感器。作為極限電流型傳感器的例子,例如,能夠提到空燃比傳感器(O2傳感器)、Ν0χ傳感器和SOx傳感器。即,本發(fā)明的系統(tǒng)能夠應(yīng)用于空燃比傳感器(O2傳感器)。
[0056]當(dāng)本發(fā)明的系統(tǒng)應(yīng)用于空燃比傳感器時(shí),所述第一電極構(gòu)造為能夠在所述第一施加電壓處于低于所述第一電壓區(qū)域的所述第二電壓區(qū)域的所述第二狀態(tài)下分解作為包含在所述測試氣體中的所述測試成分的氧氣。此外,所述測量控制部構(gòu)造為基于在第二狀態(tài)下獲取的所述測試成分濃度相關(guān)值來獲取第一氧氣分解電流值,第一氧氣分解電流值是由于包含在所述測試氣體中的氧氣的分解而在所述第一電極和所述第二電極之間流動的電流的值,在第二狀態(tài)下,所述第一施加電壓處于低于所述第一電壓區(qū)域的所述第二電壓區(qū)域。
[0057]換句話說,在該情況下,應(yīng)用本發(fā)明的系統(tǒng)的氣體傳感器將是O2傳感器或者空燃比傳感器,其基于在第二狀態(tài)下檢測的第一電極電流來檢測包含在排氣中的氧氣的濃度和/或供給至內(nèi)燃機(jī)的燃料空氣混合物的空燃比。因此,選擇第一電極的材料和結(jié)構(gòu),使得能夠在第二狀態(tài)下分解包含在測試氣體中的氧氣。此外,在元件部的溫度是第一預(yù)定溫度的狀態(tài)下,第二預(yù)定電壓被設(shè)定為這樣的電壓:在該電壓處上述第一電極能夠還原地分解包含在測試氣體中的氧氣。
[0058]而且,當(dāng)本發(fā)明的系統(tǒng)應(yīng)用于上述空燃比傳感器(O2傳感器)時(shí),測量控制部獲取當(dāng)前的濕度相關(guān)值,并且根據(jù)上述步驟(I)至(3),基于第一對應(yīng)關(guān)系來規(guī)定對應(yīng)于獲取的濕度相關(guān)值的參考水分解電流值。另一方面,測量控制部基于在第一狀態(tài)下檢測的第一電極電流值來獲取水分解電流值,水分解電流值是由于包含在測試氣體中的水的分解而在第一電極和第二電極之間流動的電流的值。而且,測量控制部基于濕度檢測偏差來判定氣體傳感器的輸出特性是否異常,濕度檢測偏差是通過從獲取的水分解電流值減去規(guī)定的參考水分解電流值所獲得的值與上述規(guī)定的參考水分解電流值之比。
[0059]順便提及,如上所述,當(dāng)燃料供給至內(nèi)燃機(jī)時(shí),例如,通過布置在內(nèi)燃機(jī)的排氣路徑中的濕度傳感器檢測的包含在測試氣體中的水的濃度能夠用作濕度相關(guān)值。
[0060]因此,當(dāng)本發(fā)明的系統(tǒng)應(yīng)用于上述空燃比傳感器(O2傳感器)時(shí),所述測量控制部可以進(jìn)一步包括檢測包含在所述測試氣體中的水的濃度的濕度傳感器。此外,所述測量控制部可以構(gòu)造為獲取所述檢測的水的濃度作為所述濕度相關(guān)值。在該情況下,所述測量控制部可以預(yù)先存儲了所述第一對應(yīng)關(guān)系,在所述第一對應(yīng)關(guān)系中由所述濕度傳感器檢測的水的濃度被用作所述濕度相關(guān)值。根據(jù)此,測量控制部能夠基于第一對應(yīng)關(guān)系根據(jù)檢測的水的濃度來規(guī)定參考水分解電流值。
[0061]順便提及,如上所述,當(dāng)燃料供給至內(nèi)燃機(jī)并且能夠使氧氣分解的電壓施加在電化學(xué)電池的電極之間時(shí),由于包含在測試氣體中的氧氣的分解,在這些電極之間流動的電流的值能夠用作上述濕度相關(guān)值。
[0062]因此,當(dāng)本發(fā)明的系統(tǒng)應(yīng)用于上述空燃比傳感器(O2傳感器)時(shí),所述測量控制部可以構(gòu)造為獲取所述獲取的第一氧分解電流值作為所述濕度相關(guān)值。在該情況下,所述測量控制部可以預(yù)先存儲了所述第一對應(yīng)關(guān)系,在所述第一對應(yīng)關(guān)系中,當(dāng)正常狀態(tài)下的所述氣體傳感器的所述第一電化學(xué)電池處于所述第二狀態(tài)時(shí)所獲取的所述第一氧分解電流值被用作濕度相關(guān)值?;谠摰谝粚?yīng)關(guān)系,測量控制部能夠根據(jù)獲取的第一氧分解電流值來規(guī)定參考水分解電流值。
[0063]但是,當(dāng)氣體傳感器的輸出特性已經(jīng)處于異常狀態(tài)時(shí),獲取的第一氧分解電流值可能不精確,因此規(guī)定的參考水分解電流值可能不精確。根據(jù)基于這種不精確參考水分解電流值的異常判定,難以執(zhí)行氣體傳感器的輸出特性的精確異常診斷。
[0064]然后,當(dāng)根據(jù)上述第一氧分解電流值規(guī)定參考水分解電流值時(shí),期望的是使用某種指標(biāo)診斷出氣體傳感器的輸出特性是否處于異常狀態(tài),并且期望的是當(dāng)判定氣體傳感器的輸出特性處于異常狀態(tài)時(shí),根據(jù)氣體傳感器的輸出特性從處于正常狀態(tài)的氣體傳感器的輸出特性的改變,校正上述的規(guī)定的參考水分解電流值。
[0065]作為上述“指標(biāo)”,例如,能夠使用當(dāng)燃料不供給至內(nèi)燃機(jī)時(shí)由于包含在測試氣體中的氧氣的分解而在第一電極和第二電極之間的流動的電流的值。換句話說,使用與上述FC診斷相同的技術(shù),能夠檢測氣體傳感器的輸出特性從處于正常狀態(tài)的氣體傳感器的輸出特性的改變,并且能夠根據(jù)該改變來校正參考水分解電流值。
[0066]在上述情況下,所述測量控制部需要預(yù)先存儲第一參考大氣分解電流值,第一參考大氣分解電流值是當(dāng)燃料不供給至所述內(nèi)燃機(jī)以及正常狀態(tài)下的所述氣體傳感器的所述第一電化學(xué)電池處于所述第二狀態(tài)時(shí)由于包含在測試氣體中的氧氣的分解而在第一電極和第二電極之間流動的電流的值。
[0067]例如,在處于正常狀態(tài)的氣體傳感器的第一電化學(xué)電池中,第一參考大氣分解電流值能夠通過測量當(dāng)燃料不供給至內(nèi)燃機(jī)時(shí)由于包含在測試氣體中的氧氣的分解而在第一電極和第二電極之間的流動的電流的值而獲取。此外,獲取的第一參考大氣分解電流值能夠存儲在ECU包括的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備(例如,ROM等)中,并且例如,在氣體傳感器的輸出特性的異常診斷中對應(yīng)關(guān)系能夠被CHJ參考。
[0068]此外,所述測量控制部構(gòu)造為基于當(dāng)燃料不供給至內(nèi)燃機(jī)時(shí)在所述第二狀態(tài)下獲取的所述第一電極電流值來獲取第一大氣分解電流值,第一大氣分解電流值是由于包含在所述測試氣體中的氧氣的分解而在所述第一電極和所述第二電極之間流動的電流的值。當(dāng)氣體傳感器處于正常狀態(tài)時(shí),這樣獲取的第一大氣分解電流值和預(yù)先存儲的第一參考大氣分解電流值必定相同。另一方面,當(dāng)氣體傳感器的輸出特性處于異常狀態(tài)時(shí),根據(jù)氣體傳感器的輸出特性從處于正常狀態(tài)的氣體傳感器的輸出特性的改變,第一大氣分解電流值偏離于第一參考大氣分解電流值。
[0069]然后,所述測量控制部構(gòu)造為基于獲取的所述第一大氣分解電流值與所述第一參考大氣分解電流值之比來校正規(guī)定的所述參考水分解電流值。從而,即使當(dāng)基于從上述第一氧分解電流值獲取的第一對應(yīng)關(guān)系來規(guī)定參考水分解電流值時(shí)氣體傳感器的輸出特性已經(jīng)處于異常狀態(tài),也能夠基于單獨(dú)獲取的第一大氣分解電流值來校正參考水分解電流值。結(jié)果,即使氣體傳感器的輸出特性已經(jīng)處于異常狀態(tài),也能夠精確地執(zhí)行氣體傳感器的輸出特性的異常診斷。
[0070]但是,為了獲取上述第一大氣分解電流值,實(shí)質(zhì)上要求實(shí)施類似于根據(jù)上述常規(guī)技術(shù)的異常診斷的燃料切斷(FC)。因此,在該情況下,不能夠消除諸上述(a)至(C)的問題。但是,同樣在該情況下,基于水的分解電流診斷氣體傳感器的輸出特性的異常的存在,水的分解在高于用于氧氣的施加電壓的施加電壓下開始。因此,同樣在該情況下,能夠精確地診斷氣體傳感器的輸出特性的異常。
[0071]順便提及,在上述情況下,測量控制部能夠基于第一大氣分解電流值與通過與上述FC診斷相同的技術(shù)獲取的第一參考大氣分解電流值之比來校正規(guī)定的參考水分解電流值。但是,當(dāng)氣體傳感器的輸出特性從正常狀態(tài)下的氣體傳感器的輸出特性的改變過度時(shí),并且第一大氣分解電流值已經(jīng)明顯地偏離于第一參考大氣分解電流值時(shí),清楚的是,氣體傳感器的輸出特性異常,而無需基于第一大氣分解電流值來校正上述的參考水分解電流值,以更嚴(yán)格地檢測氣體傳感器的輸出特性的異常的存在。
[0072]然后,所述測量控制部可以構(gòu)造為當(dāng)?shù)谝淮髿鈾z測偏差大于預(yù)定第二上限或者當(dāng)?shù)谝淮髿鈾z測偏差小于預(yù)定第二下限時(shí)判定所述氣體傳感器異常,第一大氣檢測偏差是通過從獲取的所述第一大氣分解電流值減去所述第一參考大氣分解電流值所獲得的值與所述第一參考大氣分解電流之比。此外,例如,能夠根據(jù)應(yīng)用本發(fā)明的系統(tǒng)的氣體傳感器的使用所容許的測試成分的濃度的檢測誤差的幅值,來適當(dāng)限定上述第二上限和第二下限的具體值。
[0073]根據(jù)上文,當(dāng)?shù)谝淮髿鈾z測偏差偏離于通過預(yù)定的第二上限和第二下限確定的范圍時(shí),能夠立即判定氣體傳感器的輸出特性異常。即,在上述情況下,為了基于水分解電流值執(zhí)行氣體傳感器的輸出特性的異常診斷,不需要基于第一大氣分解電流值與第一參考大氣分解電流值之比來校正參考水分解電流值。因此,能夠快速地以及簡單地判定氣體傳感器的輸出特性的異常的存在。
[0074]順便提及,本發(fā)明的系統(tǒng)能夠應(yīng)用于極限電流型氣體傳感器。作為極限電流型傳感器的例子,例如能夠提到空燃比傳感器(O2傳感器)、Ν0χ傳感器和SOx傳感器。即,本發(fā)明的系統(tǒng)能夠應(yīng)用于NOx傳感器和SOx傳感器。
[0075]當(dāng)本發(fā)明的系統(tǒng)應(yīng)用于NOx傳感器時(shí),所述第一電極構(gòu)造為在所述第一施加電壓處于低于所述第一電壓區(qū)域的所述第二電壓區(qū)域的所述第二狀態(tài)下,能夠分解作為包含在所述測試氣體中的所述測試成分的氮氧化物。此外,所述測量控制部構(gòu)造為基于在所述第一施加電壓處于低于所述第一電壓區(qū)域的所述第二電壓區(qū)域的所述第二狀態(tài)下所獲取的所述測試成分濃度相關(guān)值,來獲取NOx分解電流值,NOx分解電流值是由于包含在所述測試氣體中的氮氧化物的分解而在所述第一電極和所述第二電極之間流動的電流的值。
[0076]在該情況下,應(yīng)用本發(fā)明的系統(tǒng)的氣體傳感器是NOx傳感器,其基于在第二狀態(tài)下檢測的第一電極電流來檢測包含在排氣中的氮氧化物的濃度。因此,選擇第一電極的材料和結(jié)構(gòu),使得包含在測試氣體中的氮氧化物能夠在第一施加電壓處于低于第一電壓區(qū)域的第二電壓區(qū)域的第二狀態(tài)下分解。此外,第二預(yù)定電壓設(shè)定為這樣的電壓:在該電壓下,在元件部的溫度是第一預(yù)定溫度的狀態(tài)下,如上所述的第一電極能夠還原地分解包含在測試氣體中的氮氧化物。
[0077]順便提及,如上所述,包含在排氣中的氧氣的量大(%水平),而包含在排氣中的氮氧化物的量非常少(ppm水平)ο另一方面,氧氣的分解開始電壓幾乎等于氮氧化物的分解開始電壓。因此,構(gòu)造為使得包含在測試氣體中的氮氧化物能夠在上述的第二狀態(tài)下分解的第一電極還能夠分解氧氣。
[0078]因此,當(dāng)來自內(nèi)燃機(jī)的排氣被原樣引入元件部的內(nèi)部空間并且與第一電極接觸時(shí),與由氮氧化物的還原分解引起的電流的比例相比,由在第一電極和第二電極之間流動的電流中氧氣的還原分解引起的電流的比例變得明顯更大,其中第一電極是第一電化學(xué)電池的陰極。在這種情形下,難以精確地檢測由氮氧化物的還原分解引起的電流,并且難以精確地檢測包含在排氣中的氮氧化物的濃度。
[0079]然后,在本領(lǐng)域中,已經(jīng)公知了一種技術(shù),在該技術(shù)中,還原地分解包含在測試氣體中的氧氣并將該氧氣排放至外部的栗送電池布置在傳感器電池的上游側(cè),傳感器電池檢測對應(yīng)于包含在測試氣體中的氮氧化物的濃度的電極電流以消除氧氣對傳感器電池所檢測的電極電流的影響。該技術(shù)也能夠應(yīng)用于應(yīng)用本發(fā)明的系統(tǒng)的NOx傳感器。
[0080]在該情況下,所述元件部進(jìn)一步包括第二電化學(xué)電池,第二電化學(xué)電池包括所述固體電解質(zhì)物或者不同于所述固體電解質(zhì)物的另一固體電解質(zhì)物,以及分別形成在固體電解質(zhì)物的表面上的第三電極和第四電極。第二電化學(xué)電池構(gòu)造為,使得所述第三電極暴露于所述內(nèi)部空間,所述第四電極暴露于不同于內(nèi)部空間的第二另一空間。此外,所述第三電極形成在比所述第一電極更靠近所述擴(kuò)散抵抗部的位置。此外,所述電壓控制部構(gòu)造為同樣在所述第三電極和所述第四電極之間施加第二施加電壓。
[0081]所述第三電極構(gòu)造為能夠在第三狀態(tài)下分解包含在測試氣體中的氧氣,并且從所述內(nèi)部空間排放氧氣。正如稍后將詳細(xì)提到的,例如,這種第三電極能夠通過適當(dāng)選擇電極的材料和結(jié)構(gòu)等而制造。
[0082]第三狀態(tài)是元件部的溫度是第一預(yù)定溫度并且施加了所述第二施加電壓的狀態(tài)。第二施加電壓的具體值能夠適當(dāng)限定為包含在測試氣體中的氧氣能夠在第三電極處分解并且能夠表現(xiàn)出氧氣的極限電流性質(zhì)的電壓。
[0083]根據(jù)上文,時(shí),包含在測試氣體中并且被引入元件部的內(nèi)部空間的氧氣被作為布置在上游側(cè)的栗送電池的第二電化學(xué)電池分解,并且從內(nèi)部空間被排放。結(jié)果,包含在測試氣體中并且已經(jīng)到達(dá)第一電極的氧氣的濃度大致為0(零)或者極其低,第一電極是第一電化學(xué)電池的陰極。由于該原因,由氧氣的還原分解引起的電流在第一電極和第二電極之間流動的電流中的比例也大致為0(零)或者非常低。換句話說,測試成分濃度相關(guān)值等于或者幾乎等于由氮氧化物的還原分解引起的電流的值。因此,可以獲取測試成分濃度相關(guān)值作為NOx分解電流值。因而,能夠精確地檢測由以相當(dāng)微量(ppm水平)包含在排氣中的氮氧化物的還原分解引起的電流,并且能夠精確地檢測包含在排氣中的氮氧化物的濃度。
[0084]另一方面,當(dāng)本發(fā)明的系統(tǒng)應(yīng)用于SOx傳感器時(shí),所述第一電極構(gòu)造為能夠在所述第二狀態(tài)下分解作為包含在所述測試氣體中的所述測試成分的硫氧化物。此外,所述測量控制部構(gòu)造為基于在所述第二狀態(tài)下獲取的所述測試成分濃度相關(guān)值來獲取SOx分解電流值,SOx分解電流值是由于包含在測試氣體中的硫氧化物的分解而在所述第一電極和所述第二電極之間流動的電流的值。
[0085]在該情況下,應(yīng)用本發(fā)明的系統(tǒng)的氣體傳感器是SOx傳感器,其基于在第二狀態(tài)下檢測的第一電極電流來檢測包含在排氣中的硫氧化物的濃度。因此,選擇第一電極的材料和結(jié)構(gòu),使得包含在測試氣體中的硫氧化物能夠在第二狀態(tài)下分解。此外,第二預(yù)定電壓設(shè)定為這樣的電壓:在該電壓下,在元件部的溫度是第一預(yù)定溫度的狀態(tài)下,上述的第一電極能夠還原地分解包含在測試氣體中的硫氧化物。
[0086]順便提及,如上所述,包含在排氣中的氧氣的量大(%水平),而包含在排氣中的硫氧化物的量非常少(ppm水平)ο另一方面,氧氣的分解開始電壓幾乎等于硫氧化物的分解開始電壓。因此,構(gòu)造為使得包含在測試氣體中的硫氧化物能夠在上述第二狀態(tài)下分解的第一電極還能夠分解氧氣。
[0087]因此,當(dāng)來自內(nèi)燃機(jī)的排氣被原樣引入元件部的內(nèi)部空間中并且與第一電極接觸時(shí),與由硫氧化物的還原分解引起的電流的比例相比,由氧氣的還原分解引起的電流在第一電極和第二電極之間流動的電流中的比例變得明顯更大,其中第一電極是第一電化學(xué)電池的陰極。在這種情形下,難以精確地檢測由硫氧化物的還原分解引起的電流,并且難以精確地檢測包含在排氣中的硫氧化物的濃度。
[0088]然后,在本領(lǐng)域中,已經(jīng)公知一種技術(shù):在該技術(shù)中,還原地分解包含在測試氣體中的氧氣并且在將氧氣排放到外側(cè)部的栗送電池布置在傳感器電池的上游側(cè),傳感器電池檢測對應(yīng)于包含在測試氣體中的硫氧化物的濃度的電極電流,以消除氧氣對傳感器電池所檢測的電極電流的影響。該技術(shù)也能夠應(yīng)用于應(yīng)用本發(fā)明的系統(tǒng)的SOx傳感器。
[0089]在該情況下,所述元件部進(jìn)一步包括第二電化學(xué)電池,第二電化學(xué)電池包括所述固體電解質(zhì)物或者不同于所述固體電解質(zhì)物的另一固體電解質(zhì)物,以及分別形成在固體電解質(zhì)物的表面上的第三電極和第四電極。第二電化學(xué)電池構(gòu)造為,使得所述第三電極暴露于所述內(nèi)部空間,所述第四電極暴露于第二另一空間,所述第二另一空間是不同于所述內(nèi)部空間的空間。此外,所述第三電極形成在比所述第一電極更靠近所述擴(kuò)散抵抗部的位置。此外,所述電壓控制部構(gòu)造為同樣在所述第三電極和所述第四電極之間施加第二施加電壓。
[0090]所述第三電極構(gòu)造為能夠在第三狀態(tài)下分解包含在所述測試氣體中的氧氣并且從所述內(nèi)部空間排放氧氣。正如稍后將詳細(xì)提到的,例如,這種第三電極能夠通過適當(dāng)選擇電極的材料和結(jié)構(gòu)等來制造。
[0091]第三狀態(tài)是所述元件部的溫度是所述第一預(yù)定溫度并且施加了所述第二施加電壓的狀態(tài)。第二施加電壓的具體值能夠適當(dāng)限定為這樣的電壓:在該電壓下,包含在測試氣體中的氧氣能夠在第三電極處被分解并且能夠表現(xiàn)出氧氣的極限電流性質(zhì)。
[0092]根據(jù)上文,包含在被引入元件部的內(nèi)部空間的測試氣體中的氧氣被布置在作為傳感器電池的第一電化學(xué)電池的上游側(cè)的作為栗送電池的第二電化學(xué)電池分解,并且從內(nèi)部空間排放。結(jié)果,包含在已經(jīng)到達(dá)第一電極的測試氣體中的氧氣的濃度大致為0(零)或者極其低,第一電極是第一電化學(xué)電池的陰極。由于該原因,由氧氣的還原分解引起的電流在第一電極和第二電極之間流動的電流中的比例也大致為0(零)或者非常低。換句話說,測試成分濃度相關(guān)值等于或者幾乎等于由硫氧化物的還原分解引起的電流的值。因此,可以獲取測試成分濃度相關(guān)值作為SOx分解電流值。因而,能夠精確地檢測由以相當(dāng)微量(ppm水平)包含在排氣中的硫氧化物的還原分解引起的電流,并且能夠精確地檢測包含在排氣中的硫氧化物的濃度。
[0093]順便提及,通過設(shè)定第二狀態(tài)下的第二預(yù)定電壓為這樣的電壓(在該電壓下不僅能夠分解硫氧化物,而且能夠分解包含在測試氣體中的水),還能夠基于傳感器中水的分解電流的改變來獲取與包含在測試氣體中的硫氧化物的濃度相關(guān)的檢測值。例如,上述“水的分解電流的改變”可以是在使水的還原分解發(fā)生的預(yù)定施加電壓下電極電流的幅值與預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)值的偏差。在該情況下,預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)值是在傳感器不受與硫氧化物的還原分解關(guān)聯(lián)的影響的情況下,在時(shí)間點(diǎn)上對應(yīng)于包含在測試氣體中的水的濃度的電極電流。
[0094]可替換地,例如,上述“水的分解電流的改變”可以是在上述第二狀態(tài)下在包括第二預(yù)定電壓的預(yù)定電壓區(qū)域中當(dāng)施加電壓正越來越多(正逐漸增加)時(shí)檢測的電極電流與當(dāng)施加電壓正漸漸消失(正逐漸減小)時(shí)檢測的電極電流之間的差。在該情況下,例如,能夠已經(jīng)預(yù)先獲得了該差與包含在測試氣體中的硫氧化物的濃度之間的對應(yīng)關(guān)系,從而,能夠根據(jù)該差規(guī)定硫氧化物的濃度。
[0095]雖然能夠通過包括上述多種技術(shù)的各種技術(shù)獲取包含在測試氣體中的硫氧化物的濃度,但是無論采用何種技術(shù),都能夠精確并容易地檢測根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的氣體傳感器的輸出特性的異常。
[0096]順便提及,如上所述,當(dāng)燃料供給至內(nèi)燃機(jī)時(shí),例如,通過布置在內(nèi)燃機(jī)的排氣路徑中的濕度傳感器檢測的包含在測試氣體中的水的濃度能夠被用作上述濕度相關(guān)值。
[0097]因此,當(dāng)本發(fā)明的系統(tǒng)應(yīng)用于上述的NOx傳感器或者SOx傳感器時(shí),所述測量控制部可以進(jìn)一步包括檢測包含在所述測試氣體中的水的濃度的濕度傳感器。此外,所述測量控制部可以構(gòu)造為獲取所檢測的所述水的濃度作為所述濕度相關(guān)值。在該情況下,所述測量控制部可以預(yù)先存儲所述第一對應(yīng)關(guān)系,在所述第一對應(yīng)關(guān)系中通過所述濕度傳感器檢測的水的濃度被用作所述濕度相關(guān)值。根據(jù)此,上述測量控制部能夠基于第一對應(yīng)關(guān)系根據(jù)檢測的水的濃度來規(guī)定參考水分解電流值。
[0098]順便提及,如上所述,當(dāng)燃料供給至內(nèi)燃機(jī)并且能夠使氧氣分解的電壓施加在電化學(xué)電池的電極之間時(shí),由于包含在測試氣體中的氧氣的分解而流動在這些電極之間的電流的值能夠被用作上述濕度相關(guān)值。尤其,當(dāng)本發(fā)明的系統(tǒng)應(yīng)用于包括上述栗送電池的兩電池型的NOx傳感器或者SOx傳感器時(shí),在栗送電池的電極之間流動的氧氣分解電流的值能夠被用作上述的濕度相關(guān)值。
[0099]因此,當(dāng)本發(fā)明的系統(tǒng)應(yīng)用于包括上述栗送電池的兩電池型的NOx傳感器或者SOx傳感器時(shí),所述測量控制部構(gòu)造為獲取第二氧分解電流值,第二氧分解電流值是由于在所述第三狀態(tài)下包含在所述測試氣體中的氧氣的分解而在所述第三電極和所述第四電極之間流動的電流的值,并且所述測量控制部構(gòu)造為獲取所述獲取的第二氧分解電流值作為所述濕度相關(guān)值。在該情況下,所述測量控制部預(yù)先存儲第一對應(yīng)關(guān)系,在第一對應(yīng)關(guān)系中當(dāng)處于正常狀態(tài)的所述氣體傳感器的所述第二電化學(xué)電池處于所述第三狀態(tài)時(shí)所獲取的所述第二氧分解電流值被用作所述濕度相關(guān)值。從而,測量控制部能夠基于第一對應(yīng)關(guān)系從獲取的第二氧分解電流值規(guī)定參考水分解電流值。
[0100]但是,當(dāng)氣體傳感器的輸出特性已經(jīng)處于異常狀態(tài)時(shí),獲取的第二氧分解電流值可能不精確,因此規(guī)定的參考水分解電流值可能不精確。根據(jù)基于這種不精確參考水分解電流值的異常判定難以執(zhí)行氣體傳感器的輸出特性的精確異常診斷。
[0101 ]然后,當(dāng)根據(jù)如上所述的第二氧分解電流值規(guī)定參考水分解電流值時(shí),期望的是使用某種指標(biāo)來診斷氣體傳感器的輸出特性是否處于異常狀態(tài),并且當(dāng)判定氣體傳感器的輸出特性處于異常狀態(tài)時(shí),根據(jù)氣體傳感器的輸出特性從正常狀態(tài)下的氣體傳感器的輸出特性的改變,校正如上所述規(guī)定的參考水分解電流值。
[0102]作為上述“指標(biāo)”,例如,能夠使用當(dāng)燃料不供給至內(nèi)燃機(jī)時(shí)由于包含在測試氣體中的氧氣的分解而在第三電極和第四電極之間流動的電流的值。換句話說,使用與上述FC診斷相同的技術(shù),能夠檢測氣體傳感器的輸出特性從正常狀態(tài)下的氣體傳感器的輸出特性的改變,并且能夠根據(jù)該改變來校正參考水分解電流值。
[0103]在上述情況下,所述測量控制部需要預(yù)先存儲第二參考大氣分解電流值,第二參考大氣分解電流值是當(dāng)燃料不供給至內(nèi)燃機(jī)并且處于正常狀態(tài)下的所述氣體傳感器的所述第二電化學(xué)電池處于所述第三狀態(tài)時(shí),由于包含在所述測試氣體中的氧氣的分解而在所述第三電極和所述第四電極之間流動的電流的值。
[0104]例如,第二參考大氣分解電流值能夠通過測量在正常狀態(tài)下的氣體傳感器的第二電化學(xué)電池中當(dāng)燃料不供給至內(nèi)燃機(jī)時(shí),由于包含在測試氣體中的氧氣的分解而在第三電極和第四電極之間流動的電流的值來獲取。此外,例如,獲取的第二參考大氣分解電流值能夠存儲在ECU包括的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備(例如,ROM等)中,并且能夠在氣體傳感器的輸出特性的異常診斷中被CPU參考。
[0105]此外,所述測量控制部構(gòu)造為基于當(dāng)燃料不供給至所述內(nèi)燃機(jī)時(shí)在所述第三狀態(tài)下獲取的所述第二氧分解電流值來獲取第二大氣分解電流值,第二大氣分解電流值是由于包含在所述測試氣體中的氧氣的分解而在所述第三電極和所述第四電極之間流動的電流的值。當(dāng)氣體傳感器處于正常狀態(tài)時(shí),這樣獲取的第二大氣分解電流值和預(yù)先存儲的第二參考大氣分解電流值必定相同。另一方面,當(dāng)氣體傳感器的輸出特性處于異常狀態(tài)時(shí),根據(jù)氣體傳感器的輸出特性從正常狀態(tài)下的氣體傳感器的輸出特性的改變,第二大氣分解電流值偏離于第二參考大氣分解電流值。
[0106]然后,所述測量控制部構(gòu)造為基于所述獲取的第二大氣分解電流值與所述第二參考大氣分解電流值之比來校正規(guī)定的所述參考水分解電流值。從而,當(dāng)根據(jù)上述獲取的第二氧分解電流值基于第一對應(yīng)關(guān)系來規(guī)定參考水分解電流值時(shí),即使氣體傳感器的輸出特性已經(jīng)處于異常狀態(tài),也能夠基于單獨(dú)獲取的第二大氣分解電流值來校正參考水分解電流值。結(jié)果,即使氣體傳感器的輸出特性已經(jīng)處于異常狀態(tài),也能夠精確地執(zhí)行氣體傳感器的輸出特性的異常診斷。
[0107]但是,為了獲取上述第二大氣分解電流值,本質(zhì)上要求如根據(jù)上述常規(guī)技術(shù)的異常診斷一樣實(shí)施燃料切斷(FC)。因此,在該情況下,不能夠消除諸上述(a)至(C)的問題。但是,同樣在該情況下,基于分解在比用于氧氣的施加電壓高的施加電壓下開始的水的分解電流來診斷氣體傳感器的輸出特性的異常存在。因此,同樣在該情況下,能夠精確地診斷氣體傳感器的輸出特性的異常。
[0108]順便提及,在上述情況下,測量控制部能夠基于第二大氣分解電流值與由與上述FC診斷相同的技術(shù)所獲取的第二參考大氣分解電流值之比來校正規(guī)定的參考水分解電流值。但是,當(dāng)氣體傳感器的輸出特性從正常狀態(tài)下的氣體傳感器的輸出特性的改變過度時(shí)并且第二大氣分解電流值已經(jīng)明顯偏離于第二參考大氣分解電流值時(shí),清楚的是,氣體傳感器的輸出特性異常,而無需基于第二大氣分解電流值校正上述的參考水分解電流值,以更嚴(yán)格地檢測氣體傳感器的輸出特性的異常的存在。
[0109]然后,所述測量控制部可以構(gòu)造為當(dāng)?shù)诙髿鈾z測偏差大于預(yù)定第三上限或者當(dāng)所述第二大氣檢測偏差小于預(yù)定第三下限時(shí),判定所述氣體傳感器異常,第二大氣檢測偏差是通過從獲取的所述第二大氣分解電流值減去所述第二參考大氣分解電流值而獲取的值與所述第二參考大氣分解電流之比。此外,例如,能夠根據(jù)在應(yīng)用本發(fā)明的系統(tǒng)的氣體傳感器的使用中所容許的測試成分的濃度的檢測誤差的幅值,來適當(dāng)限定上述的第三上限和第三下限的具體值。
[0110]根據(jù)上文,當(dāng)?shù)诙髿鈾z測偏差偏離于通過預(yù)定第三上限和第三下限所確定的范圍時(shí),能夠立即判定氣體傳感器的輸出特性異常。即,在上述情況下,為了基于水分解電流值來執(zhí)行氣體傳感器的輸出特性的異常診斷,不需要基于第二大氣分解電流值與第二參考大氣分解電流值之比來校正參考水分解電流值。因此,能夠快速地以及簡單地判定氣體傳感器的輸出特性的異常的存在。
[0111]順便提及,在檢測包含在內(nèi)燃機(jī)的排氣中的含氧氣體的極限電流型氣體傳感器中,本發(fā)明的系統(tǒng)檢測水(H2O)的分解電流,水的分解在比用于氧氣(O2)的施加電壓高的施加電壓下開始。而且,基于上述檢測的水的分解電流與對應(yīng)于包含在排氣中的水的濃度的水的參考分解電流的偏差,診斷極限電流型氣體傳感器的輸出特性的異常的存在。
[0112]因此,例如,取決于形成第一電極的材料和/或結(jié)構(gòu)等,即使在氣體傳感器不是SOx傳感器的情形下,當(dāng)在上述第一狀態(tài)下包含在排氣中的水也被還原地分解時(shí),包含在排氣中的硫氧化物可以被分解。當(dāng)硫氧化物被還原分解時(shí),其分解產(chǎn)物將吸附至第一電極,第一電極是陰極。結(jié)果,第一電極的活性表面積減小并且由在第一電極處水的分解引起的電極電流的幅值也下降。在第一電極能夠在第一狀態(tài)下分解包含在測試氣體中的硫氧化物的這種情況下,期望的是至少在第一狀態(tài)下獲取水分解電流值時(shí)減少使硫氧化物的分解產(chǎn)物吸附至第一電極。
[0113]然后,本發(fā)明的系統(tǒng)包括的所述測量控制部可以構(gòu)造為在所述第一電極能夠在所述第一狀態(tài)下分解包含在所述測試氣體中的硫氧化物的情形下,通過使用所述溫度調(diào)節(jié)部提升所述元件部的溫度至預(yù)定溫度。從而,所述測量控制部防止包含在所述測試氣體中的硫氧化物的分解產(chǎn)物吸附至所述第一電極。
[0114]具體地,當(dāng)在所述第一狀態(tài)下獲取水分解電流值時(shí),所述測量控制部通過使用所述溫度調(diào)節(jié)部來將所述元件部的溫度維持在第二預(yù)定溫度。第二預(yù)定溫度是不小于所述激活溫度的溫度,并且是在該溫度下解吸附速率大于吸附速率的溫度,解吸附速率是包含在測試氣體中的硫氧化物的分解產(chǎn)物從所述第一電極解吸附的速率,吸附速率是分解產(chǎn)物吸附至所述第一電極的速率。
[0115]例如,上述的第二預(yù)定溫度能夠通過以下初步實(shí)驗(yàn)規(guī)定。首先,維持第一狀態(tài)達(dá)預(yù)定時(shí)間段,并且使硫氧化物的分解產(chǎn)物吸附至第一電極。此后,包含硫氧化物的測試氣體供給至內(nèi)部空間達(dá)預(yù)定時(shí)間段,維持元件部的溫度在不同溫度下,并且測量吸附至第一電極的硫氧化物的分解產(chǎn)物的量的減小或者增加。而且,吸附至第一電極的分解產(chǎn)物的量減小的元件部的溫度被規(guī)定為第二預(yù)定溫度。例如,通過本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的方法,諸如測量第一電極的質(zhì)量以及第一電極的表面分析等,能夠測量吸附至第一電極的分解產(chǎn)物的量的減小或者增加。
[0116]根據(jù)上文,雖然第一電極能夠在第一狀態(tài)下分解包含在測試氣體中的硫氧化物,但是測量控制部使用溫度調(diào)節(jié)部來將元件部的溫度維持在第二預(yù)定溫度。從而,降低了包含在測試氣體中的硫氧化物的分解產(chǎn)物到第一電極的吸附。結(jié)果,維持了第一電極的活性表面積,并且還降低了由在第一電極處水的分解引起的電極電流的幅值的波動。即,能夠在第一狀態(tài)下獲取精確的水分解電流值。結(jié)果,即使第一電極能夠在第一狀態(tài)下分解包含在測試氣體中的硫氧化物,也能夠精確地診斷氣體傳感器的輸出特性的異常的存在。
[0117]參考附圖,從下文關(guān)于對本發(fā)明的實(shí)施例的說明中,將易于理解本發(fā)明的其他目的、其他特征以及隨附優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0118]圖1是用于示出當(dāng)供給至內(nèi)燃機(jī)的燃料空氣混合物的空燃比維持在化學(xué)計(jì)量比時(shí),通過具有正常輸出特性的空燃比傳感器與通過具有異常輸出特性的空燃比傳感器檢測的電極電流和施加電壓的關(guān)系的示意曲線圖。
[0119]圖2是用于示出應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例(第一系統(tǒng))的氣體傳感器的異常診斷系統(tǒng)的氣體傳感器所包括的元件部的構(gòu)造的例子的示意剖面圖。
[0120]圖3是用于比較在燃料供給至內(nèi)燃機(jī)從而維持空燃比靠近理論空燃比的情形下在單電池型空燃比傳感器中施加電壓和電極電流之間的關(guān)系與正在執(zhí)行燃料切斷(FC)的情形下在單電池型空燃比傳感器中施加電壓和電極電流之間的關(guān)系的示意曲線圖。
[0121]圖4是用于示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在FC診斷中檢測的氧氣的分解電流值(Ifc)與在根據(jù)本發(fā)明的異常診斷中檢測的水(I.)的分解電流值之間的相關(guān)性的示意曲線圖。
[0122]圖5是用于示出通過第一系統(tǒng)執(zhí)行的氣體傳感器的異常診斷操作的例子的流程圖。
[0123]圖6是用于示出應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例(第二系統(tǒng))的氣體傳感器的異常診斷系統(tǒng)的氣體傳感器所包括的元件部的構(gòu)造的例子的示意剖面圖。
[0124]圖7是用于比較包含在測試氣體中的氮氧化物的濃度高的情形下在雙電池型NOx傳感器中第一施加電壓和第一電極電流之間的關(guān)系與在濃度低的情形下在雙電池型NOx傳感器中第一施加電壓和第一電極電流之間的關(guān)系的示意曲線圖。
[0125]圖8是用于示出通過NOx傳感器檢測的氮氧化物(1.)的分解電流值與通過第二系統(tǒng)在異常診斷中檢測的水(I.)的分解電流值之間的相關(guān)性的示意曲線圖。
[0126]圖9是用于示出通過第二系統(tǒng)執(zhí)行的氣體傳感器的FC診斷操作的例子的流程圖。
[0127]圖10是用于示出通過第二系統(tǒng)執(zhí)行的氣體傳感器的異常診斷操作的例子的流程圖。
[0128]圖11是用于說明在應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例(第三系統(tǒng))的氣體傳感器的異常診斷系統(tǒng)的SOx傳感器中,包含在測試氣體中的硫氧化物的濃度變得越高,處于第二狀態(tài)下的第一電極電流變得越小的現(xiàn)象的示意曲線圖。
[0129]圖12是在應(yīng)用了第三系統(tǒng)的SOx傳感器中,通過繪制當(dāng)?shù)谝皇┘与妷菏堑诙A(yù)定電壓(V2)時(shí)的第一電極電流相對于包含在測試氣體中的硫氧化物(在該情況下,為二氧化硫(SO2))的濃度而獲得的曲線圖。
[0130]圖13是用于示出SOx傳感器的輸出值與通過第二系統(tǒng)在異常診斷中檢測的水(I.)的分解電流值之間的相關(guān)性的示意曲線圖。
[0131]圖14是用于示出通過第三系統(tǒng)執(zhí)行的氣體傳感器的異常診斷操作的例子的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0132]〈第一實(shí)施例〉
[0133]下文中,將說明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的氣體傳感器的異常診斷系統(tǒng)(下文中,稱為“第一系統(tǒng)”)。應(yīng)用了第一系統(tǒng)的氣體傳感器是使用極限電流型氧氣傳感器的單電池型空燃比傳感器(氧氣傳感器)。
[0134](構(gòu)造)
[0135]如圖2所示,上述氣體傳感器的元件部10包括固體電解質(zhì)物11s、第一氧化鋁層21a、第二氧化鋁層21b、第三氧化鋁層21c、第四氧化鋁層21d,第五氧化鋁層21e、擴(kuò)散抵抗部(擴(kuò)散限制層)32和加熱器41。
[0136]固體電解質(zhì)物Ils是包括氧化鋯等的薄板物并且具有氧離子傳導(dǎo)性。例如,形成固體電解質(zhì)物Ils的氧化鋯可以包含諸如鈧(Sc)和釔(Y)的元素。
[0137]第一至第五氧化鋁層21a至21e是包括氧化鋁的致密(不透氣的)層(致密物)。
[0138]擴(kuò)散抵抗部32是多孔擴(kuò)散限制層并且是透氣的層(薄板物)。
[0139]例如,加熱器41是包含鉑(Pt)的金屬陶瓷和陶瓷的薄板物(例如,氧化鋁等),并且是通過通電生成熱量的放熱體。
[0140]元件部10的每層從下部按照第五氧化鋁層21e、第四氧化鋁層21d、第三氧化鋁層21c、固體電解質(zhì)物11s、擴(kuò)散抵抗部32和第二氧化鋁層21b以及第一氧化鋁層21a的順序?qū)訅骸?br>[0141]內(nèi)部空間31是由第一氧化鋁層21a、固體電解質(zhì)物11s、擴(kuò)散抵抗部32和第二氧化鋁層21b限定的空間,并且構(gòu)造為使得作為測試氣體的內(nèi)燃機(jī)的排氣通過擴(kuò)散抵抗部32被引入內(nèi)部空間31。即,在元件部1中,內(nèi)部空間31通過擴(kuò)散抵抗部3 2與內(nèi)燃機(jī)的排氣管的內(nèi)部連通(兩者都未示出)。因此,排氣管中的排氣作為測試氣體被引入內(nèi)部空間31。
[0142]第一大氣引入路徑51由固體電解質(zhì)物11s、第三氧化鋁層21c和第四氧化鋁層21d限定,并且向排氣管外側(cè)的大氣開口。此外,第一大氣引入路徑51對應(yīng)于第一另一空間。
[0143]第一電極IIa是陰極,第二電極I Ib是陽極。第一電極I Ia附接至固體電解質(zhì)物I Is的一側(cè)上的表面(具體地,限定內(nèi)部空間31的固體電解質(zhì)物Ils的表面)。另一方面,第二電極Ilb附接至固體電解質(zhì)物Ils的另一側(cè)上的表面(具體地,限定第一大氣引入路徑51的固體電解質(zhì)物Ils的表面)。第一電極Ila和第二電極I Ib以及固體電解質(zhì)物Ils構(gòu)成借助氧栗行為具有氧氣抽空能力的第一電化學(xué)電池He。該第一電化學(xué)電池Ilc被加熱器41加熱并且維持在期望溫度。
[0144]例如,通過刮刀法(doctor blade method)和擠出成型法等,固體電解質(zhì)物IIs以及第一至第五氧化鋁層21a至21e的每層形成為板狀。例如,第一電極Ila和第二電極Ilb以及用于使這些電極通電的布線通過絲網(wǎng)印刷方法等形成。通過層壓如上所述這些板并且燒制它們,一體地制造具有如上所述結(jié)構(gòu)的元件部10。
[0145]第一電極Ila是包含鉑(Pt)作為主成分的多孔金屬陶瓷電極。第二電極Ilb也是包含鉑(Pt)作為主成分的多孔金屬陶瓷電極。但是,構(gòu)成第一電極Ila的材料不是限制性的,只要當(dāng)預(yù)定電壓施加在第一電極Ila和第二電極Ilb之間時(shí),包含在通過擴(kuò)散抵抗部32被引到內(nèi)部空間31的測試氣體中的氧氣(以及水)能夠還原地分解。構(gòu)成第二電極Ilb的材料也并不限于上述材料。構(gòu)成這些電極的材料能夠從利用氧栗行為而廣泛用作電化學(xué)電池的電極材料的各種材料中適當(dāng)選擇。
[0146]氣體傳感器進(jìn)一步包括電源61、安培表71以及未示出的E⑶。電源61和安培表71連接至ECU。
[0147]電源61構(gòu)造為能夠在第一電極Ila和第二電極Ilb之間施加預(yù)定電壓,使得第二電極Ilb的電勢高于第一電極Ila的電勢。通過E⑶控制電源61的操作。
[0148]安培表71構(gòu)造為測量電極電流的幅值,電極電流是在第一電極Ila和第二電極Ilb之間流動的電流(即,流經(jīng)固體電解質(zhì)物Ils的電流),并且構(gòu)造為輸出測量值至ECU。
[0149]如上所述,第一電化學(xué)電池I Ic和第二電化學(xué)電池12c通過加熱器41被加熱。元件部10的溫度作為結(jié)果基于當(dāng)高頻電壓施加在第一電極Ila和第二電極Ilb之間時(shí)的阻抗而被檢測到。ECU構(gòu)造為基于檢測的溫度來控制供給至加熱器41的電力,并且構(gòu)造為控制元件部10的溫度。但是,元件部10的溫度可以通過單獨(dú)地準(zhǔn)備的另一溫度傳感器來檢測。
[0150]E⑶是微計(jì)算機(jī),其包括CPU、存儲CPU執(zhí)行的程序和設(shè)定表(數(shù)據(jù)表)等的R0M、以及暫時(shí)存儲數(shù)據(jù)的RAM(兩者都未示出)ACU連接至未示出的內(nèi)燃機(jī)的執(zhí)行器(燃料噴射閥、節(jié)流閥、EGR閥等KE⑶構(gòu)造為傳遞驅(qū)動(指示)信號至這些執(zhí)行器并且構(gòu)造為控制內(nèi)燃機(jī)。
[0151]E⑶能夠控制施加在第一電極Ila和第二電極Ilb之間的第一施加電壓。即,電源61和ECU構(gòu)成電壓控制部。具體地,構(gòu)成電壓控制部的ECU的功能為控制電源61的操作,使得作為施加在第一電極Ila和第二電極Ilb之間的電壓的第一施加電壓變得與目標(biāo)施加電壓相同。此外,E⑶能夠接收對應(yīng)于流經(jīng)從安培表71輸出的第一電化學(xué)電池(傳感器電池)11 c的電極電流的信號。即,安培表71和ECU構(gòu)成測量控制部。此外,ECU能夠通過控制對加熱器41的通電的量而控制元件部10的溫度。即,加熱器41和ECU構(gòu)成溫度調(diào)節(jié)部。具體地,構(gòu)成測量控制部中任一者的ECU的功能為輸出目標(biāo)元件溫度,并且構(gòu)成溫度調(diào)節(jié)部的ECU的功能為基于目標(biāo)元件溫度來控制對加熱器41通電的量。
[0152](氣體濃度檢測操作)
[0153]上述ECU包括的CPU(下文中,可以簡稱為“CPU”)通過加熱器41加熱元件部10至不小于激活溫度的第一預(yù)定溫度。激活溫度是“元件部10的溫度”,在該溫度下表現(xiàn)出固體電解質(zhì)(第一固體電解質(zhì)物IlS)的氧離子傳導(dǎo)性。在本例中,第一預(yù)定溫度為600°C。
[0154]在該狀態(tài)下,CPU施加對應(yīng)于第一電極Ila和第二電極Ilb之間的氧氣的極限電流區(qū)域的電壓(例如,0.4V),使得第一電極Ila和第二電極Ilb分別變成陰極和陽極。從而,包含在測試氣體中的氧氣在第一電極Ila處分解,生成氧離子(O2—),并且通過氧栗行為將生成的氧離子從內(nèi)部空間31被排放至第一大氣引入路徑51。此時(shí)在第一電極Ila和第二電極Ilb之間流動的電極電流的幅值(第一電極電流值)對應(yīng)于包含在測試氣體中的氧氣的濃度。ECU接收對應(yīng)于從安培表71輸出的第一電極電流值的信號。因而,CPU使用第一電化學(xué)電池I Ic檢測在內(nèi)部空間31中的包含在測試氣體中的氧氣的濃度。而且,基于檢測的氧氣的濃度,計(jì)算供給至內(nèi)燃機(jī)的燃料空氣混合物的空燃比。
[0155](根據(jù)常規(guī)技術(shù)的空燃比傳感器的異常診斷操作)
[0156]順便提及,如上所述,在極限電流型傳感器中,例如,擴(kuò)散抵抗部的破裂以及堵塞、多孔電極的堵塞以及固體電解質(zhì)的傳導(dǎo)性改變等會引起輸出特性的異常(例如,檢測值的擴(kuò)大和檢測值的縮小等)。當(dāng)輸出特性的異常出現(xiàn)在極限電流型傳感器中時(shí),變得不能夠精確地檢測包含在排氣中的氧氣的濃度,以及變得不能夠作為空燃比傳感器精確地獲取空燃比。
[0157]于是,在本領(lǐng)域中,已經(jīng)提出了一種診斷方法,在該方法中在實(shí)施燃料切斷(FC)期間當(dāng)來自傳感器的輸出保持在上述正常范圍內(nèi)達(dá)預(yù)定時(shí)間段或更久時(shí),判定空燃比傳感器的輸出特性異常。以下將說明根據(jù)常規(guī)技術(shù)的這種FC診斷。
[0158]在實(shí)施FC(FC實(shí)施)期間,因?yàn)槿剂喜还┙o至內(nèi)燃機(jī)并且在燃燒室中的燃料空氣混合物不燃燒,所以包含大約21vol% (體積百分比)的氧氣的氣體從內(nèi)燃機(jī)中排放,同時(shí)基本地維持其組成。另一方面,當(dāng)燃料供給至內(nèi)燃機(jī)并且在燃燒室中的燃料空氣混合物燃燒時(shí),包含濃度與作為該燒盡的結(jié)果的燃料空氣混合物的空燃比一致的氧氣的燃料空氣混合物從內(nèi)燃機(jī)中排出。例如,當(dāng)空燃比維持接近化學(xué)計(jì)量比時(shí),氧氣幾乎不存在于排氣中。
[0159]因此,如圖3所示,雖然在FC實(shí)施期間在對應(yīng)于氧氣的極限電流區(qū)域的施加電壓(V02)下(實(shí)線)檢測的電極電流的幅值非常大,在燃料供給至內(nèi)燃機(jī)的情形下(點(diǎn)劃線)當(dāng)空燃比維持在化學(xué)計(jì)量比的附近或者小于化學(xué)計(jì)量比的附近(富含)時(shí)檢測的電極電流的幅值幾乎變成0(零)。另一方面,因?yàn)楫?dāng)空燃比維持大于化學(xué)計(jì)量比(貧乏)時(shí)氧氣仍然在排氣中,所以檢測的電極電流的幅值變成大于0(零)的值。在后者情形下,雖然示出了空燃比變得越貧乏(燃料空氣混合物中的燃料越稀少)而電極電流的幅值的增加越大的趨勢,但是相比于實(shí)施FC時(shí)電極電流的幅值(Ifc),上述電極電流的幅值相當(dāng)小。因此,當(dāng)電極電流的幅值在對應(yīng)于氧氣(Vo2)的極限電流區(qū)域的施加電壓下顯著小于甚至在實(shí)施FC期間的上述Ifc時(shí),能夠判定空燃比傳感器的輸出特性異常。
[0160]但是,如上所述,通過基于以較大量存在于上述排氣中的氧氣的分解電流的幅值執(zhí)行的氣體傳感器的輸出特性的異常診斷方法,雖然能夠精確并容易地檢測輸出特性的大的改變,但是不能夠精確并容易地檢測輸出特性的微小改變。
[0161](通過第一系統(tǒng)進(jìn)行的空燃比傳感器的異常診斷操作)
[0162]另一方面,如上所述,在根據(jù)第一系統(tǒng)的空燃比傳感器(氧氣傳感器)的異常診斷操作中,基于當(dāng)燃料供給至內(nèi)燃機(jī)時(shí)檢測的水的分解電流的幅值,來診斷氣體傳感器的輸出特性的異常的存在,水的分解在比用于氧氣的施加電壓高的施加電壓下開始。如上所述,例如,當(dāng)燃料供給至內(nèi)燃機(jī)并且空燃比維持在化學(xué)計(jì)量比附近或者小于化學(xué)計(jì)量比附近(富含)時(shí),氧氣的分解電流的幅值幾乎變成0(零)。因此,在該情況下,如圖3所示,能夠認(rèn)為,在水的還原分解發(fā)生的施加電壓(V.)下檢測的電極電流的幅值等于水的分解電流的幅值(水分解電流值IH20)。
[0163]另一方面,當(dāng)空燃比維持大于化學(xué)計(jì)量比(貧乏)時(shí),因?yàn)檠鯕馊匀辉谂艢庵校栽跈z測的電極電流中不僅包括水的分解電流,而且包括氧氣的分解電流。在這種情況下,例如,通過從在水的還原分解發(fā)生的施加電壓(V.)下所檢測的電極電流的幅值減去在對應(yīng)于氧氣的上述極限電流區(qū)域的施加電壓(Vo2)下所檢測的電極電流的幅值(對應(yīng)于氧氣
(102)的分解電流值),能夠計(jì)算水分解電流值(Ih2Q)(稍后將詳細(xì)提到)。
[0164]當(dāng)氣體傳感器的輸出特性正常時(shí),理所當(dāng)然,如上所述獲取的水分解電流值(Ih20)對應(yīng)于包含在排氣中的水的濃度。但是,當(dāng)氣體傳感器的輸出特性異常時(shí),如上所述獲取的水分解電流值(1—)偏離于對應(yīng)于包含在排氣中的水的濃度的水分解電流值的正常值(參考水分解電流值IH2C1BASE )。因此,包含在排氣中的水的濃度與參考水分解電流值(IH20BASE )之間的對應(yīng)關(guān)系已經(jīng)預(yù)先為氣體傳感器而準(zhǔn)備,并且基于在此時(shí)實(shí)際獲取的水分解電流值(Ih2Q)是否偏離于對應(yīng)于包含在排氣中的水的濃度的參考水分解電流值(Ih2qbase),能夠判定氣體傳感器的輸出特性是否異常。
[0165]此外,在具有各種改變的輸出特性的空燃比傳感器(氧氣傳感器)中,本發(fā)明人測量在根據(jù)常規(guī)技術(shù)的FC診斷中檢測的氧氣的分解電流值(Ifc)與通過第一系統(tǒng)檢測的水分解電流值(I.),并且調(diào)查這些值之間的相關(guān)性。在根據(jù)常規(guī)技術(shù)的FC診斷中,在燃料未供給至內(nèi)燃機(jī)的狀態(tài)(FC)下,對應(yīng)于氧氣的極限電流區(qū)域的施加電壓被施加在電極之間(V02= 0.4V)。在通過第一系統(tǒng)的異常診斷中,使水的分解發(fā)生的施加電壓被施加在電極之間(Vh20 = 1.0V),同時(shí)在燃料供給至內(nèi)燃機(jī)的狀態(tài)下維持空燃比為化學(xué)計(jì)量比(A/F= 14.6)。
[0166]如圖4所示,通過上述實(shí)驗(yàn)獲取的氧氣的分解電流值(Ifc)和水分解電流值(IH2Q)示出了非常良好的相關(guān)性。這示出了基于水分解電流值來診斷氣體傳感器的輸出特性的異常的第一系統(tǒng)能夠診斷空燃比傳感器的輸出特性的異常的存在,類似于根據(jù)用于基于氧氣的分解電流值來診斷氣體傳感器的輸出特性的異常的常規(guī)技術(shù)的FC診斷。
[0167](具體操作)
[0168]此處,將更具體地說明通過第一系統(tǒng)執(zhí)行氣體傳感器(空燃比傳感器)的異常診斷操作。圖5是用于示出通過第一系統(tǒng)執(zhí)行的氣體傳感器(空燃比傳感器)的異常診斷例程的例子的流程圖。例如,上述ECU包括的CPU(下文中,可以簡稱為“CPU”)在預(yù)定正時(shí)從步驟S500開始處理并且進(jìn)行到步驟S505。
[0169]在步驟S505中,CPU判定是否用于示出關(guān)于氣體傳感器的輸出特性是否異常的診斷(下文中,可以簡稱為“異常診斷”)還未完成(異常診斷未完成標(biāo)志:Fd)的標(biāo)志出現(xiàn)(設(shè)定為“I”)或者未出現(xiàn)。例如,無論何時(shí)已經(jīng)經(jīng)過某個時(shí)間段或者無論何時(shí)使用氣體傳感器的車輛的里程增加某個距離,該異常診斷未完成標(biāo)志設(shè)定為“I” ο另一方面,稍后將提到,無論何時(shí)異常診斷已經(jīng)完成,該異常診斷未完成標(biāo)志設(shè)定為“0(零)”。
[0170]當(dāng)在上述步驟S505中判定異常診斷未完成標(biāo)志Fd被設(shè)定為“I”時(shí)(S505:是),CPU進(jìn)行至以下步驟S510,并判定為了執(zhí)行異常診斷而應(yīng)當(dāng)滿足的條件(異常診斷實(shí)施條件)是否滿足。此外,在本例中,當(dāng)所有以下(Cl)至(C4)滿足時(shí)異常診斷實(shí)施條件滿足。但是,異常診斷實(shí)施條件并不限于以下條件,并且能夠根據(jù)例如應(yīng)用了氣體傳感器的內(nèi)燃機(jī)的使用等來適當(dāng)限定。
[0171](Cl)已經(jīng)完成應(yīng)用了氣體傳感器的內(nèi)燃機(jī)的暖機(jī)。
[0172](C2)上述內(nèi)燃機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。
[0173](C3)其上安裝有上述內(nèi)燃機(jī)的車輛已經(jīng)停止(速度=0(零))。
[0174](C4)氣體傳感器的元件部的溫度不小于其激活溫度。
[0175]當(dāng)在上述步驟S510中判定異常診斷實(shí)施條件滿足時(shí)(S510:是),CPU進(jìn)行至以下步驟S515,在上述內(nèi)燃機(jī)中使用氣體傳感器(空燃比傳感器)通過反饋(F/B)暫??杖急瓤刂疲⑶仪袚Q至使空燃比替代為化學(xué)計(jì)量比的開環(huán)控制。這是因?yàn)椴荒軌蛲ㄟ^氣體傳感器檢測空燃比,因?yàn)槔鐨怏w傳感器等中的施加電壓等被改變成不同于往常在異常診斷中的狀
??τ O
[0176]接下來,CPU進(jìn)行到步驟S520,并且獲取在第二狀態(tài)下獲取的第一電極電流值作為測試成分濃度相關(guān)值,在第二狀態(tài)下第一施加電壓等于包括在預(yù)定第二電壓區(qū)域中的第二預(yù)定電壓,測試成分濃度相關(guān)值是關(guān)聯(lián)于包含在測試氣體中的測試成分的濃度的值。在本例中,因?yàn)闇y試成分是氧氣,所以用于檢測氧氣濃度的通常施加電壓(0.4V)已經(jīng)是第二預(yù)定電壓(0.4V)。因此,在第二狀態(tài)下獲取的第一電極電流值(S卩,測試成分濃度相關(guān)值)也是第一氧分解電流值本身,第一氧分解電流值是由于包含在測試氣體中的氧的分解而在第一電極和第二電極之間流動的電流的值。因而,CPU獲取第一氧分解電流值(102)。
[0177]接下來,CPU進(jìn)行到步驟S525,并且切換第一施加電壓至第一預(yù)定電壓(1.0V)。即,CPU將第一電化學(xué)電池Ilc的狀態(tài)從第二狀態(tài)切換至第一狀態(tài)。而且,在預(yù)定時(shí)間段已經(jīng)經(jīng)過并且氣體傳感器的輸出(第一電極電流值)已經(jīng)穩(wěn)定之后,獲取傳感器輸出(第一電極電流值)。因?yàn)檠鯕獾姆纸忾_始電壓低于水的分解開始電壓,所以在第一狀態(tài)下不僅測試氣體中的水被還原地分解,而且氧氣也還原地分解。因此,該獲取的第一電極電流值不僅包括由于水的分解而流動的電極電流(水分解電流),而且包括由于氧氣的分解而流動的電極電流(氧分解電流)。另一方面,因?yàn)榈谝活A(yù)定電壓是包括在氧氣的分解電流區(qū)域中的電壓,所以該氧分解電流的幅值等于在上述步驟S520中獲取的第一氧分解電流值(12)。即,在步驟S525中獲取的第一電極電流值是在步驟S520中獲取的第一氧分解電流值(12)和水分解電流值(Ih2Q)的總和(第一電極電流值:IQ2+H2Q = 102+IH20 ) ο
[0178]然后,CPU進(jìn)行至以下步驟S530,通過從第一電極電流值(IQ2+H2Q)減去在上述步驟S520中獲取的第一氧分解電流值(12),來計(jì)算水分解電流值(I—),水分解電流值是由于在第一狀態(tài)下水的分解而流動的電極電流的幅值。
[0179]在氣體傳感器的輸出特性正常的情形下,如上所述計(jì)算的水分解電流值(IH2Q)與參考水分解電流值(1-BASE)的偏差應(yīng)當(dāng)落入預(yù)定閾值內(nèi),參考水分解電流值是在時(shí)間點(diǎn)上與包含在測試氣體中的水的濃度對應(yīng)的水分解電流的值,其將通過具有正常輸出特性的氣體傳感器檢測到。相反,當(dāng)水分解電流值(Ih2Q)與參考水分解電流值(Ih2qbase)的偏差超過預(yù)定閾值時(shí),能夠判定氣體傳感器的輸出特性異常。
[0180]然后,CPU進(jìn)行至以下步驟S535,并且規(guī)定在當(dāng)獲取上述第一電極電流值(IQ2+H20)時(shí)的時(shí)間點(diǎn)的參考水分解電流值(Ih2qbase)。具體地,CPU從上述步驟S520獲取的第一氧分解電流值(12)計(jì)算出對應(yīng)的燃料空氣混合物的空燃比,并且基于已經(jīng)預(yù)先存儲的設(shè)定表(數(shù)據(jù)表),根據(jù)該計(jì)算的空燃比來規(guī)定參考水分解電流值(Ih2qbase) ο
[0181]上述設(shè)定表是示出供給至內(nèi)燃機(jī)的燃料空氣混合物的空燃比與參考水分解電流值(1-BASE )之間的對應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)表,參考水分解電流值是當(dāng)具有正常輸出特性的氣體傳感器的第一電化學(xué)電池處于第一狀態(tài)時(shí)由于包含在測試氣體中的水的分解而在第一電極和第二電極之間流動的電流的值。即,在本例中,燃料空氣混合物的空燃比是濕度相關(guān)值,燃料空氣混合物的空燃比與參考水分解電流值(Ih2QBASE)之間的對應(yīng)關(guān)系是第一對應(yīng)關(guān)系。
[0182]但是,不是必須要求從上述步驟S520獲取的第一氧分解電流值(12)計(jì)算對應(yīng)燃料空氣混合物的空燃比。即,第一氧分解電流值(12)可以是濕度相關(guān)值,第一氧分解電流值(102 )與參考水分解電流值(IH20BASE )之間的對應(yīng)關(guān)系可以是第一對應(yīng)關(guān)系。
[0183]接下來,CPU進(jìn)行到步驟S540,判定濕度檢測偏差(Dw)是否大于預(yù)定第一上限。此處,濕度檢測偏差(Dw)是通過從如上所述在步驟S535水分解電流值(IH2Q)減去規(guī)定的參考水分解電流值(IH2QBASE)獲得的值與參考水分解電流值(IH2QBASE)之比(Dw= ( IH20-1H20BASE ) /
IH20BASE) ο
[0184]當(dāng)在上述S540步驟中判定濕度檢測偏差(Dw)大于預(yù)定第一上限時(shí)(S540:是),由于輸出特性的異常,氣體傳感器處于傳感器輸出過分地?cái)U(kuò)大(太大)而不是其待檢測的正常值的狀態(tài)。因此,CPU進(jìn)行至以下步驟S545,并且做出判定:伴隨檢測值擴(kuò)大的輸出特性的異常已經(jīng)出現(xiàn)在氣體傳感器中。在本例中,CPU開啟對應(yīng)于該判定的故障報(bào)警燈(MIL)。
[0185]此后,CHJ進(jìn)行至以下步驟S560,上述異常診斷未完成標(biāo)志Fd被取低(設(shè)定為“O(零)”)。即,CPU記錄關(guān)于氣體傳感器的異常診斷已經(jīng)完成。此后,CPU進(jìn)行至以下步驟S565,將第一施加電壓返回至用于檢測氧氣濃度的通常施加電壓(0.4V)。此后,CPU進(jìn)行至以下步驟S550,恢復(fù)使用氣體傳感器的空燃比的F/B控制,CPU進(jìn)行到步驟S595,立刻結(jié)束例程。
[0186]另一方面,當(dāng)在上述步驟S540中判定濕度檢測偏差(Dw)不大于預(yù)定第一上限時(shí)(S540:否),CPU進(jìn)行到步驟S550,并且判定濕度檢測偏差(Dw)是否小于預(yù)定第一下限。
[0187]當(dāng)在上述步驟S550中判定濕度檢測偏差(Dw)小于預(yù)定第一上限時(shí)(S550:是),由于輸出特性的異常,氣體傳感器處于傳感器輸出縮小得太小而不為其待檢測的正常值的狀態(tài)。因此,CPU進(jìn)行至以下步驟S555,做出判定:伴隨檢測值縮小的輸出特性的異常已經(jīng)出現(xiàn)在氣體傳感器中。在本例中CPU開啟對應(yīng)于該判定的故障報(bào)警燈(MIL)。
[0188]此后,CPU進(jìn)行到步驟S560、步驟S565、步驟S570以及步驟S595,并且立刻結(jié)束例程。
[0189]此外,當(dāng)在上述步驟S505判定異常診斷未完成標(biāo)志Fd未設(shè)定為“I”時(shí)(S505:否),以及當(dāng)在上述步驟S510判定異常診斷實(shí)施條件不滿足時(shí)(S510:否),CPU進(jìn)行到步驟S595并且立刻結(jié)束例程,而不執(zhí)行任何特殊處理。
[0190]此外,當(dāng)在上述步驟S550中判定濕度檢測偏差(Dw)不小于預(yù)定第一下限時(shí)(S550:否),由于輸出特性的異常所導(dǎo)致的檢測值的擴(kuò)大或縮小都還未發(fā)生在氣體傳感器中。因此,CPU進(jìn)行到步驟S595并且立刻結(jié)束例程,而不執(zhí)行任何特殊處理。
[0191]正如上文解釋的,根據(jù)第一系統(tǒng),在檢測包含在內(nèi)燃機(jī)的排氣中的氧氣的分解電流值的極限電流型氧氣傳感器(空燃比傳感器)中,檢測水(H2O)的分解電流值(水分解電流),并且基于其與對應(yīng)于包含在排氣中的水的濃度的水的參考分解電流值(參考水分解電流)的偏差,診斷極限電流型氣體傳感器的輸出特性的異常的存在。從而,不僅能夠精確并容易地診斷氣體傳感器的輸出特性的明顯異常,而且能夠精確并容易地診斷氣體傳感器的輸出特性的微小異常。
[0192]此外,雖然在本例中氣體傳感器檢測的供給至內(nèi)燃機(jī)的燃料空氣混合物的空燃比與從空燃比規(guī)定的參考水分解電流值按其原樣使用,但是如上所述,可以基于在燃料切斷時(shí)檢測的氧氣的分解電流值來校正參考水分解電流值??商鎿Q地,如上所述,參考水分解電流值可以根據(jù)包含在測試氣體中的水的濃度來規(guī)定,包含在測試氣體中的水的濃度通過單獨(dú)準(zhǔn)備的濕度傳感器等來檢測。此外,例如,可以基于內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣的溫度來估計(jì)包含在測試氣體中的水的濃度,并且可以根據(jù)該估計(jì)的水的濃度規(guī)定參考水分解電流值。
[0193]〈第二實(shí)施例〉
[0194]此后,將說明根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的氣體傳感器的異常診斷系統(tǒng)(此后,稱為“第二系統(tǒng)”)。應(yīng)用了第二系統(tǒng)的氣體傳感器是使用極限電流型氧氣傳感器的雙電池型NOx傳感器(氮氧化物傳感器)。在NOx傳感器中,在上游側(cè)的第二電化學(xué)電池(栗送電池)分解并且排放作為測試氣體的排氣中的氧氣,在下游側(cè)的第一電化學(xué)電池(傳感器電池)分解并且檢測測試氣體中的氮氧化物。
[0195](構(gòu)造)
[0196]如圖6所示,上述氣體傳感器的元件部10包括第一固體電解質(zhì)物11s、第二固體電解質(zhì)物12s、第一氧化鋁層21a、第二氧化鋁層21b、第三氧化鋁層21c、第四氧化鋁層21d、第五氧化鋁層21e、第六氧化鋁層21f、擴(kuò)散抵抗部(擴(kuò)散限制層)32和加熱器41。
[0197]固體電解質(zhì)物Ils是包括氧化鋯等的薄板物并且具有氧離子傳導(dǎo)性。形成固體電解質(zhì)物I Is的氧化鋯可以包含諸如例如鈧(Sc)和釔(Y)的元素。第二固體電解質(zhì)物12s與固體電解質(zhì)物I Is相同。
[0198]第一至第六氧化鋁層21a至21f是包括氧化鋁的致密(不透氣的)層(致密物)。
[0199]擴(kuò)散抵抗部32是多孔擴(kuò)散限制層,并且是透氣層(薄板物)。
[0200]例如,加熱器41是包含鉑(Pt)和陶瓷(例如,氧化鋁等)的金屬陶瓷的薄板物,并且是通過通電來產(chǎn)生熱的放熱體。
[0201]元件部10的各層都從下部按照第五氧化鋁層21e、第四氧化鋁層21d、第三氧化鋁層21c、第一固體電解質(zhì)物11s、擴(kuò)散抵抗部32和第二氧化鋁層21b、第二固體電解質(zhì)物12s、第六氧化鋁層21f以及第一氧化鋁層21a的順序?qū)訅骸?br>[0202]內(nèi)部空間31是由第一固體電解質(zhì)物IIs、第二固體電解質(zhì)物12s、擴(kuò)散抵抗部32和第二氧化鋁層21b限定的空間,并且構(gòu)造為,使得作為測試氣體的內(nèi)燃機(jī)的排氣通過擴(kuò)散抵抗部3 2被引入內(nèi)部空間31。即,在元件部1中,內(nèi)部空間31通過擴(kuò)散抵抗部32與內(nèi)燃機(jī)的排氣管的內(nèi)部連通(兩者都未示出)。因此,排氣管中的排氣作為測試氣體被引入內(nèi)部空間31。
[0203]第一大氣引入路徑51由第一固體電解質(zhì)物11s、第三氧化鋁層21c和第四氧化鋁層21d限定,并且向排氣管外側(cè)的大氣開口。第一大氣引入路徑51對應(yīng)于第一另一空間。第二大氣引入路徑52由第二固體電解質(zhì)物12s、第一氧化鋁層21a和第六氧化鋁層21f限定,并且向排氣管外側(cè)的大氣開口。第二大氣引入路徑52對應(yīng)于第二另一空間。
[0204]第一電極Ila是陰極,第二電極Ilb是陽極。第一電極IIa附接至第一固體電解質(zhì)物Ils的一側(cè)上的表面(具體地,限定內(nèi)部空間31的第一固體電解質(zhì)物Ils的表面)。另一方面,第二電極Ilb附接至第一固體電解質(zhì)物Ils的另一側(cè)上的表面(具體地,限定第一大氣引入路徑51的第一固體電解質(zhì)物Ils的表面)。第一電極Ila和第二電極Ilb布置成使得橫跨第一固體電解質(zhì)物Ils彼此面對。第一電極I Ia和第二電極I Ib以及第一固體電解質(zhì)物Ils構(gòu)成通過氧栗行為具有氧氣排空能力的第一電化學(xué)電池He。
[0205 ]第三電極12a是陰極,第四電極12b是陽極。第三電極12a附接至第二固體電解質(zhì)物12s的一側(cè)上的表面(具體地,限定內(nèi)部空間31的第二固體電解質(zhì)物12s的表面)。另一方面,第四電極12b附接至第二固體電解質(zhì)物12s的另一側(cè)上的表面(具體地,限定第二大氣引入路徑52的第二固體電解質(zhì)物12s的表面)。第三電極12a和第四電極12b布置成橫跨第二固體電解質(zhì)物12s彼此面對。第三電極12a和第四電極12b以及第二固體電解質(zhì)物12s構(gòu)成通過氧栗行為具有氧氣抽空能力的第二電化學(xué)電池12c。這些第一電化學(xué)電池Ilc和第二電化學(xué)電池12c通過加熱器41被加熱并且被維持在期望溫度。
[0206]第一固體電解質(zhì)物11s、第二固體電解質(zhì)物12s和第一至第六氧化鋁層21a至21f的各層通過例如刮刀法以及擠出成型法等形成板形。第一電極I Ia和第二電極I Ib、第三電極12a和第四電極12b以及用于使這些電極通電的布線通過例如絲網(wǎng)印刷方法等形成。通過層壓上述這些板材并且燒制它們,一體地制造具有如上所述的結(jié)構(gòu)的元件部10。
[0207]第一電極Ila是包含鉑(Pt)和銠(Rh)的合金作為主成分的多孔金屬陶瓷電極,第二電極Ilb也是包含鉑(Pt)作為主成分的多孔金屬陶瓷電極。但是,構(gòu)成第一電極Ila的材料不受限制,只要當(dāng)預(yù)定電壓施加在第一電極Ua和第二電極Ilb之間時(shí),能夠還原地分解通過擴(kuò)散抵抗部32被引導(dǎo)至內(nèi)部空間31的測試氣體中所包含的氧氣和氮氧化物。優(yōu)選地,構(gòu)成第一電極Ila的材料包含鉑族成分諸如鉑(Pt)、銠(Rh)和鈀(Pd)或者其合金作為主成分。更優(yōu)選地,第一電極Ila是多孔金屬陶瓷電極,其包含從由鉑(Pt)、銠(Rh)和鈀(Pd)組成的族中選擇出的至少一種作為主成分。此外,構(gòu)成第二電極I Ib的材料并不限于上述材料,并且也能夠從利用氧栗行為廣泛用作電化學(xué)電池的陽極材料的各種材料中適當(dāng)選擇構(gòu)成第二電極I Ib的材料。
[0208]另一方面,第三電極12a和第四電極12b是包含鉑(Pt)作為主成分的多孔金屬陶瓷電極。但是,構(gòu)成第三電極12a的材料不受限制,只要當(dāng)包含在測試氣體中的氧氣能夠分解的電壓(具體地大約為0.1V或更大,典型地大約為0.4V)施加在第三電極12a和第四電極12b之間時(shí),通過擴(kuò)散抵抗部32被引導(dǎo)至內(nèi)部空間31的測試氣體中所包含的氧氣能夠還原地分解。此外,構(gòu)成第四電極12b的材料并不限于上述材料,并且也能夠從利用氧栗行為廣泛用作電化學(xué)電池的陽極材料的各種材料中適當(dāng)選擇構(gòu)成第四電極12b的材料。
[0209]在圖6示出的例子中,第二電化學(xué)電池12c包括與構(gòu)成第一電化學(xué)電池Ilc的第一固體電解質(zhì)物Ils分離的第二固體電解質(zhì)物12s。但是,第二電化學(xué)電池12c可以與第一電化學(xué)電池Ilc共享第一固體電解質(zhì)物11s。在該情況下,第一大氣引入路徑51充當(dāng)?shù)谝涣硪豢臻g和第二另一空間。
[0210]氣體傳感器進(jìn)一步包括電源61、安培表71以及未示出的ECU(電子控制單元)。電源61和安培表71連接至E⑶。
[0211]電源61構(gòu)造為能夠在第一電極Ila和第二電極Ilb之間施加預(yù)定電壓,使得第二電極Ilb的電勢高于第一電極Ila的電勢。通過E⑶控制電源61的工作。
[0212]安培表71構(gòu)造為測量電極電流的幅值,電極電流是在第一電極IIa和第二電極I Ib之間流動的電流(即,流經(jīng)第一固體電解質(zhì)物Ils的電流),并且安培表71構(gòu)造為輸出測量值至 ECU。
[0213]此外,氣體傳感器進(jìn)一步包括電源62和安培表72。電源62和安培表72連接至E⑶。
[0214]電源62構(gòu)造為能夠在第三電極12a和第四電極12b之間施加預(yù)定電壓,使得第四電極12b的電勢高于第三電極12a的電勢。通過E⑶控制電源62的工作。
[0215]安培表72構(gòu)造為測量電極電流的幅值,電極電流是在第三電極12a和第四電極12b之間流動的電流(即,流經(jīng)第二固體電解質(zhì)物12s的電流),并且安培表72構(gòu)造為輸出測量值至 ECU。
[0216]如上所述,第一電化學(xué)電池I Ic和第二電化學(xué)電池12c通過加熱器41被加熱?;诋?dāng)高頻電壓施加在第三電極12a和第四電極12b之間時(shí)的阻抗來檢測作為結(jié)果的元件部10的溫度。ECU構(gòu)造為基于檢測的溫度來控制至加熱器41的電力供給,并且構(gòu)造為控制元件部10的溫度。但是,基于當(dāng)高頻電壓施加在第一電極Ila和第二電極Ilb之間時(shí)的阻抗,或者通過單獨(dú)地準(zhǔn)備的另一溫度傳感器,可以檢測元件部10的溫度。
[0217]E⑶是微計(jì)算機(jī),其包括CPU、存儲CPU執(zhí)行的程序以及設(shè)定表(數(shù)據(jù)表)等的R0M、以及暫時(shí)存儲數(shù)據(jù)的RAM(均未示出)ACU連接至未示出的內(nèi)燃機(jī)的執(zhí)行器(燃料噴射閥、節(jié)流閥、EGR閥等KE⑶構(gòu)造為傳遞驅(qū)動(指示)信號至這些執(zhí)行器并且構(gòu)造為控制內(nèi)燃機(jī)。
[0218]ECU能夠控制第一施加電壓,第一施加電壓是施加在第一電極Ila和第二電極Ilb之間的電壓。即,電源61和ECU構(gòu)成第一電壓控制部。具體地,構(gòu)成第一電壓控制部的ECU的功能為控制電源61的操作,使得作為施加在第一電極Ila和第二電極Ilb之間的電壓的第一施加電壓變成與第一目標(biāo)施加電壓相同。此外,ECU能夠接收對應(yīng)于從安培表71輸出的、流經(jīng)第一電化學(xué)電池11c的電極電流的信號。即,安培表71和ECU構(gòu)成第一測量控制部。此外,ECU能夠控制施加在第三電極12a和第四電極12b之間的電壓。即,電源62和ECU構(gòu)成第二電壓控制部。具體地,構(gòu)成第二電壓控制部的ECU的功能為控制電源71的操作,使得施加在第三電極12a和第四電極12b之間的電壓變成與第二目標(biāo)施加電壓相同。此外,ECU能夠接收對應(yīng)于從安培表72輸出的流經(jīng)第二電化學(xué)電池12c的電極電流的信號。即,安培表72和ECU構(gòu)成第二測量控制部。此外,ECU能夠通過控制對加熱器41的通電的量來控制元件部10的溫度。即,加熱器41和ECU構(gòu)成溫度調(diào)節(jié)部。具體地,構(gòu)成測量控制部中的任一者的ECU的功能為輸出目標(biāo)元件溫度,并且構(gòu)成溫度調(diào)節(jié)部的ECU的功能為基于目標(biāo)元件溫度來控制對加熱器41的通電的量。
[0219]在圖6示出的例子中,包括作為單獨(dú)的電壓控制部的第一電壓控制部和第二電壓控制部。但是,這些電壓控制部可以構(gòu)造為一個電壓控制部,只要能夠分別在預(yù)期的電極之間施加預(yù)期的施加電壓。類似地,在圖1示出的例子中,包括作為單獨(dú)的測量控制部的第一測量控制部和第二測量控制部。但是,這些測量控制部可以構(gòu)造為一個測量控制部,只要能夠分別從預(yù)期的電極之間獲取預(yù)期的檢測值。
[0220](氣體濃度檢測操作)
[0221]上述E⑶的CPU通過加熱器41加熱元件部10至不小于激活溫度的第一預(yù)定溫度。激活溫度是“元件部10的溫度”,在該溫度下表現(xiàn)出固體電解質(zhì)(第一固體電解質(zhì)物Ils和第二固體電解質(zhì)物12s)的氧離子傳導(dǎo)性。在本示例中,第一預(yù)定溫度為750°C。
[0222]在該狀態(tài)下,CPU施加對應(yīng)于第三電極12a和第四電極12b之間的氧氣的極限電流區(qū)域的電壓(例如,0.4V),使得第三電極12a和第四電極12b分別變成陰極和陽極。從而,包含在測試氣體中的氧氣在第三電極12a處分解,生成氧離子(O2—),并且生成的氧離子通過氧栗行為從內(nèi)部空間31排放至第二大氣引入路徑52。這樣,CPU使用第二電化學(xué)電池12c以大致消除包含在內(nèi)部空間31中的測試氣體中的氧氣。
[0223]此時(shí)在第三電極12a和第四電極12b之間流動的電極電流的幅值(第二氧分解電流值)對應(yīng)于包含在測試氣體中的氧氣的濃度。ECU接收對應(yīng)于從安培表71輸出的第二氧分解電流值的信號。因而,CPU使用第二電化學(xué)電池12c以檢測在內(nèi)部空間31中的測試氣體中所包含的氧氣的濃度。并且,基于檢測的氧氣的濃度,計(jì)算供給至內(nèi)燃機(jī)的燃料空氣混合物的空燃比。
[0224]另一方面,在元件部10通過加熱器41加熱至第一預(yù)定溫度的狀態(tài)下,CPU施加對應(yīng)于第一電極Ila和第二電極Ilb之間的氮氧化物的極限電流區(qū)域的電壓(Vnqx)(例如,0.4V),使得第一電極Ila和第二電極Ilb分別變成陰極和陽極。如上所述,在內(nèi)部空間31中的測試氣體中所包含的氧氣通過第二電化學(xué)電池12c基本上被消除。因此,在第一電極Ila處,包含在測試氣體中的氮氧化物分解,并且伴隨該分解,電極電流流動在第一電極Ua和第二電極I Ib之間。
[0225]如圖7所示,上述電極電流的幅值(第一電極電流值)在包含在測試氣體中的氮氧化物的濃度高(實(shí)線)的情形與濃度低(點(diǎn)劃線)的情形之間是不同的。即,第一電極電流值取決于包含在測試氣體中的氮氧化物的濃度而變化。因而,CPU檢測包含在測試氣體中的氮氧化物的濃度。此外,例如,在不同于本示例中的NOx傳感器的傳感器電池(第一電化學(xué)電池lie)的上游未準(zhǔn)備栗送電池(第二電化學(xué)電池12c)的情形下,以及在不是所有包含在測試氣體中的氧氣都能通過在上游準(zhǔn)備的栗送電池等排放的情形下,氧氣存在于達(dá)到傳感器電池的測試氣體中。在這種情況下,如圖7的括號所示,第一電極電流值不僅包括氮氧化物的分解電流值,而且包括氧氣的分解電流值(極限電流值)。
[0226](根據(jù)常規(guī)技術(shù)的NOx傳感器的異常診斷操作)
[0227]如上所述,在根據(jù)常規(guī)技術(shù)的FC診斷中,當(dāng)氧氣的分解電流值(Ifc)已經(jīng)停留在實(shí)施通??杖急瓤刂茣r(shí)檢測的氧氣的分解電流值的范圍內(nèi)時(shí),在即使燃料切斷(FC)正在實(shí)施中但是沒有執(zhí)行FC達(dá)預(yù)定時(shí)間段或者更久的情況下,判定傳感器的輸出特性異常。
[0228]但是,如上所述,通過基于上述以較大量存在的氧氣的分解電流的幅值來執(zhí)行的氣體傳感器的輸出特性的異常診斷方法,不能夠精確并容易地檢測出檢測以微量存在于排氣中的氮氧化物的濃度的NOx傳感器的輸出特性的微小改變。
[0229](通過第二系統(tǒng)進(jìn)行的NOx傳感器的異常診斷操作)
[0230]另一方面,如上所述,第二系統(tǒng)基于當(dāng)燃料供給至內(nèi)燃機(jī)時(shí)檢測的水的分解電流的幅值(水分解電流值),來診斷NOx傳感器的輸出特性的異常的存在,水的分解在施加電壓高于用于氧氣的施加電壓時(shí)開始。
[0231]水分解電流值(IH2Q)是基于當(dāng)?shù)谝皇┘与妷菏堑谝活A(yù)定電壓時(shí)檢測的第一電極電流值而獲取的。如上述圖7所示,當(dāng)?shù)谝皇┘与妷菏堑谝活A(yù)定電壓(VH2Q)時(shí)檢測到的第一電極電流值包括氮氧化物的分解電流值(1.)和水分解電流值(I.) ο因此,例如,能夠通過從在水的還原分解發(fā)生的施加電壓(VH2Q)下檢測到的第一電極電流值減去在對應(yīng)于氮氧化物的上述極限電流區(qū)域的施加電壓(Vnqx)下檢測到的第一電極電流的幅值(對應(yīng)于氮氧化物分解電流(I.))來計(jì)算水分解電流值(I.)(稍后將詳細(xì)提到)。如上所述關(guān)于第一系統(tǒng),基于這樣獲取的水分解電流值(I.)是否已經(jīng)偏離于在該時(shí)間對應(yīng)于包含在排氣中的水的濃度的參考水分解電流值(Ih2QBASE),能夠判定NOx傳感器的輸出特性是否異常。
[0232]使用具有各種改變的輸出特性的NO X傳感器,本發(fā)明人測量包含恒定濃度(10ppm)氮氧化物的排氣中所包含的氮氧化物的分解電流值(Inqx)和在具有恒定空燃比(A/F = 20)的燃料空氣混合物供給至內(nèi)燃機(jī)的同時(shí)通過第二系統(tǒng)檢測的水分解電流值(I.),并且調(diào)查這些值之間的相關(guān)性。在第一電化學(xué)電池Ilc中,在設(shè)定為0.4V的第一施加電壓下檢測氮氧化物的分解電流(Inqx),在設(shè)定為1.0V的第一施加電壓下檢測水的分解電流(IH20) O
[0233]此外,當(dāng)使水的還原分解發(fā)生的施加電壓施加在具有上述構(gòu)造的第一電極Ila和第二電極Ilb之間時(shí),包含在測試氣體中的不僅水、而且硫氧化物被還原地分解。正如稍后將提到的,取決于元件部10的溫度,硫氧化物的分解產(chǎn)物可以吸附至第一電極11a。但是,因?yàn)樵诒臼纠械谝活A(yù)定溫度為750°C,所以硫氧化物的分解產(chǎn)物不吸附至第一電極11a。
[0234]如圖8所示,通過上述實(shí)驗(yàn)獲取的氮氧化物的分解電流值(Inqx)和水分解電流值(Ih2Q)示出了非常良好的相關(guān)性。這表明通過第二系統(tǒng)用于氣體傳感器的異常診斷的水分解電流值(Ih2Q)合適作為用于診斷氮氧化物的分解電流值(Inox)的輸出特性的異常的指標(biāo)。
[0235](具體操作)
[0236]此處,將更具體地說明通過第二系統(tǒng)執(zhí)行的氣體傳感器(NOx傳感器)的異常診斷操作。此外,在本示例中,通過氣體傳感器檢測供給至內(nèi)燃機(jī)的燃料空氣混合物的空燃比,并且根據(jù)空燃比規(guī)定的參考水分解電流值不被按原樣使用,并且如上所述,基于在實(shí)施燃料切斷(FC)時(shí)檢測到的氧氣的分解電流值來校正參考水分解電流值。此外,在本示例中,當(dāng)在實(shí)施FC時(shí)檢測到的氧氣的分解電流值已經(jīng)極大地偏離于參考值時(shí),判定氣體傳感器異常,并且不執(zhí)行基于水分解電流值的氣體傳感器的異常診斷。
[0237](FC 診斷)
[0238]然后,將首先說明基于在實(shí)施FC時(shí)檢測的氧氣的分解電流值(大氣分解電流值)的氣體傳感器的異常診斷(FC診斷)。圖9是用于示出通過第二系統(tǒng)執(zhí)行的氣體傳感器(NOx傳感器)的FC診斷例程的示例的流程圖。例如,上述ECU的CPU(下文中,可以簡稱為“CPU”)在預(yù)定正時(shí)從步驟S900開始處理,并且進(jìn)行到步驟S905。
[0239]在步驟S905中,CPU判定用于示出關(guān)于氣體傳感器的輸出特性是否異常的診斷(下文中,可以簡稱為“異常診斷”)還未完成的標(biāo)志(異常診斷未完成標(biāo)志:Fd)是否被升高(設(shè)定為“I”)。例如,無論何時(shí)已經(jīng)經(jīng)過某個時(shí)間段或者無論何時(shí)使用氣體傳感器的車輛的里程增加某個距離,該異常診斷未完成標(biāo)志設(shè)定為“I”。另一方面,稍后將提到,無論何時(shí)異常診斷已經(jīng)完成,該異常診斷未完成標(biāo)志設(shè)定為“0(零)”。
[0240]當(dāng)在上述步驟S905中判定異常診斷未完成標(biāo)志Fd設(shè)定為“I”時(shí)(S905:是),CPU進(jìn)行至以下步驟S910,并判定為了執(zhí)行FC診斷而應(yīng)當(dāng)滿足的條件(FC診斷實(shí)施條件)是否滿足。此外,在本示例中,當(dāng)所有以下(Fl)至(F3)滿足時(shí),F(xiàn)C診斷實(shí)施條件滿足。但是,F(xiàn)C診斷實(shí)施條件并不限于以下條件,并且能夠根據(jù)例如施加了氣體傳感器的內(nèi)燃機(jī)的使用等來適當(dāng)限定。
[0241](Fl)已經(jīng)完成施加了氣體傳感器的內(nèi)燃機(jī)的暖機(jī)。
[0242](F2)自實(shí)施燃料切斷(FC)開始起已經(jīng)經(jīng)過預(yù)定時(shí)間段。
[0243](F3)氣體傳感器的元件部的溫度不小于其激活溫度。
[0244]當(dāng)在上述步驟S910中判定FC診斷實(shí)施條件滿足時(shí)(S910:是),CPU進(jìn)行至以下步驟S915,并且從處于第三狀態(tài)的第二電化學(xué)電池12c(栗送電池)獲取第二大氣分解電流值(Ifc),第二大氣分解電流值是由于包含在測試氣體中的氧氣的分解而在第三電極12a和第四電極12b之間流動的電流的值。
[0245]接下來,CPU進(jìn)行到步驟S920,并讀取預(yù)先存儲在ECU包括的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備(例如,ROM等)中的第二參考大氣分解電流值(Ifcbase)。如上所述,第二參考大氣分解電流值(Ifcbase)是當(dāng)正常狀態(tài)下的氣體傳感器的第二電化學(xué)電池12c在FC實(shí)施期間處于第三狀態(tài)時(shí)由于包含在測試氣體中的氧氣的分解而在第三電極12a和第四電極12b之間流動的電流的值。而且,CPU計(jì)算出第二大氣檢測偏差(Dfc),第二大氣檢測偏差是通過從在步驟S915中獲取的第二大氣分解電流值(Ifc)減去第二參考大氣分解電流值(Ifcbase)獲得的值與第二參考大氣分解電流值(IFCBASE )之比。
[0246]當(dāng)氣體傳感器的輸出特性正常時(shí),如上所述獲取的第二大氣分解電流值(Ifc)與第二參考大氣分解電流值(Ifcbase)的偏差應(yīng)當(dāng)落入預(yù)定閾值內(nèi)。相反,當(dāng)?shù)诙髿夥纸怆娏髦?Ifc)與第二參考大氣分解電流值(Ifcbase)的偏差超過預(yù)定閾值時(shí),能夠判定氣體傳感器的輸出特性異常。因此,在步驟S920中CPU判定上述第二大氣檢測偏差(Dfc)是否大于預(yù)定第三上限。
[0247]當(dāng)在上述步驟S920中判定第二大氣檢測偏差(Dfc)大于預(yù)定第三上限時(shí)(S920:是),由于輸出特性的異常,氣體傳感器處于傳感器輸出過分地(過大地)擴(kuò)大而不為其待檢測的正常值的狀態(tài)。因此,CPU進(jìn)行至以下步驟S925,并且做出判定:伴隨檢測值的擴(kuò)大,輸出特性的異常已經(jīng)出現(xiàn)在氣體傳感器中。在本示例中CPU開啟對應(yīng)于該判定的故障報(bào)警燈(MIL)0
[0248]此后,CPU進(jìn)行至以下步驟S940,上述異常診斷是未完成標(biāo)志Fd被取低(設(shè)定為“O(零)”)。即,CPU記錄關(guān)于氣體傳感器的異常診斷已經(jīng)完成。此后,CPU進(jìn)行至以下步驟S945,并且用于表明通過FC診斷氣體傳感器的輸出特性已經(jīng)被判定為正常的FC診斷成功標(biāo)志(Ff)被取低(設(shè)定為“0(零)”)。此后,CPU進(jìn)行至以下步驟S995,立刻結(jié)束例程。
[0249]另一方面,當(dāng)在上述步驟S920中判定第二大氣檢測偏差(DFC)不大于預(yù)定第三上限時(shí)(S920:否),CPU進(jìn)行到步驟S930,并且判定是否第二大氣檢測偏差(Dfg)小于預(yù)定第三下限。
[0250]當(dāng)在上述步驟S930中判定第二大氣檢測偏差(Dfc)小于預(yù)定第三下限時(shí)(S930:是),由于輸出特性的異常,氣體傳感器處于傳感器輸出縮小得太小而不為其待檢測的正常值的狀態(tài)。因此,CPU進(jìn)行到以下步驟S935,并且做出判定:伴隨著檢測值的縮小的輸出特性的異常已經(jīng)出現(xiàn)在氣體傳感器中。在本示例中CPU開啟對應(yīng)于該判定的故障報(bào)警燈(MIL)。
[0251]此后,CPU進(jìn)行到步驟S940、步驟S945以及步驟S995,并且立刻結(jié)束例程。
[0252]此外,當(dāng)在上述步驟S905中判定異常診斷未完成標(biāo)志Fd未設(shè)定為“I”時(shí)(S905:否),并且,當(dāng)在上述步驟S910中判定FC診斷實(shí)施條件不滿足時(shí)(S910:否),CPU進(jìn)行到步驟S995并且立刻結(jié)束例程,而不執(zhí)行任何特殊處理。
[0253]此外,當(dāng)在上述步驟S930中判定第二大氣檢測偏差(Dfc)不小于預(yù)定第三下限時(shí)(S930:否),由于輸出特性的異常所導(dǎo)致的檢測值的擴(kuò)大或縮小還未發(fā)生在氣體傳感器中。因此,CPU進(jìn)行到步驟S950,并且提高FC診斷成功標(biāo)志(Ff)(設(shè)定為“I”)。此后,CPU進(jìn)行至以下步驟S995,并且立刻結(jié)束例程。
[0254]正如上文說明的,根據(jù)第二系統(tǒng),類似于根據(jù)常規(guī)技術(shù)的FC診斷,基于在FC實(shí)施期間檢測的氧氣分解電流,判定氣體傳感器的輸出特性是否異常。從而,正如稍后將提到的,當(dāng)判定氣體傳感器的輸出特性異常時(shí),為了基于水分解電流值執(zhí)行氣體傳感器的輸出特性的異常診斷,不需要基于第二大氣分解電流值與第二參考大氣分解電流值之比來校正參考水分解電流值。因此,能夠快速地并簡單地判定氣體傳感器的輸出特性的異常的存在。
[0255](異常診斷)
[0256]接下來,將說明通過第二系統(tǒng)執(zhí)行的基于水分解電流值的氣體傳感器的異常診斷。圖10是用于示出通過第二系統(tǒng)執(zhí)行的氣體傳感器(NOx傳感器)的異常診斷例程的示例的流程圖。例如,上述ECU的CPU在預(yù)定正時(shí)從步驟S1000開始處理,并進(jìn)行到步驟S1005。[°257] 在步驟S1005中,CPU判定用于示出氣體傳感器的輸出特性通過上述FC診斷已經(jīng)判定為正常的FC診斷成功標(biāo)志(Ff)是否已經(jīng)被升高(是否其已經(jīng)被設(shè)定為“I”)。當(dāng)通過上述FC診斷判定氣體傳感器的輸出特性正常時(shí),該FC診斷成功標(biāo)志Ff被升高(設(shè)定為“I”)。另一方面,當(dāng)通過FC診斷判定氣體傳感器的輸出特性異常,并且當(dāng)異常診斷(從現(xiàn)在起將要說明)已經(jīng)完成時(shí),其被取低(設(shè)定為“0(零)”)。
[0258]當(dāng)在上述步驟S1005中判定FC診斷成功標(biāo)志Ff已經(jīng)設(shè)定為“I”時(shí)(S1005:是),CPU進(jìn)行到以下步驟S1010,判定為了執(zhí)行異常診斷而應(yīng)當(dāng)滿足的條件(異常診斷實(shí)施條件)是否滿足。此外,在本示例中,當(dāng)滿足上文關(guān)于第一系統(tǒng)所述的所有(Cl)至(C4)時(shí),滿足異常診斷實(shí)施條件。但是,異常診斷實(shí)施條件并不限于上述條件,并且其能夠根據(jù)例如施加了氣體傳感器的內(nèi)燃機(jī)的使用等適當(dāng)限定。
[0259]當(dāng)在上述步驟SlOlO中判定異常診斷實(shí)施條件滿足時(shí)(S1010:是),CPU進(jìn)行至以下步驟S1020,獲取在第二狀態(tài)下所獲取的第一電極電流值作為測試成分濃度相關(guān)值,在第二狀態(tài)下,第一施加電壓等于包括在預(yù)定第二電壓區(qū)域中的第二預(yù)定電壓,測試成分濃度相關(guān)值是與包含在測試氣體中的測試成分的濃度關(guān)聯(lián)的值。在本示例中,因?yàn)闇y試成分為氮氧化物,所以第二預(yù)定電壓(0.4V)被設(shè)定為對應(yīng)于氮氧化物的極限電流區(qū)域的電壓(0.4V)。
[0260]此外,如上所述,在本例中,被引入元件部10的內(nèi)部空間31的測試氣體中所包含的氧氣被布置在作為傳感器電池的第一電化學(xué)電池Ilc的上游側(cè)的作為栗送電池的第二電化學(xué)電池12c分解,并且從內(nèi)部空間排出。結(jié)果,已經(jīng)到達(dá)第一電極Ila的測試氣體中所包含的氧氣的濃度大致為0(零)或者極其低,第一電極Ila是第一電化學(xué)電池Ilc的陰極。
[0261]因此,在第二狀態(tài)下獲取的第一電極電流值(S卩,測試成分濃度相關(guān)值)是NOx分解電流值本身,NOx分解電流值是由于包含在測試氣體中的氮氧化物的分解而在第一電極和第二電極之間流動的電流的值。從而,CPU獲取NOX分解電流值(InoX)。
[0262]接下來,CPU進(jìn)行到步驟S1025,并且將第一施加電壓切換至第一預(yù)定電壓(1.0V)。即,CPU將第一電化學(xué)電池Ilc的狀態(tài)從第二狀態(tài)切換至第一狀態(tài)。而且,在已經(jīng)經(jīng)過預(yù)定時(shí)間段并且氣體傳感器的輸出(第一電極電流值)已經(jīng)穩(wěn)定之后,獲取傳感器輸出(第一電極電流值)。因?yàn)榈趸锏姆纸忾_始電壓低于水的分解開始電壓,所以在第一狀態(tài)下在測試氣體中不僅水,而且氮氧化物被還原地分解。因此,該獲取的第一電極電流值不僅包括由于水的分解而流動的電極電流(水分解電流),而且包括由于氮氧化物的分解而流動的電極電流(NOx分解電流)。另一方面,因?yàn)榈谝活A(yù)定電壓是包括在氮氧化物的分解電流區(qū)域中的電壓,所以該NOx分解電流的幅值等于在上述步驟S1020中獲取的NOx分解電流值(I.)。即,在步驟S1025中獲取的第一電極電流值是在步驟S1020中獲取的NOx分解電流值(Inqx)與水分解電流值(Ih2o)的總和(第一電極電流值:IN0X+H20 = IN0X+IH20) ο
[0263]然后,CPU進(jìn)行至以下步驟S1030,通過從第一電極電流值(INQX+H2Q)減去在上述步驟S1020中獲取的NOx分解電流值(Inox)計(jì)算出水分解電流值(Ih2Q),水分解電流值是在第一狀態(tài)下由于水的分解而流動的電極電流的幅值。
[0264]在氣體傳感器的輸出特性正常的情形下,如上所述計(jì)算的水分解電流值(IH2Q)與參考水分解電流值(IH2QBASE)的偏差應(yīng)當(dāng)落入預(yù)定閾值內(nèi),參考水分解電流值是將由具有正常輸出特性的氣體傳感器檢測的,在時(shí)間點(diǎn)上對應(yīng)于包含在測試氣體中的水的濃度的水分解電流的值。相反,當(dāng)水分解電流值(Ih2O)與參考水分解電流值(Ih2qbase)的偏差超過預(yù)定閾值時(shí),能夠判定氣體傳感器的輸出特性異常。
[0265]然后,CPU進(jìn)行至以下步驟S1035,規(guī)定在當(dāng)獲取上述第一電極電流值(I N0X+H20)時(shí)的時(shí)間點(diǎn)處的參考水分解電流值(IH2C1BASE )。具體地,CPU根據(jù)在第二電化學(xué)電池12C中單獨(dú)地獲取的第二氧分解電流值(Ic12)計(jì)算對應(yīng)的燃料空氣混合物的空燃比,第二電化學(xué)電池12c是栗送電池,并且基于預(yù)先已經(jīng)儲存的設(shè)定表(數(shù)據(jù)表),根據(jù)該計(jì)算出的空燃比來規(guī)定參考水分解電流值(IH2QBASE)。
[0266]上述設(shè)定表是示出供給至內(nèi)燃機(jī)的燃料空氣混合物的空燃比與參考水分解電流值(1-BASE )之間的對應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)表,參考水分解電流值是當(dāng)具有正常輸出特性的氣體傳感器的第二電化學(xué)電池處于第三狀態(tài)時(shí),由于包含在測試氣體中的水的分解而在第三電極和第四電極之間流動的電流的值。即,在本示例中,燃料空氣混合物的空燃比是濕度相關(guān)值,燃料空氣混合物的空燃比與參考水分解電流值(Ih2qbase)之間的對應(yīng)關(guān)系是第一對應(yīng)關(guān)系O
[0267]但是,不是必須要求根據(jù)在栗送電池中單獨(dú)地獲取的第二氧分解電流值(12)計(jì)算對應(yīng)的燃料空氣混合物的空燃比。即,第二氧分解電流值(12)可以是濕度相關(guān)值,第二氧分解電流值(102 )與參考水分解電流值(IH20BASE )之間的對應(yīng)關(guān)系可以是第一對應(yīng)關(guān)系。
[0268]接下來,CPU進(jìn)行到步驟S1040,基于在上述FC診斷中獲取的第二大氣分解電流值(Ifc)和第二參考大氣分解電流值(Ifcbase),來校正在上述步驟S1035中規(guī)定的參考水分解電流值(IH2C1BASE )。具體地,通過將參考水分解電流值(IH2C1BASE )乘以第二大氣分解電流值(IfC )與第二參考大氣分解電流值(Ifcbase)之比,CPU計(jì)算校正的參考水分解電流值Ih20j。
[0269]接下來,CPU進(jìn)行到步驟S1050,判定濕度檢測偏差(Dw)是否大于預(yù)定第一上限。此處,濕度檢測偏差(Dw)是通過從水分解電流值(IH2Q)減去如上所述在步驟S1040校正的參考水分解電流值(1_)獲得的值與參考水分解電流值(1_)之比(Dw= (Ιη20-Ιη20:)/Ι_)。
[0270]當(dāng)在上述步驟S1050中判定濕度檢測偏差(Dw)大于預(yù)定第一上限時(shí)(S1050:是),由于輸出特性的異常,氣體傳感器處于傳感器輸出過分地(過大地)擴(kuò)大而不為其待檢測的正常值的狀態(tài)。因此,CPU進(jìn)行至以下步驟S1055,做出判定:伴隨檢測值的擴(kuò)大,輸出特性的異常已經(jīng)出現(xiàn)在氣體傳感器中。在本例中CPU開啟對應(yīng)于判定的故障報(bào)警燈(MIL)。
[0271]此后,CPU進(jìn)行至以下步驟S1070,上述異常診斷未完成標(biāo)志Fd和FC診斷成功標(biāo)志Ff兩者被取低(設(shè)定為“0(零)”)。即,CPU記錄關(guān)于氣體傳感器的異常診斷已經(jīng)完成,并且復(fù)位FC診斷。此后,CPU進(jìn)行至以下步驟S1075,使第一施加電壓返回至第二預(yù)定電壓(0.4V)。此后,CPU進(jìn)行至以下步驟S1095,并立刻結(jié)束例程。
[0272]另一方面,當(dāng)在上述步驟S1050中判定濕度檢測偏差(Dw)不大于預(yù)定第一上限時(shí)(S1050:否),CPU進(jìn)行到步驟S1060,判定濕度檢測偏差(Dw)是否小于預(yù)定第一下限。
[0273]當(dāng)在上述步驟S1060中判定濕度檢測偏差(Dw)小于預(yù)定第一上限時(shí)(S1060:是),氣體傳感器處于由于輸出特性的異常而導(dǎo)致傳感器輸出縮小得太小而不為其待檢測的正常值的狀態(tài)。因此,CPU進(jìn)行至以下步驟S1065,做出判定:伴隨著檢測值的縮小的輸出特性的異常已經(jīng)出現(xiàn)在氣體傳感器中。在本例中CPU開啟對應(yīng)于判定的故障報(bào)警燈(MIL)。
[0274]此后,CPU進(jìn)行到步驟S1070、步驟S1075以及步驟S1095,并且立刻結(jié)束例程。
[0275]此外,當(dāng)在上述步驟S1005中判定FC診斷成功標(biāo)志Ff未設(shè)定為“I”時(shí)(S1005:否),并且當(dāng)在上述步驟S1010中判定異常診斷實(shí)施條件不滿足時(shí)(S1010:否),CPU進(jìn)行到步驟S1095并且立刻結(jié)束例程,而不執(zhí)行任何特殊處理。
[0276]此外,當(dāng)在上述步驟S1060中判定濕度檢測偏差(Dw)不小于預(yù)定第一下限時(shí)(S1060:否),由于輸出特性的異常所導(dǎo)致的檢測值的擴(kuò)大或縮小還未發(fā)生在氣體傳感器中。因此,CPU進(jìn)行到步驟S1095并且立刻結(jié)束例程,而不執(zhí)行任何特殊處理。
[0277]正如上文說明的,根據(jù)第二系統(tǒng),在檢測包含在內(nèi)燃機(jī)的排氣中的氮氧化物的分解電流值的極限電流型氧氣傳感器(NOx傳感器)中,檢測水(H2O)的分解電流值(水分解電流),并且基于其與對應(yīng)于包含在排氣中的水的濃度的水參考分解電流值(參考水分解電流)的偏差,診斷極限電流型氣體傳感器的輸出特性的異常的存在。從而,不僅能夠精確并容易地診斷氣體傳感器的輸出特性的明顯異常,而且能夠精確并容易地診斷氣體傳感器的輸出特性的微小異常。
[0278]此外,雖然通過氣體傳感器檢測供給至內(nèi)燃機(jī)的燃料空氣混合物的空燃比,并且基于在燃料切斷時(shí)檢測到的氧氣的分解電流值來校正根據(jù)空燃比規(guī)定的參考水分解電流值,但是,在本例中,參考水分解電流值可以照原樣使用,而不校正參考水分解電流值。可替換地,如上所述,參考水分解電流值可以根據(jù)包含在測試氣體中的水的濃度來規(guī)定,水的濃度通過單獨(dú)地準(zhǔn)備的濕度傳感器等檢測。此外,例如,可以基于內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣的溫度來估計(jì)包含在測試氣體中的水的濃度,并且參考水分解電流值可以根據(jù)該估計(jì)出的水的濃度來規(guī)定。此外,當(dāng)判定氣體傳感器的輸出特性正常時(shí),可以用在上述FC診斷中獲取的第二大氣分解電流值(Ifc)來更新(學(xué)習(xí))第二參考大氣分解電流值(Ifcbase)。
[0279]順便提及,在本例中,水分解電流值(I.)是在第一狀態(tài)下由于水的分解而流動的電極電流的幅值,通過從第一電極電流值(1.+.)減去在上述步驟S1020中獲取的NOx分解電流值(I.)來計(jì)算水分解電流值(1.)。但是,相比于包含在測試氣體中的水的濃度數(shù)量級),包含在測試氣體中的氮氧化物的濃度(ppm數(shù)量級)充分小。因此,第一電極電流值(IN0X+H2Q)可以按原樣用作水分解電流值(IH20)。
[0280]〈第三實(shí)施例〉
[0281]此后,將說明根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的氣體傳感器的異常診斷系統(tǒng)(此后,稱為“第三系統(tǒng)”)。應(yīng)用了第三系統(tǒng)的氣體傳感器是使用極限電流型氧氣傳感器的雙電池型SOx傳感器(硫氧化物傳感器)。在SOx傳感器中,在上游側(cè)的第二電化學(xué)電池(栗送電池)分解并且排放排氣中的氧氣作為測試氣體,在下游側(cè)的第一電化學(xué)電池(傳感器電池)分解并且檢測測試氣體中的硫氧化物。此外,在本例中示出的SOx傳感器基于在在下游側(cè)的第一電化學(xué)電池(傳感器電池)中水的分解電流的幅值根據(jù)包含在測試氣體中的硫氧化物的濃度而改變的現(xiàn)象,來檢測硫氧化物的濃度。
[0282](構(gòu)造)
[0283]因?yàn)樯鲜鰵怏w傳感器的元件部10具有與已經(jīng)參考圖6說明的應(yīng)用了第二系統(tǒng)的氣體傳感器的元件部10相同的構(gòu)造,因此此處將不重復(fù)關(guān)于它的說明。
[0284](氣體濃度檢測操作)
[0285]上述E⑶的CPU通過加熱器41加熱元件部10至不小于激活溫度的第一預(yù)定溫度。激活溫度是“元件部10的溫度”,在該溫度下,表現(xiàn)出固體電解質(zhì)(第一固體電解質(zhì)物Ils和第二固體電解質(zhì)物12s)的氧離子傳導(dǎo)性。在本例中,第一預(yù)定溫度為600°C。
[0286]在該狀態(tài)下,CPU施加對應(yīng)于第三電極12a和第四電極12b之間的氧氣的極限電流區(qū)域的電壓(例如,0.4V),使得第三電極12a和第四電極12b分別變成陰極和陽極。從而,包含在測試氣體中的氧氣在第三電極12a處分解,生成氧離子(O2—),并且生成的氧離子通過氧栗行為從內(nèi)部空間31排放至第二大氣引入路徑52。因而,CPU使用第二電化學(xué)電池12c以大致消除包含在內(nèi)部空間31中的測試氣體中的氧氣。
[0287]此時(shí)在第三電極12a和第四電極12b之間流動的電極電流的幅值(第二氧分解電流值)對應(yīng)于包含在測試氣體中的氧氣的濃度。ECU接收對應(yīng)于從安培表71輸出的第二氧分解電流值的信號。因而,CPU使用第二電化學(xué)電池12c以檢測在內(nèi)部空間31中的測試氣體中所包含的氧氣的濃度。而且,基于檢測出的氧氣的濃度,計(jì)算供給至內(nèi)燃機(jī)的燃料空氣混合物的空燃比。
[0288]另一方面,CPU施加作為第二預(yù)定電壓的電壓(Vsox)(例如,1.1V),在該電壓下,硫氧化物的分解電流流動在第一電極Ila和第二電極Ilb之間,使得在元件部10通過加熱器41加熱至第一預(yù)定溫度的狀態(tài)下,第一電極Ila和第二電極Ilb分別變成陰極和陽極。如上所述,通過第二電化學(xué)電池12c大致消除在內(nèi)部空間31中的測試氣體中所包含的氧氣。因此,在第一電極Ila處,包含在測試氣體中的硫氧化物分解,并且伴隨此的電極電流在第一電極I Ia和第二電極I Ib之間流動。
[0289]但是,如上所述,在本例中示出的SOx傳感器基于在下游側(cè)的第一電化學(xué)電池(傳感器電池)中水的分解電流的幅值根據(jù)硫氧化物的濃度而改變的現(xiàn)象,來檢測測試氣體中的硫氧化物的濃度。即,在第二狀態(tài)下的第一電化學(xué)電池11 c中,不僅包含在測試氣體中的硫氧化物分解,而且包含在測試氣體中的水分解。因此,在第二狀態(tài)下的第一電化學(xué)電池Ilc中檢測到的第一電極電流包括測試氣體中包含的硫氧化物的分解電流(SOx分解電流)和測試氣體中包含的水的分解電流(水分解電流)。
[0290]正如由圖11中輪廓箭頭示出的,隨著包含在測試氣體中的硫氧化物的濃度變得更高,當(dāng)?shù)谝皇┘与妷菏堑诙A(yù)定電壓(V2)時(shí)第一電極電流變得更小。認(rèn)為該現(xiàn)象是因?yàn)榘跍y試氣體中的硫氧化物和水在處于第二狀態(tài)的第一電化學(xué)電池Uc中還原地分解,并且硫氧化物的分解產(chǎn)物吸附至并且積聚在第一電極Ila上,第一電極Ila是第一電化學(xué)電池Ilc的陰極。
[0291]圖12是通過繪制當(dāng)?shù)谝皇┘与妷菏堑诙A(yù)定電壓(V2)時(shí)的第一電極電流相對于包含在測試氣體中的硫氧化物(在該情況下,二氧化硫(SO2))的濃度而獲得的曲線圖。如從圖12顯而易見的,當(dāng)?shù)谝皇┘与妷菏堑诙A(yù)定電壓(V2)時(shí)的第一電極電流取決于包含在測試氣體中的硫氧化物(在該情況下,二氧化硫(SOx))的濃度而改變。因此,基于當(dāng)?shù)谝皇┘与妷菏堑诙A(yù)定電壓(V2)時(shí)的第一電極電流,能夠檢測包含在測試氣體中的硫氧化物(在該情況下,硫氧化物(SOx))的濃度。在本例中,根據(jù)本發(fā)明的氣體傳感器的異常診斷系統(tǒng)應(yīng)用于SOx傳感器,SOx傳感器基于這種測量原理來檢測包含在測試氣體中的硫氧化物的濃度。
[0292](根據(jù)常規(guī)技術(shù)的SOx傳感器的異常診斷操作)
[0293]類似于先前關(guān)于第二系統(tǒng)提到的NOx傳感器,同樣在SOx傳感器中,通過基于以較大量存在于測試氣體中的氧氣的分解電流的幅值來執(zhí)行的氣體傳感器的輸出特性的異常診斷方法,不能夠精確并容易地檢測以微量存在于排氣中的硫氧化物的濃度的輸出特性的微小改變。
[0294](通過第三系統(tǒng)Sox進(jìn)行傳感器的異常診斷操作)
[0295]另一方面,類似于第二系統(tǒng),第三系統(tǒng)基于當(dāng)燃料供給至內(nèi)燃機(jī)時(shí)檢測的水的分解電流的幅值(水分解電流值)來診斷SOx傳感器的輸出特性的異常的存在,水的分解在施加電壓高于用于氧氣的施加電壓時(shí)開始。
[0296]但是,當(dāng)使水的還原分解發(fā)生的施加電壓施加在具有上述構(gòu)造的第一電極Ila和第二電極Ilb之間時(shí),包含在測試氣體中的不僅水還原地分解,而且硫氧化物還原地分解。在本例中第一預(yù)定溫度為600°C,正如從上述關(guān)于測量原理的說明中顯而易見的,在本例中硫氧化物的分解產(chǎn)物吸附至第一電極11a。因此,在本例中當(dāng)為了異常診斷的目的而檢測水的分解電流時(shí),需要升高元件部10的溫度,使得硫氧化物的分解產(chǎn)物不吸附至第一電極11a。在本例中,當(dāng)為了異常診斷的目的而檢測水的分解電流時(shí),元件部10的溫度設(shè)定為750Γ。
[0297]使用具有各種改變的輸出特性的SOx傳感器,關(guān)于包含恒定濃度(10ppm)的硫氧化物的排氣,本發(fā)明人測量通過第二系統(tǒng)檢測到的氣體傳感器的輸出值(在第二狀態(tài)下的第一電極電流值)和水分解電流值(IH2C1),并且調(diào)查這些值之間的相關(guān)性。在第一電化學(xué)電池Ilc中,在設(shè)定為600 °C的元件部10的溫度下,和設(shè)定為1.1V的第一施加電壓下,檢測第二狀態(tài)下的第一電極電流值,并且在設(shè)定為750°C的元件部10的溫度下和設(shè)定為1.0V的第一施加電壓下檢測水的分解電流(IH20) O
[0298]如圖13所示,通過上述實(shí)驗(yàn)獲取的SOx傳感器的輸出值(第二狀態(tài)下的第一電極電流值)和水分解電流值(I.)示出了非常良好的相關(guān)性。這表明用于通過第三系統(tǒng)進(jìn)行的氣體傳感器的異常診斷的水分解電流值(Ih2Q)還適合作為用于診斷SOx傳感器的輸出特性的異常的指標(biāo)。
[0299](具體操作)
[0300]此處,將更具體地說明通過第三系統(tǒng)執(zhí)行的氣體傳感器(SOx傳感器)的異常診斷操作。此外,在本例中,類似于第二系統(tǒng)的范例,通過氣體傳感器檢測供給至內(nèi)燃機(jī)的燃料空氣混合物的空燃比,并且根據(jù)空燃比規(guī)定的參考水分解電流值不按原樣使用,并且基于在實(shí)施燃料切斷(FC)時(shí)檢測到的氧氣的分解電流值來校正參考水分解電流值。此外,在本例中,當(dāng)在實(shí)施FC時(shí)檢測的氧氣的分解電流值已經(jīng)較大地偏離于參考值時(shí),判定氣體傳感器異常,并且不執(zhí)行基于水分解電流值的氣體傳感器的異常診斷。
[0301](FC 診斷)
[0302]基于在FC實(shí)施(FC診斷)期間檢測的氧氣的分解電流值(大氣分解電流值)的氣體傳感器的異常診斷與通過參考圖9同時(shí)已經(jīng)說明的第二系統(tǒng)執(zhí)行的氣體傳感器(NOx傳感器)的FC診斷相同。因此,省略關(guān)于通過第三系統(tǒng)執(zhí)行的氣體傳感器(SOx傳感器)的FC診斷的說明。
[0303](異常診斷)
[0304]接下來,將說明通過第三系統(tǒng)執(zhí)行的基于水分解電流值的氣體傳感器的異常診斷。圖14是用于示出通過第三系統(tǒng)執(zhí)行的氣體傳感器(SOx傳感器)的異常診斷例程的示例的流程圖。圖14所示的包含在流程圖中的各個步驟對應(yīng)于圖10示出的包含在流程圖中的各個步驟,在相應(yīng)的圖中對應(yīng)步驟的號碼的最后兩個數(shù)字相同。首先,上述ECU包括的CPU在預(yù)定正時(shí)從步驟S1400開始處理,并且進(jìn)行到步驟S1405。
[0305]從步驟S1405起的處理流程與從包括在圖10示出的流程圖中的步驟S1005起的處理流程相同,除了以下三點(diǎn)。
[0306](X)用作檢測對象的測試氣體部件在圖14中是硫氧化物,而在圖10中其是氮氧化物。
[0307](y)在對應(yīng)于圖10的步驟S1020的圖14的步驟S1420中,在元件部溫度設(shè)定為用于檢測SOx的溫度(600°C)下并且第一施加電壓設(shè)定為第二預(yù)定電壓(1.1V)下獲取傳感器輸出。
[0308](z)在以下步驟S1425(對應(yīng)于步驟S1025)中,為了獲取水分解電流值,不僅改變第一施加電壓,而且改變元件部10的溫度。
[0309]因此,雖然關(guān)于第二系統(tǒng)參考圖10的同時(shí)詳細(xì)說明了在每個步驟中執(zhí)行的處理,但是,在本例中,此處不說明包含在圖10示出的流程圖中的相應(yīng)每個相應(yīng)的步驟。
[0310]正如上文說明的,根據(jù)第三系統(tǒng),在檢測包含在內(nèi)燃機(jī)的排氣中的硫氧化物的分解電流值的極限電流型氧氣傳感器(SOx傳感器)中,檢測水(H2O)的分解電流值(水分解電流),并且基于其與對應(yīng)于包含在排氣中的水的濃度的水的參考分解電流值(參考水分解電流)的偏差,診斷極限電流型氣體傳感器的輸出特性的異常的存在。從而,不僅能夠精確并容易地診斷氣體傳感器的輸出特性的明顯異常,而且能夠精確并容易地診斷氣體傳感器的輸出特性的微小異常。
[0311]此外,雖然通過氣體傳感器檢測供給至內(nèi)燃機(jī)的燃料空氣混合物的空燃比,并且基于在燃料切斷時(shí)檢測到的氧氣的分解電流值來校正根據(jù)空燃比規(guī)定的參考水分解電流值,但是,同樣在本例中,參考水分解電流值可以按原樣使用,而在不校正參考水分解電流值??商鎿Q地,如上所述,可以通過根據(jù)單獨(dú)地準(zhǔn)備的濕度傳感器等檢測的包含在測試氣體中的水的濃度來規(guī)定參考水分解電流值。此外,例如,可以基于內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣的溫度來估計(jì)包含在測試氣體中的水的濃度,并且可以根據(jù)該估計(jì)出的水的濃度來規(guī)定參考水分解電流值。此外,當(dāng)判定氣體傳感器的輸出特性正常時(shí),可以用在上述FC診斷中獲取的第二大氣分解電流值(Ifc)來更新(學(xué)習(xí))第二參考大氣分解電流值(Ifcbase)。
[0312]順便提及,在本例中,水分解電流值(IH2Q)是由于在第一狀態(tài)下水的分解而流動的電極電流的幅值,通過從第一電極電流值(IS0X+H20 )減去SOx分解電流值(ISClX )而計(jì)算水分解電流值(IH2C))。但是,相比于包含在測試氣體中的水的濃度(%數(shù)量級),包含在測試氣體中的硫氧化物的濃度(ppm等級)充分小。因此,第一電極電流值(ISQX+H2Q)可以按原樣用作水分解電流值(Ih20) ο
[0313]如上所述,雖然有時(shí)參考附圖而已經(jīng)說明的具有具體構(gòu)造的一些實(shí)施例和修改是為了說明本發(fā)明的目的,但是毫無疑問,其不應(yīng)當(dāng)被解釋為本發(fā)明的范圍受限于這些示范實(shí)施例和修改,當(dāng)然在權(quán)利要求書和說明書中描述的事項(xiàng)的范圍內(nèi)能夠適當(dāng)?shù)靥砑尤魏涡薷摹?br>[0314][附圖標(biāo)記列表]
[0315]10、20和30:元件部;11a、12a和13a:電極(陰極);11b、12b和13b:電極(陽極);Ils和12s:第一和第二固體電解質(zhì)物;11c、12c和13c:栗送電池(第一至第三電化學(xué)電池);21a、21b、21c、21d、21e和21f:第一至第六氧化鋁層;31:內(nèi)部空間;32:擴(kuò)散抵抗物;41:加熱器;51和52:第一和第二大氣引入路徑;61、62和63:電源;71、72和73:安培表;以及81:電流差檢測器電路。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氣體傳感器的異常診斷系統(tǒng),用于診斷氣體傳感器是否異常,所述異常診斷系統(tǒng)包括: 元件部(I O ),其包括第一電化學(xué)電池(I IC )、致密物(21 a至21 e)以及擴(kuò)散抵抗部(32),所述第一電化學(xué)電池(He)包括具有氧離子傳導(dǎo)性的固體電解質(zhì)物(Hs)以及分別形成在所述固體電解質(zhì)物(Ils)的表面上的第一電極(Ila)和第二電極(11b),并且所述元件部(10)構(gòu)造為使得作為測試氣體的內(nèi)燃機(jī)的排氣通過所述擴(kuò)散抵抗部(32)被引入由所述固體電解質(zhì)物(Hs)和所述致密物(21a至21e)以及所述擴(kuò)散抵抗部(32)限定的內(nèi)部空間(31),并且所述第一電極(Ila)暴露于所述內(nèi)部空間(31),而所述第二電極(Ilb)暴露于第一另一空間(51),所述第一另一空間(51)是不同于所述內(nèi)部空間(31)的空間, 加熱器(41),其在通電時(shí)產(chǎn)生熱以加熱所述元件部(10), 電壓控制部(61和ECU),其改變第一施加電壓,所述第一施加電壓是施加在所述第一電極(Ila)和所述第二電極(Ilb)之間的電壓, 溫度調(diào)節(jié)部(41和ECU),其通過控制對所述加熱器(41)的通電量來改變所述元件部(10)的溫度, 測量控制部(71和ECU),其使用所述電壓控制部(61和ECU)來控制所述第一施加電壓,使用所述溫度調(diào)節(jié)部(41和ECU)來控制所述元件部(10)的溫度,并且獲取第一電極電流值,所述第一電極電流值是在所述第一電極(Ila)和所述第二電極(Ilb)之間流動的電流的值,并且 所述第一電極(Ila)構(gòu)造為能夠在第一狀態(tài)下分解包含在所述測試氣體中的水(H2O),在所述第一狀態(tài)下,所述元件部(10)的溫度是第一預(yù)定溫度并且所述第一施加電壓是落入預(yù)定第一電壓區(qū)域內(nèi)的第一預(yù)定電壓,所述第一預(yù)定溫度是不低于激活溫度的溫度,所述激活溫度是所述固體電解質(zhì)物(Hs)表現(xiàn)出氧離子傳導(dǎo)性的溫度,并且所述第一電極(Ila)構(gòu)造為能夠在第二狀態(tài)下分解測試成分,所述測試成分是在其分子結(jié)構(gòu)中包含氧原子的并且包含在所述測試氣體中的成分,在所述第二狀態(tài)下,所述元件部(10)的溫度是所述第一預(yù)定溫度并且所述第一施加電壓是落入預(yù)定第二電壓區(qū)域內(nèi)的第二預(yù)定電壓, 所述測量控制部(71和ECU)構(gòu)造為獲取在所述第二狀態(tài)下所獲取的所述第一電極電流值作為測試成分濃度相關(guān)值,所述測試成分濃度相關(guān)值是與包含在所述測試氣體中的所述測試成分的濃度關(guān)聯(lián)的值,其中: 所述測量控制部(71和ECU)預(yù)先存儲了第一對應(yīng)關(guān)系,所述第一對應(yīng)關(guān)系是濕度相關(guān)值和參考水分解電流值的對應(yīng)關(guān)系,所述濕度相關(guān)值是對應(yīng)于包含在所述測試氣體中的水的濃度的值,所述參考水分解電流值是當(dāng)正常狀態(tài)下的所述氣體傳感器的所述第一電化學(xué)電池(He)處于所述第一狀態(tài)時(shí)由于包含在所述氣體中的水的分解而在所述第一電極(Ila)和所述第二電極(Ilb)之間流動的電流的值,并且 所述測量控制部(71和ECU)構(gòu)造為,當(dāng)燃料供給至所述內(nèi)燃機(jī)時(shí),獲取當(dāng)前的所述濕度相關(guān)值,基于所述第一對應(yīng)關(guān)系來規(guī)定對應(yīng)于獲取的所述濕度相關(guān)值的所述參考水分解電流值,并且基于在所述第一狀態(tài)下所獲取的所述第一電極電流值來獲取水分解電流值,所述水分解電流值是由于包含在所述測試氣體中的水的分解而在所述第一電極(Ila)和所述第二電極(Ilb)之間流動的電流的值,并且 所述測量控制部(71和ECU)構(gòu)造為,當(dāng)濕度檢測偏差大于預(yù)定第一上限時(shí)或者當(dāng)所述濕度檢測偏差小于預(yù)定第一下限時(shí)判定所述氣體傳感器異常,所述濕度檢測偏差是通過從所述水分解電流值減去規(guī)定的所述參考水分解電流值所獲得的值與規(guī)定的所述參考水分解電流值之比。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異常診斷系統(tǒng),其中: 所述第一電極(Ila)構(gòu)造為能夠在所述第一施加電壓處于低于所述第一電壓區(qū)域的所述第二電壓區(qū)域的所述第二狀態(tài)下分解包含在所述測試氣體中的作為所述測試成分的氧, 所述測量控制部(71和ECU)構(gòu)造為基于在所述第一施加電壓處于低于所述第一電壓區(qū)域的所述第二電壓區(qū)域的所述第二狀態(tài)下所獲取的所述測試成分濃度相關(guān)值來獲取第一氧分解電流值,所述第一氧分解電流值是由于包含在所述測試氣體中的氧的分解而在所述第一電極(Ila)和所述第二電極(Ilb)之間流動的電流的值。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的異常診斷系統(tǒng),其中: 所述測量控制部(71和ECU)進(jìn)一步包括濕度傳感器,所述濕度傳感器檢測包含在所述測試氣體中的水的濃度,所述測量控制部(71和ECU)構(gòu)造為獲取檢測到的所述水的濃度作為所述濕度相關(guān)值,并且所述測量控制部(71和ECU)預(yù)先存儲了所述第一對應(yīng)關(guān)系,在所述第一對應(yīng)關(guān)系中,所述濕度傳感器所檢測到的所述水的濃度用作所述濕度相關(guān)值。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的異常診斷系統(tǒng),其中: 所述測量控制部(71和ECU)構(gòu)造為獲取所獲取的所述第一氧分解電流值作為所述濕度相關(guān)值,并且預(yù)先存儲了所述第一對應(yīng)關(guān)系,在所述第一對應(yīng)關(guān)系中,當(dāng)正常狀態(tài)下的所述氣體傳感器的所述第一電化學(xué)電池(Ilc)處于所述第二狀態(tài)時(shí)所獲取的所述第一氧分解電流值用作所述濕度相關(guān)值。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的異常診斷系統(tǒng),其中: 所述測量控制部(71和ECU)預(yù)先存儲了第一參考大氣分解電流值,所述第一參考大氣分解電流值是當(dāng)燃料不供給至所述內(nèi)燃機(jī)以及正常狀態(tài)下的所述氣體傳感器的所述第一電化學(xué)電池(He)處于所述第二狀態(tài)時(shí)由于包含在所述測試氣體中的氧的分解而在所述第一電極(I I a)和所述第二電極(I I b)之間流動的電流的值,所述測量控制部(71和ECU)構(gòu)造為基于當(dāng)燃料不供給至所述內(nèi)燃機(jī)時(shí)在所述第二狀態(tài)下所獲取的所述第一電極電流值來獲取第一大氣分解電流值,并且基于獲取的所述第一大氣分解電流值與所述第一參考大氣分解電流值之比來校正規(guī)定的所述參考水分解電流值,所述第一大氣分解電流值是由于包含在所述測試氣體中的氧的分解而在所述第一電極(Ila)和所述第二電極(Ilb)之間流動的電流的值。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的異常診斷系統(tǒng),其中: 所述測量控制部(71和ECU)構(gòu)造為,當(dāng)?shù)谝淮髿鈾z測偏差大于預(yù)定第二上限時(shí)或者當(dāng)所述第一大氣檢測偏差小于預(yù)定第二下限時(shí)判定所述氣體傳感器異常,所述第一大氣檢測偏差是通過從獲取的所述第一大氣分解電流值減去所述第一參考大氣分解電流值所獲得的值與所述第一參考大氣分解電流值之比。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異常診斷系統(tǒng),其中: 所述元件部(10)進(jìn)一步包括第二電化學(xué)電池(12c),所述第二電化學(xué)電池(12c)包括所述固體電解質(zhì)物(Ils)或者不同于所述固體電解質(zhì)物(Hs)的另一固體電解質(zhì)物(12s)以及分別形成在所述固體電解質(zhì)物(Ils或者12s)的表面上的第三電極(12a)和第四電極(12b),所述元件部(10)構(gòu)造為使得所述第三電極(12a)暴露于所述內(nèi)部空間(31)并且所述第四電極(12b)暴露于第二另一空間(52),所述第二另一空間(52)是不同于所述內(nèi)部空間(31)的空間,并且所述第三電極(12a)形成在比所述第一電極(Ila)更靠近所述擴(kuò)散抵抗部(32)的位置處, 所述電壓控制部(62和ECU)構(gòu)造為還施加第二施加電壓于所述第三電極(12a)和所述第四電極(12b)之間, 所述第三電極(12a)構(gòu)造為能夠在第三狀態(tài)下分解包含在所述測試氣體中的氧并且從所述內(nèi)部空間排放氧,在所述第三狀態(tài)下,所述元件部(10)的溫度是所述第一預(yù)定溫度并且施加所述第二施加電壓, 所述第一電極(Ua)構(gòu)造為能夠在所述第一施加電壓處于低于所述第一電壓區(qū)域的所述第二電壓區(qū)域的所述第二狀態(tài)下分解包含在所述測試氣體中的作為所述測試成分的氮氧化物,并且 所述測量控制部(71和ECU)構(gòu)造為基于在所述第一施加電壓處于低于所述第一電壓區(qū)域的所述第二電壓區(qū)域的所述第二狀態(tài)下所獲取的所述測試成分濃度相關(guān)值來獲取NOx分解電流值,所述NOx分解電流值是由于包含在所述測試氣體中的氮氧化物的分解而在所述第一電極(Ila)和所述第二電極(Ilb)之間流動的電流的值。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異常診斷系統(tǒng),其中: 所述元件部(10)進(jìn)一步包括第二電化學(xué)電池(12c),所述第二電化學(xué)電池(12c)包括所述固體電解質(zhì)物(Ils)或者不同于所述固體電解質(zhì)物(Ila)的另一固體電解質(zhì)物(12s)以及分別形成在所述固體電解質(zhì)物(Ils或者12s)的表面上的第三電極(12a)和第四電極(12b),所述元件部(10)構(gòu)造為使得所述第三電極(12a)暴露于所述內(nèi)部空間(31)并且所述第四電極(12b)暴露于第二另一空間(52),所述第二另一空間(52)是不同于所述內(nèi)部空間(31)的空間,并且所述第三電極(12a)形成在比所述第一電極(Ila)更靠近所述擴(kuò)散抵抗部(32)的位置處, 所述電壓控制部(62和ECU)構(gòu)造為還施加第二施加電壓于所述第三電極(12a)和所述第四電極(12b)之間, 所述第三電極(12a)構(gòu)造為能夠在第三狀態(tài)下分解包含在所述測試氣體中的氧并且從所述內(nèi)部空間(31)排放氧,在所述第三狀態(tài)下,所述元件部(10)的溫度是所述第一預(yù)定溫度并且施加所述第二施加電壓, 所述第一電極(Ua)構(gòu)造為能夠在所述第二狀態(tài)下分解包含在所述測試氣體中的作為所述測試成分的硫氧化物,并且 所述測量控制部(71和ECU)構(gòu)造為基于在所述第二狀態(tài)下所獲取的所述測試成分濃度相關(guān)值來獲取SOx分解電流值,所述SOx分解電流值是由于包含在所述測試氣體中的硫氧化物的分解而在所述第一電極(Ila)和所述第二電極(Ilb)之間流動的電流的值。9.根據(jù)權(quán)利要求7或權(quán)利要求8所述的異常診斷系統(tǒng),其中: 所述測量控制部進(jìn)一步包括濕度傳感器,所述濕度傳感器檢測包含在所述測試氣體中的水的濃度,所述測量控制部構(gòu)造為獲取檢測到的所述水的濃度作為所述濕度相關(guān)值,并且所述測量控制部預(yù)先存儲了所述第一對應(yīng)關(guān)系,在所述第一對應(yīng)關(guān)系中,所述濕度傳感器所檢測到的所述水的濃度用作所述濕度相關(guān)值。10.根據(jù)權(quán)利要求7或權(quán)利要求8所述的異常診斷系統(tǒng),其中: 所述測量控制部(72和ECU)構(gòu)造為獲取第二氧分解電流值并且獲取所獲取的所述第二氧分解電流值作為所述濕度相關(guān)值,所述第二氧分解電流值是由于在所述第三狀態(tài)下包含在所述測試氣體中的氧的分解而在所述第三電極(12a)和所述第四電極(12b)之間流動的電流的值,并且所述測量控制部(72和ECU)預(yù)先存儲了所述第一對應(yīng)關(guān)系,在所述第一對應(yīng)關(guān)系中,當(dāng)正常狀態(tài)下的所述氣體傳感器的所述第二電化學(xué)電池(12c)處于所述第三狀態(tài)時(shí)所獲取的所述第二氧分解電流值用作所述濕度相關(guān)值。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的異常診斷系統(tǒng),其中: 所述測量控制部預(yù)先存儲了第二參考大氣分解電流值,所述第二參考大氣分解電流值是當(dāng)燃料不供給至所述內(nèi)燃機(jī)以及正常狀態(tài)下的所述氣體傳感器的所述第二電化學(xué)電池(12c)處于所述第三狀態(tài)時(shí)由于包含在所述測試氣體中的氧的分解而在所述第三電極(12a)和所述第四電極(12b)之間流動的電流的值,所述測量控制部構(gòu)造為基于當(dāng)燃料不供給至所述內(nèi)燃機(jī)時(shí)在所述第三狀態(tài)下所獲取的所述第二氧分解電流值來獲取第二大氣分解電流值,并且基于所述第二大氣分解電流值與所述第二參考大氣分解電流值之比來校正規(guī)定的所述參考水分解電流值,所述第二大氣分解電流值是由于包含在所述測試氣體中的氧的分解而在所述第三電極(12a)和所述第四電極(12b)之間流動的電流的值。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的異常診斷系統(tǒng),其中: 所述測量控制部構(gòu)造為,當(dāng)?shù)诙髿鈾z測偏差大于預(yù)定第三上限時(shí)或者當(dāng)所述第二大氣檢測偏差小于預(yù)定第三下限時(shí)判定所述氣體傳感器異常,所述第二大氣檢測偏差是通過從獲取的所述第二大氣分解電流值減去所述第二參考大氣分解電流值所獲得的值與所述第二參考大氣分解電流值之比。13.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求12中任一項(xiàng)所述的異常診斷系統(tǒng),其中: 所述測量控制部構(gòu)造為,在所述第一電極(Ila)能夠在所述第一狀態(tài)下分解包含在所述測試氣體中的硫氧化物的情形下,當(dāng)在所述第一狀態(tài)下獲取水分解電流值時(shí),使用所述溫度調(diào)節(jié)部(41和ECU)將所述元件部(10)的溫度保持在第二預(yù)定溫度,所述第二預(yù)定溫度是不小于所述激活溫度的溫度,且所述第二預(yù)定溫度是這樣的溫度:在該溫度下,解吸附速率大于吸附速率,所述解吸附速率是包含在所述測試氣體中的硫氧化物的分解產(chǎn)物從所述第一電極(Ila)解吸附的速率,所述吸附速率是所述分解產(chǎn)物吸附至所述第一電極(Ila)的速率。
【文檔編號】G01N27/419GK106053578SQ201610204524
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月1日 公開號201610204524.1, CN 106053578 A, CN 106053578A, CN 201610204524, CN-A-106053578, CN106053578 A, CN106053578A, CN201610204524, CN201610204524.1
【發(fā)明人】青木圭一郎, 井出宏二, 林下剛, 金子豐治, 橋田達(dá)弘, 若尾和弘
【申請人】豐田自動車株式會社