空燃比传感器的异常诊断装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及配置在内燃机的排气通路中的空燃比传感器的异常诊断装置。
【背景技术】
[0002]以往就已知在将空燃比控制为目标空燃比的内燃机中，在内燃机排气通路内配置产生与空燃比对应的临界电流(界限电流)的临界电流式的空燃比传感器。在这样的内燃机中，利用空燃比传感器以使得空燃比成为目标空燃比的方式对向燃烧室供给的燃料量进行反馈控制。然而，该空燃比传感器有时发生如导致传感器元件的外表面和传感器元件的内部空间连通那样的元件开裂。当发生这样的元件开裂时，空燃比传感器不能产生与空燃比对应的适当的输出，其结果，不能将空燃比正确地反馈控制为目标空燃比。
[0003]因此，以往就公知用于检测空燃比传感器的元件开裂的异常诊断装置(例如，专利文献I)。根据专利文献1，通常对空燃比传感器的施加电压被设定在临界电流区域的中央，在空燃比传感器的传感器元件发生开裂、或者电极上的铂发生凝聚的情况下，被认为对空燃比传感器的施加电压从临界电流区域的中央部偏移到高电压侧。因此，在该专利文献I所记载的装置中，对空燃比传感器的施加电压从临界电流区域的中央部偏移到高电压侧或低电压侧的情况下，判断为空燃比传感器的传感器元件发生了开裂、或者电极上的铂发生了凝聚。
[0004]在先技术文献
[0005]专利文献1:日本特开2010-174790号公报
[0006]专利文献2:日本特开2000-55861号公报
[0007]专利文献3:日本特开2004-19542号公报
【发明内容】
[0008]然而，在专利文献I所记载的装置中，不能切实地检测出空燃比传感器的传感器元件发生了开裂。
[0009]因此，鉴于上述课题，本发明的目的在于提供能够切实地检测空燃比传感器的元件开裂的异常诊断装置。
[0010]为了解决上述课题，在一个技术方案中提供一种空燃比传感器的异常诊断装置，所述空燃比传感器被设置在内燃机的排气通路中，且产生与空燃比对应的临界电流，所述空燃比传感器的异常诊断装置具备检测所述空燃比传感器的输出电流的电流检测部、和控制所述空燃比传感器的温度的传感器温度控制装置，在通过所述传感器温度控制装置将所述空燃比传感器的温度控制为第一温度，并且在所述空燃比传感器的温度被设为第一温度的状态下所述内燃机以使得在所述空燃比传感器周围流通的排气的空燃比成为比理论空燃比浓的浓空燃比的方式对空燃比进行控制的期间，通过所述电流检测部检测所述空燃比传感器的输出电流，在通过所述传感器温度控制装置将所述空燃比传感器的温度控制为比所述第一温度高的第二温度，并且在所述空燃比传感器的温度被设为所述第二温度的状态下所述内燃机以使得在所述空燃比传感器周围流通的排气的空燃比成为浓空燃比的方式对空燃比进行控制的期间，通过所述电流检测部检测所述空燃比传感器的输出电流，在将所述空燃比传感器的温度控制为所述第一温度时的输出电流比将所述空燃比传感器的温度控制为所述第二温度时的输出电流大预先确定的值以上的情况下，判定为所述空燃比传感器产生了异常。
[0011]为了解决上述课题，在一个技术方案中提供一种空燃比传感器的异常诊断装置，所述空燃比传感器被设置在内燃机的排气通路中，且产生与空燃比对应的临界电流，所述空燃比传感器的异常诊断装置具备检测所述空燃比传感器的输出电流的电流检测部、和控制所述空燃比传感器的温度的传感器温度控制装置，在通过所述传感器温度控制装置将所述空燃比传感器的温度控制为第一温度，并且在所述空燃比传感器的温度被设为第一温度的状态下所述内燃机以使得在所述空燃比传感器周围流通的排气的空燃比成为比理论空燃比浓的浓空燃比的方式对空燃比进行控制的期间，通过所述电流检测部检测出的所述空燃比传感器的输出电流成为表示比理论空燃比稀的预先确定的第一稀空燃比以上的空燃比的电流值的情况下，暂时判定为所述空燃比传感器存在异常，在暂时判定为所述空燃比传感器存在异常时通过所述传感器温度控制装置将所述空燃比传感器的温度控制为比所述第一温度高的第二温度，并且在所述空燃比传感器的温度被设为所述第二温度的状态下所述内燃机以使得在所述空燃比传感器周围流通的排气的空燃比成为浓空燃比的方式对空燃比进行控制的期间，通过所述电流检测部检测所述空燃比传感器的输出电流，在将所述空燃比传感器的温度控制为所述第二温度时的输出电流成为表示比所述第一稀空燃比稀的第二稀空燃比以上的空燃比的电流值的情况下，正式判定为所述空燃比传感器产生了异常。
[0012]根据本发明，能够切实地检测空燃比传感器的元件开裂。
【附图说明】
[0013]图1是概略地示出使用了本发明的异常诊断装置的内燃机的图。
[0014]图2是空燃比传感器的概略截面图。
[0015]图3是表示各排气空燃比A/F下的施加电压V和输出电流I的关系的图。
[0016]图4是表示将施加电压V设为一定时的空燃比和输出电流I的关系的图。
[0017]图5是表示内燃机通常运转时的上游侧排气净化催化剂的氧吸藏量等的变化的时间图。
[0018]图6是发生了元件开裂的空燃比传感器的概略截面图。
[0019]图7是表示空燃比传感器发生了元件开裂时的输出电流I和空燃比A/F的关系的图。
[0020]图8A和图SB是表示空燃比传感器发生了元件开裂时的输出电流I和施加电压V的关系的图。
[0021]图9A和图9B是表示氧浓度传感器的概略截面图、和氧浓度传感器的输出电压E的变化的图。
[0022]图1OA和图1OB是表示空燃比传感器的概略截面图、和空燃比传感器的输出电流I的变化的图。
[0023]图11A、图1lB以及图1lC是表示空燃比传感器的输出电流I的图。
[0024]图12是表示空燃比传感器的输出电流I的图。
[0025]图13是表示空燃比传感器的输出电流I的图。
[0026]图14是表示进行了主动控制时的下游侧空燃比传感器的输出空燃比等的变化的时间图。
[0027]图15是表示进行了主动控制时的下游侧空燃比传感器的输出空燃比等的变化的时间图。
[0028]图16是表示空燃比传感器的输出电流和浓保护(rich guard)空燃比的关系的图。
[0029]图17是用于进行下游侧空燃比传感器的异常诊断的流程图。
[0030]图18是用于进行下游侧空燃比传感器的异常诊断的流程图。
[0031]图19是表示进行了主动控制时的下游侧空燃比传感器的输出空燃比等的变化的时间图。
[0032]图20是表示进行了主动控制时的下游侧空燃比传感器的输出空燃比等的变化的时间图。
[0033]图21是用于进行下游侧空燃比传感器的异常诊断的流程图。
[0034]图22是用于进行下游侧空燃比传感器的异常诊断的流程图。
[0035]附图标记说明
[0036]1:内燃机主体
[0037]5:燃烧室
[0038]7:进气口
[0039]9:排气口
[0040]19:排气歧管
[0041]20:上游侧排气净化催化剂
[0042]24:下游侧排气净化催化剂
[0043]31:ECU
[0044]40:上游侧空燃比传感器
[0045]41:下游侧空燃比传感器
【具体实施方式】
[0046]以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。再者，在以下的说明中，对同样的构成要素标记相同的参照编号。
[0047]<内燃机整体的说明>
[0048]图1是概略地示出使用本发明的第一实施方式涉及的异常诊断装置的内燃机的图。参照图1，I表示内燃机主体，2表示气缸体，3表示在气缸体2内进行往复运动的活塞，4表不固定在气缸体2上的气缸盖，5表不形成于活塞3与气缸盖4之间的燃烧室，6表不进气阀，7表示进气口，8表示排气阀，9表示排气口。进气阀6对进气口 7进行开闭，排气阀8对排气口 9进行开闭。
[0049]如图1所示，在气缸盖4的内壁面的中央部配置有火花塞10，在气缸盖4的内壁面周边部配置有燃料喷射阀11。火花塞10被构成为根据点火信号而产生火花。另外，燃料喷射阀11根据喷射信号向燃烧室5内喷射规定量的燃料。再者，燃料喷射阀11也可以以向进气口 7内喷射燃料的方式进行配置。另外，在本实施方式中，作为燃料，可使用理论空燃比为14.6的汽油。但是，在使用本发明的异常诊断装置的内燃机中，也可以使用汽油以外的燃料、或者与汽油的混合燃料。
[0050]各气缸的进气口 7分别经由对应的进气支管13与调整槽(缓冲罐:surgetank) 14连结，调整槽14经由进气管15与空气过滤器16连结。进气口 7、进气支管13、调整槽14、进气管15形成进气通路。另外，在进气管15内配置有由节流阀驱动促动器17驱动的节流阀18。节流阀18通过利用节流阀驱动促动器17使其转动就能够变更进气通路的开口面积。
[0051]另一方面，各气缸的排气口 9与排气歧管19连结。排气歧管19具有与各排气口 9连结的多个支部和集合了这些支部的集合部。排气歧管19的集合部与内置了上游侧排气净化催化剂20的上游侧外壳(casing)21连结。上游侧外壳21经由排气管22与内置了下游侧排气净化催化剂24的下游侧外壳23连结。排气口 9、排气歧管19、上游侧外壳21、排气管22以及下游侧外壳23形成排气通路。
[0052]电子控制单元(E⑶)31包括数字计算机，具备经由双向性总线32相互连接的RAM(随机存取存储器)33、ROM(只读存储器)34、CPU (微处理器)35、输入端口 36以及输出端口 37。在进气管15中配置有用于检测在进气管15内流动的空气流量的空气流量计39，该空气流量计39的输出经由对应的AD转换器38被输入到输入端口 36。另外，在排气歧管19的集合部中配置有对在排气歧管19内流动的排气(即，向上游侧排气净化催化剂20流入的排气)的空燃比进行检测的上游侧空燃比传感器40。而且，在排气管22内配置有对在排气管22内流动的排气(即，从上游侧排气净化催化剂20流出并向下游侧排气净化催化剂24流入的排气)的空燃比进行检测的下游侧空燃比传感器41。这些空燃比传感器40、41的输出也经由对应的AD转换器38被输入到输入端口 36。再者，在后面叙述这些空燃比传感器40、41的构成。
[0053]另外，在油门踏板42上连接有产生与油门踏板42的踏下量成比例的输出电压的负荷传感器43，负荷传感器43的输出电压经由对应的AD转换器38被输入到输入端口 36。曲轴转角传感器44，例如每当曲轴旋转15度就产生输出脉冲，该输出脉冲被输入到输入端口 36。在CPU35中，由该曲轴转角传感器44的输出脉冲来计算内燃机转速。另一方面，输出端口 37经由对应的驱动电路45与火花塞10、燃料喷射阀11以及节流阀驱动促动器17连接。再者，ECU31作为进行下游侧空燃比传感器41的异常诊断的异常诊断装置来发挥作用。
[0054]上游侧排气净化催化剂20和下游侧排气净化催化剂24，是具有氧吸藏能力的三元催化剂。具体地说，排气净化催化剂20、24是在由陶瓷构成的载体上担载了具有催化作用的贵金属(例如，铂(Pt))和具有氧吸藏能力的物质(例如，氧化铈(CeO2))的三元催化剂。三元催化剂具有若向三元催化剂流入的排气的空燃比被维持为理论空燃比就同时净化未燃烧HC、C0以及功能。而且，在排气净化催化剂20、24具有氧吸藏能力的情况下，即使向排气净化催化剂20、24流入的排气的空燃比相对于理论空燃比向浓侧或者稀侧偏移了少许也能够同时地净化未燃烧HC、CO以及N0X。
[0055]S卩，若排气净化催化剂20、24具有氧吸藏能力，则在向排气净化催化剂20、24流入的排气的空燃比变得比理论空燃比稀少许时，排气中所含有的过量的氧被吸藏到排气净化催化剂20、24内，排气净化催化剂20、24的表面上被维持在理论空燃比。其结果，在排气净化催化剂20、24的表面上，未燃烧HC、CO以及NOx被同时地净化，此时，从排气净化催化剂
20、24流出的排气的空燃比成为理论空燃比。
[0056]另一方面，在向排气净化催化剂20、24流入的排气的空燃比变得比理论空燃比浓少许时，从排气净化催化剂20、24释放出为使排气中含有的未燃烧HC、CO还原而欠缺的氧，在该情况下排气净化催化剂20、24的表面上也被维持在理论空燃比。其结果，在排气净化催化剂20、24的表面上未燃烧HC、C0以及NOx被同时地净化，此时从排气净化催化剂20、24流出的排气的空燃比成为理论空燃比。
[0057]这样，在排气净化催化剂20、24具有氧吸藏能力的情况下，即使向排气净化催化剂20、24流入的排气的空燃比相对于理论空燃比向浓侧或者稀侧偏移了少许，未燃烧HC、CO以及N0X&被同时地净化，从排气净化催化剂20、24流出的排气的空燃比成为理论空燃比。
[0058]<空燃比传感器的说明>
[0059]在本实施方式中，作为空燃比传感器40、41，可使用杯型的临界电流(界限电流)式空燃比传感器。使用图2对空燃比传感器40、41的构造简单地进行说明。空燃比传感器40、41具备:固体电解质层51、配置在其一个侧面上的排气侧电极52、配置在其另一个侧面上的大气侧电极53、对通过的排气进行扩散律速的扩散律速层54、基准气体室55、和进行空燃比传感器40、41的加热特别是进行固体电解质层51的加热的加热器部56。加热器部56与和加热器部56连接的E⑶31 —同作为对空燃比传感器40、41的温度、特别是空燃比传感器40、41的固体电解质层51的温度进行控制的传感器温度控制装置发挥作用。
[0060]特别是在本实施方式的杯型的空燃比传感器40、41中，固体电解质层51形成为一端封闭的圆筒状。在固体电解质层51的内部所围成的基准气体室55中，被导入大气(空气)，并且配置有加热器部56。在固体电解质层51的内表面上配置有大气侧电极53，在固体电解质层51的外表面上配置有排气侧电极52。在固体电解质层51和排气侧电极52的