气体传感器的异常诊断系统的制作方法

文档序号:10685250来源:国知局
气体传感器的异常诊断系统的制作方法
【专利摘要】提供了气体传感器的异常诊断系统,在检测包含在内燃机的排气中的含氧气体的极限电流型气体传感器中,检测水(H2O)的分解电流值,并基于其与对应于包含在排气中的水的浓度的水的参考分解电流值的偏差来诊断极限电流型气体传感器的输出特性的异常的存在。从而,不仅氧气传感器(空燃比传感器),而且NOx传感器和SOx传感器不仅能够精确并且容易地诊断输出特性的明显异常,而且能够精确并且容易地诊断输出特性的微小异常。此外,水的参考分解电流值可以基于由单独的湿度传感器检测的水的浓度或者由极限电流型气体传感器检测的氧气的分解电流值来获取。在后者的情形下,可以基于在燃料切断期间检测到的氧气的分解电流值来校正水的参考分解电流值。
【专利说明】
气体传感器的异常诊断系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种异常诊断系统,其诊断用于检测内燃机的排气(测试气体)中含氧气体的浓度的气体传感器的输出特性中异常的存在。
【背景技术】
[0002]通常,为了控制内燃机,已经广泛使用空燃比传感器(A/F传感器),其基于包含在排气中的氧气(O2)的浓度来获取燃烧室中燃料空气混合物的空燃比(A/F)。作为这种空燃比传感器的一种类型,能够提到的是极限电流型气体传感器。
[0003]用作空燃比传感器的极限电流型气体传感器包括栗送电池,其是电化学电池,包含具有氧离子传导性的固体电解质物和粘附至固体电解质物的表面的一对多孔电极。一对电极中的一个电极暴露于内燃机的排气,排气作为引导通过扩散抵抗部的测试气体,而另一电极暴露于大气。此外,当检测空燃比时,上述固体电解质物的温度升高至预定温度或者更高温度,该预定温度是这样的温度,在该温度,固体电解质物表现出氧离子传导性(下文中,可以称为“激活温度”)。
[0004]在上述状态下,当使作为氧气的分解开始的电压(分解开始电压)或者更高电压的电压施加在作为阴极的上述一个电极和作为阳极的上述另一电极之间时,包含在测试气体中的氧气在阴极处被还原地分解成氧离子(O2—)。该氧离子通过上述固体电解质物被传导至阳极以变成氧气,并且被排放至大气中。通过由固体电解质物从阴极侧至阳极侧传导氧离子的这种氧迀移被称为“氧栗行为(oxygen pumping act1n)”。
[0005]通过传导关联于上述氧栗行为的氧离子,电流流动在上述一对电极之间。如此流动在一对电极之间的电流称为“电极电流”。随着施加在一对电极之间的电压(下文中,可以简称为“施加电压”)升高,该电极电流具有变大的趋势。但是,因为到达上述一个电极(阴极)的测试气体的流速被扩散抵抗部限制,所以关联于氧栗行为的氧气的消耗速度将很快超过氧气至阴极的供给率。即,在阴极中氧气的还原分解将处于扩散限制状态。
[0006]在上述扩散限制状态下,即使施加电压升高,电极电流也不增加,而是变得近似恒定。这种性质称为“极限电流性质”,表现出(观察到)极限电流性质的施加电压的范围称为“极限电流区域”。此外,极限电流区域中的电极电流称为“极限电流”,且极限电流的程度(极限电流值)对应于至阴极的氧气供给率。因为上述到达阴极的测试气体的流速通过扩散抵抗部维持恒定,所以氧气至阴极的供给率对应于包含在测试气体中的氧气的浓度。
[0007]因此,当在用作空燃比传感器的极限电流型气体传感器中施加电压被设定为“极限电流区域内的预定电压”时,电极电流(极限电流)对应于包含在测试气体中的氧气的浓度。因而,使用氧气的极限电流性质,空燃比传感器能够检测包含在作为测试气体的排气中的氧气的浓度,且能够基于其获取燃烧室中燃料空气混合物的空燃比。
[0008]顺便提及,在如上所述的极限电流型传感器中,例如,扩散抵抗部的破裂以及堵塞、多孔电极的堵塞以及固体电解质的传导性的改变等会引起输出特性的异常(例如,检测值的扩大以及检测值的缩小,等等)。当输出特性的异常出现在极限电流型传感器中时,变得不能够精确地检测包含在排气中的氧气的浓度,以及变得不能够作为空燃比传感器来精确地获取空燃比。
[0009]然后,在使用极限电流型气体传感器的空燃比传感器中,例如,通常已经公知一种诊断方法,在该方法中当从传感器获得偏离于与内燃机中的空燃比控制的范围对应的来自传感器的输出的正常范围的输出时,空燃比传感器的输出特性被判定为异常。
[0010]但是,来自空燃比传感器的输出可能钳制在上述正常范围内。在这种情况下,因为来自传感器的输出包含在上述正常范围中,所以,即使传感器的输出特性已经落入异常状态,也存在传感器被错误地判定为正常的问题。于是,在本领域中,在诊断方法中当执行切断对内燃机的燃料供给的被称为“燃料切断(FC)”的期间来自传感器的输出保持在上述正常范围内达预定时间段或者更久时判定空燃比传感器的输出特性异常(例如,参见专利文献I (专利文献I))。此外,下文中该诊断方法可以称为“FC诊断”。
[0011][引用列表]
[0012][专利文献]
[0013][专利文献I]日本专利申请特开第2001-329904号

【发明内容】

[0014]顺便提及,对根据上述现有技术的极限电流型传感器的输出特性的异常诊断是基于以较大量存在于排气中的氧气的分解电流的幅值来执行的。因此,能够精确且容易地检测出由于例如扩散抵抗部破裂以及堵塞等引起的输出特性的大的改变,但是不能够精确且容易地检测出由于例如多孔电极的堵塞、固体电解质的传导性的改变等引起的输出特性的微小的改变。
[0015]也即,在诊断方法中,当从传感器获得偏离于与内燃机中空燃比控制的范围对应的来自传感器的输出的正常范围的输出时,空燃比传感器的输出特性被判定为异常,即使在上述钳制现象不发生时,也难以检测传感器的输出特性的微小的改变。此外,同样在诊断方法中,当在实施燃料切断(FC)期间来自传感器的输出保持在上述正常范围内达预定时间段或更久时,空燃比传感器的输出特性异常,难以检测传感器的输出特性的微小的改变。
[0016]另一方面,上述极限电流性质不是仅限于氧气。具体地,在其分子中包含氧原子的气体之中(下文中,可以称为“含氧气体”),一些气体能够在阴极被还原分解并且通过适当地选择施加电压以及阴极的构造而表现出极限电流性质。作为这种含氧气体的例子,例如能够提到氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)、水(H2O)、二氧化碳(C02)等。
[0017]在上述含氧气体之中,当氮氧化物(NOx)和硫氧化物(SOx)包含在来自内燃机的排气中时,可能导致问题,诸如,例如环境污染、内燃机的组成构件的劣化和/或故障、对排气净化催化剂的毒害以及排气中的白烟。然后,在本领域中,例如,为了改变内燃机的控制,发布关于内燃机故障的警告,或者为了用于对排气净化催化剂的自我诊断(OBD)的改进,已经做出了利用上述氧栗行为通过极限电流型气体传感器来获取包含在内燃机的排气中的硫氧化物和/或氮氧化物的浓度的尝试。
[0018]顺便提及,因为相比于通过空燃比传感器检测的氧气(O2)的浓度,包含在排气中的氮氧化物(NOx)和硫氧化物(SOx)的浓度明显较小,所以对于检测氮氧化物和硫氧化物要求高分辨率(灵敏度)。因为当如上所述输出特性的异常出现时,氮氧化物和硫氧化物的检测准确度将急剧下降,因此需要更严格地检测输出特性的异常的存在。
[0019]但是,在排气中仅存在少量(ppm水平)的氮氧化物和硫氧化物,极限电流型传感器中氮氧化物和硫氧化物的分解电流的输出特性的变化微小,并且因此难以基于以大量水平)存在于排气中的氧气的分解电流来检测输出特性的这种微小变化。也即,难以通过基于如上所述的氧气分解电流的诊断方法来精确地诊断NOx传感器和SOx传感器的输出特性的异常的存在,NOx传感器和SOx传感器检测仅以少量(ppm水平)存在于排气中的氮氧化物和硫氧化物的浓度。
[0020]此外,因为上述FC诊断本质上要求实施燃料切断(FC),所以存在以下问题,例如:
[0021](a)异常诊断的实施频率较低(受限于FC的实施)。
[0022](b)因为包含在排气中的氧气的浓度在FC的实施期间高,为了表现出氧气的极限电流性质,需要将传感器的温度提高至高于传感器在正常时间(例如,当空燃比在燃料供给至内燃机并且空燃比维持接近化学计量比(理论空燃比)的情形下被检测时的时间)的温度(例如,600°C)的温度(例如,750°C)。从能量节约的观点来看,不期望如此提高用于异常诊断的传感器的温度。
[0023](c)以如上所述较高传感器温度流动的高浓度氧气的极限电流大于在正常时间(参考上述)的氧气的极限电流。因此,需要设计执行FC诊断的传感器的载流构件(例如,检测器电路等),从而比不执行FC诊断的传感器的载流构件承载更大的电流。结果,需要将执行FC诊断的传感器的额定电流设定成大于不执行FC诊断的传感器的额定电流。例如,从节约制造成本的观点来看,不期望提高用于异常诊断的传感器的额定电流。
[0024]如上所述,在本领域中,不仅对于空燃比传感器,而且对于NOx传感器和SOx传感器,需要有一种技术,该技术不仅能够精确且容易地诊断输出特性的明显异常,而且能够精确且容易地诊断微小异常。
[0025]为了解决上述问题已经构思了本发明。即,本发明的一个目的是提供一种技术,不仅对于空燃比传感器,而且对于NOx传感器和SOx传感器,该技术不仅能够精确并且容易地诊断输出特性的明显异常,而且能够精确并且容易地诊断微小异常。
[0026]然后,作为全心全意调查的结果,本发明人已经发现,水(H2O)的分解在施加电压高于用于氧气的施加电压下开始,水的分解电流与空燃比传感器的输出特性具有良好的相关性。图1是用于示出当供给至内燃机的燃料空气混合物的空燃比维持在化学计量比时,分别通过具有正常输出特性的空燃比传感器以及具有异常输出特性的空燃比传感器检测的施加电压和电极电流之间的关系的曲线图。
[0027]在图1中,实线示出了具有正常输出特性的空燃比传感器的电极电流,短划线示出了具有伴随有检测值的扩大的异常输出特性的空燃比传感器的电极电流,而点线示出了具有伴随有检测值的缩小的异常输出特性的空燃比传感器的电极电流。上述“检测值的扩大”指的是由于输出特性的异常,从空燃比传感器输出的电极电流的检测值变得大于其真实值的现象,而上述“检测值的缩小”指的是由于输出特性的异常从空燃比传感器输出的电极电流的检测值变得小于其真实值的现象。
[0028]正如从图1中显而易见的,在阴极发生水的还原分解的施加电压(大约0.6V或更大)下,对应于空燃比传感器的输出特性,当相比于正常时间(实线)的电极电流的检测值时电极电流的检测值也扩大(短划线)或者缩小(点线)。即,在空燃比传感器中水的分解电流的幅值与空燃比传感器的输出特性具有良好的相关性。此外,当空燃比维持在化学计量比时,包含在排气中的氧气的浓度达到大约为0(零)。因此,在图1的曲线图中,在阴极处水的还原分解不发生的施加电压(小于大约0.6V)下电极电流大约为0(零)。
[0029]此外,本发明人已经发现,类似于上文所述,不仅在空燃比传感器中,而且在NOx传感器和SOx传感器中,水的分解电流的幅值与空燃比传感器的输出特性具有良好的相关性。此外,本发明人已经发现,根据水的分解电流,不仅能够精确地检测出例如由于扩散抵抗部破裂以及堵塞等引起的输出特性的大的改变,而且能够精确地检测出例如由于多孔电极堵塞以及固体电解质的传导性改变等引起的输出特性的微小改变。
[0030]也即,本发明人已经发现,基于水的分解电流,不仅对于空燃比传感器,而且对于NOx传感器和SOx传感器,不仅能够精确且容易地诊断输出特性的明显异常,而且能够精确且容易地诊断其微小异常。
[0031]更具体来说,在检测包含在内燃机的排气中的含氧气体的极限电流型气体传感器中,检测水(H2O)的分解电流,水的分解在高于用于氧气(O2)的分解的施加电压的施加电压下开始。而且,基于对应于包含在排气中的水的浓度的水的检测分解电流与水的参考分解电流的偏差,诊断极限电流型气体传感器的输出特性的异常的存在。从而,不仅对于空燃比传感器,而且对于NOx传感器和SOx传感器,不仅能够精确且容易地诊断输出特性的明显异常,而且能够精确且容易地诊断其微小异常。
[0032]以下将说明根据本发明的气体传感器的异常诊断系统(下文中,可以称为“本发明的系统”)。应用本发明的系统的气体传感器具有与常见极限电流型气体传感器相同的构造。具体地,应用本发明的系统的气体传感器包括元件部、加热器、电压控制部、温度调节部以及测量控制部。
[0033]元件部包括:第一电化学电池,其包括具有氧离子传导性的固体电解质物以及第一电极和第二电极,第一电极和第二电极分别形成在固体电解质物的表面上;致密物;以及扩散抵抗部。此外,元件部构造为,使得作为测试气体的内燃机的排气通过所述扩散抵抗部被引入由所述固体电解质物和所述致密物以及所述扩散抵抗部限定的内部空间。此外,元件部构造为,使得所述第一电极暴露于所述内部空间,而所述第二电极暴露于第一另一空间,所述第一另一空间是不同于所述内部空间的空间。
[0034]当通电时加热器产生热以加热所述元件部。
[0035]电压控制部改变第一施加电压,该第一施加电压是施加在所述第一电极和所述第二电极之间的电压。
[0036]温度调节部通过控制对所述加热器的通电量来改变所述元件部的温度。
[0037]测量控制部使用所述电压控制部控制所述第一施加电压,使用所述温度调节部控制所述元件部的温度,并且获取第一电极电流值,第一电极电流值是在所述第一电极和所述第二电极之间流动的电流的值。
[0038]所述第一电极构造为能够在第一状态下分解包含在所述测试气体中的水(H2O),并且能够在第二状态下分解测试成分,测试成分是在其分子结构中包含氧原子的并且包含在测试气体中的成分。正如稍后将详细提到的,这种第一电极能够根据待分解的成分而制造,例如,通过适当选择电极的材料和结构等。具体地,测试成分指的是氧气(02)、氮氧化物(NOx)和硫氧化物(SOx)中的至少一种。
[0039]第一状态为其中所述元件部的温度是第一预定温度并且第一施加电压是落入预定第一电压区域内的第一预定电压的状态,第一预定温度是不低于激活温度的温度,激活温度是所述固体电解质物表现出氧离子传导性的温度。即,第一电压区域是不低于水的分解开始的电压(分解开始电压)的电压范围。正如稍后将详细提到的,在元件部的温度是第一预定温度的状态下,第一预定电压的具体值能够适当限定为包含在测试气体中的水在第一电极处分解的电压,并且能够通过测量控制部来检测由于水的分解而在第一电极和第二电极之间流动的电流。
[0040]第二状态是所述元件部的温度是所述第一预定温度并且所述第一施加电压是落入预定第二电压区域内的第二预定电压的状态。即,第二电压区域是不低于测试成分的分解开始的电压(分解开始电压)的电压范围。正如稍后将详细提到的,在元件部的温度是第一预定温度的状态下,第二预定电压的具体值能够取决于测试成分的种类而适当限定为包含在测试气体中的测试成分在第一电极处分解的电压,并且能够通过测量控制部来检测由于测试成分的分解而在第一电极和第二电极之间流动的电流。
[0041]此外,所述测量控制部构造为获取在所述第二状态下获取的所述第一电极电流值作为测试成分浓度相关值,测试成分浓度相关值是与包含在所述测试气体中的所述测试成分的浓度关联的值。基于这样获取的测试成分浓度相关值,能够获取作为在其分子结构中包含氧原子的含氧气体(尤其是,氧气(O2)、氮氧化物(NOx)和硫氧化物(SOx)中的至少一种)的测试成分的浓度。本发明的系统是用于气体传感器的异常诊断系统,其诊断这种气体传感器的输出特性是否异常。
[0042]此外,在第二状态下检测的第一电极电流包括由测试成分的分解引起的电极电流。但是,该第一电极电流还可以包括由不同于其在测试气体中浓度将被检测的测试成分的含氧气体的分解引起的电极电流。在该情况下,为了基于测试成分浓度相关值获取在测试气体中测试成分的浓度,例如,需要一些处理,诸如消除由不同于测试成分的含氧气体等的分解引起的电极电流的影响。
[0043]在本发明的系统中,所述测量控制部预先存储了第一对应关系,第一对应关系是湿度相关值与参考水分解电流值的对应关系。湿度相关值是对应于包含在测试气体中的水的浓度的值。具体地,湿度相关值是包含在测试气体中的水的浓度,或者对应水的浓度而改变的诸如物理-性质值或者状态量的值。作为这种值的一个例子,例如,能够提到的是,由布置在内燃机的排气路径中的湿度传感器检测的包含在测试气体中的水的浓度。可替换地,作为这种值的另一例子,例如,能够提到的是,当燃料供给至内燃机并且能够使氧气分解的电压施加在电极之间时,由于包含在测试气体中的氧气的分解而流动在电化学电池的电极之间的电流的值。该电流的值对应于供给至内燃机的燃料空气混合物的空燃比而改变。空燃比影响包含在测试气体中的水的浓度。因此,该电流的值能够用作湿度相关值。
[0044]参考水分解电流值是当处于正常状态下的所述气体传感器的所述第一电化学电池处于所述第一状态时,由于包含在所述气体中的水的分解而在所述第一电极和所述第二电极之间流动的电流的值。因此,第一对应关系能够通过例如测量在处于正常状态下的气体传感器的第一电化学电池中由于在各种湿度相关值处包含在测试气体中的水的分解而在第一电极和第二电极之间流动的电流的值而获取。
[0045]此外,例如,获取的第一对应关系能够存储为数据表(例如,数据设定表等),其示出了在ECU(电子控制单元)包括的数据存储设备(例如,ROM等)中的对应关系,并且对应关系能够在气体传感器的输出特性的异常诊断中由CPU(中央处理单元)参考。
[0046]也即,基于上述第一对应关系,测量控制部能够根据在特定时间点获取的湿度相关值来规定将由于当气体传感器正常并且第一电化学电池处于第一状态下时包含在测试气体中的水的分解而在第一电极和第二电极之间流动的电流的值。因此,当这样规定的电流的值和由于在第一状态下包含在测试气体中的水的分解而导致实际流动在第一电极和第二电极之间的电流的值之间的偏差大时,能够判定气体传感器的输出特性异常。
[0047]然后,所述测量控制部构造为当燃料供给至所述内燃机时执行以下处理:
[0048](I)获取当前的所述湿度相关值,
[0049](2)基于所述第一对应关系,规定对应于所获取的所述湿度相关值的参考水分解电流值,以及
[0050](3)基于在所述第一状态下获取的所述第一电极电流值,获取水分解电流值,该水分解电流值是由于包含在测试气体中的水的分解而在所述第一电极和所述第二电极之间流动的电流的值。
[0051]而且,所述测量控制部构造为当湿度检测偏差大于预定第一上限或者当所述湿度检测偏差小于预定第一下限时判定所述气体传感器异常,湿度检测偏差是通过所述水分解电流值减去规定的所述参考水分解电流值所获得的值与规定的所述参考水分解电流值之比。此外,例如,能够根据应用本发明的系统的气体传感器的使用所容许的测试成分的浓度的检测误差的幅值来适当限定上述第一上限和第一下限的具体值。
[0052]根据本发明的系统,在检测包含在内燃机的排气中的含氧气体的极限电流型气体传感器中,检测水(H2O)的分解电流,水的分解在高于用于氧气(O2)的施加电压的施加电压下开始。而且,基于如上所述检测的水的分解电流与对应于包含在排气中的水的浓度的水的参考分解电流的偏差,诊断极限电流型气体传感器的输出特性的异常的存在。从而,不仅在检测以大量水平)存在于排气中的氧气的分解电流的空燃比传感器中,而且在检测仅以小量(ppm水平)存在于排气中的氮氧化物和硫氧化物的NOx传感器和SOx传感器中,不仅能够精确地诊断输出特性的明显异常,而且能够精确地诊断其微小异常。
[0053]此外,当燃料供给至内燃机时,执行根据本发明的系统的气体传感器的输出特性的异常诊断。因此,如上述(a)至(C)所示实施燃料切断(FC)所引起的问题不伴随根据本发明的系统的气体传感器的输出特性的异常诊断。即,根据本发明的系统,在内燃机通常的运转状态(即,不在实施FC期间的状态)下能够执行气体传感器的输出特性的异常诊断,而不提升用于异常诊断的传感器的温度或者提升用于异常诊断的传感器的额定电流。尤其,当供给至内燃机的燃料空气混合物的空燃比维持在化学计量比时,因为正如上述参考图1提到的包含在排气中的氧气的浓度变成大约为0(零),所以能够易于检测水的分解电流。
[0054]根据本发明的系统,不仅在空燃比传感器中,而且在NOx传感器和SOx传感器中,不仅能够精确且容易地诊断输出特性的明显异常,而且能够精确且容易地诊断其微小异常。
[0055]顺便提及,本发明的系统能够应用于极限电流型气体传感器。作为极限电流型传感器的例子,例如,能够提到空燃比传感器(O2传感器)、Ν0χ传感器和SOx传感器。即,本发明的系统能够应用于空燃比传感器(O2传感器)。
[0056]当本发明的系统应用于空燃比传感器时,所述第一电极构造为能够在所述第一施加电压处于低于所述第一电压区域的所述第二电压区域的所述第二状态下分解作为包含在所述测试气体中的所述测试成分的氧气。此外,所述测量控制部构造为基于在第二状态下获取的所述测试成分浓度相关值来获取第一氧气分解电流值,第一氧气分解电流值是由于包含在所述测试气体中的氧气的分解而在所述第一电极和所述第二电极之间流动的电流的值,在第二状态下,所述第一施加电压处于低于所述第一电压区域的所述第二电压区域。
[0057]换句话说,在该情况下,应用本发明的系统的气体传感器将是O2传感器或者空燃比传感器,其基于在第二状态下检测的第一电极电流来检测包含在排气中的氧气的浓度和/或供给至内燃机的燃料空气混合物的空燃比。因此,选择第一电极的材料和结构,使得能够在第二状态下分解包含在测试气体中的氧气。此外,在元件部的温度是第一预定温度的状态下,第二预定电压被设定为这样的电压:在该电压处上述第一电极能够还原地分解包含在测试气体中的氧气。
[0058]而且,当本发明的系统应用于上述空燃比传感器(O2传感器)时,测量控制部获取当前的湿度相关值,并且根据上述步骤(I)至(3),基于第一对应关系来规定对应于获取的湿度相关值的参考水分解电流值。另一方面,测量控制部基于在第一状态下检测的第一电极电流值来获取水分解电流值,水分解电流值是由于包含在测试气体中的水的分解而在第一电极和第二电极之间流动的电流的值。而且,测量控制部基于湿度检测偏差来判定气体传感器的输出特性是否异常,湿度检测偏差是通过从获取的水分解电流值减去规定的参考水分解电流值所获得的值与上述规定的参考水分解电流值之比。
[0059]顺便提及,如上所述,当燃料供给至内燃机时,例如,通过布置在内燃机的排气路径中的湿度传感器检测的包含在测试气体中的水的浓度能够用作湿度相关值。
[0060]因此,当本发明的系统应用于上述空燃比传感器(O2传感器)时,所述测量控制部可以进一步包括检测包含在所述测试气体中的水的浓度的湿度传感器。此外,所述测量控制部可以构造为获取所述检测的水的浓度作为所述湿度相关值。在该情况下,所述测量控制部可以预先存储了所述第一对应关系,在所述第一对应关系中由所述湿度传感器检测的水的浓度被用作所述湿度相关值。根据此,测量控制部能够基于第一对应关系根据检测的水的浓度来规定参考水分解电流值。
[0061]顺便提及,如上所述,当燃料供给至内燃机并且能够使氧气分解的电压施加在电化学电池的电极之间时,由于包含在测试气体中的氧气的分解,在这些电极之间流动的电流的值能够用作上述湿度相关值。
[0062]因此,当本发明的系统应用于上述空燃比传感器(O2传感器)时,所述测量控制部可以构造为获取所述获取的第一氧分解电流值作为所述湿度相关值。在该情况下,所述测量控制部可以预先存储了所述第一对应关系,在所述第一对应关系中,当正常状态下的所述气体传感器的所述第一电化学电池处于所述第二状态时所获取的所述第一氧分解电流值被用作湿度相关值。基于该第一对应关系,测量控制部能够根据获取的第一氧分解电流值来规定参考水分解电流值。
[0063]但是,当气体传感器的输出特性已经处于异常状态时,获取的第一氧分解电流值可能不精确,因此规定的参考水分解电流值可能不精确。根据基于这种不精确参考水分解电流值的异常判定,难以执行气体传感器的输出特性的精确异常诊断。
[0064]然后,当根据上述第一氧分解电流值规定参考水分解电流值时,期望的是使用某种指标诊断出气体传感器的输出特性是否处于异常状态,并且期望的是当判定气体传感器的输出特性处于异常状态时,根据气体传感器的输出特性从处于正常状态的气体传感器的输出特性的改变,校正上述的规定的参考水分解电流值。
[0065]作为上述“指标”,例如,能够使用当燃料不供给至内燃机时由于包含在测试气体中的氧气的分解而在第一电极和第二电极之间的流动的电流的值。换句话说,使用与上述FC诊断相同的技术,能够检测气体传感器的输出特性从处于正常状态的气体传感器的输出特性的改变,并且能够根据该改变来校正参考水分解电流值。
[0066]在上述情况下,所述测量控制部需要预先存储第一参考大气分解电流值,第一参考大气分解电流值是当燃料不供给至所述内燃机以及正常状态下的所述气体传感器的所述第一电化学电池处于所述第二状态时由于包含在测试气体中的氧气的分解而在第一电极和第二电极之间流动的电流的值。
[0067]例如,在处于正常状态的气体传感器的第一电化学电池中,第一参考大气分解电流值能够通过测量当燃料不供给至内燃机时由于包含在测试气体中的氧气的分解而在第一电极和第二电极之间的流动的电流的值而获取。此外,获取的第一参考大气分解电流值能够存储在ECU包括的数据存储设备(例如,ROM等)中,并且例如,在气体传感器的输出特性的异常诊断中对应关系能够被CHJ参考。
[0068]此外,所述测量控制部构造为基于当燃料不供给至内燃机时在所述第二状态下获取的所述第一电极电流值来获取第一大气分解电流值,第一大气分解电流值是由于包含在所述测试气体中的氧气的分解而在所述第一电极和所述第二电极之间流动的电流的值。当气体传感器处于正常状态时,这样获取的第一大气分解电流值和预先存储的第一参考大气分解电流值必定相同。另一方面,当气体传感器的输出特性处于异常状态时,根据气体传感器的输出特性从处于正常状态的气体传感器的输出特性的改变,第一大气分解电流值偏离于第一参考大气分解电流值。
[0069]然后,所述测量控制部构造为基于获取的所述第一大气分解电流值与所述第一参考大气分解电流值之比来校正规定的所述参考水分解电流值。从而,即使当基于从上述第一氧分解电流值获取的第一对应关系来规定参考水分解电流值时气体传感器的输出特性已经处于异常状态,也能够基于单独获取的第一大气分解电流值来校正参考水分解电流值。结果,即使气体传感器的输出特性已经处于异常状态,也能够精确地执行气体传感器的输出特性的异常诊断。
[0070]但是,为了获取上述第一大气分解电流值,实质上要求实施类似于根据上述常规技术的异常诊断的燃料切断(FC)。因此,在该情况下,不能够消除诸上述(a)至(C)的问题。但是,同样在该情况下,基于水的分解电流诊断气体传感器的输出特性的异常的存在,水的分解在高于用于氧气的施加电压的施加电压下开始。因此,同样在该情况下,能够精确地诊断气体传感器的输出特性的异常。
[0071]顺便提及,在上述情况下,测量控制部能够基于第一大气分解电流值与通过与上述FC诊断相同的技术获取的第一参考大气分解电流值之比来校正规定的参考水分解电流值。但是,当气体传感器的输出特性从正常状态下的气体传感器的输出特性的改变过度时,并且第一大气分解电流值已经明显地偏离于第一参考大气分解电流值时,清楚的是,气体传感器的输出特性异常,而无需基于第一大气分解电流值来校正上述的参考水分解电流值,以更严格地检测气体传感器的输出特性的异常的存在。
[0072]然后,所述测量控制部可以构造为当第一大气检测偏差大于预定第二上限或者当第一大气检测偏差小于预定第二下限时判定所述气体传感器异常,第一大气检测偏差是通过从获取的所述第一大气分解电流值减去所述第一参考大气分解电流值所获得的值与所述第一参考大气分解电流之比。此外,例如,能够根据应用本发明的系统的气体传感器的使用所容许的测试成分的浓度的检测误差的幅值,来适当限定上述第二上限和第二下限的具体值。
[0073]根据上文,当第一大气检测偏差偏离于通过预定的第二上限和第二下限确定的范围时,能够立即判定气体传感器的输出特性异常。即,在上述情况下,为了基于水分解电流值执行气体传感器的输出特性的异常诊断,不需要基于第一大气分解电流值与第一参考大气分解电流值之比来校正参考水分解电流值。因此,能够快速地以及简单地判定气体传感器的输出特性的异常的存在。
[0074]顺便提及,本发明的系统能够应用于极限电流型气体传感器。作为极限电流型传感器的例子,例如能够提到空燃比传感器(O2传感器)、Ν0χ传感器和SOx传感器。即,本发明的系统能够应用于NOx传感器和SOx传感器。
[0075]当本发明的系统应用于NOx传感器时,所述第一电极构造为在所述第一施加电压处于低于所述第一电压区域的所述第二电压区域的所述第二状态下,能够分解作为包含在所述测试气体中的所述测试成分的氮氧化物。此外,所述测量控制部构造为基于在所述第一施加电压处于低于所述第一电压区域的所述第二电压区域的所述第二状态下所获取的所述测试成分浓度相关值,来获取NOx分解电流值,NOx分解电流值是由于包含在所述测试气体中的氮氧化物的分解而在所述第一电极和所述第二电极之间流动的电流的值。
[0076]在该情况下,应用本发明的系统的气体传感器是NOx传感器,其基于在第二状态下检测的第一电极电流来检测包含在排气中的氮氧化物的浓度。因此,选择第一电极的材料和结构,使得包含在测试气体中的氮氧化物能够在第一施加电压处于低于第一电压区域的第二电压区域的第二状态下分解。此外,第二预定电压设定为这样的电压:在该电压下,在元件部的温度是第一预定温度的状态下,如上所述的第一电极能够还原地分解包含在测试气体中的氮氧化物。
[0077]顺便提及,如上所述,包含在排气中的氧气的量大(%水平),而包含在排气中的氮氧化物的量非常少(ppm水平)ο另一方面,氧气的分解开始电压几乎等于氮氧化物的分解开始电压。因此,构造为使得包含在测试气体中的氮氧化物能够在上述的第二状态下分解的第一电极还能够分解氧气。
[0078]因此,当来自内燃机的排气被原样引入元件部的内部空间并且与第一电极接触时,与由氮氧化物的还原分解引起的电流的比例相比,由在第一电极和第二电极之间流动的电流中氧气的还原分解引起的电流的比例变得明显更大,其中第一电极是第一电化学电池的阴极。在这种情形下,难以精确地检测由氮氧化物的还原分解引起的电流,并且难以精确地检测包含在排气中的氮氧化物的浓度。
[0079]然后,在本领域中,已经公知了一种技术,在该技术中,还原地分解包含在测试气体中的氧气并将该氧气排放至外部的栗送电池布置在传感器电池的上游侧,传感器电池检测对应于包含在测试气体中的氮氧化物的浓度的电极电流以消除氧气对传感器电池所检测的电极电流的影响。该技术也能够应用于应用本发明的系统的NOx传感器。
[0080]在该情况下,所述元件部进一步包括第二电化学电池,第二电化学电池包括所述固体电解质物或者不同于所述固体电解质物的另一固体电解质物,以及分别形成在固体电解质物的表面上的第三电极和第四电极。第二电化学电池构造为,使得所述第三电极暴露于所述内部空间,所述第四电极暴露于不同于内部空间的第二另一空间。此外,所述第三电极形成在比所述第一电极更靠近所述扩散抵抗部的位置。此外,所述电压控制部构造为同样在所述第三电极和所述第四电极之间施加第二施加电压。
[0081]所述第三电极构造为能够在第三状态下分解包含在测试气体中的氧气,并且从所述内部空间排放氧气。正如稍后将详细提到的,例如,这种第三电极能够通过适当选择电极的材料和结构等而制造。
[0082]第三状态是元件部的温度是第一预定温度并且施加了所述第二施加电压的状态。第二施加电压的具体值能够适当限定为包含在测试气体中的氧气能够在第三电极处分解并且能够表现出氧气的极限电流性质的电压。
[0083]根据上文,时,包含在测试气体中并且被引入元件部的内部空间的氧气被作为布置在上游侧的栗送电池的第二电化学电池分解,并且从内部空间被排放。结果,包含在测试气体中并且已经到达第一电极的氧气的浓度大致为0(零)或者极其低,第一电极是第一电化学电池的阴极。由于该原因,由氧气的还原分解引起的电流在第一电极和第二电极之间流动的电流中的比例也大致为0(零)或者非常低。换句话说,测试成分浓度相关值等于或者几乎等于由氮氧化物的还原分解引起的电流的值。因此,可以获取测试成分浓度相关值作为NOx分解电流值。因而,能够精确地检测由以相当微量(ppm水平)包含在排气中的氮氧化物的还原分解引起的电流,并且能够精确地检测包含在排气中的氮氧化物的浓度。
[0084]另一方面,当本发明的系统应用于SOx传感器时,所述第一电极构造为能够在所述第二状态下分解作为包含在所述测试气体中的所述测试成分的硫氧化物。此外,所述测量控制部构造为基于在所述第二状态下获取的所述测试成分浓度相关值来获取SOx分解电流值,SOx分解电流值是由于包含在测试气体中的硫氧化物的分解而在所述第一电极和所述第二电极之间流动的电流的值。
[0085]在该情况下,应用本发明的系统的气体传感器是SOx传感器,其基于在第二状态下检测的第一电极电流来检测包含在排气中的硫氧化物的浓度。因此,选择第一电极的材料和结构,使得包含在测试气体中的硫氧化物能够在第二状态下分解。此外,第二预定电压设定为这样的电压:在该电压下,在元件部的温度是第一预定温度的状态下,上述的第一电极能够还原地分解包含在测试气体中的硫氧化物。
[0086]顺便提及,如上所述,包含在排气中的氧气的量大(%水平),而包含在排气中的硫氧化物的量非常少(ppm水平)ο另一方面,氧气的分解开始电压几乎等于硫氧化物的分解开始电压。因此,构造为使得包含在测试气体中的硫氧化物能够在上述第二状态下分解的第一电极还能够分解氧气。
[0087]因此,当来自内燃机的排气被原样引入元件部的内部空间中并且与第一电极接触时,与由硫氧化物的还原分解引起的电流的比例相比,由氧气的还原分解引起的电流在第一电极和第二电极之间流动的电流中的比例变得明显更大,其中第一电极是第一电化学电池的阴极。在这种情形下,难以精确地检测由硫氧化物的还原分解引起的电流,并且难以精确地检测包含在排气中的硫氧化物的浓度。
[0088]然后,在本领域中,已经公知一种技术:在该技术中,还原地分解包含在测试气体中的氧气并且在将氧气排放到外侧部的栗送电池布置在传感器电池的上游侧,传感器电池检测对应于包含在测试气体中的硫氧化物的浓度的电极电流,以消除氧气对传感器电池所检测的电极电流的影响。该技术也能够应用于应用本发明的系统的SOx传感器。
[0089]在该情况下,所述元件部进一步包括第二电化学电池,第二电化学电池包括所述固体电解质物或者不同于所述固体电解质物的另一固体电解质物,以及分别形成在固体电解质物的表面上的第三电极和第四电极。第二电化学电池构造为,使得所述第三电极暴露于所述内部空间,所述第四电极暴露于第二另一空间,所述第二另一空间是不同于所述内部空间的空间。此外,所述第三电极形成在比所述第一电极更靠近所述扩散抵抗部的位置。此外,所述电压控制部构造为同样在所述第三电极和所述第四电极之间施加第二施加电压。
[0090]所述第三电极构造为能够在第三状态下分解包含在所述测试气体中的氧气并且从所述内部空间排放氧气。正如稍后将详细提到的,例如,这种第三电极能够通过适当选择电极的材料和结构等来制造。
[0091]第三状态是所述元件部的温度是所述第一预定温度并且施加了所述第二施加电压的状态。第二施加电压的具体值能够适当限定为这样的电压:在该电压下,包含在测试气体中的氧气能够在第三电极处被分解并且能够表现出氧气的极限电流性质。
[0092]根据上文,包含在被引入元件部的内部空间的测试气体中的氧气被布置在作为传感器电池的第一电化学电池的上游侧的作为栗送电池的第二电化学电池分解,并且从内部空间排放。结果,包含在已经到达第一电极的测试气体中的氧气的浓度大致为0(零)或者极其低,第一电极是第一电化学电池的阴极。由于该原因,由氧气的还原分解引起的电流在第一电极和第二电极之间流动的电流中的比例也大致为0(零)或者非常低。换句话说,测试成分浓度相关值等于或者几乎等于由硫氧化物的还原分解引起的电流的值。因此,可以获取测试成分浓度相关值作为SOx分解电流值。因而,能够精确地检测由以相当微量(ppm水平)包含在排气中的硫氧化物的还原分解引起的电流,并且能够精确地检测包含在排气中的硫氧化物的浓度。
[0093]顺便提及,通过设定第二状态下的第二预定电压为这样的电压(在该电压下不仅能够分解硫氧化物,而且能够分解包含在测试气体中的水),还能够基于传感器中水的分解电流的改变来获取与包含在测试气体中的硫氧化物的浓度相关的检测值。例如,上述“水的分解电流的改变”可以是在使水的还原分解发生的预定施加电压下电极电流的幅值与预定标准值的偏差。在该情况下,预定标准值是在传感器不受与硫氧化物的还原分解关联的影响的情况下,在时间点上对应于包含在测试气体中的水的浓度的电极电流。
[0094]可替换地,例如,上述“水的分解电流的改变”可以是在上述第二状态下在包括第二预定电压的预定电压区域中当施加电压正越来越多(正逐渐增加)时检测的电极电流与当施加电压正渐渐消失(正逐渐减小)时检测的电极电流之间的差。在该情况下,例如,能够已经预先获得了该差与包含在测试气体中的硫氧化物的浓度之间的对应关系,从而,能够根据该差规定硫氧化物的浓度。
[0095]虽然能够通过包括上述多种技术的各种技术获取包含在测试气体中的硫氧化物的浓度,但是无论采用何种技术,都能够精确并容易地检测根据本发明的系统的气体传感器的输出特性的异常。
[0096]顺便提及,如上所述,当燃料供给至内燃机时,例如,通过布置在内燃机的排气路径中的湿度传感器检测的包含在测试气体中的水的浓度能够被用作上述湿度相关值。
[0097]因此,当本发明的系统应用于上述的NOx传感器或者SOx传感器时,所述测量控制部可以进一步包括检测包含在所述测试气体中的水的浓度的湿度传感器。此外,所述测量控制部可以构造为获取所检测的所述水的浓度作为所述湿度相关值。在该情况下,所述测量控制部可以预先存储所述第一对应关系,在所述第一对应关系中通过所述湿度传感器检测的水的浓度被用作所述湿度相关值。根据此,上述测量控制部能够基于第一对应关系根据检测的水的浓度来规定参考水分解电流值。
[0098]顺便提及,如上所述,当燃料供给至内燃机并且能够使氧气分解的电压施加在电化学电池的电极之间时,由于包含在测试气体中的氧气的分解而流动在这些电极之间的电流的值能够被用作上述湿度相关值。尤其,当本发明的系统应用于包括上述栗送电池的两电池型的NOx传感器或者SOx传感器时,在栗送电池的电极之间流动的氧气分解电流的值能够被用作上述的湿度相关值。
[0099]因此,当本发明的系统应用于包括上述栗送电池的两电池型的NOx传感器或者SOx传感器时,所述测量控制部构造为获取第二氧分解电流值,第二氧分解电流值是由于在所述第三状态下包含在所述测试气体中的氧气的分解而在所述第三电极和所述第四电极之间流动的电流的值,并且所述测量控制部构造为获取所述获取的第二氧分解电流值作为所述湿度相关值。在该情况下,所述测量控制部预先存储第一对应关系,在第一对应关系中当处于正常状态的所述气体传感器的所述第二电化学电池处于所述第三状态时所获取的所述第二氧分解电流值被用作所述湿度相关值。从而,测量控制部能够基于第一对应关系从获取的第二氧分解电流值规定参考水分解电流值。
[0100]但是,当气体传感器的输出特性已经处于异常状态时,获取的第二氧分解电流值可能不精确,因此规定的参考水分解电流值可能不精确。根据基于这种不精确参考水分解电流值的异常判定难以执行气体传感器的输出特性的精确异常诊断。
[0101 ]然后,当根据如上所述的第二氧分解电流值规定参考水分解电流值时,期望的是使用某种指标来诊断气体传感器的输出特性是否处于异常状态,并且当判定气体传感器的输出特性处于异常状态时,根据气体传感器的输出特性从正常状态下的气体传感器的输出特性的改变,校正如上所述规定的参考水分解电流值。
[0102]作为上述“指标”,例如,能够使用当燃料不供给至内燃机时由于包含在测试气体中的氧气的分解而在第三电极和第四电极之间流动的电流的值。换句话说,使用与上述FC诊断相同的技术,能够检测气体传感器的输出特性从正常状态下的气体传感器的输出特性的改变,并且能够根据该改变来校正参考水分解电流值。
[0103]在上述情况下,所述测量控制部需要预先存储第二参考大气分解电流值,第二参考大气分解电流值是当燃料不供给至内燃机并且处于正常状态下的所述气体传感器的所述第二电化学电池处于所述第三状态时,由于包含在所述测试气体中的氧气的分解而在所述第三电极和所述第四电极之间流动的电流的值。
[0104]例如,第二参考大气分解电流值能够通过测量在正常状态下的气体传感器的第二电化学电池中当燃料不供给至内燃机时,由于包含在测试气体中的氧气的分解而在第三电极和第四电极之间流动的电流的值来获取。此外,例如,获取的第二参考大气分解电流值能够存储在ECU包括的数据存储设备(例如,ROM等)中,并且能够在气体传感器的输出特性的异常诊断中被CPU参考。
[0105]此外,所述测量控制部构造为基于当燃料不供给至所述内燃机时在所述第三状态下获取的所述第二氧分解电流值来获取第二大气分解电流值,第二大气分解电流值是由于包含在所述测试气体中的氧气的分解而在所述第三电极和所述第四电极之间流动的电流的值。当气体传感器处于正常状态时,这样获取的第二大气分解电流值和预先存储的第二参考大气分解电流值必定相同。另一方面,当气体传感器的输出特性处于异常状态时,根据气体传感器的输出特性从正常状态下的气体传感器的输出特性的改变,第二大气分解电流值偏离于第二参考大气分解电流值。
[0106]然后,所述测量控制部构造为基于所述获取的第二大气分解电流值与所述第二参考大气分解电流值之比来校正规定的所述参考水分解电流值。从而,当根据上述获取的第二氧分解电流值基于第一对应关系来规定参考水分解电流值时,即使气体传感器的输出特性已经处于异常状态,也能够基于单独获取的第二大气分解电流值来校正参考水分解电流值。结果,即使气体传感器的输出特性已经处于异常状态,也能够精确地执行气体传感器的输出特性的异常诊断。
[0107]但是,为了获取上述第二大气分解电流值,本质上要求如根据上述常规技术的异常诊断一样实施燃料切断(FC)。因此,在该情况下,不能够消除诸上述(a)至(C)的问题。但是,同样在该情况下,基于分解在比用于氧气的施加电压高的施加电压下开始的水的分解电流来诊断气体传感器的输出特性的异常存在。因此,同样在该情况下,能够精确地诊断气体传感器的输出特性的异常。
[0108]顺便提及,在上述情况下,测量控制部能够基于第二大气分解电流值与由与上述FC诊断相同的技术所获取的第二参考大气分解电流值之比来校正规定的参考水分解电流值。但是,当气体传感器的输出特性从正常状态下的气体传感器的输出特性的改变过度时并且第二大气分解电流值已经明显偏离于第二参考大气分解电流值时,清楚的是,气体传感器的输出特性异常,而无需基于第二大气分解电流值校正上述的参考水分解电流值,以更严格地检测气体传感器的输出特性的异常的存在。
[0109]然后,所述测量控制部可以构造为当第二大气检测偏差大于预定第三上限或者当所述第二大气检测偏差小于预定第三下限时,判定所述气体传感器异常,第二大气检测偏差是通过从获取的所述第二大气分解电流值减去所述第二参考大气分解电流值而获取的值与所述第二参考大气分解电流之比。此外,例如,能够根据在应用本发明的系统的气体传感器的使用中所容许的测试成分的浓度的检测误差的幅值,来适当限定上述的第三上限和第三下限的具体值。
[0110]根据上文,当第二大气检测偏差偏离于通过预定第三上限和第三下限所确定的范围时,能够立即判定气体传感器的输出特性异常。即,在上述情况下,为了基于水分解电流值来执行气体传感器的输出特性的异常诊断,不需要基于第二大气分解电流值与第二参考大气分解电流值之比来校正参考水分解电流值。因此,能够快速地以及简单地判定气体传感器的输出特性的异常的存在。
[0111]顺便提及,在检测包含在内燃机的排气中的含氧气体的极限电流型气体传感器中,本发明的系统检测水(H2O)的分解电流,水的分解在比用于氧气(O2)的施加电压高的施加电压下开始。而且,基于上述检测的水的分解电流与对应于包含在排气中的水的浓度的水的参考分解电流的偏差,诊断极限电流型气体传感器的输出特性的异常的存在。
[0112]因此,例如,取决于形成第一电极的材料和/或结构等,即使在气体传感器不是SOx传感器的情形下,当在上述第一状态下包含在排气中的水也被还原地分解时,包含在排气中的硫氧化物可以被分解。当硫氧化物被还原分解时,其分解产物将吸附至第一电极,第一电极是阴极。结果,第一电极的活性表面积减小并且由在第一电极处水的分解引起的电极电流的幅值也下降。在第一电极能够在第一状态下分解包含在测试气体中的硫氧化物的这种情况下,期望的是至少在第一状态下获取水分解电流值时减少使硫氧化物的分解产物吸附至第一电极。
[0113]然后,本发明的系统包括的所述测量控制部可以构造为在所述第一电极能够在所述第一状态下分解包含在所述测试气体中的硫氧化物的情形下,通过使用所述温度调节部提升所述元件部的温度至预定温度。从而,所述测量控制部防止包含在所述测试气体中的硫氧化物的分解产物吸附至所述第一电极。
[0114]具体地,当在所述第一状态下获取水分解电流值时,所述测量控制部通过使用所述温度调节部来将所述元件部的温度维持在第二预定温度。第二预定温度是不小于所述激活温度的温度,并且是在该温度下解吸附速率大于吸附速率的温度,解吸附速率是包含在测试气体中的硫氧化物的分解产物从所述第一电极解吸附的速率,吸附速率是分解产物吸附至所述第一电极的速率。
[0115]例如,上述的第二预定温度能够通过以下初步实验规定。首先,维持第一状态达预定时间段,并且使硫氧化物的分解产物吸附至第一电极。此后,包含硫氧化物的测试气体供给至内部空间达预定时间段,维持元件部的温度在不同温度下,并且测量吸附至第一电极的硫氧化物的分解产物的量的减小或者增加。而且,吸附至第一电极的分解产物的量减小的元件部的温度被规定为第二预定温度。例如,通过本领域的技术人员公知的方法,诸如测量第一电极的质量以及第一电极的表面分析等,能够测量吸附至第一电极的分解产物的量的减小或者增加。
[0116]根据上文,虽然第一电极能够在第一状态下分解包含在测试气体中的硫氧化物,但是测量控制部使用温度调节部来将元件部的温度维持在第二预定温度。从而,降低了包含在测试气体中的硫氧化物的分解产物到第一电极的吸附。结果,维持了第一电极的活性表面积,并且还降低了由在第一电极处水的分解引起的电极电流的幅值的波动。即,能够在第一状态下获取精确的水分解电流值。结果,即使第一电极能够在第一状态下分解包含在测试气体中的硫氧化物,也能够精确地诊断气体传感器的输出特性的异常的存在。
[0117]参考附图,从下文关于对本发明的实施例的说明中,将易于理解本发明的其他目的、其他特征以及随附优点。
【附图说明】
[0118]图1是用于示出当供给至内燃机的燃料空气混合物的空燃比维持在化学计量比时,通过具有正常输出特性的空燃比传感器与通过具有异常输出特性的空燃比传感器检测的电极电流和施加电压的关系的示意曲线图。
[0119]图2是用于示出应用了根据本发明第一实施例(第一系统)的气体传感器的异常诊断系统的气体传感器所包括的元件部的构造的例子的示意剖面图。
[0120]图3是用于比较在燃料供给至内燃机从而维持空燃比靠近理论空燃比的情形下在单电池型空燃比传感器中施加电压和电极电流之间的关系与正在执行燃料切断(FC)的情形下在单电池型空燃比传感器中施加电压和电极电流之间的关系的示意曲线图。
[0121]图4是用于示出根据现有技术在FC诊断中检测的氧气的分解电流值(Ifc)与在根据本发明的异常诊断中检测的水(I.)的分解电流值之间的相关性的示意曲线图。
[0122]图5是用于示出通过第一系统执行的气体传感器的异常诊断操作的例子的流程图。
[0123]图6是用于示出应用了根据本发明第二实施例(第二系统)的气体传感器的异常诊断系统的气体传感器所包括的元件部的构造的例子的示意剖面图。
[0124]图7是用于比较包含在测试气体中的氮氧化物的浓度高的情形下在双电池型NOx传感器中第一施加电压和第一电极电流之间的关系与在浓度低的情形下在双电池型NOx传感器中第一施加电压和第一电极电流之间的关系的示意曲线图。
[0125]图8是用于示出通过NOx传感器检测的氮氧化物(1.)的分解电流值与通过第二系统在异常诊断中检测的水(I.)的分解电流值之间的相关性的示意曲线图。
[0126]图9是用于示出通过第二系统执行的气体传感器的FC诊断操作的例子的流程图。
[0127]图10是用于示出通过第二系统执行的气体传感器的异常诊断操作的例子的流程图。
[0128]图11是用于说明在应用了根据本发明第三实施例(第三系统)的气体传感器的异常诊断系统的SOx传感器中,包含在测试气体中的硫氧化物的浓度变得越高,处于第二状态下的第一电极电流变得越小的现象的示意曲线图。
[0129]图12是在应用了第三系统的SOx传感器中,通过绘制当第一施加电压是第二预定电压(V2)时的第一电极电流相对于包含在测试气体中的硫氧化物(在该情况下,为二氧化硫(SO2))的浓度而获得的曲线图。
[0130]图13是用于示出SOx传感器的输出值与通过第二系统在异常诊断中检测的水(I.)的分解电流值之间的相关性的示意曲线图。
[0131]图14是用于示出通过第三系统执行的气体传感器的异常诊断操作的例子的流程图。
【具体实施方式】
[0132]〈第一实施例〉
[0133]下文中,将说明根据本发明的第一实施例的气体传感器的异常诊断系统(下文中,称为“第一系统”)。应用了第一系统的气体传感器是使用极限电流型氧气传感器的单电池型空燃比传感器(氧气传感器)。
[0134](构造)
[0135]如图2所示,上述气体传感器的元件部10包括固体电解质物11s、第一氧化铝层21a、第二氧化铝层21b、第三氧化铝层21c、第四氧化铝层21d,第五氧化铝层21e、扩散抵抗部(扩散限制层)32和加热器41。
[0136]固体电解质物Ils是包括氧化锆等的薄板物并且具有氧离子传导性。例如,形成固体电解质物Ils的氧化锆可以包含诸如钪(Sc)和钇(Y)的元素。
[0137]第一至第五氧化铝层21a至21e是包括氧化铝的致密(不透气的)层(致密物)。
[0138]扩散抵抗部32是多孔扩散限制层并且是透气的层(薄板物)。
[0139]例如,加热器41是包含铂(Pt)的金属陶瓷和陶瓷的薄板物(例如,氧化铝等),并且是通过通电生成热量的放热体。
[0140]元件部10的每层从下部按照第五氧化铝层21e、第四氧化铝层21d、第三氧化铝层21c、固体电解质物11s、扩散抵抗部32和第二氧化铝层21b以及第一氧化铝层21a的顺序层压。
[0141]内部空间31是由第一氧化铝层21a、固体电解质物11s、扩散抵抗部32和第二氧化铝层21b限定的空间,并且构造为使得作为测试气体的内燃机的排气通过扩散抵抗部32被引入内部空间31。即,在元件部1中,内部空间31通过扩散抵抗部3 2与内燃机的排气管的内部连通(两者都未示出)。因此,排气管中的排气作为测试气体被引入内部空间31。
[0142]第一大气引入路径51由固体电解质物11s、第三氧化铝层21c和第四氧化铝层21d限定,并且向排气管外侧的大气开口。此外,第一大气引入路径51对应于第一另一空间。
[0143]第一电极IIa是阴极,第二电极I Ib是阳极。第一电极I Ia附接至固体电解质物I Is的一侧上的表面(具体地,限定内部空间31的固体电解质物Ils的表面)。另一方面,第二电极Ilb附接至固体电解质物Ils的另一侧上的表面(具体地,限定第一大气引入路径51的固体电解质物Ils的表面)。第一电极Ila和第二电极I Ib以及固体电解质物Ils构成借助氧栗行为具有氧气抽空能力的第一电化学电池He。该第一电化学电池Ilc被加热器41加热并且维持在期望温度。
[0144]例如,通过刮刀法(doctor blade method)和挤出成型法等,固体电解质物IIs以及第一至第五氧化铝层21a至21e的每层形成为板状。例如,第一电极Ila和第二电极Ilb以及用于使这些电极通电的布线通过丝网印刷方法等形成。通过层压如上所述这些板并且烧制它们,一体地制造具有如上所述结构的元件部10。
[0145]第一电极Ila是包含铂(Pt)作为主成分的多孔金属陶瓷电极。第二电极Ilb也是包含铂(Pt)作为主成分的多孔金属陶瓷电极。但是,构成第一电极Ila的材料不是限制性的,只要当预定电压施加在第一电极Ila和第二电极Ilb之间时,包含在通过扩散抵抗部32被引到内部空间31的测试气体中的氧气(以及水)能够还原地分解。构成第二电极Ilb的材料也并不限于上述材料。构成这些电极的材料能够从利用氧栗行为而广泛用作电化学电池的电极材料的各种材料中适当选择。
[0146]气体传感器进一步包括电源61、安培表71以及未示出的E⑶。电源61和安培表71连接至ECU。
[0147]电源61构造为能够在第一电极Ila和第二电极Ilb之间施加预定电压,使得第二电极Ilb的电势高于第一电极Ila的电势。通过E⑶控制电源61的操作。
[0148]安培表71构造为测量电极电流的幅值,电极电流是在第一电极Ila和第二电极Ilb之间流动的电流(即,流经固体电解质物Ils的电流),并且构造为输出测量值至ECU。
[0149]如上所述,第一电化学电池I Ic和第二电化学电池12c通过加热器41被加热。元件部10的温度作为结果基于当高频电压施加在第一电极Ila和第二电极Ilb之间时的阻抗而被检测到。ECU构造为基于检测的温度来控制供给至加热器41的电力,并且构造为控制元件部10的温度。但是,元件部10的温度可以通过单独地准备的另一温度传感器来检测。
[0150]E⑶是微计算机,其包括CPU、存储CPU执行的程序和设定表(数据表)等的R0M、以及暂时存储数据的RAM(两者都未示出)ACU连接至未示出的内燃机的执行器(燃料喷射阀、节流阀、EGR阀等KE⑶构造为传递驱动(指示)信号至这些执行器并且构造为控制内燃机。
[0151]E⑶能够控制施加在第一电极Ila和第二电极Ilb之间的第一施加电压。即,电源61和ECU构成电压控制部。具体地,构成电压控制部的ECU的功能为控制电源61的操作,使得作为施加在第一电极Ila和第二电极Ilb之间的电压的第一施加电压变得与目标施加电压相同。此外,E⑶能够接收对应于流经从安培表71输出的第一电化学电池(传感器电池)11 c的电极电流的信号。即,安培表71和ECU构成测量控制部。此外,ECU能够通过控制对加热器41的通电的量而控制元件部10的温度。即,加热器41和ECU构成温度调节部。具体地,构成测量控制部中任一者的ECU的功能为输出目标元件温度,并且构成温度调节部的ECU的功能为基于目标元件温度来控制对加热器41通电的量。
[0152](气体浓度检测操作)
[0153]上述ECU包括的CPU(下文中,可以简称为“CPU”)通过加热器41加热元件部10至不小于激活温度的第一预定温度。激活温度是“元件部10的温度”,在该温度下表现出固体电解质(第一固体电解质物IlS)的氧离子传导性。在本例中,第一预定温度为600°C。
[0154]在该状态下,CPU施加对应于第一电极Ila和第二电极Ilb之间的氧气的极限电流区域的电压(例如,0.4V),使得第一电极Ila和第二电极Ilb分别变成阴极和阳极。从而,包含在测试气体中的氧气在第一电极Ila处分解,生成氧离子(O2—),并且通过氧栗行为将生成的氧离子从内部空间31被排放至第一大气引入路径51。此时在第一电极Ila和第二电极Ilb之间流动的电极电流的幅值(第一电极电流值)对应于包含在测试气体中的氧气的浓度。ECU接收对应于从安培表71输出的第一电极电流值的信号。因而,CPU使用第一电化学电池I Ic检测在内部空间31中的包含在测试气体中的氧气的浓度。而且,基于检测的氧气的浓度,计算供给至内燃机的燃料空气混合物的空燃比。
[0155](根据常规技术的空燃比传感器的异常诊断操作)
[0156]顺便提及,如上所述,在极限电流型传感器中,例如,扩散抵抗部的破裂以及堵塞、多孔电极的堵塞以及固体电解质的传导性改变等会引起输出特性的异常(例如,检测值的扩大和检测值的缩小等)。当输出特性的异常出现在极限电流型传感器中时,变得不能够精确地检测包含在排气中的氧气的浓度,以及变得不能够作为空燃比传感器精确地获取空燃比。
[0157]于是,在本领域中,已经提出了一种诊断方法,在该方法中在实施燃料切断(FC)期间当来自传感器的输出保持在上述正常范围内达预定时间段或更久时,判定空燃比传感器的输出特性异常。以下将说明根据常规技术的这种FC诊断。
[0158]在实施FC(FC实施)期间,因为燃料不供给至内燃机并且在燃烧室中的燃料空气混合物不燃烧,所以包含大约21vol% (体积百分比)的氧气的气体从内燃机中排放,同时基本地维持其组成。另一方面,当燃料供给至内燃机并且在燃烧室中的燃料空气混合物燃烧时,包含浓度与作为该烧尽的结果的燃料空气混合物的空燃比一致的氧气的燃料空气混合物从内燃机中排出。例如,当空燃比维持接近化学计量比时,氧气几乎不存在于排气中。
[0159]因此,如图3所示,虽然在FC实施期间在对应于氧气的极限电流区域的施加电压(V02)下(实线)检测的电极电流的幅值非常大,在燃料供给至内燃机的情形下(点划线)当空燃比维持在化学计量比的附近或者小于化学计量比的附近(富含)时检测的电极电流的幅值几乎变成0(零)。另一方面,因为当空燃比维持大于化学计量比(贫乏)时氧气仍然在排气中,所以检测的电极电流的幅值变成大于0(零)的值。在后者情形下,虽然示出了空燃比变得越贫乏(燃料空气混合物中的燃料越稀少)而电极电流的幅值的增加越大的趋势,但是相比于实施FC时电极电流的幅值(Ifc),上述电极电流的幅值相当小。因此,当电极电流的幅值在对应于氧气(Vo2)的极限电流区域的施加电压下显著小于甚至在实施FC期间的上述Ifc时,能够判定空燃比传感器的输出特性异常。
[0160]但是,如上所述,通过基于以较大量存在于上述排气中的氧气的分解电流的幅值执行的气体传感器的输出特性的异常诊断方法,虽然能够精确并容易地检测输出特性的大的改变,但是不能够精确并容易地检测输出特性的微小改变。
[0161](通过第一系统进行的空燃比传感器的异常诊断操作)
[0162]另一方面,如上所述,在根据第一系统的空燃比传感器(氧气传感器)的异常诊断操作中,基于当燃料供给至内燃机时检测的水的分解电流的幅值,来诊断气体传感器的输出特性的异常的存在,水的分解在比用于氧气的施加电压高的施加电压下开始。如上所述,例如,当燃料供给至内燃机并且空燃比维持在化学计量比附近或者小于化学计量比附近(富含)时,氧气的分解电流的幅值几乎变成0(零)。因此,在该情况下,如图3所示,能够认为,在水的还原分解发生的施加电压(V.)下检测的电极电流的幅值等于水的分解电流的幅值(水分解电流值IH20)。
[0163]另一方面,当空燃比维持大于化学计量比(贫乏)时,因为氧气仍然在排气中,所以在检测的电极电流中不仅包括水的分解电流,而且包括氧气的分解电流。在这种情况下,例如,通过从在水的还原分解发生的施加电压(V.)下所检测的电极电流的幅值减去在对应于氧气的上述极限电流区域的施加电压(Vo2)下所检测的电极电流的幅值(对应于氧气
(102)的分解电流值),能够计算水分解电流值(Ih2Q)(稍后将详细提到)。
[0164]当气体传感器的输出特性正常时,理所当然,如上所述获取的水分解电流值(Ih20)对应于包含在排气中的水的浓度。但是,当气体传感器的输出特性异常时,如上所述获取的水分解电流值(1—)偏离于对应于包含在排气中的水的浓度的水分解电流值的正常值(参考水分解电流值IH2C1BASE )。因此,包含在排气中的水的浓度与参考水分解电流值(IH20BASE )之间的对应关系已经预先为气体传感器而准备,并且基于在此时实际获取的水分解电流值(Ih2Q)是否偏离于对应于包含在排气中的水的浓度的参考水分解电流值(Ih2qbase),能够判定气体传感器的输出特性是否异常。
[0165]此外,在具有各种改变的输出特性的空燃比传感器(氧气传感器)中,本发明人测量在根据常规技术的FC诊断中检测的氧气的分解电流值(Ifc)与通过第一系统检测的水分解电流值(I.),并且调查这些值之间的相关性。在根据常规技术的FC诊断中,在燃料未供给至内燃机的状态(FC)下,对应于氧气的极限电流区域的施加电压被施加在电极之间(V02= 0.4V)。在通过第一系统的异常诊断中,使水的分解发生的施加电压被施加在电极之间(Vh20 = 1.0V),同时在燃料供给至内燃机的状态下维持空燃比为化学计量比(A/F= 14.6)。
[0166]如图4所示,通过上述实验获取的氧气的分解电流值(Ifc)和水分解电流值(IH2Q)示出了非常良好的相关性。这示出了基于水分解电流值来诊断气体传感器的输出特性的异常的第一系统能够诊断空燃比传感器的输出特性的异常的存在,类似于根据用于基于氧气的分解电流值来诊断气体传感器的输出特性的异常的常规技术的FC诊断。
[0167](具体操作)
[0168]此处,将更具体地说明通过第一系统执行气体传感器(空燃比传感器)的异常诊断操作。图5是用于示出通过第一系统执行的气体传感器(空燃比传感器)的异常诊断例程的例子的流程图。例如,上述ECU包括的CPU(下文中,可以简称为“CPU”)在预定正时从步骤S500开始处理并且进行到步骤S505。
[0169]在步骤S505中,CPU判定是否用于示出关于气体传感器的输出特性是否异常的诊断(下文中,可以简称为“异常诊断”)还未完成(异常诊断未完成标志:Fd)的标志出现(设定为“I”)或者未出现。例如,无论何时已经经过某个时间段或者无论何时使用气体传感器的车辆的里程增加某个距离,该异常诊断未完成标志设定为“I” ο另一方面,稍后将提到,无论何时异常诊断已经完成,该异常诊断未完成标志设定为“0(零)”。
[0170]当在上述步骤S505中判定异常诊断未完成标志Fd被设定为“I”时(S505:是),CPU进行至以下步骤S510,并判定为了执行异常诊断而应当满足的条件(异常诊断实施条件)是否满足。此外,在本例中,当所有以下(Cl)至(C4)满足时异常诊断实施条件满足。但是,异常诊断实施条件并不限于以下条件,并且能够根据例如应用了气体传感器的内燃机的使用等来适当限定。
[0171](Cl)已经完成应用了气体传感器的内燃机的暖机。
[0172](C2)上述内燃机处于空转状态。
[0173](C3)其上安装有上述内燃机的车辆已经停止(速度=0(零))。
[0174](C4)气体传感器的元件部的温度不小于其激活温度。
[0175]当在上述步骤S510中判定异常诊断实施条件满足时(S510:是),CPU进行至以下步骤S515,在上述内燃机中使用气体传感器(空燃比传感器)通过反馈(F/B)暂停空燃比控制,并且切换至使空燃比替代为化学计量比的开环控制。这是因为不能够通过气体传感器检测空燃比,因为例如气体传感器等中的施加电压等被改变成不同于往常在异常诊断中的状
??τ O
[0176]接下来,CPU进行到步骤S520,并且获取在第二状态下获取的第一电极电流值作为测试成分浓度相关值,在第二状态下第一施加电压等于包括在预定第二电压区域中的第二预定电压,测试成分浓度相关值是关联于包含在测试气体中的测试成分的浓度的值。在本例中,因为测试成分是氧气,所以用于检测氧气浓度的通常施加电压(0.4V)已经是第二预定电压(0.4V)。因此,在第二状态下获取的第一电极电流值(S卩,测试成分浓度相关值)也是第一氧分解电流值本身,第一氧分解电流值是由于包含在测试气体中的氧的分解而在第一电极和第二电极之间流动的电流的值。因而,CPU获取第一氧分解电流值(102)。
[0177]接下来,CPU进行到步骤S525,并且切换第一施加电压至第一预定电压(1.0V)。即,CPU将第一电化学电池Ilc的状态从第二状态切换至第一状态。而且,在预定时间段已经经过并且气体传感器的输出(第一电极电流值)已经稳定之后,获取传感器输出(第一电极电流值)。因为氧气的分解开始电压低于水的分解开始电压,所以在第一状态下不仅测试气体中的水被还原地分解,而且氧气也还原地分解。因此,该获取的第一电极电流值不仅包括由于水的分解而流动的电极电流(水分解电流),而且包括由于氧气的分解而流动的电极电流(氧分解电流)。另一方面,因为第一预定电压是包括在氧气的分解电流区域中的电压,所以该氧分解电流的幅值等于在上述步骤S520中获取的第一氧分解电流值(12)。即,在步骤S525中获取的第一电极电流值是在步骤S520中获取的第一氧分解电流值(12)和水分解电流值(Ih2Q)的总和(第一电极电流值:IQ2+H2Q = 102+IH20 ) ο
[0178]然后,CPU进行至以下步骤S530,通过从第一电极电流值(IQ2+H2Q)减去在上述步骤S520中获取的第一氧分解电流值(12),来计算水分解电流值(I—),水分解电流值是由于在第一状态下水的分解而流动的电极电流的幅值。
[0179]在气体传感器的输出特性正常的情形下,如上所述计算的水分解电流值(IH2Q)与参考水分解电流值(1-BASE)的偏差应当落入预定阈值内,参考水分解电流值是在时间点上与包含在测试气体中的水的浓度对应的水分解电流的值,其将通过具有正常输出特性的气体传感器检测到。相反,当水分解电流值(Ih2Q)与参考水分解电流值(Ih2qbase)的偏差超过预定阈值时,能够判定气体传感器的输出特性异常。
[0180]然后,CPU进行至以下步骤S535,并且规定在当获取上述第一电极电流值(IQ2+H20)时的时间点的参考水分解电流值(Ih2qbase)。具体地,CPU从上述步骤S520获取的第一氧分解电流值(12)计算出对应的燃料空气混合物的空燃比,并且基于已经预先存储的设定表(数据表),根据该计算的空燃比来规定参考水分解电流值(Ih2qbase) ο
[0181]上述设定表是示出供给至内燃机的燃料空气混合物的空燃比与参考水分解电流值(1-BASE )之间的对应关系的数据表,参考水分解电流值是当具有正常输出特性的气体传感器的第一电化学电池处于第一状态时由于包含在测试气体中的水的分解而在第一电极和第二电极之间流动的电流的值。即,在本例中,燃料空气混合物的空燃比是湿度相关值,燃料空气混合物的空燃比与参考水分解电流值(Ih2QBASE)之间的对应关系是第一对应关系。
[0182]但是,不是必须要求从上述步骤S520获取的第一氧分解电流值(12)计算对应燃料空气混合物的空燃比。即,第一氧分解电流值(12)可以是湿度相关值,第一氧分解电流值(102 )与参考水分解电流值(IH20BASE )之间的对应关系可以是第一对应关系。
[0183]接下来,CPU进行到步骤S540,判定湿度检测偏差(Dw)是否大于预定第一上限。此处,湿度检测偏差(Dw)是通过从如上所述在步骤S535水分解电流值(IH2Q)减去规定的参考水分解电流值(IH2QBASE)获得的值与参考水分解电流值(IH2QBASE)之比(Dw= ( IH20-1H20BASE ) /
IH20BASE) ο
[0184]当在上述S540步骤中判定湿度检测偏差(Dw)大于预定第一上限时(S540:是),由于输出特性的异常,气体传感器处于传感器输出过分地扩大(太大)而不是其待检测的正常值的状态。因此,CPU进行至以下步骤S545,并且做出判定:伴随检测值扩大的输出特性的异常已经出现在气体传感器中。在本例中,CPU开启对应于该判定的故障报警灯(MIL)。
[0185]此后,CHJ进行至以下步骤S560,上述异常诊断未完成标志Fd被取低(设定为“O(零)”)。即,CPU记录关于气体传感器的异常诊断已经完成。此后,CPU进行至以下步骤S565,将第一施加电压返回至用于检测氧气浓度的通常施加电压(0.4V)。此后,CPU进行至以下步骤S550,恢复使用气体传感器的空燃比的F/B控制,CPU进行到步骤S595,立刻结束例程。
[0186]另一方面,当在上述步骤S540中判定湿度检测偏差(Dw)不大于预定第一上限时(S540:否),CPU进行到步骤S550,并且判定湿度检测偏差(Dw)是否小于预定第一下限。
[0187]当在上述步骤S550中判定湿度检测偏差(Dw)小于预定第一上限时(S550:是),由于输出特性的异常,气体传感器处于传感器输出缩小得太小而不为其待检测的正常值的状态。因此,CPU进行至以下步骤S555,做出判定:伴随检测值缩小的输出特性的异常已经出现在气体传感器中。在本例中CPU开启对应于该判定的故障报警灯(MIL)。
[0188]此后,CPU进行到步骤S560、步骤S565、步骤S570以及步骤S595,并且立刻结束例程。
[0189]此外,当在上述步骤S505判定异常诊断未完成标志Fd未设定为“I”时(S505:否),以及当在上述步骤S510判定异常诊断实施条件不满足时(S510:否),CPU进行到步骤S595并且立刻结束例程,而不执行任何特殊处理。
[0190]此外,当在上述步骤S550中判定湿度检测偏差(Dw)不小于预定第一下限时(S550:否),由于输出特性的异常所导致的检测值的扩大或缩小都还未发生在气体传感器中。因此,CPU进行到步骤S595并且立刻结束例程,而不执行任何特殊处理。
[0191]正如上文解释的,根据第一系统,在检测包含在内燃机的排气中的氧气的分解电流值的极限电流型氧气传感器(空燃比传感器)中,检测水(H2O)的分解电流值(水分解电流),并且基于其与对应于包含在排气中的水的浓度的水的参考分解电流值(参考水分解电流)的偏差,诊断极限电流型气体传感器的输出特性的异常的存在。从而,不仅能够精确并容易地诊断气体传感器的输出特性的明显异常,而且能够精确并容易地诊断气体传感器的输出特性的微小异常。
[0192]此外,虽然在本例中气体传感器检测的供给至内燃机的燃料空气混合物的空燃比与从空燃比规定的参考水分解电流值按其原样使用,但是如上所述,可以基于在燃料切断时检测的氧气的分解电流值来校正参考水分解电流值。可替换地,如上所述,参考水分解电流值可以根据包含在测试气体中的水的浓度来规定,包含在测试气体中的水的浓度通过单独准备的湿度传感器等来检测。此外,例如,可以基于内燃机的进气的温度来估计包含在测试气体中的水的浓度,并且可以根据该估计的水的浓度规定参考水分解电流值。
[0193]〈第二实施例〉
[0194]此后,将说明根据本发明第二实施例的气体传感器的异常诊断系统(此后,称为“第二系统”)。应用了第二系统的气体传感器是使用极限电流型氧气传感器的双电池型NOx传感器(氮氧化物传感器)。在NOx传感器中,在上游侧的第二电化学电池(栗送电池)分解并且排放作为测试气体的排气中的氧气,在下游侧的第一电化学电池(传感器电池)分解并且检测测试气体中的氮氧化物。
[0195](构造)
[0196]如图6所示,上述气体传感器的元件部10包括第一固体电解质物11s、第二固体电解质物12s、第一氧化铝层21a、第二氧化铝层21b、第三氧化铝层21c、第四氧化铝层21d、第五氧化铝层21e、第六氧化铝层21f、扩散抵抗部(扩散限制层)32和加热器41。
[0197]固体电解质物Ils是包括氧化锆等的薄板物并且具有氧离子传导性。形成固体电解质物I Is的氧化锆可以包含诸如例如钪(Sc)和钇(Y)的元素。第二固体电解质物12s与固体电解质物I Is相同。
[0198]第一至第六氧化铝层21a至21f是包括氧化铝的致密(不透气的)层(致密物)。
[0199]扩散抵抗部32是多孔扩散限制层,并且是透气层(薄板物)。
[0200]例如,加热器41是包含铂(Pt)和陶瓷(例如,氧化铝等)的金属陶瓷的薄板物,并且是通过通电来产生热的放热体。
[0201]元件部10的各层都从下部按照第五氧化铝层21e、第四氧化铝层21d、第三氧化铝层21c、第一固体电解质物11s、扩散抵抗部32和第二氧化铝层21b、第二固体电解质物12s、第六氧化铝层21f以及第一氧化铝层21a的顺序层压。
[0202]内部空间31是由第一固体电解质物IIs、第二固体电解质物12s、扩散抵抗部32和第二氧化铝层21b限定的空间,并且构造为,使得作为测试气体的内燃机的排气通过扩散抵抗部3 2被引入内部空间31。即,在元件部1中,内部空间31通过扩散抵抗部32与内燃机的排气管的内部连通(两者都未示出)。因此,排气管中的排气作为测试气体被引入内部空间31。
[0203]第一大气引入路径51由第一固体电解质物11s、第三氧化铝层21c和第四氧化铝层21d限定,并且向排气管外侧的大气开口。第一大气引入路径51对应于第一另一空间。第二大气引入路径52由第二固体电解质物12s、第一氧化铝层21a和第六氧化铝层21f限定,并且向排气管外侧的大气开口。第二大气引入路径52对应于第二另一空间。
[0204]第一电极Ila是阴极,第二电极Ilb是阳极。第一电极IIa附接至第一固体电解质物Ils的一侧上的表面(具体地,限定内部空间31的第一固体电解质物Ils的表面)。另一方面,第二电极Ilb附接至第一固体电解质物Ils的另一侧上的表面(具体地,限定第一大气引入路径51的第一固体电解质物Ils的表面)。第一电极Ila和第二电极Ilb布置成使得横跨第一固体电解质物Ils彼此面对。第一电极I Ia和第二电极I Ib以及第一固体电解质物Ils构成通过氧栗行为具有氧气排空能力的第一电化学电池He。
[0205 ]第三电极12a是阴极,第四电极12b是阳极。第三电极12a附接至第二固体电解质物12s的一侧上的表面(具体地,限定内部空间31的第二固体电解质物12s的表面)。另一方面,第四电极12b附接至第二固体电解质物12s的另一侧上的表面(具体地,限定第二大气引入路径52的第二固体电解质物12s的表面)。第三电极12a和第四电极12b布置成横跨第二固体电解质物12s彼此面对。第三电极12a和第四电极12b以及第二固体电解质物12s构成通过氧栗行为具有氧气抽空能力的第二电化学电池12c。这些第一电化学电池Ilc和第二电化学电池12c通过加热器41被加热并且被维持在期望温度。
[0206]第一固体电解质物11s、第二固体电解质物12s和第一至第六氧化铝层21a至21f的各层通过例如刮刀法以及挤出成型法等形成板形。第一电极I Ia和第二电极I Ib、第三电极12a和第四电极12b以及用于使这些电极通电的布线通过例如丝网印刷方法等形成。通过层压上述这些板材并且烧制它们,一体地制造具有如上所述的结构的元件部10。
[0207]第一电极Ila是包含铂(Pt)和铑(Rh)的合金作为主成分的多孔金属陶瓷电极,第二电极Ilb也是包含铂(Pt)作为主成分的多孔金属陶瓷电极。但是,构成第一电极Ila的材料不受限制,只要当预定电压施加在第一电极Ua和第二电极Ilb之间时,能够还原地分解通过扩散抵抗部32被引导至内部空间31的测试气体中所包含的氧气和氮氧化物。优选地,构成第一电极Ila的材料包含铂族成分诸如铂(Pt)、铑(Rh)和钯(Pd)或者其合金作为主成分。更优选地,第一电极Ila是多孔金属陶瓷电极,其包含从由铂(Pt)、铑(Rh)和钯(Pd)组成的族中选择出的至少一种作为主成分。此外,构成第二电极I Ib的材料并不限于上述材料,并且也能够从利用氧栗行为广泛用作电化学电池的阳极材料的各种材料中适当选择构成第二电极I Ib的材料。
[0208]另一方面,第三电极12a和第四电极12b是包含铂(Pt)作为主成分的多孔金属陶瓷电极。但是,构成第三电极12a的材料不受限制,只要当包含在测试气体中的氧气能够分解的电压(具体地大约为0.1V或更大,典型地大约为0.4V)施加在第三电极12a和第四电极12b之间时,通过扩散抵抗部32被引导至内部空间31的测试气体中所包含的氧气能够还原地分解。此外,构成第四电极12b的材料并不限于上述材料,并且也能够从利用氧栗行为广泛用作电化学电池的阳极材料的各种材料中适当选择构成第四电极12b的材料。
[0209]在图6示出的例子中,第二电化学电池12c包括与构成第一电化学电池Ilc的第一固体电解质物Ils分离的第二固体电解质物12s。但是,第二电化学电池12c可以与第一电化学电池Ilc共享第一固体电解质物11s。在该情况下,第一大气引入路径51充当第一另一空间和第二另一空间。
[0210]气体传感器进一步包括电源61、安培表71以及未示出的ECU(电子控制单元)。电源61和安培表71连接至E⑶。
[0211]电源61构造为能够在第一电极Ila和第二电极Ilb之间施加预定电压,使得第二电极Ilb的电势高于第一电极Ila的电势。通过E⑶控制电源61的工作。
[0212]安培表71构造为测量电极电流的幅值,电极电流是在第一电极IIa和第二电极I Ib之间流动的电流(即,流经第一固体电解质物Ils的电流),并且安培表71构造为输出测量值至 ECU。
[0213]此外,气体传感器进一步包括电源62和安培表72。电源62和安培表72连接至E⑶。
[0214]电源62构造为能够在第三电极12a和第四电极12b之间施加预定电压,使得第四电极12b的电势高于第三电极12a的电势。通过E⑶控制电源62的工作。
[0215]安培表72构造为测量电极电流的幅值,电极电流是在第三电极12a和第四电极12b之间流动的电流(即,流经第二固体电解质物12s的电流),并且安培表72构造为输出测量值至 ECU。
[0216]如上所述,第一电化学电池I Ic和第二电化学电池12c通过加热器41被加热。基于当高频电压施加在第三电极12a和第四电极12b之间时的阻抗来检测作为结果的元件部10的温度。ECU构造为基于检测的温度来控制至加热器41的电力供给,并且构造为控制元件部10的温度。但是,基于当高频电压施加在第一电极Ila和第二电极Ilb之间时的阻抗,或者通过单独地准备的另一温度传感器,可以检测元件部10的温度。
[0217]E⑶是微计算机,其包括CPU、存储CPU执行的程序以及设定表(数据表)等的R0M、以及暂时存储数据的RAM(均未示出)ACU连接至未示出的内燃机的执行器(燃料喷射阀、节流阀、EGR阀等KE⑶构造为传递驱动(指示)信号至这些执行器并且构造为控制内燃机。
[0218]ECU能够控制第一施加电压,第一施加电压是施加在第一电极Ila和第二电极Ilb之间的电压。即,电源61和ECU构成第一电压控制部。具体地,构成第一电压控制部的ECU的功能为控制电源61的操作,使得作为施加在第一电极Ila和第二电极Ilb之间的电压的第一施加电压变成与第一目标施加电压相同。此外,ECU能够接收对应于从安培表71输出的、流经第一电化学电池11c的电极电流的信号。即,安培表71和ECU构成第一测量控制部。此外,ECU能够控制施加在第三电极12a和第四电极12b之间的电压。即,电源62和ECU构成第二电压控制部。具体地,构成第二电压控制部的ECU的功能为控制电源71的操作,使得施加在第三电极12a和第四电极12b之间的电压变成与第二目标施加电压相同。此外,ECU能够接收对应于从安培表72输出的流经第二电化学电池12c的电极电流的信号。即,安培表72和ECU构成第二测量控制部。此外,ECU能够通过控制对加热器41的通电的量来控制元件部10的温度。即,加热器41和ECU构成温度调节部。具体地,构成测量控制部中的任一者的ECU的功能为输出目标元件温度,并且构成温度调节部的ECU的功能为基于目标元件温度来控制对加热器41的通电的量。
[0219]在图6示出的例子中,包括作为单独的电压控制部的第一电压控制部和第二电压控制部。但是,这些电压控制部可以构造为一个电压控制部,只要能够分别在预期的电极之间施加预期的施加电压。类似地,在图1示出的例子中,包括作为单独的测量控制部的第一测量控制部和第二测量控制部。但是,这些测量控制部可以构造为一个测量控制部,只要能够分别从预期的电极之间获取预期的检测值。
[0220](气体浓度检测操作)
[0221]上述E⑶的CPU通过加热器41加热元件部10至不小于激活温度的第一预定温度。激活温度是“元件部10的温度”,在该温度下表现出固体电解质(第一固体电解质物Ils和第二固体电解质物12s)的氧离子传导性。在本示例中,第一预定温度为750°C。
[0222]在该状态下,CPU施加对应于第三电极12a和第四电极12b之间的氧气的极限电流区域的电压(例如,0.4V),使得第三电极12a和第四电极12b分别变成阴极和阳极。从而,包含在测试气体中的氧气在第三电极12a处分解,生成氧离子(O2—),并且生成的氧离子通过氧栗行为从内部空间31排放至第二大气引入路径52。这样,CPU使用第二电化学电池12c以大致消除包含在内部空间31中的测试气体中的氧气。
[0223]此时在第三电极12a和第四电极12b之间流动的电极电流的幅值(第二氧分解电流值)对应于包含在测试气体中的氧气的浓度。ECU接收对应于从安培表71输出的第二氧分解电流值的信号。因而,CPU使用第二电化学电池12c以检测在内部空间31中的测试气体中所包含的氧气的浓度。并且,基于检测的氧气的浓度,计算供给至内燃机的燃料空气混合物的空燃比。
[0224]另一方面,在元件部10通过加热器41加热至第一预定温度的状态下,CPU施加对应于第一电极Ila和第二电极Ilb之间的氮氧化物的极限电流区域的电压(Vnqx)(例如,0.4V),使得第一电极Ila和第二电极Ilb分别变成阴极和阳极。如上所述,在内部空间31中的测试气体中所包含的氧气通过第二电化学电池12c基本上被消除。因此,在第一电极Ila处,包含在测试气体中的氮氧化物分解,并且伴随该分解,电极电流流动在第一电极Ua和第二电极I Ib之间。
[0225]如图7所示,上述电极电流的幅值(第一电极电流值)在包含在测试气体中的氮氧化物的浓度高(实线)的情形与浓度低(点划线)的情形之间是不同的。即,第一电极电流值取决于包含在测试气体中的氮氧化物的浓度而变化。因而,CPU检测包含在测试气体中的氮氧化物的浓度。此外,例如,在不同于本示例中的NOx传感器的传感器电池(第一电化学电池lie)的上游未准备栗送电池(第二电化学电池12c)的情形下,以及在不是所有包含在测试气体中的氧气都能通过在上游准备的栗送电池等排放的情形下,氧气存在于达到传感器电池的测试气体中。在这种情况下,如图7的括号所示,第一电极电流值不仅包括氮氧化物的分解电流值,而且包括氧气的分解电流值(极限电流值)。
[0226](根据常规技术的NOx传感器的异常诊断操作)
[0227]如上所述,在根据常规技术的FC诊断中,当氧气的分解电流值(Ifc)已经停留在实施通常空燃比控制时检测的氧气的分解电流值的范围内时,在即使燃料切断(FC)正在实施中但是没有执行FC达预定时间段或者更久的情况下,判定传感器的输出特性异常。
[0228]但是,如上所述,通过基于上述以较大量存在的氧气的分解电流的幅值来执行的气体传感器的输出特性的异常诊断方法,不能够精确并容易地检测出检测以微量存在于排气中的氮氧化物的浓度的NOx传感器的输出特性的微小改变。
[0229](通过第二系统进行的NOx传感器的异常诊断操作)
[0230]另一方面,如上所述,第二系统基于当燃料供给至内燃机时检测的水的分解电流的幅值(水分解电流值),来诊断NOx传感器的输出特性的异常的存在,水的分解在施加电压高于用于氧气的施加电压时开始。
[0231]水分解电流值(IH2Q)是基于当第一施加电压是第一预定电压时检测的第一电极电流值而获取的。如上述图7所示,当第一施加电压是第一预定电压(VH2Q)时检测到的第一电极电流值包括氮氧化物的分解电流值(1.)和水分解电流值(I.) ο因此,例如,能够通过从在水的还原分解发生的施加电压(VH2Q)下检测到的第一电极电流值减去在对应于氮氧化物的上述极限电流区域的施加电压(Vnqx)下检测到的第一电极电流的幅值(对应于氮氧化物分解电流(I.))来计算水分解电流值(I.)(稍后将详细提到)。如上所述关于第一系统,基于这样获取的水分解电流值(I.)是否已经偏离于在该时间对应于包含在排气中的水的浓度的参考水分解电流值(Ih2QBASE),能够判定NOx传感器的输出特性是否异常。
[0232]使用具有各种改变的输出特性的NO X传感器,本发明人测量包含恒定浓度(10ppm)氮氧化物的排气中所包含的氮氧化物的分解电流值(Inqx)和在具有恒定空燃比(A/F = 20)的燃料空气混合物供给至内燃机的同时通过第二系统检测的水分解电流值(I.),并且调查这些值之间的相关性。在第一电化学电池Ilc中,在设定为0.4V的第一施加电压下检测氮氧化物的分解电流(Inqx),在设定为1.0V的第一施加电压下检测水的分解电流(IH20) O
[0233]此外,当使水的还原分解发生的施加电压施加在具有上述构造的第一电极Ila和第二电极Ilb之间时,包含在测试气体中的不仅水、而且硫氧化物被还原地分解。正如稍后将提到的,取决于元件部10的温度,硫氧化物的分解产物可以吸附至第一电极11a。但是,因为在本示例中第一预定温度为750°C,所以硫氧化物的分解产物不吸附至第一电极11a。
[0234]如图8所示,通过上述实验获取的氮氧化物的分解电流值(Inqx)和水分解电流值(Ih2Q)示出了非常良好的相关性。这表明通过第二系统用于气体传感器的异常诊断的水分解电流值(Ih2Q)合适作为用于诊断氮氧化物的分解电流值(Inox)的输出特性的异常的指标。
[0235](具体操作)
[0236]此处,将更具体地说明通过第二系统执行的气体传感器(NOx传感器)的异常诊断操作。此外,在本示例中,通过气体传感器检测供给至内燃机的燃料空气混合物的空燃比,并且根据空燃比规定的参考水分解电流值不被按原样使用,并且如上所述,基于在实施燃料切断(FC)时检测到的氧气的分解电流值来校正参考水分解电流值。此外,在本示例中,当在实施FC时检测到的氧气的分解电流值已经极大地偏离于参考值时,判定气体传感器异常,并且不执行基于水分解电流值的气体传感器的异常诊断。
[0237](FC 诊断)
[0238]然后,将首先说明基于在实施FC时检测的氧气的分解电流值(大气分解电流值)的气体传感器的异常诊断(FC诊断)。图9是用于示出通过第二系统执行的气体传感器(NOx传感器)的FC诊断例程的示例的流程图。例如,上述ECU的CPU(下文中,可以简称为“CPU”)在预定正时从步骤S900开始处理,并且进行到步骤S905。
[0239]在步骤S905中,CPU判定用于示出关于气体传感器的输出特性是否异常的诊断(下文中,可以简称为“异常诊断”)还未完成的标志(异常诊断未完成标志:Fd)是否被升高(设定为“I”)。例如,无论何时已经经过某个时间段或者无论何时使用气体传感器的车辆的里程增加某个距离,该异常诊断未完成标志设定为“I”。另一方面,稍后将提到,无论何时异常诊断已经完成,该异常诊断未完成标志设定为“0(零)”。
[0240]当在上述步骤S905中判定异常诊断未完成标志Fd设定为“I”时(S905:是),CPU进行至以下步骤S910,并判定为了执行FC诊断而应当满足的条件(FC诊断实施条件)是否满足。此外,在本示例中,当所有以下(Fl)至(F3)满足时,FC诊断实施条件满足。但是,FC诊断实施条件并不限于以下条件,并且能够根据例如施加了气体传感器的内燃机的使用等来适当限定。
[0241](Fl)已经完成施加了气体传感器的内燃机的暖机。
[0242](F2)自实施燃料切断(FC)开始起已经经过预定时间段。
[0243](F3)气体传感器的元件部的温度不小于其激活温度。
[0244]当在上述步骤S910中判定FC诊断实施条件满足时(S910:是),CPU进行至以下步骤S915,并且从处于第三状态的第二电化学电池12c(栗送电池)获取第二大气分解电流值(Ifc),第二大气分解电流值是由于包含在测试气体中的氧气的分解而在第三电极12a和第四电极12b之间流动的电流的值。
[0245]接下来,CPU进行到步骤S920,并读取预先存储在ECU包括的数据存储设备(例如,ROM等)中的第二参考大气分解电流值(Ifcbase)。如上所述,第二参考大气分解电流值(Ifcbase)是当正常状态下的气体传感器的第二电化学电池12c在FC实施期间处于第三状态时由于包含在测试气体中的氧气的分解而在第三电极12a和第四电极12b之间流动的电流的值。而且,CPU计算出第二大气检测偏差(Dfc),第二大气检测偏差是通过从在步骤S915中获取的第二大气分解电流值(Ifc)减去第二参考大气分解电流值(Ifcbase)获得的值与第二参考大气分解电流值(IFCBASE )之比。
[0246]当气体传感器的输出特性正常时,如上所述获取的第二大气分解电流值(Ifc)与第二参考大气分解电流值(Ifcbase)的偏差应当落入预定阈值内。相反,当第二大气分解电流值(Ifc)与第二参考大气分解电流值(Ifcbase)的偏差超过预定阈值时,能够判定气体传感器的输出特性异常。因此,在步骤S920中CPU判定上述第二大气检测偏差(Dfc)是否大于预定第三上限。
[0247]当在上述步骤S920中判定第二大气检测偏差(Dfc)大于预定第三上限时(S920:是),由于输出特性的异常,气体传感器处于传感器输出过分地(过大地)扩大而不为其待检测的正常值的状态。因此,CPU进行至以下步骤S925,并且做出判定:伴随检测值的扩大,输出特性的异常已经出现在气体传感器中。在本示例中CPU开启对应于该判定的故障报警灯(MIL)0
[0248]此后,CPU进行至以下步骤S940,上述异常诊断是未完成标志Fd被取低(设定为“O(零)”)。即,CPU记录关于气体传感器的异常诊断已经完成。此后,CPU进行至以下步骤S945,并且用于表明通过FC诊断气体传感器的输出特性已经被判定为正常的FC诊断成功标志(Ff)被取低(设定为“0(零)”)。此后,CPU进行至以下步骤S995,立刻结束例程。
[0249]另一方面,当在上述步骤S920中判定第二大气检测偏差(DFC)不大于预定第三上限时(S920:否),CPU进行到步骤S930,并且判定是否第二大气检测偏差(Dfg)小于预定第三下限。
[0250]当在上述步骤S930中判定第二大气检测偏差(Dfc)小于预定第三下限时(S930:是),由于输出特性的异常,气体传感器处于传感器输出缩小得太小而不为其待检测的正常值的状态。因此,CPU进行到以下步骤S935,并且做出判定:伴随着检测值的缩小的输出特性的异常已经出现在气体传感器中。在本示例中CPU开启对应于该判定的故障报警灯(MIL)。
[0251]此后,CPU进行到步骤S940、步骤S945以及步骤S995,并且立刻结束例程。
[0252]此外,当在上述步骤S905中判定异常诊断未完成标志Fd未设定为“I”时(S905:否),并且,当在上述步骤S910中判定FC诊断实施条件不满足时(S910:否),CPU进行到步骤S995并且立刻结束例程,而不执行任何特殊处理。
[0253]此外,当在上述步骤S930中判定第二大气检测偏差(Dfc)不小于预定第三下限时(S930:否),由于输出特性的异常所导致的检测值的扩大或缩小还未发生在气体传感器中。因此,CPU进行到步骤S950,并且提高FC诊断成功标志(Ff)(设定为“I”)。此后,CPU进行至以下步骤S995,并且立刻结束例程。
[0254]正如上文说明的,根据第二系统,类似于根据常规技术的FC诊断,基于在FC实施期间检测的氧气分解电流,判定气体传感器的输出特性是否异常。从而,正如稍后将提到的,当判定气体传感器的输出特性异常时,为了基于水分解电流值执行气体传感器的输出特性的异常诊断,不需要基于第二大气分解电流值与第二参考大气分解电流值之比来校正参考水分解电流值。因此,能够快速地并简单地判定气体传感器的输出特性的异常的存在。
[0255](异常诊断)
[0256]接下来,将说明通过第二系统执行的基于水分解电流值的气体传感器的异常诊断。图10是用于示出通过第二系统执行的气体传感器(NOx传感器)的异常诊断例程的示例的流程图。例如,上述ECU的CPU在预定正时从步骤S1000开始处理,并进行到步骤S1005。[°257] 在步骤S1005中,CPU判定用于示出气体传感器的输出特性通过上述FC诊断已经判定为正常的FC诊断成功标志(Ff)是否已经被升高(是否其已经被设定为“I”)。当通过上述FC诊断判定气体传感器的输出特性正常时,该FC诊断成功标志Ff被升高(设定为“I”)。另一方面,当通过FC诊断判定气体传感器的输出特性异常,并且当异常诊断(从现在起将要说明)已经完成时,其被取低(设定为“0(零)”)。
[0258]当在上述步骤S1005中判定FC诊断成功标志Ff已经设定为“I”时(S1005:是),CPU进行到以下步骤S1010,判定为了执行异常诊断而应当满足的条件(异常诊断实施条件)是否满足。此外,在本示例中,当满足上文关于第一系统所述的所有(Cl)至(C4)时,满足异常诊断实施条件。但是,异常诊断实施条件并不限于上述条件,并且其能够根据例如施加了气体传感器的内燃机的使用等适当限定。
[0259]当在上述步骤SlOlO中判定异常诊断实施条件满足时(S1010:是),CPU进行至以下步骤S1020,获取在第二状态下所获取的第一电极电流值作为测试成分浓度相关值,在第二状态下,第一施加电压等于包括在预定第二电压区域中的第二预定电压,测试成分浓度相关值是与包含在测试气体中的测试成分的浓度关联的值。在本示例中,因为测试成分为氮氧化物,所以第二预定电压(0.4V)被设定为对应于氮氧化物的极限电流区域的电压(0.4V)。
[0260]此外,如上所述,在本例中,被引入元件部10的内部空间31的测试气体中所包含的氧气被布置在作为传感器电池的第一电化学电池Ilc的上游侧的作为栗送电池的第二电化学电池12c分解,并且从内部空间排出。结果,已经到达第一电极Ila的测试气体中所包含的氧气的浓度大致为0(零)或者极其低,第一电极Ila是第一电化学电池Ilc的阴极。
[0261]因此,在第二状态下获取的第一电极电流值(S卩,测试成分浓度相关值)是NOx分解电流值本身,NOx分解电流值是由于包含在测试气体中的氮氧化物的分解而在第一电极和第二电极之间流动的电流的值。从而,CPU获取NOX分解电流值(InoX)。
[0262]接下来,CPU进行到步骤S1025,并且将第一施加电压切换至第一预定电压(1.0V)。即,CPU将第一电化学电池Ilc的状态从第二状态切换至第一状态。而且,在已经经过预定时间段并且气体传感器的输出(第一电极电流值)已经稳定之后,获取传感器输出(第一电极电流值)。因为氮氧化物的分解开始电压低于水的分解开始电压,所以在第一状态下在测试气体中不仅水,而且氮氧化物被还原地分解。因此,该获取的第一电极电流值不仅包括由于水的分解而流动的电极电流(水分解电流),而且包括由于氮氧化物的分解而流动的电极电流(NOx分解电流)。另一方面,因为第一预定电压是包括在氮氧化物的分解电流区域中的电压,所以该NOx分解电流的幅值等于在上述步骤S1020中获取的NOx分解电流值(I.)。即,在步骤S1025中获取的第一电极电流值是在步骤S1020中获取的NOx分解电流值(Inqx)与水分解电流值(Ih2o)的总和(第一电极电流值:IN0X+H20 = IN0X+IH20) ο
[0263]然后,CPU进行至以下步骤S1030,通过从第一电极电流值(INQX+H2Q)减去在上述步骤S1020中获取的NOx分解电流值(Inox)计算出水分解电流值(Ih2Q),水分解电流值是在第一状态下由于水的分解而流动的电极电流的幅值。
[0264]在气体传感器的输出特性正常的情形下,如上所述计算的水分解电流值(IH2Q)与参考水分解电流值(IH2QBASE)的偏差应当落入预定阈值内,参考水分解电流值是将由具有正常输出特性的气体传感器检测的,在时间点上对应于包含在测试气体中的水的浓度的水分解电流的值。相反,当水分解电流值(Ih2O)与参考水分解电流值(Ih2qbase)的偏差超过预定阈值时,能够判定气体传感器的输出特性异常。
[0265]然后,CPU进行至以下步骤S1035,规定在当获取上述第一电极电流值(I N0X+H20)时的时间点处的参考水分解电流值(IH2C1BASE )。具体地,CPU根据在第二电化学电池12C中单独地获取的第二氧分解电流值(Ic12)计算对应的燃料空气混合物的空燃比,第二电化学电池12c是栗送电池,并且基于预先已经储存的设定表(数据表),根据该计算出的空燃比来规定参考水分解电流值(IH2QBASE)。
[0266]上述设定表是示出供给至内燃机的燃料空气混合物的空燃比与参考水分解电流值(1-BASE )之间的对应关系的数据表,参考水分解电流值是当具有正常输出特性的气体传感器的第二电化学电池处于第三状态时,由于包含在测试气体中的水的分解而在第三电极和第四电极之间流动的电流的值。即,在本示例中,燃料空气混合物的空燃比是湿度相关值,燃料空气混合物的空燃比与参考水分解电流值(Ih2qbase)之间的对应关系是第一对应关系O
[0267]但是,不是必须要求根据在栗送电池中单独地获取的第二氧分解电流值(12)计算对应的燃料空气混合物的空燃比。即,第二氧分解电流值(12)可以是湿度相关值,第二氧分解电流值(102 )与参考水分解电流值(IH20BASE )之间的对应关系可以是第一对应关系。
[0268]接下来,CPU进行到步骤S1040,基于在上述FC诊断中获取的第二大气分解电流值(Ifc)和第二参考大气分解电流值(Ifcbase),来校正在上述步骤S1035中规定的参考水分解电流值(IH2C1BASE )。具体地,通过将参考水分解电流值(IH2C1BASE )乘以第二大气分解电流值(IfC )与第二参考大气分解电流值(Ifcbase)之比,CPU计算校正的参考水分解电流值Ih20j。
[0269]接下来,CPU进行到步骤S1050,判定湿度检测偏差(Dw)是否大于预定第一上限。此处,湿度检测偏差(Dw)是通过从水分解电流值(IH2Q)减去如上所述在步骤S1040校正的参考水分解电流值(1_)获得的值与参考水分解电流值(1_)之比(Dw= (Ιη20-Ιη20:)/Ι_)。
[0270]当在上述步骤S1050中判定湿度检测偏差(Dw)大于预定第一上限时(S1050:是),由于输出特性的异常,气体传感器处于传感器输出过分地(过大地)扩大而不为其待检测的正常值的状态。因此,CPU进行至以下步骤S1055,做出判定:伴随检测值的扩大,输出特性的异常已经出现在气体传感器中。在本例中CPU开启对应于判定的故障报警灯(MIL)。
[0271]此后,CPU进行至以下步骤S1070,上述异常诊断未完成标志Fd和FC诊断成功标志Ff两者被取低(设定为“0(零)”)。即,CPU记录关于气体传感器的异常诊断已经完成,并且复位FC诊断。此后,CPU进行至以下步骤S1075,使第一施加电压返回至第二预定电压(0.4V)。此后,CPU进行至以下步骤S1095,并立刻结束例程。
[0272]另一方面,当在上述步骤S1050中判定湿度检测偏差(Dw)不大于预定第一上限时(S1050:否),CPU进行到步骤S1060,判定湿度检测偏差(Dw)是否小于预定第一下限。
[0273]当在上述步骤S1060中判定湿度检测偏差(Dw)小于预定第一上限时(S1060:是),气体传感器处于由于输出特性的异常而导致传感器输出缩小得太小而不为其待检测的正常值的状态。因此,CPU进行至以下步骤S1065,做出判定:伴随着检测值的缩小的输出特性的异常已经出现在气体传感器中。在本例中CPU开启对应于判定的故障报警灯(MIL)。
[0274]此后,CPU进行到步骤S1070、步骤S1075以及步骤S1095,并且立刻结束例程。
[0275]此外,当在上述步骤S1005中判定FC诊断成功标志Ff未设定为“I”时(S1005:否),并且当在上述步骤S1010中判定异常诊断实施条件不满足时(S1010:否),CPU进行到步骤S1095并且立刻结束例程,而不执行任何特殊处理。
[0276]此外,当在上述步骤S1060中判定湿度检测偏差(Dw)不小于预定第一下限时(S1060:否),由于输出特性的异常所导致的检测值的扩大或缩小还未发生在气体传感器中。因此,CPU进行到步骤S1095并且立刻结束例程,而不执行任何特殊处理。
[0277]正如上文说明的,根据第二系统,在检测包含在内燃机的排气中的氮氧化物的分解电流值的极限电流型氧气传感器(NOx传感器)中,检测水(H2O)的分解电流值(水分解电流),并且基于其与对应于包含在排气中的水的浓度的水参考分解电流值(参考水分解电流)的偏差,诊断极限电流型气体传感器的输出特性的异常的存在。从而,不仅能够精确并容易地诊断气体传感器的输出特性的明显异常,而且能够精确并容易地诊断气体传感器的输出特性的微小异常。
[0278]此外,虽然通过气体传感器检测供给至内燃机的燃料空气混合物的空燃比,并且基于在燃料切断时检测到的氧气的分解电流值来校正根据空燃比规定的参考水分解电流值,但是,在本例中,参考水分解电流值可以照原样使用,而不校正参考水分解电流值。可替换地,如上所述,参考水分解电流值可以根据包含在测试气体中的水的浓度来规定,水的浓度通过单独地准备的湿度传感器等检测。此外,例如,可以基于内燃机的进气的温度来估计包含在测试气体中的水的浓度,并且参考水分解电流值可以根据该估计出的水的浓度来规定。此外,当判定气体传感器的输出特性正常时,可以用在上述FC诊断中获取的第二大气分解电流值(Ifc)来更新(学习)第二参考大气分解电流值(Ifcbase)。
[0279]顺便提及,在本例中,水分解电流值(I.)是在第一状态下由于水的分解而流动的电极电流的幅值,通过从第一电极电流值(1.+.)减去在上述步骤S1020中获取的NOx分解电流值(I.)来计算水分解电流值(1.)。但是,相比于包含在测试气体中的水的浓度数量级),包含在测试气体中的氮氧化物的浓度(ppm数量级)充分小。因此,第一电极电流值(IN0X+H2Q)可以按原样用作水分解电流值(IH20)。
[0280]〈第三实施例〉
[0281]此后,将说明根据本发明的第三实施例的气体传感器的异常诊断系统(此后,称为“第三系统”)。应用了第三系统的气体传感器是使用极限电流型氧气传感器的双电池型SOx传感器(硫氧化物传感器)。在SOx传感器中,在上游侧的第二电化学电池(栗送电池)分解并且排放排气中的氧气作为测试气体,在下游侧的第一电化学电池(传感器电池)分解并且检测测试气体中的硫氧化物。此外,在本例中示出的SOx传感器基于在在下游侧的第一电化学电池(传感器电池)中水的分解电流的幅值根据包含在测试气体中的硫氧化物的浓度而改变的现象,来检测硫氧化物的浓度。
[0282](构造)
[0283]因为上述气体传感器的元件部10具有与已经参考图6说明的应用了第二系统的气体传感器的元件部10相同的构造,因此此处将不重复关于它的说明。
[0284](气体浓度检测操作)
[0285]上述E⑶的CPU通过加热器41加热元件部10至不小于激活温度的第一预定温度。激活温度是“元件部10的温度”,在该温度下,表现出固体电解质(第一固体电解质物Ils和第二固体电解质物12s)的氧离子传导性。在本例中,第一预定温度为600°C。
[0286]在该状态下,CPU施加对应于第三电极12a和第四电极12b之间的氧气的极限电流区域的电压(例如,0.4V),使得第三电极12a和第四电极12b分别变成阴极和阳极。从而,包含在测试气体中的氧气在第三电极12a处分解,生成氧离子(O2—),并且生成的氧离子通过氧栗行为从内部空间31排放至第二大气引入路径52。因而,CPU使用第二电化学电池12c以大致消除包含在内部空间31中的测试气体中的氧气。
[0287]此时在第三电极12a和第四电极12b之间流动的电极电流的幅值(第二氧分解电流值)对应于包含在测试气体中的氧气的浓度。ECU接收对应于从安培表71输出的第二氧分解电流值的信号。因而,CPU使用第二电化学电池12c以检测在内部空间31中的测试气体中所包含的氧气的浓度。而且,基于检测出的氧气的浓度,计算供给至内燃机的燃料空气混合物的空燃比。
[0288]另一方面,CPU施加作为第二预定电压的电压(Vsox)(例如,1.1V),在该电压下,硫氧化物的分解电流流动在第一电极Ila和第二电极Ilb之间,使得在元件部10通过加热器41加热至第一预定温度的状态下,第一电极Ila和第二电极Ilb分别变成阴极和阳极。如上所述,通过第二电化学电池12c大致消除在内部空间31中的测试气体中所包含的氧气。因此,在第一电极Ila处,包含在测试气体中的硫氧化物分解,并且伴随此的电极电流在第一电极I Ia和第二电极I Ib之间流动。
[0289]但是,如上所述,在本例中示出的SOx传感器基于在下游侧的第一电化学电池(传感器电池)中水的分解电流的幅值根据硫氧化物的浓度而改变的现象,来检测测试气体中的硫氧化物的浓度。即,在第二状态下的第一电化学电池11 c中,不仅包含在测试气体中的硫氧化物分解,而且包含在测试气体中的水分解。因此,在第二状态下的第一电化学电池Ilc中检测到的第一电极电流包括测试气体中包含的硫氧化物的分解电流(SOx分解电流)和测试气体中包含的水的分解电流(水分解电流)。
[0290]正如由图11中轮廓箭头示出的,随着包含在测试气体中的硫氧化物的浓度变得更高,当第一施加电压是第二预定电压(V2)时第一电极电流变得更小。认为该现象是因为包含在测试气体中的硫氧化物和水在处于第二状态的第一电化学电池Uc中还原地分解,并且硫氧化物的分解产物吸附至并且积聚在第一电极Ila上,第一电极Ila是第一电化学电池Ilc的阴极。
[0291]图12是通过绘制当第一施加电压是第二预定电压(V2)时的第一电极电流相对于包含在测试气体中的硫氧化物(在该情况下,二氧化硫(SO2))的浓度而获得的曲线图。如从图12显而易见的,当第一施加电压是第二预定电压(V2)时的第一电极电流取决于包含在测试气体中的硫氧化物(在该情况下,二氧化硫(SOx))的浓度而改变。因此,基于当第一施加电压是第二预定电压(V2)时的第一电极电流,能够检测包含在测试气体中的硫氧化物(在该情况下,硫氧化物(SOx))的浓度。在本例中,根据本发明的气体传感器的异常诊断系统应用于SOx传感器,SOx传感器基于这种测量原理来检测包含在测试气体中的硫氧化物的浓度。
[0292](根据常规技术的SOx传感器的异常诊断操作)
[0293]类似于先前关于第二系统提到的NOx传感器,同样在SOx传感器中,通过基于以较大量存在于测试气体中的氧气的分解电流的幅值来执行的气体传感器的输出特性的异常诊断方法,不能够精确并容易地检测以微量存在于排气中的硫氧化物的浓度的输出特性的微小改变。
[0294](通过第三系统Sox进行传感器的异常诊断操作)
[0295]另一方面,类似于第二系统,第三系统基于当燃料供给至内燃机时检测的水的分解电流的幅值(水分解电流值)来诊断SOx传感器的输出特性的异常的存在,水的分解在施加电压高于用于氧气的施加电压时开始。
[0296]但是,当使水的还原分解发生的施加电压施加在具有上述构造的第一电极Ila和第二电极Ilb之间时,包含在测试气体中的不仅水还原地分解,而且硫氧化物还原地分解。在本例中第一预定温度为600°C,正如从上述关于测量原理的说明中显而易见的,在本例中硫氧化物的分解产物吸附至第一电极11a。因此,在本例中当为了异常诊断的目的而检测水的分解电流时,需要升高元件部10的温度,使得硫氧化物的分解产物不吸附至第一电极11a。在本例中,当为了异常诊断的目的而检测水的分解电流时,元件部10的温度设定为750Γ。
[0297]使用具有各种改变的输出特性的SOx传感器,关于包含恒定浓度(10ppm)的硫氧化物的排气,本发明人测量通过第二系统检测到的气体传感器的输出值(在第二状态下的第一电极电流值)和水分解电流值(IH2C1),并且调查这些值之间的相关性。在第一电化学电池Ilc中,在设定为600 °C的元件部10的温度下,和设定为1.1V的第一施加电压下,检测第二状态下的第一电极电流值,并且在设定为750°C的元件部10的温度下和设定为1.0V的第一施加电压下检测水的分解电流(IH20) O
[0298]如图13所示,通过上述实验获取的SOx传感器的输出值(第二状态下的第一电极电流值)和水分解电流值(I.)示出了非常良好的相关性。这表明用于通过第三系统进行的气体传感器的异常诊断的水分解电流值(Ih2Q)还适合作为用于诊断SOx传感器的输出特性的异常的指标。
[0299](具体操作)
[0300]此处,将更具体地说明通过第三系统执行的气体传感器(SOx传感器)的异常诊断操作。此外,在本例中,类似于第二系统的范例,通过气体传感器检测供给至内燃机的燃料空气混合物的空燃比,并且根据空燃比规定的参考水分解电流值不按原样使用,并且基于在实施燃料切断(FC)时检测到的氧气的分解电流值来校正参考水分解电流值。此外,在本例中,当在实施FC时检测的氧气的分解电流值已经较大地偏离于参考值时,判定气体传感器异常,并且不执行基于水分解电流值的气体传感器的异常诊断。
[0301](FC 诊断)
[0302]基于在FC实施(FC诊断)期间检测的氧气的分解电流值(大气分解电流值)的气体传感器的异常诊断与通过参考图9同时已经说明的第二系统执行的气体传感器(NOx传感器)的FC诊断相同。因此,省略关于通过第三系统执行的气体传感器(SOx传感器)的FC诊断的说明。
[0303](异常诊断)
[0304]接下来,将说明通过第三系统执行的基于水分解电流值的气体传感器的异常诊断。图14是用于示出通过第三系统执行的气体传感器(SOx传感器)的异常诊断例程的示例的流程图。图14所示的包含在流程图中的各个步骤对应于图10示出的包含在流程图中的各个步骤,在相应的图中对应步骤的号码的最后两个数字相同。首先,上述ECU包括的CPU在预定正时从步骤S1400开始处理,并且进行到步骤S1405。
[0305]从步骤S1405起的处理流程与从包括在图10示出的流程图中的步骤S1005起的处理流程相同,除了以下三点。
[0306](X)用作检测对象的测试气体部件在图14中是硫氧化物,而在图10中其是氮氧化物。
[0307](y)在对应于图10的步骤S1020的图14的步骤S1420中,在元件部温度设定为用于检测SOx的温度(600°C)下并且第一施加电压设定为第二预定电压(1.1V)下获取传感器输出。
[0308](z)在以下步骤S1425(对应于步骤S1025)中,为了获取水分解电流值,不仅改变第一施加电压,而且改变元件部10的温度。
[0309]因此,虽然关于第二系统参考图10的同时详细说明了在每个步骤中执行的处理,但是,在本例中,此处不说明包含在图10示出的流程图中的相应每个相应的步骤。
[0310]正如上文说明的,根据第三系统,在检测包含在内燃机的排气中的硫氧化物的分解电流值的极限电流型氧气传感器(SOx传感器)中,检测水(H2O)的分解电流值(水分解电流),并且基于其与对应于包含在排气中的水的浓度的水的参考分解电流值(参考水分解电流)的偏差,诊断极限电流型气体传感器的输出特性的异常的存在。从而,不仅能够精确并容易地诊断气体传感器的输出特性的明显异常,而且能够精确并容易地诊断气体传感器的输出特性的微小异常。
[0311]此外,虽然通过气体传感器检测供给至内燃机的燃料空气混合物的空燃比,并且基于在燃料切断时检测到的氧气的分解电流值来校正根据空燃比规定的参考水分解电流值,但是,同样在本例中,参考水分解电流值可以按原样使用,而在不校正参考水分解电流值。可替换地,如上所述,可以通过根据单独地准备的湿度传感器等检测的包含在测试气体中的水的浓度来规定参考水分解电流值。此外,例如,可以基于内燃机的进气的温度来估计包含在测试气体中的水的浓度,并且可以根据该估计出的水的浓度来规定参考水分解电流值。此外,当判定气体传感器的输出特性正常时,可以用在上述FC诊断中获取的第二大气分解电流值(Ifc)来更新(学习)第二参考大气分解电流值(Ifcbase)。
[0312]顺便提及,在本例中,水分解电流值(IH2Q)是由于在第一状态下水的分解而流动的电极电流的幅值,通过从第一电极电流值(IS0X+H20 )减去SOx分解电流值(ISClX )而计算水分解电流值(IH2C))。但是,相比于包含在测试气体中的水的浓度(%数量级),包含在测试气体中的硫氧化物的浓度(ppm等级)充分小。因此,第一电极电流值(ISQX+H2Q)可以按原样用作水分解电流值(Ih20) ο
[0313]如上所述,虽然有时参考附图而已经说明的具有具体构造的一些实施例和修改是为了说明本发明的目的,但是毫无疑问,其不应当被解释为本发明的范围受限于这些示范实施例和修改,当然在权利要求书和说明书中描述的事项的范围内能够适当地添加任何修改。
[0314][附图标记列表]
[0315]10、20和30:元件部;11a、12a和13a:电极(阴极);11b、12b和13b:电极(阳极);Ils和12s:第一和第二固体电解质物;11c、12c和13c:栗送电池(第一至第三电化学电池);21a、21b、21c、21d、21e和21f:第一至第六氧化铝层;31:内部空间;32:扩散抵抗物;41:加热器;51和52:第一和第二大气引入路径;61、62和63:电源;71、72和73:安培表;以及81:电流差检测器电路。
【主权项】
1.一种气体传感器的异常诊断系统,用于诊断气体传感器是否异常,所述异常诊断系统包括: 元件部(I O ),其包括第一电化学电池(I IC )、致密物(21 a至21 e)以及扩散抵抗部(32),所述第一电化学电池(He)包括具有氧离子传导性的固体电解质物(Hs)以及分别形成在所述固体电解质物(Ils)的表面上的第一电极(Ila)和第二电极(11b),并且所述元件部(10)构造为使得作为测试气体的内燃机的排气通过所述扩散抵抗部(32)被引入由所述固体电解质物(Hs)和所述致密物(21a至21e)以及所述扩散抵抗部(32)限定的内部空间(31),并且所述第一电极(Ila)暴露于所述内部空间(31),而所述第二电极(Ilb)暴露于第一另一空间(51),所述第一另一空间(51)是不同于所述内部空间(31)的空间, 加热器(41),其在通电时产生热以加热所述元件部(10), 电压控制部(61和ECU),其改变第一施加电压,所述第一施加电压是施加在所述第一电极(Ila)和所述第二电极(Ilb)之间的电压, 温度调节部(41和ECU),其通过控制对所述加热器(41)的通电量来改变所述元件部(10)的温度, 测量控制部(71和ECU),其使用所述电压控制部(61和ECU)来控制所述第一施加电压,使用所述温度调节部(41和ECU)来控制所述元件部(10)的温度,并且获取第一电极电流值,所述第一电极电流值是在所述第一电极(Ila)和所述第二电极(Ilb)之间流动的电流的值,并且 所述第一电极(Ila)构造为能够在第一状态下分解包含在所述测试气体中的水(H2O),在所述第一状态下,所述元件部(10)的温度是第一预定温度并且所述第一施加电压是落入预定第一电压区域内的第一预定电压,所述第一预定温度是不低于激活温度的温度,所述激活温度是所述固体电解质物(Hs)表现出氧离子传导性的温度,并且所述第一电极(Ila)构造为能够在第二状态下分解测试成分,所述测试成分是在其分子结构中包含氧原子的并且包含在所述测试气体中的成分,在所述第二状态下,所述元件部(10)的温度是所述第一预定温度并且所述第一施加电压是落入预定第二电压区域内的第二预定电压, 所述测量控制部(71和ECU)构造为获取在所述第二状态下所获取的所述第一电极电流值作为测试成分浓度相关值,所述测试成分浓度相关值是与包含在所述测试气体中的所述测试成分的浓度关联的值,其中: 所述测量控制部(71和ECU)预先存储了第一对应关系,所述第一对应关系是湿度相关值和参考水分解电流值的对应关系,所述湿度相关值是对应于包含在所述测试气体中的水的浓度的值,所述参考水分解电流值是当正常状态下的所述气体传感器的所述第一电化学电池(He)处于所述第一状态时由于包含在所述气体中的水的分解而在所述第一电极(Ila)和所述第二电极(Ilb)之间流动的电流的值,并且 所述测量控制部(71和ECU)构造为,当燃料供给至所述内燃机时,获取当前的所述湿度相关值,基于所述第一对应关系来规定对应于获取的所述湿度相关值的所述参考水分解电流值,并且基于在所述第一状态下所获取的所述第一电极电流值来获取水分解电流值,所述水分解电流值是由于包含在所述测试气体中的水的分解而在所述第一电极(Ila)和所述第二电极(Ilb)之间流动的电流的值,并且 所述测量控制部(71和ECU)构造为,当湿度检测偏差大于预定第一上限时或者当所述湿度检测偏差小于预定第一下限时判定所述气体传感器异常,所述湿度检测偏差是通过从所述水分解电流值减去规定的所述参考水分解电流值所获得的值与规定的所述参考水分解电流值之比。2.根据权利要求1所述的异常诊断系统,其中: 所述第一电极(Ila)构造为能够在所述第一施加电压处于低于所述第一电压区域的所述第二电压区域的所述第二状态下分解包含在所述测试气体中的作为所述测试成分的氧, 所述测量控制部(71和ECU)构造为基于在所述第一施加电压处于低于所述第一电压区域的所述第二电压区域的所述第二状态下所获取的所述测试成分浓度相关值来获取第一氧分解电流值,所述第一氧分解电流值是由于包含在所述测试气体中的氧的分解而在所述第一电极(Ila)和所述第二电极(Ilb)之间流动的电流的值。3.根据权利要求2所述的异常诊断系统,其中: 所述测量控制部(71和ECU)进一步包括湿度传感器,所述湿度传感器检测包含在所述测试气体中的水的浓度,所述测量控制部(71和ECU)构造为获取检测到的所述水的浓度作为所述湿度相关值,并且所述测量控制部(71和ECU)预先存储了所述第一对应关系,在所述第一对应关系中,所述湿度传感器所检测到的所述水的浓度用作所述湿度相关值。4.根据权利要求2所述的异常诊断系统,其中: 所述测量控制部(71和ECU)构造为获取所获取的所述第一氧分解电流值作为所述湿度相关值,并且预先存储了所述第一对应关系,在所述第一对应关系中,当正常状态下的所述气体传感器的所述第一电化学电池(Ilc)处于所述第二状态时所获取的所述第一氧分解电流值用作所述湿度相关值。5.根据权利要求4所述的异常诊断系统,其中: 所述测量控制部(71和ECU)预先存储了第一参考大气分解电流值,所述第一参考大气分解电流值是当燃料不供给至所述内燃机以及正常状态下的所述气体传感器的所述第一电化学电池(He)处于所述第二状态时由于包含在所述测试气体中的氧的分解而在所述第一电极(I I a)和所述第二电极(I I b)之间流动的电流的值,所述测量控制部(71和ECU)构造为基于当燃料不供给至所述内燃机时在所述第二状态下所获取的所述第一电极电流值来获取第一大气分解电流值,并且基于获取的所述第一大气分解电流值与所述第一参考大气分解电流值之比来校正规定的所述参考水分解电流值,所述第一大气分解电流值是由于包含在所述测试气体中的氧的分解而在所述第一电极(Ila)和所述第二电极(Ilb)之间流动的电流的值。6.根据权利要求5所述的异常诊断系统,其中: 所述测量控制部(71和ECU)构造为,当第一大气检测偏差大于预定第二上限时或者当所述第一大气检测偏差小于预定第二下限时判定所述气体传感器异常,所述第一大气检测偏差是通过从获取的所述第一大气分解电流值减去所述第一参考大气分解电流值所获得的值与所述第一参考大气分解电流值之比。7.根据权利要求1所述的异常诊断系统,其中: 所述元件部(10)进一步包括第二电化学电池(12c),所述第二电化学电池(12c)包括所述固体电解质物(Ils)或者不同于所述固体电解质物(Hs)的另一固体电解质物(12s)以及分别形成在所述固体电解质物(Ils或者12s)的表面上的第三电极(12a)和第四电极(12b),所述元件部(10)构造为使得所述第三电极(12a)暴露于所述内部空间(31)并且所述第四电极(12b)暴露于第二另一空间(52),所述第二另一空间(52)是不同于所述内部空间(31)的空间,并且所述第三电极(12a)形成在比所述第一电极(Ila)更靠近所述扩散抵抗部(32)的位置处, 所述电压控制部(62和ECU)构造为还施加第二施加电压于所述第三电极(12a)和所述第四电极(12b)之间, 所述第三电极(12a)构造为能够在第三状态下分解包含在所述测试气体中的氧并且从所述内部空间排放氧,在所述第三状态下,所述元件部(10)的温度是所述第一预定温度并且施加所述第二施加电压, 所述第一电极(Ua)构造为能够在所述第一施加电压处于低于所述第一电压区域的所述第二电压区域的所述第二状态下分解包含在所述测试气体中的作为所述测试成分的氮氧化物,并且 所述测量控制部(71和ECU)构造为基于在所述第一施加电压处于低于所述第一电压区域的所述第二电压区域的所述第二状态下所获取的所述测试成分浓度相关值来获取NOx分解电流值,所述NOx分解电流值是由于包含在所述测试气体中的氮氧化物的分解而在所述第一电极(Ila)和所述第二电极(Ilb)之间流动的电流的值。8.根据权利要求1所述的异常诊断系统,其中: 所述元件部(10)进一步包括第二电化学电池(12c),所述第二电化学电池(12c)包括所述固体电解质物(Ils)或者不同于所述固体电解质物(Ila)的另一固体电解质物(12s)以及分别形成在所述固体电解质物(Ils或者12s)的表面上的第三电极(12a)和第四电极(12b),所述元件部(10)构造为使得所述第三电极(12a)暴露于所述内部空间(31)并且所述第四电极(12b)暴露于第二另一空间(52),所述第二另一空间(52)是不同于所述内部空间(31)的空间,并且所述第三电极(12a)形成在比所述第一电极(Ila)更靠近所述扩散抵抗部(32)的位置处, 所述电压控制部(62和ECU)构造为还施加第二施加电压于所述第三电极(12a)和所述第四电极(12b)之间, 所述第三电极(12a)构造为能够在第三状态下分解包含在所述测试气体中的氧并且从所述内部空间(31)排放氧,在所述第三状态下,所述元件部(10)的温度是所述第一预定温度并且施加所述第二施加电压, 所述第一电极(Ua)构造为能够在所述第二状态下分解包含在所述测试气体中的作为所述测试成分的硫氧化物,并且 所述测量控制部(71和ECU)构造为基于在所述第二状态下所获取的所述测试成分浓度相关值来获取SOx分解电流值,所述SOx分解电流值是由于包含在所述测试气体中的硫氧化物的分解而在所述第一电极(Ila)和所述第二电极(Ilb)之间流动的电流的值。9.根据权利要求7或权利要求8所述的异常诊断系统,其中: 所述测量控制部进一步包括湿度传感器,所述湿度传感器检测包含在所述测试气体中的水的浓度,所述测量控制部构造为获取检测到的所述水的浓度作为所述湿度相关值,并且所述测量控制部预先存储了所述第一对应关系,在所述第一对应关系中,所述湿度传感器所检测到的所述水的浓度用作所述湿度相关值。10.根据权利要求7或权利要求8所述的异常诊断系统,其中: 所述测量控制部(72和ECU)构造为获取第二氧分解电流值并且获取所获取的所述第二氧分解电流值作为所述湿度相关值,所述第二氧分解电流值是由于在所述第三状态下包含在所述测试气体中的氧的分解而在所述第三电极(12a)和所述第四电极(12b)之间流动的电流的值,并且所述测量控制部(72和ECU)预先存储了所述第一对应关系,在所述第一对应关系中,当正常状态下的所述气体传感器的所述第二电化学电池(12c)处于所述第三状态时所获取的所述第二氧分解电流值用作所述湿度相关值。11.根据权利要求10所述的异常诊断系统,其中: 所述测量控制部预先存储了第二参考大气分解电流值,所述第二参考大气分解电流值是当燃料不供给至所述内燃机以及正常状态下的所述气体传感器的所述第二电化学电池(12c)处于所述第三状态时由于包含在所述测试气体中的氧的分解而在所述第三电极(12a)和所述第四电极(12b)之间流动的电流的值,所述测量控制部构造为基于当燃料不供给至所述内燃机时在所述第三状态下所获取的所述第二氧分解电流值来获取第二大气分解电流值,并且基于所述第二大气分解电流值与所述第二参考大气分解电流值之比来校正规定的所述参考水分解电流值,所述第二大气分解电流值是由于包含在所述测试气体中的氧的分解而在所述第三电极(12a)和所述第四电极(12b)之间流动的电流的值。12.根据权利要求11所述的异常诊断系统,其中: 所述测量控制部构造为,当第二大气检测偏差大于预定第三上限时或者当所述第二大气检测偏差小于预定第三下限时判定所述气体传感器异常,所述第二大气检测偏差是通过从获取的所述第二大气分解电流值减去所述第二参考大气分解电流值所获得的值与所述第二参考大气分解电流值之比。13.根据权利要求1至权利要求12中任一项所述的异常诊断系统,其中: 所述测量控制部构造为,在所述第一电极(Ila)能够在所述第一状态下分解包含在所述测试气体中的硫氧化物的情形下,当在所述第一状态下获取水分解电流值时,使用所述温度调节部(41和ECU)将所述元件部(10)的温度保持在第二预定温度,所述第二预定温度是不小于所述激活温度的温度,且所述第二预定温度是这样的温度:在该温度下,解吸附速率大于吸附速率,所述解吸附速率是包含在所述测试气体中的硫氧化物的分解产物从所述第一电极(Ila)解吸附的速率,所述吸附速率是所述分解产物吸附至所述第一电极(Ila)的速率。
【文档编号】G01N27/419GK106053578SQ201610204524
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月1日 公开号201610204524.1, CN 106053578 A, CN 106053578A, CN 201610204524, CN-A-106053578, CN106053578 A, CN106053578A, CN201610204524, CN201610204524.1
【发明人】青木圭一郎, 井出宏二, 林下刚, 金子丰治, 桥田达弘, 若尾和弘
【申请人】丰田自动车株式会社
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