空燃比傳感器的異常診斷裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及配置在內燃機的排氣通路中的空燃比傳感器的異常診斷裝置。
【背景技術】
[0002]以往就已知在將空燃比控制為目標空燃比的內燃機中，在內燃機排氣通路內配置產生與空燃比對應的臨界電流(界限電流)的臨界電流式的空燃比傳感器。在這樣的內燃機中，利用空燃比傳感器以使得空燃比成為目標空燃比的方式對向燃燒室供給的燃料量進行反饋控制。然而，該空燃比傳感器有時發生如導致傳感器元件的外表面和傳感器元件的內部空間連通那樣的元件開裂。當發生這樣的元件開裂時，空燃比傳感器不能產生與空燃比對應的適當的輸出，其結果，不能將空燃比正確地反饋控制為目標空燃比。
[0003]因此，以往就公知用于檢測空燃比傳感器的元件開裂的異常診斷裝置(例如，專利文獻I)。根據專利文獻1，通常對空燃比傳感器的施加電壓被設定在臨界電流區域的中央，在空燃比傳感器的傳感器元件發生開裂、或者電極上的鉑發生凝聚的情況下，被認為對空燃比傳感器的施加電壓從臨界電流區域的中央部偏移到高電壓側。因此，在該專利文獻I所記載的裝置中，對空燃比傳感器的施加電壓從臨界電流區域的中央部偏移到高電壓側或低電壓側的情況下，判斷為空燃比傳感器的傳感器元件發生了開裂、或者電極上的鉑發生了凝聚。
[0004]在先技術文獻
[0005]專利文獻1:日本特開2010-174790號公報
[0006]專利文獻2:日本特開2000-55861號公報
[0007]專利文獻3:日本特開2004-19542號公報
【發明內容】
[0008]然而，在專利文獻I所記載的裝置中，不能切實地檢測出空燃比傳感器的傳感器元件發生了開裂。
[0009]因此，鑒于上述課題，本發明的目的在于提供能夠切實地檢測空燃比傳感器的元件開裂的異常診斷裝置。
[0010]為了解決上述課題，在一個技術方案中提供一種空燃比傳感器的異常診斷裝置，所述空燃比傳感器被設置在內燃機的排氣通路中，且產生與空燃比對應的臨界電流，所述空燃比傳感器的異常診斷裝置具備檢測所述空燃比傳感器的輸出電流的電流檢測部、和控制所述空燃比傳感器的溫度的傳感器溫度控制裝置，在通過所述傳感器溫度控制裝置將所述空燃比傳感器的溫度控制為第一溫度，并且在所述空燃比傳感器的溫度被設為第一溫度的狀態下所述內燃機以使得在所述空燃比傳感器周圍流通的排氣的空燃比成為比理論空燃比濃的濃空燃比的方式對空燃比進行控制的期間，通過所述電流檢測部檢測所述空燃比傳感器的輸出電流，在通過所述傳感器溫度控制裝置將所述空燃比傳感器的溫度控制為比所述第一溫度高的第二溫度，并且在所述空燃比傳感器的溫度被設為所述第二溫度的狀態下所述內燃機以使得在所述空燃比傳感器周圍流通的排氣的空燃比成為濃空燃比的方式對空燃比進行控制的期間，通過所述電流檢測部檢測所述空燃比傳感器的輸出電流，在將所述空燃比傳感器的溫度控制為所述第一溫度時的輸出電流比將所述空燃比傳感器的溫度控制為所述第二溫度時的輸出電流大預先確定的值以上的情況下，判定為所述空燃比傳感器產生了異常。
[0011]為了解決上述課題，在一個技術方案中提供一種空燃比傳感器的異常診斷裝置，所述空燃比傳感器被設置在內燃機的排氣通路中，且產生與空燃比對應的臨界電流，所述空燃比傳感器的異常診斷裝置具備檢測所述空燃比傳感器的輸出電流的電流檢測部、和控制所述空燃比傳感器的溫度的傳感器溫度控制裝置，在通過所述傳感器溫度控制裝置將所述空燃比傳感器的溫度控制為第一溫度，并且在所述空燃比傳感器的溫度被設為第一溫度的狀態下所述內燃機以使得在所述空燃比傳感器周圍流通的排氣的空燃比成為比理論空燃比濃的濃空燃比的方式對空燃比進行控制的期間，通過所述電流檢測部檢測出的所述空燃比傳感器的輸出電流成為表示比理論空燃比稀的預先確定的第一稀空燃比以上的空燃比的電流值的情況下，暫時判定為所述空燃比傳感器存在異常，在暫時判定為所述空燃比傳感器存在異常時通過所述傳感器溫度控制裝置將所述空燃比傳感器的溫度控制為比所述第一溫度高的第二溫度，并且在所述空燃比傳感器的溫度被設為所述第二溫度的狀態下所述內燃機以使得在所述空燃比傳感器周圍流通的排氣的空燃比成為濃空燃比的方式對空燃比進行控制的期間，通過所述電流檢測部檢測所述空燃比傳感器的輸出電流，在將所述空燃比傳感器的溫度控制為所述第二溫度時的輸出電流成為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電流值的情況下，正式判定為所述空燃比傳感器產生了異常。
[0012]根據本發明，能夠切實地檢測空燃比傳感器的元件開裂。
【附圖說明】
[0013]圖1是概略地示出使用了本發明的異常診斷裝置的內燃機的圖。
[0014]圖2是空燃比傳感器的概略截面圖。
[0015]圖3是表示各排氣空燃比A/F下的施加電壓V和輸出電流I的關系的圖。
[0016]圖4是表示將施加電壓V設為一定時的空燃比和輸出電流I的關系的圖。
[0017]圖5是表示內燃機通常運轉時的上游側排氣凈化催化劑的氧吸藏量等的變化的時間圖。
[0018]圖6是發生了元件開裂的空燃比傳感器的概略截面圖。
[0019]圖7是表示空燃比傳感器發生了元件開裂時的輸出電流I和空燃比A/F的關系的圖。
[0020]圖8A和圖SB是表示空燃比傳感器發生了元件開裂時的輸出電流I和施加電壓V的關系的圖。
[0021]圖9A和圖9B是表示氧濃度傳感器的概略截面圖、和氧濃度傳感器的輸出電壓E的變化的圖。
[0022]圖1OA和圖1OB是表示空燃比傳感器的概略截面圖、和空燃比傳感器的輸出電流I的變化的圖。
[0023]圖11A、圖1lB以及圖1lC是表示空燃比傳感器的輸出電流I的圖。
[0024]圖12是表示空燃比傳感器的輸出電流I的圖。
[0025]圖13是表示空燃比傳感器的輸出電流I的圖。
[0026]圖14是表示進行了主動控制時的下游側空燃比傳感器的輸出空燃比等的變化的時間圖。
[0027]圖15是表示進行了主動控制時的下游側空燃比傳感器的輸出空燃比等的變化的時間圖。
[0028]圖16是表示空燃比傳感器的輸出電流和濃保護(rich guard)空燃比的關系的圖。
[0029]圖17是用于進行下游側空燃比傳感器的異常診斷的流程圖。
[0030]圖18是用于進行下游側空燃比傳感器的異常診斷的流程圖。
[0031]圖19是表示進行了主動控制時的下游側空燃比傳感器的輸出空燃比等的變化的時間圖。
[0032]圖20是表示進行了主動控制時的下游側空燃比傳感器的輸出空燃比等的變化的時間圖。
[0033]圖21是用于進行下游側空燃比傳感器的異常診斷的流程圖。
[0034]圖22是用于進行下游側空燃比傳感器的異常診斷的流程圖。
[0035]附圖標記說明
[0036]1:內燃機主體
[0037]5:燃燒室
[0038]7:進氣口
[0039]9:排氣口
[0040]19:排氣歧管
[0041]20:上游側排氣凈化催化劑
[0042]24:下游側排氣凈化催化劑
[0043]31:ECU
[0044]40:上游側空燃比傳感器
[0045]41:下游側空燃比傳感器
【具體實施方式】
[0046]以下，參照附圖對本發明的實施方式進行詳細說明。再者，在以下的說明中，對同樣的構成要素標記相同的參照編號。
[0047]<內燃機整體的說明>
[0048]圖1是概略地示出使用本發明的第一實施方式涉及的異常診斷裝置的內燃機的圖。參照圖1，I表示內燃機主體，2表示氣缸體，3表示在氣缸體2內進行往復運動的活塞，4表不固定在氣缸體2上的氣缸蓋，5表不形成于活塞3與氣缸蓋4之間的燃燒室，6表不進氣閥，7表示進氣口，8表示排氣閥，9表示排氣口。進氣閥6對進氣口 7進行開閉，排氣閥8對排氣口 9進行開閉。
[0049]如圖1所示，在氣缸蓋4的內壁面的中央部配置有火花塞10，在氣缸蓋4的內壁面周邊部配置有燃料噴射閥11。火花塞10被構成為根據點火信號而產生火花。另外，燃料噴射閥11根據噴射信號向燃燒室5內噴射規定量的燃料。再者，燃料噴射閥11也可以以向進氣口 7內噴射燃料的方式進行配置。另外，在本實施方式中，作為燃料，可使用理論空燃比為14.6的汽油。但是，在使用本發明的異常診斷裝置的內燃機中，也可以使用汽油以外的燃料、或者與汽油的混合燃料。
[0050]各氣缸的進氣口 7分別經由對應的進氣支管13與調整槽(緩沖罐:surgetank) 14連結，調整槽14經由進氣管15與空氣過濾器16連結。進氣口 7、進氣支管13、調整槽14、進氣管15形成進氣通路。另外，在進氣管15內配置有由節流閥驅動促動器17驅動的節流閥18。節流閥18通過利用節流閥驅動促動器17使其轉動就能夠變更進氣通路的開口面積。
[0051]另一方面，各氣缸的排氣口 9與排氣歧管19連結。排氣歧管19具有與各排氣口 9連結的多個支部和集合了這些支部的集合部。排氣歧管19的集合部與內置了上游側排氣凈化催化劑20的上游側外殼(casing)21連結。上游側外殼21經由排氣管22與內置了下游側排氣凈化催化劑24的下游側外殼23連結。排氣口 9、排氣歧管19、上游側外殼21、排氣管22以及下游側外殼23形成排氣通路。
[0052]電子控制單元(E⑶)31包括數字計算機，具備經由雙向性總線32相互連接的RAM(隨機存取存儲器)33、ROM(只讀存儲器)34、CPU (微處理器)35、輸入端口 36以及輸出端口 37。在進氣管15中配置有用于檢測在進氣管15內流動的空氣流量的空氣流量計39，該空氣流量計39的輸出經由對應的AD轉換器38被輸入到輸入端口 36。另外，在排氣歧管19的集合部中配置有對在排氣歧管19內流動的排氣(即，向上游側排氣凈化催化劑20流入的排氣)的空燃比進行檢測的上游側空燃比傳感器40。而且，在排氣管22內配置有對在排氣管22內流動的排氣(即，從上游側排氣凈化催化劑20流出并向下游側排氣凈化催化劑24流入的排氣)的空燃比進行檢測的下游側空燃比傳感器41。這些空燃比傳感器40、41的輸出也經由對應的AD轉換器38被輸入到輸入端口 36。再者，在后面敘述這些空燃比傳感器40、41的構成。
[0053]另外，在油門踏板42上連接有產生與油門踏板42的踏下量成比例的輸出電壓的負荷傳感器43，負荷傳感器43的輸出電壓經由對應的AD轉換器38被輸入到輸入端口 36。曲軸轉角傳感器44，例如每當曲軸旋轉15度就產生輸出脈沖，該輸出脈沖被輸入到輸入端口 36。在CPU35中，由該曲軸轉角傳感器44的輸出脈沖來計算內燃機轉速。另一方面，輸出端口 37經由對應的驅動電路45與火花塞10、燃料噴射閥11以及節流閥驅動促動器17連接。再者，ECU31作為進行下游側空燃比傳感器41的異常診斷的異常診斷裝置來發揮作用。
[0054]上游側排氣凈化催化劑20和下游側排氣凈化催化劑24，是具有氧吸藏能力的三元催化劑。具體地說，排氣凈化催化劑20、24是在由陶瓷構成的載體上擔載了具有催化作用的貴金屬(例如，鉑(Pt))和具有氧吸藏能力的物質(例如，氧化鈰(CeO2))的三元催化劑。三元催化劑具有若向三元催化劑流入的排氣的空燃比被維持為理論空燃比就同時凈化未燃燒HC、C0以及功能。而且，在排氣凈化催化劑20、24具有氧吸藏能力的情況下，即使向排氣凈化催化劑20、24流入的排氣的空燃比相對于理論空燃比向濃側或者稀側偏移了少許也能夠同時地凈化未燃燒HC、CO以及N0X。
[0055]S卩，若排氣凈化催化劑20、24具有氧吸藏能力，則在向排氣凈化催化劑20、24流入的排氣的空燃比變得比理論空燃比稀少許時，排氣中所含有的過量的氧被吸藏到排氣凈化催化劑20、24內，排氣凈化催化劑20、24的表面上被維持在理論空燃比。其結果，在排氣凈化催化劑20、24的表面上，未燃燒HC、CO以及NOx被同時地凈化，此時，從排氣凈化催化劑
20、24流出的排氣的空燃比成為理論空燃比。
[0056]另一方面，在向排氣凈化催化劑20、24流入的排氣的空燃比變得比理論空燃比濃少許時，從排氣凈化催化劑20、24釋放出為使排氣中含有的未燃燒HC、CO還原而欠缺的氧，在該情況下排氣凈化催化劑20、24的表面上也被維持在理論空燃比。其結果，在排氣凈化催化劑20、24的表面上未燃燒HC、C0以及NOx被同時地凈化，此時從排氣凈化催化劑20、24流出的排氣的空燃比成為理論空燃比。
[0057]這樣，在排氣凈化催化劑20、24具有氧吸藏能力的情況下，即使向排氣凈化催化劑20、24流入的排氣的空燃比相對于理論空燃比向濃側或者稀側偏移了少許，未燃燒HC、CO以及N0X&被同時地凈化，從排氣凈化催化劑20、24流出的排氣的空燃比成為理論空燃比。
[0058]<空燃比傳感器的說明>
[0059]在本實施方式中，作為空燃比傳感器40、41，可使用杯型的臨界電流(界限電流)式空燃比傳感器。使用圖2對空燃比傳感器40、41的構造簡單地進行說明。空燃比傳感器40、41具備:固體電解質層51、配置在其一個側面上的排氣側電極52、配置在其另一個側面上的大氣側電極53、對通過的排氣進行擴散律速的擴散律速層54、基準氣體室55、和進行空燃比傳感器40、41的加熱特別是進行固體電解質層51的加熱的加熱器部56。加熱器部56與和加熱器部56連接的E⑶31 —同作為對空燃比傳感器40、41的溫度、特別是空燃比傳感器40、41的固體電解質層51的溫度進行控制的傳感器溫度控制裝置發揮作用。
[0060]特別是在本實施方式的杯型的空燃比傳感器40、41中，固體電解質層51形成為一端封閉的圓筒狀。在固體電解質層51的內部所圍成的基準氣體室55中，被導入大氣(空氣)，并且配置有加熱器部56。在固體電解質層51的內表面上配置有大氣側電極53，在固體電解質層51的外表面上配置有排氣側電極52。在固體電解質層51和排氣側電極52的