空燃比传感器的异常诊断系统
阅读：1027发布：2020-07-10
专利汇可以提供空燃比传感器的异常诊断系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提出一种可正确判定下游侧 空燃比 传感器 为正常的异常诊断系统。空燃比传感器41的异常诊断系统设置有排气 净化 催化剂20、设置在排气净化催化剂的上游侧的上游侧空燃比传感器40、设置在排气净化催化剂的下游侧的下游侧空燃比传感器41、以及使用这些空燃比传感器的输出为 基础 来诊断下游侧空燃比传感器的异常的诊断装置。当上游侧空燃比传感器的输出空燃比变成比理论空燃比更浓的浓空燃比，并且当对下游侧空燃比传感器的输出空燃比变成比理论空燃比更浓的浓判定基准空燃比或以下期间的计数的定时计数器变成大于0的预定判定值或以上时，诊断装置判定下游侧空燃比传感器为正常。，下面是空燃比传感器的异常诊断系统专利的具体信息内容。
1.一种空燃比传感器的异常诊断系统，包括在内燃机的排气通路中设置的排气净化催化剂、在所述排气通路中以排气流动方向在所述排气净化催化剂的上游侧设置的上游侧空燃比传感器、在所述排气通路中以排气流动方向在所述排气净化催化剂的下游侧设置的下游侧空燃比传感器、以及用于基于这些空燃比传感器的输出来诊断所述下游侧空燃比传感器的异常的诊断装置，
其中在所述上游侧空燃比传感器的输出空燃比变成比理论空燃比更浓的浓空燃比，并且当对所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比变成比理论空燃比更浓的浓判定基准空燃比或以下期间的时间计数的定时计数器变成大于0的预定判定值时的情况下，所述诊断装置判定所述下游侧空燃比传感器是正常的，
其中所述诊断装置根据当所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比变成所述浓判定基准空燃比或以下时的浓程度，改变所述定时计数器的总计数量。
2.根据权利要求1所述的空燃比传感器的异常诊断系统，其中当所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比变成所述浓判定基准空燃比或以下时的浓程度越大，所述诊断装置使所述定时计数器的总计数量越大。
3.一种空燃比传感器的异常诊断系统，包括在内燃机的排气通路中设置的排气净化催化剂、在所述排气通路中以排气流动方向在所述排气净化催化剂的上游侧设置的上游侧空燃比传感器、在所述排气通路中以排气流动方向在所述排气净化催化剂的下游侧设置的下游侧空燃比传感器、以及用于基于这些空燃比传感器的输出来诊断所述下游侧空燃比传感器的异常的诊断装置，
其中在所述上游侧空燃比传感器的输出空燃比变成比理论空燃比更浓的浓空燃比，并且当对所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比变成比理论空燃比更浓的浓判定基准空燃比或以下期间的时间计数的定时计数器变成大于0的预定判定值时的情况下，所述诊断装置判定所述下游侧空燃比传感器是正常的，
其中所述诊断装置根据当所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比变成所述浓判定基准空燃比或以下时的浓程度，改变所述判定值。
4.根据权利要求3所述的空燃比传感器的异常诊断系统，其中所述诊断装置改变所述判定值，从而当所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比变成所述浓判定基准空燃比或以下时的浓程度越大，所述判定值则变得越小。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的空燃比传感器的异常诊断系统，其中当所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比变成比所述浓判定基准空燃比更浓的正常判定基准空燃比或以下时，即使所述定时计数器小于所述判定值，所述诊断装置也判定所述下游侧空燃比传感器是正常的。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的空燃比传感器的异常诊断系统，其中所述系统进一步包括流量检测部件，用于检测或推定在所述空燃比传感器周围流动的所述下游侧排气的流量，以及
其中根据当所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比变成所述浓判定基准空燃比或以下时由所述流量检测部件检测或推定的流量，所述诊断装置改变所述判定值。
7.根据权利要求6所述的空燃比传感器的异常诊断系统，其中所述诊断装置改变所述判定值，从而当所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比变成所述浓判定基准空燃比或以下时，由所述流量检测部件检测的流量越大，则所述判定值变得越小。
8.一种空燃比传感器的异常诊断系统，包括在内燃机的排气通路中设置的排气净化催化剂、在所述排气通路中以排气流动方向在所述排气净化催化剂的上游侧设置的上游侧空燃比传感器、在所述排气通路中以排气流动方向在所述排气净化催化剂的下游侧设置的下游侧空燃比传感器、以及使用这些空燃比传感器的输出作为基础来诊断所述下游侧空燃比传感器的异常的诊断装置，在空燃比传感器的异常诊断系统中，
其中所述系统进一步包括流量检测部件，用于检测或推定在所述空燃比传感器周围流动的所述下游侧排气的流量，
其中在所述上游侧空燃比传感器的输出空燃比变成比理论空燃比更浓的浓空燃比，以及当所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比变成比所述理论空燃比更浓的浓判定基准空燃比或以下，以及由所述流量检测部件检测或推定的累计值变成大于0的给定判定值时的情况下，所述诊断装置判定所述下游侧空燃比传感器是正常的，以及
其中所述诊断装置根据当所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比变成浓判定基准空燃比或以下时的浓程度，改变所述判定值。
9.根据权利要求8所述的空燃比传感器的异常诊断系统，其中当所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比变成比所述浓判定基准空燃比更浓的正常判定基准空燃比或以下时，即使所述累计值小于所述判定值，所述诊断装置也判定所述下游侧空燃比传感器是正常的。
10.根据权利要求1至4和权利要求7至9中的任一项所述的空燃比传感器的异常诊断系统，其中在所述上游侧空燃比传感器的输出空燃比是比所述理论空燃比更浓的浓空燃比，以及当所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比从浓于比所述理论空燃比更稀的稀判定基准空燃比的空燃比变成所述稀判定基准空燃比或以上时的情况下，所述诊断装置判定所述下游侧空燃比传感器已变成异常。
11.根据权利要求1至4和权利要求7至9中的任一项所述的空燃比传感器的异常诊断系统，其中所述异常诊断系统能够执行主动控制，所述主动控制将流入排气净化催化剂中的所述排气的目标空燃比控制到比理论空燃比更浓的主动控制浓空燃比，以便诊断所述上游侧空燃比传感器的异常，以及
其中所述诊断装置计算当尝试使流入排气净化催化剂中的排气的空燃比作为氧气缺乏时的理论空燃比时不充足的氧气量，并且在所述下游侧空燃比传感器被判定为正常或者被判定为异常前，当从所述主动控制开始时的氧气缺乏的累计值达到所述排气净化催化剂的最大可存储氧气量的上限值或以上时，暂停所述主动控制。
12.根据权利要求11所述的空燃比传感器的异常诊断系统，其中在所述下游侧空燃比传感器被判定为正常或者被判定为异常前，当从所述主动控制开始时的氧气缺乏的累计值达到所述排气净化催化剂的最大可存储氧气量的上限值或以上时，所述诊断装置判定所述下游侧空燃比传感器已变成异常。
13.根据权利要求10所述的空燃比传感器的异常诊断系统，其中当判定所述下游侧空燃比传感器已变成异常时，点亮报警灯。
14.根据权利要求12所述的空燃比传感器的异常诊断系统，其中当判定所述下游侧空燃比传感器已变成异常时，点亮报警灯。
空燃比传感器的异常诊断系统
技术领域
背景技术
[0002] 以往已知的排气净化系统，在内燃机的排气通路中设置的排气净化催化剂的排气流动方向的上游侧提供空燃比传感器，在排气净化催化剂的排气流动方向的下游侧提供氧气传感器。在这种排气净化系统中，例如，上游侧空燃比传感器的输出被用作针对供应到内燃机的燃料量的反馈控制的基础，使得流入排气净化催化剂的排气的空燃比变成目标空燃比(主反馈控制)，并且下游侧氧气传感器的输出被用作针对目标空燃比的反馈控制的基础(副反馈控制)。
[0003] 在这方面，在这种内燃机中使用的氧气传感器等，有时由于形成传感器的元件的破裂而变得异常。在这种情况下，传感器不再根据流动排气的空燃比生成适当输出。因此，已知提供一种诊断传感器的这种异常的异常诊断系统。
[0004] 在这种异常诊断系统中，例如，已知如下诊断异常：即，当下游侧氧气传感器的输出空燃比变成比理论空燃比更稀的空燃比(下文也称为“稀空燃比”)时，使得流入排气净化催化剂的排气的空燃比变成比理论空燃比更浓的空燃比(下文也称为“浓空燃比”)。在此之后，当下游侧氧气传感器的输出空燃比不逆变至浓空燃比时，即使所存储的排气净化催化剂的氧气量变成零，将氧气传感器诊断为已经由于破裂的元件(例如，PLT 1)变为异常。根据PLT 1，有可能快速并准确地检测氧气传感器的异常。
[0005] 引用目录
[0007] PLT 1.日本专利公开号2004-019542A
发明内容
[0008] 技术问题
[0009] 在这方面上，本申请的发明人提出了一种异常诊断系统，该异常诊断系统诊断设置在排气净化催化剂的下游侧的空燃比传感器的破裂元件或者其它异常。根据这种异常诊断系统，如果流入排气净化催化剂的排气的目标空燃比是浓空燃比，并且上游侧空燃比传感器的输出空燃比是浓空燃比，当下游侧空燃比传感器的输出空燃比从理论空燃比变成稀空燃比时，判定下游侧空燃比传感器异常。另一方面，在这种情况下，当下游侧空燃比传感器的输出空燃比从理论空燃比变成浓空燃比时，判定下游侧空燃比传感器正常。
[0010] 通过这种方式，根据本发明人等的研究，已知在因破裂元件等变成异常的空燃比传感器中，有时根据空燃比传感器的状态或空燃比传感器周围的排气的状态，临时生成类似于正常空燃比传感器的输出，然后该输出变化。因此，即使当下游侧空燃比传感器因破裂元件等变成异常时，有时下游侧空燃比传感器的输出空燃比从理论空燃比临时变成浓空燃比。出于这个原因，如上所述，如果判定下游侧空燃比传感器的正常状态，有时会以执行误判结束。
[0011] 因此，考虑到上述问题，本发明的目的是提供一种异常诊断系统，该异常诊断系统在使用由空燃比传感器构成的下游侧传感器的情况下可准确判定下游侧空燃比传感器的正常状态。
[0012] 问题的解决方案
[0013] 为了解决上述问题，在本发明的第一方面，提出一种空燃比传感器的异常诊断系统，包括在内燃机的排气通路中设置的排气净化催化剂、在排气通路中以排气流动方向在排气净化催化剂的上游侧设置的上游侧空燃比传感器、在排气通路中以排气流动方向在排气净化催化剂的下游侧设置的下游侧空燃比传感器、以及用于基于这些空燃比传感器的输出来诊断下游侧空燃比传感器的异常的诊断装置，其中在上游侧空燃比传感器的输出空燃比变成比理论空燃比更浓的浓空燃比，并且当对下游侧空燃比传感器的输出空燃比变成比理论空燃比更浓的浓判定基准空燃比或以下期间的时间计数的定时计数器变成大于0的预定判定值时的情况下，诊断装置判定下游侧空燃比传感器是正常的。
[0014] 在本发明的第二方面，根据本发明的第一方面，其中诊断装置根据当下游侧空燃比传感器的输出空燃比变成浓判定基准空燃比或以下时的浓程度，改变定时计数器的总计数量。
[0015] 在本发明的第三方面，根据本发明的第二方面，其中当下游侧空燃比传感器的输出空燃比变成浓判定基准空燃比或以下时的浓程度越大，诊断装置使定时计数器的总计数量越大。
[0016] 在本发明的第四方面，根据本发明的第一方面，其中诊断装置根据当下游侧空燃比传感器的输出空燃比变成浓判定基准空燃比或以下时的浓程度，改变判定值。
[0017] 在本发明的第五方面，根据本发明的第三方面，其中诊断装置改变判定值，从而当下游侧空燃比传感器的输出空燃比变成浓判定基准空燃比或以下时的浓程度越大，判定值则变得越小。
[0018] 在本发明的第六方面，根据本发明的第一至第五方面中的任一项，其中当下游侧空燃比传感器的输出空燃比变成比浓判定基准空燃比更浓的正常判定基准空燃比或以下时，即使定时计数器小于判定值，诊断装置也判定下游侧空燃比传感器是正常的。
[0019] 在本发明的第七方面，根据本发明的第一至第六方面中的任一项，其中系统进一步包括流量检测部件，用于检测或推定在空燃比传感器周围流动的下游侧排气的流量，以及其中根据当下游侧空燃比传感器的输出空燃比变成浓判定基准空燃比或以下时由流量检测部件检测或推定的流量，诊断装置改变判定值。
[0020] 在本发明的第八方面，根据本发明的第七方面，其中诊断装置改变判定值，从而当下游侧空燃比传感器的输出空燃比变成浓判定基准空燃比或以下时，由流量检测部件检测的流量越大，则判定值变得越小。
[0021] 为了解决上述问题，在本发明的第九方面，提出一种空燃比传感器的异常诊断系统，包括在内燃机的排气通路中设置的排气净化催化剂、在排气通路中以排气流动方向在排气净化催化剂的上游侧设置的上游侧空燃比传感器、在排气通路中以排气流动方向在排气净化催化剂的下游侧设置的下游侧空燃比传感器、以及使用这些空燃比传感器的输出作为基础来诊断下游侧空燃比传感器的异常的诊断装置，其中该系统还包括流量检测部件，用于检测或推定在空燃比传感器周围流动的下游侧排气的流量，以及其中在上游侧空燃比传感器的输出空燃比变成比理论空燃比更浓的浓空燃比，以及当下游侧空燃比传感器的输出空燃比变成比理论空燃比更浓的浓判定基准空燃比或以下，以及由流量检测部件检测或推定的累计值变成大于0的给定判定值时的情况下，诊断装置判定下游侧空燃比传感器是正常的。
[0022] 在本发明的第十方面，根据本发明的第九方面，其中诊断装置根据当下游侧空燃比传感器的输出空燃比变成浓判定基准空燃比或以下时的浓程度，改变判定值。
[0023] 在本发明的第十一方面，提出本发明的第九或第十方面，其中当下游侧空燃比传感器的输出空燃比变成比浓判定基准空燃比更浓的正常判定基准空燃比或以下时，即使累计值小于判定值，诊断装置也判定下游侧空燃比传感器是正常的。
[0024] 在本发明的第十二方面，根据本发明的第一至第十一方面中的任一项，其中在上游侧空燃比传感器的输出空燃比是比理论空燃比更浓的浓空燃比，以及当下游侧空燃比传感器的输出空燃比从浓于比理论空燃比更稀的稀判定基准空燃比的空燃比变成稀判定基准空燃比或以上时的情况下，诊断装置判定下游侧空燃比传感器已变成异常。
[0025] 在本发明的第十三方面，根据本发明的第一至第十二方面中的任一项，其中异常诊断系统能够执行主动控制，主动控制将流入排气净化催化剂中的排气的目标空燃比控制到比理论空燃比更浓的主动控制浓空燃比，以便诊断上游侧空燃比传感器40的异常，以及其中诊断装置计算当尝试使流入排气净化催化剂中的排气的空燃比作为氧气缺乏时的理论空燃比时不充足的氧气量，并且在下游侧空燃比传感器被判定为正常或者被判定为异常前，当主动控制开始时的氧气缺乏的累计值达到排气净化催化剂的最大可存储氧气量的上限值或以上时，暂停主动控制。
[0026] 在本发明的第十四方面，根据本发明的第十三方面，其中在下游侧空燃比传感器被判定为正常或者被判定为异常前，当从主动控制开始时的氧气缺乏的累计值达到排气净化催化剂的最大可存储氧气量的上限值或以上时，诊断装置判定下游侧空燃比传感器已变成异常。
[0027] 在本发明的第十五方面，根据本发明的第十二或第十三方面，其中当判定下游侧空燃比传感器已变成异常时，点亮报警灯。
[0028] 发明的有利效果
[0030] 图1是示意性地示出在其中使用根据本发明第一实施例的异常诊断系统的内燃机的图。
[0031] 图2是空燃比传感器的示意截面图。
[0033] 图4是示出当使施加的电压恒定时排气空燃比和输出电流之间的关系的图。
[0034] 图5是在内燃机的普通操作时上游侧排气净化催化剂的氧气存储量的时间图。
[0035] 图6是空燃比传感器因破裂元件而变成异常的示意截面图。
[0036] 图7是在主动控制情况下空燃比传感器的输出空燃比等的时间图。
[0037] 图8是示出在下游侧空燃比传感器周围流动的排气的流量与下游侧空燃比传感器的输出空燃比之间的关系的图。
[0038] 图9是单独空燃比传感器的输出空燃比的时间图。
[0039] 图10是单独空燃比传感器的输出空燃比的和定时计数器的时间图。
[0040] 图11是示出下游侧空燃比传感器的异常诊断控制的控制例程的一部分的流程图。
[0041] 图12是示出下游侧空燃比传感器的异常诊断控制的控制例程的一部分的流程图。
[0042] 图13是单独空燃比传感器的输出空燃比、定时计数器和总计数量的时间图。
[0043] 图14是示出第二实施例中下游侧空燃比传感器的异常诊断控制的控制例程的一部分的流程图。
[0044] 图15是单独空燃比传感器的输出空燃比和定时计数器的时间图。
[0045] 图16是示出第三实施例中下游侧空燃比传感器的异常诊断控制的控制例程的一部分的流程图。
[0046] 图17是示出排气的流量和定时计数器的判定值之间关系的图。
[0047] 图18是示出第四实施例中下游侧空燃比传感器的异常诊断控制的控制例程的一部分的流程图。
[0048] 图19是示出第五实施例中下游侧空燃比传感器的异常诊断控制的控制例程的一部分的流程图。
具体实施方式
[0049] 下面将参考附图详细说明本发明的实施例。需要注意的是，在以下说明中，类似的构成元件被赋予相同的附图标记。
[0050] <对内燃机整体的说明>
[0051] 图1是示意性地示出在其中使用根据本发明第一实施例的异常诊断系统的内燃机的图。参考图1，1表示发动机体，2表示气缸块，3表示在气缸块2内往复运动的活塞，4表示被固定到气缸块2的气缸盖，5表示在活塞3和气缸盖4之间形成的燃烧室，6表示进气阀，7表示进气端口，8表示排气阀，9表示排气端口。进气阀6打开并关闭进气端口7，而排气阀8打开并关闭排气端口9。
[0052] 如图1所示，火花塞10被设置在气缸盖4的内壁面的中央部，而燃料喷射器11被设置在气缸盖4的内壁面的侧部。火花塞10被配置为根据点火信号生成火花。进一步地，燃料喷射器11根据喷射信号将预定量的燃料喷射到燃烧室5中。需要注意的是，燃料喷射器11还可以被设置为将燃料喷射到进气端口7中。进一步地，在本实施例中，作为燃料，使用理论空燃比为14.6的汽油。然而，使用本发明的异常诊断系统的内燃机也可以使用另一种燃料。
[0053] 每个气缸的进气端口7通过相应的进气流道(runner)13被连接到调压室(surge tank)14，调压室14则通过进气管15被连接到空气滤清器16。进气端口7、进气流道13、调压室14和进气管15形成进气通路。此外，在进气管15内，设置了由节流阀驱动致动器17驱动的节流阀18。节流阀18可以由节流阀驱动致动器17操作来改变进气通路的开孔面积。
[0054] 另一方面，每个气缸的排气端口9被连接到排气歧管19。排气岐管19具有多个被连接到排气端口9的流道和收集这些流道的头部。排气岐管19的头部被连接到容纳上游侧排气净化催化剂20的上游侧外壳21。上游侧外壳21通过排气管22被连接到容纳下游侧排气净化催化剂24的下游侧外壳23。排气端口9、排气岐管19、上游侧外壳21、排气管22和下游侧外壳23形成排气通路。
[0055] 电子控制单元(ECU)31由数字计算机组成，该数字计算机设置有通过双向总线32连接在一起的部件，诸如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和输出端口37。在进气管15中，设置了空气流量计39，用于检测流过进气管15的空气的流量。该空气流量计39的输出通过相应的AD转换器38被输入到输入端口36。另外，在排气岐管19的头部，设置了上游侧空燃比传感器40，其检测流过排气岐管19的内部的排气的空燃比(即，流到上游侧排气净化催化剂20中的排气)。此外，在排气管22中，设置了下游侧空燃比传感器41，其检测流过排气管22的内部的排气的空燃比(即，从上游侧排气净化催化剂20流出并流入下游侧排气净化催化剂24的排气)。这些空燃比传感器40和41的输出也通过相应的AD转换器38被输入到输入端口36。需要注意的是，下文将解释这些空燃比传感器40和41的配置。
[0056] 进一步地，加速器踏板42具有连接到它的负载传感器43，该负载传感器43生成与加速器踏板42的下压量成比例的输出电压。负载传感器43的输出电压通过相应的AD转换器38被输入到输入端口36。曲柄角传感器44每次生成输出脉冲，例如，曲柄轴旋转15度。该输出脉冲被输入到输入端口36。CPU 35计算该曲柄角传感器44的输出脉冲的发动机速度。另一方面，输出端口37通过相应的驱动电路45被连接到火花塞10、燃料喷射器11和节流阀驱动致动器17。需要注意的是，ECU 31作为用于诊断内燃机(特别地，上游侧排气净化催化剂
20和下游侧排气净化催化剂24)异常的异常诊断系统。
20和下游侧排气净化催化剂24)异常的异常诊断系统。
[0057] 排气净化催化剂20和24是具有储氧能力的三效催化剂。具体地，排气净化催化剂20和24由包括陶瓷的载体组成，在陶瓷上装载具有催化作用的贵金属(例如，铂(Pt))和具有储氧能力的物质(例如，二氧化铈(CeO2))。排气净化催化剂20和24呈现在达到预定激活温度时同时去除未燃烧气体(HC，CO等)和氮氧化物(NOX)的催化作用，以及还呈现储氧能力。
[0058] 根据排气净化催化剂20和24的储氧能力，当流入排气净化催化剂20和24中的排气的空燃比稀于理论空燃比(下文称为“稀空燃比”)时，排气净化催化剂20和24存储排气中的氧气。另一方面，当流入排气具有浓于理论空燃比的空燃比(下文称为“浓空燃比”)时，排气净化催化剂20和24释放存储在排气净化催化剂20和24中的氧气。其结果是，只要保持排气净化催化剂20和24的储氧能力，从排气净化催化剂20和24流出的排气就基本上具有理论空燃比，而不管流入排气净化催化剂20和24的排气的空燃比。
[0059] 空燃比传感器的说明
[0060] 在本实施例中，作为空燃比传感器40和41，使用杯型限流型空燃比传感器。将使用图2来简单解释是空燃比传感器40和41的结构。空燃比传感器40和41中每者均设置有固体电解质层51、被设置在该固体电解质层51的一个侧表面上的排气侧电极52、被设置在另一侧表面上的大气侧电极53、调节流动排气扩散的扩散调节层54、参考气体室55和加热空燃比传感器40或41的加热器部56。
[0061] 特别地，在本实施例的杯型空燃比传感器40和41中的每者中，固体电解质层51形成具有封闭端的圆柱形状。在其内限定的参考气体室55内，引入大气气体(空气)，并设置加热器部56。在固体电解质层51的内表面上，设置了大气侧电极53。在其外表面上，设置了排气侧电极52。在固体电解质层51和排气侧电极52的外表面上，设置了扩散调节层54以覆盖它。需要注意的是，在扩散调节层54的外部，可以设置保护层(未示出)，用于防止液体等沉积在扩散调节层54的表面上。
[0062] 固体电解质层51由ZrO2(氧化锆)、HfO2、ThO2、Bi2O3或其它氧离子传导氧化物的烧结体形成，在该其它氧离子传导氧化物中，将CaO、MgO、Y2O3、Yb2O3等混合作为稳定剂。进一步地，扩散调节层54由氧化铝，氧化镁、二氧化硅、尖晶石、莫来石(mullite)或另外的耐热无机物质的多孔烧结体形成。此外，排气侧电极52和大气侧电极53由具有高催化活性的铂或其它贵金属形成。
[0063] 进一步地，在排气侧电极52和大气侧电极53之间，传感器电压V由安装在ECU 31上的电压控制装置60供应。此外，ECU 31设置有电流检测装置61，当电压供应装置60通过电压控制装置60供应传感器电压时，该电流检测装置61检测通过固体电解质层51在这些电极52和53之间流动的电流。由该电流检测装置61检测到的电流是空燃比传感器40和41的输出电流。
[0064] 由此配置的空燃比传感器40和41具有如图3所示的电压-电流(V-I)特性。根据图3将理解，输出电流I变得越大，排气空燃比越高(越稀)。进一步地，在每个排气空燃比的V-I线处，存在平行于V轴的区域，即，即使传感器电压改变，输出电流也不会改变太多的区域。将该电压区域称为“限流区”。将此时的电流称为“限制电流”。图3中，当排气空燃比是18时，限流区和限制电流由W18和I18示出。
[0065] 图4是示出当使供应的电压恒定在约0.45V时在排气空燃比和输出电流I之间的关系的图。根据图4将理解，在空燃比传感器40和41中，排气空燃比越高(即，越稀)，则来自空燃比传感器40和41的输出电流I越大。另外，空燃比传感器40和41被配置成当排气空燃比为理论空燃比时使得输出电流I变成0。进一步地，当排气空燃比变大一定程度或以上，或者变小一定程度或以上时，输出电流的变化与排气空燃比的变化的比变得更小。
[0066] 需要注意的是，在上述示例中，使用如图2所示结构的限流型空燃比传感器作为空燃比传感器40和41。然而，作为上游侧空燃比传感器40，例如，也可以使用层叠型限流型空燃比传感器或其它结构的限流型空燃比传感器或非限流型空燃比传感器或任何其它空燃比传感器。
[0067] <基本控制>
[0068] 在通过这种方式配置的内燃机中，上游侧空燃比传感器40和下游侧空燃比传感器41的输出用作为设置燃料喷射器11的燃料喷射量的基础，从而流入上游侧排气净化催化剂
20中的排气的空燃比变成基于发动机运行状态的最佳空燃比。作为设置这种燃料喷射量的方法，该方法使用上游侧空燃比传感器40的输出作为基础来控制流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比(或从发动机体流出的排气的目标空燃比)成为目标空燃比，并且使用下游侧空燃比传感器41的输出作为基础来校正上游侧空燃比传感器40的输出或改变目标空燃比。
20中的排气的空燃比变成基于发动机运行状态的最佳空燃比。作为设置这种燃料喷射量的方法，该方法使用上游侧空燃比传感器40的输出作为基础来控制流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比(或从发动机体流出的排气的目标空燃比)成为目标空燃比，并且使用下游侧空燃比传感器41的输出作为基础来校正上游侧空燃比传感器40的输出或改变目标空燃比。
[0069] 参考图5，将简单解释对目标空燃比的这种控制的示例。图5是在内燃机正常运行(正常控制)时的因素的时间图，诸如上游侧排气净化催化剂的储氧量、目标空燃比、上游侧空燃比传感器的输出空燃比和下游侧空燃比传感器的输出空燃比。需要注意的是，“输出空燃比”是指对应于空燃比传感器的输出的空燃比。进一步地，“在正常运行(正常控制)时”是指当根据内燃机的特定运行状态而不执行对调整燃料喷射量的控制时的运行状态(控制状态)(例如，在装载了内燃机的车辆加速时执行的对增加燃料喷射量的校正，下文随后解释的燃料切断控制等)
[0070] 在如图5所示的示例中，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成浓判定基准空燃比(例如，14.55)或以下时，目标空燃比被设定并保持在稀组空燃比AFTlean(例如，15)。在此之后，如果推定上游侧排气净化催化剂20的储氧量并且该推定值变成预定判定参考存储量Cref(小于最大储氧量Cmax的量)或以上时，目标空燃比被设定为浓组空燃比AFTrich(例如，14.4)并保持在此处。在如图5所示的示例中，重复这种操作。
[0071] 具体地，在如图5所示的示例中，在时间t1以前，使目标空燃比成为浓组空燃比AFTrich。与此同时，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比也变成浓空燃比。进一步地，上游侧排气净化催化剂20存储氧气，从而下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成基本的理论空燃比(14.6)。此时，流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比变成浓空燃比，从而上游侧排气净化催化剂20的储氧量逐渐降低。
[0072] 在此之后，在时间t1，上游侧排气净化催化剂20中的储氧量接近零，由此流入上游侧排气净化催化剂20的未燃烧气体的一部分开始流出，而未经上游侧排气净化催化剂20净化。结果是，在时间t2，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成稍浓于理论空燃比的浓判定基准空燃比AFrefri。此时，目标空燃比从浓组空燃比AFTrich切换到稀组空燃比AFTlean。
[0073] 通过切换目标空燃比，流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比变成稀空燃比，并且未燃烧气体的流出减少并停止。进一步地，上游侧排气净化催化剂20的储氧量逐渐增大。在时间t3，它达到判定参考存储量Cref。通过这种方式，如果储氧量达到判定参考存储量Cref，则再次将目标空燃比从稀组空燃比AFlena切换到浓组空燃比AFTrich。通过切换该目标空燃比，流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比再次变成稀空燃比。其结果是，上游侧排气净化催化剂20的储氧量逐渐降低。在此之后，重复该操作。通过执行这种控制，可以防止NOX从上游侧排气净化催化剂20流出。
[0074] 需要注意的是，作为正常控制进行的基于上游侧空燃比传感器40和下游侧空燃比传感器41的输出的对目标空燃比的控制，不限于上述控制。如果基于这些空燃比传感器40和41的输出而控制，任何类型的控制都是可行的。因此，例如，作为正常控制，也可以将目标空燃比固定在理论空燃比，并且执行反馈控制，使得上游侧空燃比传感器40的输出空燃比变成理论空燃比，并执行控制以使用下游侧空燃比传感器41的输出空燃比作为基础来校正上游侧空燃比传感器40的输出空燃比。
[0075] <空燃比传感器的破裂元件>
[0076] 在这方面，作为上述空燃比传感器40和41发生的异常，可以提及形成空燃比传感器40或41的元件破裂的现象，即，破裂元件。具体地，破裂可以穿过固体电解质层51和扩散调节层54(图6，C1)而发生，或者破裂可以穿过固体电解质层51和扩散调节层54以及还有两个电极52和53(图6，C2)而发生。如果出现这种破裂元件，如图6所示，排气通过破裂部分进入参考气体室55内。
[0077] 因此，当空燃比传感器40和41周围的排气的空燃比为浓空燃比时，浓空燃比排气进入参考气体室55。由于这个原因，浓空燃比排气在参考气体室55内扩散，并且大气侧电极53暴露于浓空燃比排气。另一方面，在这种情况下，排气侧电极52通过扩散调节层54暴露于排气。由于这个原因，与大气侧电极53相比，排气侧电极52变得相对稀，并且因此空燃比传感器40和41的输出空燃比变成稀空燃比。也就是说，如果空燃比传感器40和41经受破裂元件，即使空燃比传感器40和41周围的排气的空燃比变成浓空燃比，空燃比传感器40和41的输出空燃比最终变成稀空燃比。另一方面，当空燃比传感器40和41周围的排气的空燃比是稀空燃比时，不会发生输出空燃比逆变的现象。这是因为当排气的空燃比为稀空燃比时，空燃比传感器40和41的输出电流取决于通过扩散调节层54到达排气侧电极52表面的氧气量，而不是在固体电解质层51两侧的空燃比的差。
[0078] <基本异常诊断控制>
[0079] 在本实施例中，基于下游侧空燃比传感器41的破裂元件，利用下游侧空燃比传感器41的破裂元件的异常的上述属性来诊断异常。具体地，当预定条件成立时，ECU 31进行主动控制。在主动控制中，对燃料喷射器11的燃料喷射量进行控制，使得流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的目标空燃比(或从发动机体流出的排气的目标空燃比)变成浓空燃比。进一步地，与此同时，流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的实际空燃比变成浓空燃比。
[0080] 图7是在主动控制情况中空燃比传感器的输出空燃比的时间图。在如图7所示的示例中，在时间t4，主动控制开始。当主动控制在时间t4开始时，目标空燃比被设定为浓空燃比。特别地，在图示的示例中，使主动控制时的目标空燃比成为比在正常运行时设定的浓组空燃比更浓的主动控制空燃比AFact。此时，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比变成浓空燃比。另一方面，通过与上游侧排气净化催化剂20中存储的氧气的反应，来去除流入上游侧排气净化催化剂20的排气中的未燃HC等。出于这个原因，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比基本变成理论空燃比。
[0081] 由于主动控制，浓空燃比排气流入上游侧排气净化催化剂20中，因此上游侧排气净化催化剂20的储氧量逐渐降低。同时在此期间，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比变成浓空燃比，并且下游侧空燃比传感器41的输出空燃比基本变成理论空燃比。最终，储氧量基本变成零。由于这个原因，含有未燃HC等的浓空燃比排气从上游侧排气净化催化剂20流出。也就是说，在下游侧空燃比传感器41周围流动的排气的实际空燃比变成浓空燃比。
[0082] 此处，当下游侧空燃比传感器41还没有因破裂元件变成异常(即，正常时)，基本如图7由实线所示，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比根据实际空燃比也变成浓空燃比。因此，在本实施例中，当上游侧空燃比传感器40的输出空燃比变成浓空燃比时，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成比浓判定基准空燃比AFrefri更稀的空燃比(例如，基本上，理论空燃比)，因此当变为比这更浓的空燃比时，基本上判定下游侧空燃比传感器41还没有因破裂元件而变成异常(即，它是正常的)。需要注意的是，在本实施例中，此时的浓判定基准空燃比AFrefri与正常操作时的浓判定基准空燃比AFrefri相同，但它也可以是不同的值。
[0083] 另一方面，当下游侧空燃比传感器41已因破裂元件变成异常时，如图7虚线所示，不像实际空燃比，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成稀空燃比。因此，在本实施例中，当上游侧空燃比传感器40的输出空燃比变成浓空燃比时，判定当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比从比稍稀于理论空燃比的稀判定基准空燃比AFrefle更浓的空燃比(例如，基本上理论空燃比)变成比此更稀的空燃比(时间t5)时，下游侧空燃比传感器41已因破裂元件变成异常。
[0084] 如果以这种方式诊断下游侧空燃比传感器41是异常的，停止主动控制并恢复正常操作。特别地，在如图7所示的示例中，在时间t5诊断下游侧空燃比传感器41是异常的，所以使主动控制在时间t5停止。在此之后，如果恢复正常操作，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成浓判定基准空燃比AFrefri或以下，因此目标空燃比被设定为稀组空燃比AFTlean，并重复如图5所示的控制。
[0085] 以这种方式，根据本实施例，当上游侧空燃比传感器的输出空燃比是浓空燃比时，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比基本变成理论空燃比一次，然后基于所改变到的空燃比的类型，而诊断下游侧空燃比传感器41为异常。由于这个原因，由下游侧传感器构成的空燃比传感器可因破裂元件而被诊断为异常。
[0086] 需要注意的是，上述浓判定基准空燃比AFrefri和稀判定基准空燃比AFrefle是当上游侧排气净化催化剂20的储氧量是中等程度量时正常空燃比传感器在理论空燃比附近波动的范围外的空燃比。
[0087] 在该方面，在本实施例中，当一定条件成立时执行主动控制，并且不成立时不执行。换言之，当一定条件成立时，诊断下游侧空燃比传感器41是异常的，并且当条件不成立时其不是异常的。
[0088] 此处，“当满足一定条件时”是指，例如，当满足下列所有条件时。一个条件是，两个空燃比传感器40和41是有效的，即，两个空燃比传感器40和41的温度变成激活温度或以上。如果空燃比传感器40和41没有被激活，基本上是不可能准确地检测排气的空燃比。除此之外，即使破裂元件的异常发生，输出空燃比的偏差变得更难发生。
[0089] 第二个条件是，在下游侧空燃比传感器41周围流动的排气的流量变成预定的更低的限流量或以上。图8是示出在下游侧空燃比传感器41周围流动的排气的流量与下游侧空燃比传感器41的输出空燃比之间的关系的图。在图示的示例中，在下游侧空燃比传感器41周围流动的排气的空燃比变成稍浓于理论空燃比的浓空燃比。
[0090] 根据图8将理解，当在下游侧空燃比传感器41周围流动的排气的流量很小时，正常传感器和经受破裂元件的传感器的输出空燃比之间几乎没有差别。与此相对，如果排气的流量变大时，在经受破裂元件的传感器处，输出空燃比变稀。因此，如果在下游侧空燃比传感器41周围流动的排气的流量很小，则即使破裂元件的异常发生，输出空燃比也没有变化。
[0091] 另外，如图8所示，在破裂元件发生的传感器中，当在下游侧空燃比传感器41周围流动的排气的流量变得更小时，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比41移动到稀侧。因此，当在下游侧空燃比传感器41周围流动的排气的流量很小时，则即使破裂元件发生，下游侧空燃比传感器41的输出空气燃料处的稀度也变得很小，并且在某些情况下没有达到稀判定基准空燃比AFrefri。
[0092] 因此，在本实施例中，排气的流量是预定下限流量，也就是说，使输出空燃比在正常传感器和经受破裂元件的传感器之间改变处的流量(例如，图8，G1)成为主动控制的条件。
[0093] 需要注意的是，例如基于由空气流量计39等检测出的空气流量，计算并推定在下游侧空燃比传感器41周围流动的排气的流量。然而，也可以通过另一种技术推定排气的流量。可替代地，可能提供一种检测流入下游侧空燃比传感器41附近的排气通路内的排气的流量的空气流量计，并且使用该空气流量计等直接检测流量。
[0094] 第三个条件是，从燃料切断控制结束时经过的时间是参考经过时间或以上。“燃料切断控制”是在内燃机正在运行的状态(曲柄正在转动的状态)中暂停或大大减少到燃烧室的燃料供应的控制。当例如加速器踏板42的下压量为零或基本为零时(即发动机负载为零或基本为零)以及发动机速度是高于空转时的速度或更高速度的预定速度时，执行该燃料切断控制。
[0095] 在这种燃料切断控制刚结束后，甚至当控制燃料喷射量使得从发动机体排出的排气的空燃比变成浓空燃比时，输出空燃比变成稀空燃比，甚至在元件未破裂的正常空燃比传感器中。出于这个原因，直至从燃料切断控制结束起经过一定时间，不可能准确诊断下游侧空燃比传感器41的破裂元件。因此，在本实施例中，从燃料切断控制结束起的经过时间变成参考经过时间或以上，也就是说，使输出空燃比在正常空燃比传感器中燃料切断控制结束后变得稳定所需或以上的时间成为主动控制的条件。
[0096] 第四个条件是，从装载内燃机的车辆的点火开关开启到此时，未完成下游侧空燃比传感器41的异常判定。不必那么频繁地判定下游侧空燃比传感器41是否异常，因此只在未完成异常判定时执行异常判定。具体地，条件是：在异常判定中判定下游侧空燃比传感器41为异常时被设定为开启的异常标记，或者在已完成下游侧空燃比传感器41的异常判定时被设定为开启的判定完成标记，不是开启。
[0097] 需要注意的是，在上述实施例中，正常运行时，流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的目标空燃比被交替地改变为浓空燃比和稀空燃比。在这种情况下，主动控制时，使目标空燃比是空燃比，由此流入排气净化催化剂的排气的空燃比变成比正常操作(正常控制)时的浓空燃比更浓(在上述实施例中，浓组空燃比AFTrich)。
[0098] 进一步地，在上述实施例中，在诊断下游侧空燃比传感器41的异常时进行主动控制。然而，不必须要求在诊断下游侧空燃比传感器41的异常时进行主动控制。
[0099] 例如，在燃料切断控制刚结束后，通常进行后重置浓控制，用于使流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比为浓空燃比。这被执行以部分或全部释放在燃料切断控制期间在上游侧排气净化催化剂20中存储的氧气。还可以在该后重置浓控制期间诊断下游侧空燃比传感器41异常。然而，这种情况下，如上所述，从燃料切断控制结束起的经过时间必须是参考经过时间或以上。
[0100] <异常诊断时的正常判定>
[0101] 在这点上，如图8所示，在元件已破裂的空燃比传感器中，输出空燃比根据排气的流动速率而变化。当在空燃比传感器周围流动的排气的空燃比变成浓空燃比时，当排气的流量小时，即使在元件已破裂的空燃比传感器中，输出空燃比变成稀空燃比。相反，当排气的流量大时，在元件已破裂的空燃比传感器中，输出空燃比变成浓空燃比。
[0102] 在这点上，由于排气的流量，在空燃比传感器周围流动的排气的空燃比从理论空燃比变成浓空燃比，然后变成稀空燃比一次，然后在某些情况下变成浓空燃比。该状态如图9所示。
[0103] 图9是在使上游侧空燃比传感器40的输出空燃比保持恒定在浓空燃比的情况下空燃比传感器的输出空燃比的时间图。图9的下游侧空燃比传感器41的输出空燃比示出下游侧空燃比传感器41因破裂元件而变成异常的情况。图中的实线示出在下游侧空燃比传感器41周围流动的排气的流量很小的情况(例如，图8，G1或以下)，虚线示出其很大的情况，而单点链线示出其是中度程度的情况。
[0104] 在图9所示的示例中，流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比也保持恒定在浓空燃比。进一步地，在图9所示的示例中，在时间tx，上游侧排气净化催化剂20的储氧量基本变为零。因此，在下游侧空燃比传感器41的周围，基本理论空燃比的排气循环直到时间tx。浓空燃比排气从时间tx起流动。
[0105] 根据图9将理解，如果排气的流量很小，从时间tx起，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成浓空燃比。另一方面，当排气的流量很大时，下游侧空燃比传感器41的输出电流变成稀空燃比。与此相对，当排气的流量是中等程度时，下游侧空燃比传感器41的输出电流变成浓空燃比一次，然后变为稀空燃比。
[0106] 此处，如上所述，主动控制的条件，即，用于诊断下游侧空燃比传感器41异常的条件，被设为排气的流量是下限流量或以上。出于这个原因，当排气的流量很小并且下游侧空燃比传感器41的输出空燃比的趋势如图9实线所示，则下游侧空燃比传感器41不被诊断为异常。
[0107] 在这点上，当排气的流量是中等程度时，下游侧空燃比传感器41的输出变成浓空燃比一次，然后变为稀空燃比。此处，在图7所示的示例中，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变化到浓判定基准空燃比AFrefri或以下时，则判定下游侧空燃比传感器41是正常的。当通过这种方式进行判定时，如果排气的流量是中等程度，即使下游侧空燃比传感器41中发生了破裂元件，最终判定下游侧空燃比传感器41是正常的。另一方面，如果即使当排气的流量是中等程度时也不诊断下游侧空燃比传感器41的异常，能够诊断下游侧空燃比传感器41的异常的条件最终变得极为有限的。
[0108] 因此，在本发明的实施例中，由于主动控制，使目标空燃比为主动控制空燃比。当上游侧空燃比传感器40的输出空燃比变成浓空燃比时，即使下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成浓判定基准空燃比AFrefri或以下的空燃比，也不立即判定下游侧空燃比传感器41为正常。
[0109] 具体地，在本实施例中，当上游侧空燃比传感器40的输出空燃比变成浓空燃比以及下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成浓判定基准空燃比或以下时，由定时计数器计数该时间。因此，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比是浓判定基准空燃比或以下时，该定时计数器向上计数，并且当其稀于浓判定基准空燃比时，不向上计数。进一步地，当通过这种方式计数的定时计数器的值变成大于0或以上的预定判定值时，则判定下游侧空燃比传感器41已变成异常。
[0110] 图10是空燃比传感器的输出空燃比和定时计数器的时间图。图10A示出下游侧空燃比传感器41是正常的情况，而图10B示出下游侧空燃比传感器41因破裂元件已变成异常的情况。进一步地，在每一种情况下，示出在下游侧空燃比传感器41周围流动的排气的流量变成中等程度时的情况。
[0111] 在图10A所示的示例中，在时间t4，主动控制开始。在时间t5之前，上游侧排气净化催化剂20的储氧量基本变为零，并且浓空燃比排气从上游侧排气净化催化剂20中流出。因此，在时间t5，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成浓判定基准空燃比AFrefri或以下，并且定时计数器开始计数。在此之后，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比保持在浓判定空燃比AFrefri或以上，所以定时计数器增加。因此，在时间t6，定时计数器的值达到判定值TCref，并且下游侧空燃比传感器41被判定为正常。在图10A所示的示例中，在时间t6，停止主动控制并开始正常操作。
[0112] 另一方面，同样在图10B所示的示例中，在时间t5，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成浓判定空燃比AFrefri或以下，并且定时计数器开始计数。然而，在图10B所示的示例中，在定时计数器的值达到判定值TCref之前，在时间t7，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成浓判定空燃比AFrefri或以上。出于这个原因，在时间t7，停止定时计数器的计数。在此之后，在时间t8，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成稀判定基准空燃比AFrefle或以上，并且判定下游侧空燃比传感器41已变得异常。在图10B所示的示例中，在时间t8，停止主动控制，并开始正常操作。
[0113] 通过这种方式，在本实施例中，在输出空燃比变成浓判定基准空燃比AFrefri或以下后，没有立即判定下游侧空燃比传感器41为正常。当其变成浓判定基准空燃比AFrefri或以下一定时间段时，首先判定它为正常。由于这一点，可以准确地诊断下游侧空燃比传感器41的异常。
[0114] 需要注意的是，当下游侧空燃比传感器41因破裂元件变成异常时，在输出空燃比变成浓判定空燃比AFrefri或以下期间的时间根据排气的流量变化。其中定时计数器处的判定值TCref是最长时间。根据所使用的空燃比传感器的类型、内燃机的排气量等来确定该判定值。
[0115] 需要注意的是，在上述实施例中，当在输出空燃比变成浓判定基准空燃比AFrefri或以下期间的时间变成预定时间或以上时，判定下游侧空燃比传感器41是正常的，但也可以使用除时间外的其它参数。例如，当下游侧空燃比传感器41周围流动的排气的流量的累计值是预定判定值或以上时，而下游侧空燃比传感器41的输出空燃比为浓判定基准空燃比AFrefri或以下时，也可以判定其是正常的。在这种情况下，例如，使用空气流量计39等来检测或推定在下游侧空燃比传感器41周围流动的排气的流量。
[0116] <流程>
[0117] 图11和图12是示出下游侧空燃比传感器41的异常诊断控制的控制例程的流程图。所示出的控制例程由每隔一定时间间隔的中断执行。
[0118] 首先，在步骤S11，在内燃发动机起动之后或在装载内燃机的车辆的点火钥匙接通后，判定下游侧空燃比传感器41的异常判定未完成。如果，在内燃发动机起动后，已进行异常判定，则控制例程结束。另一方面，当判定异常判定还未结束后，例程前进到步骤S12。在步骤S12，判定主动控制标记Fa是否为0。主动控制标记Fa是当执行主动控制时为1，其它时间则为0的标记。当尚未执行主动控制时，例程前进到步骤S13。
[0119] 在步骤S13，判定主动控制的条件是否成立。如果上述主动控制条件不成立，控制例程结束。另一方面，如果主动控制条件成立，则例程进行到步骤S14，在步骤S14，目标空燃比被设定为主动控制时的空燃比。接着，在步骤S15，将主动控制标记Fa设定为1，控制例程结束。
[0120] 在下一控制例程中，主动控制标记Fa被设定为1，所以例程从步骤S12进行到步骤S16。在步骤S16，判定理论标记Fs是否为0。在主动控制开始后，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比一旦达到基本理论空燃比时，理论标记Fs为1，否则为0。当在步骤S16理论标记Fs为0时，例程前进到步骤S17。在步骤S17，判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比是否为浓判定基准空燃比AFrefri和稀判定基准空燃比AFrefle之间的空燃比，也就是说，其是否已基本收敛到理论空燃比。在步骤S17，如果判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比还没有收敛到理论空燃比，则控制例程结束。另一方面，当在步骤S17判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比已收敛到理论空燃比，则例程进行到步骤S18。在步骤S18，理论标记Fs被设定为1，且控制例程结束。
[0121] 在下一控制例程中，理论标记Fs被设定为1，所以例程从步骤S16进行到步骤S19和S20。在步骤S19，判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比是否为稀判定基准空燃比AFrefle或以上。在步骤S20，判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比是否为浓判定基准空燃比AFrefri或以下。当在步骤S19和S20判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比为浓判定基准空燃比AFrefri和稀判定基准空燃比AFrefle之间的空燃比时，控制例程结束。
[0122] 另一方面，当在步骤S19中判定输出空燃比是稀判定基准空燃比AFrefle或以上时，例程进行到步骤S21。在步骤S21，判定下游侧空燃比传感器41已变成异常。由于这个原因，例如，安装有内燃机的车辆的告警灯被点亮。此后，在步骤S22，释放被设定为主动控制时的空燃比的目标空燃比，并且开始正常操作。接着，在步骤S23，主动控制标记Fa和理论标记Fs被重置为0，定时计数器TC被重置为0，并且控制例程结束。
[0123] 另一方面，当在步骤S20判定输出空燃比是浓判定基准空燃比AFrefri或以下时，例程进行到步骤S2。在步骤S24，使定时计数器TC之前的值加1，成为定时计数器TC的新值。接着，在步骤S25，判定定时计数器TC的值是否是判定值TCref或以上。当判定该值小于判定值TCref时，控制例程结束。另一方面，当在步骤S25判定定时计数器TC的值是判定值TCref或以上时，例程进行到步骤S26。在步骤S26，判定下游侧空燃比传感器41为正常，然后例程进行到步骤S22。
[0124] <第二实施例>
[0125] 接着，将参考图13和图14，说明本发明第二实施例的异常诊断系统。本发明第二实施例的异常诊断系统的配置等基本类似于第一实施例的异常诊断系统的配置等。然而，在第一实施例中，计数器的总计数量(count up amount)是恒定的，而在本实施例中，计数器的总计数量根据下游侧空燃比传感器41的输出空燃比而变化。
[0126] 在这点上，如图9所示，如果下游侧空燃比传感器41因破裂元件而变成异常并且输出空燃比一旦变成浓空燃比，则浓程度是相对很小的。与此相对，如果下游侧空燃比传感器41是正常的，输出空燃比的趋势如图9实线所示的、排气的流量很小的情况。因此，浓程度是相对很大的。
[0127] 因此，在本实施例中，在主动控制期间，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成浓判定空燃比AFrefri或以下时，定时计数器的总计数量是根据浓程度改变的。具体地，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成浓判定空燃比AFrefri或以下时的浓程度越大，则定时计数器的总计数量就越大。
[0128] 图13是空燃比传感器的输出空燃比、定时计数器和总计数量的时间图，并且类似于图10。图13A示出下游侧空燃比传感器41是正常的情况，而图13B示出下游侧空燃比传感器41因破裂元件变成异常的情况。进一步地，在每一种情况下，示出在下游侧空燃比传感器41周围流动的排气的流量变成中等程度的情况。
[0129] 在如图13A所示的示例中，在时间t5，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成浓判定空燃比AFrefri或以下，并且定时计数器开始计数。此时，定时计数器的总计数量变得越大，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比与浓判定空燃比AFrefri的差就越大。如图13A所示，从时间t5下游侧空燃比传感器41的输出空燃比的浓程度是大的，所以总计数量变大。由于这个原因，定时计数器的向上计数速度变得更快。在早于图10的时间t6的时间t9，定时计数器的值达到判定值TCref，并且判定下游侧空燃比传感器41是正常的。
[0130] 另一方面，在如图13B所示的示例中，在时间t5，定时计数器开始计数。然而，在时间t5下游侧空燃比传感器41的输出空燃比的浓程度是很小的，所以总计数量变小。由于这个原因，定时计数器的计数速度会变慢。因此，直到下游侧空燃比传感器41的输出空燃比达到浓判定空燃比AFrefri或以上(时间t7)，定时计数器未达到判定值TCref，并且抑制下游侧空燃比传感器41为正常的错误判定。
[0131] 以这种方式，通过根据下游侧空燃比传感器41的输出空燃比的浓程度改变总计数量，当下游侧空燃比传感器41为正常时，定时计数器的总计数量变更快。出于这个原因，有可能快速地判定下游侧空燃比传感器41的正常性。
[0132] 需要注意的是，在上述实施例中，根据下游侧空燃比传感器41的输出空燃比的浓程度改变总计数量。然而，也可以根据下游侧空燃比传感器41的输出空燃比的浓程度改变定时计数器的判定值TCref。在这种情况下，可以改变判定值TCref，使得当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成浓判定空燃比AFrefri或以下时的浓程度越大，判定值TCref变得越小。
[0133] 进一步地，作为正常判定时的参数，当使用除时间以外的参数时，类似控制也是可行的。例如，当基于排气的累计值来判定正常性，而下游侧空燃比传感器41的输出空燃比为浓判定基准空燃比AFrefri或以下时，根据当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成浓判定基准空燃比AFrefri或以下时的浓程度改变判定值。
[0134] 图14是示出本实施例中下游侧空燃比传感器41的异常诊断例程的控制例程的一部分的流程图。使用如图14所示的流程图替代如图12所示的流程图。因此，在本实施例中的控制例程中，执行如图11和图14所示的控制例程。
[0135] 图14的步骤S29到S33类似于图12的步骤S19到S23，所以将省略其说明。当在步骤S30判定输出空燃比是浓判定空燃比AFrefri或以下时，例程进行到步骤S34。在步骤S34，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比的浓程度被用于计算定时计数器的总计数量ΔTC。浓程度和总计数量ΔTC之间的关系被存储为映射或作为ECU 31的ROM 31中的计算式。接下来，在步骤S35，使定时计数器TC的前一值加上在步骤S34计算的总计数量ΔTC，成为定时计数器TC的新值。接着，在步骤S36，判定定时计数器TC的值是否是判定值TCref或以上。当在步骤S36判定定时计数器TC的值小于判定值TCref时，控制例程结束。另一方面，当在步骤S36判定定时计数器TC的值是判定值TCref或以上时，例程进行到步骤S37。在步骤S37，判定下游侧空燃比传感器41是正常的，且例程前进到步骤S32。
[0136] <第三实施例>
[0137] 接着，将参考图15和图16，说明本发明第三实施例的异常诊断系统。本发明第三实施例的异常诊断系统的配置等基本类似于第一实施例或第二实施例的异常诊断系统的配置等。
[0138] 在这点上，如图9所示，如果下游侧空燃比传感器41因破裂元件变得异常并且输出空燃比变成浓空燃比一次，最小值是相对大的(即，浓程度的最大值很小)。与此相对，当下游侧空燃比传感器41是正常时，输出空燃比以与诸如图9实线所示的当排气的流量很小时的相同方式发展。因此，最小值是相对小的(即，浓程度的最大值很大)。
[0139] 因此，在本实施例中，在主动控制期间，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成比浓判定空燃比AFrefri或以下更浓的正常判定基准空燃比AFnor(例如，14)时，则判定下游侧空燃比传感器41为正常，即使定时计数器的值小于判定值TCref。需要注意的是，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比因制造误差等相对于实际空燃比变化。当下游侧空燃比传感器41因破裂元件变成异常时，使正常判定基准空燃比AFnor成为输出空燃比不能达到的浓空燃比，即使考虑这种变化。
[0140] 图15是空燃比传感器的输出空燃比和定时计数器的时间图，并且类似于图10。图15A示出下游侧空燃比传感器41是正常的情况，而图15B示出下游侧空燃比传感器41因破裂元件变成异常的情况。进一步地，在每一种情况下，示出在下游侧空燃比传感器41周围流动的排气的流量变成中等程度的情况。
[0141] 在图15A所示的示例中，在时间t5，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成浓判定空燃比AFrefri或以下，并且定时计数器开始计数。在此之后，如图15A所示，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比迅速下降，并在时间t10达到正常判定基准空燃比AFnor。在本实施例中，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成正常判定基准空燃比AFnor或以下时，判定该传感器为正常，所以在时间t10，判定下游侧空燃比传感器41是正常的。出于这个原因，在本实施例中，在定时计数器达到判定值TCref之前，判定下游侧空燃比传感器41为正常。
[0142] 另一方面，在图15B所示的示例中，在时间t5，定时计数器开始计数。然而，从时间t5起，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比下降不多，所以未达到正常判定基准空燃比AFnor。另外，在图15B所示的示例中，定时计数器未达到判定值TCref，直到下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成大于浓判定空燃比AFrefri(时间t7)。因此，在时间t8，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成稀判定基准空燃比AFrefle或以上，并且下游侧空燃比传感器41被判定为异常。
[0143] 以这种方式，在本实施例中，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比达到正常判定基准空燃比AFnor时，立即判定下游侧空燃比传感器41是正常的。出于这个原因，可以快速判定下游侧空燃比传感器41是正常的。
[0144] 需要注意的是，作为判定正常性的参数，即使使用除时间之外的参数，类似控制也是可行的。例如，当基于排气的流量的累计值判定正常性而下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成浓判定基准空燃比AFrefri或以下时，可以判定当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成正常判定基准空燃比AFnor或以下时下游侧空燃比传感器41是正常的，即使排气流量的累计值小于判定值。
[0145] 图16是示出本实施例中下游侧空燃比传感器41的异常诊断控制的控制例程的一部分的流程图。使用如图16所示的流程图替代如图12所示的流程图。因此，在本实施例中的控制例程中，执行如图11和图16所示的控制例程。
[0146] 图16的步骤S39到S43类似于图12的步骤S19到S23，所以将省略其说明。当在步骤S40判定输出空燃比是浓判定空燃比AFrefri或以下时，例程进行到步骤S44。在步骤S44，判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比是否是正常判定基准空燃比AFnor或以下。如果判定出下游侧空燃比传感器41的输出空燃比是正常判定基准空燃比AFnor或以下时，例程进行到步骤S47。在步骤S47，判定下游侧空燃比传感器41是正常的，且程序前进到步骤S42。另一方面，当在步骤S44判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比不是正常判定基准空燃比AFnor或以下时，例程进行到步骤S45。在步骤S45，使定时计数器TC的先前的值加上1，成为定时计数器TC的新值。接着，在步骤S46，判定定时计数器TC的值是否是判定值TCref或以上。如果在步骤S46判定定时计数器TC的值小于判定值TCref，则控制例程结束。另一方面，在步骤S46，当判定该定时计数器TC的值是判定值TCref或以上时，例程进行到步骤S47。在步骤S47，判定下游侧空燃比传感器41是正常的，则程序前进到步骤S42。
[0147] <第四实施例>
[0148] 接着，将参考图17和图18，说明本发明第四实施例的异常诊断系统。本发明第四实施例的异常诊断系统的配置等基本类似于第一实施例至第三实施例的异常诊断系统的配置。
[0149] 在这点上，如图9所示，在因破裂元件而变成异常的下游侧空燃比传感器41中，输出空燃比根据排气的流量变化。排气的流量越大，则当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比一旦变成浓空燃比时的浓程度就越小。出于这个原因，执行主动控制时排气的流量越大，则当输出空燃比变成浓判定空燃比AFrefri或以下时的时间就越短，即使下游侧空燃比传感器41因破裂元件而变得异常。
[0150] 因此，在本实施例中，使用空气流量计39等来检测或推定在下游侧空燃比传感器41周围流动的排气的流量，并且定时计数器的判定值TCref根据所检测或推定的排气的流量变化。更详细地，在本实施例中，如图17所示，改变判定值TCref，使得当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成浓判定空燃比AFrefri或以下时排气的流量越大，判定值TCref越小。
[0151] 根据本实施例，以这种方式根据排气的流量改变定时计数器的判定值TCref，可能在下游侧空燃比传感器41是正常时快速判定传感器为正常。
[0152] 图18是示出本实施例中下游侧空燃比传感器41的异常诊断控制的控制例程的一部分的流程图。使用如图18所示的流程图替代如图12所示的流程图。因此，在本实施例的控制例程中，执行如图11和图18所示的控制例程。
[0153] 图18的步骤S49到S54、S56和S57类似于图12的步骤S19到S26，所以将省略其说明。在步骤S54，如果使定时计数器TC之前的值加1成为定时计数器TC的新值，则例程进行到步骤S55。在步骤S55，基于空气流量计39等的输出而推定的在下游侧空燃比传感器41周围流动的排气的流量，用于计算判定值TCref，使用诸如图17所示的映射。接着，在步骤S56，判定定时计数器TC的值是否是在步骤S55计算的判定值TCref或以上。
[0154] <第五实施例>
[0155] 接着，将参照图19，说明本发明第五实施例的异常诊断系统。本发明第五实施例的异常诊断系统的配置等基本类似于第一实施例至第四实施例的异常诊断系统的配置等。
[0156] 在这点上，如第一实施例至第五实施例所示，当判定正常性并且判定下游侧空燃比传感器41的异常性时，有时下游侧空燃比传感器41将不会被判定为正常或异常。例如，在第一实施例的情况下，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比保持在稍浓于理论空燃比的浓空燃比或稍稀于理论空燃比的稀空燃比时，下游侧空燃比传感器41不被判定为正常或异常。然而，如上所述，在主动控制中，流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比保持在浓空燃比，因此，如果该状态持续较长时间段，所进行的排气排放有可能恶化。
[0157] 因此，在本实施例中，当从主动控制开始时长时间期间内下游侧空燃比传感器41未被判定为正常或异常时，暂停主动控制。
[0158] 具体地，在本实施例中，计算当尝试使流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比作为氧气缺乏时的理论空燃比时不充足的氧气量。基于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比和空气流量计39等的输出，来计算该氧气缺乏。上游侧空燃比传感器40的输出空燃比中的浓程度越高，则所计算的氧气缺乏越大。进一步地，基于空气流量计39等的输出所计算的流入上游侧排气净化催化剂20的空气的流量越大，所计算的氧气缺乏越大。
[0159] 进一步地，在本实施例中，在下游侧空燃比传感器41的正常或异常判定前，当从主动控制开始时的氧气缺乏的累计值变成上游侧排气净化催化剂20的最大可储氧量的预定值(排气净化催化剂可存储的最大氧气量)或以上时，暂停主动控制。相应地，下游侧空燃比传感器41的异常的诊断结束。由于这一点，可能因主动控制持续较长时间段而抑制排气排放的恶化。
[0160] 此处，当从主动控制开始时的氧气缺乏的累计值变成上游侧排气净化催化剂20的最大可储氧量的预定值或以上时，浓空燃比排气从上游侧排气净化催化剂20流出。以这种方式，如果下游侧空燃比传感器41的输出空燃比不变成浓判定空燃比AFrefri或以下，或稀判定空燃比AFrefle或以上，不管浓空燃比排气流出，不同于破裂元件的异常可能已经发生。出于这个原因，在这种情况下，除了暂停主动控制，可以判定下游侧空燃比传感器41为异常。
[0161] 图19是示出本实施例中下游侧空燃比传感器41的异常诊断控制的控制例程的一部分的流程图。使用如图19所示的流程图替代如图12所示的流程图。因此，在本实施例的控制例程中，执行如图11和图19所示的控制例程。
[0162] 图19的步骤S59至S66类似于图12的步骤S19至S26，所以将省略其说明。然而，在步骤S59和S60，当判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比为在浓判定基准空燃比AFrefri和稀判定基准空燃比AFrefle之间的空燃比时，例程进行到步骤S67。进一步地，即使在步骤S65判定定时计数器TC的值小于判定值TCref，例程进行到步骤S67。
[0163] 在步骤S67，判定基于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比和空气流量计39等的输出所计算的从主动控制开始时氧气缺乏的累计值Qox是否是大于最大可储氧量的上限值Qoxref或以上。当在步骤S67判定该氧气缺乏的累计值Qox小于上限值Qoxref时，控制例程结束。另一方面，当在步骤S67判定氧气缺乏的累计值Qox是上限值Qoxref或以上时，例程前进到步骤S62，在步骤S62，主动控制结束，且正常控制开始。
[0164] 需要注意的是，上述第一实施例至第五实施例也可以相互结合。例如，当结合第二实施例和第三实施例时，当定时计数器的总计数量根据浓程度改变，并且下游侧空燃比传感器41的输出空燃比达到正常判定基准空燃比AFnor，判定传感器时为正常，而不考虑定时计数器的值。
[0165] 附图标记表
[0166] 1 发动机体
[0167] 5 燃烧室
[0168] 7 进气端口
[0169] 9 排气端口
[0170] 19 排气歧管
[0171] 20 上游侧排气净化催化剂
[0172] 24 下游侧排气净化催化剂
[0173] 31 ECU
[0174] 40 上游侧空燃比传感器
[0175] 41 下游侧空燃比传感器
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