CN105452854B - 气体传感器控制装置 - Google Patents

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Abstract

O2传感器(17)具有使用固体电解质层(32)和在夹着该固体电解质层(32)的位置设置的一对电极(33、34)而构成的传感器元件(31)，将发动机的废气作为检测对象来输出与该废气的空燃比对应的电动势信号。并且具备：恒电流电路(43)，向传感器元件(31)的一对电极(33、34)之间流动规定的恒电流；以及电流检测装置(45、46)，检测传感器元件(31)中流动的实际电流的电流量。微型计算机(41)在通过恒电流电路(43)而流动有恒电流的情况下，基于由电流检测装置(45、46)检测到的电流量判定恒电流电路(43)是否有异常。

Description

气体传感器控制装置
关联申请的相互参照：本申请基于2013年8月9日申请的日本专利申请第2013-167128号，并将该申请的内容公开于本说明书中。
技术领域
本发明涉及气体传感器控制装置。
背景技术
例如在车辆用发动机中，通常使用将从该发动机排出的废气作为检测对象来检测氧浓度的电动势输出型的气体传感器(gas sensor)。该气体传感器具有根据废气为富还是贫而输出不同的电动势信号的电动势单元，具体地说，如果空燃比为富，则输出约0.9V的电动势信号，如果空燃比为贫，则输出约0V的电动势信号。
这样的气体传感器中，在废气的空燃比以富/贫进行变化时，相对于实际的空燃比变化，传感器输出伴有延迟地变化，这被视为问题，为了改善其输出特性而提出了各种技术。
例如，在专利文献1的气体传感器控制装置中，设为对于一对传感器电极中的至少某个连接恒电流电路的结构，在判定为存在使气体传感器的输出特性变更的变更请求的情况下，基于该变更请求决定恒电流的流向，并且，控制恒电流电路以使恒电流按照该决定的流向来流动。然后，通过该恒电流的供给，良好地控制气体传感器的输出特性。
然而，使用气体传感器的检测值进行的空燃比控制对发动机的废气排放减少的贡献很大，在气体传感器产生了异常的情况下，在减少排放方面会受到很大的影响。此外，即使气体传感器自身正常，若对其电动势单元不正常地流动恒电流，仍有可能影响到废气排放。关于该点，期望在恒电流电路中也能够正确地判定异常的产生。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2012-63345号公报(对应于US2012/0043205A1)
发明内容
本发明的主要目的在于，提供一种气体传感器控制装置，能够针对向气体传感器流动恒电流的恒电流电路准确地检测异常的产生，进而提高气体传感器输出的可靠性。
以下，对用于解决上述课题的技术手段及其作用效果进行说明。
本发明中，提供一种气体传感器控制装置，应用于内燃机的废气净化装置，该内燃机的废气净化装置具备：催化剂，设置于内燃机的排气部，对废气中的作为贫成分的NOx和富成分进行净化；以及气体传感器，设置于所述催化剂的中间部分或者该催化剂的下游侧，将由该催化剂净化后的废气作为检测对象来检测气体成分；所述气体传感器具有使用固体电解质体和一对电极而构成的电动势单元，输出与所述废气的空燃比对应的电动势信号。并且，气体传感器控制装置具备：通电实施装置，向所述电动势单元的所述一对电极之间流动规定的恒电流；电流检测装置，检测所述电动势单元中流动的实际电流的电流量；以及异常判定部，在通过所述通电实施装置而流动有所述规定的恒电流的情况下，基于由所述电流检测装置检测到的电流量，判定所述通电实施装置是否有异常。
上述结构中，着眼于“即使气体传感器自身正常，若对该电动势单元不正常地流动恒电流，也有可能给废气排放带来影响”，能够准确地判定通电实施装置(恒电流电路)中的异常的产生。由此，针对将向催化剂下游侧流出的废气、即由催化剂净化后的废气作为检测对象的气体传感器，能够提高其传感器输出的可靠性。特别是，在通电实施装置(恒电流电路)产生了异常的情况下，为了尽量抑制对废气排放的影响，期待尽早掌握异常的产生。关于该点，根据监视通过通电实施装置而流动的实际的电流量并基于该实际电流量来实施异常判定的结构，能够不依赖于内燃机的运转状态等而始终进行异常判定，能够实现在实用性方面优选的结构。
附图说明
图1是表示本发明的实施例的发动机控制系统的整体的概略结构图。
图2是表示传感器元件的截面结构和传感器控制部的概略结构的图。
图3是表示空燃比与传感器元件的电动势之间的关系的电动势特性图。
图4是表示第1催化剂的净化特性和O2传感器的输出特性的图。
图5是表示第1催化剂的净化特性和O2传感器的输出特性的图。
图6是用于说明传感器元件中的气体成分的反应的概略图。
图7是表示恒电流控制的处理步骤的流程图。
图8是用于设定恒电流电路的指示电流量的关系图。
图9是表示恒电流电路的异常判定的处理步骤的流程图。
图10是表示对第1催化剂的下游侧的NOx和HC的排出量进行检验的检验结果的图。
图11是表示实施例的变更例的传感器控制部的结构的图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明将本发明具体化的一个实施方式。在本实施方式中说明一种发动机控制系统，该发动机控制系统使用在车载发动机(内燃机)的排气管中设置的气体传感器，基于该气体传感器的输出来实施发动机的各种控制等。在该控制系统中，以电子控制单元(以下称作ECU)为中心，实施燃料喷射量的控制或点火定时的控制等。图1是表示本系统的整体概要的结构图。
图1中，发动机10例如为汽油发动机，具备电子控制式的节流阀11、燃料喷射阀12、点火装置13等。在发动机10的排气管14(排气部)，设置有作为废气净化装置的催化剂15a、15b。催化剂15a、15b例如均由三元催化剂构成，其中，催化剂15a是作为上游侧催化剂的第1催化剂，催化剂15b是作为下游侧催化剂的第2催化剂。三元催化剂如公知那样，对废气的有害三成分、即CO(一氧化碳)、HC(烃)、NOx(NO等氮氧化物)进行净化，是通过在形成为蜂窝状及栅格状等的陶瓷制载体中担载铂、钯、铑等金属而构成的。该情况下，在三元催化剂中，作为富成分的CO、HC通过氧化作用而被净化，作为贫成分的NOx通过还原作用而被净化。
在第1催化剂15a的上游侧设置有A/F传感器16，在催化剂15a、15b之间(第1催化剂15a的下游侧且第2催化剂15b的上游侧)设置有O2传感器(氧传感器)17。A/F传感器16输出与废气的空燃比大致成正比的A/F信号。此外，O2传感器17根据废气的空燃比为富还是贫而输出不同的电动势信号。
此外，在本系统中设置有下述的各种传感器：检测节流阀11的开度的节流阀开度传感器21；按照发动机的每规定曲柄角(例如按照30°CA周期)而输出矩形状的曲柄角信号的曲柄角传感器22；检测发动机10的吸入空气量的空气量传感器23；检测发动机冷却水的温度的冷却水温传感器24；等等。虽然省略了图示，但除了上述以外还设置有：检测气缸内的燃烧压的燃烧压传感器；检测加速器开度(加速器操作量)的加速器开度传感器；检测发动机润滑油的温度的油温传感器；等等。这些各传感器相当于运转状态检测机构。
ECU25以由公知的CPU、ROM、RAM等构成的微型计算机为主体而构成，通过执行ROM中存储的各种控制程序，根据当时的发动机运转状态来实施发动机10的各种控制。即，ECU25从上述各种传感器等分别输入信号，基于这些各种信号运算燃料喷射量或点火定时，控制燃料喷射阀12或点火装置13的驱动。
特别是，在燃料喷射量控制中，ECU25基于第1催化剂上游侧的A/F传感器16的检测信号和第1催化剂下游侧的O2传感器17的检测信号来实施空燃比反馈控制。即，ECU25实施主反馈控制，使得由A/F传感器16检测到的实际空燃比(催化剂上游侧的实际空燃比)成为基于发动机运转状态而设定的目标空燃比，并且实施副反馈控制，使得由O2传感器17检测到的实际空燃比(催化剂下游侧的实际空燃比)成为目标空燃比。在副反馈控制中，例如基于催化剂下游侧的实际空燃比与目标空燃比之间的偏差，对主反馈控制的目标空燃比进行修正，或者对该主反馈控制的反馈修正量进行修正。作为空燃比控制，ECU25例如实施将目标空燃比设为理论配比(理论空燃比)的理论配比反馈控制。
接下来，对第1催化剂下游侧的O2传感器17的结构进行说明。O2传感器17具有杯型构造的传感器元件31，图2示出了传感器元件31的截面结构。实际上，该传感器元件31是元件整体被收容在壳体或元件罩内的结构，配设在发动机排气管内。传感器元件31相当于电动势单元。
传感器元件31中，作为固体电解质体的固体电解质层32形成为截面杯状，在其外表面设置有废气侧电极33，在内表面设置有大气侧电极34。这些各电极33、34在固体电解质层32的表面上以层状来设置。固体电解质层32由氧离子传导性氧化物烧结体构成，该氧离子传导性氧化物烧结体是在ZrO2、HfO2、ThO2、Bi2O3等中使CaO、MgO、Y2O3、Yb2O3等作为稳定剂固溶而得到的。此外，各电极33、34均由铂等催化剂活性高的贵金属构成，其表面被实施了多孔质的化学镀等。各电极33、34成为一对对置电极(传感器电极)。由固体电解质层32包围的内部空间成为大气室35(基准室)，该大气室35内收容有加热器36。加热器36具有足以使传感器元件31活性化的发热容量，通过其发热能量对传感器元件整体进行加热。O2传感器17的活性温度例如为500～650℃程度。另外，大气室35通过导入大气而将其内部保持为规定氧浓度。
在上述传感器元件31中，固体电解质层32的外侧(电极33侧)为废气氛围，其内侧(电极34侧)为大气氛围，与双方的氧浓度之差(氧分压之差)相应地在电极33、34间产生电动势。换句话说，根据空燃比为富还是贫而产生不同的电动势。该情况下，与作为基准侧电极的大气侧电极34相比，废气侧电极33侧的氧为低浓度，在传感器元件31中，以大气侧电极34为正侧、以废气侧电极33为负侧而产生电动势。由此，O2传感器17输出与废气的氧浓度(即空燃比)对应的电动势信号。
图3是表示废气的空燃比与传感器元件31的电动势之间的关系的电动势特性图。图3中，横轴为空气过剩率λ，λ＝1为理论配比(理论空燃比)。传感器元件31根据空燃比为富还是贫而产生不同的电动势，具有在理论配比附近电动势急剧变化的特性。具体地说，富时的传感器电动势约为0.9V，贫时的传感器电动势约为0V。
图2中，传感器元件31连接有传感器控制部40，与废气的空燃比(氧浓度)相应地由传感器元件31产生电动势时，与该电动势相当的传感器检测信号(电动势信号)被输出给传感器控制部40内的微型计算机41。微型计算机41基于传感器元件31的电动势信号计算空燃比。传感器控制部40设置于图1所示的ECU25内。另外，在ECU25中，作为具有发动机控制功能和传感器控制功能的运算机构，设置有微型计算机41。该情况下，微型计算机41基于上述的各种传感器的检测结果，计算发动机旋转速度或吸入空气量。但是，也可以在ECU25中分别设置有发动机控制用的微型计算机和传感器控制用的微型计算机。
此外，微型计算机41进行传感器元件31的活性状态的判定，并且基于其判定结果，通过经由电气路径50c与加热器36连接的驱动部42，控制加热器36的驱动。该活性判定及加热器控制是公知的，所以在此简单地说明。微型计算机41使对传感器元件31施加的电压或者电流交流地变化，检测与其相应地产生的电流变化或者电压变化。然后，基于该电流变化或者电压变化计算传感器元件31的元件电阻(元件阻抗)，并且基于该元件电阻实施加热器36的通电控制。此时，传感器元件31的活性状态(即元件温度)与元件电阻之间具有相关性，通过将元件电阻控制为规定的目标值，使传感器元件31维持为所需的活性状态(成为活性温度500～650℃的状态)。作为加热器控制，例如实施元件温反馈控制即可。
然而，在发动机10运转时，废气的实际空燃比是逐渐变化的，例如有时会在富和贫之间反复变化。在这样的实际空燃比变化时，若在O2传感器17的输出与作为贫成分的NOx的存在之间的关系中产生对应性的偏离，那么可能因此会给当时的排放性能带来影响。例如产生在发动机10的高负荷运转时(车辆加速时)废气中的NOx量比预想多等情况。
在本实施方式中，特别构成为，基于电动势输出型的O2传感器17的输出特性与设置于该O2传感器17的上游侧的第1催化剂15a的废气净化特性之间的关系，变更O2传感器17的检测方式，下面对其详细结构进行说明。图4是表示作为三元催化剂的第1催化剂15a的净化特性和O2传感器17的输出特性的图，具体地说，分别示出了：
·在第1催化剂15a中作为废气的有害三成分的CO、HC、NOx的净化率与空燃比之间的关系，
·催化剂下游侧的上述三成分的气体浓度及氧浓度与空燃比之间的关系，
·O2传感器17的废气侧电极33的表面附近的上述三成分的气体浓度及氧浓度与空燃比之间的关系，
·O2传感器17的电动势输出与空燃比之间的关系。
第1催化剂15a(三元催化剂)如公知那样，具有在成为理论配比(空气过剩率λ＝1)的附近上述三成分的净化率均变高的净化窗。此外，观察催化剂下游侧的上述三成分及氧的浓度可知，在理论配比附近，一方面存在富成分(CO、HC)的浓度与氧浓度相等的反应平衡点A1，另一方面存在开始向催化剂下游流出NOx(NO)的NOx流出点A2。可知在该情况下，NOx流出点A2比反应平衡点A1靠富侧，两者之间具有ΔA的间隔。换句话说，第1催化剂15a作为其净化特性，在比成为富成分及氧的平衡点的反应平衡点A1(相当于第1空燃比点)靠富侧具有NOx开始流出的NOx流出点A2(相当于第2空燃比点)。也可以说，反应平衡点A1是富成分及氧的平衡特性中的拐点，NOx流出点A2是NOx的流出浓度特性中的拐点。
作为像这样产生A1点、A2点的偏离的理由，可以想到以下理由。发动机运转过程中含有CO、HC、NOx、O2的废气被导入至第1催化剂15a的情况下，可以想到，从第1催化剂15a除了CO、HC之外还同时流出NOx。例如，即使在三元催化剂的净化窗的区域，如果仔细观察，多少有CO、HC、NOx流出。该情况下，O2是一边与CO、HC取得平衡一边流出的(CO、HC的浓度≈0时开始流出)，与此相对，NOx是与CO、HC的反应无关地向催化剂下游侧流出的，因此产生A1点、A2点的偏离。
此外，O2传感器17的废气侧电极附近的上述三成分及氧的浓度与催化剂下游侧同样。该情况下，在比A1靠富侧的位置，相对于氧而言更多地存在富成分(CO、HC)，在比A1靠贫侧的位置，相对于富成分而言更多地存在氧。因此，就O2传感器17的电动势输出而言，以第1催化剂15a的反应平衡点A1为边界，输出富信号(0.9V)及贫信号(0V)中的某个电动势信号。该情况下，可以说O2传感器17中的富成分及氧的反应平衡点与第1催化剂15a中的反应平衡点A1一致。此外，NOx在比A1靠富侧也存在。
在O2传感器17的废气侧电极附近，废气中的CO、HC、NOx产生基于下述反应式的氧化反应及还原反应。
CO+0.5O2→CO2……(1)
CH4+2O2→CO2+2H2O……(2)
CO+NO→CO2+0.5N2……(3)
此外，若将上述(1)～(3)的化学反应的平衡常数分别设为k1、k2、k3，则成为k1、k2＞＞k3的关系。
该情况下，在O2传感器17中，通过CO、HC、NOx、O2等的气体反应而决定了平衡点(电动势输出＝0.45V的点)。但是，由于平衡常数的差别，CO、HC与O2之间的反应成为废气侧电极33的主反应。
并且，在第1催化剂15a的废气净化特性中存在上述的间隔ΔA，而且该ΔA给O2传感器17的输出特性带来影响，因而，即使从第1催化剂15a产生了NOx的流出，O2传感器17的输出本身也不再对应于NOx流出。因此，无法掌握NOx流出，结果，NOx排出量可能会增加。
因此，在本实施方式中，向O2传感器17的传感器元件31中的一对电极33、34之间流动规定的电流，由此，在O2传感器17的废气侧电极附近减少富成分的浓度并增加氧浓度。换句话说，如图5所示，将O2传感器17的废气侧电极附近的气体反应的平衡点，从A1变更为A3。在图5中，与图4相比，O2传感器17的废气侧电极附近的CO、HC、O2的浓度特性均向富侧偏移。由此，O2传感器17的输出特性变更，在从第1催化剂15a流出NOx的情况下，能够使O2传感器17的输出成为对应于NOx流出的输出。
通过向一对电极33、34之间流动电流来变更传感器输出特性的原理如以下。如图6所示，在O2传感器17的废气侧电极33的附近分别存在CO、HC、NOx、O2，在该状况下，向传感器元件31流动电流，以使氧离子经由固体电解质层32从大气侧电极34向废气侧电极33移动。即，在传感器元件31中实施氧泵。在该情况下，在废气侧电极33中，经由固体电解质层32移动到废气侧电极33侧的氧与CO、HC反应，生成CO2、H2O。由此，废气侧电极33附近的CO、HC被除去，O2传感器17的废气侧电极附近的气体反应的平衡点向富侧偏移。
接下来，对实施与O2传感器17有关的控制的传感器控制部40的结构进行说明。传感器控制部40的结构如图2所示，传感器控制部40具备作为控制装置(控制机构)的微型计算机41。微型计算机41经由A/D变换器等取得从传感器元件31输出的电动势信号，基于该电动势信号计算废气的空燃比(特别是催化剂下游的空燃比)。此外，在将传感器元件31的大气侧电极34和微型计算机41电连接的电气路径50a的中途，经由电气路径80而连接有作为通电实施装置(通电实施机构)的恒电流电路43，该恒电流电路43在传感器元件31产生电动势时，向该传感器元件31流动规定的恒电流。
恒电流电路43能够在传感器元件31中经由固体电解质层32从废气侧电极33朝向大气侧电极34流动恒电流Ics。此外，恒电流电路43具有PWM驱动部，能够基于PWM控制(占空控制)进行电流量的调整。微型计算机41基于当时的通电请求设定恒电流电路43的恒电流量(通电量)，控制恒电流电路43以按照该恒电流量来流动恒电流Ics。另外，在此所提及的电流量是指用安培(A)等单位来表示的电流的量。
在本实施方式中，基于第1催化剂15a中的、关于氧流出的反应平衡点A1与关于NOx流出的NOx流出点A2之间的偏离来进行恒电流的控制，特别是，以使O2传感器17的废气侧电极附近的气体反应的平衡点成为NOx流出点A2或其附近的方式进行恒电流的控制。由此，以第1催化剂15a的净化特性为基准变更了O2传感器17的输出特性，在从第1催化剂15a流出NOx时，从流出开始就在O2传感器17中输出贫信号。
在此，从确保鲁棒性以实现NOx的排出抑制的观点来看，优选将O2传感器17的废气侧电极附近的气体反应的平衡点设为比NOx流出点A2靠富侧(参照图5)。具体地说，相对于NOx流出点A2以空气过剩率λ为0.1～0.5％程度(更优选0.1～0.3％程度)靠富侧，设为弱富的状况。
此外，若发动机10的运转状态变化，则与其相应地废气中的富成分的量变化。具体地说，发动机旋转速度越大，或者发动机负荷越大，则废气中的富成分的量越增加。换言之，越是高旋转或者高负荷，则富气体的流量越增加，并且富气体的气体浓度变得越高。该情况下，可以想到，若使向传感器元件31流动的电流量与发动机运转状态无关地保持恒定不变，则O2传感器17的废气侧电极附近的气体反应的平衡点会从以NOx流出点A2为基准的所需位置意外地偏离。换句话说，可以想到，相对于存在于电极附近的富成分的量而言，基于通电的供给氧量不足，起因于此，在废气侧电极33的附近残留富成分。因此，无法如所希望那样变更O2传感器17的输出特性。
因此，在本实施方式中，基于发动机10的运转状态，可变地控制向传感器元件31流动的电流量(恒电流电路43的电流量)。该情况下，即使在O2传感器17中在废气侧电极的表面上富气体进行平衡反应所需的氧量与发动机运转状态相应地发生了变动，也能够与该变动对应地如所希望那样变更O2传感器17的输出特性。作为发动机运转状态的参数，能够使用发动机旋转速度、发动机负荷、负荷率等。
此外，如上所述，在通过恒电流电路43的电流量变更了O2传感器17的输出特性的情况下，若假设恒电流电路43产生异常，则会影响到废气排放的性能。因此，在本实施方式中，微型计算机41中附加有以恒电流电路43为对象来实施异常判定的异常判定功能。
作为异常检测所使用的结构，如图2所示，对废气侧电极33连接电流检测用的分流电阻45，通过电流检测部46检测该分流电阻45中流动的电流。具体地说，在将废气侧电极33和接地点之间连接的电气路径50b中设置分流电阻45，将电流检测部46分别连接到分流电阻45的废气侧电极33侧和接地点侧，检测分流电阻45中流动的电流。电流检测部46优选由使用例如运算放大器等构成的差动放大电路来构成。该情况下，根据分流电阻45及电流检测部46，检测到通过恒电流电路43而流动的实际电流量，在微型计算机41中，基于该实际电流量实施恒电流电路43的异常判定。分流电阻45及电流检测部46相互协作，作为本发明的电流检测装置发挥功能。
接下来，使用流程图对由微型计算机41实施的恒电流控制和异常判定处理进行说明。图7是表示恒电流控制的处理步骤的流程图，本处理由微型计算机41按照规定周期来反复实施。
图7中，在步骤S11中，判定恒电流控制的实施条件是否成立。该实施条件例如包含有：
·O2传感器17及恒电流电路43均正常，
·副反馈控制正在实施。
然后，若步骤S11为是，则前进至步骤S12。
在步骤S12中，读入例如发动机旋转速度、发动机负荷(吸入空气量等)等这样的发动机运转状态，在接下来的步骤S13中，基于该发动机运转状态，进行指示电流量的设定。此时，例如基于图8的关系设定了指示电流量。在图8中，发动机旋转速度越大，或者发动机负荷越大，则作为指示电流量设定越大的电流量。
然后，在步骤S14中，实施恒电流电路43的控制(通电控制)，以使传感器元件31中流动由步骤S13设定的电流量。
此外，图9是表示恒电流电路43的异常判定的处理步骤的流程图，本处理由微型计算机41按照规定周期来反复实施。
图9中，在步骤S21中判定异常判定的实施条件是否成立。该实施条件例如包括：传感器元件31处于活性状态、即传感器元件31的温度(元件温)为规定的活性温度以上。然后，如果步骤S21为是，则前进至步骤S22。
在步骤S22中，读入当前时刻的对恒电流电路43的指示电流量、由分流电阻45及电流检测部46检测到的实际电流量。此时，如果是刚进行了指示电流量的切换，则等待实际电流量收敛再进行实际电流量的检测及读入。具体地说，在指示电流量的切换起经过规定时间后检测实际电流量，其检测值被读入至微型计算机41。
此外，在接下来的步骤S23中，比较指示电流量和实际电流量，判定两者之差(绝对值)是否小于规定的判定值K。然后，如果是“|指示电流量－实际电流量|＜K”，则在步骤S24中判定为恒电流电路43正常，如果是“|指示电流量－实际电流量|≥K”，则在步骤S25中判定为恒电流电路43异常。另外，判定值K优选考虑电路公差(例如传感器IC的公差)来决定。在判定为恒电流电路43异常的情况下，在步骤S26中，作为自动防故障处理，实施恒电流电路43的恒电流的供给停止、空燃比副反馈控制的停止、仪表板等上设置的异常警告灯的点亮、诊断数据的存储等。
另外，微型计算机41具有：设定部，具备实施图7的流程图的步骤S11～S13来设定指示电流量的功能；以及异常判定部，具备实施图9的流程图的步骤S21～S25来进行恒电流电路43的异常判定的功能。另外，这些功能不必须通过1个微型计算机来实现，也可以使用多个微型计算机来实现。
根据以上详述的本实施方式，能够获得以下的优良的效果。
着眼于“即使O2传感器17自身正常，若对传感器元件31不正常地流动恒电流，则可能会给废气排放带来影响”，设为能够准确地判定恒电流电路43中的异常的产生的结构。由此，能够提高O2传感器输出的可靠性。特别是，在恒电流电路43产生了异常的情况下，为了尽量抑制对废气排放的影响，希望尽早掌握异常的发生。关于该点，根据监视通过恒电流电路43而流动的实际的电流量、基于该实际电流量来实施异常判定的结构，不依赖于发动机10的运转状态等而始终能够进行异常判定，能够实现在实用性方面优选的结构。
构成为，基于发动机运转状态，控制通过恒电流电路43而流动的电流量(指示电流量)。由此，即使伴随着发动机运转状态的变化而废气中的富成分的量变化，也能够使O2传感器17的输出特性适当地变更，能够将O2传感器17的废气侧电极附近的气体反应的平衡点相对于NOx流出点A2维持在所需的位置。
此外，在这样基于发动机运转状态来控制指示电流量的情况下，基于该指示电流量与实际电流量的比较来判定恒电流电路43的异常的有无。由此，即使与发动机运转状态相应地指示电流量适当变化，也能够实施准确的异常判定。
在传感器元件31处于低温状态(非活性状态)的情况下，元件电阻较高，可以想到，即使是对传感器元件31正常地流动恒电流的状况，也几乎不流动实际电流。关于该点，由于以传感器元件31的温度为规定温度以上(活性温度以上)作为条件来进行异常判定，因此，能够实施可靠性高的异常判定。
根据上述结构的恒电流电路43，能够使O2传感器17的输出特性与第1催化剂15a中开始流出NOx的空燃比相匹配。换句话说，在从第1催化剂15a流出NOx的情况下，能够产生与其对应的O2传感器17的电动势输出。作为其结果，能够准确地变更O2传感器17的输出特性，进而能够实现NOx排出的抑制。此外，如上所述，通过进行恒电流电路43的异常判定，能够在进行传感器输出特性的匹配的基础上提高其可靠性。
此外，根据通过恒电流电路43而流动的恒电流Ics，使O2传感器17的废气侧电极附近的气体反应的平衡点向NOx流出点A2(第2空燃比点)或者其附近偏移。由此，能够在使用O2传感器17的输出实现NOx排出的抑制的基础上实现良好的结构。
特别是，以使O2传感器17的废气侧电极附近的气体反应的平衡点相对于NOx流出点A2(第2空燃比点)成为弱富的方式通过恒电流电路43来流动恒电流Ics，由此，能够在实现NOx的排出抑制的基础上确保鲁棒性。
图10是表示针对第1催化剂15a的下游侧的NOx和HC的排出量进行检验的检验结果的图。图10示出了进行了O2传感器17的输出特性的变更后的状态下的空燃比控制的结果。另外，图中的A1为第1催化剂15a的反应平衡点A1，A2为NOx流出点A2，λ偏移量是用λ来表示相对于A2的富变更量。该情况下可知，在λ偏移量为0～0.5％的范围内能够实现NOx排出量的减少。此外，λ偏移量的准确量为0.1～0.5％。另外，向传感器元件31流入的电流量优选为0.1～1.0mA的范围中的任意电流量。
(其他实施方式)
例如可以如下那样变更上述实施方式。
还可以如图11所示那样构成通电实施装置。图11中，作为通电实施装置，设置通过被施加传感器电动势而流动与该电动势对应的恒电流的恒电流电路50。恒电流电路50具备：生成规定的恒电压的电压生成部51；运算放大器52；通过运算放大器52的输出而被驱动的n沟道型的MOSFET53；以及与MOSFET53的源极连接的电阻54。另外，MOSFET53及电阻54在将电气路径50a与接地点之间连接的电气路径80内串联连接。电压生成部51是通过恒电压源51a(例如5V)与电阻51b、51c串联连接而构成的，电阻51b、51c的中间点成为电压输出点X1。然后，运算放大器52中，+输入端子连接于电压输出点X1，并且输出端子连接于MOSFET53的栅极。此外，－输入端子连接于MOSFET53与电阻54之间的中间点X2。在MOSFET53中，栅极连接于运算放大器52的输出端子，漏极连接于传感器元件31的大气侧电极34，源极连接于电阻54。
上述结构的恒电流电路50中，以使运算放大器52的+输入端子的电压与－输入端子的电压相等的方式进行动作，因此，X2的电压与X1的电压相等。并且，在由传感器元件31、MOSFET53及电阻54构成的串联电路中，流动着由X2的电压和电阻54的电阻值决定的电流量的恒电流Ics。此时，MOSFET53与基于+及－的输入电压之差的、运算放大器输出电压相应地进行动作，作为流动恒定的恒电流Ics的电流控制元件发挥功能。
在此，X1及X2的电压和电阻54的电阻值，与在传感器元件31中产生电动势的情况下要向该传感器元件31流入的电流量相应地来决定即可。具体地说，如果在传感器元件31中产生电动势(0～0.9V)的情况下向该传感器元件31流入0.1mA的电流，那么例如将X1及X2的电压设为10mV，将电阻54的电阻值设为100Ω。此外，如果流动0.2mA的电流，那么例如将X1及X2的电压设为20mV，将电阻54的电阻值设为100Ω。如果将电流量的范围设为0.1～1.0mA，那么在将电阻54的电阻值设为100Ω的情况下，优选将X1及X2的电压设定在10mV～100mV的范围。但是，在该情况下，恒电流电路50中位于MOSFET53与电阻54之间的中间点X2的电压即基准电压，是比理论配比的电动势(0.45V)小的电压。
此外，优选电阻54的电阻值的范围为50～500Ω程度。
在使用了上述结构的恒电流电路50的传感器控制部40中，在传感器元件31中产生电动势的情况下，将该电动势作为电源(换言之将传感器元件31作为电池)向MOSFET53及电阻54流入规定的恒电流Ics。由此，能够进行O2传感器17的输出特性的变更。
此外，微型计算机41基于当时的发动机运转状态，例如变更电压生成部51的恒电压的值(X1的电压值)。由此，可变地控制向传感器元件31流动的电流量(恒电流电路50中流动的电流量)。该情况下，与已叙述的的实施方式同样地，即使在O2传感器17中在废气侧电极33的表面上富气体进行平衡反应所需的氧量与发动机运转状态相应地变动，也能够与该变动对应地如所希望那样变更O2传感器17的输出特性。
然后，在图11的结构中，优选为，检测传感器元件31中流动的实际电流的电流量，并且，基于该电流量和指示电流量(与X1的电压值对应的恒电流量)来判定恒电流电路50的异常的有无。异常判定的处理沿用已叙述的结构(图9)即可，在此省略说明。
而且，也可以构成为，在传感器元件31的废气侧电极33与接地点之间设置对废气侧电极33施加正电压的电压电路。该电压电路优选为，使废气侧电极33的电位相对于恒电流电路43的电流流出侧的电位高了规定电位的偏置电压电路。该情况下，传感器元件31的电动势输出成为在本来的传感器电动势(0～0.9V)中加上了规定的偏置量之后的输出。本结构在如图11那样将传感器元件31作为电池来利用的情况下特别有用。即，可以想到，在图11的传感器控制部40中，在传感器元件31的电动势在0～0.9V的范围内变化的情况下，若该电动势变小，则通过恒电流电路50而向传感器元件31流入的电流量与本来的电流量相比也变小。关于该点，通过在废气侧电极33与接地点之间设置电压电路，即使是电动势相对变小的区域，也能够抑制通过恒电流电路50而流动的电流量变小。由此，能够良好地变更O2传感器17的输出特性。
而且，上述实施方式(图2)中，将恒电流电路43连接设置于传感器元件31的一对电极33、34当中的大气侧电极34，但是也可以进行变更。也可以是，将恒电流电路43连接设置于废气侧电极33。或者，将恒电流电路43连接设置于一对电极33、34的双方。
而且，在上述实施方式中，设为在第1催化剂15a的下游侧设置O2传感器17的结构，但是也可以取代该结构，设为在第1催化剂15a的中间部分设置O2传感器17的结构。该情况下，只要对第1催化剂15a的载体设置O2传感器17的结构即可。无论哪种情况，O2传感器17将第1催化剂15a净化后的废气作为检测对象来检测气体成分即可。
而且，气体传感器除了上述结构的O2传感器17以外，还可以是具备电动势单元和泵单元的、所谓的2单元构造的气体传感器。该情况下，能够对2单元式气体传感器的电动势单元良好地变更输出特性。

Claims (6)

1.一种气体传感器控制装置，应用于内燃机的废气净化装置，其特征在于，具备：
催化剂(15a)，设置于内燃机(10)的排气部(14)，对废气中的作为贫成分的NOx和富成分进行净化；以及
气体传感器(17)，设置于所述催化剂的中间部分或者该催化剂的下游侧，将由该催化剂净化后的废气作为检测对象来检测气体成分；
所述气体传感器具有使用固体电解质体(32)和一对电极(33、34)而构成的电动势单元(31)，输出与所述废气的空燃比对应的电动势信号，
该气体传感器控制装置具备：
通电实施装置(43、50)，向所述电动势单元中的所述一对电极之间流动规定的恒电流；
电流检测装置(45、46)，检测所述电动势单元中流动的实际电流的电流量；以及
异常判定部，在通过所述通电实施装置而流动有所述规定的恒电流的情况下，读入由所述电流检测装置检测到的电流量，并且基于该读入的电流量和指示电流量的比较，来判定所述通电实施装置是否有异常，所述指示电流量是通过所述通电实施装置而流动的电流量的指示值。
2.如权利要求1所述的气体传感器控制装置，
具备设定部，该设定部基于所述内燃机的运转状态，设定所述指示电流量。
3.如权利要求1或2所述的气体传感器控制装置，
所述异常判定部在所述电动势单元的温度为规定温度以上的情况下，基于由所述电流检测装置检测到的电流量和所述指示电流量的比较，判定所述通电实施装置是否有异常。
4.如权利要求1或2所述的气体传感器控制装置，
所述催化剂的表示空燃比与净化率之间的关系的净化特性如下：在比成为所述富成分及氧的平衡点的第1空燃比点(A1)更靠富侧，具有开始流出所述NOx的第2空燃比点(A2)，
所述通电实施装置将与所述催化剂中的所述第1空燃比点与所述第2空燃比点之间的偏离对应的电流量，作为所述规定的恒电流来流动。
5.如权利要求4所述的气体传感器控制装置，
所述电动势单元的所述一对电极中的一方是电动势输出时成为正侧的基准侧电极，另一方是电动势输出时成为负侧的废气侧电极，
所述通电实施装置将使所述电动势单元的所述废气侧电极附近的气体反应的平衡点向所述第2空燃比点或者其附近偏移所需的电流量，作为所述规定的恒电流来流动。
6.如权利要求5所述的气体传感器控制装置，
所述通电实施装置将使所述电动势单元的废气侧电极附近的气体反应的平衡点向比所述第2空燃比点更靠富侧偏移所需的电流量，作为所述规定的恒电流来流动。
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