CN105765200B - 空燃比传感器的异常诊断系统 - Google Patents

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Abstract

一种内燃机，包括：排气净化催化剂20，其布置在所述内燃机的排气通道中；上游侧空燃比传感器40，其用于检测流入所述排气净化催化剂中的废气的空燃比；以及下游侧空燃比传感器41，其用于检测从所述排气净化催化剂中流出的废气的空燃比。在其中流入所述排气净化催化剂中的废气变成大气的大气引入控制期间，当所述上游侧空燃比传感器的输出值与所述下游侧空燃比传感器的输出值之间的差异或比率变得在预定正常差异范围或预定正常比率范围之外时，空燃比传感器的异常诊断系统判断至少一个所述空燃比传感器已变得异常。

Description

空燃比传感器的异常诊断系统
技术领域
本发明涉及空燃比传感器的异常诊断系统。
背景技术
已知在过去具有一种排气净化系统，其在设置在内燃机的排气通道中的排气净化催化剂的排气流方向上的上游侧具备空燃比传感器，并且在排气净化催化剂的排气流方向上的下游侧具备氧传感器。在这种排气净化系统中，例如通过基于上游侧空燃比传感器的输出的反馈来控制供应给内燃机的燃料量，以使得流入排气净化催化剂中的废气的空燃比变成目标空燃比(主要反馈控制)，并且通过基于下游侧氧传感器的输出的反馈来控制目标空燃比(辅助反馈控制)。
在上述反馈控制中，利用上游侧空燃比传感器和下游侧氧传感器的输出值。为此，如果这些空燃比传感器和氧传感器中的异常导致在其输出值中出现大误差，则反馈控制变得不能被适当地执行。为此，已建议一种异常诊断系统，其对上游侧空燃比传感器和下游侧氧传感器进行异常诊断(例如，PLT 1)。
例如，在PLT 1中描述的异常诊断系统中，在内燃机的运行期间，基于从开始燃料切断控制(其停止向内燃机供应燃料)时到下游侧氧传感器输出值改变时的响应时间，诊断氧传感器的异常。具体地说，当该响应时间是异常判断值或大于异常判断值时，认为氧传感器响应性已降低并且判断氧传感器已变得异常。
另一方面，排气净化催化剂还因为使用时间长而劣化。如果排气净化催化剂以这种方式劣化，则已知因此排气净化催化剂最大可储存氧量减少。为此，通过检测排气净化催化剂的最大可储存氧量，可检测排气净化催化剂的劣化程度。作为该最大可储存氧量的检测方法，例如已知主动空燃比控制，其中流入排气净化催化剂中的废气的空燃比在浓厚空燃比与稀薄空燃比之间交替切换。在该方法中，基于下游侧氧传感器的输出(其随着主动空燃比控制而变化)，估计排气净化催化剂的最大可储存氧量(例如， PLT 2)。
引文列表
专利文献
PLT 1：第2008-169776A号日本专利公开
PLT 2：第5-133264A号日本专利公开
PLT 3：第2010-180717A号日本专利公开
PLT 4：第2011-506912A号日本专利公开
发明内容
技术问题
与此同时，作为空燃比传感器的异常诊断方法，可以考虑在燃料切断控制期间使用各个空燃比传感器的输出值的方法。在这种方法中，具体地说，在燃料切断控制期间，当空燃比传感器的输出值在预定正常判断范围内时，判断对应空燃比传感器正常。另一方面，如果空燃比传感器的输出值在正常判断范围之外，则判断空燃比传感器已变得异常。
当以这种方式执行空燃比传感器的异常判断时，由于燃料切断控制，在空燃比传感器周围流动的废气变成大气。为此，在燃料切断控制期间，空燃比传感器的输出变成对应于大气的输出值，并且因此只要空燃比传感器没有变得异常，这些值变得始终基本相同。
但是，即使废气的空燃比恒定，空燃比传感器的输出值也根据在它们周围流动的废气的压力而变化。一般而言，在空燃比传感器周围流动的废气的压力越高，空燃比传感器的输出值越大。在燃料切断控制中，在空燃比传感器周围流动的废气的压力变得与安装内燃机的车辆周围的大气压成比例，并且因此大气压越高，空燃比传感器的输出值变得越大。因此，必须将上述正常判断范围设置为较广，从而考虑对应于大气压的空燃比传感器的输出值的变化。但是，如果将该正常判断范围设置为较广，则具有空燃比传感器的异常判断变得延迟的问题。
此外，如上所述，当对排气净化催化剂进行劣化诊断时，需要估计排气净化催化剂的最大可储存氧量。例如，使用在排气净化催化剂的排气流方向上的上游侧和下游侧的空燃比传感器，采用以下方式估计最大可储存氧量。即，首先，基于上游侧空燃比传感器的输出执行反馈控制，以使得流入排气净化催化剂中的废气的空燃比变成化学计量空燃比。进一步，如果由下游侧空燃比传感器检测到的空燃比变成稍微浓于化学计量空燃比的浓厚判断空燃比，则将目标空燃比更改为比化学计量空燃比稀薄的空燃比 (以下也称为“稀薄空燃比”)。当目标空燃比是稀薄空燃比时，流入排气净化催化剂中的氧量被累加，由此计算排气净化催化剂的储存氧量。之后，当由下游侧氧传感器检测到的空燃比变成比化学计量空燃比稍微稀薄的稀薄判断空燃比时，计算直到那时的氧量的累积值作为最大可储存氧量。
即使当以这种方式估计最大可储存氧量时，如上所述，如果正常判断范围被设置为较广，则不可能适当地估计该数量。例如，当上游侧空燃比传感器的异常导致其输出值中的误差，并且因此其输出的绝对值大于其实际值时，由于上述反馈控制，流入排气净化催化剂中的废气的实际空燃比变得更接近化学计量空燃比而不是目标空燃比。另一方面，当下游侧空燃比传感器的异常导致其输出值中的误差，并且因此其输出的绝对值小于其实际值时，下游侧空燃比传感器的输出值变成对应于以下空燃比的值：该空燃比更接近于化学计量空燃比而不是从排气净化催化剂中流出的废气的实际空燃比。
如果同时出现这两个空燃比传感器的异常，则当目标空燃比是稀薄空燃比时，流入排气净化催化剂中的废气的实际空燃比变成浓于目标空燃比的空燃比(更接近于化学计量空燃比的空燃比)。此外，由下游侧空燃比传感器检测到的空燃比变成进一步浓于目标空燃比的空燃比(更接近于化学计量空燃比的空燃比)。因此，即使稀薄空燃比废气从排气净化催化剂中流出，由下游侧空燃比传感器检测到的空燃比也会变得小于稀薄判断空燃比。为此，下游侧空燃比传感器不会达到稀薄判断空燃比，并且因此，不能再计算最大可储存氧量。
因此，考虑上面的问题，本发明的一个目标是提供一种能够快速和适当地对空燃比传感器进行异常诊断的异常诊断系统。
问题的解决方案
为了解决上面问题，在本发明的第一方面，提供一种用于内燃机的空燃比传感器的异常诊断系统，所述内燃机包括：排气净化催化剂，其布置在所述内燃机的排气通道中；上游侧空燃比传感器，其布置在所述排气净化催化剂的排气流方向上的上游侧，并且检测流入所述排气净化催化剂中的废气的空燃比；以及下游侧空燃比传感器，其布置在所述排气净化催化剂的排气流方向上的下游侧，并且检测从所述排气净化催化剂中流出的废气的空燃比，
其中在燃料切断控制期间，当所述上游侧空燃比传感器的输出值与所述下游侧空燃比传感器的输出值之间的差异或比率变得在预定正常差异范围或预定正常比率范围之外时，所述异常诊断系统判断至少一个所述空燃比传感器已变得异常。
在本发明的第二方面，在燃料切断控制期间，当所述空燃比传感器的所述输出值在预定正常判断范围之外时，所述异常诊断系统判断空燃比已变得异常。
在本发明的第三方面，将所述正常差异范围设置为窄于所述正常判断范围。
在本发明的第四方面，当两个空燃比传感器的所述输出值的差异或比率在所述正常差异范围或所述正常比率范围内，并且诊断所述上游侧空燃比传感器和所述下游侧空燃比传感器中的一个已变得异常时，所述异常诊断系统判断所述空燃比传感器中的另一个也已变得异常。
本发明的有利效果
根据本发明的第一方面，提供一种能够快速和适当地对空燃比传感器进行异常诊断的异常诊断系统。
附图说明
[图1]图1是示意性地示出其中使用本发明的异常诊断系统的内燃机的图；
[图2A 和 2B ]图2A和2B是示出排气净化催化剂的储存氧量与从排气净化催化剂中流出的废气中的NOX浓度或HC或CO浓度之间的关系的图；
[图3]图3是空燃比传感器的示意横截面图；
[图4]图4是示出不同排气空燃比下供应给传感器的电压与输出电流之间的关系的图；
[图5]图5是示出当使供应给传感器的电压恒定时排气空燃比与输出电流之间的关系的图；
[图6]图6是在内燃机的正常运行时目标空燃比等的时间图；
[图7]图7是在燃料切断控制等时空燃比传感器的输出电流的时间图；
[图8]图8是示出空燃比传感器的异常诊断控制的控制例程的流程图；
[图9]图9是示出扩散调节层处的大气压和扩散距离与空燃比传感器的输出电流之间的关系的图；
[图10]图10是当执行主动空燃比控制时空燃比纠正量等的时间图；
[图11]图11是当执行主动空燃比控制时空燃比纠正量等的时间图；
[图12]图12是当执行主动空燃比控制时空燃比纠正量等的时间图；
[图13]图13是当执行主动空燃比控制时空燃比纠正量等的时间图；
[图14]图14是示出空燃比传感器的输出电流与异常判断之间的关系的图；
[图15]图15A至15D是示出扩散调节层处的大气压和扩散距离与空燃比传感器的输出电流之间的关系的图；
[图16]图16是示出空燃比传感器的附加异常诊断控制的控制例程的流程图；
[图17]图17是示出空燃比传感器的输出电流与异常判断之间的关系的类似于图14的图。
具体实施方式
下面，参考附图，将详细解释本发明的空燃比传感器的异常诊断系统。注意，在以下解释中，类似构成元素被指定相同参考标号。
<内燃机整体说明>
图1是示意性地示出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。在图1中，1指示发动机机体，2指示气缸体，3指示在气缸体2中往复运动的活塞，4指示固定到气缸体2的气缸头，5指示在活塞 3与气缸头4之间形成的燃烧室，6指示进气阀，7指示进气端口，8指示排气阀，并且9指示排气端口。进气阀6打开和关闭进气端口7，而排气阀8打开和关闭排气端口9。
如图1中所示，火花塞10被布置在气缸头4的内壁表面的中央部，而燃料喷射器11被布置在气缸头4的内壁表面的周边部。火花塞10被配置为根据点火信号产生火花。进一步，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。注意，燃料喷射器11还可以被布置为将燃料喷射到进气端口7中。进一步，在本实施例中，作为燃料，使用化学计量空燃比为14.6的汽油。但是，本发明的内燃机还可以使用另一种燃料。
每个气缸的进气端口7通过对应进气流道13连接到通风油箱14，而通风油箱14通过进气管15连接到空气滤清器16。进气端口7、进气流道 13、通风油箱14和进气管15形成进气通道。进一步，在进气管15的内部，布置节流阀18，其由节流阀驱动致动器17驱动。节流阀18能够通过节流阀驱动致动器17操作以便从而改变进气通道的开口面积。
另一方面，每个气缸的排气端口9连接到排气歧管19。排气歧管19 具有连接到排气端口9的多个流道以及这些流道在该处集合的集合部。排气歧管19的集合部连接到存放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连接到存放下游侧排气净化催化剂24 的下游侧外壳23。排气端口9、排气歧管19、上游侧外壳21、排气管22和下游侧外壳23形成排气通道。
电子控制单元(ECU)31包括数字计算机，其具备通过双向总线32 连接在一起的组件，例如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，布置气流计39以便检测流经进气管15的空气流量。该气流计39的输出通过对应AD转换器38输入到输入端口36。进一步，在排气歧管19的集合部，布置上游侧空燃比传感器40，其检测流经排气歧管19内部的排气(即，流入上游侧排气净化催化剂20中的废气)的空燃比。此外，在排气管22中，布置下游侧空燃比传感器41，其检测流经排气管22内部的废气(即，从上游侧排气净化催化剂20中流出并且流入下游侧排气净化催化剂24中的废气)的空燃比。这些空燃比传感器40和41的输出也通过对应 AD转换器38输入到输入端口36。注意，随后将解释这些空燃比传感器 40和41的配置。
进一步，加速器踏板42连接到负荷传感器43，其产生与加速器踏板 42的下压量成比例的输出电压。负荷传感器43的输出电压通过对应AD 转换器38输入到输入端口36。例如每次曲柄轴旋转15度时，曲柄角传感器44产生输出脉冲。该输出脉冲输入到输入端口36。CPU 35从该曲柄角传感器44的输出脉冲计算发动机速度。另一方面，输出端口37通过对应驱动电路45连接到火花塞10、燃料喷射器11和节流阀驱动致动器17。注意，ECU 31用作用于控制内燃机的控制系统以及用于诊断空燃比传感器 40和41中的异常的异常诊断系统。
注意，根据本实施例的内燃机是通过汽油供给燃料的非增压内燃机，但根据本发明的内燃机并不限于上面的配置。例如，根据本发明的内燃机可以具有不同于以上内燃机的气缸数、气缸阵列、燃料喷射方式、进气和排气系统配置、阀机构配置、增压器的存在和/或增压方式等。
<排气净化催化剂的说明>
上游侧排气净化催化剂20和下游侧排气净化催化剂24具有类似的配置。排气净化催化剂20和24是具有氧储存能力的三元催化剂。具体地说，形成排气净化催化剂20和24以使得在包括陶瓷的基材上，承载具有催化作用的贵金属(例如，铂(Pt))和具有氧储存能力的物质(例如，二氧化铈(CeO2))。当达到预定活化温度时，排气净化催化剂20和24展示出同时去除未燃烧气体(HC、CO等)和氮氧化物(NOX)的催化作用，并且此外展示出氧储存能力。
根据排气净化催化剂20和24的氧储存能力，当流入排气净化催化剂 20和24中的废气的空燃比比化学计量空燃比(稀薄空燃比)稀薄时，排气净化催化剂20和24储存废气中的氧。另一方面，当流入的废气的空燃比浓于化学计量空燃比(浓厚空燃比)时，排气净化催化剂20和24释放储存在排气净化催化剂20和24中的氧。
排气净化催化剂20和24具有催化作用和氧储存能力，并且从而具有根据储存氧量净化NOX和未燃烧气体的作用。即，如图2A中的实线所示，在其中流入排气净化催化剂20和24中的废气的空燃比是稀薄空燃比的情况下，当储存氧量小时，排气净化催化剂20和24储存废气中的氧。进一步，因此，减少和净化废气中的NOX。另一方面，如果储存氧量变得大于接近最大可储存氧量Cmax的某一储存量(在该图中为Cuplim)，则从排气净化催化剂20和24中流出的废气的氧和NOX的浓度上升。
另一方面，如图2B中的实线所示，在其中流入排气净化催化剂20和 24中的废气的空燃比是浓空燃比的情况下，当储存氧量大时，释放储存在排气净化催化剂20和24中的氧，并且氧化和净化废气中的未燃烧气体。另一方面，如果储存氧量变得小时，则在接近0的某一储存量(在该图中为Cdwnlim)处，从排气净化催化剂20和24中流出的废气的未燃烧气体的浓度迅速上升。
以上面的方式，根据用于本实施例的排气净化催化剂20和24，废气中的NOX和未燃烧气体的净化特性根据流入排气净化催化剂20和24中的废气的空燃比和储存氧量而改变。注意，如果具有催化作用和氧储存能力，则排气净化催化剂20和24还可以是不同于三元催化剂的催化剂。
<空燃比传感器的配置>
接下来，参考图3，将解释本实施例中的空燃比传感器40和41的配置。图3是空燃比传感器40和41的示意横截面图。将如从图3理解的，本实施例中的空燃比传感器40和41是单电池型(single-cell type)空燃比传感器，每个传感器具有单个电池，该电池包括固体电解质层和一对电极。注意，在本实施例中，使用具有相同配置的空燃比传感器作为空燃比传感器40和41。
如图3中所示，空燃比传感器40和41的每一个包括固体电解质层51、布置在固体电解质层51的一侧表面的排气侧电极52、布置在固体电解质层51的另一侧表面的大气侧电极53、调节通过的废气的扩散的扩散调节层54、用于保护扩散调节层54的保护层55，以及用于加热空燃比传感器 40或41的加热器部56。
在固体电解质层51的一侧表面上，设置扩散调节层54。在固体电解质层51侧的侧表面的相对侧的扩散调节层54的侧表面上，设置保护层55。在本实施例中，在固体电解质层51与扩散调节层54之间形成被测气体室 57。排气侧电极52被布置在被测气体室57中，并且通过扩散调节层54 将废气引入被测气体室57中。在固体电解质层51的另一侧表面上，设置具有加热器59的加热器部56。在固体电解质层51与加热器部56之间，形成基准气体室58。在该基准气体室58的内部，引入基准气体(例如，大气)。大气侧电极53被布置在基准气体室58的内部。
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(其中掺杂CaO、MgO、Y2O3、Yb2O3等作为稳定剂)的烧结体形成。进一步，扩散调节层54由氧化铝、氧化镁、二氧化硅、尖晶石、莫来石或另一种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。
进一步，在排气侧电极52与大气侧电极53之间，由安装在ECU 31 上的电压施加装置60施加传感器电压Vr。此外，ECU 31具备电流检测装置61，当电压施加装置60施加传感器电压Vr时，电流检测装置61检测通过固体电解质层51在这些电极52与53之间流动的电流。由该电流检测装置61检测的电流是空燃比传感器40和41的输出电流。
如此配置的空燃比传感器40和41具有例如图4中所示的电压-电流 (V-I)特性。如将从图4理解的，排气空燃比越高(越稀薄)，输出电流 I变得越大。进一步，在每个排气空燃比的V-I线处，存在与V轴平行的区域，即这样的区域：其中即使传感器电压改变，输出电流也不会改变太多。该电压区域称为“极限电流区域”。此时的电流称为“极限电流”。在图4中，当排气空燃比为18时的极限电流区域和极限电流由W18和I18示出。
图5是示出当使供应的电压恒定在大约0.45V时排气空燃比与输出电流I之间的关系的图。如将从图5理解的，在空燃比传感器40和41中，输出电流相对于排气空燃比线性地改变以使得排气空燃比越高(即，越稀薄)，来自空燃比传感器40和41的输出电流I越大。此外，配置空燃比传感器40和41以使得当排气空燃比是化学计量空燃比时，输出电流I变成0。进一步，当排气空燃比在一定程度或该程度以上变得更大，或者当它在一定程度或该程度以上变得更小时，输出电流变化与排气空燃比变化的比率变得更小。
注意，在上面的实例中，作为空燃比传感器40和41，使用具有图3 中所示结构的极限电流型空燃比传感器。但是，作为上游侧空燃比传感器 40，例如还可使用杯式极限电流型空燃比传感器，或者其它结构的极限电流型空燃比传感器型，或者非极限电流型空燃比传感器，或者任何其它空燃比传感器。
<基本空燃比控制>
接下来，将解释内燃机的控制装置中的基本空燃比控制概要。在本实施例中，通过基于上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup的反馈来控制燃料喷射器11的燃料供应量，以使得上游侧空燃比传感器40的输出电流 Irup(对应于流入排气净化催化剂中的废气的空燃比)变成对应于目标空燃比的值。
另一方面，在本发明中，基于下游侧空燃比传感器41的输出电流等，执行用于设置目标空燃比的目标空燃比设置控制。在目标空燃比设置控制中，当下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn变成浓厚判断基准值 Irrich或小于基准值Irrich时，使目标空燃比变成稀薄设置空燃比。之后，保持在该空燃比。在此，浓厚判断基准值Irrich是对应于稍微浓于化学计量空燃比的预定浓厚判断空燃比(例如，14.55)的值。进一步，稀薄设置空燃比是比化学计量空燃比稀薄一定程度的预定空燃比。例如，其可以为 14.65到20，优选地为14.68到18，更优选地为14.7到16左右。
如果将目标空燃比更改为稀薄设置空燃比，则流入上游侧排气净化催化剂20中的废气的氧过量/不足被累加。“氧过量/不足”指当尝试使流入上游侧排气净化催化剂20中的废气的空燃比变成化学计量空燃比时，变得过量的氧气或者变得不足的氧气(未燃烧气体过量等)。具体地说，当目标空燃比是稀薄设置空燃比时，流入上游侧排气净化催化剂20中的废气变得氧过量。该过量氧气储存在上游侧排气净化催化剂20中。因此，氧过量/不足的累积值(以下也称为“累积氧过量/不足”)可以被视为表示上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA。
注意，基于以下项计算氧过量/不足：上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup、燃烧室5内部的进气量的估计值(其基于气流计39等被计算)，或者燃料喷射器11的燃料供应量等。
如果如此计算的氧过量/不足变成预定切换基准值(对应于预定切换基准储存量Cref)或大于基准值，则使目标空燃比(其直到那时已是稀薄设置空燃比)变成浓厚设置空燃比，然后保持在该空燃比。浓厚设置空燃比是比化学计量空燃比浓一定程度的预定空燃比。例如，它可以为12到 14.58，优选地为13到14.57，更优选地为14到14.55左右。注意，浓厚设置空燃比与化学计量空燃比的差异(浓厚程度)是稀薄设置空燃比与化学计量空燃比的差异(稀薄程度)或小于该差异。之后，当下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn再次变成浓厚判断基准值Irrich或小于基准值 Irrich时，目标空燃比再次变成稀薄设置空燃比。之后，重复类似的操作。
以这种方式，在本实施例中，交替地将流入上游侧排气净化催化剂20 中的废气的目标空燃比设置为稀薄设置空燃比和浓厚设置空燃比。具体地说，在本实施例中，稀薄设置空燃比与化学计量空燃比的差异是浓厚设置空燃比与化学计量空燃比的差异或大于该差异。因此，在本实施例中，交替地将目标空燃比设置为短时间段稀薄设置空燃比和长时间段浓厚设置空燃比。
<使用时间图解释空燃比控制>
参考图6，将详细解释如上解释的操作。图6是当执行本实施例的空燃比控制时，空燃比纠正量AFC、上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup、上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA、下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn、累积氧过量/不足ΣOED，以及从上游侧排气净化催化剂20 中流出的废气中的NOX浓度的时间图。
注意，当流入上游侧排气净化催化剂20中的废气的空燃比是化学计量空燃比时，上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup变成0。此外，当废气的空燃比是浓厚空燃比时，输出电流Irup变成负值，并且当废气的空燃比是稀薄空燃比时，变成正值。进一步，当流入上游侧排气净化催化剂20 中的废气的空燃比是浓厚空燃比或稀薄空燃比时，与化学计量空燃比的差异越大，上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup的绝对值越大。
采用与上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup相同的方式，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn也根据从上游侧排气净化催化剂20中流出的废气的空燃比而改变。进一步，空燃比纠正量AFC是涉及流入上游侧排气净化催化剂20中的废气的目标空燃比的纠正量，并且示出相对于控制中心的空燃比(在本实施例中为化学计量空燃比)的纠正量。当空燃比纠正量AFC是0时，目标空燃比是化学计量空燃比。当空燃比纠正量 AFC是正值时，目标空燃比变成稀薄空燃比。当空燃比纠正量AFC是负值时，目标空燃比变成浓厚空燃比。
在示出的实例中，在时间t1之前的状态下，空燃比纠正量AFC是浓厚设置纠正量AFCrich(对应于浓厚设置空燃比)。即，目标空燃比是浓厚空燃比。因此，上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup变成负值。流入上游侧排气净化催化剂20中的废气中包含的未燃烧气体通过上游侧排气净化催化剂20被净化，并且因此上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA逐渐减少。因此，累积氧过量/不足ΣOED也逐渐减少。通过在上游侧排气净化催化剂20处的净化，未燃烧气体不包含在从上游侧排气净化催化剂20中流出的废气中，并且因此下游侧空燃比传感器41的输出电流 Irdwn变成基本为0(对应于化学计量空燃比)。注意，因为流入上游侧排气净化催化剂20中的废气的空燃比变成浓厚空燃比，所以从上游侧排气净化催化剂20中排出的NOX量变成基本为0。
如果上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA逐渐减少，则在时间 t1处氧储存量OSA接近0。因此，流入上游侧排气净化催化剂20中的部分未燃烧气体开始流出而不通过上游侧排气净化催化剂20被净化。由于这一点，从时间t1开始，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn逐渐下降。因此，在时间t2处，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn达到对应于浓厚判断空燃比的浓厚判断基准值Irrich。
在本实施例中，当下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn变成浓厚判断基准值Irrich或小于基准值Irrich时，为了增加氧储存量OSA，将空燃比纠正量AFC切换到稀薄设置纠正量AFClean(对应于稀薄设置空燃比)。因此，将目标空燃比从浓厚空燃比切换到稀薄空燃比。进一步，此时，将累积氧过量/不足ΣOED重设为0。
注意，在本实施例中，在下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn 达到浓厚判断基准值Irrich之后(即，在从上游侧排气净化催化剂20中流出的废气的空燃比达到浓厚判断空燃比之后)，切换空燃比纠正量AFC。这是因为即使上游侧排气净化催化剂20的氧储存量足够，从上游侧排气净化催化剂20中流出的废气的空燃比也会稍微偏离化学计量空燃比。反过来说，设置浓厚判断空燃比以使得当上游侧排气净化催化剂20的氧储存量足够时，从上游侧排气净化催化剂20中流出的废气的空燃比将从不达到浓厚判断空燃比。
当在时间t2处将目标空燃比切换到稀薄空燃比时，流入上游侧排气净化催化剂20中的废气的空燃比从浓厚空燃比更改为稀薄空燃比。进一步，因此，上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup变成正值(实际上，从当切换目标空燃比时到当流入上游侧排气净化催化剂20中的废气的空燃比改变时发生延迟，但在示出的实例中，为了方便起见认为更改是同时的)。如果在时间t2处流入上游侧排气净化催化剂20中的废气的空燃比更改为稀薄空燃比，则上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA增加。进一步，因此，累积氧过量/不足ΣOED也逐渐增加。
由于这一点，从上游侧排气净化催化剂20中流出的废气的空燃比更改为化学计量空燃比，并且下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn收敛到0。此时，流入上游侧排气净化催化剂20中的废气的空燃比变成稀薄空燃比，但上游侧排气净化催化剂20的氧储存能力具有足够余地，并且因此流入的废气中的氧气被储存在上游侧排气净化催化剂20中并且NOX被减少和净化。
之后，如果上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA增加，则在时间t3处，上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA达到切换基准储存量 Cref。为此，累积氧过量/不足ΣOED达到对应于切换基准储存量Cref的切换基准值OEDref。在本实施例中，如果累积氧过量/不足ΣOED变成切换基准值OEDref或大于基准值OEDref，则通过将空燃比纠正量AFC切换到浓厚设置纠正量AFCrich，暂停上游侧排气净化催化剂20中的氧气储存。因此，目标空燃比变成浓厚空燃比。进一步，此时，将累积氧过量/ 不足ΣOED重设为0。注意，当上游侧排气净化催化剂20为新时，切换基准储存量Cref是最大可储存氧量Cmax的3/4或更少，优选地为1/2或更少，更优选地为1/5或更少。
如果在时间t3处将目标空燃比切换到浓厚空燃比，则流入上游侧排气净化催化剂20中的废气的空燃比从稀薄空燃比更改为浓厚空燃比。因此，上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup变成负值(实际上，从当切换目标空燃比时到当流入上游侧排气净化催化剂20中的废气的空燃比改变时发生延迟，但在示出的实例中，为了方便起见认为更改是同时的)。流入上游侧排气净化催化剂20中的废气包含未燃烧气体，并且因此上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA逐渐减少。在时间t4处，采用与时间t1相同的方式，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn开始下降。也在此时，流入上游侧排气净化催化剂20中的废气的空燃比是浓厚空燃比，并且因此从上游侧排气净化催化剂20中排出的NOX基本为0。
接下来，在时间t5处，采用与时间t2相同的方式，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn达到对应于浓厚判断空燃比的浓厚判断基准值 Irrich。由于这一点，将空燃比纠正量AFC切换到对应于稀薄设置空燃比的值AFClean。之后，重复上述时间t1至t5的循环。
如从上面解释将理解的，根据本实施例，可不断地抑制从上游侧排气净化催化剂20中排出的NOX量。进一步，因为用于计算累积氧过量/不足ΣOED的累积周期短(与其中累积周期长的情况相比)，所以出现误差的可能性低。因此，抑制由于累积氧过量/不足ΣOED的计算误差而导致从上游侧排气净化催化剂20中排出NOX。进一步，一般而言，如果排气净化催化剂的储存氧量保持恒定，则排气净化催化剂的氧储存能力降低。与此相反，根据本实施例，如图6中所示，上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA不断地上下波动，并且因此防止氧储存能力降低。
注意，在本实施例中，由ECU 31执行设置空燃比纠正量AFC，即设置目标空燃比。因此，可以认为当由下游侧空燃比传感器41检测的废气的空燃比变成浓厚判断空燃比或小于浓厚判断空燃比时，ECU 31使流入上游侧排气净化催化剂20中的废气的目标空燃比连续或断续地变成稀薄空燃比，直到上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA变成切换基准储存量Cref，并且当上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA变成切换基准储存量Cref或大于切换基准储存量Cref时，ECU 31使目标空燃比连续或断续地变成浓厚空燃比，直到由下游侧空燃比传感器41检测的废气的空燃比变成浓厚判断空燃比或小于浓厚判断空燃比，而氧储存量OSA不会达到最大可储存氧量Cmaxn。
更简单地说，在本实施例中，可以认为当由下游侧空燃比传感器41 检测的空燃比变成浓厚判断空燃比或小于浓厚判断空燃比时，ECU 31将目标空燃比切换到稀薄空燃比，并且当上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA变成切换基准储存量Cref或大于切换基准储存量Cref时，将目标空燃比切换到浓厚空燃比。
<空燃比传感器的基本异常诊断>
与此同时，由于制造误差和随时间劣化等，空燃比传感器40和41有时在其输出电流中出现误差。因此，即使流动的废气的空燃比相同，有时输出电流也会变成不同值。如果误差变得更大(即，如果废气的实际空燃比与对应于空燃比传感器40和41的输出电流的空燃比之间的差异变得更大)，则上述空燃比控制不能再被适当地执行。因此，在本发明的一个实施例中，诊断空燃比传感器40和41以便判定是否已在其输出电流中出现大误差，即进行异常诊断。
具体地说，首先，在内燃机的运行期间，停止向燃烧室5的内部供应燃料，即执行燃料切断控制。该燃料切断控制例如在安装内燃机等的车辆的减速时执行。在燃料切断控制期间，不供应燃料，并且因此大气从燃烧室5中流出。因此，将大气引入上游侧排气净化催化剂20中，并且大气在空燃比传感器40和41的周围流动。
以这种方式，在燃料切断控制期间，大气在空燃比传感器40和41的周围流动，并且因此只要在空燃比传感器40和41的输出电流中没有误差，空燃比传感器40和41的输出电流便会在燃料切断控制期间基本上始终变成类似值(下面这些值将被称为“正常输出值”)。因此，在本实施例中，在燃料切断控制期间，当空燃比传感器40和41的输出电流在以其正常输出值为中心的预定正常判断范围内时，判断空燃比传感器40和41在其输出电流中不包括大误差，即它们正常。另一方面，在燃料切断控制期间，当空燃比传感器40和41的输出电流在预定正常判断范围之外时，判断空燃比传感器40和41在其输出电流中包括大误差，即空燃比传感器40和 41已变得异常。
图7是在燃料切断控制时空燃比传感器40和41的输出电流等的时间图。在图7中示出的实例中，在时间t3处，开始燃料切断控制。在时间t3之前，执行图6中所示的空燃比控制。在时间t3处，如果开始燃料切断控制，则停止从燃料喷射器11供应燃料。因此，停止上述空燃比控制，即停止基于上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup的反馈控制。为此，也停止设置目标空燃比的操作，即停止设置空燃比纠正量的操作。
在时间t3处，如果开始燃料切断控制，则从燃烧室5中排出大气并且大气在上游侧空燃比传感器40的周围流动。为此，随着燃料切断控制的开始，上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup迅速上升。当上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup不包括误差时，之后，如图7中的实线所示，输出电流Irup从时间t4开始收敛到极大正值(正常输入值)Ir1。
另一方面，即使在时间t3处开始燃料切断控制，下游侧空燃比传感器 41的输出电流Irdwn也不会立即上升。这是因为恰好在开始燃料切断控制之后，布置在下游侧空燃比传感器41的排气流方向上的上游侧的上游侧排气净化催化剂20储存废气中的氧气。为此，从上游侧排气净化催化剂20 中排出的废气中的氧量减少，并且因此下游侧空燃比传感器41的输出电流不会立即上升。
但是，在燃料切断控制期间，流入上游侧排气净化催化剂20中的氧气流量极大，并且因此紧接在开始燃料切断控制之后，上游侧排气净化催化剂20的储存氧量达到最大可储存氧量Cmax。为此，下游侧空燃比传感器 41的输出电流Irdwn迅速上升，但比上游侧空燃比传感器40的输出电流的上升稍微延迟。当下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn中没有误差时，之后，如图7中的实线所示，输出电流Irdwn从时间t5开始收敛到极大正值(正常输入值)Ir2。
如上面解释的，在燃料切断控制中，只要没有出现误差，空燃比传感器40和41的输出电流便收敛到恒定值(正常输出值)。因此，如图7中的实线所示，当上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup和下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn收敛到正常判断范围(正常上限值Irulim或小于正常上限值Irulim以及正常下限值Irllim或大于正常下限值Irllim)时，基本上判断这些空燃比传感器41正常。
另一方面，当空燃比传感器40和41的输出电流中存在大误差时，输出电流收敛到不同于正常输出值的值。这种情况在图7中由虚线示出。在图7中的虚线示出的实例中，在燃料切断控制期间，由于误差，上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup变成大于本来应该输出的正常输出值的值。因此，在燃料切断控制期间，上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup收敛到正常判断范围之外的值，具体地说，收敛到大于正常上限值Irulim的值。在这种情况下，判断上游侧空燃比传感器40已变得异常。
进一步，在图7中的虚线示出的实例中，在燃料切断控制期间，由于误差，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn变成小于本来应该输出的正常输出值的值。因此，在燃料切断控制期间，下游侧空燃比传感器41 的输出电流Irdwn收敛到正常判断范围之外的值，具体地说，收敛到小于正常下限值Irllim的值。在本实施例中，在这种情况下，判断下游侧空燃比传感器41已变得异常。
以这种方式，在本实施例中，在燃料切断控制期间，基于空燃比传感器40和41的输出电流执行异常诊断。因此，当在空燃比传感器40和41 的周围流动的排气是大气时(即，当废气的空燃比已知时)，执行异常诊断。为此，可以准确地对空燃比传感器40和41进行异常诊断。
<基本异常诊断的流程图>
图8是示出上述空燃比传感器40和41的异常诊断控制的控制例程的流程图。通过在预定时间间隔中断执行示出的控制例程。
首先，在步骤S11，判断用于空燃比传感器40和41的异常诊断条件是否成立。例如，当满足诸如以下条件时，用于异常诊断控制的条件成立：空燃比传感器40和41的温度均在预定温度范围内，并且在安装内燃机的车辆的点火开关开启之后尚未执行异常诊断控制。在步骤S11，当判断不满足用于异常诊断控制的条件时，控制例程结束。另一方面，当判断条件成立时，例程继续到步骤S12。
在步骤S12，判断FC开始标志Fr是否为“0”。FC开始标志Fr是这样的标志：当开始燃料切断控制时被设置为“1”，并且当异常诊断已结束时被重设为“0”。当判断FC开始标志Fr为“0”时，例程继续到步骤 S13。在步骤S13，判断是否已开始燃料切断控制。当未开始燃料切断控制时，结束控制例程。另一方面，当在步骤S13判断燃料切断控制已开始时，例程继续到步骤S14。在步骤S14，将FC开始标志Fr设置为“1”并且结束控制例程。
在下一个控制例程，因为将FC开始标志Fr被设置为“1”，所以例程从步骤S12继续到步骤S15。在步骤S15，判断从当开始燃料切断控制时经过的时间T是否是预定基准时间Tdwn或大于预定基准时间Tdwn。注意，该基准时间Tdwn是大于以下时间的时间：在开始燃料切断控制之后直到下游侧空燃比传感器41的输出电流收敛之前通常花费的时间。当判断经过的时间T小于基准时间Tdwn时，结束控制例程。
之后，当经过的时间T变成基准时间Tdwn或大于基准时间Tdwn时，在之后的控制例程中，例程从步骤S15继续到步骤S16。在步骤S16，判断上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup是否在正常判断范围内(Irllim 或大于Irllim以及Irulim或小于Irulim)。当判断在正常判断范围内时，例程继续到步骤S17。在步骤S17，判断上游侧空燃比传感器40正常。另一方面，当在步骤S16判断输出电流Irup在正常判断范围之外时，例程继续到步骤S18。在步骤S18，判断上游侧空燃比传感器40已变得异常。
之后，在步骤S19，判断下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn 是否在正常判断范围内。当判断在正常判断范围内时，例程继续到步骤 S20，其中判断下游侧空燃比传感器41正常。另一方面，当在步骤S19判断输出电流Irdwn在正常判断范围之外时，例程继续到步骤S21。在步骤 S21，判断下游侧空燃比传感器41已变得异常。之后，在步骤S22，将FC 开始标志Fr重设为“0”并且结束控制例程。
<异常诊断中的问题1>
与此同时，当以上面的方式对空燃比传感器40和41进行异常诊断时，一般来说存在两个问题。下面，将解释这些问题。
首先，将解释第一个问题。如上面解释的，由于制造误差、随时间劣化等，在空燃比传感器40和41的输出电流中出现误差。为什么以这种方式出现误差的主要原因被认为在于扩散调节层54的状态。例如，当制造空燃比传感器40和41时，如果由于制造误差而使扩散调节层54的厚度变得大于设计值，则输出电流将往往变得更小。另一方面，当制造空燃比传感器40和41时，如果由于制造误差而使扩散调节层54的厚度变得小于设计值，则输出电流将往往变得更大。
进一步，在内燃机的运行期间，扩散调节层54暴露于废气中，并且因此有时废气中的粒子堵塞多孔扩散调节层54的孔。如果大量粒子堵塞扩散调节层54，则废气流入被测气体室57中变得更难，并且因此空燃比传感器40和41的输出电流变得更小。
但是，空燃比传感器40和41的输出电流不仅由于制造误差、随时间劣化等而波动，而且还由于大气压而波动。即，一般而言，在空燃比传感器40和41的周围流动的废气的压力越高，空燃比传感器40和41的输出电流越大。进一步，在燃料切断控制中，在空燃比传感器40和41的周围流动的废气的压力与大气压成比例。因此，例如，当安装内燃机的车辆在高海拔位置等处行驶，并且大气压变得更低时，空燃比传感器40和41的输出电流因此降低。为此，当大气压低时，即使空燃比传感器40和41实际上未变得异常，在燃料切断控制期间，这些空燃比传感器40和41的输出电流也会变成不同于正常输出值的值。
图9是示出扩散调节层中的大气压和扩散距离与空燃比传感器的输出电流之间的关系的图。在图9中所示的实例中，当大气压为P(例如，1atm) 并且扩散距离为W(例如，设计值)时，空燃比传感器的输出电流被认为是I(正常输出值)。注意，扩散距离W意味着通过扩散调节层54的容易度。例如，当粒子堵塞层时或者当扩散调节层54的厚度变得更大时，扩散距离W变得更大。
在此，当大气压是P的0.75倍时，对于相同空燃比，空燃比传感器的输出电流变成I的0.75倍。在此，一般而言，安装内燃机的车辆无疑可以在大约0.75大气的海拔处行驶。因此，不管即使在实际使用中也会在空燃比传感器40和41中出现误差的事实，输出电流可以变成适当值的0.75倍的值。为此，为了防止在这种情况下错误判断已在空燃比传感器40和41 中出现误差，如图9中所示，需要在一定程度上拓宽正常判断范围。
另一方面，即使当扩散距离是W的1.33倍时，对于相同空燃比，空燃比传感器的输出电流变成I的0.75倍。即，如上面解释的，如果在一定程度上拓宽正常判断范围，则即使实际上扩散距离改变并且因此在空燃比传感器40和41中出现误差，有时也将不可能判断空燃比传感器40和41 已变得异常。
<异常诊断中的问题2>
接下来，将解释第二个问题。
与此同时，排气净化催化剂20和24的使用时间较长时，它们会劣化。已知如果排气净化催化剂20和24以这样方式劣化，则因此最大可储存氧量Cmax减少。为此，在具备排气净化催化剂20和24的大多数内燃机中，计算最大可储存氧量Cmax以便诊断排气净化催化剂20和24的劣化程度。例如通过主动空燃比控制计算最大可储存氧量Cmax，其中交替地在浓厚空燃比与稀薄空燃比之间切换目标空燃比。
图10是当对上游侧排气净化催化剂20进行异常诊断时，在执行主动空燃比控制时空燃比纠正量等的时间图。在图10中所示的实例中，在时间 t1之前，执行图6中所示的空燃比控制。
如果在时间t1处开始主动空燃比控制，则在图10中所示的实例中，空燃比纠正量AFC变成小于浓厚设置纠正量AFCrich的主动浓厚设置纠正量AFCgrich。因此，上游侧空燃比传感器40的输出电流变得更小并且氧储存量OSA的减少速度增加。之后，如果氧储存量OSA变成基本为0，则未燃烧气体开始从上游侧排气净化催化剂20中流出。因此，在时间t2处，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn达到浓厚判断基准值Irrich。在时间t2处，将空燃比纠正量AFC切换到大于稀薄设置纠正量AFClean 的主动稀薄设置纠正量AFCglean。进一步，在时间t2处，将累积氧过量/ 不足ΣOED重设为0。
如果在时间t2处切换空燃比纠正量AFC，则上游侧空燃比传感器40 的输出电流Irup更改为大于0的值。进一步，上游侧排气净化催化剂20 的氧储存量OSA逐渐增加。进一步，因此，累积氧过量/不足ΣOED逐渐增加。另一方面，流入上游侧排气净化催化剂20中的废气中的氧气储存在上游侧排气净化催化剂20中，并且因此下游侧空燃比传感器41的输出电流收敛到0。
之后，上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA增加。当氧储存量 OSA变成基本为最大可储存氧量Cmax时，氧气开始从上游侧排气净化催化剂20中流出。因此，在时间t3处，下游侧空燃比传感器41的输出电流 Irdwn达到稀薄判断基准值Irlean。注意，稀薄判断基准值Irlean是对应于比化学计量空燃比稍微稀薄的预定稀薄判断空燃比(例如，14.65)的值。在时间t3处，再次将空燃比纠正量AFC切换到主动浓厚设置纠正量 AFCgrich。进一步，也在此时间处，将累积氧过量/不足ΣOED重设为0。
在时间t3处，如果切换空燃比纠正量AFC，则之后，上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA遵循与在时间t1至t2处相同的趋势。在时间t4处，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn再次达到浓厚判断基准值 Irrich。由于这一点，结束主动空燃比控制并且恢复正常运行。
在此，时间t3处的累积氧过量/不足ΣOED和时间t4处的累积氧过量/ 不足ΣOED(更准确地说，它们的绝对值)表示最大可储存氧量Cmax。因此，例如，可从这些累积氧过量/不足的平均值计算最大可储存氧量 Cmax。
与此同时，例如，将考虑以下情况：其中由于误差而使上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup(绝对值)变成大于本来应该输出的值的值。在这种情况下，因为基于上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup执行反馈控制，如图11中所示，所以上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup 遵循与当图10中所示的输出电流Irup中没有出现误差时相同的趋势。但是，与由图中虚线所示的当输出电流Irup中没有出现误差时相比，流入上游侧排气净化催化剂20中的废气的实际空燃比变成接近于如由图中实线所示的化学计量空燃比侧的值。即，流入上游侧排气净化催化剂20中的废气的实际空燃比的浓厚程度和稀薄程度变得更小。因此，当上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA变成基本为0时，在下游侧空燃比传感器41 的周围流动的废气的空燃比浓厚程度变得更小。为此，与由图中虚线所示的当上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup中没有误差时相比，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn如由图中实线所示绝对值变得更小。
接下来，将考虑以下情况：其中由于误差而使下游侧空燃比传感器41 的输出电流Irdwn(绝对值)变成小于本来应该输出的值的值。在这种情况下，与由图12中虚线所示的当输出电流Irdwn中没有误差时相比，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn如由图12中实线所示绝对值变得更小。
图13示出以下情况：其中由于误差而使上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup(绝对值)变成大于本来应该输出的值的值，并且由于误差而使下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn(绝对值)变成小于本来应该输出的值的值。在这种情况下，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn (绝对值)变成极小值，并且不再达到浓厚判断基准值Irrich或稀薄判断基准值Irlean。在此，如上面解释的，当下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn达到浓厚判断基准值Irrich或稀薄判断基准值Irlean时，切换空燃比纠正量AFC。因此，在上述这种情况下，不切换空燃比纠正量AFC，并且将空燃比纠正量AFC固定为主动浓厚设置纠正量AFCgrich或主动稀薄设置纠正量AFCglean(注意，在图13中，为了比较图11与图13，示出在时间t2、t3、t4处切换空燃比纠正量AFC的实例)。在这种情况下，不仅不可能计算上游侧排气净化催化剂20的最大可储存氧量Cmax，而且还可能引起废气排放的劣化。
进一步，不仅在上游侧排气净化催化剂20的异常诊断中如此，而且在上述基本空燃比控制中也是如此。当在上游侧空燃比传感器40和下游侧空燃比传感器41两者中出现误差时，例如，在图6中的时间t2或t5的计时处，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn不再达到浓厚判断基准值 Irrich。
<空燃比传感器的异常诊断>
因此，在本发明的一个实施例中，除了上述空燃比传感器40和41的基本异常诊断之外，执行附加异常诊断。在开始燃料切断控制之后，还采用与上述基本异常诊断相同的方式执行该附加异常诊断。
如图7中所示，在开始燃料切断控制之后，从时间t4开始，上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup收敛，而从时间t5，下游侧空燃比传感器 41的输出电流Irdwn收敛。在本实施例中，计算如此收敛的上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup与下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn 之间的差异ΔIr(下面称为“上游-下游差异”)。进一步，当如此计算的上游-下游差异ΔIr在正常差异范围内(差异上限值Dup或小于差异上限值 Dup以及差异下限值Ddwn或大于差异下限值Ddwn)时，只要在上述基本异常诊断中未判断它们异常，便判断两个空燃比传感器40和41未变得异常。另一方面，当上游-下游差异ΔIr在正常差异范围之外时，判断上游侧空燃比传感器40和下游侧空燃比传感器41中的至少一个已变得异常。进一步，在本实施例中，正常差异范围广度(Dup-Ddwn)窄于正常判断范围广度(Irulim-Irllim)。
图14是示出在开始燃料切断控制之后当空燃比传感器的输出电流收敛时的空燃比传感器40和41的输出电流与异常判断之间的关系的图。在该图中，空燃比传感器40和41的输出电流示出在燃料切断控制期间相对于正常输出值的比率(因此，在该图中，1.0指示正常输出值)。根据上述基本异常诊断，当空燃比传感器40和41的输出电流在该图中的区域C、 D和E内时，判断这些空燃比传感器40和41异常。另一方面，根据附加异常诊断，当空燃比传感器40和41的输出电流在该图中的区域B内时，判断这些空燃比传感器40和41异常。
图15A至15D是示出扩散调节层中的大气压和扩散距离与空燃比传感器的输出电流之间的关系的图。图15A示出当大气压为P(例如，1atm) 并且空燃比传感器40和41的扩散距离为W(例如，设计值)时(即，当空燃比传感器的输出电流中没有误差时)的空燃比传感器的输出电流。在图15A中所示的实例中，采用与图9相同的方式，空燃比传感器的输出电流变成稳态输出值I。进一步，因为空燃比传感器40和41的输出电流相等，所以这些输出电流之间的上游-下游差异ΔIr变成0。因此，因为输出电流的上游-下游差异ΔIr在正常差异范围内，所以判断这些空燃比传感器 40和41未变得异常。
图15B示出其中大气压为P并且仅在上游侧空燃比传感器40的输出电流中出现误差的情况。具体地说，上游侧空燃比传感器40的扩散距离变成W的1.33倍。在这种情况下，上游侧空燃比传感器40的输出电流变成 I的0.75倍。如上面解释的，相对宽广地设置正常判断范围(Irulim至 Irllim)，并且因此在上述基本异常诊断中，未判断上游侧空燃比传感器40异常。另一方面，上游侧空燃比传感器40的输出电流减去下游侧空燃比传感器41的输出电流的上游-下游差异ΔIr相对大。此外，正常差异范围(Dup至Dlow)窄于正常判断范围。为此，输出电流的上游-下游差异ΔIr变成正常差异范围之外的值。因此，根据附加异常诊断，判断两个空燃比传感器40和41中的一个已变得异常。
图15C示出其中大气压为P并且仅在下游侧空燃比传感器41的输出电流中出现误差的情况。具体地说，下游侧空燃比传感器41的扩散距离变成W的1.33倍。在这种情况下，下游侧空燃比传感器41的输出电流变成 I的0.75倍。也在这种情况下，在上述基本异常诊断中，未判断下游侧空燃比传感器41异常。另一方面，上游-下游差异ΔIr相对大并且变成正常差异范围之外的值。因此，根据附加异常诊断，也在由图15C所示的状态下，判断两个空燃比传感器40和41中的一个已变得异常。
图15D示出其中大气压为P的0.75倍并且在空燃比传感器40和41 中没有误差的情况。在这种情况下，两个空燃比传感器40和41的输出电流变成I的0.75倍。因此，也在这种情况下，在上述基本异常诊断中，未判断空燃比传感器40和41异常。此外，上游-下游差异ΔIr也变成0，并且因此变成正常差异范围内的值。因此，在本实施例中，在由图15D所示的状态下，判断两个空燃比传感器40和41均未变得异常。
从上文，根据上面实施例的异常诊断，当在空燃比传感器40或41的输出电流中出现误差时，即使空燃比传感器40和41的输出电流在正常判断范围内，也能够判断空燃比传感器40或41已变得异常。另一方面，当这些空燃比传感器40和41的输出电流随着大气压改变而改变时，判断这些空燃比传感器40和41未变得异常。因此，根据本实施例，能够更准确地对空燃比传感器40和41进行异常诊断。
进一步，如图13中所示，当上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup 和下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn沿着相反的方向彼此偏离时，上游-下游差异ΔIr变成大值。因此，也在这种情况下，判断两个空燃比传感器40和41中的一个已变得异常。为此，根据本实施例，在图13中所示的实例中，可防止不能计算最大可储存氧量Cmax，并且防止废气排放劣化等。
注意，在上面的实施例中，在开始燃料切断控制之后并且在上游侧空燃比传感器40和下游侧空燃比传感器41的输出电流收敛之后，检测一次输出电流并且将值用作异常诊断的基础。但是，在这些空燃比传感器40 和41的输出电流收敛之后，还可能在一定时间段内检测输出电流，并且基于所检测的输出电流的平均值执行异常诊断。
进一步，在上面的实施例中，在开始燃料切断控制之后并且在空燃比传感器40和41的输出电流收敛之后，检测输出电流。在本实施例中，例如当空燃比传感器40和41的每单位变化量是预定量或小于预定量时，判断空燃比传感器40和41的输出电流已收敛。备选地，当在开始燃料切断控制之后经过的时间达到预定基准时间时，或者当在开始燃料切断控制之后总进气量达到预定基准量时，也可判断空燃比传感器40和41的输出电流已收敛。与在开始燃料切断控制之后空燃比传感器40和41的输出电流收敛通常需要的时间和数量相比，将所述基准时间和基准量设置为更长时间和更大量。
进一步，在上面的实施例中，基于上游侧空燃比传感器40的输出电流 Irup与下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn之间的差异ΔIr，执行附加异常诊断。但是，还可基于输出电流Irup与输出电流Irdwn的比率，执行附加异常诊断。也在这种情况下，当输出电流Irup与输出电流Irdwn 的比率在预定正常比率范围内时，判断空燃比传感器40和41未变得异常。另一方面，当该比率在正常比率范围之外时，判断空燃比传感器40和41 中的至少一个已变得异常。
<流程图>
图16是示出空燃比传感器40和41的上述附加异常诊断控制的控制例程的流程图。通过在预定时间间隔中断执行示出的控制例程。在图16中，步骤S31至步骤S34类似于图8的步骤S11至步骤S14，并且因此将省略解释。
当在步骤S32判断将FC开始标志设置为“1”时，例程继续到步骤 S35。在步骤S35，判断上游侧检测次数Nup是否是预定次数N1或大于预定次数N1，并且下游侧检测次数Ndwn是否是N2或大于N2。上游侧检测次数Nup和下游侧检测次数Ndwn分别示出在上游侧空燃比传感器40和下游侧空燃比传感器41收敛之后检测输出电流的次数。如果上游侧检测次数Nup小于N1或者下游侧检测次数Ndwn小于N2，则例程继续到步骤S36。
在步骤S36，判断从当开始燃料切断控制时经过的时间T是否是预定基准时间Tup或大于预定基准时间Tup。注意，将该基准时间Tup设置为至少以下时间：在开始燃料切断控制之后上游侧空燃比传感器40的输出电流收敛通常需要的时间。当判断经过的时间T小于基准时间Tup时，结束控制例程。另一方面，当在步骤S36判断经过的时间T是基准时间Tup或大于基准时间Tup时，例程继续到步骤S37。在步骤S37，将上游侧空燃比传感器40的当前输出电流Irup加到上游侧累积值ΣIrup，以便给出新的上游侧累积值ΣIrup。接下来，在步骤S38，使上游侧检测次数Nup递增1。
之后，在步骤S39，判断经过的时间T是否是预定基准时间Tdwn(大于Tup的值)或大于Tdwn。当判断经过的时间T小于基准时间Tdwn时，结束控制例程。另一方面，当在步骤S39判断经过的时间T是基准时间 Tdwn或大于基准时间Tdwn时，例程继续到步骤S40。在步骤S40，将下游侧空燃比传感器41的当前输出电流Irdwn加到下游侧累积值ΣIrdwn，以便给出新的下游侧累积值ΣIrdwn。接下来，在步骤S41，使下游侧检测次数Ndwn递增1。
之后，重复地对输出电流Irup和Irdwn进行加法运算。当上游侧检测次数Nup变成预定次数N1或大于预定次数N1并且下游侧检测次数 Ndwn变成N2或大于N2时，在下一个控制例程，例程继续到步骤S35至步骤S42。在步骤S42，将在步骤S37计算的上游侧累积值ΣIrup除以在步骤S38计算的上游侧检测次数Nup，以便获得上游侧输出电流的平均值 Iravup。此外，将在步骤S40计算的下游侧累积值ΣIrdwn除以在步骤S41 计算的下游侧检测次数Ndwn，以便获得下游侧输出电流的平均值 Iravdwn。接下来，在步骤S43，将上游侧输出电流的平均值Iravup减去下游侧输出电流的平均值Iravdwn以便获得上游-下游差异ΔIr。
接下来，在步骤S44，判断在步骤S43计算的上游-下游差异ΔIr是否在正常差异范围内(Dlow或大于Dlow以及Dup或小于Dup)。当判断上游-下游差异ΔIr在正常差异范围内时，例程继续到步骤S47。另一方面，当在步骤S44判断上游-下游差异ΔIr在正常差异范围之外时，例程继续到步骤S46。在步骤S46，即使在图8中所示的异常诊断控制中判断正常，也会判断上游侧空燃比传感器40和下游侧空燃比传感器41中的至少一个已变得异常。接下来，在步骤S47，将FC开始标志Fr、上游侧累积值ΣIrup、下游侧累积值ΣIrdwn、上游侧检测次数Nup和下游侧检测次数Ndwn重设为0，并且结束控制例程。
注意，在上面的实施例中，当上游侧检测次数Nup是预定次数N1或大于N1并且下游侧检测次数Ndwn是N2或大于N2时，执行附加异常诊断。但是，例如，当从当上游侧累积值ΣIrup和下游侧累积值ΣIrdwn开始累积增加经过的时间变成预定时间或大于预定时间时，或者当上游侧累积值ΣIrup或下游侧累积值ΣIrdwn变成预定值或大于预定值时，也可执行附加异常诊断。
<第二实施例>
接下来，参考图17，将解释本发明的第二实施例的异常诊断系统。第二实施例的异常诊断系统中的配置和控制基本上与第一实施例的异常诊断系统中的配置和控制相同。但是，如图17中所示，在第二实施例的异常诊断系统中，其中判断空燃比传感器40和41均已变得异常的区域不同于第一实施例的异常诊断系统中的区域。
图17示出在本实施例中开始燃料切断控制之后当空燃比传感器的输出电流收敛时的空燃比传感器40和41的输出电流与异常判断之间的关系的图，并且类似于图14。如将从图17理解的，在本实施例中，在该图中的区域F内，判断两个空燃比传感器40和41都已变得异常。即，在图14 中所示的实例中，对于对应于区域F的区域，判断上游侧空燃比传感器40 和下游侧空燃比传感器41中的仅一个已变得异常，而在本实施例中的该区域内，判断两者都已变得异常。
在图17的区域F内，在开始燃料切断控制之后，上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup和下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn中的仅一个是在正常判断范围之外的值。此外，在区域F内，输出电流Irup 与输出电流Irdwn的上游-下游差异ΔIr是在正常差异范围内的值。在此，上游-下游差异ΔIr在正常差异范围内意味着输出电流Irup和输出电流Irdwn是相对接近的值。即，意味着上游侧空燃比传感器40的扩散距离和下游侧空燃比传感器41的扩散距离是接近值。进一步，空燃比传感器40 和41中的一个的输出电流在正常判断范围之外意味着空燃比传感器40和 41的扩散距离是偏离理想值的值。因此，空燃比传感器40和41中的一个的输出电流在正常判断范围之外使能判断空燃比传感器40和41中的另一个的扩散距离是偏离理想值的值。为此，在本实施例中，也在区域F内，判断空燃比传感器40和41都已变得异常。根据本实施例，由于这一点，能够适当地对两个空燃比传感器40和41进行异常诊断。
参考符号列表
1 发动机机体
5 燃烧室
7 进气端口
9 排气端口
19 排气歧管
20 上游侧排气净化催化剂
24 下游侧排气净化催化剂
31 ECU
40 上游侧空燃比传感器
41 下游侧空燃比传感器

Claims (2)

1.一种用于内燃机的空燃比传感器的异常诊断系统，所述内燃机包括：排气净化催化剂，其布置在所述内燃机的排气通道中；上游侧空燃比传感器，其布置在所述排气净化催化剂的排气流方向上的上游侧，并且检测流入所述排气净化催化剂中的废气的空燃比；以及下游侧空燃比传感器，其布置在所述排气净化催化剂的排气流方向上的下游侧，并且检测从所述排气净化催化剂中流出的废气的空燃比，其中所述空燃比传感器被配置为，所述空燃比传感器的输出在燃料切断控制期间根据大气压而变化，
其中在燃料切断控制期间，当所述上游侧空燃比传感器的输出值与所述下游侧空燃比传感器的输出值之间的差异变得在预定正常差异范围之外时，所述异常诊断系统判断至少一个所述空燃比传感器已变得异常；
在燃料切断控制期间，当所述空燃比传感器的所述输出值在预定正常判断范围之外时，所述异常诊断系统判断空燃比传感器已变得异常；以及将所述正常差异范围设置为窄于所述正常判断范围。
2.如权利要求1所述的空燃比传感器的异常诊断系统，其中当两个空燃比传感器的所述输出值的差异在所述正常差异范围内，并且诊断所述上游侧空燃比传感器和所述下游侧空燃比传感器中的一个已变得异常时，所述异常诊断系统判断所述空燃比传感器中的另一个也已变得异常。
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