CN107110044B - 空燃比传感器的异常诊断系统 - Google Patents

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Abstract

一种空燃比传感器(40，41)的异常诊断系统，其在内燃机停止向燃烧室(5)供给燃料的燃料切断控制期间并且在经过漏气通道(25)并流到进气通道中的节流阀(17)的下游侧的不同漏气流量的多个时间点，获得表示漏气流量与到燃烧室的气体流量的比率的漏气流量比和空燃比传感器(40，41)的输出电流，基于所获得的漏气流量比和输出电流计算空燃比传感器(40，41)的与小于在多个时间点获得的漏气流量比的漏气流量比相对应的输出电流，以及基于所计算的输出电流判定空燃比传感器(40，41)的异常。

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
过去已知存在这样的内燃机：其在排气通道中设置有空燃比传感器，并且基于该空燃比传感器的输出来控制供给到内燃机燃烧室的燃料量。
作为空燃比传感器的一个实例，已知存在这样一种空燃比传感器：其相对于排气空燃比线性地(成比例地)更改输出电流(例如，PTL 1)。排气空燃比越高(变得越稀)，输出电流越大。为此，通过检测空燃比传感器的输出电流，可以推定排气空燃比。
然而，此类空燃比传感器随着使用逐渐劣化并且有时增益特性发生变化。如果增益特性变化，则空燃比传感器的输出电流对于排气空燃比变得太大或太小。结果，错误地推定排气空燃比，因此内燃机的控制装置所执行的各种类型的控制受到妨碍。
因此，PTL2提出了一种诊断空燃比传感器中的异常的异常诊断系统。在此类异常诊断系统中，在内燃机停止向燃烧室供给燃料的燃料切断控制期间，基于空燃比传感器的外加电压的值来执行空燃比传感器的异常诊断。根据PTL 2，在燃料切断控制期间，排气空燃比是恒定的并且可以被识别，因此可以在不受排气空燃比波动的影响下精确地诊断空燃比传感器的异常。
[引用列表]
[专利文献]
PTL 1公开号为2002-243694A的日本专利
PTL 2公开号为2010-174790A的日本专利
PTL 3公开号为2014-101863A的日本专利
PTL 4公开号为2007-127076A的日本专利
发明内容
技术问题
在此方面，在内燃机中，空气-燃料混合物从活塞和气缸体之间的间隙泄漏到曲轴箱内部，即产生“漏气(blowby gas)”。如果漏气残留在曲轴箱内，则会引起机油劣化、金属腐蚀、空气污染等。因此，内燃机配备有连接曲轴箱和进气通道的漏气通道。漏气经过漏气通道返回到进气通道，并与新的空气-燃料混合物一起被燃烧。
此外，在将燃料直接喷射到燃烧室的气缸喷射式内燃机中，燃料喷射器的喷射口和气缸壁面之间的距离非常短，因此喷射的燃料直接撞击气缸壁面。在冷起动时，沉积在气缸壁上的燃料不容易汽化，因此其从活塞和气缸之间的间隙泄漏到曲轴箱中并与机油混合。另一方面，在内燃机暖机之后，机油的温度也上升，因此机油中的燃料成分蒸发。因此，在冷启动时，如果内燃机在机油中所含的燃料量较少时暖机，则漏气中的燃料成分根本不会增加太多。
然而，如果重复其中内燃机在低温下启动并且在比内燃机暖机时间更短的时间内停止的工作状态(所谓的“短行程”)，机油中的燃料成分量将增加。此后，如果内燃机暖机，机油中的大量燃料将蒸发，因此漏气中的燃料成分将增加。结果，含有大量燃料的漏气将经过漏气通道并流入进气通道。因此，在燃料切断控制期间，大量的燃料被混合在吸入气缸的空气中。由于这种燃料，废气中的氧在排气通道中被消耗，特别是排气净化催化剂。结果，排气空燃比在燃料切断控制期间减小。
在PTL2中描述的异常诊断系统中，完全不考虑燃料切断控制期间的排气空燃比的波动。因此，在该异常诊断系统中，如果在燃料切断控制期间漏气导致排气空燃比降低，则不能精确地诊断空燃比传感器的异常。具体地说，即使空燃比传感器正常，如果在燃料切断控制期间漏气导致排气空燃比降低，则空燃比传感器的输出电流和外加电压也将减小，因此，正常空燃比传感器容易被错误地诊断为异常。备选地，如果由于空燃比传感器的异常而导致的输出电流的增加以及由此引起的外加电压的增加被由于燃料切断控制期间的排气空燃比的降低导致的输出电流的减小以及由此引起的外加电压的减小所抵消，则异常的空燃比传感器将被错误地诊断为正常。
因此，鉴于上述问题，本发明的一个目的是提供这样一种空燃比传感器的异常诊断系统：即使漏气导致在燃料切断控制期间排气空燃比降低，其也能够精确地诊断空燃比传感器的异常。
问题解决方案
为了解决上述问题，在第一发明中，提供一种设置在内燃机中的空燃比传感器的异常诊断系统，其中所述内燃机具有：进气通道，所述进气通道中设置有节流阀并且所述进气通道将含有空气和燃料的空气燃料混合物引导到燃烧室；排气通道，所述排气通道排出由所述空气燃料混合物在所述燃烧室中的燃烧所产生的废气；以及漏气通道，所述漏气通道将曲轴箱中的漏气返回到所述进气通道中的所述节流阀的下游侧，所述空燃比传感器被设置在所述排气通道中并且检测流过所述排气通道的所述废气的空燃比，所述异常诊断系统被配置为：在所述内燃机停止向所述燃烧室供给燃料的燃料切断控制期间并且在经过所述漏气通道并流到所述进气通道中的所述节流阀的下游侧的不同漏气流量的多个时间点，获得表示所述漏气流量与到所述燃烧室的气体流量的比率的漏气流量比和所述空燃比传感器的输出电流；基于所述漏气流量比和输出电流来计算所述空燃比传感器的与小于在所述多个时间点获得的所述漏气流量比的漏气流量比相对应的输出电流；以及基于所计算的输出电流来判定所述空燃比传感器的异常。
在第二发明中，第一发明中的所述多个时间点是燃料切断控制的单个循环处的多个时间点。
在第三发明中，在第一或第二发明中小于在所述多个时间点获得的所述漏气流量比的所述漏气流量比为0。
在第四发明中，在第一到第三发明中任一项的所述异常诊断系统被配置为：基于所计算的输出电流来计算所述空燃比传感器的输出增益；计算所计算的输出增益相对于基准值的变化率；以及在所述变化率处于预定范围之外时判定所述空燃比传感器为异常。
在第五发明中，在第一到第四发明中任一项的所述异常诊断系统被配置为计算在所述多个时间点获得的所述漏气流量比的变化量，以及在所述变化量小于预定值时不判定所述空燃比的异常。
在第六发明中，在第一到第五发明中任一项的所述异常诊断系统被配置为：在所述多个时间点获得除所述废气的所述空燃比之外的导致所述空燃比传感器的所述输出电流波动的变化因子的值，计算所述变化因子的所述值的变化量，以及在所述变化量为预定值或更大值时不判定所述空燃比的异常。
本发明的有益效果
根据本发明，能够提供一种能够区分在空燃比传感器处发生的异常类型的用于检测异常的系统。
附图说明
图1是示意性地示出使用根据本发明的一个实施例的空燃比传感器的异常诊断系统的内燃机的视图；
图2是示意性地示出空燃比传感器的结构的视图；
图3是示出不同排气空燃比下的传感器外加电压与输出电流之间的关系的视图；
图4是示出使传感器外加电压恒定时的排气空燃比与输出电流之间的关系的视图；
图5是内燃机通常工作时的目标空燃比等的时间图；
图6是内燃机的燃料切断控制前后的内燃机转速等的示意性时间图；
图7A到7C是示出燃料切断控制期间漏气流量比与空燃比传感器的输出电流之间的关系的图；
图8是示出本发明的第一实施例中用于诊断空燃比传感器的异常的处理的控制例程的流程图；
图9是示出本发明的第一实施例中用于判定下游侧空燃比传感器的传感器输出的收敛的处理的控制例程的流程图；
图10是示出本发明的第一实施例中用于判定上游侧空燃比传感器的传感器输出的收敛的处理的控制例程的流程图；
图11是示出本发明的第一实施例中用于对传感器输出进行计数的处理的控制例程的流程图；
图12是示出本发明的第一实施例中用于判定异常的处理的控制例程的流程图；
图13是示出本发明的第二实施例中用于诊断空燃比传感器的异常的处理的控制例程的流程图；
图14是示出本发明的第二实施例中用于判定异常的处理的控制例程的流程图；
图15是示出本发明的第三实施例中用于诊断空燃比传感器的异常的处理的控制例程的流程图；
图16是示出本发明的第三实施例中用于判定异常的处理的控制例程的流程图；
图17是示出本发明的第一实施例的第一变形例中用于诊断空燃比传感器的异常的处理的控制例程的流程图；
图18是示出当使用漏气流量比的最大值与最小值之间的差作为漏气流量比的变化量的指示符时，第一实施例到第三实施例的第一变形例中的用于对传感器输出进行计数的处理的控制例程的流程图；
图19是示出用于更新漏气流量比的最大值与最小值的处理的控制例程的流程图；
图20是示出本发明的第一实施例的第二变形例中用于诊断空燃比传感器的异常的处理的控制例程的流程图；
图21是示出本发明的第一实施例到第三实施例的第二变形例中用于对传感器输出进行计数的处理的控制例程的流程图；
图22是示出用于更新输出电流变化因子的最大值与最小值的处理的控制例程的流程图。
具体实施方式
参考附图，下面将详细说明本发明的实施例。需要指出，在以下说明中，类似的构成元件被赋予相同的参考标号。
<内燃机整体说明>
图1是示意性地示出使用根据本发明的一个实施例的空燃比传感器的异常诊断系统的内燃机的视图。参考图1，1指示内燃机主体，2指示气缸体，3指示气缸体2内往复运动的活塞，4指示气缸盖，气缸盖固定在气缸体2上，5指示燃烧室，其形成在活塞3和气缸盖4之间，6指示进气阀，7指示进气口，8指示排气阀，以及9指示排气口。进气阀6打开和关闭进气口7，而排气阀8打开和关闭排气口9。
如1所示，在气缸盖4的内壁面的中央部设置有火花塞10。燃料喷射器11被设置在气缸盖4的内壁表面周围。火花塞10被配置为根据点火信号产生火花。此外，燃料喷射器11根据喷射信号将预定量的燃料直接喷射到燃烧室5中。也就是说，本实施例的内燃机是气缸喷射式内燃机。需要指出，内燃机也可以是端口喷射式内燃机。在这种情况下，燃料喷射器11被配置为在进气口7内喷射燃料。此外，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，在使用本发明的空燃比传感器的异常诊断系统的内燃机中，也可以使用另一种燃料。
每个气缸中的进气口7通过相应的进气流道13连通到稳压罐14。稳压罐14通过进气管15连通到空气过滤器16。进气口7、进气流道13、稳压罐14和进气管15形成将包含空气和燃料的空气燃料混合物引导到燃烧室5的进气通道。此外，在进气管15的内部，设置有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转动，从而改变进气通道的开口面积。
另一方面，每个气缸中的排气口9连通到排气歧管19。排气歧管19具有连通到排气口9的多个流道和汇集这些流道的集管。排气歧管19的集管连通到内置有上游侧排气净化催化剂20的上游侧壳体21。上游侧壳体21通过排气管22连接到下游侧壳体23，下游侧壳体23内置有下游侧排气净化催化剂24。排气口9、排气歧管19、上游侧壳体21、排气管22和下游侧壳体23形成排出由于空气燃料混合物在燃烧室5中的燃烧而产生的废气的排气通道。
此外，进气流道13通过漏气通道25连通到曲轴箱。在漏气通道25内设置有PCV(曲轴箱强制通风)阀26。PCV阀26是单向阀(止回阀)，其允许仅从曲轴箱到进气流道13的一个方向的流动。如果在进气流道13处出现负压，则PCV阀26打开并且空气燃料混合物从活塞3和气缸体2之间的间隙泄漏到曲轴箱内部，并且所谓的漏气从曲轴箱的内部通过漏气通道25的内部流出，以返回到进气流道13。需要指出，漏气通道25可以连接到节流阀18的下游侧的进气通道中的另一位置，例如稳压罐14。
电子控制单元(ECU)31包括数字计算机，该数字计算机具有通过双向总线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，设置有用于检测流过进气管15的空气流量的空气流量计39。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。此外，在排气歧管19的集管处，设置有上游侧空燃比传感器40，其检测流过排气歧管19内部的废气(即，流入上游侧排气净化催化剂20的废气)的空燃比。此外，在排气管22中，设置有下游侧空燃比传感器41，其检测流过排气管22内部的废气(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的废气)的空燃比。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，需要指出，这些空燃比传感器40和41的配置将在后面说明。
此外，加速踏板42具有与其连接的负载传感器43，该负载传感器产生与加速踏板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转换器被输入到输入端口36。曲柄角传感器44例如每次在曲轴旋转15度时产生输出脉冲。该输出脉冲被输入到输入端口36。CPU35根据该曲柄角传感器44的输出脉冲计算内燃机转速。另一方面，输出端口37通过相应的驱动电路45连接到火花塞10、燃料喷射器11和节流阀驱动致动器17。需要指出，ECU 31用作控制内燃机的控制系统。
上游侧排气净化催化剂20和下游侧排气净化催化剂24是具有氧吸藏能力的三元催化剂。具体地说，排气净化催化剂20和24包括陶瓷构成的载体，在该载体上承载有具有催化作用的贵金属(例如铂(Pt))和具有氧吸藏能力的物质(例如，二氧化铈(CeO2)。排气净化催化剂20和24表现出当达到预定活化温度时同时除去未燃烧气体(HC、CO等)和氮氧化物(NOX)的催化作用以及氧吸藏能力。
根据排气净化催化剂20和24的氧吸藏能力，当流入排气净化催化剂20和24的废气的空燃比是比理论空燃比稀的空燃比(以下也称为“稀空燃比”)时，排气净化催化剂20和24吸藏废气中的氧。另一方面，当流入废气具有比理论空燃比浓的空燃比(以下也称为“浓空燃比”)时，排气净化催化剂20和24释放吸藏在排气净化催化剂20和24中的氧。结果，只要保持排气净化催化剂20和24的氧吸藏能力，从排气净化催化剂20和24流出的废气的空燃比就基本成为理论空燃比，而不管流入排气净化催化剂20和24的废气的空燃比为何。
<空燃比传感器的说明>
在本实施例中，作为空燃比传感器40和41，使用杯式极限电流型空燃比传感器。参考图2，将简单地说明空燃比传感器40和41的结构。图2是示意性地示出空燃比传感器的结构的视图。空燃比传感器40和41中的每一者配备有固体电解质层51、布置在固体电解质层51的一个侧面上的排气侧电极52、布置在固体电解质层51的另一侧面上的大气侧电极53、调节流动废气扩散的扩散调节层54、参考气体室55、以及加热空燃比传感器40或41(具体加热电解质层(元件)51)的加热部件56。
在本实施例的杯式空燃比传感器40和41的每一者中，固体电解质层51形成为具有一个封闭端的圆柱形。在空燃比传感器40或41内限定的参考气室55的内部，引入大气气体(空气)并且设置加热部件56。在固体电解质层51的内表面上，设置有大气侧电极53。在固体电解质层51的外表面上，设置排气侧电极52。在固体电解质层51和排气侧电极52的外表面上，设置有扩散调节层54，以覆盖固体电解质层51和排气侧电极52。需要指出，在扩散调节层54的外侧，可以设置保护层(未示出)以防止液体等沉积在扩散调节层54的表面上。
固体电解质层51由ZrO2(氧化锆)、HfO2、ThO2、Bi2O2或其它氧离子导电氧化物(其中混合CaO、MgO、Y2O3、Yb2O3作为稳定剂)的烧结体形成。进一步地，扩散调节层54由氧化铝、氧化镁、二氧化硅、尖晶石、莫来石或其它耐热无机物质等的多孔烧结体形成。此外，排气侧电极52和大气侧电极53由铂或其它具有高催化活性的贵金属形成。
进一步地，在排气侧电极52和大气侧电极53之间，由安装在ECU 31上的电压控制装置60供给传感器外加电压V。另外，ECU 31配备有电流检测装置61，其在提供传感器外加电压时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检测的电流是空燃比传感器40和41的输出电流。
以此方式配置的空燃比传感器40和41具有图3所示的电压-电流(V-I)特性。图3是示出不同排气空燃比下的传感器外加电压与输出电流之间的关系的视图。从图3可以看出，排气空燃比越高(越稀)，输出电流I越大。进一步地，在每个排气空燃比的V-I线处，存在与V轴平行的区域，即，即使传感器外加电压变化，输出电流也基本不变的区域。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3中，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。
另一方面，在传感器外加电压低于极限电流区域的区域中，输出电流相对于传感器外加电压基本成比例地变化。下文将该区域称为“比例区域”。此时的斜率由固体电解质层51的DC元件电阻决定。进一步地，在传感器外加电压高于极限电流区域的区域中，输出电流也随着传感器外加电压的增加而增加。在该区域中，排气侧电极52等上的排气中包含的水分的分解导致输出电流根据传感器外加电压的变化而变化。下文将该区域称为“水分分解区域”。
图4是示出使供应电压恒定在大约0.45V时的排气空燃比与输出电流I之间的关系的视图。从图4可以看出，在空燃比传感器40和41中，输出电流I相对于排气空燃比线性地(成比例地)变化，从而排气空燃比越高(即越稀)，来自空燃比传感器40和41的输出电流I越大。此外，空燃比传感器40和41被配置为使得当排气空燃比为理论空燃比时，输出电流I变为0。进一步地，当排气空燃比变大一定程度或更多或者当其变小一定程度或更多时，输出电流的变化与排气空燃比的变化的比率变小。
需要指出，在上述实例中，作为空燃比传感器40和41，使用具有图2所示的结构的极限电流型空燃比传感器。然而，可以使用任何类型的空燃比传感器作为空燃比传感器40和41，只要输出电流相对于排气空燃比线性地变化即可。因此，作为空燃比传感器40和41，例如也可以使用分层式极限电流型空燃比传感器，或其它结构的极限电流型空燃比传感器，或非极限电流型空燃比传感器，或任何其它空燃比传感器。进一步地，空燃比传感器40和41可以是具有彼此不同的构造的空燃比传感器。
<基本空燃比控制>
在以此方式配置的内燃机中，基于空燃比传感器40和41的输出设定来自燃料喷射器11的燃料喷射量，以使得基于内燃机工作状态，流入上游侧排气净化催化剂20的废气的空燃比变为最佳空燃比。在本实施例中，基于上游侧空燃比传感器40的输出电流(对应于流入上游侧排气净化催化剂20的废气的空燃比或从内燃机主体流出的废气的空燃比)执行反馈控制，以使得该输出电流变为对应于目标空燃比对应的值。此外，基于下游侧空燃比传感器41的输出电流而改变目标空燃比。
参考图5，将简单地说明目标空燃比的此类控制实例。图5是内燃机正常工作时的目标空燃比AFT、上游侧空燃比传感器40的输出电流(输出值)If、上游侧排气净化催化剂的氧吸藏量OSA、以及下游侧空燃比传感器41的输出电流(输出值)Ir的时间图。
需要指出，如图4所示，空燃比传感器40、41的输出电流在空燃比传感器40、41周围流动的废气的空燃比为理论空燃比时变为0。此外，当废气的空燃比为浓空燃比时，输出电流变为负值，并且当废气的空燃比为稀空燃比时，输出电流变为正值。进一步地，当空燃比传感器40、41周围流动的废气的空燃比为浓空燃比或稀空燃比时，与理论空燃比的差越大，空燃比传感器40、41的输出电流的绝对值越大。进一步地，“正常工作时(正常控制)”表示其中根据内燃机的特定工作状态(例如，安装内燃机的车辆加速时执行的用于增加燃料喷射量的校正或下文将说明的燃料切断控制等)来调整燃料喷射量的控制未被执行的工作状态(控制状态)。
在图5所示的实例中，当下游侧空燃比传感器41的输出电流Ir变为等于或小于比0小的浓判定基准值Irich时，目标空燃比被设定为并保持在比理论空燃比更稀的稀设定空燃比AFTlean(例如，15)。在此方面，浓判定基准值Irich是与比理论空燃比稍浓的预定浓判定空燃比(例如14.55)对应的值。
然后，推定上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量。如果该推定值等于或大于预定的判定基准吸藏量Cref(小于最大可吸藏氧量Cmax的量)，则目标空燃比被设定为并保持在比理论空燃比更浓的浓设定空燃比AFTrich(例如14.4)。在图5所示的实例，该操作被重复地执行。
具体而言，在图5所示的实例中，在时间t1之前，目标空燃比AFT被设定为浓设定空燃比AFTrich，因此上游侧空燃比传感器40的输出电流If为小于0的值(对应于浓空燃比)。进一步地，上游侧排气净化催化剂20吸藏氧，因此下游侧空燃比传感器41的输出电流Ir变为基本为0(对应于理论空燃比)。此时，流入上游侧排气净化催化剂20的废气的空燃比变为浓空燃比，因此上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量逐渐降低。
然后，在时间t1处，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量接近0，因此流入上游侧排气净化催化剂20的未燃烧气体的一部分在未被上游侧排气净化催化剂20净化的情况下开始流出。结果，在时间t2处，下游侧空燃比传感器41的输出电流Ir变为等于或小于浓判定基准值Irich(对应于浓判定基准空燃比)。此时，目标空燃比被从浓设定空燃比AFTrich切换到稀设定空燃比AFTlean。
通过切换目标空燃比，流入上游侧排气净化催化剂20的废气的空燃比变为稀空燃比，未燃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的氧吸藏量OSA逐渐增加，在时间t3处达到判定基准吸藏量Cref。以这种方式，如果氧吸藏量达到判定基准吸藏量Cref，则目标空燃比再次被从稀设定空燃比AFTlean切换到浓设定空燃比AFTrich。通过目标空燃比的这种切换，流入上游侧排气净化催化剂20的废气的空燃比再次变为浓空燃比。结果，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量逐渐降低。然后，重复地执行此操作。通过进行此控制，能够防止NOX从上游侧排气净化催化剂20流出。
需要指出，基于上游侧空燃比传感器40及下游侧空燃比传感器41的输出，在正常工作时执行的空燃比控制不必限于上述控制。它可以是任何控制，只要控制基于这些空燃比传感器40、41的输出即可。
<燃料切断控制>
此外，在本实施例的内燃机中，在安装内燃机等的车辆减速时，执行燃料切断控制以停止来自燃料喷射器11的燃料喷射，从而在内燃机的工作期间停止向燃烧室5供给燃料。当用于开始燃料切断的预定条件成立时，开始此燃料切断控制。具体而言，燃料切断控制例如在加速踏板42的下压量为0或基本为0(即，内燃机负载为0或基本为0)并且内燃机转速等于或大于比怠速时的转速高的预定转速时执行。
当执行燃料切断控制时，空气或类似于空气的废气从内燃机排出，因此，具有非常高的空燃比(即，非常高的稀度)的气体流入上游侧排气净化催化剂20。结果，在燃料切断控制期间，大量氧气流入上游侧排气净化催化剂20，并且上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量达到最大可吸藏氧量。
进一步地，如果用于结束燃料切断的预定条件成立，则结束燃料切断控制。作为用于结束燃料切断的条件，例如可以提及加速踏板42的下压量变为预定值或更大值(即，内燃机负载变为一定程度的值)或者内燃机转速变为等于或小于比怠速时的转速高的预定转速等。进一步地，在本实施例的内燃机中，就在燃料切断控制结束之后，执行返回后(post-return)浓控制，该控制使得流入上游侧排气净化催化剂20的废气的空燃比变为比浓设定空燃比更浓的返回后浓空燃比。因此，能够在燃料切断控制期间快速地释放吸藏在上游侧排气净化催化剂20中的氧。
<空燃比传感器的异常诊断>
在此方面，如上所述，空燃比传感器40、41随着其使用而劣化，因此，有时空燃比传感器40、41变得异常。如果空燃比传感器40、41以此变得异常，则输出的精度降低，因此不能适当地控制来自燃料喷射器11的燃料喷射量。结果，导致废气排放劣化或燃料经济性劣化。因此，本实施例的内燃机具备自诊断空燃比传感器40、41的异常的异常诊断系统。
作为由此类异常诊断系统执行的异常诊断控制，例如可以提及在燃料切断控制时执行的异常诊断控制。如果执行其中停止向燃烧室5供给燃料的燃料切断控制，通常从燃烧室5排出几乎不含太多燃料的废气。为此，流入空燃比传感器40和41的废气中的氧浓度变得基本等于大气中的氧浓度(约20％)。在这种情况下，空燃比传感器40和41的输出电流变为最大。所述值是事先已知的。因此，通过判定燃料切断控制时实际检测到的输出电流是否在预定基准范围内，能够诊断空燃比传感器40或41的异常。
<异常诊断中的问题点>
然而，如果执行燃料切断控制，通常在进气通道中的节流阀18的下游侧产生负压，因此，漏气返回到进气通道中的节流阀18的下游侧。漏气中的燃料使废气中的氧在排气通道(具体是上游侧排气净化催化剂20)中被消耗掉，因此，到达空燃比传感器40和41的废气中的氧浓度下降。结果，空燃比传感器40和41的输出电流也减小，因此，异常诊断系统易于将正常的空燃比传感器40或41误诊断为异常。备选地，如果燃料切断控制期间废气中的氧浓度的下降导致的输出电流的减小抵消了异常导致的空燃比传感器40或41的输出电流的增加，则异常诊断系统会将异常的空燃比传感器40或41误诊断为正常。
<本发明中的异常诊断>
因此，为了提高空燃比传感器40或41的异常诊断的精度，根据本发明的一个实施例的空燃比传感器40或41的异常诊断系统通过以下方式诊断异常：即，在燃料切断控制期间并且在经过漏气通道25并流到进气通道中的节流阀18的下游侧的不同漏气流量的多个时间点，获得表示漏气流量与到燃烧室5的气体流量的比率的漏气流量比和空燃比传感器40或41的输出电流；基于所获得的漏气流量比和输出电流，计算空燃比传感器40或41的与小于在多个时间点获得的漏气流量比的漏气流量比相对应的输出电流。
<本发明的原理>
首先，参考图6，将说明燃料切断控制前后的内燃机转速、漏气流量比、上游侧空燃比传感器40的输出电流、以及下游侧空燃比传感器41的输出电流的变化的一个实例。图6是内燃机的燃料切断控制前后的内燃机转速、漏气流量比、上游侧空燃比传感器40的输出电流、以及下游侧空燃比传感器41的输出电流的示意性时间图。
在图6所示的实例中，在燃料切断控制之前，目标空燃比被设为理论空燃比，上游侧空燃比传感器40的输出电流和下游侧空燃比传感器41的输出电流为0。进一步地，燃料切断控制之前的内燃机转速和漏气流量比恒定。
在图6所示的实例中，在时间t1处，开始燃料切断控制。在开始燃料切断控制之后，除了下坡行驶等以外，内燃机转速通常随着时间推移而降低。如果内燃机转速降低，通常节流阀18下游侧的进气通道中的压力减小(变为负压)，因此流入进气通道的漏气流量增加并且因此导致漏气流量比增大。
在燃料切断控制开始后的时间t2处，如果随着燃料切断控制被馈送到燃烧室5的空气到达上游侧空燃比传感器40，则上游侧空燃比传感器40的输出电流变为大于0的值。进一步地，在时间t2之后，如果空气流入上游侧排气净化催化剂20，则上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量达到最大可吸藏氧量。为此，在所示实例中，在时间t3处，空气到达下游侧空燃比传感器41，并且下游侧空燃比传感器41的输出电流变为大于0的值。
如果漏气流量比的增加导致漏气中的燃料所消耗的废气中的氧增加，则排气空燃比下降，并且因此导致空燃比传感器40和41的输出电流减小。在该实例中，在燃料切断控制之后，漏气流量比逐渐增大，因此如图6所示，空气到达空燃比传感器40和41，然后空燃比传感器40和41的输出电流逐渐减小。
需要指出，在图6所示的实例中，为了便于理解说明，对简单的模型进行了说明，但是在燃料切断控制前后，内燃机转速等不一定如图6所示那样变化。例如，除了内燃机转速之外，进气通道内的节流阀18的下游侧的压力受到进气通道的进气温度、节流阀18的开度等的影响，因此在实际中，漏气流量比可以按照不同于图6所示的时间图变化。
在本发明中，当诊断上游侧空燃比传感器40的异常时，在从时间t2开始的多个时间点处获得漏气流量比和上游侧空燃比传感器40的输出电流。进一步地，当诊断下游侧空燃比传感器41的异常时，在从时间t3开始的多个时间点处获得漏气流量比和下游侧空燃比传感器41的输出电流。
结果，根据包含在漏气流量中的燃料量获得如图7A到7C所示的图形。图7A到图7C是示出燃料切断控制期间的漏气流量比与空燃比传感器40或41的输出电流之间的关系的图。在图7A到7C中，在燃料切断控制期间的多个时间点获得的漏气流量比和空燃比传感器40或41的输出电流的值在图上被绘制为菱形标记。基于这些值，如图7A到7C所示，漏气流量比与空燃比传感器40或41的输出电流之间的关系可以用一阶线来近似。
如上所述，如果漏气流量比的增加导致漏气中的燃料所消耗的废气中的氧增加，则排气空燃比降低，从而导致空燃比传感器40和41的输出电流减小。在这种情况下，如图7B和7C所示，一阶近似线的斜率变为负值。漏气中含有的燃料量越大，斜率的绝对值越大。图7B示出了在漏气中含有的燃料量少的情况下的漏气流量比与空燃比传感器40或41的输出电流之间的关系。图7C示出了在漏气中含有的燃料量大的情况下的漏气流量比与空燃比传感器40或41的输出电流之间的关系。另一方面，如果漏气几乎不含有任何燃料，则如图7A所示，空燃比传感器40或41的输出电流变为基本恒定的值，而与漏气流量比无关。进一步地，从图7A到7C可以看出，一阶近似线的截距“b”变为基本相同的值，与漏气中含有的燃料量无关。
从图7A到7C可以看出，当漏气流量比为0时，一阶近似线的截距“b”对应于空燃比传感器40或41的输出电流，即，空燃比传感器40或41的输出电流对应于空气中的氧浓度。一阶近似线的斜率和截距“b”可以通过公知的最小二乘法来计算。为此，即使在燃料切断控制期间漏气导致排气空燃比降低，也能够基于在多个时间点获得的漏气流量比和空燃比传感器40或41的输出电流，推定与空气中的氧浓度对应的空燃比传感器40或41的输出电流，进而能够精确地诊断空燃比传感器40或41的异常。
需要指出，不是计算漏气流量比为0时的空燃比传感器40或41的输出电流，而是通过计算与小于在多个时间点获得的漏气流量比的漏气流量比相对应的输出电流，能够降低漏气导致的燃料切断控制期间的排气空燃比的下降引起的输出电流减小的影响，因此能够提高空燃比传感器40或41的异常诊断的精度。
下面将说明关于空燃比传感器40或41的异常诊断系统的多个实施例。
<第一实施例>
首先，参考图8到图12，将说明本发明的第一实施例。第一实施例的异常诊断系统被配置为基于在燃料切断控制期间且在经过漏气通道25并流到进气通道中的节流阀18的下游侧的不同漏气流量的多个时间点获得的漏气流量比和空燃比传感器40或41的输出电流，计算空燃比传感器40或41的与小于在多个时间点获得的漏气流量比的漏气流量比相对应的输出电流，并且基于所计算的输出电流判定空燃比传感器40或41的异常。
图8是示出本发明的第一实施例中用于诊断空燃比传感器40或41的异常的处理的控制例程的流程图。所示的控制例程按照特定时间间隔的中断执行。在第一实施例中，首先，在步骤S101，判定用于诊断异常的处理的执行条件是否成立。用于诊断异常的处理的执行条件成立的情况例如是燃料切断控制正在进行且空燃比传感器40或41活动的情况。空燃比传感器40或41活动的情况是空燃比传感器40或41的传感器元件的温度为预定值以上的情况，例如，空燃比传感器40或41的传感器元件的阻抗为预定值以下的情况。
当在步骤S101判定用于诊断异常的处理的执行条件成立时，例程继续到步骤S102。在步骤S102，执行用于判定空燃比传感器40或41的传感器输出的收敛的处理的控制例程。该控制例程在上游侧空燃比传感器40和下游侧空燃比传感器41之间不同。需要指出，将在后面说明在步骤S101判定用于诊断异常的处理的执行条件不成立的情况。
首先，将说明用于判定下游侧空燃比传感器41的传感器输出的收敛的控制例程。
图9是示出本发明的第一实施例中用于判定下游侧空燃比传感器41的传感器输出的收敛的处理的控制例程的流程图。下游侧空燃比传感器41的异常诊断必须在燃料切断控制开始且空气已经到达位于上游侧排气净化催化剂20的下游侧的下游侧空气燃料比传感器41，并且下游侧空燃比传感器41的传感器输出已经收敛之后执行。为此，图9所示的控制例程用于判定下游侧空燃比传感器41的传感器输出是否收敛。
如图9所示，首先，在步骤S201，判定从燃料切断控制开始供给到燃烧室5的进气量的累积值(累积空气量)ΣMc是否是预定基准累积量Mcref或更大值。累积空气量例如基于空气流量计39的输出来计算。另外，在步骤S202，判定下游侧空燃比传感器41的输出电流Ir是否已经变为大于0的稀判定基准值Irlean或更大值。
如果在步骤S201和S202判定燃料切断控制开始后的累积空气量ΣMc小于基准累积量Mcref，并且下游侧空燃比传感器41的输出电流Ir小于稀判定基准值Irlean，则可以认为上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量未达到最大可吸藏氧量Cmax。为此，在这种情况下，例程继续到步骤S203。在步骤S203，催化剂下游空气到达标志被设定为OFF(关断)，并且例程继续到步骤S205。
另一方面，如果在步骤S201，燃料切断控制开始后的累积空气量ΣMc是基准累积量Mcref或更大值，或者如果在步骤S202，下游侧空燃比传感器41的输出电流Ir是稀判定基准值Irlean或更大值，则可以认为上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量已经达到最大可吸藏氧量Cmax。因此，之后从上游侧排气净化催化剂20流出的废气的空燃比逐渐上升。为此，在这种情况下，例程继续到步骤S204。在步骤S204，催化剂下游空气到达标志被设定为ON(接通)，并且例程继续到步骤S205。
在步骤S205，判定催化剂下游空气到达标志是否为ON。如果判定催化剂下游空气到达标志为ON，则例程继续到步骤S206。在步骤S206，计算燃料切断控制开始后空气到达上游侧排气净化催化剂20的下游侧的经过时间Tr。具体地说，将经过时间Tr加上少量时间Δt(对应于控制例程的执行间隔)的值作为新的经过时间Tr。另一方面，如果在步骤S205判定催化剂下游空气到达标志为OFF，则可以认为空气尚未到达上游侧排气净化催化剂20的下游侧，因此例程继续到步骤S207，其中经过时间Tr被重置为0。
接下来，在步骤S208，判定经过时间Tr是否为预定的收敛判定基准时间Trref或更大值。如果判定经过时间Tr短于收敛判定基准时间Trref，则例程继续到步骤S209。在这种情况下，可以认为下游侧空燃比传感器41的输出电流Ir尚未收敛，因此传感器输出收敛判定标志被设定为OFF，之后，结束用于判定传感器输出的收敛的处理的控制例程。另一方面，如果判定经过时间Tr为收敛判定基准时间Trref或更大值，则例程继续到步骤S210。在这种情况下，可以认为下游侧空燃比传感器41的输出电流Ir已经收敛，因此传感器输出收敛判定标志被设定为ON，之后，结束用于判定传感器输出的收敛的处理的控制例程。
接下来，将说明用于判定上游侧空燃比传感器40的传感器输出的收敛的控制例程。
图10是示出本发明的第一实施例中用于判定上游侧空燃比传感器40的传感器输出的收敛的处理的控制例程的流程图。上游侧空燃比传感器40的异常诊断必须在燃料切断控制开始，空气到达上游侧空燃比传感器40并且上游侧空燃比传感器40的传感器输出收敛之后执行。为此，图10所示的控制例程用于判定上游侧空燃比传感器40的传感器输出是否已收敛。
在位于上游侧排气净化催化剂20的上游侧的上游侧空燃比传感器40的情况下，不需要判定上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量是否已经达到最大可吸藏氧量。为此，如图10所示，首先，在步骤S301，计算燃料切断控制开始后的经过时间Tf。具体地说，将经过时间Tf加上少量时间Δt(对应于控制例程的执行间隔)的值作为新的经过时间Tr。
接下来，在步骤S302，判定经过时间Tf是否为预定的收敛判定基准时间Tfref或更大值。如果判定经过时间Tf短于收敛判定基准时间Tfref，则例程继续到步骤S303。在这种情况下，可以认为上游侧空燃比传感器40的输出电流If尚未收敛，因此传感器输出收敛判定标志被设定为OFF，之后，结束用于判定传感器输出的收敛的处理的控制例程。另一方面，如果判定经过时间Tf是收敛判定基准时间Tfref或更大值，则例程继续到步骤S304。在这种情况下，可以认为上游侧空燃比传感器40的输出电流If已经收敛，因此传感器输出收敛判定标志被设定为ON，之后，结束用于判定传感器输出的收敛的处理的控制例程。需要指出，收敛判定基准时间Tfref可以是与收敛判定基准时间Trref相同的时间。
再次参考图8，在步骤S102执行用于判定传感器输出的收敛的处理之后，例程继续到步骤S103。在步骤S103，判定传感器输出收敛判定标志是否为ON。如果判定传感器输出收敛判定标志为ON，则例程继续到步骤S104。另一方面，如果判定传感器输出收敛判定标志为OFF，则例程继续到步骤S105。
在步骤S104，执行图11所示的用于对传感器输出进行计数的处理的控制例程。下面将说明用于对传感器输出进行计数的处理的控制例程。
图11是示出本发明的第一实施例中用于对传感器输出进行计数的处理的控制例程的流程图。在该控制例程中，获得漏气流量比和空燃比传感器40或41的输出电流，并且计算用于计算一阶近似线(其示出漏气流量比与空燃比传感器40或41的输出电流之间的关系)的斜率和截距所需的值。
如图11所示，首先，在步骤S401，计算进气通道中的节流阀18下游侧的压力PM。压力PM例如由设置在进气通道中的节流阀18的下游侧的压力传感器直接检测，或者基于设置在进气通道中的节流阀18的下游侧的进气温度传感器的输出、空气流量计39的输出、节流阀18的开度等，通过已知的模型来计算。
接下来，在步骤S402，使用示出压力PM与漏气流量PCVV之间的关系的映射，根据步骤S401计算的压力PM来计算漏气流量PCVV。该映射存储在ROM 34中。
接下来，在步骤S403，判定在步骤S402计算的漏气流量PCVV是否已自先前计算的漏气流量PCVV改变。如果判定所计算的漏气流量PCVV已自先前计算的漏气流量PCVV改变，则例程继续到步骤S404。另一方面，如果判定所计算的漏气流量PCVV未自先前计算的漏气流量PCVV改变，也就是说，如果所计算的漏气流量PCVV是与先前计算的漏气流量PCVV相同的值，则结束用于对传感器输出进行计数的处理的控制例程。
接下来，在步骤S404，基于在步骤S402计算的漏气流量PCVV和通过节流阀18进入燃烧室5的进气量GA，使用以下等式计算漏气流量比PCVR。
PCVR＝PCVV/(PCVV+GA)
需要指出，进气量GA由空气流量计39检测。
接下来，在步骤S405，计算漏气流量比PCVR的总和SUMX、空燃比传感器40或41的输出电流Io的总和SUMY、漏气流量比PCVR与输出电流Io的乘积的总和SUMXY(下文称为“乘积和”)、漏气流量比PCVR的平方和SUMX2(下文称为“平方和”)，以及执行用于对传感器输出进行计数的处理的控制例程的次数COUNT(下文称为“执行次数”)。
具体地说，在步骤S405，先前计算的漏气流量比PCVR的和SUMX加上新计算的漏气流量比PCVR为漏气流量比PCVR的新的和SUMX。进一步地，输出电流Io的先前计算的和SUMY加上新计算的输出电流Io为输出电流Io的新的和SUMY。此外，先前计算的乘积和SUMXY加上新计算的漏气流量PCVV与新检测的输出电流Io的乘积为新的乘积和SUMXY。进一步地，先前计算的平方和SUMX2加上新计算的漏气流量比PCVR的平方为新的平方和SUMX2。此外，先前计算的执行次数COUNT加1为新的执行次数COUNT。之后，结束用于对传感器输出进行计数的处理的控制例程。
需要指出，在步骤S403和步骤S404，代替在步骤S402计算的漏气流量PCVV，可以使用由设置在漏气通道25中的PCV阀26的下游侧(进气流道13侧)的漏气流量计直接检测到的漏气流量。在这种情况下，省略图11中的步骤S401和步骤S402。
再次参考图8，在步骤S104执行用于对传感器输出进行计数的处理之后，例程继续到步骤S105。在步骤S105，判定用于对传感器输出进行计数的处理的控制例程的执行次数COUNT是否为预定值N或更大值。预定值N为2或2以上的任意数值。当判定执行次数COUNT为预定值N或更大值时，例程继续到步骤S106。另一方面，当判定执行次数COUNT小于预定值N时，结束用于诊断异常的处理的控制例程。
在步骤S106，基于在步骤S104获得的值，通过以下等式，使用最小二乘法计算示出漏气流量比与空燃比传感器40或41的输出电流之间的关系的一阶近似线的斜率A和截距B：
A＝(COUNT×SUMXY-SUMX×SUMY)/(COUNT×SUMX2-SUMX×SUMX)
B＝(SUMX2×SUMY-SUMXY×SUMX)/(COUNT×SUMX2-SUMX×SUMX)
接下来，在步骤S107，通过以下等式，基于在步骤S106计算的斜率A和截距B，计算空燃比传感器40或41的与小于在多个时间点获得的漏气流量比的漏气流量比相对应的输出电流Ix：
Ix＝B+Ax
x是预先确定的并小于在燃料切断控制期间设想的漏气流量比的下限值的漏气流量比。
接下来，在步骤S108，执行图12所示的用于判定异常的处理的控制例程。下面将说明用于判定异常的处理的控制例程。
图12是示出本发明的第一实施例中用于判定异常的处理的控制例程的流程图。在该控制例程中，基于图8中的步骤S107计算的输出电流Ix来判定空燃比传感器40或41是否异常。
如图12所示，首先，在步骤S501，判定在图8中的步骤S107计算的输出电流Ix是否大于预定上限电流Ixhigh。上限电流Ixhigh例如是对应于空气中的氧浓度的输出电流的上限值或是与该上限值稍微不同的电流。
如果在步骤S501判定输出电流Ix大于上限电流Ixhigh，则例程继续到步骤S502。在步骤S502，判定空燃比传感器40或41的增益异常地扩大，并且接通警告灯。之后，结束用于判定异常的处理的控制例程。另一方面，如果在步骤S501判定输出电流Ix为上限电流Ixhigh或更小值，则例程继续到步骤S503。
在步骤S503，判定输出电流Ix是否小于预定下限电流Ixlow。下限电流Ixlow例如是对应于空气中的氧浓度的输出电流的下限值或是与该下限值稍微不同的电流。
如果在步骤S503判定输出电流Ix小于下限电流Ixlow，则例程继续到步骤S504。在步骤S504，判定空燃比传感器40或41的增益异常地收缩，并且接通警告灯。之后，结束用于判定异常的处理的控制例程。另一方面，如果在步骤S503判定输出电流Ix为下限电流Ixlow或更大值，则例程继续到步骤S505。在步骤S505，判定空燃比传感器40或41正常。之后，结束用于判定异常的处理的控制例程。
再次参考图8，在步骤S108执行用于判定异常的处理之后，结束用于诊断异常的处理的控制例程。
如果在步骤S101判定用于诊断异常的处理的执行条件不成立，例如如果燃料切断控制未在进行中，或者如果空燃比传感器40或41不活动，则例程继续到步骤S109。在步骤S109，将通过步骤S104的用于对传感器输出进行计数的处理而获得的所有值重置为0。除此之外，如果正被诊断异常的空燃比传感器是上游侧空燃比传感器40，则在图10所示的用于判定传感器输出的收敛的处理中使用的燃料切断控制开始后的经过时间Tf被重置为0。
因此，即使在燃料切断控制期间执行步骤S104的用于对传感器输出进行计数的处理，如果在执行次数COUNT变为N或更大值之前燃料切断控制结束，则在步骤S109，将通过用于对传感器输出进行计数的处理而获得的值重置为0。结果，在本实施例中，在燃料切断控制的单个循环中的多个时间点处(而不是在燃料切断控制的多个循环中)计算漏气流量比和空燃比传感器40或41的输出电流。
如果在燃料切断控制的多个循环中执行用于诊断异常的处理，则有时在用于诊断异常的处理期间，漏气中的油量将停止变化。如果在用于诊断异常的处理期间漏气中的油量停止变化，则不可能精确地计算诸如图7A到7C所示的表示漏气流量比与空燃比传感器40或41的输出电流之间的关系的一阶近似线的斜率和截距。然而，在本实施例中，计算燃料切断控制的单个循环中的多个时间点处的漏气流量比和空燃比传感器40或41的输出电流，因此能够避免因为在用于诊断异常的处理期间漏气中的油量停止变化而导致误诊断空燃比传感器40或41的异常，从而能够提高异常诊断的精度。
<第二实施例>
接下来，参考图13和图14，将说明本发明的第二实施例。第二实施例的异常诊断系统被配置为基于在燃料切断控制期间在经过漏气通道25并流到进气通道中的节流阀18的下游侧的不同漏气流量的多个时间点获得的漏气流量比和空燃比传感器40或41的输出电流，计算空燃比传感器40或41的与零漏气流量比相对应的输出电流，并且基于所计算的输出电流判定空燃比传感器40或41的异常。
图13是示出本发明的第二实施例中用于诊断空燃比传感器40或41的异常的处理的控制例程的流程图。所示的控制例程按照特定时间间隔的中断执行。图13中的步骤S601到步骤S605以及步骤S608类似于图8中的步骤S101到步骤S105以及步骤S109，因此将省略这些步骤的说明。
在步骤S606，基于在步骤S604获得的值，使用以下等式，通过最小二乘法来计算空燃比传感器40或41的对应于零漏气流量比的输出电流I0：
I0＝(SUMX2×SUMY-SUMXY×SUMX)/(COUNT×SUMX2-SUMX×SUMX)需要指出，空燃比传感器40或41的对应于零漏气流量比的输出电流I0等于示出漏气流量比与空燃比传感器40或41的输出电流之间的关系的一阶近似线的截距B。
接下来，在步骤S607，执行图14所示的用于判定异常的处理的控制例程。下面将说明用于判定异常的处理的控制例程。
图14是输出本发明的第二实施例中用于判定异常的处理的控制例程的流程图。在该控制例程中，基于在图13中的步骤S606计算的输出电流I0，判定空燃比传感器40或41是否异常。
如图14所示，首先，在步骤S707，判定在步骤S606计算的输出电流I0是否大于上限电流I0high。上限电流I0high作为预先确定并且对应于空气中的氧浓度的输出电流的上限值或与该上限值稍微不同的电流。
当在步骤S707判定输出电流I0大于上限电流I0high时，例程继续到步骤S708。在步骤S708，判定空燃比传感器40或41的增益异常地扩大，并且接通警告灯。之后，终止用于诊断异常的处理的控制例程。另一方面，如果在步骤S707判定输出电流I0为上限电流I0或更小值，则例程继续到步骤S709。
在步骤S709，判定输出电流I0是否小于下限电流I0low。下限电流I0low作为预先确定并且对应于空气中的氧浓度的输出电流的下限值或与该下限值稍微不同的电流。
如果在步骤S709判定输出电流I0小于下限电流I0low，则例程继续到步骤S710。在步骤S710，判定空燃比传感器40或41的增益已经异常地收缩，并且接通警告灯。之后，终止用于诊断异常的处理的控制例程。另一方面，如果在步骤S709判定输出电流I0为下限电流I0或更大值，则例程继续到步骤S711。在步骤S711，判定空燃比传感器40或41正常。之后，终止用于诊断异常的处理的控制例程。
<第三实施例>
接下来，参考图15和图16，将说明本发明的第三实施例。第三实施例的异常诊断系统被配置为：基于在燃料切断控制期间在经过漏气通道25并流到进气通道中的节流阀18的下游侧的不同漏气流量的多个时间点获得的漏气流量比和空燃比传感器40或41的输出电流，计算示出漏气流量比与空燃比传感器40或41的输出电流之间的关系的一阶近似线的截距(空燃比传感器40或41的对应于零漏气流量比的输出电流)；基于所计算的截距来计算空燃比传感器40或41的增益(输出增益)；计算所计算的增益相对于基准值的变化率；以及在该变化率处于预定范围之外时判定空燃比传感器40或41为异常。
图15是示出本发明的第三实施例中用于诊断空燃比传感器40或41的异常的处理的控制例程的流程图。所示的控制例程按照特定时间间隔的中断执行。图15中的步骤S801到步骤S805以及步骤S810类似于图8的第一实施例中的步骤S101到步骤S105以及步骤S109。因此将省略这些步骤的说明。
在步骤S806中，根据在步骤S804获得的值，通过以下等式，使用最小二乘法计算示出漏气流量比与空燃比传感器40或41的输出电流之间的关系的一阶近似线的截距B：
B＝(SUMX2×SUMY-SUMXY×SUMX)/(COUNT×SUMX2-SUMX×SUMX)
接下来，在步骤S807，基于在步骤S806计算的截距B，通过以下等式计算空燃比传感器40或41的增益G：
G＝B/Ln(1/0.8)
需要指出，Ln是自然对数。
增益G与截距B之间的上述关系按照下面的方式导出。
首先，通过以下等式，基于增益G和燃料切断控制期间的废气中的氧浓度O2D_FC，计算燃料切断控制期间的空燃比传感器40或41的输出电流Ifc，
Ifc＝G×Ln(1/(1-O2D_FC))(等式1)
基于大气中的氧浓度(即0.2)以及漏气中的燃料所消耗的氧浓度O2D_C(因为漏气中的燃料消耗氧)，通过以下等式而计算燃料切断控制期间的废气中的氧浓度O2D_FC：
O2D_FC＝0.2-O2D_C(等式2)
基于漏气流量比PCVR、漏气中的燃料的浓度FD_B、以及漏气中的单位燃料浓度消耗的氧浓度K，通过以下等式而计算漏气中的燃料消耗的氧浓度O2D_C：
O2D_C＝K×PCVR×FD_B(等式3)
在此，基于油稀释率Dilrate和单位油稀释率的漏气中的燃料浓度L，通过以下等式计算漏气中的燃料浓度FD_B：
FD_B＝L×Dilrate(等式4)
需要指出，“油稀释率”是混合到机油中的燃料量除以机油量得到的值。
通过上述等式1到等式4，推导出以下等式。
IL＝G×Ln(1/(0.8+K×PCVR×L×Dilrate))
在此，如果通过一阶方程对上述等式进行近似，则推导出以下等式：
IL＝-G×K×L×Dilrate/0.8×PCVR+G×Ln(1/0.8)
因此，示出漏气流量比PCVR与空燃比传感器40或41的输出电流IL之间的关系的一阶近似线的斜率A和截距B由以下等式表示：
A＝-G×K×L×Dilrate/0.8
B＝G×Ln(1/0.8)
因此，增益G由以下等式表示。
G＝B/Ln(1/0.8)
接下来，在步骤S808，基于在步骤S807计算的增益G，通过以下等式计算增益Gd相对于增益G的预定基准值Gbase的变化率：
GD＝G/Gbase
接下来，在步骤S809，执行图16所示的用于判定异常的处理的控制例程。下面将说明用于判定异常的处理的控制例程。
图16是示出本发明的第三实施例中用于判定异常的处理的控制例程的流程图。在该控制例程中，基于图15中的步骤S808计算的增益Gd的变化率，判定空燃比传感器40或41是否异常。
如图16所示，首先，在步骤S901，判定在图15中的步骤S808计算的增益Gd的变化率是否大于增益的上限变化率Gdhigh。增益的上限变化率Gdhigh作为预先确定的增益变化率的允许上限值或与该上限值稍微不同的增益变化率。
如果在步骤S901判定增益Gd的变化率大于增益的上限变化率Gdhigh，则例程继续到步骤S902。在步骤S902，判定空燃比传感器40或41的增益异常地扩大，并且接通警告灯。之后，终止用于诊断异常的处理的控制例程。另一方面，如果在步骤S901判定增益Gd的变化率为增益的上限变化率Gdhigh或更小值，则例程继续到步骤S903。
在步骤S903，判定增益Gd的变化率是否小于增益的下限变化率Gdlow。增益的下限变化率Gdlow作为预先确定的增益变化率的允许下限值或者与该下限值稍微不同的增益变化率。
如果在步骤S903判定增益Gd的变化率小于增益的下限变化率Gdlow，则例程继续到步骤S904。在步骤S904，判定空燃比传感器40或41的增益异常地收缩，并且接通警告灯。之后，终止用于诊断异常的处理的控制例程。另一方面，如果在步骤S903判定增益Gd的变化率为增益的下限变化率Gdlow或更大值，则例程继续到步骤S905。在步骤S905，判定为空燃比传感器40或41正常。之后，结束用于诊断异常的处理的控制例程。
<第一实施例到第三实施例的第一变形例>
接下来，参考图17到图19，将说明本发明的第一实施例到第三实施例的第一变形例。从图17可以看出，为了精确地计算表示漏气流量比与空燃比传感器40或41的输出电流之间的关系的一阶近似线的斜率和截距，有必要在一定程度上分散在燃料切断控制期间获得的漏气流量比。为此，如果在多个时间点处获得的漏气流量比的变化量小，例如，如果内燃机转速在燃料切断控制期间变动得不太大，则异常诊断系统无法精确地计算空燃比传感器40或41的与小于在多个时间点获得的漏气流量比的漏气流量比相对应的输出电流，进而不能准确地诊断空燃比传感器40或41的异常。
因此，第一实施例到第三实施例的第一变形例的异常诊断系统被配置为计算在多个时间点获得的漏气流量比的变化量，并且当所计算的变化量小于预定值时，不判定空燃比传感器40或41的异常。结果，根据第一实施例到第三实施例的第一变形例，能够避免因在多个时间点获得的漏气流量比的较小变化量而导致误诊断空燃比传感器40或41的异常，从而能够提高异常诊断的精度。
图17是示出本发明的第一实施例的第一变形例中用于诊断空燃比传感器40或41的异常的处理的控制例程的流程图。所示的控制例程按照特定时间间隔的中断执行。
图17中的步骤S1001到步骤S1005以及步骤S1008到步骤S1011类似于图8中的步骤S101到步骤S105以及步骤S106到步骤S109。因此将省略这些步骤的说明。
在步骤S1006，计算漏气流量比的变化量ΔPCVR。变化量ΔPCVR的指示符例如是漏气流量比的变化系数PCVRCV。
基于在步骤S1004获得的值，通过以下等式而计算漏气流量比的变化系数PCVRCV。
PCVRCV＝SQRT{(SUMX2-SUMX×SUMX/COUNT)/(COUNT-1)}/(SUMX/COUNT)
需要指出，SQRT表示平方根。
接下来，在步骤S1007，判定在步骤S1006计算的漏气流量比的变化量ΔPCVR是否为漏气流量比的预定基准变化量ΔPCVRref或更大值。
如果在步骤S1007判定变化量ΔPCVR为ΔPCVRref或更大值，则例程继续到步骤S1008。另一方面，如果在步骤S1007判定变化量ΔPCVR小于基准变化量ΔPCVRref，则空燃比传感器40或41的精确异常诊断是困难的，因此结束用于异常诊断控制的控制例程。
需要指出，作为步骤S1006的变化量ΔPCVR的指示符，也可以使用漏气流量比的最大值与最小值之间的差PCVRD。在这种情况下，在步骤S1004，代替图11所示的用于对传感器输出进行计数的处理，执行图18所示的用于对传感器输出进行计数的处理的控制例程。
图18是示出当使用漏气流量比的最大值与最小值之间的差PCVRD作为变化量ΔPCVR的指示符时，第一实施例到第三实施例的第一变形例中用于对传感器输出进行计数的处理的控制例程的流程图。需要指出，图18中的步骤S1101到S1105类似于图11中的步骤S401到S405。因此将省略这些步骤的说明。在图18所示的用于对传感器输出进行计数的处理的控制例程中，例程在步骤S1105之后继续到步骤S1106。在步骤S1106，执行图19所示的用于更新漏气流量比PCVR的最大值与最小值的处理的控制例程。
图19是示出用于更新漏气流量比PCVR的最大值与最小值的处理的控制例程的流程图。在该控制例程中，在图18中的步骤S1104计算的漏气流量比PCVR被与在此之前的时间点计算的漏气流量比的最大值PCVRmax和最小值PCVRmin进行比较，并且更新漏气流量比的最大值PCVRmax和最小值PCVRmin。
如图19所示，首先，在步骤S1201，判定在图18中的步骤S1104计算的漏气流量比PCVR是否大于在此之前的时间点计算的漏气流量比的最大值PCVRmax。如果判定漏气流量比PCVR大于漏气流量比的最大值PCVRmax，则例程继续到步骤S1202。在步骤S1202，将漏气流量比PCVR作为漏气流量比的新的最大值PCVRmax，然后例程继续到步骤S1203。另一方面，如果判定漏气流量比PCVR为漏气流量比的最大值PCVRmax或更小值，则例程直接继续到步骤S1203，而不更新漏气流量比的最大值PCVRmax。
在步骤S1203，判定在图18中的步骤S1104计算的漏气流量比PCVR是否小于在此之前的时间点计算的漏气流量比的最小值PCVRmin。如果判定漏气流量比PCVR小于漏气流量比的最小值PCVRmin，则例程继续到步骤S1204。在步骤S1204，将漏气流量比PCVR作为漏气流量比的新的最小值PCVRmin，之后，结束用于更新漏气流量比PCVR的最大值与最小值的处理的控制例程。另一方面，如果判定漏气流量比PCVR为漏气流量比的最小值PCVRmin或更大值，则结束用于更新漏气流量比PCVR的最大值和最小值的处理的控制例程，而不更新漏气流量比的最小值PCVRmin。
再次参考图18，在步骤S1106，执行用于更新漏气流量比PCVR的最大值和最小值的处理，然后结束用于对传感器输出进行计数的处理的控制例程。
以与第一实施例的第一变形例相同的方式，在第二实施例的第一变形例中，在图13中的步骤S605和步骤S606之间执行图17中的步骤S1006和步S1007。进一步地，在第三实施例的第一变形例中，在图15中的步骤S805和步骤S806之间执行图17中的步骤S1006和步骤S1007。
<第一实施例到第三实施例的第二变形例>
接下来，参考图20到图22，将说明本发明的第一实施例到第三实施例的第二变形例。空燃比传感器40或41的增益根据传感器元件的温度、大气压力等而波动。为此，如果在漏气流量比和空燃比传感器40或41的输出电流正在被获得的同时，传感器元件的温度和大气压力等波动，则异常诊断系统不能精确地计算空燃比传感器40或41的与小于在多个时间点获得的漏气流量的漏气流量相对应的输出电流，进而无法准确地诊断空燃比传感器40或41的异常。
因此，第一实施例到第三实施例的第二变形例的异常诊断系统被配置为在获得漏气流量比和空燃比传感器40或41的输出电流时的多个时间点处进一步获得导致空燃比传感器40或41的输出电流波动的变化因子(例如，传感器元件的阻抗和大气压力)的值，计算所获得的变化因子的值的变化量，以及当所计算的变化量为预定值或更大值时，不判定空燃比传感器40或41的异常。结果，根据第一实施例到第三实施例的第二变形例，能够避免由变化因子的波动(在获得漏气流量比和空燃比传感器40或41的输出电流的时段内导致空燃比传感器40或41的输出电流的波动)导致误诊断空燃比传感器40或41异常，进而能够提高异常诊断的精度。
图20是示出本发明的第一实施例的第二变形例中用于诊断空燃比传感器40或41的异常的处理的控制例程的流程图。所示的控制例程按照特定时间间隔的中断执行。
图20中的步骤S1301到步骤S1303、步骤S1305，以及步骤S1307到步骤S1310类似于图8中的步骤S101到步骤S103、步骤S105，以及步骤S106到步骤S109。因此将省略这些步骤的说明。
在步骤S1304，执行图21所示的用于对传感器输出进行计数的处理的控制例程。图21是示出第一实施例到第三实施例的第二变形例中用于对传感器输出进行计数的处理的控制例程的流程图。需要指出，图21中的步骤S1401到S1405类似于图11中的步骤S401到S405。因此将省略这些步骤的说明。
在图21所示的用于传感器输出进行计数的处理的控制例程中，例程在步骤S1405之后继续到步骤S1406。在步骤S1406，执行图22中用于更新的输出电流的变化因子的最大值和最小值的处理的控制例程。
图22是示出用于更新输出电流的变化因子的最大值和最小值的处理的控制例程的流程图。在该控制例程中，获得输出电流的变化因子，即传感器元件阻抗IP和大气压力P，将所获得的传感器元件阻抗IP和大气压力P分别与在此之前的多个时间点计算的传感器元件阻抗的最大值IPmax和最小值IPmin以及大气压力的最大值Pmax和最小值Pmin进行比较，并更新传感器元件阻抗的最大值IPmax和最小值IPmin以及大气压力的最大值Pmax和最小值Pmin。
如图22所示，首先，在步骤S1501，获得传感器元件阻抗IP，并且判定所获得的传感器元件阻抗IP是否大于在此之前的时间点获得的传感器元件阻抗的最大值IPmax。如果判定传感器元件阻抗IP大于传感器元件阻抗的最大值IPmax，则例程继续到步骤S1502。在步骤S1502，将传感器元件阻抗IP作为传感器元件阻抗的新的最大值IPmax，之后，例程继续到步骤S1503。另一方面，如果判定传感器元件阻抗IP为传感器元件阻抗的最大值IPmax或更小值，则例程继续到步骤S1503，而不更新传感器元件阻抗的最大值IPmax。
在步骤S1503，判定所获得的传感器元件阻抗IP是否小于在此之前的时间点获得的传感器元件阻抗的最小值IPmin。如果判定传感器元件阻抗IP小于传感器元件阻抗的最小值IPmin，则例程继续到步骤S1504。在步骤S1504，将传感器元件阻抗IP作为传感器元件阻抗的新的最小值IPmin，之后例程继续到步骤S1505。另一方面，如果判定传感器元件阻抗IP为传感器元件阻抗的最小值IPmin或更大值，则例程继续到步骤S1505，而不更新传感器元件阻抗的最小值IPmin。
在步骤S1505，获得大气压力P，并且判定所获得的大气压力P是否大于在此之前的时间点获得的大气压力的最大值Pmax。如果判定大气压力P大于大气压力的最大值Pmax，则例程继续到步骤S1506。在步骤S1506，将大气压力P作为大气压的新的最大值Pmax，之后，例程继续到步骤S1507。另一方面，如果判定大气压力P为大气压力的最大值Pmax或更小值，则例程继续到步骤S1507，而不更新大气压力的最大值Pmax。
在步骤S1507，判定所获得的大气压P是否小于在此之前的时间点获得的大气压力的最小值Pmin。如果判定大气压力P小于大气压力的最小值Pmin，则例程继续到步骤S1508。在步骤S1508，将大气压力P作为大气压力的新的最小值Pmin，之后，结束用于更新输出电流的变化因子的最大值和最小值的处理的控制例程。另一方面，如果判定大气压力P为大气压的最小值Pmin或更大值，则结束用于更新输出电流的变化因子的最大值和最小值的处理的控制例程，而不更新大气压力的最小值Pmin。
再次参考图21，在步骤S1406，执行用于更新输出电流的变化因子的最大值和最小值的处理，然后结束用于对传感器输出进行计数的处理的控制例程。
再次参考图20，在步骤S1306，判定输出电流的变化因子的变化量是否小于输出电流的变化因子的预定基准变化量。具体地说，例如，基于在步骤S1304获得的传感器元件阻抗的最大值IPmax和最小值IPmin以及大气压力的最大值Pmax和最小值Pmin，判定传感器元件阻抗的最大值IPmax与最小值IPmin之间的差是否小于传感器元件阻抗的基准变化量，以及大气压力的最大值Pmax与最小值Pmin之间的差是否小于大气压力的基准变化量。备选地，可以判定传感器元件阻抗的最大值IPmax与最小值IPmin之间的差乘以大气压力的最大值Pmax和最小值Pmin之间的差的值是否小于基准值。
如果在步骤S1306判定输出电流的变化因子的变化量小于输出电流的变化因子的预定基准变化量，则例程继续到步骤S1307。另一方面，如果在步骤S1306判定输出电流的变化因子的变化量为输出电流的变化因子的预定基准变化量或更大值，则空燃比传感器40或41的精确异常诊断是困难的，因此结束异常诊断控制的控制例程。
以与第一实施例的第二变形例相同的方式，在第二实施例的第二变形例中，在图13中的步骤S604，不执行图11所示的用于对传感器输出进行计数的处理，而是执行图21所示的用于对传感器输出进行计数的处理的控制例程。图20中的步骤S1306在图13中的步骤S605和步骤S606之间执行。进一步地，在第三实施例的第二变形例中，在图15中的步骤S804，不执行图11所示的用于对传感器输出进行计数的处理，而是执行图21所示的用于对传感器输出进行计数的处理的控制例程。图20中的步骤S1306在图15中的步骤S805和步骤S806之间执行。
需要指出，在所有上述实施例中，漏气流量比和空燃比传感器40或41的输出电流也可以不在燃料切断控制的单个循环中的多个时间点处计算，而是在燃料切断控制的多个循环中的多个时间点处计算。在这种情况下，可以在结束用于判定异常的处理之后将通过用于对传感器输出进行计数的处理而获得的值重置为0，而不是在判定用于诊断异常的处理的执行条件不成立时将其重置为0。
进一步地，如果以这种方式在燃料切断控制的多个循环中执行用于诊断异常的处理，则仅在燃料切断控制的多个循环中的空气累积量为预定值或更小值时才判定空燃比传感器40或41的异常诊断。如果燃料切断控制的多个循环中的累积空气量为预定值或更小值，则预计燃料切断控制的多个循环中的漏气中的油量几乎不变。因此，通过设定上述条件，能够在燃料切断控制的多个循环中执行用于诊断异常的处理时提高异常诊断的精度。
[参考标号列表]
1.内燃机主体
5.燃烧室
7.进气口
9.排气口
13.进气流道
14.稳压罐
18.节流阀
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
25.漏气通道
26.PCV阀
31.ECU
40.上游侧空燃比传感器
41.下游侧空燃比传感器

Claims (6)

1.一种设置在内燃机中的空燃比传感器的异常诊断系统，其中
所述内燃机具有：进气通道，所述进气通道中设置有节流阀并且所述进气通道将含有空气和燃料的空气燃料混合物引导到燃烧室；排气通道，所述排气通道排出由所述空气燃料混合物在所述燃烧室中的燃烧所产生的废气；以及漏气通道，所述漏气通道将曲轴箱中的漏气返回到所述进气通道中的所述节流阀的下游侧，
所述空燃比传感器被设置在所述排气通道中并且检测流过所述排气通道的所述废气的空燃比，
所述异常诊断系统被配置为：检测或计算所述进气通道中的所述节流阀的下游侧的压力；基于所检测或计算的压力而计算经过所述漏气通道并流到所述进气通道中的所述节流阀的下游侧的漏气流量；在所述内燃机停止向所述燃烧室供给燃料的燃料切断控制期间并且在不同漏气流量的多个时间点，获得表示所述漏气流量相对于所述漏气流量与进入所述燃烧室的进气量的总和的比率的漏气流量比和所述空燃比传感器的输出电流；通过以一阶线对所述漏气流量比和所述输出电流之间的关系进行近似，来计算所述空燃比传感器的与小于在所述多个时间点获得的所述漏气流量比的漏气流量比相对应的输出电流；以及基于所计算的输出电流来判定所述空燃比传感器的异常。
2.根据权利要求1所述的空燃比传感器的异常诊断系统，其中所述多个时间点是燃料切断控制的单个循环处的多个时间点。
3.根据权利要求1或2所述的空燃比传感器的异常诊断系统，其中小于在所述多个时间点获得的所述漏气流量比的所述漏气流量比为0。
4.根据权利要求1或2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被配置为：基于所计算的输出电流来计算所述空燃比传感器的输出增益；计算所计算的输出增益相对于基准值的变化率；以及在所述变化率处于预定范围之外时判定所述空燃比传感器为异常。
5.根据权利要求1或2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被配置为计算在所述多个时间点获得的所述漏气流量比的变化量，以及在所述变化量小于预定值时不判定所述空燃比传感器的异常。
6.根据权利要求1或2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被配置为：在所述多个时间点获得除所述废气的所述空燃比之外的导致所述空燃比传感器的所述输出电流波动的变化因子的值，计算所述变化因子的所述值的变化量，以及在所述变化量为预定值或更大值时不判定所述空燃比传感器的异常。
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