CN109386354B - 内燃机的排气净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够抑制废气排放的恶化的内燃机的排气净化装置。内燃机的排气净化装置具备催化剂(20)、配置在催化剂的下游侧的空燃比传感器(41)、电流检测装置(61)、电压施加装置(60)、电压控制部(71)和空燃比控制部(72)。空燃比控制部以空燃比传感器的输出电流成为目标值的方式控制流入排气的空燃比。电压控制部执行减压控制和升压控制中的至少一方，减压控制是在流出排气的空燃比高于稀判定空燃比时将施加电压设定为比基准电压低的第一电压的控制，升压控制是在由空燃比传感器检测到的流出排气的空燃比低于浓判定空燃比时将施加电压设定为比基准电压高的第二电压的控制，基准电压是在流出排气的空燃比为理论空燃比时空燃比传感器的输出电流成为零的电压。

Description

内燃机的排气净化装置
技术领域
本发明涉及内燃机的排气净化装置。
背景技术
以往，已知如下技术：在内燃机的排气通路中配置催化剂和空燃比传感器，为了抑制废气排放的恶化，基于空燃比传感器的输出来控制向催化剂流入的流入排气的空燃比。
例如，在专利文献1所记载的内燃机中，当由配置在催化剂的下游侧的下游侧空燃比传感器检测出的空燃比达到比理论空燃比浓的浓判定空燃比时，流入排气的目标空燃比被设定为比理论空燃比稀的稀设定空燃比。另一方面，当催化剂的氧吸藏量的推定值达到判定基准吸藏量时，流入排气的目标空燃比被设定为比理论空燃比浓的浓设定空燃比。催化剂的氧吸藏量的推定值基于配置于催化剂的上游侧的上游侧空燃比传感器的输出来算出。
另外，在专利文献1所记载的内燃机中，为了精度良好地检测从催化剂流出的流出排气的空燃比，控制向下游侧空燃比传感器施加的施加电压。具体地说，在流入排气的目标空燃比比基准空燃比浓时，对下游侧空燃比传感器的施加电压被设为相比于在流出排气的空燃比为理论空燃比时输出电流成为零的电压高的电压，另一方面，在流入排气的目标空燃比比基准空燃比稀时，对下游侧空燃比传感器的施加电压被设为相比于在流出排气的空燃比为理论空燃比时输出电流成为零的电压低的电压。
【在先技术文献】
【专利文献】
专利文献1：日本特开2014－145308号公报
发明内容
然而，在专利文献1所记载的内燃机中，如上述那样在催化剂的氧吸藏量的推定值达到判定基准吸藏量后，流入排气的目标空燃比被设定为浓设定空燃比，直到流出排气的空燃比达到浓判定空燃比为止。因而，恐怕会因为催化剂中的氧枯竭而从催化剂流出大量的未燃烧气体(HC、CO等)，导致废气排放恶化。
因此，本发明的目的在于提供能够抑制废气排放的恶化的内燃机的排气净化装置。
本公开的要旨如下。
(1)一种内燃机的排气净化装置，其具备：催化剂，其配置在内燃机的排气通路中，并且能够吸藏氧；空燃比传感器，其配置在所述催化剂的下游侧，并且对从所述催化剂流出的流出排气的空燃比进行检测；电流检测装置，其检测所述空燃比传感器的输出电流；电压施加装置，其向所述空燃比传感器施加电压；电压控制部，其控制向所述空燃比传感器施加的施加电压；以及空燃比控制部，其控制向所述催化剂流入的流入排气的空燃比，所述空燃比控制部以使得所述空燃比传感器的输出电流成为预先设定的目标值的方式控制所述流入排气的空燃比，所述电压控制部执行减压控制和升压控制中的至少一方，所述减压控制是在由所述空燃比传感器检测到的所述流出排气的空燃比高于比理论空燃比稀的稀判定空燃比时将所述施加电压设定为比基准电压低的第一电压的控制，所述升压控制是在由所述空燃比传感器检测到的所述流出排气的空燃比低于比理论空燃比浓的浓判定空燃比时将所述施加电压设定为比所述基准电压高的第二电压的控制，所述基准电压是在所述流出排气的空燃比为理论空燃比时所述空燃比传感器的输出电流成为零的电压。
(2)根据上述(1)所述的内燃机的排气净化装置，其中，所述目标值为零。
(3)根据上述(1)或(2)所述的内燃机的排气净化装置，其中，所述电压控制部执行所述减压控制，所述第一电压是0.15V以上且0.44V以下。
(4)根据上述(1)～(3)的任一项所述的内燃机的排气净化装置，其中，所述电压控制部执行所述升压控制，所述第二电压是0.46V以上且0.7V以下。
(5)根据上述(1)～(4)的任一项所述的内燃机的排气净化装置，其中，还具备检测吸入空气量的吸入空气量检测装置或推定吸入空气量的吸入空气量推定部，所述电压控制部执行所述减压控制，吸入空气量越多，使所述第一电压越低。
(6)根据上述(1)～(5)的任一项所述的内燃机的排气净化装置，其中，还具备判定所述催化剂的劣化程度的催化剂判定部，所述电压控制部执行所述减压控制，所述催化剂的劣化程度越大，使所述第一电压越低。
(7)根据上述(1)～(6)的任一项所述的内燃机的排气净化装置，其中，还具备检测吸入空气量的吸入空气量检测装置或推定吸入空气量的吸入空气量推定部，所述电压控制部执行所述升压控制，吸入空气量越多，使所述第一电压越高。
(8)根据上述(1)～(7)的任一项所述的内燃机的排气净化装置，其中，还具备判定所述催化剂的劣化程度的催化剂判定部，所述电压控制部执行所述升压控制，所述催化剂的劣化程度越大，使所述第二电压越高。
发明效果
根据本发明，提供能够抑制废气排放恶化的内燃机的排气净化装置。
附图说明
图1是概略地表示设置有本发明的第一实施方式涉及的内燃机的排气净化装置的内燃机的图。
图2表示三元催化剂的净化特性。
图3是空燃比传感器的概略剖视图。
图4是概要地表示空燃比传感器的工作的图。
图5表示电路的具体例。
图6是具有空燃比传感器的电压-电流特性的图。
图7是表示图6的X－X区域中的电压－电流特性的图。
图8是表示排气的空燃比和输出电流的关系的曲线图。
图9是表示输出电流为零时的传感器施加电压和排气侧电极上的氧浓度的关系的曲线图。
图10是表示本发明的第一实施方式涉及的内燃机的排气净化装置的一部分的框图。
图11是在执行减压控制以及升压控制时的流入排气的目标空燃比等的时间图。
图12是表示本发明的第一实施方式中的电压切换控制的控制例程的流程图。
图13是表示本发明的第一实施方式中的空燃比控制的流程图。
图14是表示本发明的第二实施方式涉及的内燃机的排气净化装置的一部分的框图。
图15是表示本发明的第二实施方式中的电压设定控制的控制例程的流程图。
图16是用于基于吸入空气量和上游侧催化剂的劣化程度来设定第一电压的映射。
图17是用于基于吸入空气量和上游侧催化剂的劣化程度来设定第二电压的映射。
标号说明
20：上游侧催化剂
22：排气管
31：电子控制单元(ECU)
41：下游侧空燃比传感器
60：电压施加装置
61：电流检测装置
71：电压控制部
72：空燃比控制部
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。再者，在以下的说明中，对同样的构成要素标记相同的参照编号。
＜第一实施方式＞
首先，参照图1～图13，对本发明的第一实施方式进行说明。
＜内燃机整体的说明＞
图1是概略地表示设置有本发明的第一实施方式涉及的内燃机的排气净化装置的内燃机的图。图1所示的内燃机是火花点火式内燃机。内燃机装载于车辆中。
参照图1，2表示气缸体，3表示在气缸体2内进行往复运动的活塞，4表示固定在气缸体2上的气缸盖，5表示形成于活塞3与气缸盖4之间的燃烧室，6表示进气门，7表示进气道，8表示排气门，9表示排气道。进气门6对进气道7进行开闭，排气门8对排气道9进行开闭。
如图1所示，在气缸盖4的内壁面的中央部配置有火花塞10，在气缸盖4的内壁面周边部配置有燃料喷射阀11。火花塞10被构成为根据点火信号而产生火花。另外，燃料喷射阀11根据喷射信号向燃烧室5内喷射预定量的燃料。在本实施方式中，作为燃料，使用理论空燃比为14.6的汽油。
各气缸的进气道7分别经由对应的进气支管13与稳压箱14连结，稳压箱14经由进气管15与空气滤清器16连结。进气道7、进气支管13、稳压箱14、进气管15等形成将空气导入燃烧室5的进气通路。另外，在进气管15内配置有由节气门驱动执行器17驱动的节气门18。节气门18通过利用节气门驱动执行器17使其转动而能够变更进气通路的开口面积。
另一方面，各气缸的排气道9与排气歧管19连结。排气歧管19具有与各排气道9连结的多个支部和集合了这些支部的集合部。排气歧管19的集合部与内置了上游侧催化剂20的上游侧外壳21连结。上游侧外壳21经由排气管22与内置了下游侧催化剂24的下游侧外壳23连结。排气道9、排气歧管19、上游侧外壳21、排气管22、下游侧外壳23等形成将通过燃烧室5中的混合气的燃烧而产生的排气排出的排气通路。
内燃机的各种控制由电子控制单元(ECU)31执行。电子控制单元(ECU)31由数字计算机形成，具备经由双向总线32相互连接的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以及输出端口37。在进气管15配置有检测在进气管15内流动的空气的流量的空气流量计39，空气流量计39的输出经由对应的AD转换器38被输入到输入端口36。
另外，在排气歧管19的集合部、即上游侧催化剂20的排气流动方向上游侧配置有对在排气歧管19内流动的排气(即，向上游侧气催化剂20流入的排气)的空燃比进行检测的上游侧空燃比传感器40。上游侧空燃比传感器40的输出经由对应的AD转换器38被输入到输入端口36。
另外，在排气管22内、即上游侧催化剂20的排气流动方向下游侧配置有对在排气管22内流动的排气(即，从上游侧气催化剂20流出的排气)的空燃比进行检测的下游侧空燃比传感器41。下游侧空燃比传感器41的输出经由对应的AD转换器38被输入到输入端口36。
另外，在加速器踏板42连接有产生与加速器踏板42的踏下量成正比例的输出电压的负荷传感器43，负荷传感器43的输出电压经由对应的AD转换器38被输入到输入端口36。曲轴转角传感器44，例如每当曲轴旋转15度就产生输出脉冲，该输出脉冲被输入到输入端口36。在CPU35中，根据曲轴转角传感器44的输出脉冲来计算内燃机转速。另一方面，输出端口37经由对应的驱动电路45与火花塞10、燃料喷射阀11以及节气门驱动执行器17连接。
再者，上述的内燃机是将汽油作为燃料的无增压内燃机，但内燃机的构成并不限定于上述构成。因此，如气缸排列、燃料的喷射方式、进气排气系统的构成、可变气门(气门传动)机构的构成、有无增压器那样的内燃机的具体构成可以与图1所示的构成不同。例如，燃料喷射阀11也可以以向进气道7内喷射燃料的方式进行配置。
＜催化剂的说明＞
配置在排气通路中的上游侧催化剂20和下游侧催化剂24具有同样的构成。催化剂20、24是具有氧吸藏能力的催化剂，例如为三元催化剂。具体地说，催化剂20、24是在由陶瓷构成的载体担载了具有催化作用的贵金属(例如，铂(Pt))和具有氧吸藏能力的助催化剂(例如，氧化铈(CeO2))的催化剂。
图2表示三元催化剂的净化特性。如图2所示，催化剂20、24的未燃烧气体(HC、CO)和氮氧化物(NOx)的净化率在向催化剂20、24流入的排气的空燃比位于理论空燃比附近区域(图2中的净化窗口A)时变得非常高。因此，当排气的空燃比维持为理论空燃比时，催化剂20、24能够有效地净化未燃烧气体和NOx。
另外，催化剂20、24利用助催化剂根据排气的空燃比对氧进行吸藏或释放。具体地说，催化剂20、24在排气的空燃比比理论空燃比稀时对排气中的过量的氧进行吸藏。另一方面，催化剂20、24在排气的空燃比比理论空燃比浓时释放使未燃烧气体氧化所缺少的氧。其结果是，即使在排气的空燃比从理论空燃比少许偏离的情况下，催化剂20、24的表面上的空燃比也维持在理论空燃比附近，在催化剂20、24中有效地净化未燃烧气体和氮氧化物。
再者，催化剂20、24只要具有催化作用和氧吸藏能力，也可以是三元催化剂以外的催化剂。
＜空燃比传感器的构成＞
上游侧空燃比传感器40和下游侧空燃比传感器41具有同样的构成。图3是空燃比传感器40、41的概要的剖视图。从图3可知，在本实施方式中，空燃比传感器40、41是由固体电解质层和一对电极形成的单元为一个的单单元型的空燃比传感器。
如图3所示，空燃比传感器40、41具备固体电解质层51、配置在固体电解质层51的一个侧面上的排气侧电极52、配置在固体电解质层51的另一个侧面上的大气侧电极53、进行排气的扩散速控的扩散速控层54、保护扩散速控层54的保护层55、和进行空燃比传感器40、41的加热的加热器部56。
在固体电解质层51的一个侧面上设置扩散速控层54，在扩散速控层54的与固体电解质层51侧的侧面相反一侧的侧面上设置保护层55。在本实施方式中，在固体电解质层51与扩散速控层54之间形成被测气体室57。在排气通路内流动的排气的一部分经由扩散速控层54被导入到被测气体室57。另外，排气侧电极52配置在被测气体室57内。因此，排气侧电极52经由扩散速控层54被暴露在排气中。再者，未必需要设置被测气体室57，也可以以在排气侧电极52的表面上直接接触扩散速控层54的方式构成空燃比传感器40、41。
在固体电解质层51的另一个侧面上设置加热器部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，向基准气体室58内导入基准气体。在本实施方式中，基准气体室58向大气开放，向基准气体室58导入作为基准气体的大气。大气侧电极53配置在基准气体室58内。因此，大气侧电极53被暴露在基准气体(大气)中。
在加热器部56设置有多个加热器59，能够由加热器59来控制空燃比传感器40、41的温度、特别是固体电解质层51的温度。加热器部56具有加热到激活固体电解质层51为止所需的充分的发热容量。
固体电解质层51是具有氧化物离子传导性的薄板体。固体电解质层51是例如将CaO、MgO、Y2O3、Yb2O3等作为稳定剂添加到ZrO2(氧化锆)、HfO2、ThO2、Bi2O3等中而得的烧结体。另外，扩散速控层54由氧化铝、氧化镁、硅石质、尖晶石、莫来石等耐热性无机物质的多孔烧结体形成。而且，排气侧电极52和大气侧电极53由铂等的催化活性高的贵金属形成。
另外，在排气侧电极52和大气侧电极53连接有电路70。电路70包含电压施加装置60和电流检测装置61。电压施加装置60以使得大气侧电极53的电位高于排气侧电极52的电位的方式向空燃比传感器40、41施加电压。因此，排气侧电极52作为负极发挥作用，大气侧电极53作为正极发挥作用。ECU31的输出端口37经由对应的驱动电路45与电压施加装置60连接。因此，ECU31能够经由电压施加装置60控制对空燃比传感器40施加的施加电压。
另外，电流检测装置61对在排气侧电极52和大气侧电极53之间流动的电流、即空燃比传感器40、41的输出电流进行检测。电流检测装置61的输出经由对应的AD转换器38被输入到ECU31的输入端口36。因此，ECU31能够从电流检测装置61取得由电流检测装置61检测出的空燃比传感器40、41的输出电流。
＜空燃比传感器的工作＞
接着，参照图4，对空燃比传感器40、41的基本工作进行说明。图4是概要地表示空燃比传感器40、41的工作的图。空燃比传感器40、41以保护层55和扩散速控层54的外周表面被暴露在排气中的方式配置在排气通路中。另外，向空燃比传感器40、41的基准气体室58导入大气。
如上述那样，固体电解质层51具有氧化物离子传导性。因而，当在被激活了的固体电解质层51的两侧面之间产生氧浓度的差时，产生要使氧化物离子从浓度高的侧面侧向浓度低的侧面侧移动的电动势E。这样的特性被称为氧电池特性。
另一方面，当在固体电解质层51的两侧面之间赋予电位差时，氧化物离子进行移动，以使得在固体电解质层的两侧面之间产生与电位差对应的氧浓度比。这样的特性被称为氧泵特性。
在向空燃比传感器40、41流入的排气空燃比比理论空燃比稀时，由于排气中的氧浓度高，所以固体电解质层51的两侧面之间的氧浓度之比不太大。因而，如果将向空燃比传感器40、41施加的施加电压Vr设定为适当的值，则固体电解质层51的两侧面之间的氧浓度比变得比与传感器施加电压Vr对应的氧浓度比小。因而，以使得固体电解质层51的两侧面之间的氧浓度比接近与传感器施加电压Vr对应的氧浓度比的方式，如图4(A)所示那样，氧化物离子从排气侧电极52向大气侧电极53移动。其结果是，从电压施加装置60的正极向电压施加装置60的负极流动电流Ir。此时，通过电流检测装置61检测出正电流。另外，向被测气体室57流入的排气中的氧浓度越高，即排气的空燃比越高，则电流Ir的值越大。
另一方面，在向空燃比传感器40、41流入的排气的空燃比比理论空燃比浓时，排气侧电极52上的氧与排气中的未燃烧气体进行反应而被除去。因而，排气侧电极52处的氧浓度变得极低，固体电解质层51的两侧面之间的氧浓度比变大。因而，如果将传感器施加电压Vr设定为适当的值，则固体电解质层51的两侧面之间的氧浓度比大于与传感器施加电压Vr对应的氧浓度比。因而，以使得固体电解质层51的两侧面之间的氧浓度比接近与传感器施加电压Vr对应的氧浓度比的方式，如图4(B)所示那样，氧化物离子从大气侧电极53向排气侧电极52移动。其结果是，从电压施加装置60的负极向电压施加装置60的正极流动电流Ir。此时，通过电流检测装置61检测出负电流。另外，向被测气体室57流入的排气中的未燃烧气体浓度越高，即排气的空燃比越低，则电流Ir的绝对值越大。
另外，在向空燃比传感器40、41流入的排气的空燃比为理论空燃比时，排气中的氧和未燃烧气体的量变为化学当量比。因而，通过排气侧电极52的催化作用，二者完全燃烧，固体电解质层51的两侧面之间的氧浓度比被维持在与施加电压Vr对应的氧浓度比。因而，如图4(C)所示，不会发生由氧泵特性引起的氧化物离子的移动，通过电流检测装置61检测出的电流为零。
因此，空燃比传感器40、41的输出电流的值根据向空燃比传感器40、41流入的排气的空燃比而变动。因而，ECU31能够基于通过电流检测装置61检测到的电流来推定排气的空燃比。再者，排气的空燃比是指空气的质量相对于到生成该排气为止供给的燃料的质量的比率(空气的质量/燃料的质量)，根据排气的成分来推定。
＜电路的具体例＞
图5表示电路70的具体例。在图示的例子中，将由氧电池特性产生的电动势表示为E，将固体电解质层51的内部电阻表示为Ri，将电极52、53之间的电位差表示为Vs，将通过电压施加装置60向空燃比传感器40、41施加的传感器施加电压表示为Vr。
从图5可知，电压施加装置60基本上进行了负反馈控制以使得由氧电池特性产生的电动势E与传感器施加电压Vr一致。电压施加装置60进行负反馈控制以使得即使在两电极52、53之间的电位差Vs根据固体电解质层51的两侧面之间的氧浓度比的变化而发生了变化时该电位差Vs也成为传感器施加电压Vr。
在排气的空燃比变为理论空燃比，固体电解质层51的两侧面之间的氧浓度比不变化的情况下，固体电解质层51的两侧面之间的氧浓度比变为与传感器施加电压Vr对应的氧浓度比。在该情况下，由于电动势E和电位差Vs与传感器施加电压Vr一致，因此不流过电流Ir。
另一方面，在排气的空燃比为与理论空燃比不同的空燃比，固体电解质层51的两侧面之间的氧浓度比发生变化的情况下，固体电解质层51的两侧面之间的氧浓度比和与传感器施加电压Vr对应的氧浓度比是不同的。在该情况下，电动势E变为与传感器施加电压Vr不同的值。其结果是，通过负反馈控制，为了在固体电解质层51的两侧面之间使氧化物离子移动以使得电动势E与传感器施加电压Vr一致，向电极52、53之间赋予电位差Vs。另外，随着氧化物离子的移动，电流Ir流动。其结果是，电动势E收束于传感器施加电压Vr，电位差Vs也收束于传感器施加电压Vr。
另外，为了检测电流Ir，电流检测装置61检测电压E0。在此，E0能够如下述式(1)那样表示。
E0＝Vr+V0+IrR…(1)
在此，V0是以E0不会成为负值的方式施加的偏移电压(例如3V)，R是图5所示的电阻的值。
在式(1)中，由于传感器施加电压Vr、偏移电压V0以及电阻值R为恒定，因此电压E0根据电流Ir而变化。因此，电流检测装置61能够基于电压E0算出电流Ir。
再者，电路70只要能够向空燃比传感器40、41施加电压且检测空燃比传感器40、41的输出电流，则可以与图5所示的构成不同。
＜空燃比传感器的输出特性＞
上述的原理的结果是，空燃比传感器40、41具有如图6所示那样的电压-电流(V-I)特性。如图6所示，在传感器施加电压Vr为0以下以及0附近的区域，在排气空燃比为恒定的情况下，随着传感器施加电压Vr变高，输出电流Ir变大。再者，输出电流Ir与传感器施加电压Vr成正比例地变化的电压区域被称为正比例区域。
在正比例区域中，由于传感器施加电压Vr低，所以经由固体电解质层51可移动的氧化物离子的流量少。在该情况下，伴随于电压施加在固体电解质层51内移动的氧化物离子的移动速度比经由扩散速控层54向被测气体室57导入的排气的导入速度慢。因而，经由固体电解质层51可移动的氧化物离子的流量根据传感器施加电压Vr而变化，输出电流Ir随着传感器施加电压Vr的增加而增加。再者，在传感器施加电压Vr为0时输出电流Ir变为负值的原因是，由于氧电池特性而产生与固体电解质层51的两侧面之间的氧浓度比对应的电动势。
如图6所示，当传感器施加电压Vr变为预定值以上时，输出电流Ir与传感器施加电压Vr的值无关而维持在大致恒定的值。该饱和的电流被称为极限电流，产生极限电流的电压区域被称为极限电流区域。在极限电流区域中，由于传感器施加电压Vr比比例区域的高，所以经由固体电解质层51可移动的氧化物离子的流量比比例区域的多。在该情况下，伴随于电压施加在固体电解质层51内移动的氧化物离子的移动速度变得比经由扩散速控层54向被测气体室57导入的排气的导入速度快。因而，由于经由固体电解质层51可移动的氧化物离子的流量几乎不根据传感器施加电压Vr变化，因此输出电流Ir与传感器施加电压Vr的值无关而维持在大致恒定的值。另一方面，由于经由固体电解质层51可移动的氧化物离子的流量根据固体电解质层51的两侧面之间的氧浓度比而变化，所以输出电流Ir根据排气的空燃比而变化。
如图6所示，在传感器施加电压Vr非常高的区域中，在排气空燃比为恒定的情况下，随着传感器施加电压Vr变高，输出电流Ir变大。当传感器施加电压Vr变得非常高时，在排气侧电极52，排气中的水被分解。通过水的分解而产生的氧化物离子在固体电解质层51内从排气侧电极52向大气侧电极53移动。其结果是，由于水的分解而产生的电流也作为输出电流Ir被检测，所以输出电流Ir变得比极限电流大。这样的电压区域被称为水分解区域。
图7是表示图6的X－X区域中的电压－电流特性的图。从图7可知，即使在极限电流区域中，在排气的空燃比为恒定时，随着传感器施加电压Vr变高，输出电流Ir也会稍微变大。因而，输出电流Ir为零时的传感器施加电压Vr的值根据排气的空燃比而变化。
例如，在排气的空燃比为理论空燃比(14.6)的情况下，输出电流Ir为零时的传感器施加电压Vr的值为0.45V。在排气的空燃比比理论空燃比低(浓)的情况下，输出电流Ir为零时的传感器施加电压Vr的值比0.45V高。另一方面，在排气的空燃比比理论空燃比高(稀)的情况下，输出电流Ir为零时的传感器施加电压Vr的值比0.45V低。
图8是表示排气的空燃比和输出电流Ir的关系的图。在图8中，理论空燃比附近的区域被放大。图8示出传感器施加电压Vr为0.3V、0.45V以及0.6V时的排气的空燃比和输出电流Ir的关系。图9是示出输出电流为零时的传感器施加电压Vr和排气侧电极上的氧浓度的关系的曲线图。在图9中，y轴(排气侧电极上的氧浓度)以对数方式显示。排气的空燃比越浓，排气侧电极上的氧浓度越低。从图8和图9可知，随着传感器施加电压Vr变高，输出电流Ir为零时的排气的空燃比变低(变浓)。
即使排气的空燃比为恒定，也会由于电路误差，空燃比传感器的输出电流的值在空燃比传感器的个体之间产生偏差。另外，即使是同一空燃比传感器，也会由于老化(经年劣化)等，对于排气的预定空燃比的、输出电流的值产生偏差。因而，根据空燃比传感器的输出电流算出的排气的空燃比产生误差。
另一方面，在空燃比传感器的输出电流为零时，在电路中不流过电流，因此电路误差非常小。另外，通过在内燃机起动时等的空燃比传感器的非活性状态下，学习输出电流为零时的电路误差，能够使电路误差更小。因而，空燃比传感器能够精度良好地检测与零输出电流对应的空燃比。例如，在将传感器施加电压设定为0.45V的情况下，空燃比传感器能够精度良好地对排气的空燃比为理论空燃比进行检测。
＜内燃机的排气净化装置＞
以下，对本发明的第一实施方式涉及的内燃机的排气净化装置(以下，仅称为“排气净化装置”)进行说明。排气净化装置具备上游侧催化剂20、下游侧催化剂24、上游侧空燃比传感器40、下游侧空燃比传感器41、电流检测装置61、电压施加装置60、电压控制部71以及空燃比控制部72。在本实施方式中，ECU31作为电压控制部71和空燃比控制部72发挥作用。
图10是表示本发明的第一实施方式涉及的内燃机的排气净化装置的一部分的框图。电压控制部71经由电压施加装置60对向下游侧空燃比传感器41施加的施加电压进行控制。空燃比控制部72控制向上游侧催化剂20流入的排气(以下，称为“流入排气”)的空燃比，以使得下游侧空燃比传感器41的输出电流成为目标值。空燃比控制部72通过变更向燃烧室5供给的燃料的量来控制流入排气的空燃比。
目标值被预先确定，在本实施方式中为零。如上述那样，在输出电流为零时，电路误差小。因而，通过上述的控制，能够将从上游侧催化剂20流出的排气(以下，称为“流出排气”)的空燃比精度良好地控制为与零输出电流对应的空燃比。
在内燃机中，即使进行了使流入排气的空燃比接近于目标空燃比(例如理论空燃比)的控制，也存在由于干扰等导致流入排气的空燃比大幅度偏离目标空燃比的情况。例如，在车辆加速时等内燃机负荷急剧上升的情况下，从燃料喷射阀11喷射的燃料的量增加。因而，有时流入排气的空燃比从目标空燃比向浓侧大幅偏离，上游侧催化剂20的氧吸藏量变为零。在该情况下，从上游侧催化剂20流出大量的未燃烧气体，被下游侧空燃比传感器41检测的流出排气的空燃比的浓程度变大。再者，空燃比的浓程度是指比理论空燃比浓的空燃比与理论空燃比之差。
另外，当预定的执行条件成立时，空燃比控制部72执行在内燃机的运转中停止对燃烧室5的燃料供给的燃料切断控制。空燃比控制部72在燃料切断控制中通过停止从燃料喷射阀11的燃料喷射而停止对燃烧室5的燃料供给。预定的执行条件在例如加速器踏板42的踏下量为零或大致零(即内燃机负荷为零或大致零)且内燃机转速为比怠速时的转速高的预定的转速以上时成立。
当执行燃料切断控制时，空气或与空气同样的气体排出到排气通路，因此向上游侧催化剂20流入空燃比极高的气体。因而，有时流入排气的空燃比从目标值向稀侧大幅偏离，有时上游侧催化剂20的氧吸藏量变为最大。在该情况下，从上游侧催化剂20流出大量的氧，被下游侧空燃比传感器41检测的流出排气的空燃比的稀程度变大。再者，空燃比的稀程度是指比理论空燃比稀的空燃比与理论空燃比之差。
在由于干扰等而流出排气的空燃比的浓程度变大的情况下，为了抑制未燃烧气体的流出，需要使流入排气的空燃比成为比理论空燃比稀，使流出排气的空燃比接近于理论空燃比附近。但是，当流出排气的目标空燃比被设定为理论空燃比或比理论空燃比稀时，有可能由于控制误差，流出排气的空燃比的稀程度变大，从上游侧催化剂20流出大量的NOx。该问题特别是在由于老化等而导致上游侧催化剂20的最大氧吸藏量降低的情况下显著。
另外，在由于燃料切断控制等而流出排气的空燃比的稀程度变大的情况下，为了抑制NOx的流出，需要使流入排气的空燃比成为比理论空燃比浓，使流出排气的空燃比接近于理论空燃比附近。但是，当流出排气的目标空燃比被设定为理论空燃比或比理论空燃比浓时，有可能由于控制误差，流出排气的空燃比的浓程度变大，从上游侧催化剂20流出大量的未燃烧气体。该问题特别是在由于老化等而导致上游侧催化剂20的最大氧吸藏量降低的情况下显著。
因此，在本实施方式中，在被下游侧空燃比传感器41检测到的流出排气的空燃比变得高于比理论空燃比稀的稀判定空燃比时，将流出排气的目标空燃比设定为微稀空燃比。微稀空燃比被预先设定，被设定为比理论空燃比略稀的值。由于微稀空燃比的稀程度极低，所以在流出排气的空燃比为微稀空燃比时，从上游侧催化剂20几乎不流出NOx。稀判定空燃比被预先设定，在本实施方式中与微稀空燃比相等。再者，稀判定空燃比也可以是比微稀空燃比更稀的空燃比。
另外，在本实施方式中，在被下游侧空燃比传感器41检测到的流出排气的空燃比变得低于比理论空燃比浓的浓判定空燃比时，将流出排气的目标空燃比设定为微浓空燃比。微浓空燃比被预先设定，被设定为比理论空燃比略低的值。由于微浓空燃比的浓程度极低，所以在流出排气的空燃比为微浓空燃比时，从上游侧催化剂20几乎不流出未燃烧气体。浓判定空燃比被预先设定，在本实施方式中与微浓空燃比相等。再者，浓判定空燃比也可以是比微浓空燃比更浓的空燃比。
如上述那样，空燃比控制部72以使得下游侧空燃比传感器41的输出电流为零的方式控制流入排气的空燃比。因而，流出排气的空燃比接近于与零输出电流对应的空燃比。另外，与零输出电流对应的空燃比根据向下游侧空燃比传感器41施加的施加电压而变动。具体地说，从图7和图8可知，当降低向下游侧空燃比传感器41施加的施加电压时，与零输出电流对应的空燃比变稀，当提高向下游侧空燃比传感器41施加的施加电压时，与零输出电流对应的空燃比变浓。因而，在本实施方式中，通过变更向下游侧空燃比传感器41施加的施加电压来变更流出排气的目标空燃比。
具体地说，电压控制部71执行在被下游侧空燃比传感器41检测到的流出排气的空燃比高于稀判定空燃比时，将向下游侧空燃比传感器41施加的施加电压设定为比基准电压低的第一电压的减压控制。基准电压是在流出排气的空燃比为理论空燃比时下游侧空燃比传感器41的输出电流成为零的电压，在本实施方式中为0.45V。第一电压是在流出排气的空燃比为微稀空燃比时下游侧空燃比传感器41的输出电流成为零的电压。第一电压被设定为例如0.15V以上且0.44V以下。该电压区域位于极限电流区域内，通过将第一电压设定为极限电流区域内的值，能够抑制输出电流成为零时的空燃比的偏差。在本实施方式中，第一电压被设定为0.3V。由此，能够抑制微稀空燃比的稀程度变得过高。
根据上述的减压控制，能够抑制在使流出排气的空燃比从稀侧向理论空燃比接近时由于控制误差而导致流出排气的空燃比的浓程度变大的情况。因此，通过减压控制能够抑制从上游侧催化剂20流出大量的未燃烧气体，进而能够抑制废气排放的恶化。
另外，电压控制部71执行在被下游侧空燃比传感器41检测到的流出排气的空燃比低于浓判定空燃比时，将向下游侧空燃比传感器41施加的施加电压设定为比基准电压高的第二电压的升压控制。第二电压是在流出排气的空燃比为微浓空燃比时下游侧空燃比传感器41的输出电流成为零的电压。第二电压被设定为例如0.46V以上且0.7V以下。该电压区域位于极限电流区域内，通过将第二电压设定为极限电流区域内的值，能够抑制输出电流成为零时的空燃比的偏差。在本实施方式中，第二电压被设定为0.6V。由此，能够抑制微浓空燃比的浓程度变得过高。另外，在本实施方式中，第一电压与基准电压之差和第二电压与基准电压之差相等。换句话说，微稀空燃比的稀程度与微浓空燃比的浓程度相等。
根据上述的升压控制，能够抑制在使流出排气的空燃比从浓侧向理论空燃比接近时由于控制误差而导致流出排气的空燃比的稀程度变大的情况。因此，通过升压控制能够抑制从上游侧催化剂20流出大量的NOx，进而能够抑制废气排放的恶化。
＜使用时间图的控制的说明＞
以下，参照图11，具体地说明减压控制和升压控制。图11是在执行减压控制和升压控制时的流入排气的目标空燃比、向下游侧空燃比传感器41施加的施加电压、下游侧空燃比传感器41的输出电流以及被下游侧空燃比传感器41检测到的流出排气的空燃比的时间图。
如上述那样，在本实施方式中，以使得下游侧空燃比传感器41的输出电流为零的方式控制流入排气的空燃比。因而，在图11的时间图中，在下游侧空燃比传感器41的输出电流大于零时，流入排气的目标空燃比被设为比理论空燃比浓，在下游侧空燃比传感器41的输出电流小于零时，流入排气的目标空燃比被设为比理论空燃比稀。
在图11的例子中，在内燃机起动后的时刻t1时，向下游侧空燃比传感器41施加的施加电压被设定为0.45V(基准电压Vref)。因此，流出排气的目标空燃比被设定为理论空燃比(14.6)。
然后，在时刻t2时，由于干扰等造成的不能控制(控制失灵)，下游侧空燃比传感器41的输出电流变得小于浓侧切换判定值Irich＿Vref。从图8可知，浓侧切换判定值Irich＿Vref是在向下游侧空燃比传感器41施加的施加电压为基准电压Vref时与浓判定空燃比AFjrich对应的输出电流的值。因此，在时刻t2时，被下游侧空燃比传感器41检测到的流出排气的空燃比变得低于浓判定空燃比AFjrich。
在时刻t2时，向下游侧空燃比传感器41施加的施加电压被设定为第二电压(0.6V)。即，向下游侧空燃比传感器41施加的施加电压从基准电压被切换为第二电压。因此，流出排气的目标空燃比从理论空燃比被切换为微浓空燃比AFsrich。
当向下游侧空燃比传感器41施加的施加电压从基准电压被切换为第二电压时，流出排气的空燃比朝着微浓空燃比AFsrich变化。流出排气的空燃比由于过冲而暂时变成比微浓空燃比AFsrich稀。但是，流出排气的空燃比没有变得比理论空燃比稀。
然后，在时刻t3时，由于干扰等造成的不能控制，下游侧空燃比传感器41的输出电流变得大于稀侧切换判定值Ilean＿V2。从图8可知，稀侧切换判定值Ilean＿V2是在向下游侧空燃比传感器41施加的施加电压为第二电压V2时与稀判定空燃比AFjlean对应的输出电流的值。因此，在时刻t3时，被下游侧空燃比传感器41检测到的流出排气的空燃比变得高于稀判定空燃比AFjlean。
在时刻t3时，向下游侧空燃比传感器41施加的施加电压被设定为第一电压(0.3V)。即，向下游侧空燃比传感器41施加的施加电压从第二电压被切换为第一电压。因此，流出排气的目标空燃比从微浓空燃比AFsrich被切换为微稀空燃比AFslean。
当向下游侧空燃比传感器41施加的施加电压从第二电压被切换为第一电压时，流出排气的空燃比朝着微稀空燃比AFslean变化。流出排气的空燃比由于过冲而暂时变成比微稀空燃比AFsrich浓。但是，流出排气的空燃比没有变得比理论空燃比浓。
然后，在时刻t4时，由于干扰等造成的不能控制，下游侧空燃比传感器41的输出电流变得小于浓侧切换判定值Irich＿V1。从图8可知，浓侧切换判定值Irich＿V1是在向下游侧空燃比传感器41施加的施加电压为第一电压V1时与浓判定空燃比AFjrich对应的输出电流的值。因此，在时刻t4时，被下游侧空燃比传感器41检测到的流出排气的空燃比变得低于浓判定空燃比AFjrich。
在时刻t4时，向下游侧空燃比传感器41施加的施加电压被设定为第二电压(0.6V)。即，向下游侧空燃比传感器41施加的施加电压从第一电压被切换为第二电压。因此，流出排气的目标空燃比从微稀空燃比AFslean被切换为微浓空燃比AFsrich。
在图11的例子中，在时刻t2以后使流出排气的空燃比从浓侧接近理论空燃比时，流出排气的空燃比没有达到理论空燃比。但是，只要能够抑制流出排气的空燃比的稀程度变大，则流出排气的空燃比可以暂时成为比理论空燃比稀。另外，在图11的例子中，在时刻t3以后使流出排气的空燃比从稀侧接近理论空燃比时，流出排气的空燃比没有达到理论空燃比。但是，只要能够抑制流出排气的空燃比的浓程度变大，则流出排气的空燃比可以暂时成为比理论空燃比浓。
＜电压切换控制＞
以下，参照图12的流程图，对用于在本实施方式中切换向下游侧空燃比传感器41施加的施加电压的电压切换控制进行说明。图12是表示本发明的第一实施方式中的电压切换控制的控制例程的流程图。本控制例程在内燃机起动后由ECU31以预定的时间间隔执行。
首先，在步骤S101中，电压控制部71判定切换执行标志Fs是否为1。切换执行标志Fs，在向下游侧空燃比传感器41施加的施加电压被设定为第一电压V1或第二电压V2时被设定为1，在内燃机停止时被复位而成为零。另外，切换执行标志Fs的初始值是零。
在步骤S101中判定为切换执行标志Fs为零的情况下，本控制例程进入到步骤S102。在步骤S102中，电压控制部71将向下游侧空燃比传感器41施加的施加电压Vdwn设定为基准电压Vref。基准电压Vref是在流出排气的空燃比为理论空燃比时下游侧空燃比传感器41的输出电流成为零的电压，例如为0.45V。
接着，在步骤S103中，电压控制部71判定内燃机的预热是否完成。电压控制部71在例如内燃机水温为预定温度以上的情况下判定为内燃机的预热已完成，在内燃机水温小于预定温度的情况下，判定为内燃机的预热未完成。在步骤S103中判定为内燃机的预热未完成的情况下，本控制例程结束。
另一方面，在步骤S103中判定为内燃机的预热完成的情况下，本控制例程进入到步骤S104。在步骤S104中，电压控制部71判定下游侧空燃比传感器41的输出电流Idwn是否低于浓侧切换判定值Irich。输出电流Idwn由电流检测装置61来检测。浓侧切换判定值Irich是与浓判定空燃比对应的输出电流的值。因此，在步骤S104中，电压控制部71判定被下游侧空燃比传感器41检测到的流出排气的空燃比是否低于浓判定空燃比。
再者，浓侧切换判定值Irich基于当前的施加电压Vdwn来确定。如图8所示，施加电压Vdwn为基准电压Vref(0.45V)时的浓侧切换判定值Irich＿Vref高于施加电压Vdwn为第一电压(0.3V)时的浓侧切换判定值Irich＿V1。
在步骤S104中判定为下游侧空燃比传感器41的输出电流Idwn为浓侧切换判定值Irich以上的情况下，本控制例程进入到步骤S105。在步骤S105中，电压控制部71判定下游侧空燃比传感器41的输出电流Idwn是否高于稀侧切换判定值Ilean。稀侧切换判定值Ilean是与稀判定空燃比对应的输出电流的值。因此，在步骤S105中，电压控制部71判定被下游侧空燃比传感器41检测到的流出排气的空燃是否比高于稀判定空燃比。
再者，稀侧切换判定值Ilean基于当前的施加电压Vdwn来确定。如图8所示，施加电压Vdwn为基准电压Vref(0.45V)时的稀侧切换判定值Ilean＿Vref低于施加电压Vdwn为第二电压(0.6V)时的稀侧切换判定值Ilean＿V2。
在步骤S105中判定为下游侧空燃比传感器41的输出电流Idwn为稀侧切换判定值Ilean以下的情况下，本控制例程结束。
另一方面，在步骤S104中判定为下游侧空燃比传感器41的输出电流Idwn低于浓侧切换判定值Irich的情况下，本控制例程进入到步骤S108。在步骤S108中，电压控制部71将施加电压Vdwn设定为第二电压V2。即，流出排气的目标空燃比被设定为微浓空燃比。第二电压V2比基准电压高，例如为0.6V。
另外，在步骤S105中判定为下游侧空燃比传感器41的输出电流Idwn高于稀侧切换判定值Ilean的情况下，本控制例程进入到步骤S106。在步骤S106中，电压控制部71将施加电压Vdwn设定为第一电压V1。即，流出排气的目标空燃比被设定为微稀空燃比。第一电压V1比基准电压低，例如为0.3V。
在步骤S108或步骤S106之后，本控制例程进入到步骤S107。在步骤S107中，电压控制部71将切换执行标志Fs设定为1。在步骤S107之后，本控制例程结束。
另外，在步骤S101中判定为切换执行标志Fs为1的情况下，本控制例程跳过步骤S102以及步骤S103而进入到步骤S104。
再者，在通过燃料切断控制而下游侧空燃比传感器41的输出电流Idwn变得高于稀侧切换判定值Ilean的情况下，也可以在燃料切断控制结束时将施加电压Vdwn设定为第一电压V1。另外，也可以省略步骤S104以及步骤S108或步骤S105以及步骤S106。即，也可以仅执行升压控制和减压控制中的任一方。另外，也可以即使在向下游侧空燃比传感器41施加的施加电压被设定为第一电压V1或第二电压V2后，向下游侧空燃比传感器41施加的施加电压Vdwn也暂时被设定为基准电压Vref。
＜空燃比控制＞
以下，参照图13的流程图，对本实施方式中的空燃比控制进行说明。
图13是表示本发明的第一实施方式中的空燃比控制的流程图。本控制例程在内燃机起动后由ECU31以预定的时间间隔执行。空燃比控制部72以使得下游侧空燃比传感器41的输出电流Idwn变为零的方式控制流入排气的空燃比。
首先，在步骤S201中，与图12的步骤S103同样地，空燃比控制部72判定是否完成内燃机的预热。在判定为内燃机的预热未完成的情况下，本控制例程结束。另一方面，在判定为内燃机的预热完成的情况下，本控制例程进入到步骤S202。
在步骤S202中，空燃比控制部72判定下游侧空燃比传感器41的输出电流Idwn是否大于零。输出电流Idwn由电流检测装置61来检测。在步骤S202中判定为下游侧空燃比传感器41的输出电流Idwn为零以下的情况下，本控制例程进入到步骤S203。
在步骤S203中，空燃比控制部72判定下游侧空燃比传感器41的输出电流Idwn是否小于零。在判定为下游侧空燃比传感器41的输出电流Idwn为零以上的情况下，即输出电流Idwn为零的情况下，本控制例程结束。
另一方面，在步骤S202中判定为下游侧空燃比传感器41的输出电流Idwn大于零的情况下，本控制例程进入到步骤S205。在步骤S205中，空燃比控制部72将流入排气的目标空燃比TAF设定为比理论空燃比浓的浓空燃比TAFrich。具体地说，空燃比控制部72基于下游侧空燃比传感器41的输出电流Idwn与零之差来设定浓空燃比TAFrich，修正从燃料喷射阀11喷射的燃料的量。在步骤S205之后，本控制例程结束。
另外，在步骤S203中判定为下游侧空燃比传感器41的输出电流Idwn小于零的情况下，本控制例程进入到步骤S204。在步骤S204中，空燃比控制部72将流入排气的目标空燃比TAF设定为比理论空燃比稀的稀空燃比TAFlean。具体地说，空燃比控制部72基于下游侧空燃比传感器41的输出电流Idwn与零之差来设定稀空燃比TAFlean，修正从燃料喷射阀11喷射的燃料的量。在步骤S204之后，本控制例程结束。
＜第二实施方式＞
第二实施方式涉及的内燃机的排气净化装置，除了以下说明的点以外基本上与第一实施方式涉及的内燃机的排气净化装置的构成以及控制相同。因而，以下对于本发明的第二实施方式，以与第一实施方式不同的部分为中心进行说明。
图14是表示本发明的第二实施方式涉及的内燃机的排气净化装置的一部分的框图。排气净化装置还具备检测吸入空气量的吸入空气量检测装置80。吸入空气量检测装置80是例如空气流量计39。
吸入空气量多，则排气的量也多，上游侧催化剂20中的气体反应时间减少。因而，恐怕在流出排气的空燃比从稀侧达到理论空燃比之前，流出大量的未燃烧气体。另外，恐怕在流出排气的空燃比从浓侧达到理论空燃比之前，流出大量的NOx。
因而，在第二实施方式中，吸入空气量越多，就将在流出排气的空燃比成为高于稀判定空燃比时所设定的流出排气的目标空燃比、即微稀空燃比设定得越稀。从图7和图8可知，当降低向下游侧空燃比传感器41施加的施加电压时，与零输出电流对应的空燃比变稀。因而，电压控制部71在吸入空气量越多的情况下使第一电压越降低。由此，能够进行与吸入空气量相对应的目标空燃比的设定，即使在吸入空气量多的情况下，也能够抑制从上游侧催化剂20流出大量的未燃烧气体。因此，能够更进一步抑制废气排放的恶化。再者，在第二实施方式中，第一电压根据吸入空气量而在0.15V以上且0.44V以下的范围内被变更。
另外，在第二实施方式中，吸入空气量越多，就将在流出排气的空燃比成为低于浓判定空燃比时所设定的流出排气的目标空燃比、即微浓空燃比设定得越浓。从图7和图8可知，当提高向下游侧空燃比传感器41施加的施加电压时，与零输出电流对应的空燃比变浓。因而，电压控制部71在吸入空气量越多的情况下使第二电压越提高。由此，能够进行与吸入空气量相对应的目标空燃比的设定，即使在吸入空气量多的情况下，也能够抑制从上游侧催化剂20流出大量的NOx。因此，能够更进一步抑制废气排放的恶化。再者，在第二实施方式中，第二电压根据吸入空气量而在0.46V以上且0.7V以下的范围内被变更。
如图14所示，排气净化装置还具备判定上游侧催化剂20的劣化程度的催化剂判定部73。在本实施方式中，ECU31作为催化剂判定部73发挥作用。催化剂判定部73利用公知的方法判定上游侧催化剂20的劣化程度。例如，催化剂判定部73如日本特开2016－169664号公报等所记载的那样使用上游侧空燃比传感器40和下游侧空燃比传感器41来算出上游侧催化剂20的最大氧吸藏量，最大氧吸藏量越少，判定为上游侧催化剂20的劣化程度越大。
当上游侧催化剂20的劣化程度大时，上游侧催化剂20中的气体反应性降低。因而，恐怕在流出排气的空燃比从稀侧达到理论空燃比之前，流出大量的未燃烧气体。另外，恐怕在流出排气的空燃比从浓侧达到理论空燃比之前，流出大量的NOx。
因而，在第二实施方式中，上游侧催化剂20的劣化程度越大，就将在流出排气的空燃比成为高于稀判定空燃比时所设定的流出排气的目标空燃比、即微稀空燃比设定得越稀。因此，电压控制部71在上游侧催化剂20的劣化程度越大的情况下使第一电压越降低。由此，能够进行与上游侧催化剂20的劣化程度相对应的目标空燃比的设定，即使在上游侧催化剂20的劣化程度大的情况下，也能够抑制从上游侧催化剂20流出大量的未燃烧气体。因此，能够更进一步抑制废气排放的恶化。再者，在第二实施方式中，第一电压根据上游侧催化剂20的劣化程度而在0.15V以上且0.44V以下的范围内被变更。
另外，在第二实施方式中，上游侧催化剂20的劣化程度越大，就将在流出排气的空燃比成为低于浓判定空燃比时所设定的流出排气的目标空燃比、即微浓空燃比设定得越浓。因此，电压控制部71在上游侧催化剂20的劣化程度越大的情况下使第二电压越提高。由此，能够进行与上游侧催化剂20的劣化程度相对应的目标空燃比的设定，即使在上游侧催化剂20的劣化程度大的情况下，也能够抑制从上游侧催化剂20流出大量的NOx。因此，能够更进一步抑制废气排放的恶化。再者，在第二实施方式中，第二电压根据上游侧催化剂20的劣化程度而在0.46V以上且0.7V以下的范围内被变更。
＜电压设定控制＞
以下，参照图15的流程图，对用于在本实施方式中设定第一电压和第二电压的电压设定控制进行说明。在第二实施方式中，除了图12的电压切换控制和图13的空燃比控制之外，还执行图15的电压设定控制。图15是表示本发明的第二实施方式中的电压设定控制的控制例程的流程图。本控制例程在内燃机起动后由ECU31以预定的时间间隔执行。
首先，在步骤S301中，电压控制部71取得吸入空气量。吸入空气量由吸入空气量检测装置80来检测。接着，在步骤S302中，电压控制部71取得上游侧催化剂20的劣化程度。上游侧催化剂20的劣化程度由催化剂判定部73来判定。
接着，在步骤S303中，电压控制部71基于吸入空气量和上游侧催化剂20的劣化程度来设定第一电压V1。具体地说，电压控制部71使用如图16所示那样的映射来设定第一电压V1。在图16的映射中，第一电压V1作为吸入空气量Ga和上游侧催化剂20的劣化程度Cdd的函数而示出。该映射以在劣化程度Cdd为恒定的情况下吸入空气量Ga越多而第一电压V1越低的方式制成。另外，该映射以在吸入空气量Ga为恒定的情况下劣化程度Cdd越大而第一电压V1越低的方式制成。
接着，在步骤S304中，电压控制部71基于吸入空气量和上游侧催化剂20的劣化程度来设定第二电压V2。具体地说，电压控制部71使用如图17所示那样的映射来设定第二电压V2。在图17的映射中，第二电压V2作为吸入空气量Ga和上游侧催化剂20的劣化程度Cdd的函数而示出。该映射以在劣化程度Cdd为恒定的情况下吸入空气量Ga越多而第二电压V1越高的方式制成。另外，该映射以在吸入空气量Ga为恒定的情况下劣化程度Cdd越大而第二电压V2越高的方式制成。
在步骤S304之后，本控制例程结束。步骤S303中所设定的第一电压V1被用于图12的步骤S106，步骤S304中所设定的第二电压V2被用于图12的步骤S108。
再者，也可以省略步骤S301或者步骤S302。在省略步骤S301的情况下，电压控制部71基于上游侧催化剂20的劣化程度来设定第一电压V1和第二电压V2，劣化程度越大，就使第一电压越降低且使第二电压越提高。在省略步骤S302的情况下，电压控制部71基于吸入空气量来设定第一电压V1和第二电压V2，吸入空气量越多，就使第一电压越降低且使第二电压越提高。
另外，排气净化装置也可以具备对吸入空气进行推定的吸入空气量推定部来代替吸入空气量检测装置80。在该情况下，ECU31作为吸入空气量推定部来发挥作用。吸入空气量推定部使用例如日本特开2013－133793号公报所记载的模型计算来推定吸入空气量。
以上，对本发明涉及的优选的实施方式进行了说明，但本发明不限于这些实施方式，能够在权利要求书所记载的范围内实施各种修改以及变更。在上述的实施方式中，空燃比控制基本上基于下游侧空燃比传感器41的输出来进行。另外，排气中的有害物质基本上在上游侧催化剂20中被净化。因而，排气净化装置也可以不具备上游侧空燃比传感器40和下游侧催化剂24。
另外，存在即使在下游侧空燃比传感器41的输出电流为零时，也在下游侧空燃比传感器41和电路70中产生微小的误差的情况，因此也可以考虑这些误差，将下游侧空燃比传感器41的输出电流的目标值设定为比零略高的值或比零略低的值。

Claims (8)

1.一种内燃机的排气净化装置，具备：
催化剂，配置在内燃机的排气通路中，并且能够吸藏氧；
空燃比传感器，配置在所述催化剂的下游侧，并且对从所述催化剂流出的流出排气的空燃比进行检测；
电流检测装置，检测所述空燃比传感器的输出电流；
电压施加装置，向所述空燃比传感器施加电压；
电压控制部，控制向所述空燃比传感器施加的施加电压；以及
空燃比控制部，控制向所述催化剂流入的流入排气的空燃比，
所述空燃比控制部以使得所述空燃比传感器的输出电流成为预先设定的目标值的方式控制所述流入排气的空燃比，
所述电压控制部执行减压控制和升压控制中的至少一方，所述减压控制是在由所述空燃比传感器检测到的所述流出排气的空燃比高于比理论空燃比稀的稀判定空燃比时将所述施加电压设定为比基准电压低的第一电压的控制，所述升压控制是在由所述空燃比传感器检测到的所述流出排气的空燃比低于比理论空燃比浓的浓判定空燃比时将所述施加电压设定为比所述基准电压高的第二电压的控制，所述基准电压是在所述流出排气的空燃比为理论空燃比时所述空燃比传感器的输出电流成为零的电压。
2.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，
所述目标值为零。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置，
所述电压控制部执行所述减压控制，所述第一电压是0.15V以上且0.44V以下。
4.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置，
所述电压控制部执行所述升压控制，所述第二电压是0.46V以上且0.7V以下。
5.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置，
还具备检测吸入空气量的吸入空气量检测装置或推定吸入空气量的吸入空气量推定部，
所述电压控制部执行所述减压控制，吸入空气量越多，使所述第一电压越低。
6.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置，
还具备判定所述催化剂的劣化程度的催化剂判定部，
所述电压控制部执行所述减压控制，所述催化剂的劣化程度越大，使所述第一电压越低。
7.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置，
还具备检测吸入空气量的吸入空气量检测装置或推定吸入空气量的吸入空气量推定部，
所述电压控制部执行所述升压控制，吸入空气量越多，使所述第二电压越高。
8.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置，
还具备判定所述催化剂的劣化程度的催化剂判定部，
所述电压控制部执行所述升压控制，所述催化剂的劣化程度越大，使所述第二电压越高。
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