氣體傳感器控制設(shè)備和氣體傳感器控制方法
【專(zhuān)利摘要】表示空氣燃料比和所述催化劑的催化轉(zhuǎn)化效率之間的關(guān)系的催化劑的催化轉(zhuǎn)化特性包括第二空氣燃料比點(diǎn)，該第二空氣燃料比點(diǎn)是NOx開(kāi)始從催化劑流出的點(diǎn)，且位于形成富有成分和氧的平衡點(diǎn)的第一空氣燃料比點(diǎn)的富有側(cè)。恒流電路(43)連接到傳感器元件(31)，該恒流電路(43)引起電流從排氣側(cè)電極(33)、通過(guò)傳感器元件(31)中的固態(tài)電解質(zhì)層(32)流向大氣側(cè)電極(34)。微計(jì)算機(jī)(41)基于在催化劑處第一空氣燃料比點(diǎn)和第二空氣燃料比點(diǎn)之間的差異，控制由恒流電路(43)引起的電流的電流值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】氣體傳感器控制設(shè)備和氣體傳感器控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)涉及一種氣體傳感器控制設(shè)備和一種氣體傳感器控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]例如，在車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)(例如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī))中提供了氣體傳感器，其可輸出電動(dòng)勢(shì)。在這種氣體傳感器中，從發(fā)動(dòng)機(jī)釋放的排出氣體用作氣體傳感器的感測(cè)對(duì)象，并利用氣體傳感器感測(cè)排出氣體的氧濃度。這種氣體傳感器包括電動(dòng)勢(shì)(EMF)單元，其輸出取決于排出氣體是豐富還是貧乏而變化的電動(dòng)勢(shì)信號(hào)。具體而言，在空氣燃料比富有時(shí)，電動(dòng)勢(shì)單元輸出大約0.9V的電動(dòng)勢(shì)信號(hào)。相反，在空氣燃料比貧乏時(shí)，電動(dòng)勢(shì)單元輸出大約OV的電動(dòng)勢(shì)信號(hào)。
[0003]在這種氣體傳感器中，在排出氣體的空氣燃料比在富有和貧乏之間變化時(shí)，相對(duì)于空氣燃料比的實(shí)際變化，傳感器輸出的變化可能有不利的延遲。為了改善這種氣體傳感器的輸出特性，已經(jīng)提出了各種技術(shù)。
[0004]例如，JP2012-063345A(對(duì)應(yīng)于US 2012/0043205A1)公開(kāi)了一種氣體傳感器控制設(shè)備，其中恒流電路連接到一對(duì)傳感器電極(即兩個(gè)傳感器電極)中的至少一個(gè)。在這種氣體傳感器控制設(shè)備中，在確定存在改變氣體傳感器的輸出特性的需要時(shí)，基于該需求確定恒定電流的流向。然后，控制恒流電路，以在確定的方向上引起恒定電流流動(dòng)。通過(guò)供應(yīng)恒定電流，適當(dāng)控制氣體傳感器的輸出特性。
[0005]可以將輸出電動(dòng)勢(shì)的氣體傳感器(O2傳感器)放在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管道中三效催化劑的下游側(cè)，以在利用三效催化劑凈化排出氣體之后感測(cè)排出氣體的空氣燃料比的富有/貧乏。在這種情況下，可以利用三效催化劑凈化排出氣體的CO、HC(兩者都是富有成分)和NOx(貧乏成分)。然而，在空氣燃料比超過(guò)理論空氣燃料比附近的預(yù)定空氣燃料比時(shí)(例如，在空氣燃料比位于三效催化劑催化轉(zhuǎn)化窗口貧乏側(cè)時(shí))，三效催化劑轉(zhuǎn)化例如NOx的催化轉(zhuǎn)化效率迅速降低。根據(jù)本申請(qǐng)發(fā)明人進(jìn)行的研究，對(duì)于三效催化劑的催化轉(zhuǎn)化特性而言，證實(shí)NOx開(kāi)始從三效催化劑流出所處的NOx流出空氣燃料比點(diǎn)位于空氣燃料比點(diǎn)的富有側(cè)，這形成三效催化劑處富有成分和氧的平衡點(diǎn)。
[0006]鑒于以上各點(diǎn)，即使在NOx在三效催化劑的下游側(cè)從三效催化劑流出的情況下，在一些情況下也會(huì)不適當(dāng)?shù)卦跉怏w傳感器處進(jìn)行基于排出氣體中氧存在的貧乏感測(cè)。因此，在利用氣體傳感器的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行控制操作以限制NOx排放的情況下，可能會(huì)意外發(fā)生不希望的NOx排放。
[0007]在上述現(xiàn)有技術(shù)中，在兩個(gè)傳感器電極之間傳導(dǎo)恒定電流，以改變傳感器輸出特性并由此改善感測(cè)響應(yīng)。此外，在發(fā)動(dòng)機(jī)的高負(fù)荷運(yùn)行下，考慮到響應(yīng)于新鮮空氣量的增加而預(yù)期的NOx排放量的增加，所以提高響應(yīng)級(jí)。
[0008]然而，還沒(méi)有一種現(xiàn)有技術(shù)考慮上述催化劑中的催化轉(zhuǎn)化特性來(lái)改變傳感器輸出特性?？紤]一種具有重要意義的技術(shù)，其基于根據(jù)催化劑的催化轉(zhuǎn)化特性改變傳感器輸出特性的新目標(biāo)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本公開(kāi)是考慮到以上問(wèn)題做出的，并因此本公開(kāi)的目的是提供一種氣體傳感器控制設(shè)備和一種氣體傳感器控制方法，其能夠適當(dāng)改變氣體傳感器的輸出特性并能夠限制NOx排放。
[0010]根據(jù)本公開(kāi)，提供了一種應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)的排出氣體凈化裝置的氣體傳感器控制設(shè)備，所述排出氣體凈化裝置包括催化劑和氣體傳感器。催化劑安裝在所述內(nèi)燃機(jī)的排氣裝置中并凈化作為所述內(nèi)燃機(jī)的排出氣體中貧乏成分的NOx和所述排出氣體的富有成分。氣體傳感器安裝在所述催化劑的中間部分中的位置處或所述催化劑的下游側(cè)的位置處，以在利用所述催化劑凈化所述排出氣體之后感測(cè)所述排出氣體的用作感測(cè)對(duì)象的氣體成分。所述氣體傳感器包括具有固態(tài)電解質(zhì)體和一對(duì)電極的電動(dòng)勢(shì)單元，用以響應(yīng)于所述排出氣體的空氣燃料比產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。表示空氣燃料比和所述催化劑的催化轉(zhuǎn)化效率之間的關(guān)系的催化劑的催化轉(zhuǎn)化特性包括第二空氣燃料比點(diǎn)，所述第二空氣燃料比點(diǎn)是NOx從催化劑開(kāi)始流出的點(diǎn)且位于形成富有成分和氧的平衡點(diǎn)的第一空氣燃料比點(diǎn)的富有側(cè)。所述電動(dòng)勢(shì)單元的一對(duì)電極包括參考側(cè)電極和排氣側(cè)電極，所述參考側(cè)電極在從電動(dòng)勢(shì)單元輸出電動(dòng)勢(shì)時(shí)變?yōu)檎齻?cè)，所述排氣側(cè)電極在從所述電動(dòng)勢(shì)單兀輸出電動(dòng)勢(shì)時(shí)變?yōu)樨?fù)側(cè)。氣體傳感器控制設(shè)備包括電流傳導(dǎo)調(diào)節(jié)裝置和控制裝置。電流傳導(dǎo)調(diào)節(jié)裝置引起電流從排氣側(cè)電極、經(jīng)過(guò)電動(dòng)勢(shì)單元中的固態(tài)電解質(zhì)體向參考側(cè)電極流動(dòng)。控制裝置基于在催化劑處第一空氣燃料比點(diǎn)和第二空氣燃料比點(diǎn)之間的差異，控制由電流傳導(dǎo)調(diào)節(jié)裝置引起的電流的電流值。
[0011]根據(jù)本公開(kāi)，還提供了一種應(yīng)用于上述內(nèi)燃機(jī)的排出氣體凈化裝置的氣體傳感器控制方法。在該氣體傳感器控制方法中，基于在催化劑處第一空氣燃料比點(diǎn)和第二空氣燃料比點(diǎn)之間的差異，來(lái)設(shè)定從所述排氣側(cè)電極通過(guò)所述電動(dòng)勢(shì)單元中的固態(tài)電解質(zhì)體流向所述參考側(cè)電極的電流的電流值，并基于電流的所設(shè)定的電流值，引起電流從排氣側(cè)電極、經(jīng)過(guò)電動(dòng)勢(shì)單元中的固態(tài)電解質(zhì)體向參考側(cè)電極流動(dòng)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]本文描述的附圖僅僅出于例示的目的，并非要以任何方式限制本公開(kāi)的范圍。
[0013]圖1是示意性示出根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的完整結(jié)構(gòu)的視圖；
[0014]圖2是示意性示出該實(shí)施例的傳感器元件和傳感器控制布置的截面的視圖；
[0015]圖3是表示空氣燃料比和傳感器元件的電動(dòng)勢(shì)之間的關(guān)系的電動(dòng)勢(shì)特性視圖；
[0016]圖4是示出第一催化劑的催化轉(zhuǎn)化特性和O2傳感器的輸出特性的視圖；
[0017]圖5是示出第一催化劑的催化轉(zhuǎn)化特性和O2傳感器的輸出特性的視圖；
[0018]圖6是用于描述在傳感器元件處的氣體成分反應(yīng)的示意圖；
[0019]圖7是流程圖，示出了實(shí)施例恒定電流控制操作的流程；
[0020]圖8是用于在實(shí)施例中設(shè)定恒流電路的命令電流值的視圖；
[0021]圖9是流程圖，示出了實(shí)施例中用于恒流電路的異常確定過(guò)程；
[0022]圖10是示出在實(shí)施例中關(guān)于第一催化劑的下游側(cè)NOx排放量和HC排放量的測(cè)試結(jié)果的視圖；
[0023]圖11是示出根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例第一變形中的傳感器控制布置的結(jié)構(gòu)的視圖；以及
[0024]圖12是示出根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例第二變形中的傳感器控制布置的結(jié)構(gòu)的視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]將參考附圖描述本公開(kāi)的實(shí)施例。在本實(shí)施例中，使用了一種在車(chē)輛(例如汽車(chē))發(fā)動(dòng)機(jī)(內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī))排氣管道中提供的氣體傳感器，并將描述一種發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其基于氣體傳感器的輸出對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行各種控制操作。在發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中，使用電子控制單元(以下簡(jiǎn)稱(chēng)ECU)執(zhí)行，例如燃料噴射量的控制操作和點(diǎn)火定時(shí)的控制操作。圖1是示意性示出發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的完整結(jié)構(gòu)的視圖。
[0026]在圖1中，發(fā)動(dòng)機(jī)10例如是汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，并具有電子控制的節(jié)流閥11、燃料噴射閥12和點(diǎn)火裝置13。用作或形成排出氣體凈化裝置的催化劑(也稱(chēng)為催化轉(zhuǎn)化器)15a、15b被安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)10的排氣管道14 (用作排氣裝置)中。催化劑15a、15b的每個(gè)都被形成為例如三效催化劑。催化劑15a是第一催化劑，其用作上游側(cè)催化劑，并且催化劑15b是第二催化劑，其用作下游側(cè)催化劑。如現(xiàn)有技術(shù)中已知的，三效催化劑凈化排出氣體的三種有害成分(即CO( —氧化碳)、HC(烴)和NOx (氮氧化物，例如NO))，并通過(guò)向配置成例如蜂窩形式或網(wǎng)格形式的陶瓷襯底應(yīng)用諸如鉬、鈀、銠的金屬而形成。在這種情況下，在三效催化劑處，通過(guò)氧化反應(yīng)凈化作為富有成分的CO和HC，并且通過(guò)還原反應(yīng)凈化作為貧乏成分的 NOx。
[0027]空氣燃料比(A/F)傳感器16位于第一催化劑15a在排出氣體流向的上游側(cè)，并且氧(O2)傳感器17位于第一催化劑15a和第二催化劑15b之間，S卩，在排出氣體流向上位于第一催化劑15a的下游側(cè)和第二催化劑15b的上游側(cè)。除了第一和第二催化劑15a、15b之夕卜，本公開(kāi)的排出氣體凈化裝置可以包括O2傳感器17。A/F傳感器16輸出A/F信號(hào)，其一般與排出氣體的空氣燃料比成正比。此外，O2傳感器17輸出電動(dòng)勢(shì)(EMF)信號(hào)，其取決于排出氣體的空氣燃料比是富有還是貧乏而變化。
[0028]此外，在發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中安裝了各種傳感器，例如油門(mén)開(kāi)度傳感器21、曲柄轉(zhuǎn)角傳感器22、空氣量傳感器23和冷卻劑溫度傳感器24。油門(mén)開(kāi)度傳感器21感測(cè)節(jié)流閥11的開(kāi)度。曲柄轉(zhuǎn)角傳感器22在發(fā)動(dòng)機(jī)10的每個(gè)預(yù)定曲柄轉(zhuǎn)角(例如30度曲柄轉(zhuǎn)角的時(shí)段)輸出矩形波形的曲柄轉(zhuǎn)角信號(hào)?？諝饬總鞲衅?3感測(cè)汲取到發(fā)動(dòng)機(jī)10中的吸入空氣量。冷卻劑溫度傳感器24感測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑的溫度。盡管圖中未示出，但除了以上傳感器之外，還提供了例如感測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中的燃燒壓力的燃燒壓力傳感器、感測(cè)加速器的開(kāi)度(加速器操控量或加速器踏板的壓下量)的加速器開(kāi)度傳感器以及感測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油溫度的油溫傳感器。這些傳感器分別用作工作狀態(tài)感測(cè)模塊。
[0029]E⑶25包括已知類(lèi)型的微計(jì)算機(jī)，其具有CPU、ROM和RAM(存儲(chǔ)器)。E⑶25執(zhí)行ROM中存儲(chǔ)的各種控制程序，以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)執(zhí)行發(fā)動(dòng)機(jī)10的各種控制操作。具體而言，ECU25從上述傳感器接收信號(hào)，并且ECU25計(jì)算每個(gè)對(duì)應(yīng)的燃料噴射量和每個(gè)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)火定時(shí)，以基于該信號(hào)執(zhí)行例如用于驅(qū)動(dòng)燃料噴射閥12的控制操作和用于驅(qū)動(dòng)點(diǎn)火裝置13的控制操作。
[0030]具體而言，相對(duì)于燃料噴射量控制操作而言，ECU25基于A/F傳感器16的測(cè)量信號(hào)和O2傳感器17的測(cè)量信號(hào)執(zhí)行空氣燃料比反饋控制操作，該A/F傳感器16位于第一催化劑15a的上游側(cè)，該O2傳感器17位于第一催化劑15a的下游側(cè)。具體而言，E⑶25執(zhí)行主反饋控制操作，使得利用A/F傳感器16感測(cè)的實(shí)際空氣燃料比(在第一催化劑15a上游側(cè)位置的實(shí)際空氣燃料比)與基于發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)設(shè)定的目標(biāo)空氣燃料比一致。而且，E⑶25執(zhí)行子反饋控制操作，使得利用O2傳感器17感測(cè)的實(shí)際空氣燃料比(在第一催化劑15a下游側(cè)位置的實(shí)際空氣燃料比)與目標(biāo)空氣燃料比一致。在子反饋控制操作中，考慮到第一催化劑15a下游側(cè)的實(shí)際空氣燃料比與目標(biāo)空氣燃料比之間的差異，校正主反饋控制操作中使用的目標(biāo)空氣燃料比，或校正主反饋控制操作中使用的反饋校正量。ECU25執(zhí)行化學(xué)計(jì)量反饋控制操作(其將目標(biāo)空氣燃料比設(shè)定為化學(xué)計(jì)量空氣燃料比(理論空氣燃料比))作為空氣燃料比控制操作。
[0031]接下來(lái)，將描述位于第一催化劑15a下游側(cè)的O2傳感器17的結(jié)構(gòu)。O2傳感器17具有配置成杯形的傳感器元件(也稱(chēng)為感測(cè)裝置)31。圖2示出了傳感器元件31的截面。實(shí)際上，傳感器元件31被配置成使得整個(gè)傳感器元件31容納在外殼或元件蓋中，且傳感器元件31處于排氣管道14中。傳感器元件31用作電動(dòng)勢(shì)單元。
[0032]在傳感器元件31中，固態(tài)電解質(zhì)層(用作固態(tài)電解質(zhì)體)32具有杯形截面。排氣側(cè)電極33形成于固態(tài)電解質(zhì)層32的外表面中，并且大氣側(cè)電極34形成于固態(tài)電解質(zhì)層32的內(nèi)表面中。電極33、34的每個(gè)都形成為在固態(tài)電解質(zhì)層32的外表面和內(nèi)表面的對(duì)應(yīng)一個(gè)上的層。固態(tài)電解質(zhì)層32是氧化物燒結(jié)體，通過(guò)其傳導(dǎo)氧離子并通過(guò)向ZrO2、HfO2、ThO2和/或Bi2O3中完全溶解作為穩(wěn)定劑的Ca0、Mg0、Y203和/或Yb2O3來(lái)形成。此外，每個(gè)電極33，34都由具有高催化活性的貴金屬，例如鉬制成，并且電極33，34的表面覆蓋有化學(xué)鍍的多孔涂層。上述兩個(gè)電極33，34用作一對(duì)電極(傳感器電極)。由固態(tài)電解質(zhì)層32圍繞的內(nèi)部空間是大氣室(參考?xì)怏w室或簡(jiǎn)稱(chēng)為參考室)35。加熱器36容納在大氣室35中。加熱器36具有充分大的熱容量以激活傳感器元件31，并且傳感器元件31完全被從加熱器36產(chǎn)生的熱能加熱。O2傳感器17的激活溫度例如是500到650攝氏度。向大氣室35中引入大氣氣體(大氣空氣)，從而將大氣室35的內(nèi)部保持在預(yù)定氧濃度。
[0033]在傳感器兀件31中，排出氣體存在于固態(tài)電解質(zhì)層32的外部(電極33—側(cè))，并且大氣氣體(大氣空氣)存在于固態(tài)電解質(zhì)層32的內(nèi)部(電極34 —側(cè))。響應(yīng)于固態(tài)電解質(zhì)層32外部(電極33 —側(cè))和固態(tài)電解質(zhì)層32內(nèi)部(電極34 —側(cè))之間的氧濃度差異(氧分壓差異)，在電極33和電極34之間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。具體而言，所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)根據(jù)空氣燃料比富有還是貧乏而變化。在這種情況下，排氣側(cè)電極33處的氧濃度低于用作參考側(cè)電極的大氣側(cè)電極34處的氧濃度，并且在傳感器元件31處產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，而大氣側(cè)電極34和排氣側(cè)電極33分別用作正側(cè)和負(fù)側(cè)。在這種情況下，排氣側(cè)電極33通過(guò)電氣路徑50b接地，如圖2所示。于是，O2傳感器17輸出電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，其對(duì)應(yīng)于排出氣體的氧濃度(空氣燃料比)。
[0034]圖3是示出排出氣體的空氣燃料比和傳感器元件31的電動(dòng)勢(shì)之間的關(guān)系的電動(dòng)勢(shì)特性曲線圖。在圖3中，橫坐標(biāo)軸表示空氣過(guò)剩率λ。在空氣過(guò)剩率λ為1(即，λ =
I)時(shí)，空氣燃料比是化學(xué)計(jì)量空氣燃料比(理論空氣燃料比)。傳感器元件31具有這樣的特性:從傳感器元件31產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)取決于空氣燃料比是富有還是貧乏而變化，并從傳感器元件31產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)在化學(xué)計(jì)量空氣燃料比附近迅速變化。具體而言，傳感器元件31在富有時(shí)間的電動(dòng)勢(shì)(也稱(chēng)為傳感器電動(dòng)勢(shì))約為0.9V，并且傳感器元件31在貧乏時(shí)間的電動(dòng)勢(shì)約為ον。
[0035]在圖2中，傳感器控制布置(也稱(chēng)為傳感器控制設(shè)備)40連接到傳感器元件31。在響應(yīng)于排出氣體的空氣燃料比(氧濃度)在傳感器元件31處產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)時(shí)，從傳感器元件31通過(guò)電氣路徑50a向傳感器控制布置40的微計(jì)算機(jī)41輸出與在傳感器兀件31處產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)相對(duì)應(yīng)的傳感器測(cè)量信號(hào)(電動(dòng)勢(shì)信號(hào))。微計(jì)算機(jī)41具有CPU、R0M和RAM (存儲(chǔ)器)，并在執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的每個(gè)對(duì)應(yīng)程序時(shí)執(zhí)行各種操作。微計(jì)算機(jī)41基于傳感器元件31的電動(dòng)勢(shì)信號(hào)計(jì)算空氣燃料比。傳感器控制布置40形成于圖1的E⑶25中。在ECU25處，微計(jì)算機(jī)41被形成為具有發(fā)動(dòng)機(jī)控制功能和傳感器控制功能的計(jì)算裝置(計(jì)算模塊)。在這種情況下，微計(jì)算機(jī)41基于上述各傳感器的測(cè)量結(jié)果，來(lái)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度和吸入空氣量。然而，作為具有單個(gè)微計(jì)算機(jī)的替代，如果需要，可以構(gòu)造ECU25以具有執(zhí)行發(fā)動(dòng)機(jī)控制功能的發(fā)動(dòng)機(jī)控制微計(jì)算機(jī)和執(zhí)行傳感器控制功能的傳感器控制微計(jì)算機(jī)。
[0036]此外，微計(jì)算機(jī)41確定傳感器元件31的激活狀態(tài)，并基于傳感器元件31的激活狀態(tài)的確定結(jié)果，通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置42控制加熱器36的驅(qū)動(dòng)操作，該驅(qū)動(dòng)裝置42通過(guò)電氣路徑50c連接到加熱器36。傳感器元件31的激活確定技術(shù)和加熱器控制技術(shù)是已知的。因此，將簡(jiǎn)要描述傳感器元件31的激活確定和加熱器控制。微計(jì)算機(jī)41以類(lèi)似于交流電的方式周期性地改變施加到傳感器元件31的電壓或電流，并感測(cè)電流中這樣產(chǎn)生的變化或電壓中這樣產(chǎn)生的變化。基于電流變化或電壓變化來(lái)計(jì)算傳感器元件31的電阻(傳感器元件31的阻抗)，并基于傳感器元件31的電阻執(zhí)行加熱器36的通電控制操作。此時(shí)，在傳感器元件31的激活狀態(tài)(傳感器元件31的溫度)和傳感器元件31的電阻之間存在相關(guān)性。在將傳感器元件31的電阻控制到預(yù)定目標(biāo)值時(shí)，將傳感器元件31保持在期望的激活狀態(tài)(在這種狀態(tài)下，傳感器元件31的激活溫度被保持在500到650攝氏度范圍內(nèi))中。例如，可以執(zhí)行傳感器元件溫度反饋控制操作作為加熱器控制操作。
[0037]在操作發(fā)動(dòng)機(jī)10時(shí)，改變了排出氣體的實(shí)際空氣燃料比。例如，可能在富有和貧乏之間反復(fù)改變空氣燃料比。在富有和貧乏之間改變實(shí)際空氣燃料比時(shí)，在O2傳感器17的輸出和作為貧乏成分的NOx存在之間存在偏差時(shí)，可能會(huì)影響到排放性能。例如，在高負(fù)荷下操作發(fā)動(dòng)機(jī)10時(shí)(車(chē)輛加速時(shí))，可能會(huì)將排出氣體中NOx的量增加到超過(guò)預(yù)期的量。
[0038]在本實(shí)施例中，基于輸出電動(dòng)勢(shì)的O2傳感器17的輸出特性和位于O2傳感器17上游側(cè)的第一催化劑15a的催化轉(zhuǎn)化特性之間的關(guān)系，改變O2傳感器17的感測(cè)模式。稍后將描述改變O2傳感器17的感測(cè)模式的細(xì)節(jié)。圖4是示出了作為三效催化劑的第一催化劑15a的催化轉(zhuǎn)化特性和O2傳感器17輸出特性的視圖。具體而言，圖4示出了:(I)在第一催化劑15a處的排出氣體的三種有害成分(即CO、HC、NOx)中每一種的催化轉(zhuǎn)化效率和空氣燃料比之間的關(guān)系；(II)第一催化劑15a下游側(cè)三種有害成分和氧氣中的每一種的氣體濃度和空氣燃料比之間的關(guān)系；(III)O2傳感器17的排氣側(cè)電極33表面附近三種有害成分和氧氣中的每一種的氣體濃度和空氣燃料比之間的關(guān)系；以及(IV)O2傳感器17的電動(dòng)勢(shì)輸出和空氣燃料比之間的關(guān)系。
[0039]第一催化劑(三效催化劑)15a具有催化轉(zhuǎn)化窗口，其中三種有害成分的每一種的催化轉(zhuǎn)化效率在化學(xué)計(jì)量空氣燃料比點(diǎn)附近變高(空氣過(guò)剩率λ = I)，如現(xiàn)有技術(shù)已知的那樣。此外，對(duì)于第一催化劑15a下游側(cè)的三種有害成分的濃度和氧氣濃度而言，應(yīng)理解在化學(xué)計(jì)量空氣燃料比點(diǎn)附近存在反應(yīng)平衡點(diǎn)Al，在該點(diǎn)Al處，富有成分(CO，HC)的濃度和氧濃度變得彼此大致相等，并還存在NOx流出點(diǎn)A2，在該點(diǎn)A2處，NOx (NO)開(kāi)始從第一催化劑15a向第一催化劑15a下游側(cè)流出。在這種情況下，NOx流出點(diǎn)A2 (NOx開(kāi)始從催化劑15a流出的點(diǎn))位于反應(yīng)平衡點(diǎn)Al的富有側(cè)，并且NOx流出點(diǎn)A2和反應(yīng)平衡點(diǎn)Al彼此間隔開(kāi)差異ΛΑ。即，第一催化劑15a具有如下催化轉(zhuǎn)化特性:Ν0χ開(kāi)始從第一催化劑15a流出所處的NOx流出點(diǎn)(用作第二空氣燃料比點(diǎn))A2位于反應(yīng)平衡點(diǎn)(用作第一空氣燃料比點(diǎn))Al的富有側(cè),該反應(yīng)平衡點(diǎn)形成富有成分和氧的平衡點(diǎn)。反應(yīng)平衡點(diǎn)Al是富有成分和氧的平衡特性的拐點(diǎn)，并且NOx流出點(diǎn)A2是NOx流出濃度特性的拐點(diǎn)。
[0040]產(chǎn)生點(diǎn)Al和點(diǎn)A2之間偏差(差異)的原因可能如下。在發(fā)動(dòng)機(jī)10工作期間將包含C0、HC、N0x和O2的排出氣體引導(dǎo)到第一催化劑15a的情況下，除了 CO和HC之外，NOx也可能從第一催化劑15a流出。例如，即使在三效催化劑的催化轉(zhuǎn)化窗口的范圍中，也要注意，在精確測(cè)量CO、HC和NOx的量時(shí)，一些量的CO、HC和NOx從第一催化劑15a流出。在這種情況下，盡管O2在與CO和HC平衡的情況下從第一催化劑15a流出(在CO和HC濃度?O時(shí)，O2開(kāi)始流出)，但不論CO和HC的反應(yīng)如何，NOx都從第一催化劑15a在其下游側(cè)流出。因此，點(diǎn)Al和點(diǎn)A2之間存在差異。
[0041]此外，O2傳感器17的排氣側(cè)電極33附近的以上三種成分和氧的濃度與第一催化劑15a下游側(cè)的以上三種成分和氧的濃度相同。在這種情況下，在點(diǎn)Al的富有側(cè)，富有成分(C0，HC)的量大于氧的量，并且在點(diǎn)Al的貧乏側(cè)，氧的量大于富有成分的量。因此，就O2傳感器17的電動(dòng)勢(shì)而言，在第一催化劑15a的反應(yīng)平衡點(diǎn)Al —側(cè)或另一側(cè)輸出富有信號(hào)(0.9V)和貧乏信號(hào)(OV)之一。在這種情況下，因此可以說(shuō)，針對(duì)在O2傳感器17處的富有成分和氧的反應(yīng)平衡點(diǎn)與在第一催化劑15a處的反應(yīng)平衡點(diǎn)Al重合。此外，NOx存在于點(diǎn)Al的富有側(cè)。
[0042]在O2傳感器17的排氣側(cè)電極33處，根據(jù)以下化學(xué)反應(yīng)式⑴到(3)發(fā)生排出氣體的CO、HC和NOx的氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)。
[0043]C0+0.502 — CO2...(I)
[0044]CH4+202 — C02+2H20...(2)
[0045]C0+N0 — C02+0.5N2...(3)
[0046]此外，確立了關(guān)系kl，k2?k3，其中kl，k2和k3分別表示化學(xué)反應(yīng)式(I)的平衡常數(shù)，化學(xué)反應(yīng)式(2)的平衡常數(shù)和化學(xué)反應(yīng)式(3)的平衡常數(shù)。
[0047]在這種情況下，在O2傳感器17處，通過(guò)例如CO、HC、NOx和O2的氣體反應(yīng)，確定平衡點(diǎn)(電動(dòng)勢(shì)輸出=0.45V所處的點(diǎn))。然而，由于平衡常數(shù)的差異，CO和HC與O2的反應(yīng)變成排氣側(cè)電極33處的主要反應(yīng)。
[0048]此外，在第一催化劑15a的催化轉(zhuǎn)化特性中存在以上差異ΛΑ，并且以上差異ΛΑ對(duì)O2傳感器17的輸出特性具有影響。因此，在一些情況下，即使在NOx從第一催化劑15a流出時(shí)，O2傳感器17的輸出也可能不對(duì)應(yīng)于NOx從第一催化劑15a的流出。因此，不能正確地監(jiān)測(cè)NOx從第一催化劑15a的流出，由此可能會(huì)增加NOx排放量。
[0049]考慮到以上缺點(diǎn)，根據(jù)本實(shí)施例，在O2傳感器17的傳感器元件31的電極33，34之間傳導(dǎo)具有預(yù)定電流值的電流，使得在O2傳感器17的排氣側(cè)電極33附近的位置處，富有成分的濃度減小，并且氧的濃度增加。具體而言，如圖5所示，在O2傳感器17的排氣側(cè)電極33附近的氣體反應(yīng)平衡點(diǎn)從點(diǎn)Al變?yōu)辄c(diǎn)A3。在圖5中，與圖4相比，在O2傳感器17的排氣側(cè)電極33附近的CO、HC和O2的所有濃度特性都偏移到富有側(cè)。通過(guò)這種方式，在O2傳感器17的輸出特性改變且NOx從第一催化劑15a流出的情況下，O2傳感器17的輸出能夠?qū)?yīng)于NOx的流出。
[0050]通過(guò)在電極33，34之間傳導(dǎo)電流引起傳感器輸出特性的變化的原理如下。如圖6所示，在O2傳感器17的排氣側(cè)電極33附近存在CO、HC、NOx和02。在這樣的情況下，通過(guò)傳感器元件31傳導(dǎo)電流，使得氧離子從大氣側(cè)電極34通過(guò)固態(tài)電解質(zhì)層32向排氣側(cè)電極33移動(dòng)。具體而言，在傳感器元件31處進(jìn)行氧泵送。在這種情況下，在排氣側(cè)電極33處，向排氣側(cè)電極33 —側(cè)通過(guò)固態(tài)電解質(zhì)層32移動(dòng)的氧與CO和HC反應(yīng)，而分別形成CO2和H2O0通過(guò)這種方式，去除了在排氣側(cè)電極33附近的CO和HC，并將在O2傳感器17的排氣側(cè)電極33附近的氣體反應(yīng)平衡點(diǎn)平移到富有側(cè)。
[0051]接下來(lái)，將描述執(zhí)行O2傳感器17控制操作的傳感器控制布置40的結(jié)構(gòu)。傳感器控制布置40的結(jié)構(gòu)使圖2所示那種。具體而言，傳感器控制布置40包括微計(jì)算機(jī)41，其用作控制裝置(或控制模塊)。微計(jì)算機(jī)41獲得從傳感器元件31通過(guò)例如模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器輸出的電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，并且微計(jì)算機(jī)41基于所獲得的電動(dòng)勢(shì)信號(hào)來(lái)計(jì)算排出氣體的空氣燃料比(尤其是第一催化劑15a下游側(cè)的空氣燃料比)。此外，在電氣路徑中連接恒流電路(用作電流傳導(dǎo)調(diào)節(jié)裝置或電流傳導(dǎo)調(diào)節(jié)模塊)43，其電連接在傳感器元件31的大氣側(cè)電極34和微計(jì)算機(jī)41之間。更具體而言，恒流電路43通過(guò)電氣路徑80連接到電氣路徑50a的部分50al，電氣路徑50a電連接在傳感器元件31的大氣側(cè)電極34和微計(jì)算機(jī)41之間。電氣路徑50a的部分50al是電氣路徑50a中位于傳感器元件31的大氣側(cè)電極34和微計(jì)算機(jī)41之間的中間位置。將恒流電路43配置成使得在傳感器元件31產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)時(shí)，恒流電路43引起預(yù)定恒定電流通過(guò)傳感器元件31的流動(dòng)。
[0052]將恒流電路43配置成使得恒定電流Ics能夠從排氣側(cè)電極33通過(guò)傳感器元件31中的固態(tài)電解質(zhì)層32流向大氣側(cè)電極34。此外，恒流電路43具有脈寬調(diào)制(PWM)驅(qū)動(dòng)裝置，并由此恒流電路43能夠通過(guò)PWM控制操作(占空比控制操作)調(diào)節(jié)電流的電流值。在這里，應(yīng)當(dāng)指出，術(shù)語(yǔ)“電流值”是指電流(更具體而言，電學(xué)電流)的值，也稱(chēng)為“電流量”(即，電流的量)或“電流數(shù)量”(即電流的數(shù)量)，并且可以用例如安培㈧等單位表達(dá)電流值。微計(jì)算機(jī)41基于傳導(dǎo)電流的需求來(lái)設(shè)定恒流電路43的恒定電流的電流值(通過(guò)恒流電路43傳導(dǎo)的電流的電流值)，并控制恒流電路43以引起具有設(shè)定電流值的恒定電流Ics的流動(dòng)。
[0053]在本實(shí)施例中，基于在第一催化劑15a處氧流出的反應(yīng)平衡點(diǎn)Al和在第一催化劑15a處NOx流出的NOx流出點(diǎn)A2之間的差異，執(zhí)行恒定電流的控制操作。具體而言，控制恒定電流，從而將O2傳感器17的排氣側(cè)電極33附近的氣體反應(yīng)的平衡點(diǎn)置于NOx流出點(diǎn)A2或與NOx流出點(diǎn)A2相鄰的點(diǎn)。通過(guò)這種方式，基于第一催化劑15a的催化轉(zhuǎn)化特性改變了 O2傳感器17的輸出特性。由此，在NOx從第一催化劑15a流出時(shí)，自NOx從第一催化劑15a流出開(kāi)始，在O2傳感器17處輸出貧乏信號(hào)。
[0054]在這里，鑒于為了限制NOx排放而要確保O2傳感器17的魯棒性，優(yōu)選將O2傳感器17的排氣側(cè)電極33附近的氣體反應(yīng)的平衡點(diǎn)置于NOx流出點(diǎn)A2的富有側(cè)(參見(jiàn)圖5)。具體而言，可以將O2傳感器17的排氣側(cè)電極附近的氣體反應(yīng)的平衡點(diǎn)從NOx流出點(diǎn)A2向NOx流出點(diǎn)A2的富有側(cè)偏移例如就空氣過(guò)剩率λ而言的大約0.1到0.5% (更希望0.1到0.3% )的量，以具有略微的富有狀態(tài)。
[0055]在改變發(fā)動(dòng)機(jī)10的工作狀態(tài)時(shí)，改變了排出氣體中富有成分的量。具體而言，在提高發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，或者在增加發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載時(shí)，增加了排出氣體中富有成分的量。換言之，在提高發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度或者負(fù)載時(shí)，增加了富有氣體的流量，并增加了富有氣體的氣體濃度。在這種情況下，在不論發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)如何都將要供應(yīng)給傳感器元件31的電流的電流值保持恒定時(shí)，在O2傳感器17的排氣側(cè)電極33附近的氣體反應(yīng)的平衡點(diǎn)可能會(huì)無(wú)意中偏離期望位置，該期望位置參考NOx流出點(diǎn)Α2來(lái)設(shè)定。S卩，通過(guò)傳感器元件31供應(yīng)電流而在傳感器元件31的排氣側(cè)電極33附近供應(yīng)的所供應(yīng)氧的量可能相對(duì)于在傳感器元件31的排氣側(cè)電極33附近的富有成分的量而言變得短缺。在發(fā)生所供應(yīng)氧的這種短缺時(shí)，富有成分保持在排氣側(cè)電極33附近。由此，不能以期望的方式改變O2傳感器17的輸出特性。
[0056]因此，在本實(shí)施例中，基于發(fā)動(dòng)機(jī)10的工作狀態(tài)可變地控制通過(guò)傳感器元件31傳導(dǎo)的恒定電流的電流值(恒流電路43的恒定電流的電流值)。在這種情況下，即使在響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)改變?cè)贠2傳感器17處排氣側(cè)電極33的表面上具有富有氣體的平衡反應(yīng)所需的需氧量時(shí)，也可以響應(yīng)于所需氧量的變化以期望的方式改變O2傳感器17的輸出特性?？梢詫l(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載和/或發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載率用作發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的參數(shù)。
[0057]此外，在由恒流電路43的電流的電流值改變O2傳感器17的輸出特性的情況下，如上所述，在恒流電路43中發(fā)生異常時(shí)，影響了排氣排放性能。因此，在本實(shí)施例中，向微計(jì)算機(jī)41增加異常確定功能(異常確定布置)，其對(duì)確定對(duì)象，即恒流電路43執(zhí)行異常確定。
[0058]如圖2中所示，作為用于感測(cè)異常的結(jié)構(gòu)，將用于感測(cè)電流的分流電阻器45連接到排氣側(cè)電極33 (更具體而言，將分流電阻器45安裝于電氣路徑50b中，該電氣路徑50b連接在排氣側(cè)電極33與地之間)，并利用電流感測(cè)裝置46感測(cè)流經(jīng)分流電阻器45的電流。電流感測(cè)裝置46可以包括差分放大器電路，其具有例如運(yùn)算放大器。在這種情況下，利用分流電阻器45和電流感測(cè)裝置46感測(cè)通過(guò)恒流電路43傳導(dǎo)的電流(也稱(chēng)為實(shí)際電流)的實(shí)際電流值，并且微計(jì)算機(jī)41基于電流的實(shí)際電流值執(zhí)行異常確定，以確定恒流電路43中是否存在異常。
[0059]接下來(lái)，將參考圖7和9的流程圖來(lái)描述由微計(jì)算機(jī)41執(zhí)行的恒定電流控制操作和異常確定過(guò)程。圖7是示出恒定電流控制操作的流程圖。微計(jì)算機(jī)41以預(yù)定時(shí)間間隔重復(fù)這種操作。
[0060]在圖7中，在步驟S11，確定是否滿足執(zhí)行恒定電流控制操作的執(zhí)行條件。例如，執(zhí)行條件可以包括以下=(I)O2傳感器17和恒流電路43都正常；以及(II)當(dāng)前執(zhí)行子反饋控制操作。在步驟Sll的詢(xún)問(wèn)答案為是時(shí)，操作行進(jìn)到步驟S12。
[0061]在步驟S12，獲得發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)，例如發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度和/或發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載(例如，吸入空氣量)。之后，在下一步S13，基于在步驟S12獲得的發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)設(shè)定恒定電流Ics的命令電流值。此時(shí)，基于例如圖8所不的關(guān)系設(shè)定恒定電流的命令電流值。在圖8中，在提高發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度或發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)，增大了恒定電流的命令電流值。
[0062]之后，在步驟S14，執(zhí)行恒流電路43的控制(針對(duì)電流傳導(dǎo)的控制)，使得恒流電路43引起恒定電流通過(guò)傳感器元件31流動(dòng)，該恒定電流具有在步驟S13設(shè)定的電流值。
[0063]圖9示出了流程圖，示出了恒流電路43的異常確定過(guò)程。微計(jì)算機(jī)41以預(yù)定時(shí)間間隔重復(fù)這種過(guò)程。
[0064]在圖9中，在步驟S21，確定是否滿足執(zhí)行異常確定過(guò)程的執(zhí)行條件。例如，這種執(zhí)行條件可以包括傳感器元件31處于激活狀態(tài)的條件，即，傳感器元件31的溫度等于或高于預(yù)定激活溫度。在步驟S21的詢(xún)問(wèn)答案為是時(shí)，操作行進(jìn)到步驟S22。
[0065]在步驟S22，獲得此時(shí)恒流電路43電流的命令電流值，并獲得此時(shí)利用分流電阻器45和電流感測(cè)裝置46感測(cè)的電流的實(shí)際電流值。此時(shí)，在執(zhí)行步驟S22的時(shí)刻之前立刻改變命令電流值的情況下，應(yīng)當(dāng)利用分流電阻器45和電流感測(cè)裝置46感測(cè)電流的實(shí)際電流值，并在電流的實(shí)際電流值穩(wěn)定化之后由微計(jì)算機(jī)41從電流感測(cè)裝置46獲得該電流的實(shí)際電流值。具體而言，利用分流電阻器45和電流感測(cè)裝置46感測(cè)實(shí)際電流值，并在從改變命令電流值的時(shí)刻過(guò)去預(yù)定時(shí)段之后，由微計(jì)算機(jī)41從電流感測(cè)裝置46獲得該實(shí)際電流值。
[0066]然后,在步驟S23,將命令電流值和實(shí)際電流值彼此對(duì)比，并且確定命令電流值和實(shí)際電流值之間的差異(差異的絕對(duì)值)是否小于預(yù)定確定值K。在步驟S23確定出命令電流值和實(shí)際電流值之間的差異(差異的絕對(duì)值)小于確定值K時(shí)，該操作行進(jìn)到步驟S24，在此確定恒流電路43正常。相反，在步驟S23確定命令電流值和實(shí)際電流值之間的差異(差異的絕對(duì)值)等于或大于確定值K時(shí)，該操作行進(jìn)到步驟S25，在此確定恒流電路43異常。最好考慮到電路容差(例如傳感器IC的容差)設(shè)定確定值K。當(dāng)在步驟S25確定出恒流電路43異常時(shí)，操作行進(jìn)到步驟S26。在步驟S26，執(zhí)行故障安全操作，例如停止通過(guò)恒流電路43傳導(dǎo)(供應(yīng))恒定電流，停止空氣燃料比的子反饋控制操作，打開(kāi)例如儀表板中提供的異常警告燈和/或在存儲(chǔ)裝置(例如存儲(chǔ)器)中存儲(chǔ)診斷數(shù)據(jù)。
[0067]上文論述的本實(shí)施例提供了如下優(yōu)點(diǎn)。
[0068]提供恒流電路43，以引起恒定電流從排氣側(cè)電極33通過(guò)傳感器元件31中的固態(tài)電解質(zhì)層32流向大氣側(cè)電極34?；诜磻?yīng)平衡點(diǎn)Al (第一空氣燃料比點(diǎn))和在第一催化劑15a處的NOx流出點(diǎn)A2 (第二空氣燃料比點(diǎn))之間的差異，來(lái)控制由恒流電路43傳導(dǎo)的電流的電流值。利用這種構(gòu)造，可以相對(duì)于對(duì)應(yīng)的空氣燃料比(在該空氣燃料比，NOx開(kāi)始從第一催化劑15a流出)調(diào)節(jié)O2傳感器17的輸出特性。S卩，在NOx從第一催化劑15a流出的情況下，O2傳感器17能夠產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)，其對(duì)應(yīng)于NOx從第一催化劑15a的流出。因此，可以適當(dāng)改變O2傳感器17的輸出特性，并由此可以限制NOx排放。
[0069]控制由恒流電路43傳導(dǎo)的電流的電流值，以將O2傳感器17的排氣側(cè)電極33附近的氣體反應(yīng)的平衡點(diǎn)偏移到NOx流出點(diǎn)A2 (第二空氣燃料比點(diǎn))或與NOx流出點(diǎn)A2相鄰的點(diǎn)。由此，可以實(shí)施更適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，以通過(guò)使用O2傳感器17的輸出來(lái)限制NOx的排放。
[0070]具體而言，在控制由恒流電路43傳導(dǎo)的電流的電流值，使得在O2傳感器17的排氣側(cè)電極33附近的氣體反應(yīng)的平衡點(diǎn)變得相對(duì)于NOx流出點(diǎn)A2 (第二空氣燃料比點(diǎn))而言略微富有時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)所需的魯棒性以限制NOx排放。
[0071]圖10示出了關(guān)于第一催化劑15a下游側(cè)NOx排放量和HC排放量的測(cè)試結(jié)果。在圖10中，指明了在O2傳感器17的輸出特性改變的狀態(tài)下執(zhí)行的空氣燃料比控制操作的結(jié)果。在圖10中，“Al”表示在第一催化劑15a處的反應(yīng)平衡點(diǎn)Al，并且“A2”表示NOx流出點(diǎn)A2，并且“λ偏移量”表示就λ (空氣過(guò)剩率)而言的富有變化量。在這種情況下，應(yīng)當(dāng)理解，在λ偏移量為O到0.5%的范圍中減少NOx排放量。S卩，在圖10中，在排氣側(cè)電極33附近的氣體反應(yīng)的平衡點(diǎn)相對(duì)于NOx流出點(diǎn)Α2在NOx流出點(diǎn)Α2的富有側(cè)上在空氣過(guò)剩率λ的預(yù)定范圍(其為O到0.5%)內(nèi)偏移時(shí)，有利地減少了 NOx排放量。此外，λ偏移量的適當(dāng)值是0.1到0.5% (λ偏移量的適當(dāng)值處于空氣過(guò)剩率λ的預(yù)定范圍中，其為0.1到0.5% )。通過(guò)傳感器元件31傳導(dǎo)的電流的電流值優(yōu)選是在0.1mA到1.0mA范圍內(nèi)的值。
[0072]基于發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)來(lái)控制由恒流電路43傳導(dǎo)的電流的電流值(命令電流值)。通過(guò)這種方式，即使在由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的改變而改變排出氣體中富有成分量時(shí)，也可以適當(dāng)改變O2傳感器17的輸出特性，由此可以將O2傳感器17的排氣側(cè)電極附近的氣體反應(yīng)的平衡點(diǎn)維持在相對(duì)于NOx流出點(diǎn)Α2的期望位置。
[0073]本公開(kāi)未必限于以上實(shí)施例，并在本公開(kāi)的原理內(nèi)可以通過(guò)各種方式修改以上實(shí)施例。例如，可以如下修改以上實(shí)施例。
[0074]可以構(gòu)造以上實(shí)施例的電流傳導(dǎo)調(diào)節(jié)裝置(電流傳導(dǎo)調(diào)節(jié)模塊)，以具有圖11所示的結(jié)構(gòu)。在圖11中，提供了恒流電路50，作為電流傳導(dǎo)調(diào)節(jié)裝置(電流傳導(dǎo)調(diào)節(jié)模塊)。在向恒流電路50施加傳感器元件31的電動(dòng)勢(shì)時(shí)，恒流電路50響應(yīng)于電動(dòng)勢(shì)傳導(dǎo)恒定電流。恒流電路50包括電壓產(chǎn)生布置51、運(yùn)算放大器52、η溝道M0SFET53和電阻器54。電壓產(chǎn)生布置51產(chǎn)生預(yù)定恒定電壓。M0SFET53由運(yùn)算放大器52的輸出來(lái)驅(qū)動(dòng)。電阻器54連接到M0SFET53的源極。M0SFET53和電阻器54串聯(lián)連接于電氣路徑80中，該電氣路徑80連接在電氣路徑50a的部分50al與地之間。電氣路徑50a和電氣路徑80 —起合作，以形成連接于傳感器元件31的大氣側(cè)電極34和地之間的電氣路徑70。電壓產(chǎn)生布置51包括恒定電壓源51a(例如輸出5V的恒定電壓源)和兩個(gè)電阻器51b、51c。恒定電壓源51a和電阻器51b、51c串聯(lián)連接，并且電阻器51b、51c之間的中間點(diǎn)形成電壓輸出點(diǎn)XI。運(yùn)算放大器52的非反相端(也稱(chēng)為+輸入端)連接到電壓輸出點(diǎn)XI，并且運(yùn)算放大器52的輸出端連接到MOSFET 53的柵極。此外，運(yùn)算放大器52的反相端(也稱(chēng)為-輸入端子)連接到電氣路徑80中M0SFET53和電阻器54之間的中間點(diǎn)X2。M0SFET53的柵極、漏極和源極分別連接到運(yùn)算放大器52的輸出端、傳感器元件31的大氣側(cè)電極34和電阻器54。
[0075]操作通過(guò)上述方式構(gòu)造的恒流電路50，使得運(yùn)算放大器52的非反相端的電壓和運(yùn)算放大器52的反相端的電壓變得彼此相等。因此，中間點(diǎn)X2的電壓和電壓輸出點(diǎn)Xl的電壓彼此相等。恒定電流Ics(其電流值基于中間點(diǎn)X2的電壓和電阻器54的電阻值來(lái)確定)流經(jīng)電氣路徑70形成且包括一個(gè)接一個(gè)串聯(lián)連接的傳感器元件31、M0SFET53和電阻器54的串聯(lián)電路。此時(shí)，響應(yīng)于運(yùn)算放大器52的輸出電壓操作M0SFET53，使得M0SFET53起到傳導(dǎo)恒定電流Ics的電流控制元件的作用，其中該輸出電壓是由于運(yùn)算放大器52的非反相端的輸入電壓和反相端的輸入電壓之間的差異而產(chǎn)生的。
[0076]優(yōu)選地，基于在傳感器元件31中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)時(shí)需要通過(guò)傳感器元件31傳導(dǎo)的電流的電流值，來(lái)確定電壓輸出點(diǎn)Xl的電壓、中間點(diǎn)X2的電壓和電阻器54的電阻值。具體而言，例如，在傳感器元件31中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)(O到0.9V)時(shí)需要通過(guò)傳感器元件31傳導(dǎo)電流值為0.1mA的電流的情況下，將電壓輸出點(diǎn)Xl的電壓和中間點(diǎn)X2的電壓設(shè)定為10mV，并將電阻器54的電阻值設(shè)定為100 Ω。此外，在需要通過(guò)傳感器元件31傳導(dǎo)電流值為0.2mA的電流的情況下，將電壓輸出點(diǎn)Xl的電壓和中間點(diǎn)X2的電壓設(shè)定為20mV，并且將電阻器54的電阻值設(shè)定為100 Ω。此外，在需要通過(guò)傳感器元件31傳導(dǎo)電流值在0.1mA到1.0mA范圍中的電流的情況下，在將電阻器54的電阻值設(shè)定為100 Ω時(shí)，可以將電壓輸出點(diǎn)Xl的電壓和中間點(diǎn)X2的電壓設(shè)定在1mV到10mV的范圍中。然而，在這種情況下，參考電壓(其為在恒流電路50中MOSFET53和電阻器54之間的中間點(diǎn)X2的電壓)小于在化學(xué)計(jì)量空氣燃料比下產(chǎn)生的傳感器元件31的電動(dòng)勢(shì)(0.45V)。
[0077]電阻器54的電阻值的范圍優(yōu)選約為50 Ω到500 Ω。
[0078]在具有以上結(jié)構(gòu)的恒流電路50的傳感器控制布置40中，在傳感器元件31中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)時(shí)，通過(guò)M0SFET53和電阻器54傳導(dǎo)預(yù)定恒定電流Ics，同時(shí)使用傳感器元件31的電動(dòng)勢(shì)作為電源(換言之，傳感器兀件31被用作電池)。由此,可以改變O2傳感器17的輸出特性。
[0079]此外，微計(jì)算機(jī)41基于發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)改變例如電壓產(chǎn)生布置51的恒定電壓的電壓值(點(diǎn)Xl處的電壓值)。通過(guò)這種方式，可變地控制了通過(guò)傳感器元件31傳導(dǎo)的電流的電流值(通過(guò)恒流電路50傳導(dǎo)的電流的電流值)。在這種情況下，類(lèi)似于以上實(shí)施例，即使在響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)改變?cè)贠2傳感器17處的排氣側(cè)電極33表面上具有富有氣體的平衡反應(yīng)所需的需氧量時(shí)，也可以響應(yīng)于所需氧量的變化以期望的方式改變O2傳感器17的輸出特性。
[0080]可替換地，可以構(gòu)造以上實(shí)施例的電流傳導(dǎo)調(diào)節(jié)裝置(電流傳導(dǎo)調(diào)節(jié)模塊)以具有圖12所示的結(jié)構(gòu)。在圖12中，提供電阻器電路60來(lái)作為電流傳導(dǎo)調(diào)節(jié)裝置(電流傳導(dǎo)調(diào)節(jié)模塊)。在向電阻器電路60施加傳感器元件31的電動(dòng)勢(shì)時(shí)，電阻器電路60響應(yīng)于傳感器元件31的電動(dòng)勢(shì)而傳導(dǎo)電流。電阻器電路60包括多個(gè)電氣路徑80a-80c，每個(gè)電氣路徑連接在O2傳感器17的大氣側(cè)電極34與地(接地)之間，即每個(gè)電氣路徑均連接在電氣路徑50a與地(接地)之間。電氣路徑80a_80c和電氣路徑50a —起合作，以形成連接在傳感器元件31的大氣側(cè)電極34與地(接地)之間的電氣路徑70。在電阻器電路60中的這些電氣路徑80a-80c的每個(gè)中形成開(kāi)關(guān)61a-61c和電阻器62a-62c的串聯(lián)電路。在圖12中，這些串聯(lián)電路包括三個(gè)串聯(lián)電路。在這三個(gè)串聯(lián)電路的每個(gè)中，提供開(kāi)關(guān)61a-61c的對(duì)應(yīng)一個(gè)作為開(kāi)關(guān)，并且提供電阻器62a-62c的對(duì)應(yīng)一個(gè)作為電阻器。開(kāi)關(guān)61a_61c的每個(gè)都置于傳感器兀件31的大氣側(cè)電極34和電阻器62a_62c的對(duì)應(yīng)一個(gè)之間。開(kāi)關(guān)61a_61c中的每個(gè)都是由半導(dǎo)體切換元件，例如金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)形成的開(kāi)關(guān)。響應(yīng)于從微計(jì)算機(jī)41輸出的命令而導(dǎo)通或截止開(kāi)關(guān)61a_61c的每個(gè)。電阻器62a_62c的電阻值Rl, R2, R3彼此不同。例如，可以將電阻值Rl, R2，R3設(shè)定為例如R1>R2>R3。
[0081]在這種情況下，開(kāi)關(guān)61a_61c是逐一受到導(dǎo)通/截止控制的。根據(jù)導(dǎo)通開(kāi)關(guān)61a-61c中的哪一個(gè)，在電阻器62a-62c當(dāng)中改變要連接到傳感器元件31的電阻器，以改變電阻器電路60中的電阻值。微計(jì)算機(jī)41基于發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)控制每個(gè)開(kāi)關(guān)61a-61c的導(dǎo)通/截止。通過(guò)這種方式，可變地控制了通過(guò)傳感器元件31傳導(dǎo)的電流的電流值(通過(guò)電阻器電路60傳導(dǎo)的電流的電流值)。在這種情況下，類(lèi)似于以上實(shí)施例，即使在響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)改變?cè)贠2傳感器17處排氣側(cè)電極33表面上具有富有氣體的平衡反應(yīng)所需的需氧量時(shí)，也可以響應(yīng)于需氧量的變化以期望的方式改變O2傳感器17的輸出特性。
[0082]在這里，應(yīng)當(dāng)指出，如果需要，可以將電阻器62a_62c的電阻值設(shè)定成彼此相等(即，Rl = R2 = R3)。在這種情況下，可以根據(jù)開(kāi)關(guān)61a-61c中有多少被導(dǎo)通(即在開(kāi)關(guān)61a-61c當(dāng)中導(dǎo)通狀態(tài)開(kāi)關(guān)的數(shù)量)，來(lái)改變連接到傳感器元件31的電阻器電路60的電阻值。
[0083]此外，可以在電氣路徑50b中，傳感器元件31的排氣側(cè)電極33和地之間提供向排氣側(cè)電極33施加正電壓的電壓電路。這一電壓電路可以是偏移電壓電路，其相對(duì)于恒流電路43的輸出側(cè)的電勢(shì)將排氣側(cè)電極33的電勢(shì)提高，即增大預(yù)定量(預(yù)定電勢(shì))，電流從恒流電路43的輸出側(cè)流出恒流電路43。在這種情況下，從傳感器元件31輸出的電動(dòng)勢(shì)具有向傳感器元件31的原始傳感器電動(dòng)勢(shì)(O到0.9V)的電壓增加預(yù)定偏移電壓而獲得的電壓。在將傳感器元件31用作電池的情況下(如在圖11或圖12的情況下)，這種構(gòu)造尤其有利。例如，在圖11的傳感器控制布置40中，在傳感器元件31的電動(dòng)勢(shì)在O到0.9V范圍中變化時(shí)，在電動(dòng)勢(shì)變小時(shí)，由恒流電路50引起且通過(guò)傳感器元件31傳導(dǎo)的電流的電流值可能變得小于正常電流值。鑒于這一點(diǎn)，通過(guò)在排氣側(cè)電極33和地之間安裝電壓電路，即使在相對(duì)較小的電動(dòng)勢(shì)范圍內(nèi)，也可以限制由恒流電路50引起并通過(guò)傳感器元件31傳導(dǎo)的電流的電流值過(guò)度減小。由此，可以適當(dāng)?shù)馗淖僌2傳感器17的輸出特性。
[0084]在以上實(shí)施例(參見(jiàn)圖2)中，恒流電路43連接到傳感器元件31的大氣側(cè)電極34?？梢孕薷倪@種構(gòu)造。即，恒流電路43可以連接到排氣側(cè)電極33?？商鎿Q地，可以向兩個(gè)電極33，34均提供恒流電路43。
[0085]在上述實(shí)施例中，O2傳感器17被置于第一催化劑15a的下游側(cè)?？商鎿Q地，可以將O2傳感器17安裝于第一催化劑15a的中間部分。在這種情況下，可以將O2傳感器17安裝于第一催化劑15a的襯底。在任何以上情況下，僅需要構(gòu)造O2傳感器17，以使用在第一催化劑15a處被凈化之后的排出氣體作為感測(cè)對(duì)象，以感測(cè)氣體成分。
[0086]除了具有上述結(jié)構(gòu)的O2傳感器17之外，氣體傳感器還可以是具有雙單元結(jié)構(gòu)的氣體傳感器，其包括電動(dòng)勢(shì)單元和泵單元。在這種情況下，可以在雙單元型氣體傳感器的電動(dòng)勢(shì)單元處適當(dāng)改變輸出特性。
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)(10)的排出氣體凈化裝置的氣體傳感器控制設(shè)備，所述排出氣體凈化裝置包括: 催化劑(15a)，所述催化劑(15a)被安裝在所述內(nèi)燃機(jī)(10)的排氣裝置(14)中，并凈化作為所述內(nèi)燃機(jī)(10)的排出氣體中的貧乏成分的NOx和所述排出氣體的富有成分；以及 氣體傳感器(17)，所述氣體傳感器(17)被安裝在所述催化劑(15a)的中間部分中的位置處或所述催化劑(15a)的下游側(cè)的位置處，以在利用所述催化劑(15a)凈化所述排出氣體之后感測(cè)用作感測(cè)對(duì)象的所述排出氣體的氣體成分，其中: 所述氣體傳感器(17)包括具有固態(tài)電解質(zhì)體(32)和一對(duì)電極的電動(dòng)勢(shì)單元(31)，所述電動(dòng)勢(shì)單元(31)用以響應(yīng)于所述排出氣體的空氣燃料比來(lái)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)； 表示所述空氣燃料比與所述催化劑(15a)的催化轉(zhuǎn)化效率之間的關(guān)系的所述催化劑(15a)的催化轉(zhuǎn)化特性包括第二空氣燃料比點(diǎn)(A2)，所述第二空氣燃料比點(diǎn)(A2)是所述NOx開(kāi)始從所述催化劑(15a)流出的點(diǎn)，且位于形成所述富有成分和氧的平衡點(diǎn)的第一空氣燃料比點(diǎn)(Al)的富有側(cè)；并且 所述電動(dòng)勢(shì)單元(31)的所述一對(duì)電極包括參考側(cè)電極(34)和排氣側(cè)電極(33)，所述參考側(cè)電極(34)在從所述電動(dòng)勢(shì)單元(31)輸出電動(dòng)勢(shì)時(shí)變?yōu)檎齻?cè),所述排氣側(cè)電極(33)在從所述電動(dòng)勢(shì)單元(31)輸出電動(dòng)勢(shì)時(shí)變?yōu)樨?fù)側(cè)， 所述氣體傳感器控制設(shè)備包括: 電流傳導(dǎo)調(diào)節(jié)裝置(43，50，60)，其引起電流從所述排氣側(cè)電極(33)經(jīng)過(guò)所述電動(dòng)勢(shì)單元(31)中的所述固態(tài)電解質(zhì)體(32)向所述參考側(cè)電極(34)流動(dòng)；以及 控制裝置(41)，其基于在所述催化劑(15a)處所述第一空氣燃料比點(diǎn)(Al)和所述第二空氣燃料比點(diǎn)(A2)之間的差異，來(lái)控制由所述電流傳導(dǎo)調(diào)節(jié)裝置(43，50，60)引起的所述電流的電流值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體傳感器控制設(shè)備，其中所述控制裝置(41)基于在所述催化劑(15a)處所述第一空氣燃料比點(diǎn)(Al)和所述第二空氣燃料比點(diǎn)(A2)之間的差異，來(lái)控制由所述電流傳導(dǎo)調(diào)節(jié)裝置(43，50，60)引起的所述電流的電流值，以將所述電動(dòng)勢(shì)單元(31)的所述排氣側(cè)電極(33)附近的氣體反應(yīng)的平衡點(diǎn)置于所述第二空氣燃料比點(diǎn)(A2)或與所述第二空氣燃料比點(diǎn)(A2)相鄰的相鄰點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體傳感器控制設(shè)備，其中所述控制裝置(41)控制由所述電流傳導(dǎo)調(diào)節(jié)裝置(43，50，60)引起的所述電流的電流值，以將所述電動(dòng)勢(shì)單元(31)的所述排氣側(cè)電極(33)附近的所述氣體反應(yīng)的平衡點(diǎn)置于所述第二空氣燃料比點(diǎn)(A2)的富有側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任一項(xiàng)所述的氣體傳感器控制設(shè)備，其中所述控制裝置(41)使所述電動(dòng)勢(shì)單元(31)的所述排氣側(cè)電極(33)附近的氣體反應(yīng)的平衡點(diǎn)相對(duì)于所述第二空氣燃料比點(diǎn)(A2)在所述第二空氣燃料比點(diǎn)(A2)的富有側(cè)、在空氣過(guò)剩率(λ)的預(yù)定范圍內(nèi)偏移，所述預(yù)定范圍為O到0.5%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任一項(xiàng)所述的氣體傳感器控制設(shè)備，其中所述控制裝置(41)使得由所述電流傳導(dǎo)調(diào)節(jié)裝置(43，50，60)引起的、且具有在0.1mA到1.0mA的范圍內(nèi)的電流值的電流流過(guò)所述電動(dòng)勢(shì)單元(31)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任一項(xiàng)所述的氣體傳感器控制設(shè)備，其中所述控制裝置(41)基于所述內(nèi)燃機(jī)的工作狀態(tài)來(lái)控制由所述電流傳導(dǎo)調(diào)節(jié)裝置(43，50，60)引起的所述電流的電流值。
7.一種應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)(10)的排出氣體凈化裝置的氣體傳感器控制方法，所述排出氣體凈化裝置包括:催化劑(15a)，所述催化劑(15a)被安裝在所述內(nèi)燃機(jī)(10)的排氣裝置(14)中，并凈化作為所述內(nèi)燃機(jī)(10)的排出氣體中的貧乏成分的NOx和所述排出氣體的富有成分；以及氣體傳感器(17)，所述氣體傳感器(17)被安裝在所述催化劑(15a)的中間部分中的位置處或所述催化劑(15a)的下游側(cè)的位置處，以在利用所述催化劑(15a)凈化所述排出氣體之后感測(cè)用作感測(cè)對(duì)象的所述排出氣體的氣體成分，其中: 所述氣體傳感器(17)包括具有固態(tài)電解質(zhì)體(32)和一對(duì)電極的電動(dòng)勢(shì)單元(31)，所述電動(dòng)勢(shì)單元(31)用以響應(yīng)于所述排出氣體的空氣燃料比來(lái)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)； 表示所述空氣燃料比與所述催化劑(15a)的催化轉(zhuǎn)化效率之間的關(guān)系的所述催化劑(15a)的催化轉(zhuǎn)化特性包括第二空氣燃料比點(diǎn)(A2)，所述第二空氣燃料比點(diǎn)(A2)是所述NOx開(kāi)始從所述催化劑(15a)流出的點(diǎn)，且位于形成所述富有成分和氧的平衡點(diǎn)的第一空氣燃料比點(diǎn)(Al)的富有側(cè)；并且 所述電動(dòng)勢(shì)單元(31)的所述一對(duì)電極包括參考側(cè)電極(34)和排氣側(cè)電極(33)，所述參考側(cè)電極在從所述電動(dòng)勢(shì)單元(31)輸出電動(dòng)勢(shì)時(shí)變?yōu)檎齻?cè)，所述排氣側(cè)電極在從所述電動(dòng)勢(shì)單元(31)輸出電動(dòng)勢(shì)時(shí)變?yōu)樨?fù)側(cè)， 所述氣體傳感器控制方法包括: 基于在所述催化劑(15a)處所述第一空氣燃料比點(diǎn)(Al)和所述第二空氣燃料比點(diǎn)(A2)之間的差異，設(shè)定從所述排氣側(cè)電極(33)經(jīng)過(guò)所述電動(dòng)勢(shì)單元(31)中的固態(tài)電解質(zhì)體(32)流向所述參考側(cè)電極(34)的電流的電流值；以及 基于所述電流的所設(shè)定的電流值，引起所述電流從所述排氣側(cè)電極(33)經(jīng)過(guò)所述電動(dòng)勢(shì)單元(31)中的所述固態(tài)電解質(zhì)體(32)向所述參考側(cè)電極(34)流動(dòng)。
【文檔編號(hào)】F01N9/00GK104343504SQ201410389625
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月9日
【發(fā)明者】松岡干泰, 中田真吾, 三島崇生 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝