專利名稱：氣體濃度檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及氣體濃度檢測裝置，更具體而言，涉及關于氣體濃度檢測裝置的劣化 判定，所述氣體濃度檢測裝置檢測在從發(fā)動機排出的廢氣中特定氣體組分的濃度。
背景技術：
例如JP-A-2003-166967中公開的常規(guī)提出的裝置進行加熱器加電控制，以使泵 單元的元件電阻與目標元件電阻一致。當在加熱器加電控制期間傳感器單元的元件電阻在 預定范圍之外時，該裝置判定傳感器劣化。專利文件1
JP-A-2003-■166967
專利文件2
JP-A-I1-237363
專利文件3
JP-A-2003-■270194
專利文件4
JP-A-2002-■116180
專利文件5
JP-A-2003-■50227
專利文件6
JP-A-2004-■177179

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的問題然而，由于各傳感器的差異，元件電阻(阻抗)、供給到加熱器的功率和加熱器電 阻，例如，隨傳感器單元的不同而變化。因此，如果使用這些值來形成關于傳感器的劣化判 定，則劣化判定的準確度可能因各傳感器的差異而降低。此外，當執(zhí)行加熱器加電控制來活化傳感器時，考慮到各傳感器的差異，有必要過 度升高元件溫度并保持該溫度。因此，可能不能早期形成關于傳感器的劣化判定。此外，當 嘗試過度升高元件溫度時，阻抗發(fā)生變化。因此，劣化判定的準確度可能降低。做出本發(fā)明以解決上述問題。本發(fā)明的一個目的是提供一種能夠準確并即時地形 成關于氣體濃度檢測裝置的劣化判定的氣體濃度檢測裝置。解決問題的手段本發(fā)明的第一方面涉及一種氣體濃度檢測裝置，包括氣體傳感器，所述氣體傳感 器包括用于改變測量目標氣體中的氧的濃度的氧濃度控制裝置、和用于檢測其中的氧濃度 被所述氧濃度控制裝置改變的氣體中的特定氣體組分的濃度的氣體濃度檢測單元；和劣化 判定裝置，所述劣化判定裝置根據(jù)來自所述氣體濃度檢測單元的單元輸出來形成與所述氣體傳感器相關的劣化判定。本發(fā)明的第二方面是根據(jù)第一方面的氣體濃度檢測裝置，其中所述氧濃度控制裝 置包括用于從所述測量目標氣體除去過量的氧的過量氧除去裝置；并且其中所述劣化判定 裝置根據(jù)在所述氣體濃度檢測單元的所述單元輸出中出現(xiàn)拐點之前獲得的單元輸出在所 述氣體傳感器的預熱期間和所述過量氧除去裝置的執(zhí)行期間形成與所述氣體傳感器相關 的劣化判定。本發(fā)明的第三方面是根據(jù)第二方面的氣體濃度檢測裝置，其中所述劣化判定裝置 包括用于獲取在單元輸出增加過程期間所述單元輸出增加的速率的相關值(在下文稱為 增加速率相關值)的增加速率相關值獲取裝置，并且根據(jù)所述增加速率相關值和預定參考 值之間的比較形成與所述氣體濃度檢測單元相關的劣化判定。本發(fā)明的第四方面是根據(jù)第三方面的氣體濃度檢測裝置，其中所述增加速率相關 值獲取裝置包括用于獲取所述單元輸出的增加速率的增加速率獲取裝置；并且其中在所述 增加速率比預定參考值低時所述劣化判定裝置形成與所述氣體濃度檢測單元相關的劣化 判定。本發(fā)明的第五方面是根據(jù)第二至第四方面的任一方面的氣體濃度檢測裝置，其中 所述過量氧除去裝置包括氧泵單元，并且在向所述氧泵單元施加電壓時排出所述測量目標 氣體中的過量的氧；并且其中所述劣化判定裝置包括用于獲取在單元輸出降低過程期間所 述單元輸出降低的速率的相關值(在下文稱為降低速率相關值)的降低速率相關值獲取裝 置，并且根據(jù)所述降低速率相關值和預定參考值之間的比較形成與所述氧泵單元相關的劣 化判定。本發(fā)明的第六方面是根據(jù)第五方面的氣體濃度檢測裝置，其中所述降低速率相關 值獲取裝置包括用于獲取所述單元輸出的降低速率的降低速率獲取裝置；并且其中在所述 降低速率比預定參考值低時所述劣化判定裝置形成與所述氧泵單元相關的劣化判定。本發(fā)明的第七方面是根據(jù)第五方面的氣體濃度檢測裝置，其中所述降低速率相關 值獲取裝置包括用于獲取在所述氣體傳感器開始預熱的瞬間與出現(xiàn)拐點的瞬間之間的時 間間隔期間所達到的所述單元輸出的積分值的積分值獲取裝置；并且其中在所述積分值比 預定參考值大時所述劣化判定裝置形成與所述氧泵單元相關的劣化判定。本發(fā)明的第八方面是根據(jù)第二至第七方面中任一方面的氣體濃度檢測裝置，還包 括用于獲取所述拐點處的單元輸出(在下文稱為拐點單元輸出)的拐點單元輸出獲取裝 置；和用于存儲與所述拐點單元輸出相關的學習值的存儲裝置；其中所述劣化判定裝置根 據(jù)所述拐點單元輸出和所述學習值之間的比較形成與所述氣體傳感器相關的劣化判定。本發(fā)明的第九方面是根據(jù)第八方面的氣體濃度檢測裝置，其中在所述單元輸出比 所述學習值小、并且所述學習值和所述單元輸出之間的差比預定參考值大時，所述劣化判 定裝置斷定所述氣體傳感器劣化。本發(fā)明的第十方面是根據(jù)第八方面的氣體濃度檢測裝置，其中在所述單元輸出比 所述學習值大、并且所述學習值和所述單元輸出之間的差的絕對值比預定參考值大時，所 述劣化判定裝置斷定所述氣體傳感器劣化。本發(fā)明的第十一方面是根據(jù)第八方面的氣體濃度檢測裝置，其中所述劣化判定裝 置包括暫時劣化判定裝置，所述暫時劣化判定裝置根據(jù)所述單元輸出和所述學習值之間的比較形成與所述氣體傳感器相關的可恢復的暫時劣化判定。本發(fā)明的第十二方面是根據(jù)第十一方面的氣體濃度檢測裝置，其中在所述學習值 和所述單元輸出之間的差的絕對值比預定參考值小時，所述暫時劣化判定裝置斷定所述氣 體傳感器暫時劣化。本發(fā)明的第十三方面是根據(jù)第十一或第十二方面的氣體濃度檢測裝置，還包括 劣化恢復過程執(zhí)行裝置，所述劣化恢復過程執(zhí)行裝置在所述氣體傳感器被判定為暫時劣化 時對所述氣體傳感器進行劣化恢復過程。本發(fā)明的第十四方面是根據(jù)第八至第十三方面中任一方面的氣體濃度檢測裝置， 其中在所述單元輸出比所述學習值小、并且所述學習值和所述單元輸出之間的差比預定參 考值小時，所述存儲裝置存儲所述單元輸出作為更新的學習值。本發(fā)明的第十五方面是根據(jù)第一方面的氣體濃度檢測裝置，其中所述氧濃度控制 裝置包括用于增加所述測量目標氣體中的氧濃度的氧濃度增加裝置；拐點定位裝置，在所 述氧濃度被所述氧濃度增加裝置從預定值增加之后降低時，所述拐點定位裝置對在所述單 元輸出中出現(xiàn)的拐點進行定位，作為所述氣體傳感器的活性點；和用于存儲拐點學習值的 拐點學習值存儲裝置，所述拐點學習值為與由所述拐點定位裝置定位的所述拐點相關的信 息；并且其中所述劣化判定裝置根據(jù)由所述拐點學習值存儲裝置存儲的所述拐點學習值形 成與所述氣體傳感器相關的劣化判定。本發(fā)明的第十六方面是根據(jù)第十五方面的氣體濃度檢測裝置，還包括用于估算 所述測量目標氣體中的NOx濃度的NOx濃度估算裝置；和用于通過利用由所述NOx濃度估 算裝置估算的NOx濃度校正所述單元輸出的校正裝置；其中，在所述氧濃度被所述氧濃度 增加裝置從預定值增加之后降低時，所述拐點定位裝置識別由所述校正裝置校正的所述單 元輸出中的拐點，作為所述氣體傳感器的活性點。本發(fā)明的第十七方面是根據(jù)第十五方面的氣體濃度檢測裝置，其中所述氧濃度增 加裝置包括用于排出所述測量目標氣體中的過量的氧的氧泵單元、和用于控制供給到加熱 器以預熱所述氧泵單元的電力的加熱器控制裝置，并且在內燃機燃料切斷期間向所述加熱 器供給比正常量小的量的電力。本發(fā)明的第十八方面是根據(jù)第十五方面的氣體濃度檢測裝置，其中所述氧濃度增 加裝置包括用于在施加電壓時排出所述測量目標氣體中的過量的氧的氧泵單元、和用于控 制供給到所述氧泵單元的電力的氧泵單元控制裝置，并且在內燃機燃料切斷期間向所述氧 泵單元供給比正常量小的量的電力。本發(fā)明的第十九方面是根據(jù)第十五方面的氣體濃度檢測裝置，還包括用于控制 所述測量目標氣體中的NOx濃度的NOx濃度控制裝置；其中在所述NOx濃度控制裝置被執(zhí) 行時，所述拐點定位裝置定位所述拐點。本發(fā)明的第二十方面是根據(jù)第十五至第十九方面中任一方面的氣體濃度檢測裝 置，其中所述拐點學習值存儲裝置存儲在定位所述拐點時占優(yōu)的所述單元輸出、與元件溫 度相關的物理性質值、和定位所述拐點所需的時間作為設定表。本發(fā)明的優(yōu)點根據(jù)本發(fā)明的第一方面，根據(jù)所述氣體濃度檢測單元的單元輸出來形成與所述氣 體傳感器相關的劣化判定。因此，本發(fā)明使得能夠不受各氣體傳感器差異影響地進行劣化判定。在所述氣體濃度檢測單元的所述單元輸出中出現(xiàn)拐點的時間是測量目標氣體中 保留的過量氧被過量氧除去裝置除去至所述氣體濃度檢測單元中的單元輸出不受影響的 程度。換言之，當在所述單元輸出中出現(xiàn)拐點時，可以形成與所述氣體傳感器相關的活性判 定。本發(fā)明的第二方面根據(jù)在所述單元輸出中出現(xiàn)拐點之前產(chǎn)生的單元輸出形成與所述氣 體傳感器相關的劣化判定。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以在所述氣體傳感器變?yōu)榛钚灾靶纬闪?化判定。這使得可以有效避免將劣化的氣體傳感器的傳感器輸出用于各種控制操作。當所述氣體濃度檢測單元的溫度隨氣體傳感器的預熱進行而升高時，因為所述測 量目標氣體中保留的氧被所述氣體濃度檢測單元分解，所以獲得了單元輸出。所述單元輸 出隨所述氣體濃度檢測單元的活性增加而增加。當氣體濃度檢測單元在所得狀態(tài)下劣化 時，所述氣體濃度檢測單元的氧分解能力降低。這降低了單元輸出的增加速率。根據(jù)本發(fā) 明的第三方面，通過比較單元輸出增加過程期間所述輸出增加速率的相關值和預定參考值 來形成與所述氣體濃度檢測單元相關的劣化判定。結果，本發(fā)明使得可以在所述單元輸出 中出現(xiàn)拐點之前，即在所述氣體傳感器變活性之前以高的準確度形成與所述氣體濃度檢測 單元相關的劣化判定。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，所述氣體濃度檢測單元的單元輸出增加速率是在單元輸 出增加過程期間獲得的。當所述增加速率比預定參考值低時，判定所述氣體濃度檢測單元 劣化。當所述單元輸出增加速率低時，可以判定所述氣體濃度檢測單元的氧分解能力降低。 因此，本發(fā)明使得能夠根據(jù)所述單元輸出增加速率準確并早期地形成與所述氣體濃度檢測 單元相關的劣化判定。當所述氧泵單元的活性隨所述氣體傳感器預熱的進行而增加時，所述氧泵單元越 來越強地排出過量氧。因此，曾經(jīng)增加的單元輸出隨所述測量目標氣體中過量氧的量的降 低而降低。本發(fā)明的第五方面根據(jù)單元輸出降低速率的相關值和預定參考值之間的比較形 成與所述氧泵單元相關的劣化判定。換言之，當氧泵單元劣化時，所述氧分解能力，即過量 氧排出能力降低。結果，所述氣體濃度檢測單元在所有時刻都檢測高濃度的氧。這降低了 單元輸出降低速率。因此，本發(fā)明使得能夠根據(jù)單元輸出降低速率的相關值和預定參考值 之間的比較，在所述單元輸出中出現(xiàn)拐點之前，即在氣體傳感器變?yōu)榛钚灾霸缙诘夭?確地形成與所述氧泵單元相關的劣化判定。當所述氧泵單元劣化時，所述氧分解能力，即過量氧排出能力降低。因此，所述氣 體濃度檢測單元在所有時刻都檢測高濃度的氧，由此降低單元輸出降低速率。本發(fā)明的第 六方面在所述氣體傳感器開始預熱之后獲取所述氣體濃度檢測單元的單元輸出降低速率。 當所述降低速率比所述預定參考值低時，本發(fā)明的第六方面斷定所述氧泵單元劣化。結果， 本發(fā)明使得能夠根據(jù)所述單元輸出降低速率早期地并準確地形成與所述氧泵單元相關的 劣化判定。當所述氧泵單元劣化時，所述氧分解能力，即過量氧排出能力降低。因此，所述氣 體濃度檢測單元在所有時刻都檢測高濃度的氧，由此增加所述單元輸出的積分值。本發(fā)明 的第七方面獲取在氣體傳感器預熱開始的瞬間和出現(xiàn)拐點的瞬間之間的間隔期間達到的 單元輸出的積分值。當所述積分值比所述預定參考值大時，本發(fā)明的第七方面斷定所述氧 泵單元劣化。結果，本發(fā)明使得能夠根據(jù)所述單元輸出的積分值早期地并準確地形成與所述氧泵單元相關的劣化判定。在所述氣體濃度檢測單元的單元輸出中出現(xiàn)拐點的時間是測量目標氣體中保留 的過量氧被過量氧除去裝置除去至所述氣體濃度檢測單元的單元輸出不受影響的程度的 時間。換言之，所述拐點單元輸出沒有可能由保留的過量氧引起的傳感器輸出錯誤。涉及 所述拐點單元輸出的學習值是例如在學習所述拐點單元輸出的各傳感器差異之后獲得的 值。本發(fā)明的第八方面根據(jù)所述拐點單元輸出和學習值之間的比較形成與所述氣體傳感器 相關的劣化判定。結果，本發(fā)明使得能夠在降低保留的過量氧的影響以消除例如各傳感器 差異的影響的同時形成劣化判定。當所述拐點單元輸出比所述學習值小且所述學習值和拐點單元輸出之差比預定 參考值大時，本發(fā)明的第九方面斷定所述氣體傳感器劣化。當所述拐點單元輸出明顯比所 述學習值小時，可以斷定所述氣體傳感器劣化或以別的方式異常。因此，本發(fā)明使得能夠早 期地并準確地形成與所述氣體傳感器相關的劣化判定。當所述拐點單元輸出比所述學習值大且所述學習值和拐點單元輸出之差的絕對 值比預定參考值大時，本發(fā)明的第十方面斷定所述氣體傳感器劣化。當所述拐點單元輸出 明顯比所述學習值大時，可以斷定所述氣體傳感器劣化或以其它方式異常。因此，本發(fā)明使 得能夠早期地并且準確地形成與所述氣體傳感器相關的劣化判定。取決于電極氧化的程度，氣體傳感器劣化可以分類為不可恢復的永久性劣化和可 恢復的暫時性劣化。本發(fā)明的第十一方面根據(jù)所述拐點單元輸出和學習值之間的比較形成 與所述氣體傳感器相關的可恢復的暫時劣化判定。在電極氧化和拐點單元輸出之間存在相 關性。因此，本發(fā)明可以通過比較拐點單元輸出和學習值來判斷電極氧化的程度。這使得 能夠以高的準確度形成與所述氣體傳感器相關的可恢復的暫時劣化判定。氣體傳感器單元電極的氧化程度越高，越可能在電極處出現(xiàn)還原反應，因此單元 輸出越大。當所述學習值和拐點單元輸出之差的絕對值比預定參考值小時，本發(fā)明的第 十二方面判定所述氣體傳感器暫時劣化。當判定所述氣體傳感器劣化但是其單元輸出并未 明顯增加時，可以斷定所述劣化是可恢復的，其原因是電極氧化的程度低。因此，本發(fā)明使 得能夠判定其拐點單元輸出與學習值接近的氣體傳感器暫時劣化。當判定所述氣體傳感器暫時劣化時，本發(fā)明的第十三方面對所述氣體傳感器進行 劣化恢復過程。因此，本發(fā)明在區(qū)分永久性劣化和可恢復劣化的同時形成氣體傳感器劣化 判定，并且只在所述氣體傳感器暫時劣化時進行恢復過程。這使得能夠有效避免執(zhí)行不必 要的恢復過程和恢復氣體傳感器的初始性能。當所述單元輸出比所述學習值小且所述學習值和單元輸出之差比預定參考值小 時，本發(fā)明的第十四方面存儲所述單元輸出作為更新的學習值。因此，本發(fā)明使得能夠有效 獲取因例如各氣體傳感器差異而引起的輸出偏差作為學習值。在通過所述氧濃度增加裝置使所述氧濃度比預定值高之后進行的氧濃度降低過 程期間，本發(fā)明的第十五方面識別在所述氣體濃度檢測單元的單元輸出中出現(xiàn)的拐點作為 活性點。與普通傳感器活性(全活性)判定不同，根據(jù)本發(fā)明的第十五方面，當所述氣體濃 度檢測單元開始檢測特定氣體組分的濃度而不受保留氧的影響時，判定所述氣體濃度檢測 單元是活性的。這使得能夠形成準確的關于所述氣體濃度檢測單元的活性判定。此外，本 發(fā)明的第十五方面存儲作為與拐點相關的信息的拐點學習值。拐點學習值可以用于降低因內燃機工作狀態(tài)而引起的活性判定偏差。因此，本發(fā)明使得能夠通過根據(jù)拐點學習值形成 劣化判定來提高劣化判定的準確度。本發(fā)明的第十六方面通過利用估算的NOx濃度值校正所述氣體濃度檢測單元的 單元輸出，并且根據(jù)所述校正的單元輸出對拐點進行定位。因此，本發(fā)明使得能夠準確地定 位拐點而不受NOx濃度變化的影響。此外，存儲與所定位的拐點相關的信息作為拐點學習 值。結果，本發(fā)明使得能夠通過根據(jù)拐點學習值形成劣化判定來提高劣化判定的準確度。根據(jù)本發(fā)明的第十七方面，可以通過使得在燃料切斷期間向所述加熱器供給的電 力的量比在正常運行期間供給的電力的量小，來增加氣體濃度檢測單元的氧濃度。這使得 能夠定位燃料切斷期間的拐點和確保足夠的學習頻率。根據(jù)本發(fā)明的第十八方面，可以通過使得在燃料切斷期間向所述氧泵單元供給的 電力的量比在正常運行期間供給的電力的量小，來增加氣體濃度檢測單元的氧濃度。這使 得能夠定位燃料切斷期間的拐點和確保足夠的學習頻率。本發(fā)明的第十九方面在控制所述測量目標氣體中的NOx濃度的同時定位拐點。因 此，本發(fā)明使得能夠準確定位拐點而不受NOx濃度變化的影響。本發(fā)明的第二十方面使用設定表來存儲定位拐點時占優(yōu)的氣體濃度檢測單元輸 出、與元件溫度相關的物理性能值、和定位拐點所需的時間。在定位拐點時，各傳感器在物 理性能值方面的差異被最小化。因此，利用設定表作為學習值使得能夠降低因內燃機的運 行狀態(tài)而引起的活性判定偏差。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的氣體濃度檢測裝置10的配置的圖。圖2是示出NOx傳感器預熱期間氧泵單元輸出和NOx傳感器單元輸出的變化的 圖。圖3是示出定位NOx傳感器單元輸出中的拐點的方法的圖。圖4是示出當NOx傳感器單元4劣化時NOx傳感器單元輸出N如何變化的圖。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施方案ECU 8執(zhí)行的程序的流程圖。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施方案ECU 8執(zhí)行的程序的流程圖。圖7是示出當氧泵單元2劣化時NOx傳感器單元輸出N如何變化的圖。圖8是示出根據(jù)本發(fā)明第二實施方案ECU 8執(zhí)行的程序的流程圖。圖9是示出當氧泵單元2劣化時NOx傳感器單元輸出N如何變化的圖。圖10是示出根據(jù)本發(fā)明第三實施方案ECU 8執(zhí)行的程序的流程圖。圖11是示出根據(jù)本發(fā)明第四實施方案ECU 8執(zhí)行的程序的流程圖。圖12是示出與NOx濃度相關的NOx傳感器單元輸出變化的圖。圖13是示出根據(jù)本發(fā)明第五實施方案ECU 8執(zhí)行的程序的流程圖。圖14是示出根據(jù)本發(fā)明第六實施方案的典型系統(tǒng)配置的圖。圖15是示出NOx傳感器單元輸出隨發(fā)動機啟動時間變化的圖。圖16是示出根據(jù)本發(fā)明第六實施方案ECU 8執(zhí)行的程序的流程圖。圖17是示出在圖16的步驟708中執(zhí)行的拐點定位程序的流程圖。圖18是示出氧泵單元輸出和NOx傳感器單元輸出之間的相關性的圖。
圖19是示出根據(jù)本發(fā)明第六實施方案的第一修改方案的定位氧泵單元輸出中的 拐點的方法的圖。圖20是示出根據(jù)本發(fā)明第六實施方案的第一修改方案的拐點定位程序的流程 圖。圖21是示出根據(jù)本發(fā)明第六實施方案的第二修改方案的氣體濃度檢測裝置的主 要部分的框圖。圖22是示出空燃比傳感器單元輸出和NOx傳感器單元輸出之間的相關性的圖。圖23是示出發(fā)動機啟動時在SCR催化劑122的下游出現(xiàn)的NOx濃度變化和NOx 傳感器單元輸出變化的圖。圖M是示出根據(jù)本發(fā)明第七實施方案的圖16的步驟708中執(zhí)行的拐點定位程序 的流程圖。圖25是示出根據(jù)本發(fā)明第八實施方案的ECU 8執(zhí)行的程序的流程圖。圖沈是示出根據(jù)本發(fā)明第八實施方案的第一修改方案的ECU 8執(zhí)行的程序的流 程圖。圖27是示出根據(jù)本發(fā)明第八實施方案的第二修改方案的ECU 8執(zhí)行的程序的流 程圖。圖觀是示出根據(jù)本發(fā)明第八實施方案的第三修改方案的ECU 8執(zhí)行的程序的流 程圖。圖四是示出根據(jù)本發(fā)明第八實施方案的第四修改方案的ECU 8執(zhí)行的程序的流 程圖。圖30是示出脲水的添加量和SCR催化劑122下游中占優(yōu)的NOx濃度之間的關系 的圖。圖31是示出根據(jù)本發(fā)明第九實施方案的ECU 8執(zhí)行的程序的流程圖。
具體實施例方式下面將參考附圖描述本發(fā)明的實施方案。附圖中相同的元件/要素用相同的附圖 標記表示，并且不再贅述。應理解，本發(fā)明不限于下述實施方案。第一實施方案[第一實施方案的配置]首先，將參照圖1描述根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的氣體濃度檢測裝置的配置。圖1 是示出根據(jù)第一實施方案的氣體濃度檢測裝置10的配置的圖。圖1中所示的氣體濃度檢 測裝置10是檢測例如從內燃機(在下文稱為發(fā)動機)中排出的廢氣中氮氧化物(NOx)的 濃度的NOx濃度檢測裝置。氣體濃度檢測裝置10包括NOx傳感器1。NOx傳感器1通過在氧泵單元2下方順 序堆疊間隔物3、NOx傳感器單元4、另一間隔物5和加熱器6來形成。氧泵單元2能夠從測量目標氣體移除過量的氧，并且包括固體電解質體21、第一 泵電極22、和第二泵電極23。固體電解質體21夾在第一泵電極22和第二泵電極23之間。 作為元件的固體電解質體21是氧離子傳導性的。其成形為例如由Zr02、HfO2, ThO2和BiO3
11制成的板狀。夾著固體電解質體21的第一泵電極22和第二泵電極23可通過例如絲網(wǎng)印 刷法形成。形成于固體電解質體21前表面上的第一泵電極22暴露于存在廢氣即測量目標氣 體的空間，即暴露于發(fā)動機的廢氣路徑中的空間。例如，包含Pt或其他貴金屬的多孔陶瓷 電極可以用作第一泵電極22。另一方面，形成于固體電解質體21的后表面上以面向第一泵電極22的第二泵電 極23暴露于下述的第一內部空間31。對包含NOx的氣體具有惰性的電極例如包含Pt-Au 合金和氧化鋯、氧化鋁或其他陶瓷材料的多孔陶瓷電極可以用作第二泵電極23。在氧泵單元2中形成針孔M作為引入孔，其穿透固體電解質體21、第一泵電極22 和第二泵電極23。針孔M的直徑設計為使得待通過針孔M引入下述第一內部空間31的 廢氣以預定速率擴散。通過針孔M和下述的多孔保護層7，第一內部空間31與存在測量目 標氣體的空間連通。多孔保護層7形成在朝向固體電解質體21的第一泵電極22的側面，以覆蓋第一 泵電極22的表面，該表面包括針孔M及其周圍區(qū)域。多孔保護層7可由例如多孔氧化鋁 制成。多孔保護層7使得不僅能夠防止第一泵電極22中毒，并且能夠防止針孔M被例如 廢氣中包含的煙灰堵塞。前述第一內部空間31和第二內部空間32形成于間隔物3中。間隔物3可由例如 氧化鋁制成。所述兩個內部空間31、32通過連通孔33彼此連通。第一內部空間31、第二內 部空間32和連通孔33可通過在間隔物3中形成通孔來形成。NOx傳感器單元4從得自NOx的還原性分解的氧量來檢測NOx濃度。NOx傳感器 單元4包括固體電解質體41、第一檢測電極42和第二檢測電極43。固體電解質體41夾在 第一檢測電極42和第二檢測電極43之間。第一檢測電極42和第二檢測電極43可通過利 用例如絲網(wǎng)印刷法形成。形成于固體電解質體41前表面上的第一檢測電極42暴露于第二內部空間32。例 如，包含Pt-Au合金和氧化鋯、氧化鋁或其他陶瓷材料的多孔陶瓷電極可以用作第一檢測 電極42。另一方面，形成于固體電解質體41后表面上以面向第一檢測電極42的第二檢測 電極43暴露于形成于間隔物5中的大氣導管51內的空間。大氣空氣被引入大氣導管51 中。例如，包含Pt或其他貴金屬的多孔陶瓷電極可以用作第二檢測電極43。大氣導管51 可以通過在間隔物5中制成切口來形成。加熱器6包括板狀絕緣層62、63和埋在絕緣層62、63之間的加熱器電極61。絕緣 層62、63例如由陶瓷材料如氧化鋁形成。加熱器電極61例如通過由Pt和氧化鋁或其他陶 瓷材料制成的金屬陶瓷形成。根據(jù)第一實施方案的氣體濃度檢測裝置10包括用作控制裝置的ECU (電子控制單 元)8。E⑶8包括泵單元控制裝置81、傳感器單元控制裝置82和加熱器控制裝置83。E⑶ 8可與發(fā)動機ECU分離地提供或作為發(fā)動機ECU的一部分來提供。泵單元控制裝置81與包括在氧泵單元2中的第一泵電極22和第二泵電極23連 接。泵單元控制裝置81在第一泵電極22和第二泵電極23之間施加電壓，并且檢測在氧泵 單元2中流動的電流值作為“氧泵單元輸出”。
傳感器單元控制裝置82與包括在NOx傳感器單元4中的第一檢測電極42和第二 檢測電極43連接。傳感器單元控制裝置82在第一檢測電極42和第二檢測電極43之間施 加電壓，并且檢測在NOx傳感器單元4中流動的電流的值，作為“NOx傳感器單元輸出”。加熱器控制裝置83與加熱器電極61連接。加熱器控制裝置83向加熱器電極61 供給電力。[第一實施方案的運行](NOx濃度檢測的原理)現(xiàn)在將參照圖1描述通過氣體濃度檢測裝置10檢測NOx濃度的原理。廢氣，即在 發(fā)動機廢氣路徑中流動的測量目標氣體，存在于多孔保護層7周圍的空間內。所述廢氣包 括例如02、Ν0χ、α)2和H20。所述廢氣通過多孔保護層7和針孔M引入第一內部空間31內。 待引入第一內部空間31內的廢氣的量由多孔保護層7和針孔M的擴散阻力確定。在NOx濃度檢測之前，加熱器控制裝置83首先向加熱器電極61供給電力以將固 體電解質體21、41加熱至其活性溫度。然后氧泵單元2變?yōu)榛钚缘?，使得泵單元控制裝置 81在第一泵電極22和第二泵電極23之間施加電壓。在暴露于第一內部空間31的第二泵 電極23上，保留的氧和廢氣中包含的氧隨后被還原成氧離子02_。氧離子02_隨后通過固體 電解質體21而朝向第一泵電極22泵出。在該情況下，泵單元控制裝置81檢測氧泵單元2 中流動的電流的值作為氧泵單元輸出。當通過氧泵單元2排出過量的氧時，廢氣中氧的濃 度降低至通過NOx傳感器單元4進行的NOx濃度檢測不受影響的程度。使第一泵電極22 和第二泵電極23之間施加的電壓最大化使得氧離子02_的泵送操作更為強烈，以增加待排 出的氧的量。從其移除過量的氧以降低氧濃度的廢氣通過連通孔33被引入第二內部空間32 中。當NOx傳感器單元4變?yōu)榛钚裕沟脗鞲衅鲉卧刂蒲b置82在第一檢測電極42和第二 檢測電極43之間施加電壓時，作為廢氣的特定組分的NOx在第一檢測電極42上分解以產(chǎn) 生氧離子02_。更具體而言，NOx首先分解成NO (轉化成單一氣體組分)并隨后進一步分解 成氧離子02_。氧離子02_穿過固體電解質體41并從第二檢測電極43排出到大氣導管51。 在該情況下，傳感器單元控制裝置82檢測在NOx傳感器單元4中流動的電流，作為NOx傳 感器單元輸出，也就是說，測量目標氣體的NOx濃度輸出。(NOx傳感器活性判定操作)下面將參照圖2和3描述涉及NOx傳感器1的活性判定操作。為了以高準確度實 現(xiàn)上述NOx濃度檢測，NOx傳感器1必須處于其活性狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的“活性狀態(tài)”為其 中未受保留氧影響的NOx傳感器輸出的檢測被啟動的狀態(tài)，也就是說，NOx傳感器單元輸出 可用于各種控制操作而不受保留的氧的影響(下述實施方案同樣如此)。因此，當可以早期 形成與NOx傳感器1相關的活性判定時，NOx傳感器單元輸出可立即用于各種控制操作，以 降低排放。為了從NOx傳感器1或具有由固體電解質體制成的元件的其他類似NOx傳感器獲 得正常特性，必須給加熱器加電以將元件溫度升高至預定活性溫度。已知與氣體濃度傳感 器相關的活性判定是根據(jù)例如元件阻抗、施加至加熱器的功率或加熱器電阻而形成的。然 而，例如元件阻抗和施加至加熱器的功率隨傳感器單元的不同而不同。因此，難以準確并即 時地根據(jù)上述參數(shù)掌握傳感器的活性狀態(tài)。
鑒于上述情況，第一實施方案以下述方式早期地并準確地形成與NOx傳感器1相 關的活性判定。圖2是示出NOx傳感器預熱期間氧泵單元輸出和NOx傳感器單元輸出如何 變化的圖。在圖2中，虛線Lp指示氧泵單元輸出的變化，而實線Ls指示NOx傳感器單元輸 出中的變化。在時刻t0時，在發(fā)動機啟動時NOx傳感器1開始預熱，如圖2所示的。更具體而 言，加熱器控制裝置83開始向加熱器電極61供給電力。由于該電力的施加，氧泵單元2和 NOx傳感器單元4的溫度，即固體電解質體21、41的溫度逐漸升高。在時刻t0時，大氣空氣 中包含的氧保留在靠近氧泵單元2的第一內部空間31中和靠近NOx傳感器單元4的第二 內部空間32中。隨后，當NOx傳感器單元4的固體電解質體41在時刻tl到達預定溫度時，獲得 NOx傳感器單元輸出。在時刻tl之后，NOx傳感器單元輸出隨NOx傳感器單元4 (固體電解 質體41)活性的增加而增加。這是因為在第二內部空間32中保留的氧在第一檢測電極42 處分解，而不是因為引入靠近NOx傳感器單元4的第二內部空間32的NOx而在第一檢測電 極42處分解。然后，在時刻t3時，NOx傳感器單元輸出達到上限值，也就是說，可以被NOx 傳感器單元4檢測的氧濃度的上限值。同時，當氧泵單元2的固體電解質體21在時刻t2(其在時刻tl之后)達到預定 溫度時，獲得氧泵單元輸出。在時刻t2之后，在靠近氧泵單元2的第一內部空間31中保留 的氧的排出量隨氧泵單元2 (固體電解質體21)的活性增加而增加。因此，氧泵單元輸出隨 時間增加。從第一內部空間31排出的氧的量隨氧泵單元2的活性增加而增加。進一步地，引 入第一內部空間31中的廢氣的量隨氧泵單元2的活性增加而增加。這降低了第一內部空間 31中保留的氧的濃度，并且降低了從第一內部空間31向第二內部空間32供給的氧的量。 因此，在第二內部空間32中保留的氧的量隨氧泵單元2的活性增加而逐漸降低。結果，NOx 傳感器單元輸出在時刻t4之后下降。隨后，在第二內部空間32中保留的氧基本上被移除的時刻t5時，在NOx傳感器輸 出中出現(xiàn)拐點，其表示NOx傳感器單元輸出大幅變化的曲線指示點。更具體而言，在拐點出 現(xiàn)之前產(chǎn)生的NOx傳感器單元輸出主要使用在第二內部空間32中保留的氧來進行氧離子 泵送操作。因此，在該時間段內占優(yōu)的NOx傳感器單元輸出的曲線指示主要受第二內部空 間32中的氧濃度，即氧泵單元2的活性的影響。另一方面，在拐點出現(xiàn)之后產(chǎn)生的NOx傳感器單元輸出主要使用第二內部空間32 中的NOx來進行氧離子泵送操作，其原因是保留的氧減少。因此，在該時間段內占優(yōu)的NOx 傳感器單元輸出的曲線指示主要受第二內部空間32中的NOx濃度，即NOx傳感器單元4的 活性影響。隨后，在拐點出現(xiàn)的時刻t5時，能夠識別出基本上移除了在NOx傳感器1預熱 之前保留在第一和第二內部空間31、32中的氧。因此，在拐點出現(xiàn)的時刻t5之后，NOx傳 感器單元4可以準確檢測NOx濃度而不受保留的氧的影響。隨后，第一實施方案在NOx傳感器單元輸出中出現(xiàn)拐點的時刻t5時形成與NOx傳 感器1相關的活性判定。這使得能夠在NOx傳感器單元4開始檢測NOx濃度時形成與NOx 傳感器1相關的活性判定而不受保留的氧的影響。因此，可以最大程度地滿足早期活化NOx 傳感器1的要求。
現(xiàn)在將參照圖3描述定位上述拐點所進行的操作。圖3是示出對NOx傳感器單 元輸出中的拐點進行定位的方法的圖。如圖所示，第一步是以預定時間間隔獲取NOx傳感 器單元輸出N，并且在每次獲取NOx傳感器單元輸出之后計算NOx傳感器單元輸出變化量 ΔΝ。時刻t時的變化量AN(t)可由下式(1)計算。當計算的變化量AN(t)小于NOx傳 感器單元輸出N減小過程期間的預定參考值ANth時，將在時刻t時占優(yōu)的NOx傳感器單 元輸出N(t)確定為拐點。AN(t) = |N(t)-N(t_l) I -—(1)圖3中顯示的實施例表明在時刻tlO和時刻tl4之間的時間段期間NOx傳感器單 元輸出N降低。換言之，上述式(1)中的N(t)-N(t-1)在時刻til、時刻tl2、時刻tl3和時 刻tl4時為負值。變化量Δ N(til)至AN(tl3)不比預定參考值Δ Nth小。然而，變化量 AN(tl4)比參考值ANth小。因此，在時刻tl4時占優(yōu)的NOx傳感器單元輸出N(tl4)被識 別為拐點。因此，在NOx傳感器單元輸出中出現(xiàn)拐點的時刻tl4時形成與NOx傳感器1相 關的活性判定。定位拐點的方法不限于上述方法。例如，或者，當NOx傳感器單元輸出N停止降低 且開始增加時占優(yōu)的NOx傳感器單元輸出N可被識別為拐點。其原因在于，廢氣中NOx濃 度的增加意味著這種增加被NOx傳感器單元4檢測到。此外，當NOx傳感器單元輸出N比 參考值Nth小時，NOx傳感器單元輸出N可以被識別為拐點，甚至在NOx傳感器單元輸出N 中的變化量ΔΝ比參考值ΔNth大的情況下也是如此。其原因在于它意味著在NOx傳感器 1完全預熱之前除去了保留的氧。[第一實施方案的特征操作]現(xiàn)在將參照圖4描述本實施方案的特征操作。如前文所述，在拐點出現(xiàn)時可以認 為在NOx傳感器1預熱之前第一和第二內部空間31、32中保留的氧基本上被移除。因此， 在拐點出現(xiàn)之后，NOx傳感器單元4可以檢測NOx濃度而不受保留的氧的影響。當NOx傳感器1中的NOx傳感器單元4劣化時，在拐點變化之前占優(yōu)的NOx傳感 器單元輸出N變化。圖4是示出在NOx傳感器單元4劣化的情況下NOx傳感器單元輸出N 如何變化的圖。在圖4中，虛線Lp指示氧泵單元輸出的變化；實線Lsl指示正常NOx傳感 器單元4中的輸出變化；單點式鏈線Ls2指示劣化的NOx傳感器單元4中的輸出變化。當NOx傳感器1在發(fā)動機啟動時開始預熱(時刻t0)時，如圖中實線Lsl所示，NOx 傳感器單元4中的固體電解質體41的溫度逐漸升高。然后，在時刻tl之后，NOx傳感器單 元輸出隨NOx傳感器單元4(固體電解質體41)的活性增加而增加。其原因在于在第二內 部空間32內保留的過量氧如上文所述在第一檢測電極處分解。在其NOx傳感器單元4劣化的NOx傳感器1中，NOx傳感器單元4的氧分解能力降 低。因此，劣化的NOx傳感器1表現(xiàn)出比正常NOx傳感器1低的NOx傳感器單元輸出N的 增加速率，如圖中的單點式鏈線Ls2所示的。結果，本實施方案根據(jù)上述輸出趨勢形成與NOx傳感器1相關的劣化判定。更具 體而言，在NOx傳感器單元輸出N增加期間以預定時間間隔Δ t首先獲取NOx傳感器單元 輸出N(t)，如圖所示的。然后，在每次NOx傳感器單元輸出獲取之后由式(1)計算NOx傳感 器單元輸出的變化量ΔΝα)。接下來，通過將在每次NOx傳感器單元輸出獲取之后確定的 變化量ΔΝα)代入下式(2)中來計算NOx傳感器單元輸出N的輸出增加速率Vu(t)。當計算的輸出增加速率Vu (t)比預定的參考值Vthl小時，檢驗NOx傳感器1中的NOx傳感器單 元4是否劣化。Vu (t) = AN(t)/At——(2)如上所述，根據(jù)第一實施方案的氣體濃度檢測裝置在用于定位NOx傳感器單元輸 出N出現(xiàn)拐點的過程期間形成與NOx傳感器單元4相關的劣化判定。這使得能夠在NOx傳 感器1活化之前準確檢驗其劣化。[第一實施方案所執(zhí)行過程的細節(jié)]現(xiàn)在將參照圖5和6詳細描述由第一實施方案執(zhí)行的過程。圖5是示出根據(jù)第一 實施方案ECU 8執(zhí)行的以形成與NOx傳感器1相關的活性判定的程序的流程圖。該程序以 預定的間隔開始。預定的間隔對應于例如時刻tlO和時刻til之間的間隔和時刻til和時 刻tl2之間的間隔，如圖3中所示的。首先，圖5中所示的程序執(zhí)行步驟100以判定NOx傳感器1是否預熱。更具體而 言，執(zhí)行步驟100以判定發(fā)動機是否開始預熱NOx傳感器1或者是否正在從長時間的燃料 切斷中恢復。如果在步驟100中獲得的判定結果不指示NOx傳感器1正在預熱，則程序立 即結束，因為它斷定不能獲得圖2中所示的NOx傳感器單元輸出。另一方面，如果在步驟100中獲得判定結果指示NOx傳感器1正在預熱，則程序進 行至下一步驟(步驟102)并獲取NOx傳感器單元輸出N (t)。接下來，程序執(zhí)行步驟104以 計算變化量AN(t)。更具體而言，執(zhí)行步驟104以通過將在步驟102中獲得的NOx傳感器 單元輸出N(t)和N(t-l)代入上式(1)中來計算變化量ΔΝα)。接下來，程序執(zhí)行步驟106以判定NOx傳感器單元輸出N(t)是否比N(t_l)小。更 具體而言，執(zhí)行步驟106以將在步驟102中獲得的NOx傳感器單元輸出N(t)與N(t_l)進 行比較。如果在步驟106中獲得的判定結果指示N(t) <N(t-l)，則程序斷定正在進行輸 出降低過程以降低NOx傳感器單元輸出N(t)、進行至下一步驟(步驟108)、和判定變化量 AN(t)是否比參考值ANth小。如果在步驟108中獲得的判定結果指示變化量AN(t)比 參考值ANth小，則程序進行至下一步驟(步驟110)并且識別NOx傳感器單元輸出N (t) 作為拐點。在圖3中所示的實施例中，因為變化量AN(tl4)比參考值ANth小，所以在時 刻tl4時占優(yōu)的NOx傳感器單元輸出N(tl4)被識別為拐點。然后程序執(zhí)行步驟112以判 定由遇到拐點的時間代表NOx傳感器單元4的活化時間。在步驟112完成之后，程序終止。另一方面，如果在步驟106中獲得的判定結果不指示N(t) <N(t_l)，則程序斷定 NOx傳感器單元輸出N(t)增加，進行至下一步驟(步驟114)和判定由最后的程序確定的 NOx傳感器單元輸出N(t-l)是否比N(tl)小。更具體而言，執(zhí)行步驟114以將由最后程 序所確定的NOx傳感器單元輸出N(t-l)與由倒數(shù)第二程序所確定的NOx傳感器單元輸出 N(t-2)進行比較。如果該比較不指示N(t-l) <N(t-2)，則NOx傳感器單元輸出N升高趨 向上限值。因此，程序斷定仍然沒有遇到拐點，然后立即結束。另一方面，如果在步驟114中獲得的判定結果指示N(t-l) < N(t-2)，則程序斷 定由倒數(shù)第二程序所確定的NOx傳感器單元輸出N(t-2)比由最后程序所確定的變化量 Δ (t-1)大。在該情況下，當前程序判定目前檢測到廢氣中NOx濃度的增加、進行至步驟 110、和識別NOx傳感器單元輸出N(t)作為拐點。如果在步驟108中獲得的判定結果不指示變化量AN(t)比參考值ANth小，則程序進行至下一步驟(步驟116)并且判定NOx傳感器單元輸出N (t)是否比參考值Δ Nth小。 如果所獲得的判定結果不指示NOx傳感器單元輸出N(t)比參考值ANth小，則程序立即結 束，這是因為它斷定在NOx傳感器單元輸出N中仍然未出現(xiàn)拐點。另一方面，如果在步驟116中獲得的判定結果指示NOx傳感器單元輸出N(t)比參 考值ANth小，則程序進行至步驟110，并且識別NOx傳感器單元輸出N(t)作為拐點。圖6是示出根據(jù)第一實施方案ECU 8執(zhí)行的以形成與NOx傳感器1相關的劣化判 定、或更具體而言與NOx傳感器單元4相關的劣化判定的程序的流程圖。該程序以預定間 隔與圖5中所示的程序一起開始。首先，圖6中所示的程序執(zhí)行步驟200以執(zhí)行對NOx傳 感器1的活性判定過程。更具體而言，執(zhí)行步驟200以判定與當前執(zhí)行的程序一起執(zhí)行的 圖5中所示的程序是否形成活性判定，即，在步驟112中是否形成與NOx傳感器1相關的活 性判定。如果所得的判定結果指示形成與NOx傳感器1相關的活性判定，則程序立即結束。另一方面，如果在步驟200中獲得的判定結果不指示形成了與NOx傳感器1相關 的活性判定，則程序斷定NOx傳感器1仍然未活化、進行至下一步驟(步驟20 、和獲取NOx 傳感器單元輸出N(t)。更具體而言，在步驟202中執(zhí)行的過程與在圖5中所示的程序的步 驟102中執(zhí)行的過程相同。接下來，程序執(zhí)行步驟204以判定NOx傳感器單元輸出N是否增加。更具體而言， 執(zhí)行步驟204以判定在上述步驟202中獲取的NOx傳感器單元輸出N(t)是否比在最后程 序的步驟202中獲取的N(t-l)大。如果所得判定結果不指示N(t) >N(t-l)，則程序斷定 NOx傳感器單元輸出N降低，然后立即結束。另一方面，如果在步驟204中獲得的判定結果指示N(t) > N(t-l)，則程序斷定 NOx傳感器單元輸出N增加、進行至下一步驟(步驟206)、和獲取變化量AN(t)。更具體而 言，在步驟206中執(zhí)行的過程與在圖5中所示程序的步驟104中執(zhí)行的過程相同。接下來，程序執(zhí)行步驟208以計算輸出增加速率Vu (t)。更具體而言，在步驟208 中通過將在步驟206中計算的變化量AN(t)代入上式⑵中來計算輸出增加速率Vu(t)。接下來，程序執(zhí)行步驟210以判定輸出增加速率Vu(t)是否比預定參考值Vthl 低。參考值Vthl例如通過實驗來預先確定，并且用作用于形成與NOx傳感器單元4相關的 劣化判定的閾值。如果在步驟210中獲得的判定結果不指示Vu (t) < Vthl，則程序斷定NOx 傳感器單元4未劣化，然后立即結束。另一方面，如果在步驟210中獲得的結果指示Vu (t) < Vthl，則程序斷定NOx傳感 器單元4劣化、進行至下一步驟(步驟21 、和形成與NOx傳感器單元4相關的劣化判定。 更具體而言，程序執(zhí)行步驟212中的過程，以點亮氣體濃度檢測裝置上的MIL指示器，用于 宣告NOx傳感器單元4劣化。如上所述，第一實施方案在執(zhí)行以定位NOx傳感器單元輸出N中的拐點的過程期 間形成與NOx傳感器單元4相關的劣化判定。這意味著在NOx傳感器1變?yōu)榛罨靶纬?劣化判定。這使得能夠有效地避免將劣化的NOx傳感器的輸出用于各種控制操作的情況。上文已經(jīng)描述的第一實施方案根據(jù)輸出增加速率Vu (t)和預定參考值Vthl之間 的比較形成與NOx傳感器單元4相關的劣化判定。然而，用于形成與NOx傳感器單元4相 關的劣化判定的值不限于輸出增加速率Vu(t)。例如，輸出變化量可以用于劣化判定，只要 其與NOx傳感器單元輸出N的增加速率相關即可。用于劣化判定的另一替代值可以為例如
17在從向加熱器6施加電力起的預定時間段過去之后或獲得預定輸出所需的時間過去之后 占優(yōu)的輸出。此外，上文所述的第一實施方案根據(jù)輸出增加速率Vu (t)和預定參考值Vthl之間 的比較形成與NOx傳感器單元4相關的劣化判定。然而，可以校正輸出增加速率Vu(t)以 進一步提高與NOx傳感器單元4相關的劣化判定的準確度。輸出增加速率Vu (t)受第一和 第二內部空間31、32中保留的氧的濃度的影響。更具體而言，用于NOx傳感器1的熱機時 間(soak time)越長，即上述空間中的氧濃度越高，則輸出增加速率Vu(t)越高。因此，可 以校正保留氧的濃度差的影響，以提高劣化判定的準確度。上述校正可以通過根據(jù)保留氧 的濃度校正輸出增加速率Vu(t)或參考值Vthl來進行。在以上已經(jīng)描述的第一實施方案中，NOx傳感器1對應于根據(jù)本發(fā)明第一方面的 “氣體傳感器”；氧泵單元2對應于根據(jù)本發(fā)明第一方面的“氧濃度控制裝置”;NOx傳感器單 元4對應于根據(jù)本發(fā)明第一方面的“氣體濃度檢測單元”；和NOx傳感器單元輸出對應于根 據(jù)本發(fā)明第一方面的“單元輸出”。根據(jù)本發(fā)明第一方面的“劣化判定裝置”在ECU 8執(zhí)行 步驟210時實施。此外，在以上已經(jīng)描述的第一實施方案中，NOx傳感器1對應于根據(jù)本發(fā)明第二方 面的“氣體傳感器”；氧泵單元2對應于根據(jù)本發(fā)明第二方面的“過量氧除去裝置” ；NOx傳 感器單元4對應于根據(jù)本發(fā)明第二方面的“氣體濃度檢測單元”；和NOx傳感器單元輸出對 應于根據(jù)本發(fā)明第二方面的“單元輸出”。根據(jù)本發(fā)明第二方面的“劣化判定裝置”在ECU 8執(zhí)行步驟210時實施。此外，在以上已經(jīng)描述的第一實施方案中，輸出增加速率Vu (t)對應于根據(jù)本發(fā) 明第三方面的“增加速率相關值”。根據(jù)本發(fā)明第三方面的“增加速率相關值獲取裝置”在 E⑶8執(zhí)行步驟208時實施。此外，在以上已經(jīng)描述的第一實施方案中，輸出增加速率Vu (t)對應于根據(jù)本發(fā) 明第四方面的“增加速率”。根據(jù)本發(fā)明第四方面的“增加速率獲取裝置”在ECU 8執(zhí)行步 驟208時實施。第二實施方案[第二實施方案的特征]下面將參照圖7和8描述本發(fā)明的第二實施方案。當采用圖1中顯示的硬件配置 來使ECU 8執(zhí)行圖8中所示的下述程序時實施根據(jù)第二實施方案的系統(tǒng)。如前文所述，在拐點出現(xiàn)時，可以獲悉在NOx傳感器1預熱之前在第一和第二內部 空間31、32中保留的氧基本上被除去。因此，在拐點出現(xiàn)之后，NOx傳感器單元4可以檢測 NOx濃度而不受保留的氧的影響。當NOx傳感器1中的氧泵單元2劣化時，拐點之前的NOx傳感器單元輸出N變化。 圖7是示出當氧泵單元2劣化時NOx傳感器單元輸出N如何變化的圖。在圖7中，虛線Lp 指示氧泵單元輸出的變化；實線Lsl指示當氧泵單元2正常時出現(xiàn)的NOx傳感器單元4中 的輸出變化；和單點式鏈線Ls2指示當氧泵單元2劣化時NOx傳感器單元4中的輸出變化。如圖中實線Lsl所示的，當NOx傳感器1在發(fā)動機啟動時開始預熱(時刻t0)時， NOx傳感器單元4中的固體電解質體41的溫度逐漸升高。然后，在時刻tl之后，NOx傳感 器單元輸出N隨NOx傳感器單元4(固體電解質體41)的活性增加而增加。其原因在于在第二內部空間32內保留的過量氧如上文所述在第一檢測電極42處被分解。隨后，當氧泵單元2的活性增加時，在第一和第二內部空間31、32中保留的過量氧 開始在氧泵單元2中的第二泵電極23處分解。因此，在第一和第二內部空間31、32中保留 的過量氧的量降低。結果，NOx傳感器單元輸出N開始降低。在該情況下，如果氧泵單元2劣化，則氧泵單元2的氧分解能力降低。因此，具有 劣化的氧泵單元2的NOx傳感器1表現(xiàn)出比具有正常的NOx傳感器單元輸出N降低速率的 NOx傳感器1小的值，如圖中的單點式鏈線Ls2所示的。因此，本實施方案根據(jù)上述輸出趨勢形成與NOx傳感器1相關的劣化判定。更具 體而言，在NOx傳感器單元輸出N降低期間以預定時間間隔Δ t首先獲取NOx傳感器單元 輸出N(t)，如圖所示的。然后，在每次NOx傳感器單元輸出獲取之后由式(1)計算NOx傳 感器單元輸出中的變化量ΔΝα)。接下來，通過將在每次NOx傳感器單元輸出獲取之后確 定的變化量ΔΝα)代入下式(3)中來計算NOx傳感器單元輸出N的輸出降低速率Vd(t)。 當計算的輸出降低速率Vd (t)比預定的參考值Vth2小時，檢測NOx傳感器1中的氧泵單元 2是否劣化。Vd (t) = AN(t)/At-—(3)如上所述，根據(jù)第二實施方案的氣體濃度檢測裝置在用于定位NOx傳感器單元輸 出N中出現(xiàn)拐點的過程期間形成與氧泵單元2相關的劣化判定。這使得能夠在NOx傳感器 1活化之前準確檢驗其劣化。[第二實施方案所執(zhí)行的過程的細節(jié)]現(xiàn)在將參照圖8詳細描述由第二實施方案所執(zhí)行的過程。圖8是示出根據(jù)第二實 施方案ECU 8執(zhí)行的以形成與NOx傳感器1相關的劣化判定，或更具體而言與氧泵單元2相 關的劣化判定的程序的流程圖。該程序以預定間隔與圖5中所示的程序一起開始。首先， 圖8中所示的程序執(zhí)行步驟300以對NOx傳感器1執(zhí)行活性判定過程。更具體而言，在步 驟300中執(zhí)行的過程與在步驟200中執(zhí)行的過程相同。如果在步驟300中獲得的判定結果 指示形成與NOx傳感器1相關的活性判定，則程序立即結束。另一方面，如果在步驟300中獲得的判定結果不指示進行了與NOx傳感器1相關 的活性判定，則程序斷定NOx傳感器1仍然未活化、進行至下一步驟(步驟30 、和獲取NOx 傳感器單元輸出N(t)。更具體而言，在步驟302中執(zhí)行的過程與在步驟202中執(zhí)行的過程 相同。接下來，程序執(zhí)行步驟304以判定NOx傳感器單元輸出N是否降低。更具體而言， 在步驟304中執(zhí)行的過程與在步驟204中執(zhí)行的過程相同。如果在步驟304中獲得的判定 結果指示N(t) > N(t-l)，則程序斷定NOx傳感器單元輸出N增加，然后立即結束。另一方面，如果在步驟304中獲得的判定結果未指示N(t) > N(t-l)，則程序斷定 NOx傳感器單元輸出N降低、進行至下一步驟(步驟306)、和獲取變化量AN(t)。更具體而 言，在步驟306中執(zhí)行的過程與在步驟206中執(zhí)行的過程相同。接下來，程序執(zhí)行步驟308以計算輸出降低速率Vd (t)。更具體而言，在步驟308 中通過將在步驟306中計算的變化量AN(t)代入上式(3)中來計算輸出降低速率Vd(t)。接下來，程序執(zhí)行步驟310以判定輸出降低速率Vd(t)是否比預定參考值Vth2 低。參考值Vth2例如通過實驗來預先確定，并且用作用于形成與氧泵單元2相關的劣化判定的閾值。如果在步驟310中獲得的判定結果不指示Vd (t) <Vth2，則程序斷定氧泵單元 2未劣化，然后立即結束。另一方面，如果在步驟310中獲得的結果指示Vu (t) <Vth2，則程序斷定氧泵單元 2劣化、進行至下一步驟(步驟31 、和形成與氧泵單元2相關的劣化判定。更具體而言， 程序執(zhí)行步驟312中的過程，以點亮氣體濃度檢測裝置上的MIL指示器，用于宣告氧泵單元 2劣化。如上所述，第二實施方案在執(zhí)行以定位NOx傳感器單元輸出N中的拐點的過程期 間形成與氧泵單元2相關的劣化判定。這意味著在NOx傳感器1活化之前形成劣化判定。 這使得能夠有效地避免將劣化的NOx傳感器的輸出用于各種控制操作的情況。以上已經(jīng)描述的第二實施方案根據(jù)輸出降低速率Vd(t)和預定參考值Vth2之間 的比較形成與氧泵單元2相關的劣化判定。然而，用于形成與氧泵單元2相關的劣化判定 的值不限于輸出降低速率Vd⑴。例如，輸出變化量可以用于劣化判定，只要其與NOx傳感 器單元輸出N的降低速率相關即可。用于劣化判定的另一替代值可以為例如在從向加熱器 6施加電力起的預定時間段過去之后或者獲得預定輸出所需的時間過去之后占優(yōu)的輸出。此外，以上已經(jīng)描述的第二實施方案根據(jù)輸出降低速率Vd(t)和預定參考值Vth2 之間的比較形成與氧泵單元2相關的劣化判定。然而，可以校正輸出降低速率Vd(t)，以進 一步提高與氧泵單元2相關的劣化判定的準確度。輸出降低速率Vd(t)受第一和第二內部 空間31、32中保留的氧的濃度的影響。更具體而言，用于NOx傳感器1的熱機時間越長，即 上述空間中的氧濃度越高，則輸出降低速率Vd(t)越低。因此，可以校正保留氧的濃度差的 影響，以提高劣化判定的準確度。上述校正可以通過根據(jù)保留氧的濃度校正輸出降低速率 Vd (t)或參考值Vth2來進行。此外，以上已經(jīng)描述的第二實施方案根據(jù)輸出降低速率Vd(t)和預定參考值Vth2 之間的比較形成與氧泵單元2相關的劣化判定。但是，作為替代方案，可以根據(jù)第一實施方 案形成與NOx傳感器單元4相關的劣化判定，同時根據(jù)第二實施方案形成與氧泵單元2相 關的劣化判定。更具體而言，一個替代方案是在NOx傳感器單元輸出N增加期間形成與NOx 傳感器單元4相關的劣化判定，其在NOx傳感器單元輸出N中出現(xiàn)拐點之前，并且在NOx傳 感器單元輸出N降低期間形成與氧泵單元2相關的劣化判定。這使得能夠在NOx傳感器單 元輸出N中出現(xiàn)拐點之前，即在形成與NOx傳感器1相關的活性判定之前，形成與NOx傳感 器1相關的準確的劣化判定。在以上已經(jīng)描述的第二實施方案中，NOx傳感器1對應于根據(jù)本發(fā)明第一方面的 “氣體傳感器”；氧泵單元2對應于根據(jù)本發(fā)明第一方面的“氧濃度控制裝置”;NOx傳感器單 元4對應于根據(jù)本發(fā)明第一方面的“氣體濃度檢測單元”；和NOx傳感器單元輸出對應于根 據(jù)本發(fā)明第一方面的“單元輸出”。根據(jù)本發(fā)明第一方面的“劣化判定裝置”在ECU 8執(zhí)行 步驟310時實施。此外，在以上已經(jīng)描述的第二實施方案中，NOx傳感器1對應于根據(jù)本發(fā)明第二方 面的“氣體傳感器”；氧泵單元2對應于根據(jù)本發(fā)明第二方面的“過量氧除去裝置” ；NOx傳 感器單元4對應于根據(jù)本發(fā)明第二方面的“氣體濃度檢測單元”；和NOx傳感器單元輸出對 應于根據(jù)本發(fā)明第二方面的“單元輸出”。當ECU 8執(zhí)行步驟310時實施根據(jù)本發(fā)明第二方 面的“劣化判定裝置”。
此外，在以上已經(jīng)描述的第二實施方案中，輸出降低速率Vd(t)對應于根據(jù)本發(fā) 明第五方面的“降低速率相關值”。當ECU 8執(zhí)行步驟308時實施根據(jù)本發(fā)明第五方面的 “降低速率相關值獲取裝置”。此外，在以上已經(jīng)描述的第二實施方案中，輸出降低速率Vd(t)對應于根據(jù)本發(fā) 明第六方面的“降低速率”。當ECU 8執(zhí)行步驟308時實施根據(jù)本發(fā)明第六方面的“降低速 率獲取裝置”。第三實施方案[第三實施方案的特征]現(xiàn)在將參照圖9和10描述本發(fā)明的第三實施方案。當采用圖1中所示的硬件配 置以使ECU 8執(zhí)行圖10中所示的下述程序時，實施根據(jù)第三實施方案的系統(tǒng)。當在執(zhí)行以定位NOx傳感器單元輸出N中的拐點的程序時NOx傳感器單元輸出 N(t)的輸出降低速率Vd(t)比預定參考值Vth2小時，第二實施方案斷定氧泵單元2劣化。當NOx傳感器1中的氧泵單元2如關于第二實施方案所述的劣化時，拐點之前的 NOx傳感器單元輸出N變化。圖9是示出氧泵單元2劣化時NOx傳感器單元輸出N如何變 化的圖。在圖9中，虛線Lp指示氧泵單元輸出的變化；實線Lsl指示當氧泵單元2正常時 出現(xiàn)的NOx傳感器單元4中的輸出變化；和單點式鏈線Ls2指示當氧泵單元2劣化時出現(xiàn) 的NOx傳感器單元4中的輸出變化。如圖中的單點式鏈線Ls2所示，當氧泵單元2劣化時，輸出降低速率Vd⑴比在氧 泵單元2正常時低。因此，在NOx傳感器1開始預熱的時刻t0和在單點式鏈線Ls2中出現(xiàn) 拐點的時刻t2之間達到的積分輸出值Q(t2)比正常NOx傳感器輸出的積分輸出值Q(tl) 大，如實線Lsl所示的。結果，本實施方案根據(jù)上述輸出趨勢形成與NOx傳感器1相關的劣化判定。更具 體地，下式(4)用于計算在NOx傳感器1開始預熱的瞬間和拐點出現(xiàn)的時刻t之間的間隔 期間所達到的積分輸出值Q(t)。當計算的積分輸出值Q(t)比預定參考值Qth大時，形成與 NOx傳感器1中的氧泵單元2相關的劣化判定。Q(t) =Σ N(t)-—(4)如上所述，根據(jù)第三實施方案的氣體濃度檢測裝置在用于定位在NOx傳感器單元 輸出N中出現(xiàn)拐點的過程期間形成與氧泵單元2相關的劣化判定。這使得能夠在NOx傳感 器1活化之前準確檢驗其劣化。[第三實施方案所執(zhí)行的過程的細節(jié)]現(xiàn)在將參照圖10詳細描述由第三實施方案執(zhí)行的過程。圖10是示出根據(jù)第三實 施方案的ECU 8執(zhí)行的以形成與NOx傳感器1相關的劣化判定或更具體而言與氧泵單元2 相關的劣化判定的程序的流程圖。該程序以預定間隔與圖5中顯示的程序一起開始。首 先，圖10中所示的程序執(zhí)行步驟400以獲取NOx傳感器單元輸出N(t)。更具體而言，在步 驟400中執(zhí)行的過程與在步驟302中執(zhí)行的過程相同。接下來，程序執(zhí)行步驟402以計算NOx傳感器單元輸出N的積分輸出值Q(t)。更 具體而言，通過將在步驟400中獲得的NOx傳感器單元輸出N(t)代入上式(4)中計算至時 刻t時所達到的積分輸出值。接下來，程序執(zhí)行步驟404以對NOx傳感器1執(zhí)行活性判定過程。更具體而言，在步驟404中執(zhí)行的過程與在步驟300中執(zhí)行的過程相同。如果在步驟404中獲得的判定結 果不指示形成了與NOx傳感器1相關的活性判定，則程序斷定NOx傳感器1仍然未活化，且 隨后立即結束。另一方面，如果在步驟404中獲得的判定結果指示形成與NOx傳感器1相關的活 性判定，則程序斷定在步驟402中計算的積分輸出值Q(t)代表至拐點出現(xiàn)時達到的積分輸 出值、進行至下一步驟(步驟406)、和判定積分輸出值Q(t)是否比參考值Qth大。參考值 Qth例如通過實驗預先確定并用作用于與氧泵單元2相關的劣化判定的閾值。如果在步驟 406中獲得的判定結果不指示Q(t) >Qth，則程序斷定氧泵單元2未劣化，且隨后立即結 束ο另一方面，如果在步驟406中獲得的判定結果指示Q(t) >Qth，則程序斷定氧泵單 元2劣化、進行至下一步驟(步驟408)、和形成指示氧泵單元2劣化的劣化判定。更具體而 言，程序執(zhí)行與步驟312中的過程相同的過程，以點亮氣體濃度檢測裝置上的MIL指示器， 用于宣告氧泵單元2劣化。如上所述，第三實施方案在用于定位NOx傳感器單元輸出N中的拐點的過程期間 形成與氧泵單元2相關的劣化判定。因此，可以在NOx傳感器1活化之前形成劣化判定。這 使得能夠有效地避免將劣化的NOx傳感器的輸出用于各種控制操作的情況。上文所述的第三實施方案根據(jù)積分輸出值Q(t)和預定參考值Qth之間的比較形 成與氧泵單元2相關的劣化判定。然而，作為替代方案，可以校正積分輸出值Q(t)，以進一 步提高與氧泵單元2相關的劣化判定的準確度。積分輸出值Q(t)受第一和第二內部空間 31、32中保留的氧的濃度的影響。更具體而言，NOx傳感器1的熱機時間越長，即上述空間 中的氧濃度越高，則積分輸出值Q(t)越大。因此，可以校正保留氧的濃度差的影響以提高 劣化判定的準確度。上述校正可以通過根據(jù)保留氧的濃度校正積分輸出值Q(t)或參考值 Qth來進行。此外，以上已經(jīng)描述的第三實施方案根據(jù)積分輸出值Q(t)和預定參考值Qth之間 的比較形成與氧泵單元2相關的劣化判定。然而，作為替代方案，可以根據(jù)第一實施方案 形成與NOx傳感器單元4相關的劣化判定、同時根據(jù)第三實施方案形成與氧泵單元2相關 的劣化判定。更具體而言，一個替代方案可以是在NOx傳感器單元輸出N增加期間形成與 NOx傳感器單元4相關的劣化判定，其在NOx傳感器單元輸出N中出現(xiàn)拐點之前，并且根據(jù) 在NOx傳感器單元輸出N中出現(xiàn)拐點時所達到的積分輸出值Q(t)形成與氧泵單元2相關 的劣化判定。這使得能夠在NOx傳感器單元輸出N中出現(xiàn)拐點之前，即在形成與NOx傳感 器1相關的活性判定之前，形成與NOx傳感器1相關的準確的劣化判定。在以上已經(jīng)描述的第三實施方案中，NOx傳感器1對應于根據(jù)本發(fā)明第一方面的 “氣體傳感器”；氧泵單元2對應于根據(jù)本發(fā)明第一方面的“氧濃度控制單元”;NOx傳感器單 元4對應于根據(jù)本發(fā)明第一方面的“氣體濃度檢測單元”；和NOx傳感器單元輸出對應于根 據(jù)本發(fā)明第一方面的“單元輸出”。根據(jù)本發(fā)明第一方面的“劣化判定裝置”在ECU 8執(zhí)行 步驟410時實施。此外，在以上已經(jīng)描述的第三實施方案中，NOx傳感器1對應于根據(jù)本發(fā)明第二方 面的“氣體傳感器”；氧泵單元2對應于根據(jù)本發(fā)明第二實施方案的“過量氧除去裝置”;NOx 傳感器單元4對應于根據(jù)本發(fā)明第二方面的“氣體濃度檢測單元”；和NOx傳感器單元輸出
22對應于根據(jù)本發(fā)明第二方面的“單元輸出”。當ECU 8執(zhí)行步驟410時實施根據(jù)本發(fā)明第二 方面的“劣化判定裝置”。此外，在以上已經(jīng)描述的第三實施方案中，積分輸出值Q(t)對應于根據(jù)本發(fā)明第 五方面的“降低速率相關值”。當ECU 8執(zhí)行步驟402時實施根據(jù)本發(fā)明第五方面的“降低 速率相關值獲取裝置”。而且，在以上已經(jīng)描述的第三實施方案中，積分輸出值Q(t)對應于根據(jù)本發(fā)明第 七方面的“積分值”。當ECU 8執(zhí)行步驟402時實施根據(jù)本發(fā)明第七方面的“積分值獲取裝直。第四實施方案[第四實施方案的特征]現(xiàn)在將參照圖11描述本發(fā)明的第四實施方案。當采用圖1中所示的硬件配置使 ECU 8執(zhí)行圖11中所示的下述程序時實施根據(jù)第四實施方案的系統(tǒng)。之前已經(jīng)描述的第一至第三實施方案在用于定位NOx傳感器單元輸出N中的拐點 期間形成與NOx傳感器1相關的劣化判定。然而，因例如各傳感器差異而引起的誤差疊加 在NOx傳感器單元輸出N上。因此，當所采用的配置在將拐點出現(xiàn)之前的NOx傳感器單元 輸出N增加或降低的速率與預定參考值進行比較時，因為不能校正基于各傳感器差異的輸 出誤差，所以可能形成與NOx傳感器1相關的不準確的劣化判定。鑒于上述情況，第四實施方案在考慮到例如各傳感器差異的影響的情況下，通過 學習和利用與拐點相關的信息來形成與NOx傳感器1相關的劣化判定。更具體而言，當NOx 傳感器1劣化時，NOx分解能力降低。因此，劣化的NOx傳感器1的NOx傳感器單元輸出N 比在NOx傳感器1正常時低。在這種情況下，第四實施方案存儲在NOx傳感器1的拐點處占 優(yōu)的NOx傳感器單元輸出的最后值作為學習值(在下文稱為“拐點輸出學習值”)。當在拐 點處占優(yōu)的NOx傳感器單元輸出(在下文稱為“拐點輸出”)比拐點輸出學習值明顯小時， 第四實施方案判定NOx傳感器1劣化。這使得能夠形成與NOx傳感器1相關的劣化判定。在正常的NOx傳感器1中，拐點輸出不太可能顯著大于拐點輸出學習值。在這種 情況下，也能夠判定NOx傳感器1或多或少地劣化。當根據(jù)上述拐點輸出和拐點輸出學習 值形成與NOx傳感器1相關的劣化判定時，能夠在考慮疊加在NOx傳感器單元輸出上的各 傳感器差異的影響的情況下形成劣化判定。此外，由于能夠在NOx傳感器1變得活化時形 成劣化判定，所以能夠有效避免將劣化NOx傳感器的輸出用于各種控制操作的情形。[由第四實施方案執(zhí)行的過程的細節(jié)]現(xiàn)在將參照圖11詳細描述由第四實施方案執(zhí)行的過程。圖11是示出根據(jù)第四實 施方案ECU 8執(zhí)行的以形成與NOx傳感器1相關的劣化判定和更新學習值的程序的流程 圖。該程序以預定間隔與圖5中所示的程序一起開始。首先，圖11中所示的程序執(zhí)行步驟 500以判定NOx傳感器1是否加電。如果所得判定結果不指示NOx傳感器1加電，則程序立 即結束。另一方面，如果在步驟500中獲得的判定結果指示NOx傳感器1被加電，則程序進 行至下一步驟(步驟50 并形成與NOx傳感器1相關的活性判定。更具體而言，在步驟 502中執(zhí)行的過程與在步驟404中執(zhí)行的過程相同。如果在步驟502中獲得的判定結果指 示在NOx傳感器1的NOx傳感器單元輸出中未出現(xiàn)拐點，則程序斷定NOx傳感器1仍然未活化并立即結束。另一方面，如果在步驟502中獲得的判定結果指示NOx傳感器1活化，則程序進行 至下一步驟(步驟504)并且獲取拐點處的NOx傳感器單元輸出(拐點輸出)Na。然后，程 序執(zhí)行步驟506以獲取拐點處的NOx傳感器單元輸出的學習值(拐點輸出學習值)Nb。更 具體而言，獲取在步驟514中更新的拐點輸出學習值Nb，其將在下文描述。接下來，程序執(zhí)行步驟508以將拐點輸出Na與拐點輸出學習值Nb進行比較。更 具體而言，執(zhí)行步驟508以判定步驟504中獲取的拐點輸出Na是否不比在步驟506中獲取 的拐點輸出學習值Nb大。如果獲得的判定結果指示拐點輸出Na不比拐點輸出學習值Nb 大，則程序斷定拐點輸出Na傾向于降低、進行至下一步驟和判定拐點輸出學習值Nb和拐點 輸出Na之差(Nb-Na)是否不比預定值m小。值m例如通過實驗來預先確定，并且用作用 于形成與NOx傳感器1相關的劣化判定的閾值。如果所得判定結果指示Nb-Na ≥ Ni，則程 序斷定拐點輸出Na的降低量不比預定值m小、進行至下一步驟(步驟51 和斷定NOx傳 感器1劣化。更具體而言，以與步驟410中相同的方式執(zhí)行步驟512，以點亮氣體濃度檢測 裝置上的MIL指示器，用于宣告NOx傳感器1劣化。另一方面，如果在步驟510中獲得的判定結果不指示Nb-Na ≥N1，則程序斷定拐點 輸出Na的降低量比預定值m小，即NOx傳感器1未劣化，進行至下一步驟(步驟514)和 更新學習值。更具體而言，將在步驟504中獲取的拐點輸出Na更新為新的拐點輸出學習值Nb。如果在步驟508中獲得的判定結果不指示拐點輸出Na等于或小于拐點輸出學習 值Nb (Na ≤ Nb)，則程序斷定拐點輸出Na傾向于增加、進行至下一步驟(步驟516)、和判定 拐點輸出學習值Nb和拐點輸出Na之差的絕對值|Nb-Na|是否不比預定值N2小。值N2例 如通過實驗預先確定的并用作用于形成與NOx傳感器1相關的劣化判定的閾值。如果所得 判定結果指示INb-NaI ≥N2，則程序發(fā)現(xiàn)拐點輸出Na的增加量不比預定值N2小、進行至步 驟512和斷定NOx傳感器1劣化。另一方面，如果在步驟516中獲得的判定結果不指示|Nb-Na|≥N2，則程序斷定 拐點輸出Na的增加量比預定值N2小，即NOx傳感器1未劣化、進行至步驟514和更新學習值。如上所述，第四實施方案根據(jù)拐點輸出Na和拐點輸出學習值Nb之間的比較形成 與NOx傳感器1相關的劣化判定。因此，可以在考慮到疊加在NOx傳感器單元輸出上的各 傳感器差異的影響的情況下形成劣化判定。這使得能夠有效地提高判定的準確度。此外， 由于第四實施方案能夠在NOx傳感器1變得活化時形成劣化判定，所以能夠有效地避免將 劣化的NOx傳感器的輸出用于各種控制操作的情況。上述第四實施方案根據(jù)拐點輸出Na和拐點輸出學習值Nb之間的比較形成與NOx 傳感器1相關的劣化判定。然而，作為替代方案，可以根據(jù)第一至第三實施方案形成與NOx 傳感器1相關的劣化判定并同時根據(jù)第四實施方案形成劣化判定。更具體而言，一個替代 方案是在NOx傳感器單元輸出N增加期間形成與NOx傳感器單元4相關的劣化判定，其在 執(zhí)行根據(jù)本實施方案的過程之前，即在NOx傳感器單元輸出N中出現(xiàn)拐點之前進行，在NOx 傳感器單元輸出N降低期間形成與氧泵單元2相關的劣化判定、和根據(jù)至NOx傳感器單元 輸出N中出現(xiàn)拐點時所達到的積分輸出值Q(t)形成與氧泵單元2相關的劣化判定。
此外，以上已經(jīng)描述的第四實施方案使用拐點輸出學習值Nb作為涉及與拐點有 關的信息的學習值。然而，可用的學習值不限于拐點輸出學習值Nb。例如，作為替代方案， 可以使用拐點定位所需的時間和拐點處的元件溫度相關值(阻抗、加熱器阻抗或加熱器功 率)作為學習值，只要其與拐點處的NOx傳感器單元輸出相關即可。在以上已經(jīng)描述的第四實施方案中，NOx傳感器1對應于根據(jù)本發(fā)明第一實施方 案的“氣體傳感器”；氧泵單元2對應于根據(jù)本發(fā)明第一方面的“氧濃度控制裝置” ；NOx傳 感器單元4對應于根據(jù)本發(fā)明第一方面的“氣體濃度檢測單元”；和NOx傳感器單元輸出對 應于根據(jù)本發(fā)明第一方面的“單元輸出”。根據(jù)本發(fā)明第一方面的“劣化判定裝置”在ECU 8執(zhí)行步驟512時實施。在以上已經(jīng)描述的第四實施方案中，NOx傳感器1對應于根據(jù)本發(fā)明第二方面的 “氣體傳感器”；氧泵單元2對應于根據(jù)本發(fā)明第二方面的“過量氧除去裝置”;NOx傳感器單 元4對應于根據(jù)本發(fā)明第二方面的“氣體濃度檢測單元”；和NOx傳感器單元輸出對應于根 據(jù)本發(fā)明第二方面的“單元輸出”。當ECU 8執(zhí)行步驟512時實施根據(jù)本發(fā)明第二方面的 “劣化判定裝置”。此外，在以上已經(jīng)描述的第四實施方案中，拐點輸出學習值Nb對應于根據(jù)本發(fā)明 第八方面的“學習值”；和拐點輸出Na對應于根據(jù)本發(fā)明第八方面的“拐點單元輸出”。當 ECU 8執(zhí)行步驟514時實施根據(jù)本發(fā)明第八方面的“存儲裝置”；和在ECU 8執(zhí)行步驟504 時實施根據(jù)本發(fā)明第八方面的“拐點單元輸出獲取裝置”。此外，在以上已經(jīng)描述的第四實施方案中，預定值m對應于根據(jù)本發(fā)明第九方面 的“預定參考值”；預定值N2對應于根據(jù)本發(fā)明第十方面的“預定參考值”；和預定值m對 應于根據(jù)本發(fā)明第十四方面的“預定參考值”。第五實施方案[第五實施方案的特征]現(xiàn)在將參照圖12和13描述本發(fā)明的第五實施方案。當采用圖1中所示的硬件配 置使ECU 8執(zhí)行圖13中所示的下述程序時實施根據(jù)第五實施方案的系統(tǒng)。以上已經(jīng)描述的第四實施方案根據(jù)拐點輸出Na和拐點輸出學習值Nb之間的比較 形成與NOx傳感器1相關的劣化判定。因此，第四實施方案可以在考慮到疊加在NOx傳感 器單元輸出上的各傳感器差異的影響的情況下形成劣化判定。NOx傳感器劣化或者是不可恢復的永久性劣化，或者是可以恢復的暫時性劣化。當 NOx傳感器1暴露于貧氣氛同時其傳感器元件保持在低溫下時，NOx傳感器單元4中的第一 檢測電極42氧化。因此，例如當考慮到傳感器元件的浸水電阻失效的情況下實施加熱器加 電延遲控制時，可能進行電極氧化。只要氧化程度不是明顯高，從由電極氧化引起的劣化的 恢復就可以通過執(zhí)行恢復過程以促進電極中的還原反應來實現(xiàn)。鑒于上述情況，第五實施 方案將NOx傳感器分類為永久性劣化和暫時性劣化，并且在遇到暫時性劣化時執(zhí)行恢復過 程。這使得能夠通過將暫時劣化的NOx傳感器1恢復正常來重新使用它。NOx傳感器單元輸出N用于判定NOx傳感器1是否暫時性劣化或永久性劣化。圖 12是示出NOx傳感器單元輸出與NOx濃度相關地變化的圖。在圖12中，線Ll指示正常NOx 傳感器的NOx傳感器單元輸出變化，而線L2指示因電極氧化而劣化的NOx傳感器的NOx傳 感器單元輸出變化。
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如圖所示，電極氧化的NOx傳感器產(chǎn)生比正常NOx傳感器大的NOx傳感器單元輸 出。其原因在于在氧化的電極中進行的還原反應使NOx傳感器單元產(chǎn)生輸出。此外，NOx傳 感器單元輸出N隨NOx傳感器1的電極氧化程度的增加而增加。結果，當拐點輸出學習值 Nb和拐點輸出Na之間的差(Nb-Na)比預定值N3小時，第五實施方案斷定可以從NOx傳感 器1的氧化引起的劣化中恢復并隨后執(zhí)行恢復過程。更具體而言，執(zhí)行恢復過程以促進NOx傳感器單元4的第一檢測電極42處的還原 反應。第一檢測電極42處的還原反應可以通過例如執(zhí)行用于暫時性增加氧泵單元2的驅 動量以降低第一檢測電極42附近的氧濃度的過程、用于向NOx傳感器單元4施加電壓的過 程、或用于驅動加熱器6以暫時升高元件溫度的過程來促進。結果，可以從NOx傳感器1的 暫時性劣化中有效恢復。[由第五實施方案執(zhí)行的過程的細節(jié)]現(xiàn)在將參照圖13詳細描述由第五實施方案執(zhí)行的過程。圖13是示出根據(jù)第五實 施方案ECU 8執(zhí)行的以形成與NOx傳感器1相關的劣化判定的程序的流程圖。該程序以預 定間隔與圖5中所示的程序一起開始。首先，以與前文所述的步驟500至516相同的方式 執(zhí)行圖13中所示的程序的步驟600至616。如果在步驟616中獲得的判定結果指示INb-NaI > N2，則程序斷定拐點輸出Na的 增加量不比預定值N2小，即NOx傳感器1劣化，進行至下一步驟(步驟618)、和判定拐點輸 出學習值Nb和拐點輸出Na之間的差的絕對值I Nb-Na |是否不比預定值N3小。值N3例如 通過實驗來預先確定，并且用作用于形成與NOx傳感器1相關的劣化判定的閾值。如果所 得判定結果指示INb-NaI彡N3，則程序發(fā)現(xiàn)拐點輸出Na的增加量不比預定值N3小，即遇 到不能完全恢復至正常的不可恢復的永久性劣化，進行至步驟612、和斷定NOx傳感器1劣 化。另一方面，如果在步驟618中獲得的判定結果不指示INb-NaI彡N3，則程序斷定 拐點輸出Na的增加量比預定值N3小，即由電極氧化引起的劣化程度為可以進行恢復，進行 至下一步驟(步驟620)、和斷定NOx傳感器1暫時劣化。接下來，程序進行至步驟622并 對NOx傳感器1執(zhí)行恢復過程。更具體而言，程序執(zhí)行步驟622中的過程以促進NOx傳感 器單元4的第一檢測電極42處的還原反應。如上所述，第五實施方案將拐點輸出Na與拐點輸出學習值Nb進行比較來判定NOx 傳感器1是暫時劣化或永久劣化。因此，當NOx傳感器1暫時劣化時，第五實施方案可以執(zhí) 行恢復過程，以恢復NOx傳感器1的初始性能。以上已經(jīng)描述的第五實施方案根據(jù)拐點輸出Na和拐點輸出學習值Nb之間的比較 形成與NOx傳感器1相關的劣化判定并執(zhí)行恢復過程。然而，作為替代方案，可以根據(jù)第一 至第三實施方案形成與NOx傳感器1相關的劣化判定并同時根據(jù)第五實施方案執(zhí)行劣化判 定和恢復過程。更具體而言，一個替代方案可以是在NOx傳感器單元輸出N增加期間形成與 NOx傳感器單元4相關的劣化判定，其在執(zhí)行根據(jù)本實施方案的過程之前，即在NOx傳感器 單元輸出N中出現(xiàn)拐點之前進行，在NOx傳感器單元輸出N降低期間形成與氧泵單元2相 關的劣化判定和根據(jù)至NOx傳感器單元輸出N中出現(xiàn)拐點時所達到的積分輸出值Q(t)形 成與氧泵單元2相關的劣化判定。在以上已經(jīng)描述的第五實施方案中，NOx傳感器1對應于根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的“氣體傳感器”；氧泵單元2對應于根據(jù)本發(fā)明第一方面的“氧濃度控制裝置” ；NOx傳 感器單元4對應于根據(jù)本發(fā)明第一方面的“氣體濃度檢測單元”；和NOx傳感器單元輸出對 應于根據(jù)本發(fā)明第一方面的“單元輸出”。根據(jù)本發(fā)明第一方面的“劣化判定裝置”在ECU 8執(zhí)行步驟512時實施。此外，在以上已經(jīng)描述的第五實施方案中，NOx傳感器1對應于根據(jù)本發(fā)明第二方 面的“氣體傳感器”；氧泵單元2對應于根據(jù)本發(fā)明第二方面的“過量氧除去裝置” ；NOx傳 感器單元4對應于根據(jù)本發(fā)明第二方面的“氣體濃度檢測單元”；和NOx傳感器單元輸出對 應于根據(jù)本發(fā)明第二方面的“單元輸出”。當ECU 8執(zhí)行步驟512時實施根據(jù)本發(fā)明第二方 面的“劣化判定裝置”。此外，在以上已經(jīng)描述的第五實施方案中，拐點輸出學習值Nb對應于根據(jù)本發(fā)明 第八方面的“學習值”；和拐點輸出Na對應于根據(jù)本發(fā)明第八方面的“拐點單元輸出”。當 ECU 8執(zhí)行步驟614時實施根據(jù)本發(fā)明第八方面的“存儲裝置”；和在ECU 8執(zhí)行步驟604 時實施根據(jù)本發(fā)明第八方面的“拐點單元輸出獲取裝置”。而且，在以上已經(jīng)描述的第五實施方案中，預定值m對應于根據(jù)本發(fā)明第九方面 的“預定參考值”；預定值N2對應于根據(jù)本發(fā)明第十方面的“預定參考值”；和預定值m對 應于根據(jù)本發(fā)明第十四方面的“預定參考值”。 此外，在以上已經(jīng)描述的第五實施方案中，當E⑶8執(zhí)行步驟620時實施根據(jù)本發(fā) 明第十一方面的“暫時劣化判定裝置”。此外，在以上已經(jīng)描述的第五實施方案中，預定值N3對應于根據(jù)本發(fā)明第十二方 面的“預定參考值”。然而，在以上已經(jīng)描述的第五實施方案中，當E⑶8執(zhí)行步驟622時實施本發(fā)明第 十三方面的“劣化恢復過程執(zhí)行裝置”。第六實施方案[第六實施方案的特征]圖14顯示根據(jù)本發(fā)明第六實施方案的典型系統(tǒng)配置。圖14中所示的系統(tǒng)包括四 沖程柴油發(fā)動機(壓燃式內燃機)，其在下文簡稱為發(fā)動機100。作為替代方案，汽油機(火 花點火內燃機)可以用作發(fā)動機100。發(fā)動機100中每個氣缸102的活塞通過曲柄機構連 接至曲軸103。曲柄轉角傳感器104安裝在曲軸103附近以檢測曲柄轉角CA。發(fā)動機100中的每個氣缸102都配有將燃料直接噴入氣缸中的噴射器105。每個 噴射器105都連接至共用的共軌106。共軌106儲存通過供給泵107加壓的燃料。每個噴 射器105都可以在任意時刻、在每個沖程將燃料噴射到氣缸中多次。發(fā)動機100的進氣口 108配有進氣閥109。進氣閥109的閥打開特性(閥打開時 間、提升量和操作角度)可以通過公知的液壓或機械可變閥機構(未顯示)來改變。進氣 口 108通過進氣歧管110連接至進氣通路111。節(jié)流閥112安裝在進氣通路111的中間。 節(jié)流閥112是由節(jié)流器113驅動的電子控制閥。節(jié)流閥112根據(jù)例如由加速器開度傳感器 115所檢測的加速器開度AA來驅動。節(jié)流閥開度傳感器113安裝在節(jié)流閥112附近以檢測 節(jié)流閥開度TA。氣流計116安裝在節(jié)流閥112的上游以檢測進氣量(ia?？諝鈨艋?17 安裝在氣流計116的上游。發(fā)動機1的廢氣口 118配有排氣閥119。排氣閥119的閥打開特性(閥打開時間、提升量和操作角度)可以通過公知的液壓或機械可變閥機構(未顯示)來改變。廢氣口 118 通過廢氣歧管120連接至廢氣通路121。選擇性還原催化劑(在下文稱為“SCR(Selective Catalytic Reduction)選擇性催化還原)催化劑”)122安裝在廢氣通路121中。脲水添加 閥123安裝在SCR催化劑122的上游以添加脲水((NH2) 2C0+H20)，其儲存在脲水罐IM中)。 NOx被從脲水添加閥123添加的脲水所產(chǎn)生的氨還原為氮。檢測NOx濃度的NOx傳感器1 安裝在SCR催化劑122的下游。對NOx傳感器1不做詳細描述，這是因為其具有與圖1中所 顯示的NOx傳感器1相同的配置。氧化催化劑1 安裝在NOx傳感器1的下游以氧化氨。廢氣歧管120連接至外部EGR通路127的一端。外部EGR通路127的另一端連接 至靠近進氣歧管110的進氣通路111。外部EGR (廢氣循環(huán))可以通過使一部分廢氣(燃燒 過的氣體)經(jīng)過外部EGR通路127流回進氣通路111來進行。EGR冷卻器1 安裝在外部 EGR通路127中部以冷卻外部EGR氣體。EGR閥1 安裝在外部EGR通路127中并位于EGR 冷卻器128的下游。增加EGR閥129的開度增加通過外部EGR通路127的廢氣量(即，外 部EGR量或外部EGR速率)。圖14中所示的系統(tǒng)還包括用作控制裝置的E⑶(電子控制單元)8。E⑶8的輸出 端例如連接至噴射器105、供給泵107、節(jié)流器113、脲水添加閥123和EGR閥129。E⑶8的 輸入端連接至曲軸轉角傳感器104、節(jié)流閥開度傳感器114、加速器開度傳感器115、氣流計 116和NOx傳感器1。E⑶8包括泵單元控制裝置81、傳感器單元控制裝置82、和加熱器控 制裝置83。這些控制裝置未在圖中示出，其原因是它們與圖1中所示的氣體濃度檢測裝置 10中的對應部分具有相同的配置。E⑶8根據(jù)曲軸轉角CA計算發(fā)動機轉速NE。E⑶8根據(jù)例如節(jié)流閥開度TA和加 速器開度AA計算發(fā)動機載荷KL。ECU 8根據(jù)發(fā)動機載荷KL計算來自噴射器105的燃料噴 射量。ECU 8還通過根據(jù)來自各傳感器的信號和預定程序，通過操作各制動器來控制發(fā)動機 100的運行狀態(tài)。[第六實施方案的特征]如果如專利文件6中所述的根據(jù)元件阻抗形成活性判定，則活性判定時間可隨發(fā) 動機的運行狀態(tài)變化。因此，第六實施方案在定位拐點時學習與拐點相關的信息。這種學 習例如通過將定位拐點所需的時間、在定位拐點時占優(yōu)的NOx傳感器單元輸出、和與定位 拐點時占優(yōu)的元件溫度相關的物理性質值積分成設定表(以設定表的形式存儲)來進行。 與元件溫度相關的物理性質值可以為例如阻抗、加熱器電阻或加熱器功率。為了學習與拐點相關的信息，有必要在NOx傳感器單元輸出中產(chǎn)生拐點。為了這 種拐點的產(chǎn)生，NOx傳感器1中的氧濃度需要比預定值高。更具體而言，需要增加第一和第 二內部空間31、32中保留的氧的濃度以增加被NOx傳感器單元4的第一檢測電極42吸收 的氧的濃度。當發(fā)動機啟動時，在最后的關斷通電和點火啟動之間需要一定量的經(jīng)過時間(在 下文簡稱“經(jīng)過時間”)。圖15是示出NOx傳感器單元輸出隨發(fā)動機啟動時經(jīng)過的時間而 變化的圖。在圖15中，實線Lsl指示在經(jīng)過時間足夠長(例如幾個小時或更長)的情況下 NOx傳感器單元輸出變化。當經(jīng)過時間降低時，NOx傳感器單元輸出在上限值保持短的時間 段，如由單點式鏈線Ls2所示的。當過去的時間進一步減小時，NOx傳感器單元輸出在其達 到上限值之前降低，如兩點式鏈線Ls3所示的。在上述所有的情形中，NOx傳感器單元輸出增加到參考值Nth2之上；因此，能夠定位拐點并學習與拐點相關的信息。另一方面，如果經(jīng)過時間極短(例如，不比1小時長)，則NOx傳感器單元輸出達 不到參考值Nth2，如由虛線Ls4所示的，甚至在點火啟動之后經(jīng)過預定時間段α時也是如 此。在該情況下，因為不能定位到拐點，所以不能學習與拐點相關的信息。因此，為了學習與拐點相關的信息，需要一定量的經(jīng)過時間來使NOx傳感器單元 輸出增加至參考值Nth2之上。換言之，必須增加NOx傳感器1中的氧濃度至NOx傳感器單 元輸出增加至參考值Nth2之上的程度。[由第六實施方案執(zhí)行的過程的細節(jié)]圖16是示出根據(jù)第六實施方案ECU 8執(zhí)行的程序的流程圖。圖17是示出在圖16 的步驟708中執(zhí)行的拐點定位程序的流程圖。圖16中所示的程序以預定時間間隔開始。首先，圖16中所示的程序執(zhí)行步驟700以判定點火是否啟動。如果在步驟700中 獲得的判定結果不指示點火啟動，則程序終止。另一方面，如果在步驟700中獲得的判定結 果指示點火啟動，則程序執(zhí)行步驟702以獲取在最后的關斷通電和點火啟動之間的經(jīng)過時 間。在步驟702中，例如，程序讀取由另一程序計算的經(jīng)過時間。接下來，程序執(zhí)行步驟704以判定在步驟702中獲取的經(jīng)過時間是否比參考值長。 該參考值用作用于判定氧濃度自最后一次關斷通電起是否已經(jīng)充分增加的閾值。如果在步 驟704中獲得的判定結果指示經(jīng)過時間不比參考值短，則程序進行步驟706以啟動NOx傳 感器1。在步驟706中，ECU 8使泵單元控制裝置81向氧泵單元2供電，使傳感器單元控制 裝置82向NOx傳感器單元4供電，和使加熱器控制裝置83向加熱器電極61供電。隨后，程序進行至步驟708并且定位NOx傳感器單元輸出中的拐點。在步驟708 中，開始圖17中所示的程序。首先，圖17中所示的程序執(zhí)行步驟720以獲取NOx傳感器單元輸出N(t)。然后程 序執(zhí)行步驟722以通過使用在步驟720中獲取的NOx傳感器單元輸出N(t)來從下式(5) 計算變化量ΔΝα)。AN(t) = AN(t-l)-AN(t)-—(5)隨后，程序執(zhí)行步驟724以判定在步驟722中計算的變化量AN(t)是否比零(0) 大(也就是說，變化量ΔΝα)是否為正值)。更具體而言，執(zhí)行步驟724以判定當前的NOx 傳感器單元輸出N(t)是否比最后的NOx傳感器單元輸出N(t-l)小，也就是說，NOx傳感器 單元輸出是否降低。如果在步驟724中獲得的判定結果指示變化量AN(t)比零(0)大，則程序斷定當 前的NOx傳感器單元輸出N(t)比最后的NOx傳感器單元輸出N(t-l)小，也就是說，NOx傳 感器輸出降低。在該情況下，程序進行至步驟7 并判定變化量AN(t)是否比參考值ANth 小。如果在步驟726中獲得的判定結果指示變化量AN(t)比參考值ANth小，則程序執(zhí)行 步驟728以將NOx傳感器單元輸出N(t)識別為拐點。執(zhí)行步驟728以形成與NOx傳感器 1相關的活性判定。在圖3中所示的實施例中，變化量AN(tl4)比參考值ANth?。灰虼?， 將時刻tl4時的NOx傳感器單元輸出N(tl4)識別為拐點。隨后，圖17中所示的程序終止， 使圖16中所示的程序執(zhí)行步驟710。在圖16中所示的程序的步驟710中，獲取與拐點相關的信息作為學習值。更具體 而言，在步驟710中，存儲定位拐點時的NOx傳感器單元輸出N(t)、傳感器開啟和定位拐點之間的時間間隔、和與在拐點定位時占優(yōu)的元件溫度相關的物理性能值作為三維設定表。 在完成步驟710之后，圖16中所示的程序終止。另一方面，如果在步驟704中獲得的判定結果指示經(jīng)過時間比參考值短，則程序 執(zhí)行步驟712以啟動NOx傳感器1，如步驟706中的情形一樣。然后程序進行至步驟714并 判定在步驟712中開啟之后是否已經(jīng)過預定時間段α。預定時間段α允許NOx傳感器單 元輸出超過下述的參考值Nth2 (見圖15)，只要在NOx傳感器1中存在足夠的氧量即可。如 果在步驟714中獲得的判定結果不指示已經(jīng)過預定時間段α，則程序返回步驟712。另一 方面，如果在步驟714中獲得的判定結果指示已經(jīng)過預定時間段α，則程序進行至步驟716 并獲取NOx傳感器單元輸出Ν( α )。然后，程序執(zhí)行步驟718以判定在步驟716中獲取的 NOx傳感器單元輸出Ν( α )是否比參考值Nth2小。參考值Nth2用作用于判定在NOx傳感 器單元輸出中是否能定位拐點的閾值。如果在步驟718中獲得的判定結果不指示NOx傳感器單元輸出Ν(α )已經(jīng)達到參 考值Nth2，如圖15中的虛線Ls4所示的，則程序斷定不能定位到拐點和不能學習與拐點相 關的信息。在該情況下，圖16中所示的程序終止，而沒有定位到拐點。另一方面，如果在步 驟718中獲得的判定結果指示NOx傳感器單元輸出Ν( α )不比參考值Nth2小，如由圖15中 的兩點式鏈線Ls3所示的，則程序斷定可以定位拐點。在該情況下，程序進行至步驟708。如上所述，第六實施方案允許NOx傳感器單元4在利用氧泵單元2排出保留氧之 后檢測NOx濃度。因此，當NOx傳感器1中氧的濃度與發(fā)動機啟動時一樣高時，獲得圖2中 所示的NOx傳感器單元輸出變化。在NOx傳感器單元輸出中出現(xiàn)的拐點指示NOx傳感器單 元4能檢測到NOx濃度而不受保留氧的影響。在與常規(guī)傳感器活性(全活性)判定的標記 對照中，當拐點出現(xiàn)時，第六實施方案斷定NOx傳感器1活化。這意味著第六實施方案根據(jù) 在NOx傳感器單元輸出中出現(xiàn)的拐點形成準確的與NOx傳感器1相關的活性判定，而與各 傳感器差異無關，且不是根據(jù)例如隨傳感器單元不同而變化的元件阻抗。這使得不僅能夠 實現(xiàn)NOx傳感器1早期活化至最大程度，而且能夠通過使用用于各控制操作的準確NOx傳 感器單元輸出來滿足對降低排放的需求。此外，第六實施方案存儲與拐點相關的信息作為在定位NOx傳感器單元輸出中的 拐點之后的學習值。例如，第六實施方案存儲拐點定位時占優(yōu)的NOx傳感器單元輸出、傳感 器啟動和定位拐點之間的時間間隔、和與定位拐點時占優(yōu)的元件溫度相關的物理性能值作 為三維設定表。因此，這種學習值可以用于降低由發(fā)動機運行狀態(tài)中的差異而引起的活性 判定差異。具體而言，能夠降低由發(fā)動機啟動條件(從最后的關斷通電起經(jīng)過的時間)的 差異而引起的活性判定差異。此外，在發(fā)動機開始時進行學習以確保足夠的學習頻率。以上已經(jīng)描述的第六實施方案使用學習值來降低由于發(fā)動機運行狀態(tài)中的差異 而引起的活性判定變化。然而，作為替代方案，學習值可以用于形成與NOx傳感器1相關的 劣化判定。更具體而言，以上已經(jīng)描述的第六實施方案使得能夠準確地學習拐點(活性位 點)。因此，可以通過將在這種學習之后獲得的NOx傳感器單元輸出值與用于劣化判定目的 的預定值進行比較來有效增加NOx傳感器劣化判定的準確度。此外，以上已經(jīng)描述的第六實施方案根據(jù)例如NOx傳感器單元輸出變化量AN(t) 和參考值ANth之間的比較來定位拐點，如在圖17中所示的情形一樣。然而，作為替代方 案，可以通過根據(jù)第六實施方案的以下修改方案的方法來定位拐點。
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[第一修改方案]氧泵單元2和NOx傳感器單元4具有相同的配置且均輸出在氧離子02_在單元中 流動時占優(yōu)的電流值。因此，在氧泵單元輸出和NOx傳感器單元輸出之間存在相關性。第 六實施方案的第一修改方案使用這種相關性來定位NOx傳感器單元輸出中的拐點。圖18 是示出氧泵單元輸出和NOx傳感器單元輸出之間的相關性的圖。在圖18中，虛線Lp指示 氧泵單元輸出變化，而實線Ls指示NOx傳感器單元輸出變化。當NOx傳感器1啟動時，不僅在NOx傳感器單元輸出中出現(xiàn)拐點，而且在氧泵單元 輸出中出現(xiàn)拐點，如圖18所示。當?shù)谝粌炔靠臻g31中保留的氧排出時，在氧泵單元輸出中 出現(xiàn)拐點。本發(fā)明的發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)在氧泵單元輸出中出現(xiàn)拐點的時刻t21和在NOx傳感 器單元輸出中出現(xiàn)拐點的時刻t22之間存在相關性。時刻t21和時刻t22之間的差Δ tn可以通過例如實驗預先確定并存儲在E⑶8 中。因此，當可以通過下述方法確定在氧泵單元輸出中出現(xiàn)拐點的時間時，可以通過將預定 差Afa1加到在氧泵單元輸出中出現(xiàn)拐點的確定時間來估算NOx傳感器單元輸出中出現(xiàn)拐 點的時間?，F(xiàn)在將參照圖19描述定位氧泵單元輸出中的拐點的方法。圖19是示出根據(jù)第六 實施方案的第一修改方案定位氧泵單元輸出中的拐點的方法的圖。已經(jīng)結合第六實施方案 描述的定位NOx傳感器單元輸出中的拐點的方法可部分應用于定位氧泵單元輸出中的拐 點的方法。首先，第六實施方案的第一修改方案不僅以預定間隔獲取氧泵單元輸出P，而且還 在每次獲取氧泵單元輸出之后計算氧泵單元輸出變化量ΔΡ。時刻t時的變化量ΔΡ可由 下式(6)計算。當計算的變化量AP(t)比預定參考值APth小時，將在時刻t時占優(yōu)的氧 泵單元輸出P(t)識別為拐點。在下式(6)中，從時刻t時的輸出P(t)減去時刻t-Ι時的 輸出P(t-l)，使得變化量AP(t)為正值。 Δ P (t) = P (t) -P (t-Ι) — (6)在圖19所示的實施例中，氧泵單元輸出P在時刻t30和時刻t34之間增加。因 此，在時刻t31、時刻t32、時刻t33和時刻t34時由上式(6)計算的變化量AP(t31)至 AP(t34)全都是正值。變化量AP(t31)至AP(t33)不比預定參考值APth小。然而，變 化量AP(t34)比參考值APth小。因此，將在時刻t34時占優(yōu)的氧泵單元輸出P(t34)識 別為拐點。因此，可以估算在通過將Atn加到時刻t34確定的時刻t34+Atn時在NOx傳 感器單元輸出N中出現(xiàn)拐點。圖20是示出根據(jù)第六實施方案的第一修改方案的拐點定位程序的流程圖。圖20 中所示的程序以圖16中所示的程序的步驟708開始。首先，圖20中所示的程序執(zhí)行步驟 730以獲取氧泵單元輸出P(t)。然后，程序執(zhí)行步驟732以通過使用在步驟730中獲取的 氧泵單元輸出p(t)由上式(6)計算變化量ΔΡα)。接下來，程序執(zhí)行步驟734以判定在步驟732中計算的變化量AP(t)是否比參考 值APth小。如果在步驟734中獲得的判定結果指示變化量AP(t)不比參考值APth小， 則圖20中所示的程序終止，這是因為其斷定在氧泵單元輸出P中未出現(xiàn)拐點。另一方面，如果在步驟734中獲得的判定結果指示變化量AP(t)比參考值APth 小，則在圖20中所示的程序執(zhí)行步驟736以將時刻t時的氧泵單元輸出P (t)識別為拐點。然后程序執(zhí)行步驟738以通過使用在步驟736中定位的拐點、在考慮到氧泵單元輸出P和 NOx傳感器單元輸出N之間的相關性的情況下估算NOx傳感器單元輸出中的拐點。在此處，預定在氧泵單元輸出中出現(xiàn)拐點的時刻t21和在NOx傳感器單元輸出中 出現(xiàn)拐點的時刻t22之間的時間差Δ tn，如圖18中所示的，并存儲在ECU 8中。在步驟738 中估計在通過將時間差Δ 加到在氧泵單元輸出中出現(xiàn)拐點的時刻t確定的時刻t+Δ 時在NOx傳感器單元輸出中出現(xiàn)拐點。在時刻t+ Δ 時，形成與NOx傳感器1相關的活性 判定。程序在完成NOx傳感器單元活性判定之后終止。第六實施方案的第一修改方案確定在氧泵單元輸出P中出現(xiàn)拐點的時間、考慮氧 泵單元輸出P和NOx傳感器單元輸出N之間的相關性、并且估算在NOx傳感器單元輸出N 中出現(xiàn)拐點的時間。這使得能夠準確估算NOx傳感器單元4開始以高準確度檢測NOx濃度 的時間。(第二修改方案)第六實施方案的第一修改方案考慮氧泵單元輸出P和NOx傳感器單元輸出N之間 的相關性，并且估算在NOx傳感器單元輸出N中出現(xiàn)拐點的時間。圖21是示出根據(jù)本發(fā)明 第六實施方案的第二修改方案的氣體濃度檢測裝置的主要部件的框圖。圖21中所示的氣 體濃度檢測裝置包括NOx傳感器1Α。NOx傳感器IA是通過將空燃比傳感器單元9加入圖 1中所示的NOx傳感器1中獲得的。空燃比傳感器單元9包括固體電解質體(未顯示)并 輸出氧離子02_在施加有預定電壓的單元中流動時占優(yōu)的電流值?？杖急葌鞲衅鲉卧?的 輸出通過ECU 8A中的空燃比傳感器單元控制裝置84檢測。氣體濃度檢測裝置的其余部分 將不再以附圖或文字方式描述，這是因為其具有與圖1中所示的氣體濃度檢測裝置10相同 的配置?？杖急葌鞲衅鲉卧?和NOx傳感器單元4均輸出氧離子02_在所述單元中流動時 占優(yōu)的電流值。因此，在空燃比傳感器單元的輸出和NOx傳感器單元的輸出之間存在相關 性。第六實施方案的第二修改方案使用這種相關性來定位NOx傳感器單元輸出中的拐點。圖22是示出空燃比傳感器單元輸出和NOx傳感器單元輸出之間的相關性的圖。在 圖22中，單點式鏈線La指示空燃比傳感器單元輸出變化，而實線Ls指示NOx傳感器單元 輸出變化。圖22中的虛線Lp指示用于參考目的的氧泵單元輸出變化。如圖22所示，拐點不僅出現(xiàn)在NOx傳感器單元輸出中，而且也出現(xiàn)在空燃比傳感 器單元輸出中。拐點可以定義為例如當空燃比傳感器單元輸出的變化量從正值變向負值時 產(chǎn)生的空燃比傳感器單元輸出。在空燃比傳感器單元輸出中出現(xiàn)拐點的時刻t20和在NOx 傳感器單元輸出中出現(xiàn)拐點的時刻t22之間存在相關性。時刻t20和時刻t22之間的差 Ata可以通過例如實驗預先確定并存儲在ECU 8A中。因此，當可以定位空燃比傳感器單元 輸出中的拐點時，可以估算在NOx傳感器單元輸出中出現(xiàn)拐點的時間。結果，第二修改方案 使得能夠準確地估算NOx傳感器單元4以高的準確度開始檢測實際NOx濃度的時間，如在 以上已經(jīng)描述的第一修改方案的情形一樣。以上已經(jīng)描述的第六實施方案使用發(fā)動機E⑶8來控制NOx傳感器1。然而，作為 替代方案，除了發(fā)動機E⑶8之外還可以采用NOx傳感器控制E⑶。在第六實施方案及其修改方案中，NOx傳感器單元4對應于根據(jù)本發(fā)明的第一方 面的“氣體濃度檢測單元”；加熱器電極61對應于根據(jù)本發(fā)明第十七方面的“加熱器”；加熱
32器控制裝置83對應于根據(jù)本發(fā)明第十七方面的“加熱器控制裝置”；氧泵單元2對應于根據(jù) 本發(fā)明第十七或十八方面的“氧泵單元”；和泵單元控制裝置81對應于本發(fā)明第十八方面的 “氧泵單元控制裝置”。此外，在第六實施方案及其修改方案中，當ECU 8執(zhí)行步驟702和704時實施根據(jù) 本發(fā)明第一方面的“氧濃度控制裝置”；和當E⑶8執(zhí)行步驟708、7觀或738時實施根據(jù)本 發(fā)明第十五方面的“拐點定位裝置”；和當ECU 8執(zhí)行步驟710時實施根據(jù)本發(fā)明第十五方 面的“拐點學習值存儲裝置”。第七實施方案現(xiàn)在將參照圖23和M描述本發(fā)明的第七實施方案。當采用圖1和14中所示的 硬件配置以使ECU 8執(zhí)行圖16和M中所示的程序時實施根據(jù)第七實施方案的系統(tǒng)。[第七實施方案的特征]之前已經(jīng)描述的第六實施方案在發(fā)動機啟動時學習與拐點相關的信息。同時，因 為SCR催化劑122的活性低，所以在發(fā)動機啟動時NOx從SCR催化劑122的下游排出。圖 23是示出NOx傳感器單元輸出變化和在發(fā)動機啟動時在SCR催化劑122下游出現(xiàn)的NOx濃 度變化的圖。在圖23中，粗實線Ls指示NOx傳感器單元輸出變化，而細實線L指示在SCR 催化劑122下游進行的NOx濃度測量。這些測量是用公眾已知的分析器獲取的。當在SCR催化劑122下游占優(yōu)的NOx濃度變化時，NOx傳感器單元輸出如圖23所 示變化。在圖23中所示的區(qū)域R中，在NOx傳感器單元輸出中通常出現(xiàn)拐點。然而，由于 因NOx濃度變化引起的NOx傳感器單元輸出變化，所以可能不能準確地定位在NOx傳感器 單元輸出中的拐點?？紤]到上述情況，第七實施方案通過公知方法估算NOx濃度，并且根據(jù)所述估算 的NOx濃度值來校正NOx傳感器單元輸出。更具體而言，第七實施方案通過從例如EGR量 或燃料噴射量來估算NOx濃度并從實際NOx傳感器單元輸出中減去該估算值來校正NOx傳 感器單元輸出。然后，第七實施方案定位校正后的NOx傳感器單元輸出中的拐點。[由第七實施方案執(zhí)行的過程的細節(jié)]第七實施方案還在第一位置時開始圖16中所示的程序。然后，在圖16中所示的 程序的步驟708中，第七實施方案開始圖M中所示的程序，而不是圖17中所示的程序。圖 24是示出根據(jù)第七實施方案在圖16中的步驟708中執(zhí)行的拐點定位程序的流程圖。首先，圖M中所示的程序執(zhí)行步驟740以獲取NOx傳感器單元輸出N(t)，如在圖 17中所示的程序的情形一樣。然后，程序執(zhí)行步驟742以通過公知的方法估算SCR催化劑 122下游占優(yōu)的NOx濃度。在步驟742中，根據(jù)例如EGR量或燃料噴射量獲得估算的NOx濃 度值。隨后，程序執(zhí)行步驟744以根據(jù)在步驟742中獲得的估算NOx濃度值將在步驟740 中獲得的NOx傳感器單元輸出N(t)校正至Nc(t)。在步驟744中，通過例如從NOx傳感器 單元輸出N(t)減去估算的NOx濃度值來進行校正，以獲得NOx傳感器單元輸出Nc (t)。接 下來，程序執(zhí)行步驟746以通過使用在步驟744中校正的NOx傳感器單元輸出Nc (t)來從 下式(7)計算變化量ANc(t)。Δ Nc (t) = Nc (t_l) -Nc (t) — (7)接下來，程序執(zhí)行步驟748以判定在步驟746中計算的變化量ANc(t)是否比零(0)大(也就是說，變化量ANc(t)是否為正值)。更具體而言，執(zhí)行步驟748以判定當前的 NOx傳感器單元輸出Nc(t)是否比最后的NOx傳感器單元輸出Nc(t-l)小，也就是說，NOx 傳感器單元輸出Nc(t)是否降低。如果在步驟748中獲得的判定結果指示變化量ANc(t)大于零(0)，則程序斷定當 前的NOx傳感器單元輸出Nc (t)比最后的NOx傳感器單元輸出Nc (t_l)小，也就是說，NOx 傳感器單元輸出Nc(t)降低。在該情況下，程序進行至步驟750并判定變化量ANc(t)是 否比參考值Δ Nth小。如果在步驟750中獲得的判定結果指示變化量ANc(t)比參考值ANth小，則程 序執(zhí)行步驟752以將NOx傳感器單元輸出Nc⑴識別為拐點。執(zhí)行步驟752以形成與NOx 傳感器1相關的活性判定。隨后，圖M中所示的程序終止，從而使圖16中所示的程序進行 至步驟710并且學習與拐點相關的信息。如上所述，第七實施方案在發(fā)動啟動時獲得估算的NOx濃度值、根據(jù)估算的NOx濃 度值校正NOx傳感器單元輸出N和定位校正后的NOx傳感器單元輸出Nc中的拐點。這使 得能夠在發(fā)動機啟動時準確地定位拐點，而不受由發(fā)動機100排出的NOx濃度的變化的影 響，并且以高的準確度學習與拐點相關的信息。因此，所得學習值可以用于降低因發(fā)動機運 行狀態(tài)差異而引起的活性判定差異。以上已經(jīng)描述的第七實施方案使用學習值來降低因發(fā)動機運行狀態(tài)差異而引起 的活性判定差異。然而，可以使用學習值來形成與NOx傳感器1相關的劣化判定。更具體 而言，以上已經(jīng)描述的第七實施方案使得能夠準確地學習拐點(活性點)。因此，通過將在 這種學習之后獲得的NOx傳感器單元輸出值與用于劣化判定目的的預定值進行比較，可以 有效地提高NOx傳感器劣化判定的準確度。在第七實施方案中，當ECU 8執(zhí)行步驟742時實施根據(jù)本發(fā)明第十六方面的“NOx 濃度估算裝置”；當ECU 8執(zhí)行步驟744時實施根據(jù)本發(fā)明第十六方面的“校正裝置”；和當 ECU 8執(zhí)行步驟752時實施根據(jù)本發(fā)明第十六方面的“拐點定位裝置”。第八實施方案現(xiàn)在將參照圖25描述本發(fā)明的第八實施方案。當采用圖1和14中所示的硬件配置以使ECU 8執(zhí)行圖25中所示的下述程序時實 施根據(jù)本發(fā)明第八實施方案的系統(tǒng)。[第八實施方案的特征]第七和第八實施方案在發(fā)動機啟動時學習與拐點相關的信息。將參照在執(zhí)行燃料 切斷(F/C)時學習的拐點信息的情形描述第八實施方案。為了定位NOx傳感器單元輸出中 的拐點，必須如前文所述增加NOx傳感器1中的氧濃度。結果，為了增加燃料切斷期間NOx傳感器1中的氧濃度，切斷從加熱器控制裝置83 向加熱器電極61供給的電力。然后元件溫度降低以降低氧泵單元2的氧泵送能力。這增加 了 NOx傳感器1中的氧濃度，也就是說，第一和第二內部空間31、32中的氧的濃度和由NOx 傳感器單元4中的第一檢測電極42所吸收的氧的濃度。NOx傳感器1中的氧濃度不僅受NOx傳感器1的響應性控制，而且也受發(fā)動機100 的進氣量( 控制。因此，將積分空氣量Qa，即進氣量( 的積分值與參考值Qth進行比較， 以判定NOx傳感器1中的氧濃度是否增加至期望的水平。換言之，根據(jù)積分空氣量Qa確定是否可以定位拐點。更具體而言，當積分空氣量Qa比參考值Qth大時定位NOx傳感器單元 輸出中的拐點。根據(jù)第六實施方案的拐點定位方法和拐點信息學習方法可以適用于第八實施方 案。應當注意，在這點上，因為沒有缸內爆炸出現(xiàn)，所以在燃料切斷期間不產(chǎn)生NOx。因此， 不必如關于第七實施方案中描述的那樣校正NOx傳感器單元輸出。[由第八實施方案執(zhí)行的程序的細節(jié)]圖25是示出根據(jù)第八實施方案的ECU 8執(zhí)行的程序的流程圖。首先，圖25中所 示的程序執(zhí)行步驟760以判定是否正在執(zhí)行燃料切斷。執(zhí)行燃料切斷，使得在車輛運行期 間將加速器開度AA置于完全關閉狀態(tài)時燃料噴射量降低至零。如果在步驟760中獲得的 判定結果不指示正在執(zhí)行燃料切斷，則程序終止。另一方面，如果在步驟760中獲得的判定結果指示正在執(zhí)行燃料切斷，則程序執(zhí) 行步驟762以切斷加熱器電極61的供電。步驟762的執(zhí)行降低氧泵單元2的氧泵送能力 并逐漸增加NOx傳感器1中的氧濃度。接下來，程序執(zhí)行步驟764以計算積分空氣量Qa。在步驟764中，通過確定切斷加 熱器電極61的供電之后達到的積分進氣量( 來獲得積分空氣量Qa。隨后，程序執(zhí)行步驟766以判定是否繼續(xù)執(zhí)行燃料切斷。如果在步驟766中獲得 的判定結果不指示正在繼續(xù)執(zhí)行燃料切斷，也就是說，當例如加速器被車輛駕駛員壓下或 通過發(fā)動機速率NE達到燃料切斷恢復轉速時，程序執(zhí)行步驟768以向加熱器電極61供電。 在完成步驟768之后，使得將NOx傳感器單元輸出用于其它控制操作。另一方面，如果在步驟766中獲得的判定結果指示正在繼續(xù)執(zhí)行染料切斷，則程 序執(zhí)行步驟770以判定在步驟764中計算的積分空氣量Qa是否比參考值Qth大。參考值 Qth被用作用于判定NOx傳感器1中的氧濃度是否增加至期望水平的閾值。如果在步驟770 中獲得的判定結果指示積分空氣量Qa比參考值Qth小，則程序斷定NOx傳感器1中的氧濃 度未增加至期望的水平。換言之，程序斷定不能定位NOx傳感器單元輸出中的拐點，并且不 能學習與拐點相關的信息。在該情況下，程序返回至步驟762。另一方面，如果在步驟770中獲得的判定結果指示積分空氣量Qa比參考值Qth 大，則程序斷定NOx傳感器1中氧的濃度增加至期望的水平。在該情況下，程序執(zhí)行步驟 772以從加熱器控制裝置83向加熱器電極61供電。然后程序進行至步驟708并且執(zhí)行圖 17中所示的程序以定位拐點。隨后，程序執(zhí)行步驟710以獲取拐點學習值，如在圖16中所 示程序的情形。在完成步驟710之后，程序終止。如上所述，第八實施方案通過在燃料切斷期間切斷加熱器電極61的供電來增加 NOx傳感器1中的氧濃度。當積分空氣量Qa比參考值Qth大時，第八實施方案斷定NOx傳 感器1中的氧濃度增加至期望的水平，然后定位NOx傳感器單元輸出中的拐點。這使得能 夠甚至在燃料切斷期間定位拐點和學習與拐點相關的信息。因此，所得學習值可以用于降 低因發(fā)動機運行狀態(tài)的差異所引起的活性判定差異。此外，在燃料切斷期間執(zhí)行學習以確 保足夠的學習頻率。以上已經(jīng)描述的第八實施方案使用上述學習值來降低因發(fā)動機運行狀態(tài)的差異 而引起的活性判定差異。然而，作為替代方案，可以使用所述學習值來形成與NOx傳感器 1相關的劣化判定。更具體而言，以上已經(jīng)描述的第八實施方案使得能夠準確地學習拐點(活性點)。因此，可以通過將在這種學習后獲得的NOx傳感器單元輸出值與用于劣化判定 目的的預定值進行比較來有效提高NOx傳感器劣化判定的準確度?，F(xiàn)在將描述第八實施方案的修改方案。以上已經(jīng)描述的第八實施方案切斷加熱器 電極61的供電以增加NOx傳感器1中的氧濃度。然而，作為替代方案，可以通過根據(jù)以下 修改方案的與第八實施方案不同的方法來增加NOx傳感器1中的氧濃度。(第一修改方案)當如關于以上已經(jīng)描述的第八實施方案描述的那樣在燃料切斷期間切斷加熱器 電極61的供電時，元件溫度突然降低。然后，元件溫度暫時不升高，甚至當對燃料切斷中斷 執(zhí)行供電時也是如此。結果，NOx傳感器單元輸出不能用于其它控制操作。結果，廢氣排放 特性可能在元件溫度升高之前劣化。根據(jù)第八實施方案的第一修改方案，在燃料切斷期間降低元件溫度控制目標值， 如圖沈中所示的，以增加NOx傳感器1中的氧濃度。圖沈是示出根據(jù)第八實施方案的第 一修改方案的ECU 8執(zhí)行的程序的流程圖。圖沈中所示的程序與圖25中所示的程序的不 同之處在于前者執(zhí)行步驟762A、768A和772A而不是步驟762，768、和772。這些差別將在 下文描述。如果在步驟760中獲得的判定結果指示正在執(zhí)行燃料切斷，則在圖沈中所示的程 序執(zhí)行步驟762A以降低元件溫度的控制目標值。更具體而言，程序降低加熱器控制裝置83 的控制目標值。這確保向加熱器電極61供電的時間段比正常的短。結果，元件溫度降低以 降低氧泵單元2的氧排出能力。結果，能夠增加NOx傳感器1中的氧濃度，即，第一和第二 內部空間31、32中的氧濃度和由第一檢測電極42吸收的氧濃度。由上述控制目標值降低而引起的元件溫度降低比當根據(jù)第八實施方案切斷供電 時的小。因此，當在燃料切斷將被中斷的情況下將控制目標值恢復至正常(步驟768A)時， 可以比第八實施方案更早地升高元件溫度。結果，與第八實施方案相比，可以在元件溫度升 高之前抑制廢氣排放特性的劣化。此外，如果在步驟770中獲得的判定結果指示積分空氣量Qa比參考值Qth大，則 執(zhí)行步驟772A以恢復元件溫度的控制目標值。然后執(zhí)行步驟708以定位拐點。接下來，執(zhí) 行步驟710以獲取拐點學習值。(第二修改方案)為了在燃料切斷期間增加NOx傳感器1中的氧濃度，第八實施方案的第二修改方 案不僅降低元件溫度的控制目標值，而且還降低供給至NOx傳感器單元4的電壓，如圖27 所示。圖27是示出根據(jù)第八實施方案的第二修改方案的ECU 8執(zhí)行的程序的流程圖。圖 27中所示的程序與圖25中所示的程序的不同之處在于前者執(zhí)行步驟762A、768A和772B而 不是步驟762、768、和772。這些差別將在下文描述。如果在步驟760中獲得的判定結果指示正在執(zhí)行燃料切斷，則在圖27中所示的程 序執(zhí)行步驟762B以降低元件溫度的控制目標值并降低待供給到NOx傳感器單元4的電壓。 降低供給到NOx傳感器單元4的電壓會降低NOx傳感器單元4的氧排出能力。因此，第二 修改方案在第二內部空間32中第一檢測電極42周圍提供比如前文所述的第一修改方案高 的氧濃度。這使得能夠進一步增加待由第一檢測電極42吸收的氧的濃度。因此，第二修改 方案提供比第一修改方案高的NOx傳感器1中的氧濃度。結果，第二修改方案使得能夠準
36確地定位拐點。此外，如果在步驟766中獲得的判定結果不指示正在繼續(xù)執(zhí)行燃料切斷，或者如 果在步驟770中獲得的判定結果指示積分空氣量Qa比參考值Qth大，則圖27中所示的程序 執(zhí)行步驟768B和772B以恢復元件溫度的控制目標值和供給到NOx傳感器單元4的電壓。(第三修改方案)現(xiàn)在將參照增加NOx傳感器1中的氧濃度的方法描述第八實施方案的第三修改方 案，但是不降低NOx傳感器1的元件溫度。更具體而言，第三修改方案在燃料切斷期間向氧 泵單元2施加比正常時低的電壓。圖觀是示出根據(jù)第八實施方案的第三修改方案ECU 8 執(zhí)行的程序的流程圖。圖觀中所示的程序與圖25中所示的程序的不同之處在于前者執(zhí)行 步驟762C、768C和772C而不是步驟762、768、和772。這些差別將在下文描述。如果在步驟760中獲得的判定結果指示正在執(zhí)行燃料切斷，則在圖28中所示的程 序執(zhí)行步驟762C以向氧泵單元2供給比正常時低的電壓。因此，氧泵單元2的氧排出能力 降低。這使得能夠增加NOx傳感器1中的氧濃度，S卩，第一和第二內部空間31、32中的氧濃 度和待由第一檢測電極42吸收的氧濃度。第三修改方案不降低元件溫度。因此，能夠立即 使用NOx傳感器單元輸出用于其它控制操作，只要在燃料切斷將被中斷的情形中恢復供給 到氧泵單元2的電壓(步驟768C)即可。結果，第三實施方案使得能夠比第一和第二修改 方案進一步抑制廢氣排放特性的劣化。此外，如果在步驟770中獲得的判定結果指示積分空氣量Qa比參考值Qth大，則 在圖觀中所示的程序執(zhí)行步驟772C以恢復供給到氧泵單元2的電壓。隨后，程序執(zhí)行步 驟708以定位拐點，然后執(zhí)行步驟710以獲取拐點學習值。(第四修改方案)為了增加NOx傳感器1中的氧濃度，第八實施方案的第四修改方案不僅向氧泵單 元2供給比正常時低的電壓，而且還降低供給到NOx傳感器單元4的電壓，如圖四中所示 的。圖四是示出根據(jù)第八實施方案的第四修改方案ECU 8執(zhí)行的程序的流程圖。圖四中 所示的程序與圖25中所示的程序的不同之處在于前者執(zhí)行步驟762D、768D和772D而不是 步驟762、768、和772。這些差別將在下文描述。如果在步驟760中獲得的判定結果指示正在執(zhí)行燃料切斷，則圖四中所示的程序 執(zhí)行步驟762D以向氧泵單元2供給比正常時低的電壓并向NOx傳感器單元4供給比正常 時低的電壓。因此，第四修改方案在第二內部空間32中的第一檢測電極42周圍提供比之 前描述的第三修改方案高的氧濃度。這使得能夠進一步增加由第一檢測電極42吸收的氧 濃度。因此，第四修改方案提供比第三修改方案高的NOx傳感器1中的氧濃度。結果，第四 修改方案使得能夠準確地定位拐點。此外，如果在步驟766中獲得的判定結果不指示正在繼續(xù)執(zhí)行燃料切斷，或者如 果在步驟770中獲得的判定結果指示積分空氣量Qa比參考值Qth大，則圖四中所示的程 序執(zhí)行步驟768D和772D以恢復供給到氧泵單元2的電壓和供給到NOx傳感器單元4的電壓。在第八實施方案和其修改方案中，當ECU 8執(zhí)行步驟762、762A、762B、762C或762D 時實施根據(jù)本發(fā)明第一方面的“氧濃度控制裝置”；當E⑶8執(zhí)行步驟762、762A、762B、762C 或762D時實施根據(jù)本發(fā)明第十五方面的“氧濃度增加裝置”;當ECU 8執(zhí)行步驟762、762A或762B時實施根據(jù)本發(fā)明第十七方面的“加熱器控制裝置”；當E⑶8執(zhí)行步驟762C或762D 時實施根據(jù)本發(fā)明第十八方面的“氧泵單元控制裝置”；當ECU 8執(zhí)行步驟708時實施根據(jù) 本發(fā)明第十五方面的“拐點定位裝置”；和當ECU 8執(zhí)行步驟710時實施根據(jù)本發(fā)明第十五 方面和第二十方面的“拐點學習值存儲裝置”。第九實施方案現(xiàn)在將參照圖30和31描述本發(fā)明的第九實施方案。當采用圖1和14中所示的 硬件配置來使ECU 8執(zhí)行圖31中所示的下述程序時實施根據(jù)第九實施方案的系統(tǒng)。[第九實施方案的特征]第六和七實施方案在發(fā)動機啟動時學習與拐點相關的信息。第八實施方案在燃料 切斷期間學習與拐點相關的信息。將參照在怠速狀態(tài)下學習拐點信息的情形描述第九實施方案。在怠速狀態(tài)下，SCR催化劑122的活性比在發(fā)動機啟動時高。因此，在怠速狀態(tài)下 SCR催化劑122下游占優(yōu)的NOx濃度比發(fā)動機啟動時低。然而，當在SCR催化劑122下游占 優(yōu)的NOx濃度在怠速狀態(tài)下變化時，NOx傳感器單元輸出也相應變化。結果，可能不能準確 地實現(xiàn)拐點定位。在該情況下，可設想如在之前描述的第七實施方案的情形中可使用NOx濃度的估 算值來校正NOx傳感器單元輸出。然而，如之前所述的，在怠速狀態(tài)下NOx排放量小。如圖 30中所示，在怠速狀態(tài)下占優(yōu)的NOx濃度可以通過增加從脲水添加閥123添加的脲水的量 來降低。圖30是示出脲水添加量和在SCR催化劑122下游占優(yōu)的NOx濃度之間的關系的 圖。鑒于上述情形，第九實施方案例如通過如由圖30中的Qi所指示地增加脲水添加 量，降低怠速狀態(tài)下的NOx濃度。隨后，第九實施方案定位NOx傳感器單元輸出中的拐點并 且學習與拐點相關的信息。[由第九實施方案執(zhí)行的過程的細節(jié)]圖31是示出根據(jù)第九實施方案ECU 8執(zhí)行的程序的流程圖。首先，圖31中所示 的程序執(zhí)行步驟780以判定發(fā)動機100是否處于怠速狀態(tài)。如果在步驟780中獲得的判定 結果不指示發(fā)動機100處于怠速狀態(tài)，則程序終止。另一方面，如果在步驟780中獲得的判定結果指示發(fā)動機100處于怠速狀態(tài)，則程 序執(zhí)行步驟782以增加NOx傳感器1中的氧濃度。在步驟782中，可以例如通過實施加熱 器加電控制、控制元件溫度控制目標值或控制泵單元時間電壓來增加NOx傳感器1的第一 和第二內部空間31、32中的氧濃度和由第一檢測電極42吸收的氧濃度，如關于第八實施方 案及其修改方案描述的。然后，程序進行至步驟784并執(zhí)行NOx還原過程。例如，執(zhí)行步驟784以增加脲水 添加量和EGR量。接下來，程序進行至步驟708。在步驟708中，圖17中所示的程序定位 NOx傳感器單元輸出中的拐點。隨后，圖31中所示的程序執(zhí)行步驟710以與圖16中所示的 程序相同的方式獲取與拐點相關的信息作為學習值。 如上所述，第九實施方案在怠速狀態(tài)下執(zhí)行NOx還原過程，然后定位NOx傳感器單 元輸出中的拐點。這使得能夠準確地定位拐點并以高的準確度學習與拐點相關的信息而不 受從發(fā)動機100中排出的NOx的濃度變化的影響，甚至在怠速狀態(tài)下也是如此。結果，可以降低由發(fā)動機運行狀態(tài)的差異所引起的活性判定差異。此外，在怠速狀態(tài)下執(zhí)行學習以確 保足夠的學習頻率。以上已經(jīng)描述的第九實施方案使用學習值來降低因發(fā)動機運行狀態(tài)差別而引起 的活性判定差異。然而，作為替代方案，學習值可以用于形成與NOx傳感器1相關的劣化判 定。更具體而言，以上已經(jīng)描述的第九實施方案使得能夠準確地學習拐點值(活性點)。因 此，可以通過將在這種學習后獲得的NOx傳感器單元輸出值與用于劣化判定目的的預定值 進行比較來有效提高NOx傳感器劣化判定的準確度。在第九實施方案中，當ECU 8執(zhí)行步驟782時實施根據(jù)本發(fā)明第一方面的“氧濃度 控制裝置”；當ECU 8執(zhí)行步驟784時實施根據(jù)本發(fā)明第九方面的“NOx濃度控制裝置”；當 ECU 8執(zhí)行步驟708時實施根據(jù)本發(fā)明第九方面的“拐點定位裝置”；和當ECU 8執(zhí)行步驟 710時實施根據(jù)本發(fā)明第十五方面的“拐點學習值存儲裝置”。
權利要求
1.一種氣體濃度檢測裝置，包括氣體傳感器，所述氣體傳感器包括用于改變測量目標氣體中的氧的濃度的氧濃度控制 裝置、和用于檢測其中的氧濃度被所述氧濃度控制裝置改變的氣體中的特定氣體組分的濃 度的氣體濃度檢測單元；和劣化判定裝置，所述劣化判定裝置根據(jù)來自所述氣體濃度檢測單元的單元輸出來形成 與所述氣體傳感器相關的劣化判定。
2.根據(jù)權利要求1所述的氣體濃度檢測裝置，其中所述氧濃度控制裝置包括用于從所 述測量目標氣體除去過量的氧的過量氧除去裝置；并且其中所述劣化判定裝置根據(jù)在所述 氣體濃度檢測單元的所述單元輸出中出現(xiàn)拐點之前獲得的單元輸出在所述氣體傳感器的 預熱期間和所述過量氧除去裝置的執(zhí)行期間形成與所述氣體傳感器相關的劣化判定。
3.根據(jù)權利要求2所述的氣體濃度檢測裝置，其中所述劣化判定裝置包括用于獲取在 單元輸出增加過程期間所述單元輸出增加的速率的相關值(在下文稱為增加速率相關值) 的增加速率相關值獲取裝置，并且根據(jù)所述增加速率相關值和預定參考值之間的比較形成 與所述氣體濃度檢測單元相關的劣化判定。
4.根據(jù)權利要求3所述的氣體濃度檢測裝置，其中所述增加速率相關值獲取裝置包括 用于獲取所述單元輸出的增加速率的增加速率獲取裝置；并且其中在所述增加速率比預定 參考值低時所述劣化判定裝置形成與所述氣體濃度檢測單元相關的劣化判定。
5.根據(jù)權利要求2-4中任一項所述的氣體濃度檢測裝置，其中所述過量氧除去裝置包 括氧泵單元，并且在向所述氧泵單元施加電壓時排出所述測量目標氣體中的過量的氧；并 且其中所述劣化判定裝置包括用于獲取在單元輸出降低過程期間所述單元輸出降低的速 率的相關值(在下文稱為降低速率相關值)的降低速率相關值獲取裝置，并且根據(jù)所述降 低速率相關值和預定參考值之間的比較形成與所述氧泵單元相關的劣化判定。
6.根據(jù)權利要求5所述的氣體濃度檢測裝置，其中所述降低速率相關值獲取裝置包括 用于獲取所述單元輸出的降低速率的降低速率獲取裝置；并且其中在所述降低速率比預定 參考值低時所述劣化判定裝置形成與所述氧泵單元相關的劣化判定。
7.根據(jù)權利要求5所述的氣體濃度檢測裝置，其中所述降低速率相關值獲取裝置包括 用于獲取在所述氣體傳感器開始預熱的瞬間與出現(xiàn)拐點的瞬間之間的時間間隔期間所達 到的所述單元輸出的積分值的積分值獲取裝置；并且其中在所述積分值比預定參考值大時 所述劣化判定裝置形成與所述氧泵單元相關的劣化判定。
8.根據(jù)權利要求2-7中任一項所述的氣體濃度檢測裝置，還包括用于獲取所述拐點處的單元輸出(在下文稱為拐點單元輸出)的拐點單元輸出獲取裝 置；和用于存儲與所述拐點單元輸出相關的學習值的存儲裝置；其中所述劣化判定裝置根據(jù)所述拐點單元輸出和所述學習值之間的比較形成與所述 氣體傳感器相關的劣化判定。
9.根據(jù)權利要求8所述的氣體濃度檢測裝置，其中在所述單元輸出比所述學習值小、 并且所述學習值和所述單元輸出之間的差比預定參考值大時，所述劣化判定裝置斷定所述 氣體傳感器劣化。
10.根據(jù)權利要求8所述的氣體濃度檢測裝置，其中在所述單元輸出比所述學習值大、并且所述學習值和所述單元輸出之間的差的絕對值比預定參考值大時，所述劣化判定裝置 斷定所述氣體傳感器劣化。
11.根據(jù)權利要求8所述的氣體濃度檢測裝置，其中所述劣化判定裝置包括暫時劣化 判定裝置，所述暫時劣化判定裝置根據(jù)所述單元輸出和所述學習值之間的比較形成與所述 氣體傳感器相關的可恢復的暫時劣化判定。
12.根據(jù)權利要求11所述的氣體濃度檢測裝置，其中在所述學習值和所述單元輸出 之間的差的絕對值比預定參考值小時，所述暫時劣化判定裝置斷定所述氣體傳感器暫時劣 化。
13.根據(jù)權利要求11或12所述的氣體濃度檢測裝置，還包括劣化恢復過程執(zhí)行裝置，所述劣化恢復過程執(zhí)行裝置在所述氣體傳感器被判定為暫時 劣化時對所述氣體傳感器進行劣化恢復過程。
14.根據(jù)權利要求8-13中任一項所述的氣體濃度檢測裝置，其中在所述單元輸出比所 述學習值小、并且所述學習值和所述單元輸出之間的差比預定參考值小時，所述存儲裝置 存儲所述單元輸出作為更新的學習值。
15.根據(jù)權利要求1所述的氣體濃度檢測裝置，其中所述氧濃度控制裝置包括用于增 加所述測量目標氣體中的氧濃度的氧濃度增加裝置；拐點定位裝置，在所述氧濃度被所述 氧濃度增加裝置從預定值增加之后降低時，所述拐點定位裝置對在所述單元輸出中出現(xiàn)的 拐點進行定位，作為所述氣體傳感器的活性點；和用于存儲拐點學習值的拐點學習值存儲 裝置，所述拐點學習值為與由所述拐點定位裝置定位的所述拐點相關的信息；并且其中所 述劣化判定裝置根據(jù)由所述拐點學習值存儲裝置存儲的所述拐點學習值形成與所述氣體 傳感器相關的劣化判定。
16.根據(jù)權利要求15所述的氣體濃度檢測裝置，還包括用于估算所述測量目標氣體中的NOx濃度的NOx濃度估算裝置；和用于通過利用由所述NOx濃度估算裝置估算的NOx濃度校正所述單元輸出的校正裝置；其中，在所述氧濃度被所述氧濃度增加裝置從預定值增加之后降低時，所述拐點定位 裝置識別由所述校正裝置校正的所述單元輸出中的拐點，作為所述氣體傳感器的活性點。
17.根據(jù)權利要求15所述的氣體濃度檢測裝置，其中所述氧濃度增加裝置包括用于排 出所述測量目標氣體中的過量的氧的氧泵單元、和用于控制供給到加熱器以預熱所述氧泵 單元的電力的加熱器控制裝置，并且在內燃機燃料切斷期間向所述加熱器供給比正常量小 的量的電力。
18.根據(jù)權利要求15所述的氣體濃度檢測裝置，其中所述氧濃度增加裝置包括用于在 施加電壓時排出所述測量目標氣體中的過量的氧的氧泵單元、和用于控制供給到所述氧泵 單元的電力的氧泵單元控制裝置，并且在內燃機燃料切斷期間向所述氧泵單元供給比正常 量小的量的電力。
19.根據(jù)權利要求15所述的氣體濃度檢測裝置，還包括用于控制所述測量目標氣體中的NOx濃度的NOx濃度控制裝置；其中在所述NOx濃度控制裝置被執(zhí)行時，所述拐點定位裝置定位所述拐點。
20.根據(jù)權利要求15-19中任一項所述的氣體濃度檢測裝置，其中所述拐點學習值存儲裝置存儲在定位所述拐點時占優(yōu)的所述單元輸出、與元件溫度相關的物理性質值、和定 位所述拐點所需的時間作為設定表。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于檢測從發(fā)動機排放的廢氣中的特定氣體組分濃度的氣體濃度檢測裝置，并且準確和即時地形成關于氣體濃度檢測裝置的劣化判定。在由氧泵單元2排放過量氧之后，使用NOx傳感器單元4檢測NOx濃度的NOx濃度檢測設備判定NOx傳感器1是否活化，也就是說，在NOx傳感器1的NOx傳感器單元輸出中是否已出現(xiàn)拐點。如果NOx傳感器1還未活化，則獲取NOx傳感器單元輸出增加過程期間NOx傳感器單元輸出的輸出增加速率Vu(t)。然后，判定輸出增加速率Vu(t)是否比預定參考值Vth1低。如果所得判定結果指示Vu(t)＜Vth1，則斷定NOx傳感器單元4劣化。
文檔編號G01N27/417GK102089649SQ200980104989
公開日2011年6月8日 申請日期2009年2月10日 優(yōu)先權日2008年2月14日
發(fā)明者佐佐木敬規(guī) 申請人:豐田自動車株式會社