专利名称：气体浓度检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及气体浓度检测装置，更具体而言，涉及关于气体浓度检测装置的劣化 判定，所述气体浓度检测装置检测在从发动机排出的废气中特定气体组分的浓度。
背景技术：
例如JP-A-2003-166967中公开的常规提出的装置进行加热器加电控制，以使泵 单元的元件电阻与目标元件电阻一致。当在加热器加电控制期间传感器单元的元件电阻在 预定范围之外时，该装置判定传感器劣化。专利文件1
JP-A-2003-■166967
专利文件2
JP-A-I1-237363
专利文件3
JP-A-2003-■270194
专利文件4
JP-A-2002-■116180
专利文件5
JP-A-2003-■50227
专利文件6
JP-A-2004-■177179

发明内容
本发明所要解决的问题然而，由于各传感器的差异，元件电阻(阻抗)、供给到加热器的功率和加热器电 阻，例如，随传感器单元的不同而变化。因此，如果使用这些值来形成关于传感器的劣化判 定，则劣化判定的准确度可能因各传感器的差异而降低。此外，当执行加热器加电控制来活化传感器时，考虑到各传感器的差异，有必要过 度升高元件温度并保持该温度。因此，可能不能早期形成关于传感器的劣化判定。此外，当 尝试过度升高元件温度时，阻抗发生变化。因此，劣化判定的准确度可能降低。做出本发明以解决上述问题。本发明的一个目的是提供一种能够准确并即时地形 成关于气体浓度检测装置的劣化判定的气体浓度检测装置。解决问题的手段本发明的第一方面涉及一种气体浓度检测装置，包括气体传感器，所述气体传感 器包括用于改变测量目标气体中的氧的浓度的氧浓度控制装置、和用于检测其中的氧浓度 被所述氧浓度控制装置改变的气体中的特定气体组分的浓度的气体浓度检测单元；和劣化 判定装置，所述劣化判定装置根据来自所述气体浓度检测单元的单元输出来形成与所述气体传感器相关的劣化判定。本发明的第二方面是根据第一方面的气体浓度检测装置，其中所述氧浓度控制装 置包括用于从所述测量目标气体除去过量的氧的过量氧除去装置；并且其中所述劣化判定 装置根据在所述气体浓度检测单元的所述单元输出中出现拐点之前获得的单元输出在所 述气体传感器的预热期间和所述过量氧除去装置的执行期间形成与所述气体传感器相关 的劣化判定。本发明的第三方面是根据第二方面的气体浓度检测装置，其中所述劣化判定装置 包括用于获取在单元输出增加过程期间所述单元输出增加的速率的相关值(在下文称为 增加速率相关值)的增加速率相关值获取装置，并且根据所述增加速率相关值和预定参考 值之间的比较形成与所述气体浓度检测单元相关的劣化判定。本发明的第四方面是根据第三方面的气体浓度检测装置，其中所述增加速率相关 值获取装置包括用于获取所述单元输出的增加速率的增加速率获取装置；并且其中在所述 增加速率比预定参考值低时所述劣化判定装置形成与所述气体浓度检测单元相关的劣化 判定。本发明的第五方面是根据第二至第四方面的任一方面的气体浓度检测装置，其中 所述过量氧除去装置包括氧泵单元，并且在向所述氧泵单元施加电压时排出所述测量目标 气体中的过量的氧；并且其中所述劣化判定装置包括用于获取在单元输出降低过程期间所 述单元输出降低的速率的相关值(在下文称为降低速率相关值)的降低速率相关值获取装 置，并且根据所述降低速率相关值和预定参考值之间的比较形成与所述氧泵单元相关的劣 化判定。本发明的第六方面是根据第五方面的气体浓度检测装置，其中所述降低速率相关 值获取装置包括用于获取所述单元输出的降低速率的降低速率获取装置；并且其中在所述 降低速率比预定参考值低时所述劣化判定装置形成与所述氧泵单元相关的劣化判定。本发明的第七方面是根据第五方面的气体浓度检测装置，其中所述降低速率相关 值获取装置包括用于获取在所述气体传感器开始预热的瞬间与出现拐点的瞬间之间的时 间间隔期间所达到的所述单元输出的积分值的积分值获取装置；并且其中在所述积分值比 预定参考值大时所述劣化判定装置形成与所述氧泵单元相关的劣化判定。本发明的第八方面是根据第二至第七方面中任一方面的气体浓度检测装置，还包 括用于获取所述拐点处的单元输出(在下文称为拐点单元输出)的拐点单元输出获取装 置；和用于存储与所述拐点单元输出相关的学习值的存储装置；其中所述劣化判定装置根 据所述拐点单元输出和所述学习值之间的比较形成与所述气体传感器相关的劣化判定。本发明的第九方面是根据第八方面的气体浓度检测装置，其中在所述单元输出比 所述学习值小、并且所述学习值和所述单元输出之间的差比预定参考值大时，所述劣化判 定装置断定所述气体传感器劣化。本发明的第十方面是根据第八方面的气体浓度检测装置，其中在所述单元输出比 所述学习值大、并且所述学习值和所述单元输出之间的差的绝对值比预定参考值大时，所 述劣化判定装置断定所述气体传感器劣化。本发明的第十一方面是根据第八方面的气体浓度检测装置，其中所述劣化判定装 置包括暂时劣化判定装置，所述暂时劣化判定装置根据所述单元输出和所述学习值之间的比较形成与所述气体传感器相关的可恢复的暂时劣化判定。本发明的第十二方面是根据第十一方面的气体浓度检测装置，其中在所述学习值 和所述单元输出之间的差的绝对值比预定参考值小时，所述暂时劣化判定装置断定所述气 体传感器暂时劣化。本发明的第十三方面是根据第十一或第十二方面的气体浓度检测装置，还包括 劣化恢复过程执行装置，所述劣化恢复过程执行装置在所述气体传感器被判定为暂时劣化 时对所述气体传感器进行劣化恢复过程。本发明的第十四方面是根据第八至第十三方面中任一方面的气体浓度检测装置， 其中在所述单元输出比所述学习值小、并且所述学习值和所述单元输出之间的差比预定参 考值小时，所述存储装置存储所述单元输出作为更新的学习值。本发明的第十五方面是根据第一方面的气体浓度检测装置，其中所述氧浓度控制 装置包括用于增加所述测量目标气体中的氧浓度的氧浓度增加装置；拐点定位装置，在所 述氧浓度被所述氧浓度增加装置从预定值增加之后降低时，所述拐点定位装置对在所述单 元输出中出现的拐点进行定位，作为所述气体传感器的活性点；和用于存储拐点学习值的 拐点学习值存储装置，所述拐点学习值为与由所述拐点定位装置定位的所述拐点相关的信 息；并且其中所述劣化判定装置根据由所述拐点学习值存储装置存储的所述拐点学习值形 成与所述气体传感器相关的劣化判定。本发明的第十六方面是根据第十五方面的气体浓度检测装置，还包括用于估算 所述测量目标气体中的NOx浓度的NOx浓度估算装置；和用于通过利用由所述NOx浓度估 算装置估算的NOx浓度校正所述单元输出的校正装置；其中，在所述氧浓度被所述氧浓度 增加装置从预定值增加之后降低时，所述拐点定位装置识别由所述校正装置校正的所述单 元输出中的拐点，作为所述气体传感器的活性点。本发明的第十七方面是根据第十五方面的气体浓度检测装置，其中所述氧浓度增 加装置包括用于排出所述测量目标气体中的过量的氧的氧泵单元、和用于控制供给到加热 器以预热所述氧泵单元的电力的加热器控制装置，并且在内燃机燃料切断期间向所述加热 器供给比正常量小的量的电力。本发明的第十八方面是根据第十五方面的气体浓度检测装置，其中所述氧浓度增 加装置包括用于在施加电压时排出所述测量目标气体中的过量的氧的氧泵单元、和用于控 制供给到所述氧泵单元的电力的氧泵单元控制装置，并且在内燃机燃料切断期间向所述氧 泵单元供给比正常量小的量的电力。本发明的第十九方面是根据第十五方面的气体浓度检测装置，还包括用于控制 所述测量目标气体中的NOx浓度的NOx浓度控制装置；其中在所述NOx浓度控制装置被执 行时，所述拐点定位装置定位所述拐点。本发明的第二十方面是根据第十五至第十九方面中任一方面的气体浓度检测装 置，其中所述拐点学习值存储装置存储在定位所述拐点时占优的所述单元输出、与元件温 度相关的物理性质值、和定位所述拐点所需的时间作为设定表。本发明的优点根据本发明的第一方面，根据所述气体浓度检测单元的单元输出来形成与所述气 体传感器相关的劣化判定。因此，本发明使得能够不受各气体传感器差异影响地进行劣化判定。在所述气体浓度检测单元的所述单元输出中出现拐点的时间是测量目标气体中 保留的过量氧被过量氧除去装置除去至所述气体浓度检测单元中的单元输出不受影响的 程度。换言之，当在所述单元输出中出现拐点时，可以形成与所述气体传感器相关的活性判 定。本发明的第二方面根据在所述单元输出中出现拐点之前产生的单元输出形成与所述气 体传感器相关的劣化判定。因此，根据本发明，可以在所述气体传感器变为活性之前形成劣 化判定。这使得可以有效避免将劣化的气体传感器的传感器输出用于各种控制操作。当所述气体浓度检测单元的温度随气体传感器的预热进行而升高时，因为所述测 量目标气体中保留的氧被所述气体浓度检测单元分解，所以获得了单元输出。所述单元输 出随所述气体浓度检测单元的活性增加而增加。当气体浓度检测单元在所得状态下劣化 时，所述气体浓度检测单元的氧分解能力降低。这降低了单元输出的增加速率。根据本发 明的第三方面，通过比较单元输出增加过程期间所述输出增加速率的相关值和预定参考值 来形成与所述气体浓度检测单元相关的劣化判定。结果，本发明使得可以在所述单元输出 中出现拐点之前，即在所述气体传感器变活性之前以高的准确度形成与所述气体浓度检测 单元相关的劣化判定。根据本发明的第四方面，所述气体浓度检测单元的单元输出增加速率是在单元输 出增加过程期间获得的。当所述增加速率比预定参考值低时，判定所述气体浓度检测单元 劣化。当所述单元输出增加速率低时，可以判定所述气体浓度检测单元的氧分解能力降低。 因此，本发明使得能够根据所述单元输出增加速率准确并早期地形成与所述气体浓度检测 单元相关的劣化判定。当所述氧泵单元的活性随所述气体传感器预热的进行而增加时，所述氧泵单元越 来越强地排出过量氧。因此，曾经增加的单元输出随所述测量目标气体中过量氧的量的降 低而降低。本发明的第五方面根据单元输出降低速率的相关值和预定参考值之间的比较形 成与所述氧泵单元相关的劣化判定。换言之，当氧泵单元劣化时，所述氧分解能力，即过量 氧排出能力降低。结果，所述气体浓度检测单元在所有时刻都检测高浓度的氧。这降低了 单元输出降低速率。因此，本发明使得能够根据单元输出降低速率的相关值和预定参考值 之间的比较，在所述单元输出中出现拐点之前，即在气体传感器变为活性之前早期地并准 确地形成与所述氧泵单元相关的劣化判定。当所述氧泵单元劣化时，所述氧分解能力，即过量氧排出能力降低。因此，所述气 体浓度检测单元在所有时刻都检测高浓度的氧，由此降低单元输出降低速率。本发明的第 六方面在所述气体传感器开始预热之后获取所述气体浓度检测单元的单元输出降低速率。 当所述降低速率比所述预定参考值低时，本发明的第六方面断定所述氧泵单元劣化。结果， 本发明使得能够根据所述单元输出降低速率早期地并准确地形成与所述氧泵单元相关的 劣化判定。当所述氧泵单元劣化时，所述氧分解能力，即过量氧排出能力降低。因此，所述气 体浓度检测单元在所有时刻都检测高浓度的氧，由此增加所述单元输出的积分值。本发明 的第七方面获取在气体传感器预热开始的瞬间和出现拐点的瞬间之间的间隔期间达到的 单元输出的积分值。当所述积分值比所述预定参考值大时，本发明的第七方面断定所述氧 泵单元劣化。结果，本发明使得能够根据所述单元输出的积分值早期地并准确地形成与所述氧泵单元相关的劣化判定。在所述气体浓度检测单元的单元输出中出现拐点的时间是测量目标气体中保留 的过量氧被过量氧除去装置除去至所述气体浓度检测单元的单元输出不受影响的程度的 时间。换言之，所述拐点单元输出没有可能由保留的过量氧引起的传感器输出错误。涉及 所述拐点单元输出的学习值是例如在学习所述拐点单元输出的各传感器差异之后获得的 值。本发明的第八方面根据所述拐点单元输出和学习值之间的比较形成与所述气体传感器 相关的劣化判定。结果，本发明使得能够在降低保留的过量氧的影响以消除例如各传感器 差异的影响的同时形成劣化判定。当所述拐点单元输出比所述学习值小且所述学习值和拐点单元输出之差比预定 参考值大时，本发明的第九方面断定所述气体传感器劣化。当所述拐点单元输出明显比所 述学习值小时，可以断定所述气体传感器劣化或以别的方式异常。因此，本发明使得能够早 期地并准确地形成与所述气体传感器相关的劣化判定。当所述拐点单元输出比所述学习值大且所述学习值和拐点单元输出之差的绝对 值比预定参考值大时，本发明的第十方面断定所述气体传感器劣化。当所述拐点单元输出 明显比所述学习值大时，可以断定所述气体传感器劣化或以其它方式异常。因此，本发明使 得能够早期地并且准确地形成与所述气体传感器相关的劣化判定。取决于电极氧化的程度，气体传感器劣化可以分类为不可恢复的永久性劣化和可 恢复的暂时性劣化。本发明的第十一方面根据所述拐点单元输出和学习值之间的比较形成 与所述气体传感器相关的可恢复的暂时劣化判定。在电极氧化和拐点单元输出之间存在相 关性。因此，本发明可以通过比较拐点单元输出和学习值来判断电极氧化的程度。这使得 能够以高的准确度形成与所述气体传感器相关的可恢复的暂时劣化判定。气体传感器单元电极的氧化程度越高，越可能在电极处出现还原反应，因此单元 输出越大。当所述学习值和拐点单元输出之差的绝对值比预定参考值小时，本发明的第 十二方面判定所述气体传感器暂时劣化。当判定所述气体传感器劣化但是其单元输出并未 明显增加时，可以断定所述劣化是可恢复的，其原因是电极氧化的程度低。因此，本发明使 得能够判定其拐点单元输出与学习值接近的气体传感器暂时劣化。当判定所述气体传感器暂时劣化时，本发明的第十三方面对所述气体传感器进行 劣化恢复过程。因此，本发明在区分永久性劣化和可恢复劣化的同时形成气体传感器劣化 判定，并且只在所述气体传感器暂时劣化时进行恢复过程。这使得能够有效避免执行不必 要的恢复过程和恢复气体传感器的初始性能。当所述单元输出比所述学习值小且所述学习值和单元输出之差比预定参考值小 时，本发明的第十四方面存储所述单元输出作为更新的学习值。因此，本发明使得能够有效 获取因例如各气体传感器差异而引起的输出偏差作为学习值。在通过所述氧浓度增加装置使所述氧浓度比预定值高之后进行的氧浓度降低过 程期间，本发明的第十五方面识别在所述气体浓度检测单元的单元输出中出现的拐点作为 活性点。与普通传感器活性(全活性)判定不同，根据本发明的第十五方面，当所述气体浓 度检测单元开始检测特定气体组分的浓度而不受保留氧的影响时，判定所述气体浓度检测 单元是活性的。这使得能够形成准确的关于所述气体浓度检测单元的活性判定。此外，本 发明的第十五方面存储作为与拐点相关的信息的拐点学习值。拐点学习值可以用于降低因内燃机工作状态而引起的活性判定偏差。因此，本发明使得能够通过根据拐点学习值形成 劣化判定来提高劣化判定的准确度。本发明的第十六方面通过利用估算的NOx浓度值校正所述气体浓度检测单元的 单元输出，并且根据所述校正的单元输出对拐点进行定位。因此，本发明使得能够准确地定 位拐点而不受NOx浓度变化的影响。此外，存储与所定位的拐点相关的信息作为拐点学习 值。结果，本发明使得能够通过根据拐点学习值形成劣化判定来提高劣化判定的准确度。根据本发明的第十七方面，可以通过使得在燃料切断期间向所述加热器供给的电 力的量比在正常运行期间供给的电力的量小，来增加气体浓度检测单元的氧浓度。这使得 能够定位燃料切断期间的拐点和确保足够的学习频率。根据本发明的第十八方面，可以通过使得在燃料切断期间向所述氧泵单元供给的 电力的量比在正常运行期间供给的电力的量小，来增加气体浓度检测单元的氧浓度。这使 得能够定位燃料切断期间的拐点和确保足够的学习频率。本发明的第十九方面在控制所述测量目标气体中的NOx浓度的同时定位拐点。因 此，本发明使得能够准确定位拐点而不受NOx浓度变化的影响。本发明的第二十方面使用设定表来存储定位拐点时占优的气体浓度检测单元输 出、与元件温度相关的物理性能值、和定位拐点所需的时间。在定位拐点时，各传感器在物 理性能值方面的差异被最小化。因此，利用设定表作为学习值使得能够降低因内燃机的运 行状态而引起的活性判定偏差。


图1是示出根据本发明第一实施方案的气体浓度检测装置10的配置的图。图2是示出NOx传感器预热期间氧泵单元输出和NOx传感器单元输出的变化的 图。图3是示出定位NOx传感器单元输出中的拐点的方法的图。图4是示出当NOx传感器单元4劣化时NOx传感器单元输出N如何变化的图。图5是示出根据本发明第一实施方案ECU 8执行的程序的流程图。图6是示出根据本发明第一实施方案ECU 8执行的程序的流程图。图7是示出当氧泵单元2劣化时NOx传感器单元输出N如何变化的图。图8是示出根据本发明第二实施方案ECU 8执行的程序的流程图。图9是示出当氧泵单元2劣化时NOx传感器单元输出N如何变化的图。图10是示出根据本发明第三实施方案ECU 8执行的程序的流程图。图11是示出根据本发明第四实施方案ECU 8执行的程序的流程图。图12是示出与NOx浓度相关的NOx传感器单元输出变化的图。图13是示出根据本发明第五实施方案ECU 8执行的程序的流程图。图14是示出根据本发明第六实施方案的典型系统配置的图。图15是示出NOx传感器单元输出随发动机启动时间变化的图。图16是示出根据本发明第六实施方案ECU 8执行的程序的流程图。图17是示出在图16的步骤708中执行的拐点定位程序的流程图。图18是示出氧泵单元输出和NOx传感器单元输出之间的相关性的图。
图19是示出根据本发明第六实施方案的第一修改方案的定位氧泵单元输出中的 拐点的方法的图。图20是示出根据本发明第六实施方案的第一修改方案的拐点定位程序的流程 图。图21是示出根据本发明第六实施方案的第二修改方案的气体浓度检测装置的主 要部分的框图。图22是示出空燃比传感器单元输出和NOx传感器单元输出之间的相关性的图。图23是示出发动机启动时在SCR催化剂122的下游出现的NOx浓度变化和NOx 传感器单元输出变化的图。图M是示出根据本发明第七实施方案的图16的步骤708中执行的拐点定位程序 的流程图。图25是示出根据本发明第八实施方案的ECU 8执行的程序的流程图。图沈是示出根据本发明第八实施方案的第一修改方案的ECU 8执行的程序的流 程图。图27是示出根据本发明第八实施方案的第二修改方案的ECU 8执行的程序的流 程图。图观是示出根据本发明第八实施方案的第三修改方案的ECU 8执行的程序的流 程图。图四是示出根据本发明第八实施方案的第四修改方案的ECU 8执行的程序的流 程图。图30是示出脲水的添加量和SCR催化剂122下游中占优的NOx浓度之间的关系 的图。图31是示出根据本发明第九实施方案的ECU 8执行的程序的流程图。
具体实施例方式下面将参考附图描述本发明的实施方案。附图中相同的元件/要素用相同的附图 标记表示，并且不再赘述。应理解，本发明不限于下述实施方案。第一实施方案[第一实施方案的配置]首先，将参照图1描述根据本发明第一实施方案的气体浓度检测装置的配置。图1 是示出根据第一实施方案的气体浓度检测装置10的配置的图。图1中所示的气体浓度检 测装置10是检测例如从内燃机(在下文称为发动机)中排出的废气中氮氧化物(NOx)的 浓度的NOx浓度检测装置。气体浓度检测装置10包括NOx传感器1。NOx传感器1通过在氧泵单元2下方顺 序堆叠间隔物3、NOx传感器单元4、另一间隔物5和加热器6来形成。氧泵单元2能够从测量目标气体移除过量的氧，并且包括固体电解质体21、第一 泵电极22、和第二泵电极23。固体电解质体21夹在第一泵电极22和第二泵电极23之间。 作为元件的固体电解质体21是氧离子传导性的。其成形为例如由Zr02、HfO2, ThO2和BiO3
11制成的板状。夹着固体电解质体21的第一泵电极22和第二泵电极23可通过例如丝网印 刷法形成。形成于固体电解质体21前表面上的第一泵电极22暴露于存在废气即测量目标气 体的空间，即暴露于发动机的废气路径中的空间。例如，包含Pt或其他贵金属的多孔陶瓷 电极可以用作第一泵电极22。另一方面，形成于固体电解质体21的后表面上以面向第一泵电极22的第二泵电 极23暴露于下述的第一内部空间31。对包含NOx的气体具有惰性的电极例如包含Pt-Au 合金和氧化锆、氧化铝或其他陶瓷材料的多孔陶瓷电极可以用作第二泵电极23。在氧泵单元2中形成针孔M作为引入孔，其穿透固体电解质体21、第一泵电极22 和第二泵电极23。针孔M的直径设计为使得待通过针孔M引入下述第一内部空间31的 废气以预定速率扩散。通过针孔M和下述的多孔保护层7，第一内部空间31与存在测量目 标气体的空间连通。多孔保护层7形成在朝向固体电解质体21的第一泵电极22的侧面，以覆盖第一 泵电极22的表面，该表面包括针孔M及其周围区域。多孔保护层7可由例如多孔氧化铝 制成。多孔保护层7使得不仅能够防止第一泵电极22中毒，并且能够防止针孔M被例如 废气中包含的烟灰堵塞。前述第一内部空间31和第二内部空间32形成于间隔物3中。间隔物3可由例如 氧化铝制成。所述两个内部空间31、32通过连通孔33彼此连通。第一内部空间31、第二内 部空间32和连通孔33可通过在间隔物3中形成通孔来形成。NOx传感器单元4从得自NOx的还原性分解的氧量来检测NOx浓度。NOx传感器 单元4包括固体电解质体41、第一检测电极42和第二检测电极43。固体电解质体41夹在 第一检测电极42和第二检测电极43之间。第一检测电极42和第二检测电极43可通过利 用例如丝网印刷法形成。形成于固体电解质体41前表面上的第一检测电极42暴露于第二内部空间32。例 如，包含Pt-Au合金和氧化锆、氧化铝或其他陶瓷材料的多孔陶瓷电极可以用作第一检测 电极42。另一方面，形成于固体电解质体41后表面上以面向第一检测电极42的第二检测 电极43暴露于形成于间隔物5中的大气导管51内的空间。大气空气被引入大气导管51 中。例如，包含Pt或其他贵金属的多孔陶瓷电极可以用作第二检测电极43。大气导管51 可以通过在间隔物5中制成切口来形成。加热器6包括板状绝缘层62、63和埋在绝缘层62、63之间的加热器电极61。绝缘 层62、63例如由陶瓷材料如氧化铝形成。加热器电极61例如通过由Pt和氧化铝或其他陶 瓷材料制成的金属陶瓷形成。根据第一实施方案的气体浓度检测装置10包括用作控制装置的ECU (电子控制单 元)8。E⑶8包括泵单元控制装置81、传感器单元控制装置82和加热器控制装置83。E⑶ 8可与发动机ECU分离地提供或作为发动机ECU的一部分来提供。泵单元控制装置81与包括在氧泵单元2中的第一泵电极22和第二泵电极23连 接。泵单元控制装置81在第一泵电极22和第二泵电极23之间施加电压，并且检测在氧泵 单元2中流动的电流值作为“氧泵单元输出”。
传感器单元控制装置82与包括在NOx传感器单元4中的第一检测电极42和第二 检测电极43连接。传感器单元控制装置82在第一检测电极42和第二检测电极43之间施 加电压，并且检测在NOx传感器单元4中流动的电流的值，作为“NOx传感器单元输出”。加热器控制装置83与加热器电极61连接。加热器控制装置83向加热器电极61 供给电力。[第一实施方案的运行](NOx浓度检测的原理)现在将参照图1描述通过气体浓度检测装置10检测NOx浓度的原理。废气，即在 发动机废气路径中流动的测量目标气体，存在于多孔保护层7周围的空间内。所述废气包 括例如02、Ν0χ、α)2和H20。所述废气通过多孔保护层7和针孔M引入第一内部空间31内。 待引入第一内部空间31内的废气的量由多孔保护层7和针孔M的扩散阻力确定。在NOx浓度检测之前，加热器控制装置83首先向加热器电极61供给电力以将固 体电解质体21、41加热至其活性温度。然后氧泵单元2变为活性的，使得泵单元控制装置 81在第一泵电极22和第二泵电极23之间施加电压。在暴露于第一内部空间31的第二泵 电极23上，保留的氧和废气中包含的氧随后被还原成氧离子02_。氧离子02_随后通过固体 电解质体21而朝向第一泵电极22泵出。在该情况下，泵单元控制装置81检测氧泵单元2 中流动的电流的值作为氧泵单元输出。当通过氧泵单元2排出过量的氧时，废气中氧的浓 度降低至通过NOx传感器单元4进行的NOx浓度检测不受影响的程度。使第一泵电极22 和第二泵电极23之间施加的电压最大化使得氧离子02_的泵送操作更为强烈，以增加待排 出的氧的量。从其移除过量的氧以降低氧浓度的废气通过连通孔33被引入第二内部空间32 中。当NOx传感器单元4变为活性，使得传感器单元控制装置82在第一检测电极42和第二 检测电极43之间施加电压时，作为废气的特定组分的NOx在第一检测电极42上分解以产 生氧离子02_。更具体而言，NOx首先分解成NO (转化成单一气体组分)并随后进一步分解 成氧离子02_。氧离子02_穿过固体电解质体41并从第二检测电极43排出到大气导管51。 在该情况下，传感器单元控制装置82检测在NOx传感器单元4中流动的电流，作为NOx传 感器单元输出，也就是说，测量目标气体的NOx浓度输出。(NOx传感器活性判定操作)下面将参照图2和3描述涉及NOx传感器1的活性判定操作。为了以高准确度实 现上述NOx浓度检测，NOx传感器1必须处于其活性状态。根据本发明的“活性状态”为其 中未受保留氧影响的NOx传感器输出的检测被启动的状态，也就是说，NOx传感器单元输出 可用于各种控制操作而不受保留的氧的影响(下述实施方案同样如此)。因此，当可以早期 形成与NOx传感器1相关的活性判定时，NOx传感器单元输出可立即用于各种控制操作，以 降低排放。为了从NOx传感器1或具有由固体电解质体制成的元件的其他类似NOx传感器获 得正常特性，必须给加热器加电以将元件温度升高至预定活性温度。已知与气体浓度传感 器相关的活性判定是根据例如元件阻抗、施加至加热器的功率或加热器电阻而形成的。然 而，例如元件阻抗和施加至加热器的功率随传感器单元的不同而不同。因此，难以准确并即 时地根据上述参数掌握传感器的活性状态。
鉴于上述情况，第一实施方案以下述方式早期地并准确地形成与NOx传感器1相 关的活性判定。图2是示出NOx传感器预热期间氧泵单元输出和NOx传感器单元输出如何 变化的图。在图2中，虚线Lp指示氧泵单元输出的变化，而实线Ls指示NOx传感器单元输 出中的变化。在时刻t0时，在发动机启动时NOx传感器1开始预热，如图2所示的。更具体而 言，加热器控制装置83开始向加热器电极61供给电力。由于该电力的施加，氧泵单元2和 NOx传感器单元4的温度，即固体电解质体21、41的温度逐渐升高。在时刻t0时，大气空气 中包含的氧保留在靠近氧泵单元2的第一内部空间31中和靠近NOx传感器单元4的第二 内部空间32中。随后，当NOx传感器单元4的固体电解质体41在时刻tl到达预定温度时，获得 NOx传感器单元输出。在时刻tl之后，NOx传感器单元输出随NOx传感器单元4 (固体电解 质体41)活性的增加而增加。这是因为在第二内部空间32中保留的氧在第一检测电极42 处分解，而不是因为引入靠近NOx传感器单元4的第二内部空间32的NOx而在第一检测电 极42处分解。然后，在时刻t3时，NOx传感器单元输出达到上限值，也就是说，可以被NOx 传感器单元4检测的氧浓度的上限值。同时，当氧泵单元2的固体电解质体21在时刻t2(其在时刻tl之后)达到预定 温度时，获得氧泵单元输出。在时刻t2之后，在靠近氧泵单元2的第一内部空间31中保留 的氧的排出量随氧泵单元2 (固体电解质体21)的活性增加而增加。因此，氧泵单元输出随 时间增加。从第一内部空间31排出的氧的量随氧泵单元2的活性增加而增加。进一步地，引 入第一内部空间31中的废气的量随氧泵单元2的活性增加而增加。这降低了第一内部空间 31中保留的氧的浓度，并且降低了从第一内部空间31向第二内部空间32供给的氧的量。 因此，在第二内部空间32中保留的氧的量随氧泵单元2的活性增加而逐渐降低。结果，NOx 传感器单元输出在时刻t4之后下降。随后，在第二内部空间32中保留的氧基本上被移除的时刻t5时，在NOx传感器输 出中出现拐点，其表示NOx传感器单元输出大幅变化的曲线指示点。更具体而言，在拐点出 现之前产生的NOx传感器单元输出主要使用在第二内部空间32中保留的氧来进行氧离子 泵送操作。因此，在该时间段内占优的NOx传感器单元输出的曲线指示主要受第二内部空 间32中的氧浓度，即氧泵单元2的活性的影响。另一方面，在拐点出现之后产生的NOx传感器单元输出主要使用第二内部空间32 中的NOx来进行氧离子泵送操作，其原因是保留的氧减少。因此，在该时间段内占优的NOx 传感器单元输出的曲线指示主要受第二内部空间32中的NOx浓度，即NOx传感器单元4的 活性影响。随后，在拐点出现的时刻t5时，能够识别出基本上移除了在NOx传感器1预热 之前保留在第一和第二内部空间31、32中的氧。因此，在拐点出现的时刻t5之后，NOx传 感器单元4可以准确检测NOx浓度而不受保留的氧的影响。随后，第一实施方案在NOx传感器单元输出中出现拐点的时刻t5时形成与NOx传 感器1相关的活性判定。这使得能够在NOx传感器单元4开始检测NOx浓度时形成与NOx 传感器1相关的活性判定而不受保留的氧的影响。因此，可以最大程度地满足早期活化NOx 传感器1的要求。
现在将参照图3描述定位上述拐点所进行的操作。图3是示出对NOx传感器单 元输出中的拐点进行定位的方法的图。如图所示，第一步是以预定时间间隔获取NOx传感 器单元输出N，并且在每次获取NOx传感器单元输出之后计算NOx传感器单元输出变化量 ΔΝ。时刻t时的变化量AN(t)可由下式(1)计算。当计算的变化量AN(t)小于NOx传 感器单元输出N减小过程期间的预定参考值ANth时，将在时刻t时占优的NOx传感器单 元输出N(t)确定为拐点。AN(t) = |N(t)-N(t_l) I -—(1)图3中显示的实施例表明在时刻tlO和时刻tl4之间的时间段期间NOx传感器单 元输出N降低。换言之，上述式(1)中的N(t)-N(t-1)在时刻til、时刻tl2、时刻tl3和时 刻tl4时为负值。变化量Δ N(til)至AN(tl3)不比预定参考值Δ Nth小。然而，变化量 AN(tl4)比参考值ANth小。因此，在时刻tl4时占优的NOx传感器单元输出N(tl4)被识 别为拐点。因此，在NOx传感器单元输出中出现拐点的时刻tl4时形成与NOx传感器1相 关的活性判定。定位拐点的方法不限于上述方法。例如，或者，当NOx传感器单元输出N停止降低 且开始增加时占优的NOx传感器单元输出N可被识别为拐点。其原因在于，废气中NOx浓 度的增加意味着这种增加被NOx传感器单元4检测到。此外，当NOx传感器单元输出N比 参考值Nth小时，NOx传感器单元输出N可以被识别为拐点，甚至在NOx传感器单元输出N 中的变化量ΔΝ比参考值ΔNth大的情况下也是如此。其原因在于它意味着在NOx传感器 1完全预热之前除去了保留的氧。[第一实施方案的特征操作]现在将参照图4描述本实施方案的特征操作。如前文所述，在拐点出现时可以认 为在NOx传感器1预热之前第一和第二内部空间31、32中保留的氧基本上被移除。因此， 在拐点出现之后，NOx传感器单元4可以检测NOx浓度而不受保留的氧的影响。当NOx传感器1中的NOx传感器单元4劣化时，在拐点变化之前占优的NOx传感 器单元输出N变化。图4是示出在NOx传感器单元4劣化的情况下NOx传感器单元输出N 如何变化的图。在图4中，虚线Lp指示氧泵单元输出的变化；实线Lsl指示正常NOx传感 器单元4中的输出变化；单点式链线Ls2指示劣化的NOx传感器单元4中的输出变化。当NOx传感器1在发动机启动时开始预热(时刻t0)时，如图中实线Lsl所示，NOx 传感器单元4中的固体电解质体41的温度逐渐升高。然后，在时刻tl之后，NOx传感器单 元输出随NOx传感器单元4(固体电解质体41)的活性增加而增加。其原因在于在第二内 部空间32内保留的过量氧如上文所述在第一检测电极处分解。在其NOx传感器单元4劣化的NOx传感器1中，NOx传感器单元4的氧分解能力降 低。因此，劣化的NOx传感器1表现出比正常NOx传感器1低的NOx传感器单元输出N的 增加速率，如图中的单点式链线Ls2所示的。结果，本实施方案根据上述输出趋势形成与NOx传感器1相关的劣化判定。更具 体而言，在NOx传感器单元输出N增加期间以预定时间间隔Δ t首先获取NOx传感器单元 输出N(t)，如图所示的。然后，在每次NOx传感器单元输出获取之后由式(1)计算NOx传感 器单元输出的变化量ΔΝα)。接下来，通过将在每次NOx传感器单元输出获取之后确定的 变化量ΔΝα)代入下式(2)中来计算NOx传感器单元输出N的输出增加速率Vu(t)。当计算的输出增加速率Vu (t)比预定的参考值Vthl小时，检验NOx传感器1中的NOx传感器单 元4是否劣化。Vu (t) = AN(t)/At——(2)如上所述，根据第一实施方案的气体浓度检测装置在用于定位NOx传感器单元输 出N出现拐点的过程期间形成与NOx传感器单元4相关的劣化判定。这使得能够在NOx传 感器1活化之前准确检验其劣化。[第一实施方案所执行过程的细节]现在将参照图5和6详细描述由第一实施方案执行的过程。图5是示出根据第一 实施方案ECU 8执行的以形成与NOx传感器1相关的活性判定的程序的流程图。该程序以 预定的间隔开始。预定的间隔对应于例如时刻tlO和时刻til之间的间隔和时刻til和时 刻tl2之间的间隔，如图3中所示的。首先，图5中所示的程序执行步骤100以判定NOx传感器1是否预热。更具体而 言，执行步骤100以判定发动机是否开始预热NOx传感器1或者是否正在从长时间的燃料 切断中恢复。如果在步骤100中获得的判定结果不指示NOx传感器1正在预热，则程序立 即结束，因为它断定不能获得图2中所示的NOx传感器单元输出。另一方面，如果在步骤100中获得判定结果指示NOx传感器1正在预热，则程序进 行至下一步骤(步骤102)并获取NOx传感器单元输出N (t)。接下来，程序执行步骤104以 计算变化量AN(t)。更具体而言，执行步骤104以通过将在步骤102中获得的NOx传感器 单元输出N(t)和N(t-l)代入上式(1)中来计算变化量ΔΝα)。接下来，程序执行步骤106以判定NOx传感器单元输出N(t)是否比N(t_l)小。更 具体而言，执行步骤106以将在步骤102中获得的NOx传感器单元输出N(t)与N(t_l)进 行比较。如果在步骤106中获得的判定结果指示N(t) <N(t-l)，则程序断定正在进行输 出降低过程以降低NOx传感器单元输出N(t)、进行至下一步骤(步骤108)、和判定变化量 AN(t)是否比参考值ANth小。如果在步骤108中获得的判定结果指示变化量AN(t)比 参考值ANth小，则程序进行至下一步骤(步骤110)并且识别NOx传感器单元输出N (t) 作为拐点。在图3中所示的实施例中，因为变化量AN(tl4)比参考值ANth小，所以在时 刻tl4时占优的NOx传感器单元输出N(tl4)被识别为拐点。然后程序执行步骤112以判 定由遇到拐点的时间代表NOx传感器单元4的活化时间。在步骤112完成之后，程序终止。另一方面，如果在步骤106中获得的判定结果不指示N(t) <N(t_l)，则程序断定 NOx传感器单元输出N(t)增加，进行至下一步骤(步骤114)和判定由最后的程序确定的 NOx传感器单元输出N(t-l)是否比N(tl)小。更具体而言，执行步骤114以将由最后程 序所确定的NOx传感器单元输出N(t-l)与由倒数第二程序所确定的NOx传感器单元输出 N(t-2)进行比较。如果该比较不指示N(t-l) <N(t-2)，则NOx传感器单元输出N升高趋 向上限值。因此，程序断定仍然没有遇到拐点，然后立即结束。另一方面，如果在步骤114中获得的判定结果指示N(t-l) < N(t-2)，则程序断 定由倒数第二程序所确定的NOx传感器单元输出N(t-2)比由最后程序所确定的变化量 Δ (t-1)大。在该情况下，当前程序判定目前检测到废气中NOx浓度的增加、进行至步骤 110、和识别NOx传感器单元输出N(t)作为拐点。如果在步骤108中获得的判定结果不指示变化量AN(t)比参考值ANth小，则程序进行至下一步骤(步骤116)并且判定NOx传感器单元输出N (t)是否比参考值Δ Nth小。 如果所获得的判定结果不指示NOx传感器单元输出N(t)比参考值ANth小，则程序立即结 束，这是因为它断定在NOx传感器单元输出N中仍然未出现拐点。另一方面，如果在步骤116中获得的判定结果指示NOx传感器单元输出N(t)比参 考值ANth小，则程序进行至步骤110，并且识别NOx传感器单元输出N(t)作为拐点。图6是示出根据第一实施方案ECU 8执行的以形成与NOx传感器1相关的劣化判 定、或更具体而言与NOx传感器单元4相关的劣化判定的程序的流程图。该程序以预定间 隔与图5中所示的程序一起开始。首先，图6中所示的程序执行步骤200以执行对NOx传 感器1的活性判定过程。更具体而言，执行步骤200以判定与当前执行的程序一起执行的 图5中所示的程序是否形成活性判定，即，在步骤112中是否形成与NOx传感器1相关的活 性判定。如果所得的判定结果指示形成与NOx传感器1相关的活性判定，则程序立即结束。另一方面，如果在步骤200中获得的判定结果不指示形成了与NOx传感器1相关 的活性判定，则程序断定NOx传感器1仍然未活化、进行至下一步骤(步骤20 、和获取NOx 传感器单元输出N(t)。更具体而言，在步骤202中执行的过程与在图5中所示的程序的步 骤102中执行的过程相同。接下来，程序执行步骤204以判定NOx传感器单元输出N是否增加。更具体而言， 执行步骤204以判定在上述步骤202中获取的NOx传感器单元输出N(t)是否比在最后程 序的步骤202中获取的N(t-l)大。如果所得判定结果不指示N(t) >N(t-l)，则程序断定 NOx传感器单元输出N降低，然后立即结束。另一方面，如果在步骤204中获得的判定结果指示N(t) > N(t-l)，则程序断定 NOx传感器单元输出N增加、进行至下一步骤(步骤206)、和获取变化量AN(t)。更具体而 言，在步骤206中执行的过程与在图5中所示程序的步骤104中执行的过程相同。接下来，程序执行步骤208以计算输出增加速率Vu (t)。更具体而言，在步骤208 中通过将在步骤206中计算的变化量AN(t)代入上式⑵中来计算输出增加速率Vu(t)。接下来，程序执行步骤210以判定输出增加速率Vu(t)是否比预定参考值Vthl 低。参考值Vthl例如通过实验来预先确定，并且用作用于形成与NOx传感器单元4相关的 劣化判定的阈值。如果在步骤210中获得的判定结果不指示Vu (t) < Vthl，则程序断定NOx 传感器单元4未劣化，然后立即结束。另一方面，如果在步骤210中获得的结果指示Vu (t) < Vthl，则程序断定NOx传感 器单元4劣化、进行至下一步骤(步骤21 、和形成与NOx传感器单元4相关的劣化判定。 更具体而言，程序执行步骤212中的过程，以点亮气体浓度检测装置上的MIL指示器，用于 宣告NOx传感器单元4劣化。如上所述，第一实施方案在执行以定位NOx传感器单元输出N中的拐点的过程期 间形成与NOx传感器单元4相关的劣化判定。这意味着在NOx传感器1变为活化之前形成 劣化判定。这使得能够有效地避免将劣化的NOx传感器的输出用于各种控制操作的情况。上文已经描述的第一实施方案根据输出增加速率Vu (t)和预定参考值Vthl之间 的比较形成与NOx传感器单元4相关的劣化判定。然而，用于形成与NOx传感器单元4相 关的劣化判定的值不限于输出增加速率Vu(t)。例如，输出变化量可以用于劣化判定，只要 其与NOx传感器单元输出N的增加速率相关即可。用于劣化判定的另一替代值可以为例如
17在从向加热器6施加电力起的预定时间段过去之后或获得预定输出所需的时间过去之后 占优的输出。此外，上文所述的第一实施方案根据输出增加速率Vu (t)和预定参考值Vthl之间 的比较形成与NOx传感器单元4相关的劣化判定。然而，可以校正输出增加速率Vu(t)以 进一步提高与NOx传感器单元4相关的劣化判定的准确度。输出增加速率Vu (t)受第一和 第二内部空间31、32中保留的氧的浓度的影响。更具体而言，用于NOx传感器1的热机时 间(soak time)越长，即上述空间中的氧浓度越高，则输出增加速率Vu(t)越高。因此，可 以校正保留氧的浓度差的影响，以提高劣化判定的准确度。上述校正可以通过根据保留氧 的浓度校正输出增加速率Vu(t)或参考值Vthl来进行。在以上已经描述的第一实施方案中，NOx传感器1对应于根据本发明第一方面的 “气体传感器”；氧泵单元2对应于根据本发明第一方面的“氧浓度控制装置”;NOx传感器单 元4对应于根据本发明第一方面的“气体浓度检测单元”；和NOx传感器单元输出对应于根 据本发明第一方面的“单元输出”。根据本发明第一方面的“劣化判定装置”在ECU 8执行 步骤210时实施。此外，在以上已经描述的第一实施方案中，NOx传感器1对应于根据本发明第二方 面的“气体传感器”；氧泵单元2对应于根据本发明第二方面的“过量氧除去装置” ；NOx传 感器单元4对应于根据本发明第二方面的“气体浓度检测单元”；和NOx传感器单元输出对 应于根据本发明第二方面的“单元输出”。根据本发明第二方面的“劣化判定装置”在ECU 8执行步骤210时实施。此外，在以上已经描述的第一实施方案中，输出增加速率Vu (t)对应于根据本发 明第三方面的“增加速率相关值”。根据本发明第三方面的“增加速率相关值获取装置”在 E⑶8执行步骤208时实施。此外，在以上已经描述的第一实施方案中，输出增加速率Vu (t)对应于根据本发 明第四方面的“增加速率”。根据本发明第四方面的“增加速率获取装置”在ECU 8执行步 骤208时实施。第二实施方案[第二实施方案的特征]下面将参照图7和8描述本发明的第二实施方案。当采用图1中显示的硬件配置 来使ECU 8执行图8中所示的下述程序时实施根据第二实施方案的系统。如前文所述，在拐点出现时，可以获悉在NOx传感器1预热之前在第一和第二内部 空间31、32中保留的氧基本上被除去。因此，在拐点出现之后，NOx传感器单元4可以检测 NOx浓度而不受保留的氧的影响。当NOx传感器1中的氧泵单元2劣化时，拐点之前的NOx传感器单元输出N变化。 图7是示出当氧泵单元2劣化时NOx传感器单元输出N如何变化的图。在图7中，虚线Lp 指示氧泵单元输出的变化；实线Lsl指示当氧泵单元2正常时出现的NOx传感器单元4中 的输出变化；和单点式链线Ls2指示当氧泵单元2劣化时NOx传感器单元4中的输出变化。如图中实线Lsl所示的，当NOx传感器1在发动机启动时开始预热(时刻t0)时， NOx传感器单元4中的固体电解质体41的温度逐渐升高。然后，在时刻tl之后，NOx传感 器单元输出N随NOx传感器单元4(固体电解质体41)的活性增加而增加。其原因在于在第二内部空间32内保留的过量氧如上文所述在第一检测电极42处被分解。随后，当氧泵单元2的活性增加时，在第一和第二内部空间31、32中保留的过量氧 开始在氧泵单元2中的第二泵电极23处分解。因此，在第一和第二内部空间31、32中保留 的过量氧的量降低。结果，NOx传感器单元输出N开始降低。在该情况下，如果氧泵单元2劣化，则氧泵单元2的氧分解能力降低。因此，具有 劣化的氧泵单元2的NOx传感器1表现出比具有正常的NOx传感器单元输出N降低速率的 NOx传感器1小的值，如图中的单点式链线Ls2所示的。因此，本实施方案根据上述输出趋势形成与NOx传感器1相关的劣化判定。更具 体而言，在NOx传感器单元输出N降低期间以预定时间间隔Δ t首先获取NOx传感器单元 输出N(t)，如图所示的。然后，在每次NOx传感器单元输出获取之后由式(1)计算NOx传 感器单元输出中的变化量ΔΝα)。接下来，通过将在每次NOx传感器单元输出获取之后确 定的变化量ΔΝα)代入下式(3)中来计算NOx传感器单元输出N的输出降低速率Vd(t)。 当计算的输出降低速率Vd (t)比预定的参考值Vth2小时，检测NOx传感器1中的氧泵单元 2是否劣化。Vd (t) = AN(t)/At-—(3)如上所述，根据第二实施方案的气体浓度检测装置在用于定位NOx传感器单元输 出N中出现拐点的过程期间形成与氧泵单元2相关的劣化判定。这使得能够在NOx传感器 1活化之前准确检验其劣化。[第二实施方案所执行的过程的细节]现在将参照图8详细描述由第二实施方案所执行的过程。图8是示出根据第二实 施方案ECU 8执行的以形成与NOx传感器1相关的劣化判定，或更具体而言与氧泵单元2相 关的劣化判定的程序的流程图。该程序以预定间隔与图5中所示的程序一起开始。首先， 图8中所示的程序执行步骤300以对NOx传感器1执行活性判定过程。更具体而言，在步 骤300中执行的过程与在步骤200中执行的过程相同。如果在步骤300中获得的判定结果 指示形成与NOx传感器1相关的活性判定，则程序立即结束。另一方面，如果在步骤300中获得的判定结果不指示进行了与NOx传感器1相关 的活性判定，则程序断定NOx传感器1仍然未活化、进行至下一步骤(步骤30 、和获取NOx 传感器单元输出N(t)。更具体而言，在步骤302中执行的过程与在步骤202中执行的过程 相同。接下来，程序执行步骤304以判定NOx传感器单元输出N是否降低。更具体而言， 在步骤304中执行的过程与在步骤204中执行的过程相同。如果在步骤304中获得的判定 结果指示N(t) > N(t-l)，则程序断定NOx传感器单元输出N增加，然后立即结束。另一方面，如果在步骤304中获得的判定结果未指示N(t) > N(t-l)，则程序断定 NOx传感器单元输出N降低、进行至下一步骤(步骤306)、和获取变化量AN(t)。更具体而 言，在步骤306中执行的过程与在步骤206中执行的过程相同。接下来，程序执行步骤308以计算输出降低速率Vd (t)。更具体而言，在步骤308 中通过将在步骤306中计算的变化量AN(t)代入上式(3)中来计算输出降低速率Vd(t)。接下来，程序执行步骤310以判定输出降低速率Vd(t)是否比预定参考值Vth2 低。参考值Vth2例如通过实验来预先确定，并且用作用于形成与氧泵单元2相关的劣化判定的阈值。如果在步骤310中获得的判定结果不指示Vd (t) <Vth2，则程序断定氧泵单元 2未劣化，然后立即结束。另一方面，如果在步骤310中获得的结果指示Vu (t) <Vth2，则程序断定氧泵单元 2劣化、进行至下一步骤(步骤31 、和形成与氧泵单元2相关的劣化判定。更具体而言， 程序执行步骤312中的过程，以点亮气体浓度检测装置上的MIL指示器，用于宣告氧泵单元 2劣化。如上所述，第二实施方案在执行以定位NOx传感器单元输出N中的拐点的过程期 间形成与氧泵单元2相关的劣化判定。这意味着在NOx传感器1活化之前形成劣化判定。 这使得能够有效地避免将劣化的NOx传感器的输出用于各种控制操作的情况。以上已经描述的第二实施方案根据输出降低速率Vd(t)和预定参考值Vth2之间 的比较形成与氧泵单元2相关的劣化判定。然而，用于形成与氧泵单元2相关的劣化判定 的值不限于输出降低速率Vd⑴。例如，输出变化量可以用于劣化判定，只要其与NOx传感 器单元输出N的降低速率相关即可。用于劣化判定的另一替代值可以为例如在从向加热器 6施加电力起的预定时间段过去之后或者获得预定输出所需的时间过去之后占优的输出。此外，以上已经描述的第二实施方案根据输出降低速率Vd(t)和预定参考值Vth2 之间的比较形成与氧泵单元2相关的劣化判定。然而，可以校正输出降低速率Vd(t)，以进 一步提高与氧泵单元2相关的劣化判定的准确度。输出降低速率Vd(t)受第一和第二内部 空间31、32中保留的氧的浓度的影响。更具体而言，用于NOx传感器1的热机时间越长，即 上述空间中的氧浓度越高，则输出降低速率Vd(t)越低。因此，可以校正保留氧的浓度差的 影响，以提高劣化判定的准确度。上述校正可以通过根据保留氧的浓度校正输出降低速率 Vd (t)或参考值Vth2来进行。此外，以上已经描述的第二实施方案根据输出降低速率Vd(t)和预定参考值Vth2 之间的比较形成与氧泵单元2相关的劣化判定。但是，作为替代方案，可以根据第一实施方 案形成与NOx传感器单元4相关的劣化判定，同时根据第二实施方案形成与氧泵单元2相 关的劣化判定。更具体而言，一个替代方案是在NOx传感器单元输出N增加期间形成与NOx 传感器单元4相关的劣化判定，其在NOx传感器单元输出N中出现拐点之前，并且在NOx传 感器单元输出N降低期间形成与氧泵单元2相关的劣化判定。这使得能够在NOx传感器单 元输出N中出现拐点之前，即在形成与NOx传感器1相关的活性判定之前，形成与NOx传感 器1相关的准确的劣化判定。在以上已经描述的第二实施方案中，NOx传感器1对应于根据本发明第一方面的 “气体传感器”；氧泵单元2对应于根据本发明第一方面的“氧浓度控制装置”;NOx传感器单 元4对应于根据本发明第一方面的“气体浓度检测单元”；和NOx传感器单元输出对应于根 据本发明第一方面的“单元输出”。根据本发明第一方面的“劣化判定装置”在ECU 8执行 步骤310时实施。此外，在以上已经描述的第二实施方案中，NOx传感器1对应于根据本发明第二方 面的“气体传感器”；氧泵单元2对应于根据本发明第二方面的“过量氧除去装置” ；NOx传 感器单元4对应于根据本发明第二方面的“气体浓度检测单元”；和NOx传感器单元输出对 应于根据本发明第二方面的“单元输出”。当ECU 8执行步骤310时实施根据本发明第二方 面的“劣化判定装置”。
此外，在以上已经描述的第二实施方案中，输出降低速率Vd(t)对应于根据本发 明第五方面的“降低速率相关值”。当ECU 8执行步骤308时实施根据本发明第五方面的 “降低速率相关值获取装置”。此外，在以上已经描述的第二实施方案中，输出降低速率Vd(t)对应于根据本发 明第六方面的“降低速率”。当ECU 8执行步骤308时实施根据本发明第六方面的“降低速 率获取装置”。第三实施方案[第三实施方案的特征]现在将参照图9和10描述本发明的第三实施方案。当采用图1中所示的硬件配 置以使ECU 8执行图10中所示的下述程序时，实施根据第三实施方案的系统。当在执行以定位NOx传感器单元输出N中的拐点的程序时NOx传感器单元输出 N(t)的输出降低速率Vd(t)比预定参考值Vth2小时，第二实施方案断定氧泵单元2劣化。当NOx传感器1中的氧泵单元2如关于第二实施方案所述的劣化时，拐点之前的 NOx传感器单元输出N变化。图9是示出氧泵单元2劣化时NOx传感器单元输出N如何变 化的图。在图9中，虚线Lp指示氧泵单元输出的变化；实线Lsl指示当氧泵单元2正常时 出现的NOx传感器单元4中的输出变化；和单点式链线Ls2指示当氧泵单元2劣化时出现 的NOx传感器单元4中的输出变化。如图中的单点式链线Ls2所示，当氧泵单元2劣化时，输出降低速率Vd⑴比在氧 泵单元2正常时低。因此，在NOx传感器1开始预热的时刻t0和在单点式链线Ls2中出现 拐点的时刻t2之间达到的积分输出值Q(t2)比正常NOx传感器输出的积分输出值Q(tl) 大，如实线Lsl所示的。结果，本实施方案根据上述输出趋势形成与NOx传感器1相关的劣化判定。更具 体地，下式(4)用于计算在NOx传感器1开始预热的瞬间和拐点出现的时刻t之间的间隔 期间所达到的积分输出值Q(t)。当计算的积分输出值Q(t)比预定参考值Qth大时，形成与 NOx传感器1中的氧泵单元2相关的劣化判定。Q(t) =Σ N(t)-—(4)如上所述，根据第三实施方案的气体浓度检测装置在用于定位在NOx传感器单元 输出N中出现拐点的过程期间形成与氧泵单元2相关的劣化判定。这使得能够在NOx传感 器1活化之前准确检验其劣化。[第三实施方案所执行的过程的细节]现在将参照图10详细描述由第三实施方案执行的过程。图10是示出根据第三实 施方案的ECU 8执行的以形成与NOx传感器1相关的劣化判定或更具体而言与氧泵单元2 相关的劣化判定的程序的流程图。该程序以预定间隔与图5中显示的程序一起开始。首 先，图10中所示的程序执行步骤400以获取NOx传感器单元输出N(t)。更具体而言，在步 骤400中执行的过程与在步骤302中执行的过程相同。接下来，程序执行步骤402以计算NOx传感器单元输出N的积分输出值Q(t)。更 具体而言，通过将在步骤400中获得的NOx传感器单元输出N(t)代入上式(4)中计算至时 刻t时所达到的积分输出值。接下来，程序执行步骤404以对NOx传感器1执行活性判定过程。更具体而言，在步骤404中执行的过程与在步骤300中执行的过程相同。如果在步骤404中获得的判定结 果不指示形成了与NOx传感器1相关的活性判定，则程序断定NOx传感器1仍然未活化，且 随后立即结束。另一方面，如果在步骤404中获得的判定结果指示形成与NOx传感器1相关的活 性判定，则程序断定在步骤402中计算的积分输出值Q(t)代表至拐点出现时达到的积分输 出值、进行至下一步骤(步骤406)、和判定积分输出值Q(t)是否比参考值Qth大。参考值 Qth例如通过实验预先确定并用作用于与氧泵单元2相关的劣化判定的阈值。如果在步骤 406中获得的判定结果不指示Q(t) >Qth，则程序断定氧泵单元2未劣化，且随后立即结 束ο另一方面，如果在步骤406中获得的判定结果指示Q(t) >Qth，则程序断定氧泵单 元2劣化、进行至下一步骤(步骤408)、和形成指示氧泵单元2劣化的劣化判定。更具体而 言，程序执行与步骤312中的过程相同的过程，以点亮气体浓度检测装置上的MIL指示器， 用于宣告氧泵单元2劣化。如上所述，第三实施方案在用于定位NOx传感器单元输出N中的拐点的过程期间 形成与氧泵单元2相关的劣化判定。因此，可以在NOx传感器1活化之前形成劣化判定。这 使得能够有效地避免将劣化的NOx传感器的输出用于各种控制操作的情况。上文所述的第三实施方案根据积分输出值Q(t)和预定参考值Qth之间的比较形 成与氧泵单元2相关的劣化判定。然而，作为替代方案，可以校正积分输出值Q(t)，以进一 步提高与氧泵单元2相关的劣化判定的准确度。积分输出值Q(t)受第一和第二内部空间 31、32中保留的氧的浓度的影响。更具体而言，NOx传感器1的热机时间越长，即上述空间 中的氧浓度越高，则积分输出值Q(t)越大。因此，可以校正保留氧的浓度差的影响以提高 劣化判定的准确度。上述校正可以通过根据保留氧的浓度校正积分输出值Q(t)或参考值 Qth来进行。此外，以上已经描述的第三实施方案根据积分输出值Q(t)和预定参考值Qth之间 的比较形成与氧泵单元2相关的劣化判定。然而，作为替代方案，可以根据第一实施方案 形成与NOx传感器单元4相关的劣化判定、同时根据第三实施方案形成与氧泵单元2相关 的劣化判定。更具体而言，一个替代方案可以是在NOx传感器单元输出N增加期间形成与 NOx传感器单元4相关的劣化判定，其在NOx传感器单元输出N中出现拐点之前，并且根据 在NOx传感器单元输出N中出现拐点时所达到的积分输出值Q(t)形成与氧泵单元2相关 的劣化判定。这使得能够在NOx传感器单元输出N中出现拐点之前，即在形成与NOx传感 器1相关的活性判定之前，形成与NOx传感器1相关的准确的劣化判定。在以上已经描述的第三实施方案中，NOx传感器1对应于根据本发明第一方面的 “气体传感器”；氧泵单元2对应于根据本发明第一方面的“氧浓度控制单元”;NOx传感器单 元4对应于根据本发明第一方面的“气体浓度检测单元”；和NOx传感器单元输出对应于根 据本发明第一方面的“单元输出”。根据本发明第一方面的“劣化判定装置”在ECU 8执行 步骤410时实施。此外，在以上已经描述的第三实施方案中，NOx传感器1对应于根据本发明第二方 面的“气体传感器”；氧泵单元2对应于根据本发明第二实施方案的“过量氧除去装置”;NOx 传感器单元4对应于根据本发明第二方面的“气体浓度检测单元”；和NOx传感器单元输出
22对应于根据本发明第二方面的“单元输出”。当ECU 8执行步骤410时实施根据本发明第二 方面的“劣化判定装置”。此外，在以上已经描述的第三实施方案中，积分输出值Q(t)对应于根据本发明第 五方面的“降低速率相关值”。当ECU 8执行步骤402时实施根据本发明第五方面的“降低 速率相关值获取装置”。而且，在以上已经描述的第三实施方案中，积分输出值Q(t)对应于根据本发明第 七方面的“积分值”。当ECU 8执行步骤402时实施根据本发明第七方面的“积分值获取装直。第四实施方案[第四实施方案的特征]现在将参照图11描述本发明的第四实施方案。当采用图1中所示的硬件配置使 ECU 8执行图11中所示的下述程序时实施根据第四实施方案的系统。之前已经描述的第一至第三实施方案在用于定位NOx传感器单元输出N中的拐点 期间形成与NOx传感器1相关的劣化判定。然而，因例如各传感器差异而引起的误差叠加 在NOx传感器单元输出N上。因此，当所采用的配置在将拐点出现之前的NOx传感器单元 输出N增加或降低的速率与预定参考值进行比较时，因为不能校正基于各传感器差异的输 出误差，所以可能形成与NOx传感器1相关的不准确的劣化判定。鉴于上述情况，第四实施方案在考虑到例如各传感器差异的影响的情况下，通过 学习和利用与拐点相关的信息来形成与NOx传感器1相关的劣化判定。更具体而言，当NOx 传感器1劣化时，NOx分解能力降低。因此，劣化的NOx传感器1的NOx传感器单元输出N 比在NOx传感器1正常时低。在这种情况下，第四实施方案存储在NOx传感器1的拐点处占 优的NOx传感器单元输出的最后值作为学习值(在下文称为“拐点输出学习值”)。当在拐 点处占优的NOx传感器单元输出(在下文称为“拐点输出”)比拐点输出学习值明显小时， 第四实施方案判定NOx传感器1劣化。这使得能够形成与NOx传感器1相关的劣化判定。在正常的NOx传感器1中，拐点输出不太可能显著大于拐点输出学习值。在这种 情况下，也能够判定NOx传感器1或多或少地劣化。当根据上述拐点输出和拐点输出学习 值形成与NOx传感器1相关的劣化判定时，能够在考虑叠加在NOx传感器单元输出上的各 传感器差异的影响的情况下形成劣化判定。此外，由于能够在NOx传感器1变得活化时形 成劣化判定，所以能够有效避免将劣化NOx传感器的输出用于各种控制操作的情形。[由第四实施方案执行的过程的细节]现在将参照图11详细描述由第四实施方案执行的过程。图11是示出根据第四实 施方案ECU 8执行的以形成与NOx传感器1相关的劣化判定和更新学习值的程序的流程 图。该程序以预定间隔与图5中所示的程序一起开始。首先，图11中所示的程序执行步骤 500以判定NOx传感器1是否加电。如果所得判定结果不指示NOx传感器1加电，则程序立 即结束。另一方面，如果在步骤500中获得的判定结果指示NOx传感器1被加电，则程序进 行至下一步骤(步骤50 并形成与NOx传感器1相关的活性判定。更具体而言，在步骤 502中执行的过程与在步骤404中执行的过程相同。如果在步骤502中获得的判定结果指 示在NOx传感器1的NOx传感器单元输出中未出现拐点，则程序断定NOx传感器1仍然未活化并立即结束。另一方面，如果在步骤502中获得的判定结果指示NOx传感器1活化，则程序进行 至下一步骤(步骤504)并且获取拐点处的NOx传感器单元输出(拐点输出)Na。然后，程 序执行步骤506以获取拐点处的NOx传感器单元输出的学习值(拐点输出学习值)Nb。更 具体而言，获取在步骤514中更新的拐点输出学习值Nb，其将在下文描述。接下来，程序执行步骤508以将拐点输出Na与拐点输出学习值Nb进行比较。更 具体而言，执行步骤508以判定步骤504中获取的拐点输出Na是否不比在步骤506中获取 的拐点输出学习值Nb大。如果获得的判定结果指示拐点输出Na不比拐点输出学习值Nb 大，则程序断定拐点输出Na倾向于降低、进行至下一步骤和判定拐点输出学习值Nb和拐点 输出Na之差(Nb-Na)是否不比预定值m小。值m例如通过实验来预先确定，并且用作用 于形成与NOx传感器1相关的劣化判定的阈值。如果所得判定结果指示Nb-Na ≥ Ni，则程 序断定拐点输出Na的降低量不比预定值m小、进行至下一步骤(步骤51 和断定NOx传 感器1劣化。更具体而言，以与步骤410中相同的方式执行步骤512，以点亮气体浓度检测 装置上的MIL指示器，用于宣告NOx传感器1劣化。另一方面，如果在步骤510中获得的判定结果不指示Nb-Na ≥N1，则程序断定拐点 输出Na的降低量比预定值m小，即NOx传感器1未劣化，进行至下一步骤(步骤514)和 更新学习值。更具体而言，将在步骤504中获取的拐点输出Na更新为新的拐点输出学习值Nb。如果在步骤508中获得的判定结果不指示拐点输出Na等于或小于拐点输出学习 值Nb (Na ≤ Nb)，则程序断定拐点输出Na倾向于增加、进行至下一步骤(步骤516)、和判定 拐点输出学习值Nb和拐点输出Na之差的绝对值|Nb-Na|是否不比预定值N2小。值N2例 如通过实验预先确定的并用作用于形成与NOx传感器1相关的劣化判定的阈值。如果所得 判定结果指示INb-NaI ≥N2，则程序发现拐点输出Na的增加量不比预定值N2小、进行至步 骤512和断定NOx传感器1劣化。另一方面，如果在步骤516中获得的判定结果不指示|Nb-Na|≥N2，则程序断定 拐点输出Na的增加量比预定值N2小，即NOx传感器1未劣化、进行至步骤514和更新学习值。如上所述，第四实施方案根据拐点输出Na和拐点输出学习值Nb之间的比较形成 与NOx传感器1相关的劣化判定。因此，可以在考虑到叠加在NOx传感器单元输出上的各 传感器差异的影响的情况下形成劣化判定。这使得能够有效地提高判定的准确度。此外， 由于第四实施方案能够在NOx传感器1变得活化时形成劣化判定，所以能够有效地避免将 劣化的NOx传感器的输出用于各种控制操作的情况。上述第四实施方案根据拐点输出Na和拐点输出学习值Nb之间的比较形成与NOx 传感器1相关的劣化判定。然而，作为替代方案，可以根据第一至第三实施方案形成与NOx 传感器1相关的劣化判定并同时根据第四实施方案形成劣化判定。更具体而言，一个替代 方案是在NOx传感器单元输出N增加期间形成与NOx传感器单元4相关的劣化判定，其在 执行根据本实施方案的过程之前，即在NOx传感器单元输出N中出现拐点之前进行，在NOx 传感器单元输出N降低期间形成与氧泵单元2相关的劣化判定、和根据至NOx传感器单元 输出N中出现拐点时所达到的积分输出值Q(t)形成与氧泵单元2相关的劣化判定。
此外，以上已经描述的第四实施方案使用拐点输出学习值Nb作为涉及与拐点有 关的信息的学习值。然而，可用的学习值不限于拐点输出学习值Nb。例如，作为替代方案， 可以使用拐点定位所需的时间和拐点处的元件温度相关值(阻抗、加热器阻抗或加热器功 率)作为学习值，只要其与拐点处的NOx传感器单元输出相关即可。在以上已经描述的第四实施方案中，NOx传感器1对应于根据本发明第一实施方 案的“气体传感器”；氧泵单元2对应于根据本发明第一方面的“氧浓度控制装置” ；NOx传 感器单元4对应于根据本发明第一方面的“气体浓度检测单元”；和NOx传感器单元输出对 应于根据本发明第一方面的“单元输出”。根据本发明第一方面的“劣化判定装置”在ECU 8执行步骤512时实施。在以上已经描述的第四实施方案中，NOx传感器1对应于根据本发明第二方面的 “气体传感器”；氧泵单元2对应于根据本发明第二方面的“过量氧除去装置”;NOx传感器单 元4对应于根据本发明第二方面的“气体浓度检测单元”；和NOx传感器单元输出对应于根 据本发明第二方面的“单元输出”。当ECU 8执行步骤512时实施根据本发明第二方面的 “劣化判定装置”。此外，在以上已经描述的第四实施方案中，拐点输出学习值Nb对应于根据本发明 第八方面的“学习值”；和拐点输出Na对应于根据本发明第八方面的“拐点单元输出”。当 ECU 8执行步骤514时实施根据本发明第八方面的“存储装置”；和在ECU 8执行步骤504 时实施根据本发明第八方面的“拐点单元输出获取装置”。此外，在以上已经描述的第四实施方案中，预定值m对应于根据本发明第九方面 的“预定参考值”；预定值N2对应于根据本发明第十方面的“预定参考值”；和预定值m对 应于根据本发明第十四方面的“预定参考值”。第五实施方案[第五实施方案的特征]现在将参照图12和13描述本发明的第五实施方案。当采用图1中所示的硬件配 置使ECU 8执行图13中所示的下述程序时实施根据第五实施方案的系统。以上已经描述的第四实施方案根据拐点输出Na和拐点输出学习值Nb之间的比较 形成与NOx传感器1相关的劣化判定。因此，第四实施方案可以在考虑到叠加在NOx传感 器单元输出上的各传感器差异的影响的情况下形成劣化判定。NOx传感器劣化或者是不可恢复的永久性劣化，或者是可以恢复的暂时性劣化。当 NOx传感器1暴露于贫气氛同时其传感器元件保持在低温下时，NOx传感器单元4中的第一 检测电极42氧化。因此，例如当考虑到传感器元件的浸水电阻失效的情况下实施加热器加 电延迟控制时，可能进行电极氧化。只要氧化程度不是明显高，从由电极氧化引起的劣化的 恢复就可以通过执行恢复过程以促进电极中的还原反应来实现。鉴于上述情况，第五实施 方案将NOx传感器分类为永久性劣化和暂时性劣化，并且在遇到暂时性劣化时执行恢复过 程。这使得能够通过将暂时劣化的NOx传感器1恢复正常来重新使用它。NOx传感器单元输出N用于判定NOx传感器1是否暂时性劣化或永久性劣化。图 12是示出NOx传感器单元输出与NOx浓度相关地变化的图。在图12中，线Ll指示正常NOx 传感器的NOx传感器单元输出变化，而线L2指示因电极氧化而劣化的NOx传感器的NOx传 感器单元输出变化。
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如图所示，电极氧化的NOx传感器产生比正常NOx传感器大的NOx传感器单元输 出。其原因在于在氧化的电极中进行的还原反应使NOx传感器单元产生输出。此外，NOx传 感器单元输出N随NOx传感器1的电极氧化程度的增加而增加。结果，当拐点输出学习值 Nb和拐点输出Na之间的差(Nb-Na)比预定值N3小时，第五实施方案断定可以从NOx传感 器1的氧化引起的劣化中恢复并随后执行恢复过程。更具体而言，执行恢复过程以促进NOx传感器单元4的第一检测电极42处的还原 反应。第一检测电极42处的还原反应可以通过例如执行用于暂时性增加氧泵单元2的驱 动量以降低第一检测电极42附近的氧浓度的过程、用于向NOx传感器单元4施加电压的过 程、或用于驱动加热器6以暂时升高元件温度的过程来促进。结果，可以从NOx传感器1的 暂时性劣化中有效恢复。[由第五实施方案执行的过程的细节]现在将参照图13详细描述由第五实施方案执行的过程。图13是示出根据第五实 施方案ECU 8执行的以形成与NOx传感器1相关的劣化判定的程序的流程图。该程序以预 定间隔与图5中所示的程序一起开始。首先，以与前文所述的步骤500至516相同的方式 执行图13中所示的程序的步骤600至616。如果在步骤616中获得的判定结果指示INb-NaI > N2，则程序断定拐点输出Na的 增加量不比预定值N2小，即NOx传感器1劣化，进行至下一步骤(步骤618)、和判定拐点输 出学习值Nb和拐点输出Na之间的差的绝对值I Nb-Na |是否不比预定值N3小。值N3例如 通过实验来预先确定，并且用作用于形成与NOx传感器1相关的劣化判定的阈值。如果所 得判定结果指示INb-NaI彡N3，则程序发现拐点输出Na的增加量不比预定值N3小，即遇 到不能完全恢复至正常的不可恢复的永久性劣化，进行至步骤612、和断定NOx传感器1劣 化。另一方面，如果在步骤618中获得的判定结果不指示INb-NaI彡N3，则程序断定 拐点输出Na的增加量比预定值N3小，即由电极氧化引起的劣化程度为可以进行恢复，进行 至下一步骤(步骤620)、和断定NOx传感器1暂时劣化。接下来，程序进行至步骤622并 对NOx传感器1执行恢复过程。更具体而言，程序执行步骤622中的过程以促进NOx传感 器单元4的第一检测电极42处的还原反应。如上所述，第五实施方案将拐点输出Na与拐点输出学习值Nb进行比较来判定NOx 传感器1是暂时劣化或永久劣化。因此，当NOx传感器1暂时劣化时，第五实施方案可以执 行恢复过程，以恢复NOx传感器1的初始性能。以上已经描述的第五实施方案根据拐点输出Na和拐点输出学习值Nb之间的比较 形成与NOx传感器1相关的劣化判定并执行恢复过程。然而，作为替代方案，可以根据第一 至第三实施方案形成与NOx传感器1相关的劣化判定并同时根据第五实施方案执行劣化判 定和恢复过程。更具体而言，一个替代方案可以是在NOx传感器单元输出N增加期间形成与 NOx传感器单元4相关的劣化判定，其在执行根据本实施方案的过程之前，即在NOx传感器 单元输出N中出现拐点之前进行，在NOx传感器单元输出N降低期间形成与氧泵单元2相 关的劣化判定和根据至NOx传感器单元输出N中出现拐点时所达到的积分输出值Q(t)形 成与氧泵单元2相关的劣化判定。在以上已经描述的第五实施方案中，NOx传感器1对应于根据本发明第一实施方案的“气体传感器”；氧泵单元2对应于根据本发明第一方面的“氧浓度控制装置” ；NOx传 感器单元4对应于根据本发明第一方面的“气体浓度检测单元”；和NOx传感器单元输出对 应于根据本发明第一方面的“单元输出”。根据本发明第一方面的“劣化判定装置”在ECU 8执行步骤512时实施。此外，在以上已经描述的第五实施方案中，NOx传感器1对应于根据本发明第二方 面的“气体传感器”；氧泵单元2对应于根据本发明第二方面的“过量氧除去装置” ；NOx传 感器单元4对应于根据本发明第二方面的“气体浓度检测单元”；和NOx传感器单元输出对 应于根据本发明第二方面的“单元输出”。当ECU 8执行步骤512时实施根据本发明第二方 面的“劣化判定装置”。此外，在以上已经描述的第五实施方案中，拐点输出学习值Nb对应于根据本发明 第八方面的“学习值”；和拐点输出Na对应于根据本发明第八方面的“拐点单元输出”。当 ECU 8执行步骤614时实施根据本发明第八方面的“存储装置”；和在ECU 8执行步骤604 时实施根据本发明第八方面的“拐点单元输出获取装置”。而且，在以上已经描述的第五实施方案中，预定值m对应于根据本发明第九方面 的“预定参考值”；预定值N2对应于根据本发明第十方面的“预定参考值”；和预定值m对 应于根据本发明第十四方面的“预定参考值”。 此外，在以上已经描述的第五实施方案中，当E⑶8执行步骤620时实施根据本发 明第十一方面的“暂时劣化判定装置”。此外，在以上已经描述的第五实施方案中，预定值N3对应于根据本发明第十二方 面的“预定参考值”。然而，在以上已经描述的第五实施方案中，当E⑶8执行步骤622时实施本发明第 十三方面的“劣化恢复过程执行装置”。第六实施方案[第六实施方案的特征]图14显示根据本发明第六实施方案的典型系统配置。图14中所示的系统包括四 冲程柴油发动机(压燃式内燃机)，其在下文简称为发动机100。作为替代方案，汽油机(火 花点火内燃机)可以用作发动机100。发动机100中每个气缸102的活塞通过曲柄机构连 接至曲轴103。曲柄转角传感器104安装在曲轴103附近以检测曲柄转角CA。发动机100中的每个气缸102都配有将燃料直接喷入气缸中的喷射器105。每个 喷射器105都连接至共用的共轨106。共轨106储存通过供给泵107加压的燃料。每个喷 射器105都可以在任意时刻、在每个冲程将燃料喷射到气缸中多次。发动机100的进气口 108配有进气阀109。进气阀109的阀打开特性(阀打开时 间、提升量和操作角度)可以通过公知的液压或机械可变阀机构(未显示)来改变。进气 口 108通过进气歧管110连接至进气通路111。节流阀112安装在进气通路111的中间。 节流阀112是由节流器113驱动的电子控制阀。节流阀112根据例如由加速器开度传感器 115所检测的加速器开度AA来驱动。节流阀开度传感器113安装在节流阀112附近以检测 节流阀开度TA。气流计116安装在节流阀112的上游以检测进气量(ia。空气净化器117 安装在气流计116的上游。发动机1的废气口 118配有排气阀119。排气阀119的阀打开特性(阀打开时间、提升量和操作角度)可以通过公知的液压或机械可变阀机构(未显示)来改变。废气口 118 通过废气歧管120连接至废气通路121。选择性还原催化剂(在下文称为“SCR(Selective Catalytic Reduction)选择性催化还原)催化剂”)122安装在废气通路121中。脲水添加 阀123安装在SCR催化剂122的上游以添加脲水((NH2) 2C0+H20)，其储存在脲水罐IM中)。 NOx被从脲水添加阀123添加的脲水所产生的氨还原为氮。检测NOx浓度的NOx传感器1 安装在SCR催化剂122的下游。对NOx传感器1不做详细描述，这是因为其具有与图1中所 显示的NOx传感器1相同的配置。氧化催化剂1 安装在NOx传感器1的下游以氧化氨。废气歧管120连接至外部EGR通路127的一端。外部EGR通路127的另一端连接 至靠近进气歧管110的进气通路111。外部EGR (废气循环)可以通过使一部分废气(燃烧 过的气体)经过外部EGR通路127流回进气通路111来进行。EGR冷却器1 安装在外部 EGR通路127中部以冷却外部EGR气体。EGR阀1 安装在外部EGR通路127中并位于EGR 冷却器128的下游。增加EGR阀129的开度增加通过外部EGR通路127的废气量(即，外 部EGR量或外部EGR速率)。图14中所示的系统还包括用作控制装置的E⑶(电子控制单元)8。E⑶8的输出 端例如连接至喷射器105、供给泵107、节流器113、脲水添加阀123和EGR阀129。E⑶8的 输入端连接至曲轴转角传感器104、节流阀开度传感器114、加速器开度传感器115、气流计 116和NOx传感器1。E⑶8包括泵单元控制装置81、传感器单元控制装置82、和加热器控 制装置83。这些控制装置未在图中示出，其原因是它们与图1中所示的气体浓度检测装置 10中的对应部分具有相同的配置。E⑶8根据曲轴转角CA计算发动机转速NE。E⑶8根据例如节流阀开度TA和加 速器开度AA计算发动机载荷KL。ECU 8根据发动机载荷KL计算来自喷射器105的燃料喷 射量。ECU 8还通过根据来自各传感器的信号和预定程序，通过操作各制动器来控制发动机 100的运行状态。[第六实施方案的特征]如果如专利文件6中所述的根据元件阻抗形成活性判定，则活性判定时间可随发 动机的运行状态变化。因此，第六实施方案在定位拐点时学习与拐点相关的信息。这种学 习例如通过将定位拐点所需的时间、在定位拐点时占优的NOx传感器单元输出、和与定位 拐点时占优的元件温度相关的物理性质值积分成设定表(以设定表的形式存储)来进行。 与元件温度相关的物理性质值可以为例如阻抗、加热器电阻或加热器功率。为了学习与拐点相关的信息，有必要在NOx传感器单元输出中产生拐点。为了这 种拐点的产生，NOx传感器1中的氧浓度需要比预定值高。更具体而言，需要增加第一和第 二内部空间31、32中保留的氧的浓度以增加被NOx传感器单元4的第一检测电极42吸收 的氧的浓度。当发动机启动时，在最后的关断通电和点火启动之间需要一定量的经过时间(在 下文简称“经过时间”)。图15是示出NOx传感器单元输出随发动机启动时经过的时间而 变化的图。在图15中，实线Lsl指示在经过时间足够长(例如几个小时或更长)的情况下 NOx传感器单元输出变化。当经过时间降低时，NOx传感器单元输出在上限值保持短的时间 段，如由单点式链线Ls2所示的。当过去的时间进一步减小时，NOx传感器单元输出在其达 到上限值之前降低，如两点式链线Ls3所示的。在上述所有的情形中，NOx传感器单元输出增加到参考值Nth2之上；因此，能够定位拐点并学习与拐点相关的信息。另一方面，如果经过时间极短(例如，不比1小时长)，则NOx传感器单元输出达 不到参考值Nth2，如由虚线Ls4所示的，甚至在点火启动之后经过预定时间段α时也是如 此。在该情况下，因为不能定位到拐点，所以不能学习与拐点相关的信息。因此，为了学习与拐点相关的信息，需要一定量的经过时间来使NOx传感器单元 输出增加至参考值Nth2之上。换言之，必须增加NOx传感器1中的氧浓度至NOx传感器单 元输出增加至参考值Nth2之上的程度。[由第六实施方案执行的过程的细节]图16是示出根据第六实施方案ECU 8执行的程序的流程图。图17是示出在图16 的步骤708中执行的拐点定位程序的流程图。图16中所示的程序以预定时间间隔开始。首先，图16中所示的程序执行步骤700以判定点火是否启动。如果在步骤700中 获得的判定结果不指示点火启动，则程序终止。另一方面，如果在步骤700中获得的判定结 果指示点火启动，则程序执行步骤702以获取在最后的关断通电和点火启动之间的经过时 间。在步骤702中，例如，程序读取由另一程序计算的经过时间。接下来，程序执行步骤704以判定在步骤702中获取的经过时间是否比参考值长。 该参考值用作用于判定氧浓度自最后一次关断通电起是否已经充分增加的阈值。如果在步 骤704中获得的判定结果指示经过时间不比参考值短，则程序进行步骤706以启动NOx传 感器1。在步骤706中，ECU 8使泵单元控制装置81向氧泵单元2供电，使传感器单元控制 装置82向NOx传感器单元4供电，和使加热器控制装置83向加热器电极61供电。随后，程序进行至步骤708并且定位NOx传感器单元输出中的拐点。在步骤708 中，开始图17中所示的程序。首先，图17中所示的程序执行步骤720以获取NOx传感器单元输出N(t)。然后程 序执行步骤722以通过使用在步骤720中获取的NOx传感器单元输出N(t)来从下式(5) 计算变化量ΔΝα)。AN(t) = AN(t-l)-AN(t)-—(5)随后，程序执行步骤724以判定在步骤722中计算的变化量AN(t)是否比零(0) 大(也就是说，变化量ΔΝα)是否为正值)。更具体而言，执行步骤724以判定当前的NOx 传感器单元输出N(t)是否比最后的NOx传感器单元输出N(t-l)小，也就是说，NOx传感器 单元输出是否降低。如果在步骤724中获得的判定结果指示变化量AN(t)比零(0)大，则程序断定当 前的NOx传感器单元输出N(t)比最后的NOx传感器单元输出N(t-l)小，也就是说，NOx传 感器输出降低。在该情况下，程序进行至步骤7 并判定变化量AN(t)是否比参考值ANth 小。如果在步骤726中获得的判定结果指示变化量AN(t)比参考值ANth小，则程序执行 步骤728以将NOx传感器单元输出N(t)识别为拐点。执行步骤728以形成与NOx传感器 1相关的活性判定。在图3中所示的实施例中，变化量AN(tl4)比参考值ANth小；因此， 将时刻tl4时的NOx传感器单元输出N(tl4)识别为拐点。随后，图17中所示的程序终止， 使图16中所示的程序执行步骤710。在图16中所示的程序的步骤710中，获取与拐点相关的信息作为学习值。更具体 而言，在步骤710中，存储定位拐点时的NOx传感器单元输出N(t)、传感器开启和定位拐点之间的时间间隔、和与在拐点定位时占优的元件温度相关的物理性能值作为三维设定表。 在完成步骤710之后，图16中所示的程序终止。另一方面，如果在步骤704中获得的判定结果指示经过时间比参考值短，则程序 执行步骤712以启动NOx传感器1，如步骤706中的情形一样。然后程序进行至步骤714并 判定在步骤712中开启之后是否已经过预定时间段α。预定时间段α允许NOx传感器单 元输出超过下述的参考值Nth2 (见图15)，只要在NOx传感器1中存在足够的氧量即可。如 果在步骤714中获得的判定结果不指示已经过预定时间段α，则程序返回步骤712。另一 方面，如果在步骤714中获得的判定结果指示已经过预定时间段α，则程序进行至步骤716 并获取NOx传感器单元输出Ν( α )。然后，程序执行步骤718以判定在步骤716中获取的 NOx传感器单元输出Ν( α )是否比参考值Nth2小。参考值Nth2用作用于判定在NOx传感 器单元输出中是否能定位拐点的阈值。如果在步骤718中获得的判定结果不指示NOx传感器单元输出Ν(α )已经达到参 考值Nth2，如图15中的虚线Ls4所示的，则程序断定不能定位到拐点和不能学习与拐点相 关的信息。在该情况下，图16中所示的程序终止，而没有定位到拐点。另一方面，如果在步 骤718中获得的判定结果指示NOx传感器单元输出Ν( α )不比参考值Nth2小，如由图15中 的两点式链线Ls3所示的，则程序断定可以定位拐点。在该情况下，程序进行至步骤708。如上所述，第六实施方案允许NOx传感器单元4在利用氧泵单元2排出保留氧之 后检测NOx浓度。因此，当NOx传感器1中氧的浓度与发动机启动时一样高时，获得图2中 所示的NOx传感器单元输出变化。在NOx传感器单元输出中出现的拐点指示NOx传感器单 元4能检测到NOx浓度而不受保留氧的影响。在与常规传感器活性(全活性)判定的标记 对照中，当拐点出现时，第六实施方案断定NOx传感器1活化。这意味着第六实施方案根据 在NOx传感器单元输出中出现的拐点形成准确的与NOx传感器1相关的活性判定，而与各 传感器差异无关，且不是根据例如随传感器单元不同而变化的元件阻抗。这使得不仅能够 实现NOx传感器1早期活化至最大程度，而且能够通过使用用于各控制操作的准确NOx传 感器单元输出来满足对降低排放的需求。此外，第六实施方案存储与拐点相关的信息作为在定位NOx传感器单元输出中的 拐点之后的学习值。例如，第六实施方案存储拐点定位时占优的NOx传感器单元输出、传感 器启动和定位拐点之间的时间间隔、和与定位拐点时占优的元件温度相关的物理性能值作 为三维设定表。因此，这种学习值可以用于降低由发动机运行状态中的差异而引起的活性 判定差异。具体而言，能够降低由发动机启动条件(从最后的关断通电起经过的时间)的 差异而引起的活性判定差异。此外，在发动机开始时进行学习以确保足够的学习频率。以上已经描述的第六实施方案使用学习值来降低由于发动机运行状态中的差异 而引起的活性判定变化。然而，作为替代方案，学习值可以用于形成与NOx传感器1相关的 劣化判定。更具体而言，以上已经描述的第六实施方案使得能够准确地学习拐点(活性位 点)。因此，可以通过将在这种学习之后获得的NOx传感器单元输出值与用于劣化判定目的 的预定值进行比较来有效增加NOx传感器劣化判定的准确度。此外，以上已经描述的第六实施方案根据例如NOx传感器单元输出变化量AN(t) 和参考值ANth之间的比较来定位拐点，如在图17中所示的情形一样。然而，作为替代方 案，可以通过根据第六实施方案的以下修改方案的方法来定位拐点。
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[第一修改方案]氧泵单元2和NOx传感器单元4具有相同的配置且均输出在氧离子02_在单元中 流动时占优的电流值。因此，在氧泵单元输出和NOx传感器单元输出之间存在相关性。第 六实施方案的第一修改方案使用这种相关性来定位NOx传感器单元输出中的拐点。图18 是示出氧泵单元输出和NOx传感器单元输出之间的相关性的图。在图18中，虚线Lp指示 氧泵单元输出变化，而实线Ls指示NOx传感器单元输出变化。当NOx传感器1启动时，不仅在NOx传感器单元输出中出现拐点，而且在氧泵单元 输出中出现拐点，如图18所示。当第一内部空间31中保留的氧排出时，在氧泵单元输出中 出现拐点。本发明的发明人已发现在氧泵单元输出中出现拐点的时刻t21和在NOx传感 器单元输出中出现拐点的时刻t22之间存在相关性。时刻t21和时刻t22之间的差Δ tn可以通过例如实验预先确定并存储在E⑶8 中。因此，当可以通过下述方法确定在氧泵单元输出中出现拐点的时间时，可以通过将预定 差Afa1加到在氧泵单元输出中出现拐点的确定时间来估算NOx传感器单元输出中出现拐 点的时间。现在将参照图19描述定位氧泵单元输出中的拐点的方法。图19是示出根据第六 实施方案的第一修改方案定位氧泵单元输出中的拐点的方法的图。已经结合第六实施方案 描述的定位NOx传感器单元输出中的拐点的方法可部分应用于定位氧泵单元输出中的拐 点的方法。首先，第六实施方案的第一修改方案不仅以预定间隔获取氧泵单元输出P，而且还 在每次获取氧泵单元输出之后计算氧泵单元输出变化量ΔΡ。时刻t时的变化量ΔΡ可由 下式(6)计算。当计算的变化量AP(t)比预定参考值APth小时，将在时刻t时占优的氧 泵单元输出P(t)识别为拐点。在下式(6)中，从时刻t时的输出P(t)减去时刻t-Ι时的 输出P(t-l)，使得变化量AP(t)为正值。 Δ P (t) = P (t) -P (t-Ι) — (6)在图19所示的实施例中，氧泵单元输出P在时刻t30和时刻t34之间增加。因 此，在时刻t31、时刻t32、时刻t33和时刻t34时由上式(6)计算的变化量AP(t31)至 AP(t34)全都是正值。变化量AP(t31)至AP(t33)不比预定参考值APth小。然而，变 化量AP(t34)比参考值APth小。因此，将在时刻t34时占优的氧泵单元输出P(t34)识 别为拐点。因此，可以估算在通过将Atn加到时刻t34确定的时刻t34+Atn时在NOx传 感器单元输出N中出现拐点。图20是示出根据第六实施方案的第一修改方案的拐点定位程序的流程图。图20 中所示的程序以图16中所示的程序的步骤708开始。首先，图20中所示的程序执行步骤 730以获取氧泵单元输出P(t)。然后，程序执行步骤732以通过使用在步骤730中获取的 氧泵单元输出p(t)由上式(6)计算变化量ΔΡα)。接下来，程序执行步骤734以判定在步骤732中计算的变化量AP(t)是否比参考 值APth小。如果在步骤734中获得的判定结果指示变化量AP(t)不比参考值APth小， 则图20中所示的程序终止，这是因为其断定在氧泵单元输出P中未出现拐点。另一方面，如果在步骤734中获得的判定结果指示变化量AP(t)比参考值APth 小，则在图20中所示的程序执行步骤736以将时刻t时的氧泵单元输出P (t)识别为拐点。然后程序执行步骤738以通过使用在步骤736中定位的拐点、在考虑到氧泵单元输出P和 NOx传感器单元输出N之间的相关性的情况下估算NOx传感器单元输出中的拐点。在此处，预定在氧泵单元输出中出现拐点的时刻t21和在NOx传感器单元输出中 出现拐点的时刻t22之间的时间差Δ tn，如图18中所示的，并存储在ECU 8中。在步骤738 中估计在通过将时间差Δ 加到在氧泵单元输出中出现拐点的时刻t确定的时刻t+Δ 时在NOx传感器单元输出中出现拐点。在时刻t+ Δ 时，形成与NOx传感器1相关的活性 判定。程序在完成NOx传感器单元活性判定之后终止。第六实施方案的第一修改方案确定在氧泵单元输出P中出现拐点的时间、考虑氧 泵单元输出P和NOx传感器单元输出N之间的相关性、并且估算在NOx传感器单元输出N 中出现拐点的时间。这使得能够准确估算NOx传感器单元4开始以高准确度检测NOx浓度 的时间。(第二修改方案)第六实施方案的第一修改方案考虑氧泵单元输出P和NOx传感器单元输出N之间 的相关性，并且估算在NOx传感器单元输出N中出现拐点的时间。图21是示出根据本发明 第六实施方案的第二修改方案的气体浓度检测装置的主要部件的框图。图21中所示的气 体浓度检测装置包括NOx传感器1Α。NOx传感器IA是通过将空燃比传感器单元9加入图 1中所示的NOx传感器1中获得的。空燃比传感器单元9包括固体电解质体(未显示)并 输出氧离子02_在施加有预定电压的单元中流动时占优的电流值。空燃比传感器单元9的 输出通过ECU 8A中的空燃比传感器单元控制装置84检测。气体浓度检测装置的其余部分 将不再以附图或文字方式描述，这是因为其具有与图1中所示的气体浓度检测装置10相同 的配置。空燃比传感器单元9和NOx传感器单元4均输出氧离子02_在所述单元中流动时 占优的电流值。因此，在空燃比传感器单元的输出和NOx传感器单元的输出之间存在相关 性。第六实施方案的第二修改方案使用这种相关性来定位NOx传感器单元输出中的拐点。图22是示出空燃比传感器单元输出和NOx传感器单元输出之间的相关性的图。在 图22中，单点式链线La指示空燃比传感器单元输出变化，而实线Ls指示NOx传感器单元 输出变化。图22中的虚线Lp指示用于参考目的的氧泵单元输出变化。如图22所示，拐点不仅出现在NOx传感器单元输出中，而且也出现在空燃比传感 器单元输出中。拐点可以定义为例如当空燃比传感器单元输出的变化量从正值变向负值时 产生的空燃比传感器单元输出。在空燃比传感器单元输出中出现拐点的时刻t20和在NOx 传感器单元输出中出现拐点的时刻t22之间存在相关性。时刻t20和时刻t22之间的差 Ata可以通过例如实验预先确定并存储在ECU 8A中。因此，当可以定位空燃比传感器单元 输出中的拐点时，可以估算在NOx传感器单元输出中出现拐点的时间。结果，第二修改方案 使得能够准确地估算NOx传感器单元4以高的准确度开始检测实际NOx浓度的时间，如在 以上已经描述的第一修改方案的情形一样。以上已经描述的第六实施方案使用发动机E⑶8来控制NOx传感器1。然而，作为 替代方案，除了发动机E⑶8之外还可以采用NOx传感器控制E⑶。在第六实施方案及其修改方案中，NOx传感器单元4对应于根据本发明的第一方 面的“气体浓度检测单元”；加热器电极61对应于根据本发明第十七方面的“加热器”；加热
32器控制装置83对应于根据本发明第十七方面的“加热器控制装置”；氧泵单元2对应于根据 本发明第十七或十八方面的“氧泵单元”；和泵单元控制装置81对应于本发明第十八方面的 “氧泵单元控制装置”。此外，在第六实施方案及其修改方案中，当ECU 8执行步骤702和704时实施根据 本发明第一方面的“氧浓度控制装置”；和当E⑶8执行步骤708、7观或738时实施根据本 发明第十五方面的“拐点定位装置”；和当ECU 8执行步骤710时实施根据本发明第十五方 面的“拐点学习值存储装置”。第七实施方案现在将参照图23和M描述本发明的第七实施方案。当采用图1和14中所示的 硬件配置以使ECU 8执行图16和M中所示的程序时实施根据第七实施方案的系统。[第七实施方案的特征]之前已经描述的第六实施方案在发动机启动时学习与拐点相关的信息。同时，因 为SCR催化剂122的活性低，所以在发动机启动时NOx从SCR催化剂122的下游排出。图 23是示出NOx传感器单元输出变化和在发动机启动时在SCR催化剂122下游出现的NOx浓 度变化的图。在图23中，粗实线Ls指示NOx传感器单元输出变化，而细实线L指示在SCR 催化剂122下游进行的NOx浓度测量。这些测量是用公众已知的分析器获取的。当在SCR催化剂122下游占优的NOx浓度变化时，NOx传感器单元输出如图23所 示变化。在图23中所示的区域R中，在NOx传感器单元输出中通常出现拐点。然而，由于 因NOx浓度变化引起的NOx传感器单元输出变化，所以可能不能准确地定位在NOx传感器 单元输出中的拐点。考虑到上述情况，第七实施方案通过公知方法估算NOx浓度，并且根据所述估算 的NOx浓度值来校正NOx传感器单元输出。更具体而言，第七实施方案通过从例如EGR量 或燃料喷射量来估算NOx浓度并从实际NOx传感器单元输出中减去该估算值来校正NOx传 感器单元输出。然后，第七实施方案定位校正后的NOx传感器单元输出中的拐点。[由第七实施方案执行的过程的细节]第七实施方案还在第一位置时开始图16中所示的程序。然后，在图16中所示的 程序的步骤708中，第七实施方案开始图M中所示的程序，而不是图17中所示的程序。图 24是示出根据第七实施方案在图16中的步骤708中执行的拐点定位程序的流程图。首先，图M中所示的程序执行步骤740以获取NOx传感器单元输出N(t)，如在图 17中所示的程序的情形一样。然后，程序执行步骤742以通过公知的方法估算SCR催化剂 122下游占优的NOx浓度。在步骤742中，根据例如EGR量或燃料喷射量获得估算的NOx浓 度值。随后，程序执行步骤744以根据在步骤742中获得的估算NOx浓度值将在步骤740 中获得的NOx传感器单元输出N(t)校正至Nc(t)。在步骤744中，通过例如从NOx传感器 单元输出N(t)减去估算的NOx浓度值来进行校正，以获得NOx传感器单元输出Nc (t)。接 下来，程序执行步骤746以通过使用在步骤744中校正的NOx传感器单元输出Nc (t)来从 下式(7)计算变化量ANc(t)。Δ Nc (t) = Nc (t_l) -Nc (t) — (7)接下来，程序执行步骤748以判定在步骤746中计算的变化量ANc(t)是否比零(0)大(也就是说，变化量ANc(t)是否为正值)。更具体而言，执行步骤748以判定当前的 NOx传感器单元输出Nc(t)是否比最后的NOx传感器单元输出Nc(t-l)小，也就是说，NOx 传感器单元输出Nc(t)是否降低。如果在步骤748中获得的判定结果指示变化量ANc(t)大于零(0)，则程序断定当 前的NOx传感器单元输出Nc (t)比最后的NOx传感器单元输出Nc (t_l)小，也就是说，NOx 传感器单元输出Nc(t)降低。在该情况下，程序进行至步骤750并判定变化量ANc(t)是 否比参考值Δ Nth小。如果在步骤750中获得的判定结果指示变化量ANc(t)比参考值ANth小，则程 序执行步骤752以将NOx传感器单元输出Nc⑴识别为拐点。执行步骤752以形成与NOx 传感器1相关的活性判定。随后，图M中所示的程序终止，从而使图16中所示的程序进行 至步骤710并且学习与拐点相关的信息。如上所述，第七实施方案在发动启动时获得估算的NOx浓度值、根据估算的NOx浓 度值校正NOx传感器单元输出N和定位校正后的NOx传感器单元输出Nc中的拐点。这使 得能够在发动机启动时准确地定位拐点，而不受由发动机100排出的NOx浓度的变化的影 响，并且以高的准确度学习与拐点相关的信息。因此，所得学习值可以用于降低因发动机运 行状态差异而引起的活性判定差异。以上已经描述的第七实施方案使用学习值来降低因发动机运行状态差异而引起 的活性判定差异。然而，可以使用学习值来形成与NOx传感器1相关的劣化判定。更具体 而言，以上已经描述的第七实施方案使得能够准确地学习拐点(活性点)。因此，通过将在 这种学习之后获得的NOx传感器单元输出值与用于劣化判定目的的预定值进行比较，可以 有效地提高NOx传感器劣化判定的准确度。在第七实施方案中，当ECU 8执行步骤742时实施根据本发明第十六方面的“NOx 浓度估算装置”；当ECU 8执行步骤744时实施根据本发明第十六方面的“校正装置”；和当 ECU 8执行步骤752时实施根据本发明第十六方面的“拐点定位装置”。第八实施方案现在将参照图25描述本发明的第八实施方案。当采用图1和14中所示的硬件配置以使ECU 8执行图25中所示的下述程序时实 施根据本发明第八实施方案的系统。[第八实施方案的特征]第七和第八实施方案在发动机启动时学习与拐点相关的信息。将参照在执行燃料 切断(F/C)时学习的拐点信息的情形描述第八实施方案。为了定位NOx传感器单元输出中 的拐点，必须如前文所述增加NOx传感器1中的氧浓度。结果，为了增加燃料切断期间NOx传感器1中的氧浓度，切断从加热器控制装置83 向加热器电极61供给的电力。然后元件温度降低以降低氧泵单元2的氧泵送能力。这增加 了 NOx传感器1中的氧浓度，也就是说，第一和第二内部空间31、32中的氧的浓度和由NOx 传感器单元4中的第一检测电极42所吸收的氧的浓度。NOx传感器1中的氧浓度不仅受NOx传感器1的响应性控制，而且也受发动机100 的进气量( 控制。因此，将积分空气量Qa，即进气量( 的积分值与参考值Qth进行比较， 以判定NOx传感器1中的氧浓度是否增加至期望的水平。换言之，根据积分空气量Qa确定是否可以定位拐点。更具体而言，当积分空气量Qa比参考值Qth大时定位NOx传感器单元 输出中的拐点。根据第六实施方案的拐点定位方法和拐点信息学习方法可以适用于第八实施方 案。应当注意，在这点上，因为没有缸内爆炸出现，所以在燃料切断期间不产生NOx。因此， 不必如关于第七实施方案中描述的那样校正NOx传感器单元输出。[由第八实施方案执行的程序的细节]图25是示出根据第八实施方案的ECU 8执行的程序的流程图。首先，图25中所 示的程序执行步骤760以判定是否正在执行燃料切断。执行燃料切断，使得在车辆运行期 间将加速器开度AA置于完全关闭状态时燃料喷射量降低至零。如果在步骤760中获得的 判定结果不指示正在执行燃料切断，则程序终止。另一方面，如果在步骤760中获得的判定结果指示正在执行燃料切断，则程序执 行步骤762以切断加热器电极61的供电。步骤762的执行降低氧泵单元2的氧泵送能力 并逐渐增加NOx传感器1中的氧浓度。接下来，程序执行步骤764以计算积分空气量Qa。在步骤764中，通过确定切断加 热器电极61的供电之后达到的积分进气量( 来获得积分空气量Qa。随后，程序执行步骤766以判定是否继续执行燃料切断。如果在步骤766中获得 的判定结果不指示正在继续执行燃料切断，也就是说，当例如加速器被车辆驾驶员压下或 通过发动机速率NE达到燃料切断恢复转速时，程序执行步骤768以向加热器电极61供电。 在完成步骤768之后，使得将NOx传感器单元输出用于其它控制操作。另一方面，如果在步骤766中获得的判定结果指示正在继续执行染料切断，则程 序执行步骤770以判定在步骤764中计算的积分空气量Qa是否比参考值Qth大。参考值 Qth被用作用于判定NOx传感器1中的氧浓度是否增加至期望水平的阈值。如果在步骤770 中获得的判定结果指示积分空气量Qa比参考值Qth小，则程序断定NOx传感器1中的氧浓 度未增加至期望的水平。换言之，程序断定不能定位NOx传感器单元输出中的拐点，并且不 能学习与拐点相关的信息。在该情况下，程序返回至步骤762。另一方面，如果在步骤770中获得的判定结果指示积分空气量Qa比参考值Qth 大，则程序断定NOx传感器1中氧的浓度增加至期望的水平。在该情况下，程序执行步骤 772以从加热器控制装置83向加热器电极61供电。然后程序进行至步骤708并且执行图 17中所示的程序以定位拐点。随后，程序执行步骤710以获取拐点学习值，如在图16中所 示程序的情形。在完成步骤710之后，程序终止。如上所述，第八实施方案通过在燃料切断期间切断加热器电极61的供电来增加 NOx传感器1中的氧浓度。当积分空气量Qa比参考值Qth大时，第八实施方案断定NOx传 感器1中的氧浓度增加至期望的水平，然后定位NOx传感器单元输出中的拐点。这使得能 够甚至在燃料切断期间定位拐点和学习与拐点相关的信息。因此，所得学习值可以用于降 低因发动机运行状态的差异所引起的活性判定差异。此外，在燃料切断期间执行学习以确 保足够的学习频率。以上已经描述的第八实施方案使用上述学习值来降低因发动机运行状态的差异 而引起的活性判定差异。然而，作为替代方案，可以使用所述学习值来形成与NOx传感器 1相关的劣化判定。更具体而言，以上已经描述的第八实施方案使得能够准确地学习拐点(活性点)。因此，可以通过将在这种学习后获得的NOx传感器单元输出值与用于劣化判定 目的的预定值进行比较来有效提高NOx传感器劣化判定的准确度。现在将描述第八实施方案的修改方案。以上已经描述的第八实施方案切断加热器 电极61的供电以增加NOx传感器1中的氧浓度。然而，作为替代方案，可以通过根据以下 修改方案的与第八实施方案不同的方法来增加NOx传感器1中的氧浓度。(第一修改方案)当如关于以上已经描述的第八实施方案描述的那样在燃料切断期间切断加热器 电极61的供电时，元件温度突然降低。然后，元件温度暂时不升高，甚至当对燃料切断中断 执行供电时也是如此。结果，NOx传感器单元输出不能用于其它控制操作。结果，废气排放 特性可能在元件温度升高之前劣化。根据第八实施方案的第一修改方案，在燃料切断期间降低元件温度控制目标值， 如图沈中所示的，以增加NOx传感器1中的氧浓度。图沈是示出根据第八实施方案的第 一修改方案的ECU 8执行的程序的流程图。图沈中所示的程序与图25中所示的程序的不 同之处在于前者执行步骤762A、768A和772A而不是步骤762，768、和772。这些差别将在 下文描述。如果在步骤760中获得的判定结果指示正在执行燃料切断，则在图沈中所示的程 序执行步骤762A以降低元件温度的控制目标值。更具体而言，程序降低加热器控制装置83 的控制目标值。这确保向加热器电极61供电的时间段比正常的短。结果，元件温度降低以 降低氧泵单元2的氧排出能力。结果，能够增加NOx传感器1中的氧浓度，即，第一和第二 内部空间31、32中的氧浓度和由第一检测电极42吸收的氧浓度。由上述控制目标值降低而引起的元件温度降低比当根据第八实施方案切断供电 时的小。因此，当在燃料切断将被中断的情况下将控制目标值恢复至正常(步骤768A)时， 可以比第八实施方案更早地升高元件温度。结果，与第八实施方案相比，可以在元件温度升 高之前抑制废气排放特性的劣化。此外，如果在步骤770中获得的判定结果指示积分空气量Qa比参考值Qth大，则 执行步骤772A以恢复元件温度的控制目标值。然后执行步骤708以定位拐点。接下来，执 行步骤710以获取拐点学习值。(第二修改方案)为了在燃料切断期间增加NOx传感器1中的氧浓度，第八实施方案的第二修改方 案不仅降低元件温度的控制目标值，而且还降低供给至NOx传感器单元4的电压，如图27 所示。图27是示出根据第八实施方案的第二修改方案的ECU 8执行的程序的流程图。图 27中所示的程序与图25中所示的程序的不同之处在于前者执行步骤762A、768A和772B而 不是步骤762、768、和772。这些差别将在下文描述。如果在步骤760中获得的判定结果指示正在执行燃料切断，则在图27中所示的程 序执行步骤762B以降低元件温度的控制目标值并降低待供给到NOx传感器单元4的电压。 降低供给到NOx传感器单元4的电压会降低NOx传感器单元4的氧排出能力。因此，第二 修改方案在第二内部空间32中第一检测电极42周围提供比如前文所述的第一修改方案高 的氧浓度。这使得能够进一步增加待由第一检测电极42吸收的氧的浓度。因此，第二修改 方案提供比第一修改方案高的NOx传感器1中的氧浓度。结果，第二修改方案使得能够准
36确地定位拐点。此外，如果在步骤766中获得的判定结果不指示正在继续执行燃料切断，或者如 果在步骤770中获得的判定结果指示积分空气量Qa比参考值Qth大，则图27中所示的程序 执行步骤768B和772B以恢复元件温度的控制目标值和供给到NOx传感器单元4的电压。(第三修改方案)现在将参照增加NOx传感器1中的氧浓度的方法描述第八实施方案的第三修改方 案，但是不降低NOx传感器1的元件温度。更具体而言，第三修改方案在燃料切断期间向氧 泵单元2施加比正常时低的电压。图观是示出根据第八实施方案的第三修改方案ECU 8 执行的程序的流程图。图观中所示的程序与图25中所示的程序的不同之处在于前者执行 步骤762C、768C和772C而不是步骤762、768、和772。这些差别将在下文描述。如果在步骤760中获得的判定结果指示正在执行燃料切断，则在图28中所示的程 序执行步骤762C以向氧泵单元2供给比正常时低的电压。因此，氧泵单元2的氧排出能力 降低。这使得能够增加NOx传感器1中的氧浓度，S卩，第一和第二内部空间31、32中的氧浓 度和待由第一检测电极42吸收的氧浓度。第三修改方案不降低元件温度。因此，能够立即 使用NOx传感器单元输出用于其它控制操作，只要在燃料切断将被中断的情形中恢复供给 到氧泵单元2的电压(步骤768C)即可。结果，第三实施方案使得能够比第一和第二修改 方案进一步抑制废气排放特性的劣化。此外，如果在步骤770中获得的判定结果指示积分空气量Qa比参考值Qth大，则 在图观中所示的程序执行步骤772C以恢复供给到氧泵单元2的电压。随后，程序执行步 骤708以定位拐点，然后执行步骤710以获取拐点学习值。(第四修改方案)为了增加NOx传感器1中的氧浓度，第八实施方案的第四修改方案不仅向氧泵单 元2供给比正常时低的电压，而且还降低供给到NOx传感器单元4的电压，如图四中所示 的。图四是示出根据第八实施方案的第四修改方案ECU 8执行的程序的流程图。图四中 所示的程序与图25中所示的程序的不同之处在于前者执行步骤762D、768D和772D而不是 步骤762、768、和772。这些差别将在下文描述。如果在步骤760中获得的判定结果指示正在执行燃料切断，则图四中所示的程序 执行步骤762D以向氧泵单元2供给比正常时低的电压并向NOx传感器单元4供给比正常 时低的电压。因此，第四修改方案在第二内部空间32中的第一检测电极42周围提供比之 前描述的第三修改方案高的氧浓度。这使得能够进一步增加由第一检测电极42吸收的氧 浓度。因此，第四修改方案提供比第三修改方案高的NOx传感器1中的氧浓度。结果，第四 修改方案使得能够准确地定位拐点。此外，如果在步骤766中获得的判定结果不指示正在继续执行燃料切断，或者如 果在步骤770中获得的判定结果指示积分空气量Qa比参考值Qth大，则图四中所示的程 序执行步骤768D和772D以恢复供给到氧泵单元2的电压和供给到NOx传感器单元4的电压。在第八实施方案和其修改方案中，当ECU 8执行步骤762、762A、762B、762C或762D 时实施根据本发明第一方面的“氧浓度控制装置”；当E⑶8执行步骤762、762A、762B、762C 或762D时实施根据本发明第十五方面的“氧浓度增加装置”;当ECU 8执行步骤762、762A或762B时实施根据本发明第十七方面的“加热器控制装置”；当E⑶8执行步骤762C或762D 时实施根据本发明第十八方面的“氧泵单元控制装置”；当ECU 8执行步骤708时实施根据 本发明第十五方面的“拐点定位装置”；和当ECU 8执行步骤710时实施根据本发明第十五 方面和第二十方面的“拐点学习值存储装置”。第九实施方案现在将参照图30和31描述本发明的第九实施方案。当采用图1和14中所示的 硬件配置来使ECU 8执行图31中所示的下述程序时实施根据第九实施方案的系统。[第九实施方案的特征]第六和七实施方案在发动机启动时学习与拐点相关的信息。第八实施方案在燃料 切断期间学习与拐点相关的信息。将参照在怠速状态下学习拐点信息的情形描述第九实施方案。在怠速状态下，SCR催化剂122的活性比在发动机启动时高。因此，在怠速状态下 SCR催化剂122下游占优的NOx浓度比发动机启动时低。然而，当在SCR催化剂122下游占 优的NOx浓度在怠速状态下变化时，NOx传感器单元输出也相应变化。结果，可能不能准确 地实现拐点定位。在该情况下，可设想如在之前描述的第七实施方案的情形中可使用NOx浓度的估 算值来校正NOx传感器单元输出。然而，如之前所述的，在怠速状态下NOx排放量小。如图 30中所示，在怠速状态下占优的NOx浓度可以通过增加从脲水添加阀123添加的脲水的量 来降低。图30是示出脲水添加量和在SCR催化剂122下游占优的NOx浓度之间的关系的 图。鉴于上述情形，第九实施方案例如通过如由图30中的Qi所指示地增加脲水添加 量，降低怠速状态下的NOx浓度。随后，第九实施方案定位NOx传感器单元输出中的拐点并 且学习与拐点相关的信息。[由第九实施方案执行的过程的细节]图31是示出根据第九实施方案ECU 8执行的程序的流程图。首先，图31中所示 的程序执行步骤780以判定发动机100是否处于怠速状态。如果在步骤780中获得的判定 结果不指示发动机100处于怠速状态，则程序终止。另一方面，如果在步骤780中获得的判定结果指示发动机100处于怠速状态，则程 序执行步骤782以增加NOx传感器1中的氧浓度。在步骤782中，可以例如通过实施加热 器加电控制、控制元件温度控制目标值或控制泵单元时间电压来增加NOx传感器1的第一 和第二内部空间31、32中的氧浓度和由第一检测电极42吸收的氧浓度，如关于第八实施方 案及其修改方案描述的。然后，程序进行至步骤784并执行NOx还原过程。例如，执行步骤784以增加脲水 添加量和EGR量。接下来，程序进行至步骤708。在步骤708中，图17中所示的程序定位 NOx传感器单元输出中的拐点。随后，图31中所示的程序执行步骤710以与图16中所示的 程序相同的方式获取与拐点相关的信息作为学习值。 如上所述，第九实施方案在怠速状态下执行NOx还原过程，然后定位NOx传感器单 元输出中的拐点。这使得能够准确地定位拐点并以高的准确度学习与拐点相关的信息而不 受从发动机100中排出的NOx的浓度变化的影响，甚至在怠速状态下也是如此。结果，可以降低由发动机运行状态的差异所引起的活性判定差异。此外，在怠速状态下执行学习以确 保足够的学习频率。以上已经描述的第九实施方案使用学习值来降低因发动机运行状态差别而引起 的活性判定差异。然而，作为替代方案，学习值可以用于形成与NOx传感器1相关的劣化判 定。更具体而言，以上已经描述的第九实施方案使得能够准确地学习拐点值(活性点)。因 此，可以通过将在这种学习后获得的NOx传感器单元输出值与用于劣化判定目的的预定值 进行比较来有效提高NOx传感器劣化判定的准确度。在第九实施方案中，当ECU 8执行步骤782时实施根据本发明第一方面的“氧浓度 控制装置”；当ECU 8执行步骤784时实施根据本发明第九方面的“NOx浓度控制装置”；当 ECU 8执行步骤708时实施根据本发明第九方面的“拐点定位装置”；和当ECU 8执行步骤 710时实施根据本发明第十五方面的“拐点学习值存储装置”。
权利要求
1.一种气体浓度检测装置，包括气体传感器，所述气体传感器包括用于改变测量目标气体中的氧的浓度的氧浓度控制 装置、和用于检测其中的氧浓度被所述氧浓度控制装置改变的气体中的特定气体组分的浓 度的气体浓度检测单元；和劣化判定装置，所述劣化判定装置根据来自所述气体浓度检测单元的单元输出来形成 与所述气体传感器相关的劣化判定。
2.根据权利要求1所述的气体浓度检测装置，其中所述氧浓度控制装置包括用于从所 述测量目标气体除去过量的氧的过量氧除去装置；并且其中所述劣化判定装置根据在所述 气体浓度检测单元的所述单元输出中出现拐点之前获得的单元输出在所述气体传感器的 预热期间和所述过量氧除去装置的执行期间形成与所述气体传感器相关的劣化判定。
3.根据权利要求2所述的气体浓度检测装置，其中所述劣化判定装置包括用于获取在 单元输出增加过程期间所述单元输出增加的速率的相关值(在下文称为增加速率相关值) 的增加速率相关值获取装置，并且根据所述增加速率相关值和预定参考值之间的比较形成 与所述气体浓度检测单元相关的劣化判定。
4.根据权利要求3所述的气体浓度检测装置，其中所述增加速率相关值获取装置包括 用于获取所述单元输出的增加速率的增加速率获取装置；并且其中在所述增加速率比预定 参考值低时所述劣化判定装置形成与所述气体浓度检测单元相关的劣化判定。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的气体浓度检测装置，其中所述过量氧除去装置包 括氧泵单元，并且在向所述氧泵单元施加电压时排出所述测量目标气体中的过量的氧；并 且其中所述劣化判定装置包括用于获取在单元输出降低过程期间所述单元输出降低的速 率的相关值(在下文称为降低速率相关值)的降低速率相关值获取装置，并且根据所述降 低速率相关值和预定参考值之间的比较形成与所述氧泵单元相关的劣化判定。
6.根据权利要求5所述的气体浓度检测装置，其中所述降低速率相关值获取装置包括 用于获取所述单元输出的降低速率的降低速率获取装置；并且其中在所述降低速率比预定 参考值低时所述劣化判定装置形成与所述氧泵单元相关的劣化判定。
7.根据权利要求5所述的气体浓度检测装置，其中所述降低速率相关值获取装置包括 用于获取在所述气体传感器开始预热的瞬间与出现拐点的瞬间之间的时间间隔期间所达 到的所述单元输出的积分值的积分值获取装置；并且其中在所述积分值比预定参考值大时 所述劣化判定装置形成与所述氧泵单元相关的劣化判定。
8.根据权利要求2-7中任一项所述的气体浓度检测装置，还包括用于获取所述拐点处的单元输出(在下文称为拐点单元输出)的拐点单元输出获取装 置；和用于存储与所述拐点单元输出相关的学习值的存储装置；其中所述劣化判定装置根据所述拐点单元输出和所述学习值之间的比较形成与所述 气体传感器相关的劣化判定。
9.根据权利要求8所述的气体浓度检测装置，其中在所述单元输出比所述学习值小、 并且所述学习值和所述单元输出之间的差比预定参考值大时，所述劣化判定装置断定所述 气体传感器劣化。
10.根据权利要求8所述的气体浓度检测装置，其中在所述单元输出比所述学习值大、并且所述学习值和所述单元输出之间的差的绝对值比预定参考值大时，所述劣化判定装置 断定所述气体传感器劣化。
11.根据权利要求8所述的气体浓度检测装置，其中所述劣化判定装置包括暂时劣化 判定装置，所述暂时劣化判定装置根据所述单元输出和所述学习值之间的比较形成与所述 气体传感器相关的可恢复的暂时劣化判定。
12.根据权利要求11所述的气体浓度检测装置，其中在所述学习值和所述单元输出 之间的差的绝对值比预定参考值小时，所述暂时劣化判定装置断定所述气体传感器暂时劣 化。
13.根据权利要求11或12所述的气体浓度检测装置，还包括劣化恢复过程执行装置，所述劣化恢复过程执行装置在所述气体传感器被判定为暂时 劣化时对所述气体传感器进行劣化恢复过程。
14.根据权利要求8-13中任一项所述的气体浓度检测装置，其中在所述单元输出比所 述学习值小、并且所述学习值和所述单元输出之间的差比预定参考值小时，所述存储装置 存储所述单元输出作为更新的学习值。
15.根据权利要求1所述的气体浓度检测装置，其中所述氧浓度控制装置包括用于增 加所述测量目标气体中的氧浓度的氧浓度增加装置；拐点定位装置，在所述氧浓度被所述 氧浓度增加装置从预定值增加之后降低时，所述拐点定位装置对在所述单元输出中出现的 拐点进行定位，作为所述气体传感器的活性点；和用于存储拐点学习值的拐点学习值存储 装置，所述拐点学习值为与由所述拐点定位装置定位的所述拐点相关的信息；并且其中所 述劣化判定装置根据由所述拐点学习值存储装置存储的所述拐点学习值形成与所述气体 传感器相关的劣化判定。
16.根据权利要求15所述的气体浓度检测装置，还包括用于估算所述测量目标气体中的NOx浓度的NOx浓度估算装置；和用于通过利用由所述NOx浓度估算装置估算的NOx浓度校正所述单元输出的校正装置；其中，在所述氧浓度被所述氧浓度增加装置从预定值增加之后降低时，所述拐点定位 装置识别由所述校正装置校正的所述单元输出中的拐点，作为所述气体传感器的活性点。
17.根据权利要求15所述的气体浓度检测装置，其中所述氧浓度增加装置包括用于排 出所述测量目标气体中的过量的氧的氧泵单元、和用于控制供给到加热器以预热所述氧泵 单元的电力的加热器控制装置，并且在内燃机燃料切断期间向所述加热器供给比正常量小 的量的电力。
18.根据权利要求15所述的气体浓度检测装置，其中所述氧浓度增加装置包括用于在 施加电压时排出所述测量目标气体中的过量的氧的氧泵单元、和用于控制供给到所述氧泵 单元的电力的氧泵单元控制装置，并且在内燃机燃料切断期间向所述氧泵单元供给比正常 量小的量的电力。
19.根据权利要求15所述的气体浓度检测装置，还包括用于控制所述测量目标气体中的NOx浓度的NOx浓度控制装置；其中在所述NOx浓度控制装置被执行时，所述拐点定位装置定位所述拐点。
20.根据权利要求15-19中任一项所述的气体浓度检测装置，其中所述拐点学习值存储装置存储在定位所述拐点时占优的所述单元输出、与元件温度相关的物理性质值、和定 位所述拐点所需的时间作为设定表。
全文摘要
本发明涉及用于检测从发动机排放的废气中的特定气体组分浓度的气体浓度检测装置，并且准确和即时地形成关于气体浓度检测装置的劣化判定。在由氧泵单元2排放过量氧之后，使用NOx传感器单元4检测NOx浓度的NOx浓度检测设备判定NOx传感器1是否活化，也就是说，在NOx传感器1的NOx传感器单元输出中是否已出现拐点。如果NOx传感器1还未活化，则获取NOx传感器单元输出增加过程期间NOx传感器单元输出的输出增加速率Vu(t)。然后，判定输出增加速率Vu(t)是否比预定参考值Vth1低。如果所得判定结果指示Vu(t)＜Vth1，则断定NOx传感器单元4劣化。
文档编号G01N27/417GK102089649SQ200980104989
公开日2011年6月8日 申请日期2009年2月10日 优先权日2008年2月14日
发明者佐佐木敬规 申请人:丰田自动车株式会社