CN107076045B

CN107076045B - 内燃发动机的控制装置和控制方法

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Publication number: CN107076045B
Application number: CN201580051745.3A
Authority: CN
Inventors: 加藤美江
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-09-26
Filing date: 2015-09-21
Publication date: 2020-05-22
Anticipated expiration: 2035-09-21
Also published as: BR112017006029A2; WO2016046624A1; JP2016070104A; RU2654526C1; EP3198129B1; US20170298853A1; EP3198129A1; US10066567B2; CN107076045A; BR112017006029B1; JP6323281B2

Abstract

一种内燃发动机的控制装置配置成进行燃料切断控制和异常诊断控制。通过使空燃比传感器的元件温度变成目标元件温度来控制用于加热空燃比传感器的元件的加热装置。从预定的高温控制在内燃发动机起动之后开始时到所述预定的高温控制在空燃比传感器的异常诊断控制完成之后完成时的高温控制时段期间的所述空燃比传感器的目标元件温度被设定为比该高温控制时段以外的目标元件温度高。

Description

内燃发动机的控制装置和控制方法

技术领域

本发明涉及内燃发动机的控制装置和控制方法。

背景技术

过去，已知一种内燃发动机的控制装置，其中在该内燃发动机的排气通路上设置有空燃比传感器，并且基于该空燃比传感器的输出来控制供给至内燃发动机的燃料量。

在这种内燃发动机中使用的空燃比传感器包含由于伴随其使用的劣化等而发生异常的情况。当空燃比传感器中发生这种异常时，无法正确地控制供给至内燃发动机的燃料量，并且由内燃发动机的控制装置执行的各种控制中将产生故障。因此，在使用这种空燃比传感器的内燃发动机的控制装置中，通常执行对空燃比传感器进行异常诊断的异常诊断控制。

在日本专利申请公报No.2009-299545(JP 2009-299545 A)中记载的控制装置中，作为这种异常诊断控制，例如，进行以下控制：首先，将在空燃比传感器周围循环的排气的空燃比从比理论空燃比浓的空燃比(以下也称为“浓空燃比”)逐步切换为比理论空燃比稀的空燃比(以下也称为“稀空燃比”)；然后测量在以此方式切换排气的空燃比时空燃比传感器的输出空燃比的阶跃响应；类似地，将在空燃比传感器循环的排气的空燃比从稀空燃比逐步切换为浓空燃比，并且测量此时空燃比传感器的输出空燃比的阶跃响应；然后基于上述测定值来计算一次延迟系统的参数，由此进行空燃比传感器的异常诊断。

此外，空燃比传感器的输出电压对温度的依赖性高，因此，在JP 2009-299545 A中记载的装置中，空燃比传感器的元件温度被保持为预定的活性温度(例如，600℃以上)。因此，能很好地维持空燃比传感器的检测进度，并且能正确地执行空燃比传感器的异常诊断。

然而，作为空燃比传感器的异常诊断控制，例如，提出了在内燃发动机的运转期间暂时停止对内燃发动机的燃烧室的燃料供给的燃料切断控制中进行的异常诊断控制。具体而言，例如，在燃料切断控制的开始之前，使在空燃比传感器周围循环的排气具有理论空燃比或浓空燃比，并且然后通过开始燃料切断控制来使大气气体在空燃比传感器周围循环。基于此时通过空燃比传感器检测出的空燃比(以下也称为“输出空燃比”)的响应性来进行空燃比传感器的异常诊断。

为了在这种燃料切断控制期间正确地进行空燃比传感器的异常诊断，要求空燃比应在从浓空燃比到稀程度大的稀空燃比(大气气体)的大范围的区域中能通过空燃比传感器检测。然而，当空燃比传感器的元件温度低时，尽管能正确地检测出理论空燃比附近的空燃比，但无法正确地检测如大气气体那样稀程度大的稀空燃比。

另一方面，当空燃比传感器的元件温度通过设置在空燃比传感器中的加热器始终维持比较高时，加热器的加热所消耗的电力增加。此外，为了减小加热器的加热所消耗的电力，还考虑从燃料切断控制开始通过加热器进行空燃比传感器的加热的情形。然而，当以此方式进行基于加热器的加热时，在许多情况下，燃料切断控制将在空燃比传感器的元件温度充分上升之前完成。因此，在许多情况下，在燃料切断控制期间无法正确地检测稀程度大的稀空燃比，由此无法适当地进行空燃比传感器的异常诊断。

发明内容

本发明目的在于提供一种内燃发动机的控制装置和控制方法，所述控制装置和控制方法维持用于加热空燃比传感器的加热器所消耗的电力比较低，并且能借助于在燃料切断控制期间进行的异常诊断可靠地进行空燃比传感器的异常诊断。

本发明的第一方面涉及一种内燃发动机的控制装置，所述内燃发动机具有配置在所述内燃发动机的排气通路上的空燃比传感器，所述空燃比传感器具有用于加热其元件的加热装置，其中所述控制装置配置成执行燃料切断控制和异常诊断控制，所述燃料切断控制是在所述内燃发动机的运转期间停止或减少对所述内燃发动机的燃烧室的燃料供给的控制，并且所述异常诊断控制是在所述燃料切断控制期间或在所述燃料切断控制完成之后进行所述空燃比传感器的异常诊断的控制，所述控制装置通过使所述空燃比传感器的元件温度变成目标元件温度来控制所述加热装置，并且从预定的高温控制在所述内燃发动机起动之后开始时到所述预定的高温控制在所述空燃比传感器的异常诊断控制完成之后完成时的高温控制时段期间的所述空燃比传感器的目标元件温度被设定为比该高温控制时段以外的目标元件温度高。

本发明的第二方面基于第一方面，其中所述控制装置在包括燃料切断控制执行条件的异常诊断执行条件成立时开始执行所述异常诊断控制，并且所述高温控制开始的时间是所述燃料切断控制执行条件以外的所述异常诊断执行条件成立时或成立之前的时间。

本发明的第三方面基于第一或第二方面，其中所述高温控制时段期间的目标元件温度是当大气气体在所述空燃比传感器周围循环时所述空燃比传感器输出极限电流的温度。

本发明的第四方面基于第一至第三方面中的任一方面，其中所述空燃比传感器是杯形的空燃比传感器。

本发明的第五方面基于第一至第四方面中的任一方面，其中所述空燃比传感器是设置于配置在所述内燃发动机的排气通路上的排气净化催化剂的排气流动方向下游侧的下游侧空燃比传感器。

本发明的第六方面基于第一至第五方面中的任一方面，其中所述控制装置配置成执行催化剂异常诊断控制，所述催化剂异常诊断控制是在所述燃料切断控制完成之后对配置在所述内燃发动机的排气通路上的排气净化催化剂进行异常诊断的控制，并且在所述排气净化催化剂的所述催化剂异常诊断控制完成的时间比所述空燃比传感器的所述异常诊断控制完成的时间迟的情况下，所述高温控制完成的时间是所述排气净化催化剂的所述异常诊断控制完成之后的时间。

本发明的第七方面基于第一至第六方面中的任一方面，其中所述控制装置配置成执行催化剂异常诊断控制，所述催化剂异常诊断控制是在所述燃料切断控制完成之后对配置在所述内燃发动机的排气通路上的排气净化催化剂进行异常诊断的控制，所述控制装置在所述燃料切断控制完成之后进行恢复后浓控制，所述恢复后浓控制是通过使流入配置在所述内燃发动机的排气通路上的排气净化催化剂中的排气的空燃比变成比理论空燃比浓的浓空燃比来控制空燃比的控制，并且所述高温控制完成的时间是所述恢复后浓控制完成时或完成之前的时间。

本发明的第八方面涉及一种内燃发动机的控制方法，所述内燃发动机具有配置在所述内燃发动机的排气通路上的空燃比传感器，所述空燃比传感器具有用于加热其元件的加热装置，其中燃料切断控制和异常诊断控制配置成被执行，所述燃料切断控制是在所述内燃发动机的运转期间停止或减少对所述内燃发动机的燃烧室的燃料供给的控制，并且所述异常诊断控制是在所述燃料切断控制期间或在所述燃料切断控制完成之后进行所述空燃比传感器的异常诊断的控制，通过使所述空燃比传感器的元件温度变成目标元件温度来控制所述加热装置，并且从预定的高温控制在所述内燃发动机起动之后开始时到所述预定的高温控制在所述空燃比传感器的异常诊断控制完成之后完成时的高温控制时段期间的所述空燃比传感器的目标元件温度被设定为比该高温控制时段以外的目标元件温度高。

根据本发明的各个方面，提供了内燃发动机的控制装置或控制方法，所述控制装置或控制方法维持用于加热空燃比传感器的加热器所消耗的电力比较低，并且能借助于在燃料切断控制期间进行的异常诊断可靠地进行空燃比传感器的异常诊断。

附图说明

下面将参照附图说明本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中：

图1是大体地示出使用了根据本发明的第一实施例的控制装置的内燃发动机的视图；

图2是空燃比传感器的大体截面图；

图3是示出在各排气空燃比下传感器施加电压与输出电流之间的关系的视图；

图4是示出当施加电压一定时排气空燃比与输出电流之间的关系的视图；

图5是进行空燃比控制时的目标空燃比等的时间图；

图6是进行燃料切断控制时的目标空燃比等的时间图；

图7是示出在各排气空燃比下传感器施加电压与输出电流之间的关系的视图；

图8是内燃发动机起动时的发动机转速等的时间图；

图9是进行燃料切断控制时的目标空燃比等的时间图；

图10是示出下游侧空燃比传感器的元件温度控制的控制例程的流程图；

图11是示出高温要求标记的设定控制的控制例程的流程图；

图12是与图8相似的示出内燃发动机起动时的发动机转速等的时间图；

图13是与图9相似的示出进行燃料切断控制时的目标空燃比等的时间图；以及

图14是示出高温要求标记的设定控制的控制例程的流程图。

具体实施方式

以下将参照附图详细说明本发明的实施方式。应当指出，在以下说明中，对同样的构成要素标记同一参考标记。

<第一实施例>

<内燃发动机整体的说明>

图1是大体地示出使用了根据本发明的第一实施例的控制装置的内燃发动机的视图。在图1中，示出了发动机本体1、气缸体2、在气缸体2内进行往复运动的活塞3、固定在气缸体2上的气缸盖4、形成在活塞3与气缸盖4之间的燃烧室5、进气门6、进气口7、排气门8和排气口9。进气门6能开闭进气口7，排气门8能开闭排气口9。

如图1所示，在气缸盖4的内壁面的中央部中设置有火花塞10，在气缸盖4的内壁面的周边部设置有燃料喷射阀11。火花塞10构造成根据点火信号而产生火花。此外，燃料喷射阀11根据喷射信号而将指定量的燃料喷射到燃烧室5内。应当指出，燃料喷射阀11能构造成将燃料喷射到进气口7中。此外，在本实施例中，使用理论空燃比为14.6的汽油作为燃料。然而，在使用本发明的诊断装置的内燃发动机中也能使用其它燃料。

各气缸的进气口7分别经由对应的进气支管13与稳压罐14连接，并且稳压罐14经由进气管15与空气滤清器16连接。进气口7、进气支管13、稳压罐14和进气管15构成进气通路。此外，在进气管15中设置有通过节气门驱动致动器17驱动的节气门18。节气门18由节气门驱动致动器17旋转，因而能改变进气通路的开口面积。

另一方面，各气缸的排气口9与排气歧管19连接。排气歧管19具有与各排气口9连接的多个支管和这些支管在其中集合的集合部。排气歧管19的集合部与其中配置有上游侧排气净化催化剂20的上游侧外壳21连接。上游侧外壳21经由排气管22与其中配置有下游侧排气净化催化剂24的下游侧外壳23连接。排气口9、排气歧管19、上游侧外壳21、排气管22和下游侧外壳23构成排气通路。

电子控制单元(ECU)31由数字计算机形成，并且具有经由双向总线32彼此连接的RAM(随机存取存储器)33、ROM(只读存储器)34、CPU(微处理器)35、输入端口36和输出端口37。在进气管15中配置有用于检测在进气管15内流动的空气的流量的空气流量计39，并且空气流量计39的输出经由对应的AD变换器38输入到输入端口36。此外，在排气歧管19的集合部中配置有用于检测在排气歧管19内流动的排气(即，流入上游侧排气净化催化剂20中的排气)的空燃比的上游侧空燃比传感器40。此外，在排气管22内设置有用于检测在排气管22内流动的排气(即，从上游侧排气净化催化剂20流出并流入下游侧排气净化催化剂24中的排气)的空燃比的下游侧空燃比传感器41。空燃比传感器40、41的输出也经由相应的AD变换器38输入到输入端口36。应当指出，稍后说明这些空燃比传感器40、41的结构。

此外，生成与加速器踏板42的操作量成比例的输出电压的负荷传感器43与加速器踏板42连接，并且负荷传感器43的输出电压经由对应的AD变换器38输入到输入端口36。曲柄角传感器44每当曲轴旋转例如15度时产生输出脉冲，并且该输出脉冲输入到输入端口36。在CPU 35中，根据曲柄角传感器44的输出脉冲来计算发动机转速。另一方面，输出端口37经由相应的驱动电路45与火花塞10、燃料喷射阀11和节气门驱动致动器17连接。应当指出，ECU 31用作控制内燃发动机的控制装置。

上游侧排气净化催化剂20和下游侧排气净化催化剂24是具有氧吸收能力的三元催化剂。具体而言，排气净化催化剂20、24是使由陶瓷形成的载体载持具有催化功能的贵金属(例如，铂(Pt))和具有氧吸收能力的物质(例如，二氧化铈(CeO₂)的结构。排气净化催化剂20、24除用作在达到预定活性温度时同时净化尚未燃烧的气体(HC、CO等)和氮氧化物(NOx)的催化剂以外还发挥氧吸收能力。

根据排气净化催化剂20、24的氧吸收能力，排气净化催化剂20、24在流入排气净化催化剂20、24中的排气的空燃比比理论空燃比稀时(以下也称为“稀空燃比”)吸收排气中的氧。另一方面，排气净化催化剂20、24在流入排气净化催化剂20、24中的排气的空燃比比理论空燃比浓时(以下也称为“浓空燃比”)排出被吸收在排气净化催化剂20、24中的氧。结果，只要排气净化催化剂20、24的氧吸收能力维持，不论流入排气净化催化剂20、24中的排气的空燃比如何，从排气净化催化剂20、24流出的排气的空燃比都大致变成理论空燃比。

<空燃比传感器的说明>

在本实施例中，使用杯形的极限电流空燃比传感器作为空燃比传感器40、41。图2用于简单地说明空燃比传感器40、41的结构。空燃比传感器40、41具有固体电解质层51、配置在固体电解质层51的一个侧面上的排气侧电极52、配置在固体电解质层51的另一侧面上的大气侧电极53、对所流过的排气的扩散速度进行控制的扩散速度控制层54、基准气体室55和用于加热空燃比传感器40、41——尤其用于加热固体电解质层51(元件)的加热部56。

尤其在本实施例中的杯形的空燃比传感器40、41中，固体电解质层51形成为呈一端封闭的圆筒状。大气气体(空气)被导入在杯形的空燃比传感器40、41内部界定出的基准气体室55中，并且配置了加热部56。大气侧电极53配置在固体电解质层51的内表面上，并且排气侧电极52配置在固体电解质层51的外表面上。扩散速度控制层54配置在固体电解质层51和排气侧电极52的外表面上以便覆盖它们。应当指出，在扩散速度控制层54的外侧能设置有用于防止液体等附着于扩散速度控制层54的表面上的保护层(未示出)。

固体电解质层由已将CaO、MgO、Y₂O₃、Yb₂O₃等作为稳定剂分配给ZrO₂(二氧化锆)、HfO₂、ThO₂、Bi₂O₃等的氧离子导电氧化物的烧结体形成。此外，扩散速度控制层54由诸如氧化铝、氧化镁、硅石、尖晶石和莫来石的耐热无机物质的多孔烧结体形成。此外，排气侧电极52和大气侧电极53由诸如铂的催化剂活性高的贵金属形成。

此外，传感器施加电压V通过装设在ECU 31上的施加电压控制装置60施加在排气侧电极52与大气侧电极53之间。此外，在ECU 31上设置有用于检测在施加传感器施加电压时经由固体电解质层51在这些电极52、53之间流动的电流I的电流检测装置61。通过电流检测装置61检测出的电流是空燃比传感器40、41的输出电流。

以此方式形成的空燃比传感器40、41具有如图3所示的电压-电流(V-I)特性。从图3可见，排气空燃比越大(越稀)，输出电流I就越大。此外，在各排气空燃比下的V-I线中，存在平行于V轴的区域，也就是即使传感器施加电压变化输出电流也不变化的区域。该电压区域称为极限电流区域，并且此时的电流称为极限电流。在图3中，排气空燃比为18时的极限电流区域和极限电流分别通过W₁₈和I₁₈表示。

另一方面，在传感器施加电压比极限电流区域低的区域中，输出电流与传感器施加电压成比例地变化。以下将这种区域称为比例区域。此时的斜率由固体电解质层51的直流元件电阻决定。此外，在传感器施加电压比极限电流区域高的区域中，输出电流随着传感器施加电压的增加而增加。在此区域中，由于在排气侧电极52上产生排气等中包含的水分的分解的情形，所以输出电压与传感器施加电压的变化对应地变化。以下将这种区域称为水分解区域。

图4是示出施加电压恒定在约0.45V时的排气空燃比与输出电流I之间的关系的视图。从图4可见，在空燃比传感器40、41中，排气空燃比越大(即，越稀)，来自空燃比传感器40、41的输出电流I就越大。此外，空燃比传感器40、41构造成使得当排气空燃比为理论空燃比时输出电流I变成零。

应当指出，在上述例子中，使用具有如图2所示的结构的极限电流型的空燃比传感器作为空燃比传感器40、41。然而，能使用诸如层叠型的极限电流式空燃比传感器的具有另一结构的极限电流式的空燃比传感器，或诸如不是极限电流式的空燃比传感器的任意类型空燃比传感器，作为上游侧空燃比传感器40。

<基本控制>

在这样构成的内燃发动机中，基于两个空燃比传感器40、41的输出通过使流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比基于发动机运转状态而变成最佳空燃比来设定来自燃料喷射阀11的燃料喷射量。作为这种设定燃料喷射量的方法，能列举以下方法：基于上游侧空燃比传感器40的输出通过使流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比(或从发动机本体流出的排气的空燃比)变成目标空燃比来进行反馈控制。此外，基于下游侧空燃比传感器41的输出来修正上游侧空燃比传感器40的输出或变更目标空燃比。

参照图5，简单地说明这种目标空燃比的控制的例子。

图5是内燃发动机的通常运转期间的目标空燃比AFT、上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup、上游侧排气净化催化剂的氧吸收量OSA和下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn的时间图。应当指出，“输出空燃比”指与空燃比传感器的输出对应的空燃比。此外，用语“通常运转(通常控制)”指尚未经历根据内燃发动机的特定运转状态来调节燃料喷射量的控制(例如，在装设了内燃发动机的车辆加速时进行的燃料喷射量的增量修正、后述燃料切断控制等)的运转状态(控制状态)。

在如图5所示的例子中，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn低于浓判定基准空燃比(例如，14.55)时，目标空燃比被设定为并维持为稀设定空燃比AFTlean(例如，15)。然后，推定上游侧排气净化催化剂20的氧吸收量，并且当推定值变成在预定的判定基准吸收量Cref(比最大可吸收氧量Cmax少的量)以上时，将目标空燃比设定并维持为浓设定空燃比AFTrich(例如，14.4)。在如图5所示的例子中，重复这种操作。

具体而言，在如图5所示的例子中，在时刻t₁之前，目标空燃比AFT是浓设定空燃比AFTrich，并且与此同时，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup也变成浓空燃比。此外，由于氧被吸收到上游侧排气净化催化剂20中，所以下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn大致变成理论空燃比(14.6)。此时，流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比变成浓空燃比，因此上游侧排气净化催化剂20的氧吸收量逐渐减少。

然后，在时刻t₁，上游侧排气净化催化剂20的氧吸收量接近零，因而流入上游侧排气净化催化剂20中的尚未燃烧的部分气体开始在未被上游侧排气净化催化剂20净化的情况下流出。结果，在时刻t₂，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变成比理论空燃比稍浓的浓判定基准空燃比AFrich，并且此时，目标空燃比从浓设定空燃比AFTrich切换为稀设定空燃比AFTlean。

借助于目标空燃比的切换，流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比变成稀空燃比，并且尚未燃烧的气体的流出减少或停止。此外，上游侧排气净化催化剂20的氧吸收量OSA逐渐增加，并且在时刻t₃达到判定基准吸收量Cref。这样，当氧吸收量达到判定基准吸收量Cref时，目标空燃比再次从稀设定空燃比AFTlean切换为浓设定空燃比AFTrich。借助于目标空燃比的切换，流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比再次变成浓空燃比。结果，上游侧排气净化催化剂20的氧吸收量逐渐减少，并且此后这种操作重复。通过进行这种控制，能防止NOx从上游侧排气净化催化剂20流出。

应当指出，在通常运转期间进行的空燃比的控制不必局限于如上所述的基于上游侧空燃比传感器40和下游侧空燃比传感器41的输出的控制。该控制可以是任意控制，只要它是基于空燃比传感器40、41的输出的控制即可。因此，例如，作为在通常运转期间进行的控制，能进行将目标空燃比固定为理论空燃比、通过使上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup变成理论空燃比来进行反馈控制并且基于下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFup来修正上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup的控制。

此外，在本实施例的内燃发动机中，当装设了该内燃发动机的车辆减速等时，执行在内燃发动机的动作中使来自燃料喷射阀11的燃料喷射停止或大幅减少以使对燃烧室5的燃料供给停止或大幅减少的燃料切断控制。这种燃料切断控制在开始燃料切断的预定条件成立时开始。具体而言，例如，当加速器踏板42的操作量为零或大致为零(即，发动机负荷为零或大致为零)并且发动机转速在比怠速运转期间的转速高的预定转速以上时执行燃料切断控制。

当进行燃料切断控制时，空气或与空气相似的排气从内燃发动机排出，因此空燃比极大(即，稀程度极高)的气体流入上游侧排气净化催化剂20中。结果，在燃料切断控制期间，大量氧流入上游侧排气净化催化剂20中，并且上游侧排气净化催化剂20的氧吸收量达到最大可吸收氧量。

此外，在本实施例的内燃发动机中，为了在燃料切断控制期间排出被吸收在上游侧排气净化催化剂20中的氧，在燃料切断控制恰好完成之后，进行使流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃变成比浓设定空燃比浓的恢复后浓空燃比的恢复后浓控制。

<空燃比传感器的异常诊断>

然而，如上所述，空燃比传感器40、41随着其使用而劣化，并且空燃比传感器40、41中有时将产生异常。当空燃比传感器40、41中产生异常时，其输出的精度变差，由此无法适当地控制来自燃料喷射阀11的燃料喷射量。结果，将导致排气排放的恶化或燃料利用率的恶化。因此，内燃发动机的大部分控制装置进行通过控制装置自身诊断空燃比传感器40、41的异常的异常诊断控制。

作为这种异常诊断控制，可列举例如在燃料切断控制期间进行的控制。具体而言，基于燃料切断控制开始时和燃料切断控制完成时的空燃比传感器40、41的输出空燃比的转变来进行异常诊断。

图6是进行燃料切断控制时的目标空燃比AFT、上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup、上游侧排气净化催化剂20的氧吸收量OSA和下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn的时间图。在如图6所示的例子中，燃料切断控制在时刻t₁开始(FC标记为ON)，并且燃料切断控制在时刻t₃完成(FC标记为OFF)。

在如图6所示的例子中，在燃料切断控制在时刻t₁开始之前进行如上所述的通常运转期间的空燃比控制。在时刻t₁，当燃料切断控制开始时，稀程度大的稀空燃比的气体从发动机本体1排出，因而上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup急剧上升。此时，流入上游侧排气净化催化剂20中的排气中的氧被吸收在上游侧排气净化催化剂20中，因此上游侧排气净化催化剂20的氧吸收量增加，另一方面，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn依然是理论空燃比。

然后，在时刻t₂，当上游侧排气净化催化剂20的氧吸收量达到最大可吸收氧量(Cmax)时，上游侧排气净化催化剂20无法进一步吸收氧。相应地，在时刻t₂之后，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn也急剧上升。

在时刻t₃，当燃料切断完成条件成立时，燃料切断控制完成。作为燃料切断完成条件，例如可列举加速器踏板42的操作量变成在预定值以上的情况(即，发动机负荷变成一定程度的值的情况)或发动机转速变成在比怠速期间的转速高的预定转速以下的情况。

当燃料切断控制完成时，进行恢复后浓控制以便在燃料切断控制期间排出被吸收在上游侧排气净化催化剂20中的氧。在恢复后浓控制中，流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的目标空燃比被设定为比浓设定空燃比AFTrich浓的恢复后浓空燃比AFTrt。与此同时，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup变成浓空燃比，并且上游侧排气净化催化剂20的氧吸收量OSA逐渐减少。此时，即使使具有浓空燃比的排气流入上游侧排气净化催化剂20中，由于被吸收在上游侧排气净化催化剂20中的氧与排气中尚未燃烧的气体反应，所以从上游侧排气净化催化剂20排出的排气的空燃比也大致变成理论空燃比。因此，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn大致变成理论空燃比。

当氧吸收量连续减少时，氧吸收量最终变成大致为零，并且尚未燃烧的气体从上游侧排气净化催化剂20流出。因而，在时刻t₄，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变成在浓判定空燃比AFrich以下。这样，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn达到在浓判定空燃比AFrich以下的空燃比时，恢复后浓控制完成。然后，通常运转期间的空燃比控制开始，并且在如图6所示的例子中，通过将流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比交替地设定为浓空燃比和稀空燃比来进行该控制。

在下游侧空燃比传感器41中未发生异常的情况下，当这样进行燃料切断控制时，如图6中通过实线所示，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn伴随着燃料切断控制的开始而从理论空燃比急剧变化为稀空燃比。此外，伴随着燃料切断控制的完成，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn从稀空燃比急剧变化为理论空燃比。

另一方面，在下游侧空燃比传感器41中发生异常的情况下，尤其在发生响应速度下降的异常的情况下，如图6中通过虚线所示，当燃料切断控制开始时，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn上升的速度不快。类似地，当燃料切断控制完成时，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn下降的速度不快。亦即，在下游侧空燃比传感器41中发生响应速度下降的异常的情况下，与未发生异常的情况相比，当燃料切断控制开始和结束时下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn上升和下降的速度变慢。

因此，在本实施例中，在燃料切断控制开始之后，检测下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn从低基准空燃比AFlow(例如15.5)达到高基准空燃比AFhigh(例如，18)所耗费的时间(以下称为“上升时间”)Δtup。在这样检测出的上升时间Δtup比预定基准上升时间短的情况下，判定为下游侧空燃比传感器41中未发生异常。另一方面，在这样检测出的上升时间Δtup在预定基准上升时间以上的情况下，判定为下游侧空燃比传感器41中发生了异常。

类似地，在本实施例中，在燃料切断控制完成之后，检测下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn从高基准空燃比AFhigh达到低基准空燃比AFlow所耗费的时间(以下称为“下降时间”)Δtdwn。在这样检测出的下降时间Δtdown比预定基准下降时间短的情况下，判定为下游侧空燃比传感器41中未发生异常。另一方面，在这样检测出的下降时间Δtdwn在预定基准下降时间以上的情况下，判定为下游侧空燃比传感器41中发生了异常。

这样进行异常诊断的结果是，例如，在判定为下游侧空燃比传感器41中发生了异常的情况下点亮告知使用者下游侧空燃比传感器41的异常的警告灯。

应当指出，在上述例子中，仅说明了下游侧空燃比传感器41的异常诊断，但也能进行上游侧空燃比传感器40的异常诊断。此外，空燃比传感器40、41的异常诊断可以是响应速度下降的异常以外的其它异常的诊断。尤其在空燃比传感器40、41的异常诊断控制中，除异常诊断以外能进行通过另一种方法的控制或能以不同方式分开进行通过另一种方法的控制，只要该控制在燃料切断控制的期间或之前或之后进行即可。作为这些控制之一，例如能列举检测在燃料切断控制期间最终收敛的下游侧空燃比传感器41的输出空燃比的控制。这种情况下，基于燃料切断控制期间的收敛输出空燃比来修正低基准空燃比或高基准空燃比。

<异常诊断的问题>

然而，空燃比传感器40、41的电压-电流(V-I)特性与温度对应地变化。该情形如图7所示。图7中的实线表示空燃比传感器40、41的元件温度为600℃时的电压-电流特性，并且图7中的虚线表示空燃比传感器40、41的元件温度为700℃时的电压-电流特性。

从图7可见，关于比例区域的斜率，元件温度为700℃时的斜率大于元件温度为600℃时的斜率。结果，例如，在根据电流I如图7中的A那样对空燃比传感器40、41的传感器施加电压进行反馈控制的情况下，当元件温度为700℃时，甚至能通过空燃比传感器40、41检测大气气体的空燃比。然而，在像A那样对传感器施加电压进行反馈控制的情况下，当元件温度为600℃时，在极限电流区域中尚未检测出大气气体的空燃比或稀程度比较高的稀空燃比。结果，无法通过空燃比传感器40、41正确地检测出大气气体或稀程度比较高的稀空燃比的排气的空燃比。

另一方面，当根据电流I如图7中的B那样对空燃比传感器40、41的传感器施加电压进行反馈控制时，在检测出大气气体的区域(图7中的C)中，传感器施加电压上升。因此，在固体电解质层51中产生所谓的变黑。因此，如图7中的B那样对传感器施加电压进行反馈控制的情况不现实。

因而，为了正确地监测大气气体或稀程度比较高的稀空燃比的排气的空燃比，要求空燃比传感器40、41的元件温度应当在700℃以上。然而，为了始终维持空燃比传感器40、41的元件温度在700℃以上，通过加热部56加热固体电解质层51而消耗的电力变大。

另一方面，还考虑使空燃比传感器40的元件温度通常为约600℃，并且仅在进行空燃比传感器40、41的异常诊断时通过加热部56使元件温度上升至约700℃。然而，使空燃比传感器40、41的元件温度从约600℃上升至约700℃将耗费一定时间。因此，即使伴随着燃料切断控制的开始进行空燃比传感器40、41的加热，燃料切断控制几乎在元件温度达到700℃之前完成。结果，上述异常诊断控制无法在空燃比传感器40、41的温度高的状态下进行，因而无法正确地进行空燃比传感器40、41的异常诊断。

<本发明的温度控制>

因此，在本实施例中，通过使空燃比传感器40、41的元件温度变成目标元件温度来对空燃比传感器40、41的加热部56的加热量进行反馈控制。此外，在本实施例中，从预定升温在发动机起动之后开始时到预定升温在空燃比传感器40、41的异常诊断控制完成之后完成时的升温时段期间的目标元件温度被设定为比该升温时段以外的目标元件温度高。

图8是内燃发动机起动时的发动机转速NE、进气量Ga、下游侧空燃比传感器41周围的排气管的温度Tex、发动机冷却水的温度Tw、高温要求标记、下游侧空燃比传感器41的阻抗IPdwn、下游侧空燃比传感器41每单位时间的加热量Q和下游侧空燃比传感器41的元件温度Tdwn的时间图。高温要求标记在要求下游侧空燃比传感器41的元件温度应当比通常温度高时被设定为ON，而在其它情况下被设定为OFF。

应当指出，下游侧空燃比传感器41的阻抗IPdwn(更正确地，下游侧空燃比传感器41的固体电解质层51(元件)的阻抗)根据固体电解质层51的温度而变化。具体而言，固体电解质层51的温度越高，固体电解质层51的阻抗越低。因此，在本实施例中，为了使下游侧空燃比传感器41的元件温度变成目标元件温度，通过使下游侧空燃比传感器41的实际阻抗IPRdwn变成与目标元件温度对应的目标阻抗IPTdwn来进行反馈控制。

此外，在本实施例中，检测固体电解质层51(元件)的阻抗以便检测下游侧空燃比传感器41的温度。通过对固体电解质层51施加预定频率的交流电压并且基于伴随其流入固体电解质层51中的交流电流的大小来进行固体电解质层51的阻抗的检测。交流电压的施加能使用电极52、53进行，或通过其它方法进行。

在如图8所示的例子中，在时刻t₁，点火开关被设定为开启。因此，在时刻t₁，发动机转速NE上升，并且供给到燃烧室5内的排气的进气量Ga增大。此外，在时刻t₁之后，从燃烧室5排出的排气经过排气通路，因此下游侧空燃比传感器41周围的排气管22的温度Tex逐渐上升。此外，在时刻t₁之后，燃烧室5中产生燃烧，因此发动机冷却水的温度Tw逐渐上升。

然而，在时刻t₁，即使点火开关开启并且内燃发动机起动，也不设定目标阻抗IPTdwn。结果，通过加热部56产生的下游侧空燃比传感器41的加热量仍维持为零。此外，下游侧空燃比传感器41的元件温度由于排气的通过而稍微上升，但由于不进行基于加热部56的加热，所以不会发生明显变化。

然后，下游侧空燃比传感器41周围的排气管22的温度Tex由于从发动机本体1排出的排气而逐渐上升，并且在时刻t₂上升至基准管温度Texref。基准管温度Texref在水的露点以上，并且优选在沸点以上。在时刻t₂，当排气管22的温度Tex达到基准管温度Texref时，下游侧空燃比传感器41的目标阻抗IPTdwn被设定为低值，因而下游侧空燃比传感器41的元件的加热开始。此时的下游侧空燃比传感器41的目标元件温度被设定为比较高的温度(以下称为“高设定温度”，例如，700℃)，并且目标阻抗IPTdwn被设定与高设定温度对应的高温对应阻抗(比较低的阻抗)。即，在本实施例中，当下游侧空燃比传感器41的元件的加热开始时开始将目标元件温度设定为高设定温度。应当指出，也可在下游侧空燃比传感器41的元件的加热开始之后开始将目标元件温度设定为高设定温度。

此外，在如图8所示的例子中，在时刻t₃，尽管目标阻抗IPTdwn维持恒定，下游侧空燃比传感器41的加热部56的加热量也下降。加热量以此方式降低，以防止加热部56过度升温。即，加热部56与固体电解质层51相比总体上变成高温，因此当以完整的加热量进行加热时，加热部56的温度本身将变成极限温度以上的高温。因此，在本实施例中，下游侧空燃比传感器41的加热部56的加热量在时刻t₃下降，由此防止了加热部56过度升温至极限温度以上的温度的情况。

这样，在本实施例中，在内燃发动机起动之后并且当下游侧空燃比传感器41周围的排气管22的温度Tex变成在基准管温度Texref以上时，通过加热部56的加热开始。此外，此时的目标元件温度TTdwn被设定为比通常温度高的高设定温度。

应当指出，在本实施例中，不一定要检测排气管22的温度Tex，并且也可基于其它参数来推定排气管22的温度Tex。因此，加热例如能在内燃发动机起动之后经过的时间或内燃发动机起动之后的进气量Ga在预定值以上时开始。

图9是发动机起动之后的初始燃料切断控制的目标空燃比、上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup、下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn、RL诊断完成标记、LR诊断完成标记、高温要求标记、下游侧空燃比传感器41的阻抗IPdwn和下游侧空燃比传感器41的元件温度Tdwn的时间图。RL诊断完成标记是指示当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn从浓空燃比或理论空燃比变成稀空燃比时——即在燃料切断控制刚刚开始之后——下游侧空燃比传感器41的异常诊断是否完成的标记。类似地，LR诊断完成标记是指示当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn从稀空燃比变成理论空燃比或浓空燃比时——即在燃料切断控制刚刚结束之后——下游侧空燃比传感器41的异常诊断是否完成的标记。

在如图9所示的例子中，在时刻t₁，当如上所述的燃料切断控制开始条件成立时，燃料切断控制开始。当燃料切断控制开始时，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup急剧上升并且然后稍微放慢，并且下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn也上升。当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn伴随着燃料切断控制的开始而上升时，如图6所示检测上升时间Δtup，并且基于上升时间Δtup来进行下游侧空燃比传感器41的异常诊断。尤其在时刻t₂，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn达到高基准空燃比AFhigh时，计算上升时间Δtup，并且输出空燃比AFdwn上升期间的下游侧空燃比传感器41的异常诊断完成。因此，在时刻t₂，RL诊断完成标记被设定为ON。

在如图9所示的例子中，然后，在时刻t₃，燃料切断控制完成条件成立，并且燃料切断控制完成。当燃料切断控制完成时，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup急剧下降并且然后稍微放慢，并且下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn也下降。当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn伴随着燃料切断控制的完成而下降时，如图6所示检测下降时间Δtdwn，并且基于下降时间Δtdwn来进行下游侧空燃比传感器41的异常诊断。尤其在时刻t₄，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn达到低基准空燃比AFlow时，计算下降时间Δtdwn，并且输出空燃比AFdwn下降期间的下游侧空燃比传感器41的异常诊断完成。因此，在时刻t₄，LR诊断完成标记被设定为ON。

因此，在如图9所示的例子中，在时刻t₄，在燃料切断控制期间进行的下游侧空燃比传感器41的异常诊断全部完成。因此，在本实施例中，在时刻t₄，下游侧空燃比传感器41的目标阻抗IPTdwn从高温对应阻抗上升到通常温度对应阻抗(不是很低的阻抗)。即，下游侧空燃比传感器41的目标元件温度TTdwn从高设定温度(例如，700℃)下降至不是很高的温度(以下称为“通常设定温度”，例如，600℃)。与此同时，在时刻t₄之后，下游侧空燃比传感器41的实际阻抗IPRdwn逐渐上升，并且不久后收敛于通常温度对应阻抗。因此，在时刻t₄之后，下游侧空燃比传感器41的实际元件温度逐渐下降，并且不久后收敛于比较低的温度。

这样，在本实施例中，在于燃料切断控制期间进行的下游侧空燃比传感器41的异常诊断控制完成之前，目标元件温度被设定为高设定温度，并且当异常诊断完成时，目标元件温度下降至通常设定温度。因此，在异常诊断控制完成之前能将下游侧空燃比传感器41的元件温度上升的时间限制为短时间，由此能将消耗的电力抑制为比较少的量。此外，在燃料切断控制开始之前，下游侧空燃比传感器41的元件温度被设定为比较高的温度。因此，抑制了当进行下游侧空燃比传感器41的异常诊断控制时下游侧空燃比传感器41的温度未充分上升的情况。

应当指出，在本实施例中，高设定温度不必为约700℃，并且允许它是当大气气体在空燃比传感器周围循环时空燃比传感器能输出极限电流的温度。即，在如图7中的A所示施加电压的情况下，允许该温度是直线A和大气压时的电压-电流曲线在极限电流区域中相交处的温度。另一方面，在本实施例中，通常设定温度不必是约600℃，并且允许它是在内燃发动机的通常运转期间的空燃比的通常获得范围(例如，13-17)中能在极限电流区域中进行空燃比的检测的温度。

<流程图>

图10是示出下游侧空燃比传感器41的元件温度控制的控制例程的流程图。如图10所示的控制例程以一定时间间隔执行。

首先，在步骤S11中，推定下游侧空燃比传感器41周围的排气管22的温度Tex。例如，基于发动机起动之前的冷却水温度Tw、发动机起动之后经过的时间等来推定下游侧空燃比传感器41周围的排气管22的温度Tex。接下来，在步骤S12中，判定排气管22的温度Tex是否低于基准管温度Texref。在步骤S12中，在判定为排气管22的温度Tex低于基准管温度Texref的情况下，进入步骤S13。在步骤S13中，加热部56的作动维持在停止状态。因此，不通过加热部56对下游侧空燃比传感器41进行加热。

然后，当排气管22的温度Tex逐渐上升而达到基准管温度Texref以上的温度时，进入步骤S14。在步骤S14中，判定后述标记设定控制中设定的高温要求标记是否为ON。在高温要求标记为ON的情况下，进入步骤S15，并且将目标阻抗IPTdwn设定为高温对应阻抗。因而，下游侧空燃比传感器41的目标元件温度TTdwn被设定为高设定温度。另一方面，在步骤S14中，在判定为高温要求标记为OFF的情况下，进入步骤S16。在步骤S16中，将目标阻抗IPTdwn设定为通常温度对应阻抗。因而，下游侧空燃比传感器41的目标元件温度TTdwn被设定为通常设定温度。

图11是示出高温要求标记的设定控制的控制例程的流程图。如图11所示的控制例程以一定时间间隔执行。

如图11所示，首先，在步骤S21中，判定起动标记是否为OFF。起动标记是在点火开关开启的时段期间被设定为ON并且在其它情况下被设定为OFF的标记。在点火开关关闭并且内燃发动机尚未起动的情况下，进入步骤S22。在步骤S22中，将高温要求标记设定为ON。接下来，在步骤S23中，判定点火开关是否变成开启。在点火开关关闭的情况下，进入步骤S24，并且起动标记仍维持为OFF。另一方面，在于步骤S23中判定为点火开关变成开启的情况下进入步骤S25。在步骤S25中，将起动标记设定为ON，并且控制例程结束。

当起动标记被设定为ON时，在以下控制例程中，从步骤S21进入步骤S26。在步骤S26中，判定点火开关是否仍维持为开启。在判定为点火开关仍维持为开启的情况下，进入步骤S27。在步骤S27中，判定下游侧空燃比传感器41的异常诊断是否完成。尤其在步骤S27中，判定伴随着燃料切断控制进行的异常诊断是否完成。在于步骤S27中判定为下游侧空燃比传感器41的异常诊断尚未完成的情况下，进入步骤S28。在步骤S28中，将高温要求标记设定为ON，并且控制例程结束。结果，在如图10所示的温度控制中，目标阻抗IPTdwn被设定为高温对应阻抗，并且下游侧空燃比传感器41的目标元件温度TTdwn被设定为高设定温度。

另一方面，在步骤S27中，在判定为下游侧空燃比传感器41的异常诊断完成的情况下，进入步骤S29。在步骤S29中，将高温要求标记设定为OFF，并且控制例程结束。结果，在如图10所示的温度控制中，目标阻抗IPTdwn被设定为通常温度对应阻抗，并且下游侧空燃比传感器41的目标元件温度TTdwn被设定为通常设定温度。

然后，当点火开关关闭时，在随后的控制例程中，从步骤S26进入步骤S30。在步骤S30中，将起动标记设定为OFF。接下来，在步骤S31中，将高温要求标记设定为ON，并且控制例程结束。

<第二实施例>

接下来，将参照图12至图14说明本发明的第二实施例。第二实施例的内燃发动机的控制装置的结构和控制与第一实施例的内燃发动机的控制装置的结构和控制基本相同。然而，在第二实施例的控制装置中，在升温时段期间的升温开始时间和升温完成时间与第一实施例的控制装置中的各时间不同。

图12是与图8相似的示出内燃发动机起动时的发动机转速等的时间图。在如图12所示的例子中，在时刻t₁，点火开关被设定为开启。因此，在时刻t₁之后，下游侧空燃比传感器41周围的排气管22的温度Tex逐渐上升，并且发动机冷却水的温度Tw也逐渐上升。此外，在如图12所示的例子中，在排气管22的温度Tex在时刻t₂上升到基准管温度Texref之前，尚未设定目标阻抗IPTdwn。结果，加热部56对下游侧空燃比传感器41的加热量仍维持为零。

然后，下游侧空燃比传感器41周围的排气管22的温度Tex由于从发动机本体1排出的排气而逐渐上升，并且在时刻t₂上升至基准管温度Texref。在时刻t₂，当排气管22的温度Tex达到基准管温度Texref时，下游侧空燃比传感器41的目标阻抗IPTdwn被设定为通常温度对应阻抗，因而下游侧空燃比传感器41的加热开始。因此，此时的下游侧空燃比传感器41的目标元件温度TTdwn被设定为通常设定温度。当目标阻抗IPTdwn被设定为通常温度对应阻抗时，下游侧空燃比传感器41的实际元件温度TRdwn逐渐上升，并且与此同时，下游侧空燃比传感器41的实际阻抗IPRdwn逐渐下降。

此外，发动机冷却水的温度Tw也伴随着自内燃发动机起动以来的经过时间而上升。在如图12所示的例子中，在时刻t₄，发动机冷却水的温度Tw变成在基准水温Twref以上的温度。

这里简单说明基准水温Twref。作为下游侧空燃比传感器41的异常诊断控制执行条件，可列举各种条件。具体而言，当执行燃料切断控制、发动机冷却水的温度Tw在下限水温以上、未检测出诸如蓄电池的电压下降或断线的异常、外部大气压在低于标准大气压的预定压力以上等时，异常诊断控制执行条件成立。蓄电池的电压等是否异常和与外部气压相关的条件是否成立在发动机起动时进行判定；相反，关于与发动机冷却水的温度Tw相关的条件的成立，从发动机起动起需要一定时间。因此，如果燃料切断控制执行条件被排除，则与发动机冷却水的温度Tw相关的条件能被表述为在发动机起动之后最迟成立的条件。即，如果蓄电池的电压等异常或与外部气压相关的条件成立，则当发动机冷却水的温度Tw变成在下限水温以上的温度时，燃料切断控制执行条件以外的异常诊断控制执行条件成立。

此外，在本实施例中，在时刻t₄，当发动机冷却水的温度Tw变成与下限水温相同或在低于下限水温的基准水温Twref以上的温度时，目标元件温度TTdwn被设定为高设定温度。与此同时，目标阻抗IPTdwn被设定为与高设定温度对应的高温对应阻抗。当目标阻抗IPTdwn被设定为高温对应阻抗时，下游侧空燃比传感器41的实际元件温度TRdwn朝高设定温度上升，并且与此同时，下游侧空燃比传感器41的实际阻抗IPRdwn逐渐下降。

这样，在本实施例中，在内燃发动机起动之后并且当下游侧空燃比传感器41周围的排气管22的温度Tex变成在基准管温度Texref以上时，基于加热部56的加热开始。此时的目标元件温度TTdwn被设定为通常目标元件温度。然后，当发动机冷却水的温度Tw变成在基准水温以上的温度时，目标元件温度TTdwn被设定为比通常温度高的高设定温度。因此，根据本实施例，下游侧空燃比传感器41的温度上升至高设定温度的时间能被延迟至燃料切断控制执行条件以外的异常诊断控制执行条件成立或即将成立之前的时间。结果，能将伴随着下游侧空燃比传感器41的加热而消耗的电力抑制为比较少的量。

应当指出，在上述实施例中，当发动机冷却水的温度变成在基准管温度以上时，使目标元件温度上升，并且使目标阻抗下降。然而，只要燃料切断控制执行条件以外的异常诊断控制执行条件成立就允许目标元件温度上升，而不必是在发动机冷却水的温度变成在基准管温度以上时。例如，异常诊断控制执行条件之一包括在内燃发动机中循环的润滑油的油温变成在指定温度以上，并且在燃料切断控制执行条件以外的上述条件最后成立的情况下在润滑油的油温变成在预定温度以上时使目标元件温度上升。

图13是与图9相似的示出发动机起动之后的初始燃料切断控制中的目标空燃比等的时间图。在如图13所示的例子中，在时刻t₁，燃料切断控制开始。与此同时，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup急剧上升，并且然后下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn急剧上升。此时，进行下游侧空燃比传感器41的异常诊断，并且在异常诊断完成的时刻t₂，RL诊断完成标记被设定为ON。然后，在时刻t₃，燃料切断控制完成。与此同时，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup急剧下降，并且然后下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn也下降。在此期间，进行下游侧空燃比传感器41的异常诊断，并且在异常诊断完成的时刻t₄，LR诊断完成标记被设定为ON。

因此，在如图9所示的例子中，在时刻t₄，在燃料切断控制期间进行的下游侧空燃比传感器41的异常诊断全部完成。然而，在本实施例中，在时刻t₄，下游侧空燃比传感器41的目标元件温度TTdwn未下降至低设定温度，而是仍维持为高设定温度。相应地，下游侧空燃比传感器41的目标阻抗IPTdwn也维持比较低。

在燃料切断控制完成之后，当目标空燃比AFT被设定为恢复后浓空燃比AFTrt时，下游侧排气净化催化剂24的氧吸收量OSA减少至大致零，并且与此同时，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn下降至浓设定空燃比AFrich以下。在本实施例中，当输出空燃比AFdwn下降至浓设定空燃比AFrich以下时，下游侧空燃比传感器41的目标阻抗IPTdwn从高温对应阻抗上升到通常温度对应阻抗。即，下游侧空燃比传感器41的目标元件温度TTdwn从高设定温度下降至低设定温度。与此同时，在时刻t₅之后，下游侧空燃比传感器41的实际元件温度TRdwn逐渐下降，并且不久后收敛于低设定温度。因此，在时刻t₅之后，下游侧空燃比传感器41的实际阻抗IPTdwn逐渐上升，并且不久后收敛于通常温度对应阻抗。

这样，在本实施例中，在燃料切断控制之后进行恢复后浓控制的结果是，目标元件温度TTdwn被设定为比通常温度高的温度，直至下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn下降至浓判定空燃比AFrich以下的温度。以下内容说明这样设定的目标元件温度TTdwn的优点。

当在燃料切断控制之后进行恢复后浓控制时，如图6所示，上游侧排气净化催化剂20的氧吸收量从最大可吸收氧量Cmax逐渐减少。此外，当上游侧排气净化催化剂20的氧吸收量变成大致零时，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn达到浓判定空燃比AFrich。因此，从恢复后浓控制开始到下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变成在浓判定空燃比AFrich以下时流入上游侧排气净化催化剂20中的过剩氧的累计量(以下称为“累计氧过剩量”)对应于上游侧排气净化催化剂20的最大可吸收氧量Cmax。应当指出，流入上游侧排气净化催化剂20中的过剩氧指流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比即将变成理论空燃比时的过剩氧量。

这里，一般而言，在具有氧吸收能力的排气净化催化剂中，但其劣化程度大时，最大可吸收氧量Cmax下降。因此，能通过检测最大可吸收氧量Cmax来监测排气净化催化剂的劣化程度。因此，能通过计算恢复后浓控制期间的累计氧过剩量来检测排气净化催化剂的劣化程度。

然而，在恢复后浓控制期间，当下游侧空燃比传感器41的实际元件温度TRdwn变化时，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn有时将伴随该变化变得不稳定。结果，尽管在上游侧排气净化催化剂20中实际上吸收了一定量的氧，但也存在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变成在浓判定空燃比以下的情况。这种情况下，无法正确地检测上游侧排气净化催化剂20的劣化程度。关于这一点，在本实施例中，下游侧空燃比传感器41的实际元件温度TRdwn仍维持高并且恒定，直至下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变成在浓判定空燃比以下。因此，能正确地检测出上游侧排气净化催化剂20的劣化程度。

应当指出，在本实施例中，上游侧排气净化催化剂20的劣化程度的诊断——即异常诊断——在恢复后浓度控制期间进行。具体而言，从恢复后浓控制开始时的时刻t₃到下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变成在浓设定空燃比以下的时刻t₅进行上游侧排气净化催化剂20的异常诊断。因此，如图13所示，在时刻t₅，催化剂异常完成标记被设定为ON，并且与此同时，下游侧空燃比传感器41的目标元件温度TTdwn从高设定温度下降至低设定温度。

<流程图>

图14是示出高温要求标记的设定控制的控制例程的流程图。如图14所示的控制例程以一定时间间隔执行。

如图14所示，首先，在步骤S41中，判定异常诊断是否完成。这里，异常诊断不仅是指下游侧空燃比传感器41的异常诊断，而且还指上游侧排气净化催化剂20的异常诊断。因此，在步骤S41中，当下游侧空燃比传感器41的异常诊断和上游侧排气净化催化剂20的异常诊断完成时，判定为异常诊断完成。另一方面，当下游侧空燃比传感器41的异常诊断和上游侧排气净化催化剂20的异常诊断均未完成或仅一者完成时，判定为异常诊断尚未完成。在步骤S41中，在判定为异常诊断尚未完成的情况下，进入步骤S42。

在步骤S42中，判定高温要求标记是否为OFF。在判定为高温要求标记由于发动机刚刚起动等原因而为OFF时，进入步骤S43。在步骤S43中，判定发动机冷却水的温度Tw是否在基准水温Twref以上。在判定为发动机冷却水的温度Tw由于从内燃发动机的冷起动起经过的时间不多的原因而低于基准水温Twref的情况下，进入步骤S45。在步骤S45中，仍将高温要求标记设定为OFF，并且控制例程结束。另一方面，在于步骤S43中判定为发动机冷却水的温度Tw在基准水温Twref以上的情况下，进入步骤S44。在步骤S44中，将高温要求标记设定为ON，并且控制例程结束。

当高温要求标记被设定为ON时，在接下来的控制例程中，在步骤S42中判定为高温要求标记未变成OFF，并且跳过步骤S43。因此，从步骤S42进入步骤S44，并且继续将高温要求标记设定为ON。

然后，当下游侧空燃比传感器41的异常诊断和上游侧排气净化催化剂20的异常诊断完成时，从步骤S41进入步骤S45，并且将高温要求标记设定为OFF。这里，在本实施例中，燃料切断控制和恢复后浓控制在发动机起动之后进行，并且此后，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变成在浓判定空燃比AFrich以下时，判定为异常诊断完成。

<其它修改例>

应当指出，在第一实施例中，当下游侧空燃比传感器41周围的排气管22的温度Tex上升至基准管温度Texref时，下游侧空燃比传感器41的目标元件温度被设定为高设定温度。此外，在第二实施例中，当燃料切断控制执行条件以外的异常诊断控制执行条件成立时，下游侧空燃比传感器41的目标元件温度被设定为高设定温度。然而，将下游侧空燃比传感器41的目标元件温度设定为高设定温度的时间不必局限于这些时间。因此，例如，允许这两个时间之间的时间，因此可表述为将下游侧空燃比传感器41的目标元件温度设定为高设定温度是在预定升温在发动机起动之后开始时进行。

此外，在第一实施例中，当伴随着燃料切断控制进行的下游侧空燃比传感器41的异常诊断控制完成时，使目标元件温度从高设定温度下降至通常设定温度。此外，在第二实施例中，当燃料切断控制之后下游侧空燃比传感器41的输出空燃比第一次达到浓判定空燃比以下的空燃比时，使目标元件温度从高设定温度下降至低设定温度。然而，使下游侧空燃比传感器41的目标元件温度从高设定温度下降至低设定温度的时间不必局限于这些时间。因此，例如，允许这两个时间之间的时间。

或者，在独立于燃料切断控制进行上游侧排气净化催化剂20的异常诊断的内燃发动机中，可等待目标元件温度的下降，直至上游侧排气净化催化剂20的异常诊断完成。原因在于，下游侧空燃比传感器41的元件温度越高，空燃比的检测速度(响应性)越高，因此能通过这样设定目标元件温度来提高上游侧排气净化催化剂20的异常诊断的精度度。如上所述，可表述为使下游侧空燃比传感器41的目标元件温度从高设定温度下降到低设定温度是在预定升温在利用燃料切断控制进行的下游侧空燃比传感器41的异常诊断完成之后完成时进行。

此外，在上述实施例中，使用如图2所示的杯形的空燃比传感器作为空燃比传感器。原因在于，与层叠型的空燃比传感器相比，杯形的空燃比传感器具有优良的耐水性，并且输出大，因此空燃比的检测精度高。

这里，在杯形的空燃比传感器中，与层叠型的空燃比传感器相比，关于相同空燃比的排气而言，在极限电流区域中获得的施加电压升高。因此，在杯形的空燃比传感器中，与层叠型的空燃比传感器相比，关于大气气体在极限电流区域中获得的施加电压升高。即，在杯形的空燃比传感器中，与层叠型的空燃比传感器相比，如图7所示的倾向变大。因此，当使用杯形的空燃比传感器时，能通过进行如上所述的空燃比传感器的温度控制来更有效地抑制异常诊断的精度下降。然而，由于关于层叠型的空燃比传感器而言也存在充分的效果，所以也能使用层叠型的空燃比传感器作为空燃比传感器。

Claims

1.一种内燃发动机的控制装置，所述内燃发动机具有配置在所述内燃发动机的排气通路上的空燃比传感器，所述空燃比传感器具有用于加热该空燃比传感器的元件的加热装置，其特征在于：

所述控制装置配置成执行燃料切断控制和异常诊断控制，所述燃料切断控制是在所述内燃发动机的运转期间停止或减少对所述内燃发动机的燃烧室的燃料供给的控制，并且所述异常诊断控制是在所述燃料切断控制期间或在所述燃料切断控制完成之后进行所述空燃比传感器的异常诊断的控制；

所述控制装置配置成控制所述加热装置以使所述空燃比传感器的元件温度变成目标元件温度；并且

从预定的高温控制在所述内燃发动机起动之后开始时到所述预定的高温控制在所述空燃比传感器的异常诊断控制完成之后完成时的高温控制时段期间的所述空燃比传感器的目标元件温度被设定为比该高温控制时段以外的目标元件温度高，所述预定的高温控制使得所述空燃比传感器能够正确地检测稀空燃比排气的空燃比。

2.根据权利要求1所述的内燃发动机的控制装置，其特征在于：

所述控制装置配置成在包括燃料切断控制执行条件的异常诊断执行条件成立时开始执行所述异常诊断控制；并且

所述高温控制开始的时间是所述燃料切断控制执行条件以外的所述异常诊断执行条件成立时或成立之前的时间。

3.根据权利要求1或2所述的内燃发动机的控制装置，其特征在于，所述高温控制时段期间的目标元件温度是当大气气体在所述空燃比传感器周围循环时所述空燃比传感器输出极限电流的温度。

4.根据权利要求1或2所述的内燃发动机的控制装置，其特征在于，所述空燃比传感器是杯形的空燃比传感器。

5.根据权利要求1或2所述的内燃发动机的控制装置，其特征在于，所述空燃比传感器是设置于配置在所述内燃发动机的排气通路上的排气净化催化剂的排气流动方向下游侧的下游侧空燃比传感器。

6.根据权利要求1或2所述的内燃发动机的控制装置，其特征在于：

所述控制装置配置成执行催化剂异常诊断控制，所述催化剂异常诊断控制是在所述燃料切断控制完成之后对配置在所述内燃发动机的排气通路上的排气净化催化剂进行异常诊断的控制；并且

在所述排气净化催化剂的所述催化剂异常诊断控制完成的时间比所述空燃比传感器的所述异常诊断控制完成的时间迟的情况下，所述高温控制完成的时间是所述排气净化催化剂的所述异常诊断控制完成之后的时间。

7.根据权利要求1或2所述的内燃发动机的控制装置，其特征在于：

所述控制装置配置成执行催化剂异常诊断控制，所述催化剂异常诊断控制是在所述燃料切断控制完成之后对配置在所述内燃发动机的排气通路上的排气净化催化剂进行异常诊断的控制；

所述控制装置配置成在所述燃料切断控制完成之后进行恢复后浓控制，所述恢复后浓控制是通过使流入配置在所述内燃发动机的排气通路上的排气净化催化剂中的排气的空燃比变成比理论空燃比浓的浓空燃比来控制空燃比的控制；并且

所述高温控制完成的时间是所述恢复后浓控制完成时或完成之前的时间。

8.一种内燃发动机的控制方法，所述内燃发动机具有配置在所述内燃发动机的排气通路上的空燃比传感器，所述空燃比传感器具有用于加热该空燃比传感器的元件的加热装置，所述控制方法的特征在于包括：

执行燃料切断控制和异常诊断控制，所述燃料切断控制是在所述内燃发动机的运转期间停止或减少对所述内燃发动机的燃烧室的燃料供给的控制，并且所述异常诊断控制是在所述燃料切断控制期间或在所述燃料切断控制完成之后进行所述空燃比传感器的异常诊断的控制；

控制所述加热装置以使所述空燃比传感器的元件温度变成目标元件温度；并且

将从预定的高温控制在所述内燃发动机起动之后开始时到所述预定的高温控制在所述空燃比传感器的异常诊断控制完成之后完成时的高温控制时段期间的所述空燃比传感器的目标元件温度设定为比该高温控制时段以外的目标元件温度高，所述预定的高温控制使得所述空燃比传感器能够正确地检测稀空燃比排气的空燃比。