CN108956867B - 气体传感器控制设备 - Google Patents

Abstract

在气体传感器中，泵单元基于泵单元供电电压来调节气体室中的氧气浓度。传感器单元在泵单元调节了氧气浓度之后检测检测目标气体中的特定气体的浓度。在传感器控制单元中，电压切换部调节要供应给泵单元的泵单元供电电压。泵单元输出控制部将泵单元供电电压的电压切换过程之前和之后的泵单元的泵单元输出电流的变化范围调节到预定变化范围内。劣化状态检测部基于由于电压切换部执行的电压切换过程而导致的传感器单元的输出电流的变化来检测传感器单元的劣化状态比。

Description

气体传感器控制设备

技术领域

本发明涉及能够检测传感器故障的气体传感器控制设备，例如，能够检测气体传感器的传感器元件中的传感器单元的劣化的气体传感器控制设备。

背景技术

已知并广泛使用氮氧化物(NOx)传感器作为气体传感器，该气体传感器能够检测诸如从内燃机中排放的废气之类的检测目标气体中含有的特定气体成分的浓度。

例如，专利文档1，日本专利特许公开No.2009-175013公开了具有由泵单元、监测单元以及传感器单元构成的三单元结构的NOx传感器。泵单元排出已引入气体传感器的气体室中的废气中的氧气。监测单元检测已通过泵单元的、在气体室中含有的残余氧气的浓度。另一方面，传感器单元检测已通过泵单元的气体中含有的NOx的浓度。

当这种NOx传感器由于长时间使用而劣化并且NOx传感器出现故障时，NOx传感器难以检测诸如废气之类的检测目标气体中含有的NOx的正确浓度。这经常导致机动车辆的废气排放增加的问题，其中NOx传感器安装在机动车辆的废气***上。

为了解决该常规问题，已提出了各种对策方法用于检测NOx传感器故障，即，用于检测NOx传感器的劣化状态。例如，专利文档1公开了强制改变供应给泵单元的泵单元供电电压的方法，以及检测由于供应给泵单元的泵单元供电电压的切换或改变而变化的传感器单元的传感器单元输出电流的方法。专利文档1的方法基于传感器单元的传感器单元输出电流的改变量来检测NOx传感器的劣化状态。

然而，专利文档1中公开的方法具有以下缺点。为了检测NOx传感器的劣化状态，切换要供应给泵单元的泵单元供电电压，即，执行泵单元电压的电压切换过程。在执行泵单元供电电压的电压切换过程之前，泵单元供电电压取决于检测目标气体中剩余氧气的浓度和输出，并且泵单元的泵单元电流变为给定值。

在执行泵单元供电电压的电压切换过程之前诸如废气之类的检测目标气体含有高浓度氧气的情况下，当执行泵单元供电电压的电压切换过程时，泵单元的输出具有显著广泛的变化范围。因为传感器单元的输出由于泵单元的输出的切换或改变而变化，所以这种现象对基于传感器单元的输出而执行的传感器单元的劣化状态的检测结果提供了负面影响。

发明内容

因此期望提供一种能够检测传感器单元的劣化的气体传感器控制设备，即，能够高度准确地检测气体传感器的传感器元件中的传感器单元的劣化状态的气体传感器控制设备。

根据本发明的一方面，提供了一种能够控制气体传感器的气体传感器控制设备。气体传感器具有泵单元、传感器单元以及气体室。泵单元接收泵单元供电电压，并且基于接收到的泵单元供电电压来调节引入气体室的检测目标气体中含有的氧气成分的浓度。在泵单元调节了检测目标气体中含有的氧气成分的浓度之后，传感器单元对检测目标气体中含有的特定气体成分的浓度进行检测。气体传感器控制设备具有计算机***，该计算机***具有中央处理单元。计算机***具有电压切换部、泵单元输出控制部以及劣化状态检测部。电压切换部执行泵单元供电电压的电压切换过程，以用于将泵单元供电电压切换为供应给气体传感器中的泵单元。泵单元输出控制部在预定的变化范围内调节泵单元供电电压的电压切换过程之前和之后的泵单元的泵单元输出电流的变化范围。劣化状态检测部基于由电压切换部执行的泵单元供电电压的电压切换过程引起的传感器单元的传感器单元输出电流的变化来检测传感器单元的劣化状态。

电压切换部执行泵单元供电电压的电压切换过程，以便切换泵单元供电电压。将切换的泵单元供电电压供应给气体传感器的传感器元件中的泵单元。基于由于由电压切换过程切换的泵单元供电电压而产生的传感器单元的传感器单元输出电流的变化来检测传感器单元的劣化状态。泵单元输出控制部调节泵单元供电电压切换之前和之后的泵单元的泵单元输出电流的变化范围。最后，劣化状态检测部基于由于由电压切换部切换的泵单元供电电压而产生的传感器单元的传感器单元输出电流的变化来检测传感器单元的劣化状态。在这种情况下，当在泵单元供电电压切换之前诸如废气之类的检测目标气体具有高浓度的氧气时，泵单元的泵单元输出电流的变化范围显著变化，即，当泵单元供电电压切换时显著增加。这经常对基于传感器单元的传感器单元输出电流的变化而执行的对传感器单元的劣化状态(即，劣化程度)进行检测的正确检测提供负面影响。

在根据本发明的具有改进的结构和行为的气体传感器控制设备中，因为泵单元输出控制部在执行电压切换过程之前和之后将泵单元的泵单元输出电流的变化范围限制在预定变化范围内，所以这使得有可能阻止泵单元的泵单元输出电流的变化范围显著增加，并且允许泵单元的泵单元输出电流的变化范围在预定的变化范围内。因此，该控制使得有可能阻止传感器单元的劣化状态的检测准确性的降低。根据本发明的气体传感器控制设备的改进结构正确地检测出气体传感器的传感器元件中的传感器单元的劣化状态。

附图说明

参照附图以示例的方式描述本发明的优选的非限制性实施例，其中：

图1是显示了根据本发明的第一示例性实施例的装配有NOx传感器和气体传感器控制设备(SCU和发动机ECU)的发动机废气***的示意结构的视图；

图2是显示了图1中所示的发动机废气***中的NOx传感器与SCU之间的关系的视图；

图3是显示了沿图2中所示的线III-III的NOx传感器中的传感器元件的截面的视图；

图4A是显示了泵单元供电电压的时间变化的图；

图4B是显示了泵单元电流的时间变化的图；

图4C是显示了由于多年使用后的劣化状态而产生的作为每个NOx传感器中的传感器元件中的传感器单元的输出的传感器单元电流的瞬态响应特性的时间变化的图；

图5是显示了用于计算图1中所示的气体传感器控制设备所使用的斜率参数的起点和终点的图；

图6是显示了作为根据本发明的第一示例性实施例的气体传感器控制设备的SCU和发动机ECU的每个的功能的框图；

图7是显示了由图1中所示的根据本发明的第一示例性实施例的气体传感器控制设备执行的传感器单元的劣化状态检测过程的流程图；

图8A是显示了确定第一泵单元供电电压的子例程的流程图；

图8B是显示了初始泵单元电流与第一泵单元供电电压之间的关系的图；

图9A是显示了确定第二泵单元供电电压的子例程的流程图；

图9B是显示了第一泵单元电流与第二泵单元供电电压之间的关系的图；

图10是显示了NOx气体传感器的反应速度比与劣化状态比之间的关系的图；

图11是显示了由根据本发明的第二示例性实施例的气体传感器控制设备执行的传感器单元的劣化状态检测过程的流程图；

图12是显示了由根据本发明的第三示例性实施例的气体传感器控制设备执行的传感器单元的劣化状态检测过程的流程图；以及

图13是显示了根据本发明的第一至第三示例性实施例的修改的NOx传感器的结构的截面的视图。

具体实施方式

在后文中，将参照附图来描述本发明的各种实施例。在各种实施例的以下描述中，纵观若干个图，相似的附图标记或标号标示相似或等同的组件部。

本发明提供根据示例性实施例及其修改的每个的各种气体传感器控制设备。气体传感器控制设备装配有NOx传感器。NOx气体传感器能够检测从诸如安装在车辆上的柴油发动机之类的内燃机中排放的作为检测目标的废气中含有的氮氧化物(NOx)的浓度。气体传感器控制设备执行NOx传感器的控制过程。在第一至第三示例性实施例及其修改中使用的相同的附图标记和字符表示相同的组件。

第一示例性实施例

将给出对装配有能够净化从诸如安装在车辆上的柴油发动机之类的内燃机中排放的废气的废气净化***的发动机废气***的描述。

图1是显示了根据本发明的第一示例性实施例的装配有NOx传感器21、22和23、作为气体传感器控制设备的传感器控制单元(SCU)31至33、以及作为气体传感器控制设备的发动机电子控制单元(发动机ECU)35的发动机废气***的示意结构的视图。SCU 31至33分别对应于NOx传感器21、22和23来布置。

如图1中所示，废气净化***安装在发动机废气***上。废气净化***能够净化从柴油发动机10中排放的废气。废气净化***具有形成废气通道的废气管11。废气管11连接到柴油发动机10。

氧催化剂转化器12和选择性还原催化剂转化器13(以下称为SCR转化器13)依次从柴油发动机10侧被布置在废气管11上。

氧催化剂转化器12具有柴油催化剂转化器14和柴油颗粒过滤器15(以下称为DPF15)。SCR转化器13具有作为选择性还原型催化剂的SCR催化剂16。另外，将尿素水添加阀17布置在废气管11中于氧催化剂转化器12与SCR转化器13之间。尿素水添加阀17将尿素水(即，尿素水溶液)作为还原剂供应到废气管11中流动的废气中。

氧催化剂转化器12容纳柴油氧催化剂14。氧催化剂转化器12中的柴油氧催化剂14由陶瓷制成的载体、氧化物混合物以及贵金属催化剂构成。氧化物混合物由氧化铝、二氧化铈以及二氧化锆构成。贵金属催化剂包括铂、钯和铑。柴油氧催化剂14将作为检测目标气体的废气中含有的碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物氧化，即，净化废气。此外，柴油氧催化剂14在催化剂反应期间生成热能以氧化废气中含有的那些特定气体，并且生成的热能使净化后的废气的温度升高。

氧催化剂转化器12中的DPF由多孔陶瓷制成的蜂窝状结构体构成。在蜂窝状结构体中，多孔陶瓷支持铂族，例如，铂、钯和铑。DPF 15收集废气中含有的颗粒物质。收集的颗粒物质累积在蜂窝状结构体中的隔墙上。在经过预定时间之后，蜂窝状结构体燃烧。该燃烧过程使累积在隔墙上的颗粒物质氧化，从蜂窝状结构体中消除颗粒物质，以便净化蜂窝状结构体。燃烧过程使用在柴油氧催化剂14中生成的热能。此外，柴油氧催化剂14还含有添加剂。柴油氧催化剂14中的添加剂的存在降低了颗粒物质的临界燃烧温度。

SCR转化器13是氧催化剂转化器12的后处理设备，即，将NOx还原成氮和水。例如，存在催化剂，如SCR催化剂16，在该催化剂中在由沸石或氧化铝制成的基部构件的表面上担载铂Pt。当催化剂具有在活化温度范围内的温度时，将尿素水添加到催化剂中，还原NOx并且净化废气。

限流型气体传感器的NOx传感器21、22和23被布置在废气管11中，分别位于：氧催化剂转化器12的上游侧；尿素水添加阀17的上游侧且在氧催化剂转化器12与SCR转化器13之间；以及SCR转化器13的下游侧。

NOx传感器21、22和23的每个对NOx传感器21、22和23的每个所位于的相对应的检测点处的废气中含有的NOx浓度进行检测。可以接受增加或减少废气管11中的NOx传感器的总数。

如图1中所示，NOx传感器21、22和23分别连接到传感器控制单元(SCU)31、32和33。NOx传感器21、22和23的每个将检测信号发送到相对应的SCU 31、32和33。SCU 31、SCU 32和SCU 33的每个是由具有微型计算机和***电路的计算机***构成的电子控制设备。微型计算机由中央处理单元(CPU)、诸如只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)之类的各种类型的存储器单元构成。SCU 31、SCU 32和SCU 33的每个接收从相对应的NOx传感器21、22和23发送的检测信号(作为限流信号)，并且基于接收到的检测信号，计算作为废气中含有的特定气体成分的氧气(O2)成分浓度和NOx浓度等。

SCU 31、32和33连接到作为CAN总线等的通信线路34。也就是说，SCU 31、32和33通过通信线路34分别连接到各种类型的电子控制单元(例如，发动机ECU 35)。例如，可以在SCU 31、32和33与发动机ECU 35之间传送各种信息。

SCU 31、32和33向发动机ECU 35发送与废气中含有的氧气浓度和NOx浓度有关的各种类型的信息。发动机ECU 35是装配有中央处理单元(CPU)、各种类型的存储器以及***电路的电子控制设备。发动机ECU 35执行对柴油发动机10和废气***的各种种类的设备的控制。发动机ECU 35基于加速踏板开度和发动机转速来执行燃料喷射控制。

发动机ECU 35基于由NOx传感器21、22和23的每个检测出的NOx浓度，通过尿素水添加阀17执行尿素水添加控制。更详细而言，发动机ECU 35基于布置在SCR转化器13的上游侧的NOx传感器21和22检测出的NOx浓度来计算尿素水添加量。此外，SCR转化器13执行对尿素水添加量的反馈控制，使得由位于SCR转化器13下游侧的NOx传感器23检测出的NOx浓度尽可能地减小。发动机ECU 35基于尿素水添加量来调节尿素水添加阀17的操作。

接下来，将给出对NOx传感器21、22和23的结构的描述。因为NOx传感器21、22和23具有彼此相同的结构，所以将解释NOx传感器21的结构。

图2是显示了图1中所示的发动机废气***中的NOx传感器与SCU之间的关系的视图。图3是显示了沿图2中所示的线III-III的NOx传感器中的传感器元件的截面的视图。也就是说，图2和图3显示了NOx传感器21中的传感器元件40的结构。在图2和图3中，水平方向对应于传感器元件40的纵向。传感器元件40的前端侧被布置在图2和图3中的左侧。

NOx传感器21中的传感器元件40具有由泵单元41、传感器单元42以及监测单元43构成的三单元结构。与泵单元41类似，监测单元43排出废气中剩余的氧气。监测单元43被称为辅助泵或次级泵。

传感器元件40由第一主要部51、第二主要部52、布置在第一主要部51与第二主要部52之间的电解质体53、扩散阻力体54、泵单元电极55、传感器单元电极56、监测单元电极57、公共电极58以及加热器部59构成。气体室61形成于第一主要部51和电解质体53之间。在第二主要部52和电解质体53之间形成大气室62作为参考气体室。

泵单元41具有调节已引入气体室61内部的废气中含有的氧气浓度的功能。泵单元41由泵单元电极55、公共电极58以及电解质体53的部分构成。

传感器单元42具有基于传感器单元电极56与公共电极58之间流过的氧离子电流来检测气体室61内的废气中含有的特定气体成分(例如，NOx)浓度的功能。

监测单元43具有基于监测单元电极57与公共电极58之间流过的氧离子电流来检测气体室61中剩余氧气的浓度的功能。监测单元43由监测单元电极57、公共电极58以及电解质体53的部分构成。

电解质体53呈板状，并且由诸如氧化锆之类的氧离子导电固体电解质材料制成。第一主要部51、电解质体53以及第二主要部52依次堆叠，使得电解质体53夹在第一主要部51与第二主要部52之间。第一主要部51、电解质体53以及第二主要部52形成叠片结构。

第一主要部51具有台阶结构。第一主要部51的两侧向电解质体53侧突出使得形成气体室61。也就是说，气体室61具有凹入形状，即，如图2中所示，压下第一主要部51以形成气体室61。

如图2中所示，第一主要部51中的压下部分的一端是敞开的，扩散阻力体54被布置和装进该端中。扩散阻力体54由具有气孔的多孔材料制成，以便调节要引入气体室61内部的废气的移动速度。

类似于第一主要部51的结构，第二主要部52具有台阶结构以形成大气室62。大气室62的一端是敞开的，通过该端，从电解质体53侧引入大气室62内部的气体排出到NOx传感器周围的大气。

如图2中所示，在面向气体室61侧的电解质体53的表面上形成有作为负极侧的泵单元电极55、传感器单元电极56以及监测单元电极57。在该结构中，泵单元电极55被布置在靠近扩散阻力体54侧的气体室61的入口部分，即，被布置在气体室61的上游侧。另一方面，如图2中所示，传感器单元电极56和监测单元电极57被布置在与扩散阻力体54相反的端，即，被布置在气体室61的下游侧。泵单元电极55在传感器单元电极56和监测单元电极57与扩散阻力体54之间。

泵单元电极55具有与传感器单元电极56和监测单元电极57的表面积相比更大的表面积。

如图2中所示，将传感器单元电极56和监测单元电极57布置为相互平行且与气体室61中废气的流动平行。传感器单元电极56和监测单元电极57的每个由对NOx不活泼的贵金属(例如，Au-Pt合金)制成。也就是说，传感器单元电极56和监测单元电极57实质上不分解废气中含有的NOx。另一方面，传感器单元电极56由诸如铂Pt、铑Rh之类的容易分解NOx的贵金属制成。

在暴露于大气室62的固体电解质体53的表面上形成公共电极58，使得公共电极58在位置上分别对应于泵单元电极55、传感器单元电极56以及监测单元电极57。

当在泵单元电极55与公共电极58之间供应电压时，气体室61内的废气中剩余的氧气在负极侧由泵单元电极55转化为氧离子。氧离子通过电解质体53移动到作为正极侧的公共电极58。氧离子释放公共电极58上的电荷并转化成氧气。此后，将氧气排出到大气室62中。该过程使得可能在气体室61中维持预定的低氧气浓度。

供应给泵单元41的电压越高(即，泵单元电极55与公共电极58之间供应的供电电压越高)，则由泵单元41从废气中排出的氧气量增加的越多。另一方面，供应给泵单元41的电压越低，则由泵单元41从废气中排出的氧气量减少得越少。因此，通过调节给泵单元41的供电电压来调节在传感器单元42和监测单元43中流动的废气中剩余的氧气量是可能的。第一示例性实施例使用供应给泵单元41的泵单元供电电压Vp，并且使用泵单元电流Ip，该泵单元电流Ip为当将泵单元供电电压Vp供应给泵单元41时在泵单元41中流动的电流。

监测单元43检测泵单元41从其排出氧气的气体室61中剩余氧气浓度。也就是说，监测单元43由于供应给泵单元41的电压或由于气体室61中剩余氧气浓度而生成电流信号，并且将电流信号发送到SCU 31至33。SCU 31至33接收从监测单元43发送的作为监测单元电流Im和监测单元电动势Vm的电流信号。

在从泵单元41排出氧气之后，当将泵单元供电电压Vp供应给泵单元41时，传感器单元42还原废气中含有的NOx。此时，SCU 31至33的每个接收从传感器单元42发送的作为传感器单元电流Is的电流信号。传感器单元电流Is对应于气体室61中NOx的浓度以及与气体室61中剩余氧气的浓度相对应的电流信号。SCU 31至33接收从传感器单元42发送的传感器单元电流Is。SCU 31至33基于传感器单元电流Is来计算气体室61内的废气中含有的NOx的浓度。

如图2中所示，SCU 31至33的每个具有传感器电路部36，该传感器电路部36连接到相对应的NOx传感器21、22、23中的泵单元41、42、43。传感器电路部36由分流电阻和放大器等构成，以便检测泵单元电流Ip、监测单元电流Im、监测单元电动势Vm以及传感器单元电流Is。

存在这样的趋势：即使废气中的特定检测目标的浓度没有变化，传感器单元42中的传感器单元电流Is的瞬态响应特性也会由于多年使用后的劣化状态而改变。

现在参照图4A、图4B和图4C给出对作为传感器单元42的输出的传感器单元电流Is的瞬态响应特性的描述。

图4A是显示了泵单元供电电压Vp的时间变化的图，图4B是显示了泵单元电流Ip的时间变化的图，而图4C是显示了由于多年使用后的劣化状态而产生的作为每个NOx传感器中的传感器元件40中的传感器单元42的输出的传感器单元电流Is的瞬态响应特性的时间变化的图。

在第一电压切换过程中，切换泵单元供电电压Vp以增加气体室61中剩余氧气的浓度。另一方面，在第二电压切换过程中，切换泵单元供电电压Vp以降低气体室61中剩余的浓度。

现在参照图4A至图4C给出对第一电压切换过程和第二电压切换过程的描述。

如图4A、图4B和图4C中所示，在时刻t1处，第一电压切换过程将泵单元供电电压Vp从初始泵单元供电电压Vp0逐步切换到第一泵单元供电电压Vp1(Vp0>Vp1)。也就是说，第一电压切换过程逐步切换泵单元供电电压Vp，使得减小泵单元电流Ip并增加气体室61中的氧气浓度。在第一电压切换过程中，如图4B中所示，泵单元电流Ip从初始泵单元电流Ip0开始沿拖尾斜率而改变。泵单元电流Ip最终收敛到第一泵单元电流Ip1。在泵单元42中，传感器单元电流Is通过其瞬态响应状态伴随着气体室61中剩余氧气的浓度的增加而增加到其稳态值。

图4C显示了伴随着泵单元供电电压Vp的降低作为传感器单元42的输出的传感器单元电流Is的瞬态响应特性的时间变化。更详细地说，在图4C中，实线表示在制造NOx传感器时的传感器单元电流Is的瞬态响应特性的初始状态。点划线表示由于经过长时间而导致的NOx传感器劣化之后的传感器单元电流Is的瞬态响应特性的劣化状态。

也就是说，图4C显示了初始状态与由于长时间使用而造成的劣化状态之间的传感器单元电流Is的瞬态响应特性中产生差异的实际状态，即使引入传感器单元42的废气具有恒定的浓度。

NOx传感器具有劣化状态下的传感器单元电流Is的稳态值低于初始状态下的传感器单元电流Is的稳态值的趋势。此外，劣化状态下的传感器单元电流Is的上升与初始状态下的传感器单元电流Is的上升相比更延迟。例如，在图4C中所示的瞬态时间段Ta期间，劣化状态下的传感器单元电流Is的瞬态响应特性的斜率A11(即，劣化状态下的斜率A11)在与初始状态下的传感器单元电流Is的瞬态响应特性的斜率A10(即，初始状态下的斜率A10)相比时是平缓的斜率。

瞬态时间段Ta从启动泵单元供电电压Vp的切换的起点P1开始计算直到泵单元供电电压Vp的电压切换过程结束的终点P2。这些趋势的差异根据劣化状态进程而显著地显示出来。

如图4A、图4B和图4C中所示，在时刻t2处，第二电压切换过程将泵单元供电电压Vp逐步从第一泵单元供电电压Vp1切换到第二泵单元供电电压Vp2(Vp1<Vp2)。第二电压切换过程逐步切换泵单元供电电压Vp，使得增加泵单元电流Ip并降低气体室61中剩余氧气的浓度。在第二电压切换过程中，泵单元电流Ip从第一泵单元电流Ip1开始沿拖尾斜率而改变，并最终收敛到第二泵单元电流Ip2。根据气体室61中剩余的氧气浓度的降低，泵单元42将传感器单元电流Is降低到瞬态响应状态之后的稳态值。在第二电压切换过程期间，即使引入传感器单元42的废气具有恒定的浓度，也会在初始状态与由于长期使用而导致的劣化状态之间的传感器单元电流Is的瞬态响应特性方面产生差异。当考虑瞬态响应状态下的时间段Tb期间的瞬态特性的斜率时，劣化状态下的瞬态特性的斜率A21与初始状态下的瞬态特性的斜率A20相比更平缓。在图4C中，在由泵单元供电电压Vp的切换所引起的瞬态响应状态中，时间段Tb从起点P3开始计算直到终点P4。

在第一电压切换过程中，在泵单元供电电压Vp切换之后以及传感器单元电流Is变得稳定之前，确定图4C中所示的起点P1和终点P2。

现在参照图5给出对确定起点P1的时刻和确定终点P2的时刻的描述。

图5是显示了用于计算由图1中所示的气体传感器控制设备使用的斜率参数的起点P1和终点P2的图。

SCU确定图5中示出的以下三个点(a1)中的P11、(a2)中的P12和(a3)中的P13中的一个作为图4C中所示的起点P1：

(a1)当泵单元电流Ip的拖尾斜率达到由泵单元供电电压Vp的电压切换过程引起的最低点PL时，为图5中所示的点P11；

(a2)当由泵单元供电电压Vp的电压切换过程引起的传感器单元42的输出传感器电流Is的改变量达到第一预定值L1时，为图5中所示的点P12，并且

(a3)当从泵单元供电电压Vp的电压切换过程之后的时刻开始计算已经过预定时间段E1的时间时，为图5中所示的点P13。

另外，SCU确定图5中所示的(a4)中的点P21和(a5)中的点P22中的一个作为图4C中所示的终点P2：

(a4)当从泵单元供电电压Vp的电压切换过程之后的时刻开始计算已经过预定时间段E2时，为图5中所示的点P21；并且

(a5)当由泵单元供电电压Vp的电压切换过程引起的传感器单元42的输出传感器电流Is的改变量达到第二预定值L2时，为图5中所示的点P22。

第一预定值L1通过在切换泵单元供电电压Vp之前将预定百分比(例如，5％至30％的范围内的值)与泵单元电流Ip相乘来计算。在这种情况下，当在NOx传感器21至23中的每个的初始条件下，泵单元供电电压Vp从初始泵单元供电电压Vp0切换到第一泵单元供电电压Vp1时，传感器单元电流Is的改变量变为100％。

此外，第二预定值L2大于第一预定值L1，并且通过在改变泵单元供电电压Vp之前将预定百分比(例如，50％至95％的范围内的值)与的泵单元电流Ip相乘来计算。

为了提早执行传感器单元42的劣化状态检测过程，优选地尽早确定起点P1和终点P2。例如，优选地将情况(a1)作为起点P1，并且将情况(a4)作为终点P2。

在第二电压切换过程中，在泵单元供电电压Vp切换之后以及在传感器单元电流Is变得稳定之前，确定图4C中所示的起点P3和终点P4。

现在参照图5给出对确定起点P3的时刻和确定终点P4的时刻的描述。

因为针对起点P3和终点P4的确定过程类似于针对起点P1和终点P2的确定过程，所以将仅给出确定起点P3和终点P4如下的描述。

例如，如图4C中所示的起点P3，SCU确定以下三个点中的一个：

(b1)当由泵单元供电电压Vp的电压切换过程引起的泵单元电流Ip的拖尾斜率达到最低点时的点；

(b2)当由泵单元供电电压Vp的电压切换过程引起的传感器单元42的输出传感器电流Is的改变量达到第三预定值时的点；以及

(b3)当在泵单元供电电压Vp的电压切换过程之后已经过预定时间段的时间时的点。

另外，如图4C中所示的终点P4，SCU确定以下点中的一个：

(b4)当从泵单元供电电压Vp的电压切换过程之后的时刻开始计算已经过预定时间段时的时间点；以及

(b5)当由泵单元供电电压Vp的电压切换过程引起的传感器单元42的输出传感器电流Is的改变量达到第四预定值时的点。

类似于前述(a2)中的第一预定值L1和(a5)中的第二预定值L2，优选地确定(b2)中的第三预定值和(b5)中的第四预定值，使得基于当在NOx传感器21至23中的每个的初始状态下切换泵单元供电电压Vp时的传感器单元电流Is的电流改变量的预定百分比，第三预定值大于第四预定值。

可以认为，在第一电压切换过程之前，初始泵单元供电电压Vp0和初始泵单元电流Ip0中的每个具有可选值，即，在执行第一电压切换过程之前取决于气体室61中剩余的废气中剩余的氧气浓度。

当气体室61的废气中剩余的氧气浓度高时，泵单元电流Ip的改变量ΔIp(参见图4B)由于第一电压切换过程而显著增加。这对基于传感器单元电流Is的改变量执行的传感器单元42的劣化状态检测过程造成负面影响。当泵单元电流Ip的改变量ΔIp(参见图4B)变为显著大的值时，因为传感器单元电流Is的显著大的改变量超过其允许值，这降低了传感器单元电流Is的检测准确性。

此外，从第一泵单元供电电压Vp1到第二泵单元供电电压Vp2的电压切换过程在第一泵单元供电电压Vp1的电压供应时间段期间产生泵单元电流Ip的意外改变。在这种情况下，由于泵单元电流Ip的改变量ΔIp(参见图4B)的值过大，所以传感器单元电流Is的检测准确性可能会降低。

为了避免前述缺点，作为根据第一示例性实施例的气体传感器控制设备的SCU 31至33和发动机ECU 35中的每个在执行泵单元供电电压Vp的电压切换过程之前和之后，调节作为泵单元电流Ip的变化范围的泵单元电流Ip的改变量ΔIp使其处于预定的变化范围内。

图6是显示了作为根据本发明的第一示例性实施例的气体传感器控制设备的SCU31至33以及发动机ECU 35中的每个的功能的框图。

如图6中所示，SCU具有电压切换部M11、泵单元输出控制部M12以及劣化状态检测部M13。

电压切换部M11将泵单元供电电压Vp切换到预定的电压值。泵单元输出控制部M12调节执行泵单元供电电压Vp的切换过程之前和之后的作为泵单元电流Ip的变化范围的泵单元电流Ip的改变量ΔIp使其处于预定的变化范围内。伴随着由电压切换部M11执行的泵单元供电电压Vp的电压切换过程，SCU中的劣化状态检测部M13基于传感器单元电流Is的改变量ΔIs来检测传感器单元42的劣化状态。

SCU中的电压切换部M11执行第一电压切换过程(图4A中所示的从初始泵单元供电电压Vp0到第一泵单元供电电压Vp1)和第二电压切换过程(图4A中所示的从第一泵单元供电电压Vp1到第二泵单元供电电压Vp2)。

在第一电压切换过程中，电压切换部M11切换泵单元供电电压Vp，使得增加气体室61中剩余的作为检测目标气体的废气中的氧气浓度。另一方面，在第二电压切换过程中，电压切换部M11切换泵单元供电电压Vp，使得降低气体室61中剩余的作为检测目标气体的废气中的氧气浓度。也就是说，电压切换部M11执行用于减小泵单元供电电压Vp并然后增加泵单元供电电压Vp的电压切换周期。

在作为根据第一示例性实施例的气体传感器控制设备的每个SCU中，电压切换部M11以方波形式切换泵单元供电电压Vp。然而，本发明的概念不受第一示例性实施例的限制。电压切换部M11可以接受以不同于方波的另一波形来改变泵单元供电电压Vp。在这种情况下，因为传感器单元42的劣化状态检测是基于初始状态与检测状态之间的比较结果来执行的，所以优选地在初始状态与劣化状态检测状态之间使用泵单元供电电压Vp的相同波形。

SCU中的泵单元输出控制部M12基于泵单元供电电压Vp的电压切换过程之前检测出的泵单元电流Ip来确定泵单元供电电压Vp的电压切换过程之后的泵单元供电电压Vp(即，切换后电压)。泵单元输出控制部M12的这个功能对应于电压设置部。即使泵单元供电电压Vp的电压切换过程之前的泵单元电流Ip具有任意电流值，由作为电压设置部的泵单元输出控制部M12执行的这种控制也可以优化电压切换过程之后的泵单元供电电压Vp(即，切换后电压)。

具体地，在第一电压切换过程将泵单元供电电压Vp切换到第一泵单元供电电压Vp1的情况下，当执行第一电压切换过程之前的初始泵单元电流Ip0大于预定的电流值时，泵单元输出控制部M12将作为切换后电压的第一泵单元供电电压Vp1增加到大于当初始泵单元电流Ip0小于预定电流值时的值。

也就是说，当初始泵单元电流Ip0具有显著大的电流值时，泵单元电流Ip的变化范围变得显著大，泵单元输出控制部M12调节第一泵单元供电电压Vp1以便限制泵单元供电电压Vp的切换范围。

当初始泵单元电流Ip0在第一电压切换过程切换到第一泵单元供电电压Vp1之前小于预定的切换准许电流值时，泵单元输出控制部M12禁止执行电压切换过程。

电压切换过程切换到第一泵单元供电电压Vp1之前的初始泵单元电流Ip0小于预定电流值的状态表示废气具有低于气体室61中的预定氧气浓度的低氧气浓度，换言之，这表示存在以下可能的情况：气体室61中的氧气浓度可能不会随泵单元切换过程切换泵单元供电电压Vp发生改变而使得增加气体室61中剩余的废气中的氧气浓度。

在泵单元输出控制部M12执行将泵单元供电电压Vp1切换到第二泵单元供电电压Vp2的第二电压切换过程的情况下，当第二电压切换过程之前检测出的第一泵单元电流Ip1小于预定电流值时，相比于当第一泵单元电流Ip1大于预定电流值时的情况，泵单元输出控制部M12在第二电压切换过程之后将第二泵单元供电电压Vp2减少得较少。

因为第一泵单元电流Ip1是显著小的值，所以伴随着电压切换过程，泵单元电流Ip的变化范围变成非常大的值。因此，泵单元输出控制部M12调节第二泵单元供电电压Vp2，以便限制泵单元供电电压Vp的切换范围。

另外，当泵单元供电过程切换到第二泵单元供电电压Vp2之前检测出的第一泵单元电流Ip1大于预定的切换准许电流值时，泵单元输出控制部M12禁止执行电压切换过程。第一泵单元电流Ip1大于预定的切换准许电流值的状况表示以下可能的情况：当改变泵单元供电电压Vp时难以产生气体室61中的氧气浓度的预期变化使得降低气体室61中的氧气浓度。

在劣化状态检测过程中，劣化状态检测部M13基于传感器单元电流Is的过渡变化期间的传感器单元电流Is的梯度斜率，伴随着由电压切换部M11执行的泵单元供电电压Vp的电压切换过程，计算传感器单元42的劣化状态比率C，即，传感器单元42的劣化状态。

换言之，伴随着由电压切换部M11执行的泵单元供电电压Vp的电压切换过程，劣化状态检测部M13基于传感器单元电流Is的改变量ΔIs来检测劣化状态，即，传感器单元42的劣化状态比率C。

作为根据第一示例性实施例的气体传感器控制设备的SCU 31至33中的每个使用瞬态变化斜率Δs/Δt作为传感器单元Is的斜率参数，其中Δs是电流改变量，并且Δt代表单位时间。

尤其是，在电压切换周期中，劣化状态检测部M13基于第一传感器单元电流改变量和第二传感器单元电流改变量来检测传感器单元42的劣化状态。

第一传感器单元电流改变量是在执行第一电压切换过程时的传感器单元电流Is的电流改变量。第二传感器单元电流改变量是在执行第二电压切换过程时的电流改变量。

传感器单元42在正常的NOx浓度检测期间检测毫微安(nA)级的传感器单元电流Is，并且在劣化状态检测过程期间的泵单元供电电压Vp的电压切换过程时检测微安(μA)级的传感器单元电流Is。在这两种检测模式中，优选地切换由SCU 31至33执行的A/D转换中的电流范围，以便提高传感器单元电流Is的检测准确性。优选地将劣化状态检测中的电流范围扩大到大于NOx浓度检测期间的电流范围。

也与根据本发明的气体传感器控制设备相对应的发动机ECU 35具有异常检测部M21，该异常检测部M21能够基于由SCU 31至33的每个执行的劣化状态检测结果来检测诸如发动机排放的异常状态或发动机的排放劣化之类的发动机故障。更详细而言，异常检测部M21基于劣化状态，即，由SCU 31至33的每个中的劣化状态检测部M13计算出的传感器单元42的劣化状态比C，检测发动机的排放异常的发生。

可以接受的是，异常检测部M21基于诸如NOx传感器21至23的输出、从其它传感器发送的传感器信息以及柴油发动机10的运行状态之类的总体信息和数据来检测排放异常的发生。

可以接受的是，SCU传感器31至33执行传感器单元42劣化的检测和柴油发动机10排放异常的检测两者。还可以接受的是，发动机ECU 35执行传感器单元42劣化的检测和柴油发动机10排放异常的检测两者。也就是说，SCU 31至33和发动机ECU 35的每个可以对应于根据第一示例性实施例的气体传感器控制设备。

优选地，发动机ECU 35检测柴油发动机10的排放异常，这是因为优选地是基于NOx传感器21至23的劣化状态信息来执行排放异常的检测。

现在参照图7中所示的流程图给出对传感器单元42劣化状态的检测过程的描述。

图7是显示了由图1中所示的根据本发明的第一示例性实施例的气体传感器控制设备执行的传感器单元的劣化状态检测过程的流程图。

SCU 31至33的每个例如每隔预定的时间段来执行图7中所示的劣化状态检测过程。

在图7中所示的步骤S10中，SCU检测是否已满足执行劣化状态检测的条件。在第一示例性实施例中，该条件指示SCU已接收到从发动机ECU 35发送的准许信号。准许信号允许执行传感器单元42的劣化状态检测。

当废气管11处于稳定的气体环境中时，即，当废气管11中的气体环境处于稳定状态时，其中气体室61内的废气中含有的氧气浓度每单位时间的改变量和NOx浓度的每单位时间的改变量中的每个是不大于预定的浓度改变量值的稳定值，发动机ECU 35生成准许信号并将其发送到SCU 31至33的每个。具体而言，当柴油发动机10以预定的运行状态运行并且从柴油发动机10排出的废气量相对稳定时，或者当对柴油发动机10执行燃料切断过程时，或者当在点火开关关闭(IG关闭状态)之后的即刻，或者当发动机ECU 35由漏透计时器启动时。例如，这种漏透计时器在车辆上的电源开关处于关闭状态时对漏透计时器值进行计数，并且基于漏透计时器值每隔固定时间间隔打开电源开关，以便激活车辆的控制操作。

优选地，发动机ECU 30在点火开关关闭之后立即生成准许信号并将其发送到SCU31至33的每个。因为在点火开关关闭并且发动机停止运行之后废气的流动立即变少，所以执行对置于稳定气体大气环境下的传感器单元42的劣化状态进行检测的劣化状态检测过程是可能的。

当步骤S10中的检测结果指示肯定(步骤S10中的“是”)时，即，指示已满足执行劣化状态检测的条件时，操作流程前进到步骤S10a。

另一方面，当步骤S10中的检测结果指示否定(步骤S10中的“否”)时，即，指示未满足执行劣化状态检测的条件时，SCU结束图7中所示的劣化状态检测过程。

在步骤S10a中，SCU禁止执行传感器电路部36的异常检测。也就是说，SCU 31至33的每个执行传感器电路部36的异常诊断。例如，SCU执行异常检测，即，检测到泵单元41、传感器单元42、监测单元43以及加热器部59的每个中有断路或短路的发生。

由于执行用于切换泵单元供电电压Vp的电压切换过程，所以异常检测的准确性可能降低。因此，在随后的电压切换过程之前，SCU 31至33的每个禁止执行异常诊断。也就是说，SCU 31至33对应于具有在泵单元供电电压Vp的电压切换过程之前禁止传感器电路部36执行异常检测的功能的诊断禁止部。

即，优选地，SCU 31至33的每个禁止：

(1)传感器电路部36执行总体的异常检测过程；

(2)传感器电路部36执行除加热器部59的异常检测过程之外的异常检测过程；或者

(3)传感器电路部36仅执行传感器单元42的异常检测过程，或者执行传感器单元42和监测单元43的异常检测过程。

优选地，在第二电压切换过程结束的时刻解除对执行异常检测过程的禁止。更详细而言，优选地，在从第二电压切换过程结束的时间开始计算已经过去了预定时间段时间的时刻，解除对执行异常检测过程的禁止。

可以接受的是，在已关闭点火开关之后，维持对执行异常检测过程的禁止直到电源关闭的时刻。

可以接受的是，SCU 31至33的每个消除传感器电路部36的异常检测结果作为对异常检测的禁止。操作流程前进到步骤S11。

在步骤S11中，SCU 31至33的每个检测是否执行第一电压切换过程以切换泵单元供电电压Vp并且增加气体室61中剩余氧气的浓度。此时，SCU 31至33的每个检测气体室61内的废气中含有的氧气浓度每单位时间的改变量和NOx浓度的每单位时间的改变量中的每个是否是稳定值，所述稳定值不大于预定的浓度改变量值。

当检测结果指示它们的改变量是稳定值时，SCU 31至33的每个允许执行第一电压切换过程。具体地，SCU 31至33的每个检测每单位时间的泵单元电流Ip的改变量是否不大于执行第一电压切换过程之前的预定的泵单元电流改变量值。此外，SCU 31至33的每个检测每单位时间的传感器单元电流Is的改变量是否不大于执行第一电压切换过程之前的预定的传感器单元电流改变量值。如果两个检测结果都指示稳定状态(步骤S11中的“是”)，即，那些结果分别不大于预定的泵单元电流改变量值和预定的传感器单元电流改变量值，则操作流程前进到步骤S12。可以接受的是，SCU 31至33的每个禁止执行步骤S11。

可以接受的是，SCU 31至33的每个检测废气中的氧气浓度和NOx浓度中的一个的每单位时间的改变量是否不大于相对应的改变量值，即，检测是否处于稳定状态。在这种情况下，当废气中含有的氧气浓度处于稳定状态或者废气中含有的NOx浓度处于稳定状态时，SCU 31至33的每个准许执行第一电压切换过程。

可以接受的是，当A/F传感器安装在废气管11上时，基于A/F传感器的检测结果，检测废气中的氧气浓度是否处于稳定状态。

可以接受的是，当废气中含有的氧气浓度在预定的氧气浓度范围内或废气中含有的NOx浓度在预定的NOx浓度范围内时，SCU 31至33的每个准许执行第一电压切换过程。此外，优选地，替换检测氧气浓度和NOx浓度是否处于稳定状态或者除检测氧气浓度和NOx浓度是否处于稳定状态之外，SCU 31至33的每个检测氧气浓度和NOx浓度是否在预定的浓度范围内。

在步骤S11中，除前述检测之外，可以接受的是，当不存在与废气***有关的故障历史(无对话信息)时，或者当电源的电压(即，电池电压)不小于预定电压值时，SCU 31至33的每个准许执行第一电压切换过程。当电源电压小于预定电压值时，不向NOx传感器21中的传感器元件40中的加热器部59供应足够量的电力。这可能会降低劣化状态检测过程的准确性。操作流程前进到步骤S12。

在步骤S12中，当执行第一电压切换过程时，在泵单元供电电压Vp是初始泵单元供电电压Vp0的状态下，在泵单元供电电压Vp切换到第一泵单元供电电压Vp1之前，SCU 31至33的每个检测作为泵单元输出的初始泵单元电流Ip0。操作流程前进到步骤S13。

在步骤S13中，SCU执行子例程以基于初始泵单元电流Ip0来确定第一电压切换过程之后的第一泵单元供电电压Vp1。

现在参照图8A中所示的流程图给出对第一泵单元供电电压Vp1的确定过程的描述。

图8A是显示了确定第一泵单元供电电压Vp1的子例程的流程图。

在图7和图8A中所示的步骤S13中，为了将执行第一电压切换过程之前和之后的泵单元电流Ip的变化范围调节到预定的变化范围内，SCU 31至33的每个检测第一电压切换过程之前的泵单元电流Ip0是否在阈值TH1到阈值TH2的范围内。在步骤S13中，基于检测结果，即第一电压切换过程之前的泵单元电流Ip0是否在阈值TH1到阈值TH2的范围内，SCU 31至33的每个确定作为第一电压切换过程之后的泵单元供电电压的第一泵单元供电电压Vp1。存在有关系TH1<TH2。

在图8A中所示的步骤S41中，SCU检测泵单元电流Ip0是否小于阈值TH1。当步骤S41中的检测结果指示泵单元电流Ip0不小于阈值TH1(步骤S41中的“否”)时，操作流程前进到步骤S42。

在步骤S42中，SCU检测泵单元电流Ip0是否大于阈值TH2。

当在步骤S42中的检测结果指示泵单元电流Ip0不大于阈值TH2(步骤S42中的“否”)时，即，指示泵单元电流Ip0处于TH1到TH2的范围内时，操作流程前进到步骤S43。

在步骤S43中，SCU选择预定电压VX1作为第一泵单元供电电压Vp1。

当泵单元电流Ip0大于TH2(Ip0>TH2，步骤S42中的“是”)时，操作流程前进到步骤S44。在步骤S44中，SCU选择高于TH1的预定电压VX2作为第一泵单元供电电压Vp1。

当泵单元电流Ip0大于TH2(Ip0>TH2)时，可以认为初始泵单元供电电压Vp0是在执行第一电压切换过程之前增加的值。在这种情况下，使用预定电压VX2作为第一泵单元供电电压Vp1限制了泵单元供电电压Vp的切换范围。

在步骤S41中，当Ip0<TH1(即，步骤S41中的“是”)时，操作流程前进到步骤S45。

在步骤S45中，因为泵单元电流Ip(即，初始泵单元电流Ip0)小于预定的切换准许电流值，所以SCU禁止执行第一电压切换过程。也就是说，TH1对应于预定的切换准许电流值。

当禁止泵单元供电电压Vp的切换过程时，暂时禁止执行图7中所示的步骤S14至步骤S18中的过程。

图8B是显示了初始泵单元电流Ip0与第一泵单元供电电压Vp1之间的关系的图。前述预定电压VX1和预定电压VX2具有图8中所示的关系。

当Ip0>TH2时，初始泵单元电流Ip0越大，则确定第一电压切换过程之后的第一泵单元供电电压Vp1越高。当满足VX1<VX2的关系时，使用恒定电压值作为预定电压VX2是可能的。

在图4A至图4C中所示的时序图中，初始泵单元电流Ip0越大，则在电压切换过程之前和之后，泵单元电流Ip的改变量ΔIp越大。为此，由于泵单元电流Ip的电流改变量ΔIp过大，所以输出传感器电流Is的改变量变大，并且这降低了劣化状态的检测准确性。因为第一示例性实施例如前所述确定第一泵单元供电电压Vp1，所以优化泵单元电流Ip的改变量是可能的。

当第一电压切换过程之前的初始泵单元电流Ip0是过小的值(其小于预定的切换准许电流值)时，废气具有低氧气浓度。因为不会产生对气体室61中的氧气浓度的必要改变，这降低了劣化状态检测的准确性。另一方面，因为当Ip0<TH1时，根据第一示例性实施例的SCU禁止执行泵单元供电电压Vp的第一电压切换过程，所以正确地改变气体室61中的氧气浓度是可能的。

在图7中所示的步骤S14中，SCU在图4A中所示的时刻t1将泵单元供电电压Vp从初始泵单元供电电压Vp0切换到第一泵单元供电电压Vp1。操作流程前进到步骤S15。

在步骤S15中，在第一电压切换过程中，SCU检测起点P1处的传感器单元电流Is1和终点P2处的传感器单元电流Is2。操作流程前进到步骤S16。

在步骤S16中，在泵单元供电电压Vp从初始泵单元供电电压Vp0切换到第一泵单元供电电压Vp1之后，SCU检测作为泵单元42的输出的泵单元电流Ip1。在经过了从执行第一电压切换过程的时刻t1开始计算的预定时间段之后，在泵单元电流Ip变稳定的时刻检测第一泵单元电流Ip1。可以接受的是，以任意顺序检测传感器单元电流Is1和Is2以及泵单元电流Ip1。操作流程前进到步骤S17。

在步骤S17中，基于第一电流改变量ΔIs1(＝Is2-Is1)和时间差Δt1，SCU通过使用等式(1)来计算在传感器单元电流Is的瞬态变化期间的斜率A11。

A11＝ΔIs1/Δt1，.....(1)，

其中第一电流改变量ΔIs1表示起点P1处的传感器单元电流Is1与终点P2处的传感器单元电流Is2之间的差，并且时间差Δt1是从起点P1处的时刻开始计算到终点P2处的时刻的时间段。第一电流改变量ΔIs1对应于第一改变量。图4C中所示的初始状态下的斜率A10可以通过使用等式(1)来计算。操作流程前进到步骤S18。

在步骤S18中，SCU对斜率A11进行归一化以获得归一化斜率B11。在归一化过程中，基于传感器单元电流Is的瞬态变化期间的斜率A11以及由于泵单元供电电压Vp的电压切换过程而导致的泵单元电流Ip的改变量ΔIp1(＝Ip0-Ip1)，SCU通过使用等式(2)来计算归一化斜率B11。

B11＝A11/ΔIp1.........(2)。

在步骤S21中，SCU检测是否已执行泵单元供电电压Vp的第二电压切换过程，以便降低气体室61中剩余氧气的浓度。当步骤S21中的检测结果指示准许执行第二电压切换过程(步骤S21中的“是”)时，操作流程前进到步骤S22。

在步骤S22中，当泵单元供电电压Vp是第二电压切换过程之前的第一泵单元供电电压Vp1时，SCU检测作为泵单元42的输出的泵单元电流Ip1。第二电压切换过程将第一泵单元供电电压Vp1切换到第二泵单元供电电压Vp2。

可以接受的是，SCU使用步骤S16中获得的检测值，而非执行步骤S22中的过程。操作流程前进到步骤S23。

在步骤S23中，SCU 31至33的每个执行子例程以基于第一泵单元电流Ip1来确定第二电压切换过程之后的第二泵单元供电电压Vp2。

图9A是显示了用于确定第二泵单元供电电压Vp2的子例程的流程图。

在图7和图9A中所示的步骤S23中，为了将执行第二电压切换过程之前和之后的泵单元电流Ip的变化范围调节到预定变化范围内，SCU 31至33的每个检测第二电压切换过程之前的第一泵单元电流Ip1是否处于阈值TH3到阈值TH4的范围内。

在步骤S23中，基于步骤S23中的检测结果，SCU 31至33每个确定作为第二电压切换过程之后的泵单元供电电压的第二泵单元供电电压Vp2。满足存在的关系TH3>TH4。

在图9A中所示的步骤S51中，SCU检测第一泵单元电流Ip1是否大于阈值TH3。当步骤S51中的检测结果指示第一泵单元电流Ip1不大于阈值TH3(步骤S51中的“否”)时，操作流程前进到步骤S52。

在步骤S52中，SCU检测第一泵单元电流Ip1是否小于阈值TH4。当步骤S52中的检测结果指示第一泵单元电流Ip1不小于阈值TH4(步骤S52中的“否”)时，即，指示第一泵单元电流Ip1处于TH4到TH3的范围内，操作流程前进到步骤S53。

在步骤S53中，SCU选择预定电压VX3作为第二泵单元供电电压Vp2。

当第一泵单元电流Ip1小于TH4(Ip1<TH4，步骤S52中的“是”)时，操作流程前进到步骤S54。在步骤S54中，SCU选择低于VX3的预定电压VX4作为第二泵单元供电电压Vp2。

在这种情况下，当Ip1>TH4时，可以认为在执行第一电压切换过程之后第一泵单元供电电压Vp1变小。在这种情况下，使用预定电压VX4作为第二泵单元供电电压Vp2限制了泵单元供电电压Vp的切换范围。

在步骤S51中，当Ip1>TH3(即，步骤S51中的“是”)时，操作流程前进到步骤S55。

在步骤S55中，因为泵单元电流Ip(即，第一泵单元电流Ip1)大于预定的切换准许电流值，所以SCU禁止执行第二电压切换过程。也就是说，TH3对应于预定的切换准许电流值。当禁止泵单元供电电压Vp的切换过程时，暂时停止执行图7中所示的步骤S24至步骤S31中的过程。

图9B是显示了第一泵单元电流Ip1与第二泵单元供电电压Vp2之间的关系的图。前述预定电压VX3和预定电压VX4具有图9B中所示的关系。

当Ip1>TH4时，第一泵单元电流Ip1越小，则确定第二电压切换过程之后的第二泵单元供电电压Vp2越低。当满足VX3>VX4的关系时，使用恒定电压值作为预定电压VX4是可能的。

在图4A至图4C中所示的时序图中，第一泵单元电流Ip1越小，则在电压切换过程之前和之后，泵单元电流Ip的改变量ΔIp越大。为此，由于泵单元电流Ip的电流改变量ΔIp过大，所以输出传感器电流Is的改变量变大，并且这降低了劣化状态的检测准确性。因为第一示例性实施例如前所述确定第二泵单元供电电压Vp2，所以优化第一泵单元电流Ip1的改变量是可能的。

当第二电压切换过程之前的第一泵单元电流Ip1的值过小(其大于预定的切换准许电流值)时，因为不会产生气体室61中的氧气浓度的必要改变量，这降低了劣化状态检测的准确性。另一方面，因为当Ip1>TH3时，根据第一示例性实施例的SCU禁止执行泵单元供电电压Vp的第二电压切换过程，所以正确改变气体室61中的氧气浓度是可能的。

在图7中所示的步骤S24中，在图4A中所示的时刻t2，SCU将泵单元供电电压Vp从第一泵单元供电电压Vp1切换到第二泵单元供电电压Vp2。操作流程前进到步骤S25。

在步骤S25中，在第二电压切换过程中，SCU检测起点P3处的传感器单元电流Is3和终点P4处的传感器单元电流Is4。操作流程前进到步骤S26。

在步骤S26中，在泵单元供电电压Vp从第一泵单元供电电压Vp1切换到第二泵单元供电电压Vp2之后，SCU检测作为泵单元42的输出的第二泵单元电流Ip2。在经过从执行第二电压切换过程的时刻t2开始计算的预定时间段之后，在泵单元电流Ip变稳定的时刻检测第二泵单元电流Ip2。可以接受的是，以任意顺序检测传感器单元电流Is3和Is4以及第二泵单元电流Ip2。操作流程前进到步骤S27。

在步骤S27中，基于第二电流改变量ΔIs2(＝Is3-Is4)和时间差Δt2，SCU通过使用等式(3)来计算传感器单元电流Is的瞬态变化期间的斜率A21。

A21＝ΔIs2/Δt2，.....(3)，

其中第二电流改变量ΔIs2表示起点P3处的传感器单元电流Is2与终点P3处的传感器单元电流Is3之间的差，并且时间差Δt2是从起点P3处的时刻开始计算到终点P4处的时刻的时间段。第二电流改变量ΔIs2对应于第二改变量。图4C中所示的初始状态下的斜率A20可以通过使用等式(3)来计算。操作流程前进到步骤S28。

在步骤S28中，SCU将斜率A21归一化以获得归一化斜率B21。在归一化过程中，基于传感器单元电流Is的瞬态变化期间的斜率A21以及由于泵单元供电电压Vp的电压切换过程而导致的泵单元电流Ip的改变量ΔIp2(＝Ip2-Ip1)，SCU通过使用等式(4)来计算归一化斜率B21。

B21＝A21/ΔIp2.........(4)。

操作流程前进到步骤S29。

在步骤S29中，SCU选择第一电压切换过程中获得的斜率B11或者第二电压切换过程中获得的斜率B21。换言之，SCU选择与初始特性中的传感器单元42的参考改变量之间具有较大差的传感器单元电流Is的改变量ΔIs1或传感器单元电流Is的改变量ΔIs2作为斜率B，其中传感器单元电流Is的改变量ΔIs1在第一电压切换过程中获得，并且传感器单元电流Is的改变量ΔIs2在第二电压切换过程中获得。具体而言，如图4C中所示，SCU计算斜率A11(作为实际斜率)与斜率A10(作为初始斜率)之间的差，并且进一步计算斜率A21(作为实际斜率)与斜率A20(作为初始斜率)之间的差。SCU选择与初始斜率具有较大差的斜率。操作流程前进到步骤S30。

图10是显示了NOx气体传感器中的反应速度比B/B0与劣化状态比之间的关系的图。在图10中，附图标记B表示在步骤S29中选择的斜率B11和斜率B21中的一个，以及附图标记B0表示当传感器单元42具有未被劣化的初始特性，传感器单元电流Is的斜率。

在步骤S30中，SCU基于步骤S29中选择的斜率B来计算传感器单元劣化状态比C(％)。在步骤S30中，ECU计算初始特性下的斜率B与斜率B0之间的反应速度比B/B0。例如，SCU使用图10中所示的关系，以便基于反应速度比B/B0来计算传感器单元劣化状态比C(％)。也就是说，反应速度比B/B0表示供应给传感器单元42的氧气的反应速度的比率。SCU31至33的每个中的存储器(未示出)存储与表示传感器单元42的初始特性的斜率B、斜率A10以及斜率A20有关的信息。

在图10中所示的关系中，反应速度比B/B0越小，即，传感器单元42的劣化状态特性与传感器单元42的初始特性之间的差越大，则传感器单元42的劣化状态比C越大。操作流程前进到步骤S31。

在步骤S31中，SCU将传感器单元42的劣化状态比C发送到发动机ECU 35。

在计算传感器单元42的劣化状态比C之后，SCU 31至33的每个基于传感器单元42的劣化状态比C来校正NOx传感器21至23的每个中的传感器单元电流Is。在对NOx传感器21至23的每个中的传感器单元电流Is进行该校正之后，SCU 31至33的每个基于校正后的传感器单元电流Is来计算NOx浓度，以便将电流传感器单元特性返回到初始传感器单元特性。

根据前述第一示例性实施例的气体传感器控制设备具有以下优异效果。

可以认为，传感器单元42的劣化状态检测过程之前的泵单元供电电压Vp和泵单元电流Ip取决于气体室61内的废气中含有的氧气浓度，并且具有给定值。

在执行泵单元供电电压Vp的电压切换过程之前的废气具有高氧气浓度的情况下，当泵单元供电电压Vp切换时，泵单元电流Ip的改变量ΔIp的值过大。这会不利地影响基于传感器单元电流Is的改变量ΔIs所执行的传感器单元42的劣化状态检测。为了避免这个缺点，气体传感器控制设备，根据第一示例性实施例的SCU 31至33和发动机ECU 35将执行泵单元供电电压Vp的电压切换过程之前和之后的作为泵单元电流Ip的变化范围的泵单元电流Ip的改变量ΔIp调节为在预定的变化范围内。这使得有可能阻止传感器单元42的劣化状态检测的检测准确性降低。因此，根据第一示例性实施例的气体传感器控制设备正确地执行传感器单元42的劣化状态检测是可能的。

根据第一示例性实施例的气体传感器控制设备具有改进的结构，该结构基于泵单元供电电压Vp的电压切换过程之前的泵单元电流Ip来确定电压切换过程之后的第一泵单元供电电压Vp1或第二泵单元供电电压Vp2。该结构使得即使泵单元供电电压Vp的电压切换过程之前的泵单元电流Ip具有给定值，也有可能在电压切换过程之后具有泵单元供电电压Vp的适当值。因此，根据第一示例性实施例的气体传感器控制设备在预定的变化范围内调节执行泵单元供电电压Vp的电压切换过程之前和之后的作为泵单元电流Ip的变化范围的泵单元电流Ip的改变量ΔIp是有可能的。

在执行泵单元供电电压Vp的第一电压切换过程以便增加气体室61中的氧气浓度的情况下，当电压切换过程之前的初始泵单元电流Ip0是显著大的值时，泵单元供电电压Vp的电压切换过程之前和之后的泵单元电流Ip的改变量ΔIp显著大，并且这降低了传感器单元42的劣化状态检测的准确性。

另一方面，当泵单元供电电压Vp的电压切换过程之前的初始泵单元电流Ip0大于预定值时，与当泵单元电流Ip小于预定值时的第一泵单元供电电压Vp1相比，根据第一示例性实施例的气体传感器控制设备对电压切换过程之后的第一泵单元供电电压Vp1增加地更多。该控制使得有可能在考虑泵单元电流Ip在泵单元供电电压Vp的电压切换过程之前变为给定值的同时，正确地检测传感器单元劣化状态比。

在执行第一电压切换过程的情况下，当废气含有低浓度的氧气且第一电压切换过程之前的初始泵单元电流Ip0为过小的值时，由于泵单元供电电压Vp的电压切换过程的氧气的改变量变为过小的值，并且这降低了传感器单元42的劣化状态检测的准确性。

另一方面，当泵单元供电电压Vp的电压切换过程之前的初始泵单元电流Ip0小于预定的切换准许电流值时，根据第一示例性实施例的气体传感器控制设备禁止执行泵单元供电电压Vp的电压切换过程。该控制使得有可能正确地检测传感器单元劣化状态比。

在执行泵单元供电电压Vp的电压切换过程使得降低气体室61中的氧气浓度的情况下，当执行电压切换过程之前的第一泵单元电流Ip1是显著的小的值时，泵单元供电电压Vp的电压切换过程之前和之后的泵单元电流Ip的改变量ΔIp变为显著大的值，并且这降低了传感器单元42的劣化状态检测的准确性。

另一方面，当泵单元供电电压Vp的电压切换过程之前的第一泵单元电流Ip1小于预定值时，与当泵单元电流Ip大于预定值时的第二泵单元供电电压Vp2相比，根据第一示例性实施例的气体传感器控制设备对电压切换过程之后的第二泵单元供电电压Vp2减小得更多。该控制使得有可能在考虑泵单元电流Ip在泵单元供电电压Vp的电压切换过程之前变为给定值的同时，正确地检测传感器单元劣化状态比。

在执行第二电压切换过程的情况下，当第二电压切换过程之前的第一泵单元电流Ip1为大值时，由于泵单元供电电压Vp的电压切换过程而产生的氧气的改变量变得显著小，并且这降低了传感器单元42的劣化状态检测的准确性。

另一方面，当泵单元供电电压Vp的电压切换过程之前的第一泵单元电流Ip1小于预定的切换准许电流值时，根据第一示例性实施例的气体传感器控制设备禁止执行泵单元供电电压Vp的电压切换过程。该控制使得有可能正确地检测传感器单元劣化状态比。

作为根据第一示例性实施例的气体传感器控制设备的SCU 31至33和发动机ECU35的每个具有改进的结构，该结构被配置为基于当执行第一电压切换过程时的传感器单元电流Is的第一电流改变量ΔIs1以及当执行第二电压切换过程时的传感器单元电流Is的第二电流改变量ΔIs2来检测传感器单元42的劣化状态。这种气体传感器控制设备的改进的结构使得有可能在用于减小泵单元供电电压Vp的第一电压切换过程以及用于增加泵单元供电电压Vp的第二电压切换过程期间获得两次传感器单元42的劣化状态检测参数。在这种情况下，根据第一示例性实施例的气体传感器控制设备正确地检测劣化状态，即，传感器单元42的劣化状态程度，同时考虑了当氧气浓度已增加时的传感器单元42的瞬态响应特性以及当氧气浓度已降低时的传感器单元42的瞬态响应特性。

根据第一示例性实施例的气体传感器控制设备计算第一电压切换过程期间的泵单元电流Ip的改变量ΔIp1和第二电压切换过程期间的泵单元电流Ip的改变量ΔIp2。此外，根据第一示例性实施例的气体传感器控制设备基于改变量ΔIp1和改变量ΔIp2中的与基准改变量的差更大的一个来检测传感器单元42的劣化状态。在这种情况下，即使劣化出现在当氧气浓度增加时的传感器单元42的瞬态响应特性和当氧气浓度降低时的传感器单元42的瞬态响应特性中的一个中，根据第一示例性实施例的气体传感器控制设备正确地检测传感器单元42的劣化状态或劣化状态程度也是可能的。

因为基于瞬态响应特性的变化而获得的传感器单元42的传感器单元劣化状态比或劣化状态程度可以通过使用表示由于泵单元供电电压Vp的电压切换过程而产生的传感器单元电流Is的瞬态响应特性中的瞬态斜率的斜率参数来获得，所以基于瞬态响应特性的变化来获得传感器单元42的劣化状态程度，并且高准确性地计算传感器单元42的传感器单元劣化状态比是可能的。

此外，因为根据第一示例性实施例的气体传感器控制设备机遇瞬态响应特性的变化期间的斜率参数来计算传感器单元42的劣化状态比，所以减少用于执行传感器单元42的劣化状态检测的时间段，并且执行传感器单元42的劣化状态检测而不用等待瞬态响应变稳定所需的时间段是可能的。

在执行泵单元供电电压Vp的电压切换过程并且然后执行传感器单元42的劣化状态检测过程的情况下，根据第一示例性实施例的气体传感器控制设备禁止传感器电路部36的异常检测。该控制使得有可能阻止在强制执行泵单元供电电压Vp的电压切换过程时与传感器电路部36的异常状态有关的不正确检测的发生。

第二示例性实施例

参照图11给出对根据第二示例性实施例的气体传感器控制设备的描述。作为根据第二示例性实施例的气体传感器控制设备的SCU 31至33的每个基于当执行泵单元供电电压Vp的第一电压切换过程时的传感器单元电流Is的斜率B11来计算传感器单元劣化状态比C1。此外，SCU 31至33的每个基于当执行泵单元供电电压Vp的第二电压切换过程时的传感器单元电流Is的斜率B21来计算传感器单元劣化状态比C2。SCU将传感器单元劣化状态比例C1和传感器单元劣化状态比C2发送到发动机ECU 35。

图11是显示了由根据本发明的第二示例性实施例的气体传感器控制设备执行的传感器单元42的劣化状态检测过程的流程图。如图11中所示，SCU执行图11中所示的劣化状态检测过程，而非执行图7中所示的劣化状态检测过程。在图11中所示的流程图和图7中所示的流程图中的相同步骤由相同的附图标记标示。为简洁起见，在此省略对相同步骤的解释。将解释图11中所示的流程图与图7中所示的流程图之间的区别。

在图11中所示的流程图的步骤S18中，当执行第一电压切换过程时，SCU通过归一化来计算斜率B11。操作流程前进到步骤S61。

在步骤S61中，SCU基于计算出的斜率B11来计算传感器单元劣化状态比C1(％)。操作流程前进到步骤S62。

在步骤S62中，SCU确定传感器单元劣化状态比C1(％)是否应该被发送到发动机ECU 35。更详细地说，SCU检测是否仅计算了C1，而未计算C2。

当步骤S62中的检测结果指示肯定(步骤S62中的“是”)时，即，指示已计算传感器单元劣化状态比C1并且尚未计算传感器单元劣化状态比C2时，操作流程前进到步骤S63。

在步骤S63中，SCU将步骤S61中计算出的传感器单元劣化状态比C1发送到发动机ECU 35。

在图11中所示的流程图的步骤S28中，当执行第二电压切换过程时，SCU通过归一化来计算斜率B21。操作流程前进到步骤S64。

在步骤S64中，SCU基于计算出的斜率B21来计算传感器单元劣化状态比C2(％)。操作流程前进到步骤S65。

在步骤S65中，SCU确定是否应该将传感器单元劣化状态比C2(％)发送到发动机ECU 35。更详细地说，SCU检测是否已计算传感器单元劣化状态比C2(％)以及尚未计算传感器单元劣化状态比C1(％)。

当步骤S65中的检测结果指示肯定(步骤S65中的“是”)时，即，指示已计算传感器单元劣化状态比C2且尚未计算传感器单元劣化状态比C1时，操作流程前进到步骤S66。

在步骤S66中，SCU将步骤S64中计算出的传感器单元劣化状态比C2(％)发送到发动机ECU 35。

另一方面，当步骤S62中的检测结果指示否定(步骤S62中的“否”)时，操作流程前进到步骤S67。此外，当步骤S65中的检测结果指示否定(步骤S65中的“否”)时，操作流程前进到步骤S67。

在步骤S67中，SCU计算基于斜率B11或斜率B21中的一个计算出的传感器单元42的劣化状态比C(％)。

SCU将计算出的传感器单元42的传感器单元劣化状态比C(％)发送到发动机ECU35。在步骤S67中，优选地，SCU选择传感器单元电流Is的改变量ΔIs1和传感器单元电流Is的改变量ΔIs2中、与处于初始特性的传感器单元42的参考改变量具有较大的差的一个。在这种情况下，在第一电压切换过程期间获得传感器单元电流Is的改变量ΔIs1。另一方面，在第二电压切换过程期间获得传感器单元电流Is的改变量ΔIs2。此外，优选地，SCU基于所选择的传感器单元电流Is的改变量来计算传感器单元劣化状态比C(％)。

第三示例性实施例

参照图12给出对根据第三示例性实施例的气体传感器控制设备的描述。作为根据第三示例性实施例的气体传感器控制设备的SCU 31至33的每个基于泵单元供电电压Vp的电压切换过程之前和之后的泵单元电流Ip的改变量ΔIp来执行泵单元41的异常检测过程。SCU 31至33的每个用作(即，对应于)泵单元异常检测部。

图12是显示了由根据本发明的第三示例性实施例的气体传感器控制设备执行的传感器单元42的劣化状态检测过程的流程图。如图12中所示，SCU执行图12中所示的劣化状态检测过程而非执行图7中所示的劣化状态检测过程。

在图12中所示的流程图和图7中所示的流程图中的相同步骤由相同的附图标记标示。为简洁起见，在此省略对相同步骤的解释。将解释图12中所示的流程图与图7中所示的流程图之间的区别。

在图12中所示的步骤S16中，SCU检测执行电压切换过程之后的泵单元电流Ip1。操作流程前进到步骤S71。

在图12中所示的步骤S71中，SCU检测泵单元电流Ip的改变量ΔIp是否是正常值，即，可接受的值。换言之，SCU检测泵单元供电电压Vp的电压切换过程之前和之后的泵单元电流Ip的改变量ΔIp(＝Ip0-Ip1)是否在预定的电流范围内。

优选地，基于电压切换过程之前的泵单元供电电压Vp0和电压切换过程之后的泵单元供电电压Vp1来确定泵单元电流Ip的预定电流范围。

当步骤71中的检测结果指示肯定(步骤S71中的“是”)时，即，指示泵单元电流Ip的改变量ΔIp是正常值时，操作流程前进到步骤S17。

另一方面，当步骤71中的检测结果指示否定(步骤S71中的“否”)时，即，指示泵单元电流Ip的改变量ΔIp不是正常值时，操作流程前进到步骤S72。

在步骤S72中，SCU确定泵单元故障已发生。SCU结束图12中所示的劣化状态检测过程。也就是说，SCU禁止执行图12中所示的劣化状态检测过程。

作为根据第三示例性实施例的气体传感器控制设备的SCU可以基于泵单元供电电压Vp的电压切换过程之前和之后的泵单元电流Ip的改变量ΔIp来正确地检测到泵单元故障的发生是可能的。这经常导致不正确的传感器单元42的劣化状态检测。另一方面，因为根据第三示例性实施例的气体传感器控制设备在泵单元41的异常发生时禁止执行传感器单元41的劣化状态检测过程。该控制使得有可能阻止不正确的传感器单元42的劣化状态检测。

各种修改

现在给出对根据第一至第三示例性实施例的气体传感器控制设备的各种修改的描述。

可以接受的是，当SCU切换泵单元供电电压Vp(在第一电压切换过程中)时，SCU禁止执行向泵单元41供应电压，或者禁止向泵单元41供应负值的泵单元供电电压Vp，以便在传感器单元42的劣化状态检测期间增加气体室61中的氧气浓度。在这两种情况下，随着执行泵单元供电电压Vp的电压切换过程，增加气体室61中的氧气浓度是可能的，并且基于传感器单元42的瞬态响应来执行传感器单元42的劣化状态检测是可能的。

在前述示例性实施例中，ECU 31至33的每个基于传感器单元电流Is的改变量ΔIs1和改变量ΔIs2来计算传感器单元劣化状态比C，即，执行传感器单元42的劣化状态检测。然而，本发明的概念不受此限制。例如，可以接受的是，ECU 31至33的每个发送与传感器单元电流Is有关的改变量ΔIs1和改变量ΔIs2的数据，并且可以接受的是，发动机ECU 35接收与传感器单元电流Is的改变量ΔIs1和改变量ΔIs2有关的数据。在这种情况下，发动机ECU 35用作气体传感器控制设备以基于与接收到的传感器单元电流Is的改变量ΔIs1和接收到的传感器单元电流Is的改变量ΔIs2有关的接收到的数据来计算传感器单元劣化状态比C(％)。

还可以接受具有如下结构，在该结构中SCU 31至33和发动机ECU 35都计算传感器单元电流Is的改变量ΔIs1和改变量ΔIs2，即，执行传感器单元42的劣化状态检测。

在前述示例性实施例中，基于在传感器单元电流Is的瞬态时间段期间的每单位时间Δt的电流改变量ΔIs，计算瞬态变化的斜率作为传感器单元电流Is的斜率参数。

然而，本发明的概念不受此限制。可以接受的是，ECU 31至33的每个使用预定时间段期间的传感器单元电流的电流改变量ΔIs作为传感器单元电流Is的斜率参数。还可以接受的是，使用预定电流改变量的时间长度作为传感器单元电流Is的斜率参数。计算并使用与传感器单元电流Is的斜率相关的变量作为斜率参数就足够了。

在第一电压切换过程中，切换泵单元供电电压Vp以便增加气体室61中的氧气浓度。在第一电压切换过程之后执行的第二电压切换过程中，切换泵单元供电电压Vp以便降低气体室61中的氧气浓度。可以接受的是，气体传感器控制设备仅基于传感器单元电流Is的改变量(即，斜率)来执行第二电压切换过程中的传感器单元42的劣化状态检测。

根据前述示例性实施例的气体传感器控制设备具有如下结构，在该结构中传感器单元电流Is的斜率A11和斜率A21被归一化以获得斜率B11和B21，并且基于斜率b11和B21来计算传感器单元劣化状态比C(％)。然而，本发明的概念不受这种结构的限制。可以接受的是，气体传感器控制设备基于斜率A11和A21来计算传感器单元劣化状态比C(％)。

在根据前述示例性实施例的气体传感器控制设备中，基于与传感器单元电流Is的斜率参数不同的数据来计算传感器单元劣化状态比C(％)是可能的。例如，计算泵单元供电电压Vp的电压切换过程之后的传感器单元电流Is变化的收敛值是可能的，并且使用收敛值作为传感器单元电流Is的改变量ΔIs是可能的。在这种情况下，基于计算出的传感器单元电流Is的改变量ΔIs来计算传感器单元劣化状态比C(％)是可能的。

根据示例性实施例的气体传感器控制设备具有前述结构，在该结构中传感器单元42的劣化状态比C(％)是传感器单元42的电流特性与初始特性的比率。然而，本发明的概念不受此限制。例如，气体传感器控制设备基于以下数据来检测传感器单元劣化状态比是可能的：作为传感器单元42的劣化状态检测参数的传感器单元电流Is的斜率或传感器单元电流Is的斜率的相关值与初始值的差；或传感器单元电流Is收敛之后的传感器单元电流Is的改变量ΔIs的差。

可以接受的是，将传感器单元电流的斜率与预定值而非初始值进行比较。

进一步可以接受的是，基于值(＝100％-劣化状态比C(％))来检测传感器单元劣化状态比。在这种情况下，初始特性中的传感器单元劣化状态比变为100％。传感器单元42的劣化状态进展越多，则传感器单元劣化状态比越小。

可以接受的是，使用与传感器单元42的特性变化相对应的劣化状态参数，即，与传感器单元42的劣化状态相对应的劣化状态参数。

根据示例性实施例的气体传感器控制设备具有由固体电解质体53和气体室61构成的传感器元件40。然而，本发明的概念不受此限制。可以接受的是，例如，NOx传感器21至23的每个具有由多个固体电解质体、多个气体室以及多个固体电解质体构成的传感器元件。

图13是显示了根据本发明的第一至第三示例性实施例的修改的NOx传感器的结构的截面的视图。如图13中所示，NOx传感器中的传感器元件40由两个固体电解质体53a和53b以及两个气体室61a和61b构成。气体室61a和61b形成于两个固体电解质体53a与53b之间。气体室61a与废气入口部53c相通，而气体室61b通过节流部71与气体室61a相通。泵单元41具有一对电极72和73。这些电极中的一个(即，电极72)暴露在气体室61a的内侧。传感器单元42具有彼此相对的电极74和公共电极76。监测单元43具有彼此相对的电极75和公共电极76。传感器单元42和监测单元43与彼此相邻地布置在一起。电极74和电极75中的一个被布置成暴露于气体室61b的内侧。

根据实施例的修改的气体传感器控制设备正确地执行对传感器元件40中的传感器单元42的劣化状态检测是可能的，其中泵单元41和传感器单元42分别被布置在不同的气体室61a和61b中。

NOx传感器21至23的每个中的传感器元件40具有双单元结构并且该双单元结构具有泵单元和传感器单元是可能的。

可以接受的是，将气体传感器控制设备应用于检测除NOx之外的作为检测目标气体的气体成分的另一传感器。例如，气体传感器控制设备检测能够检测大气中含有的碳氢化合物(HC)或一氧化碳(CO)的浓度的气体传感器的劣化状态是可能的。在这种情况下，泵单元从废气中排出氧气，并且传感器单元分解从其排出氧气的废气，以及检测HC浓度和CO浓度是可能的。进一步可以接受的是，将气体传感器控制设备应用于能够对检测对象气体中含有的氨气浓度进行检测的气体传感器。

将气体传感器控制设备应用于如下各种类型的气体传感器，该气体传感器安装在安在各种类型的车辆和机器上的除柴油发动机之外的石油发动机(或汽油发动机)以及其它类型的发动机上，能够对除废气之外的检测目标气体进行检测是可能的。

尽管已详细描述了本发明的具体实施例，但是本领域技术人员将认识到的是根据本公开的总体教导可以开发对这些细节的各种修改和替代方案。因此，公开的特定布置仅意在说明而不限于本发明的范围，其将被赋予以下权利要求及其所有等同物的全部范围。

Claims (10)

1.一种能够控制气体传感器(21至23)的气体传感器控制设备(31至33)，所述气体传感器包括泵单元(41)、传感器单元(42)以及气体室(61)，所述泵单元接收泵单元供电电压(Vp)，并且基于接收到的所述泵单元供电电压来调节引入所述气体室(61)的检测目标气体中含有的氧气成分的浓度，所述传感器单元在所述泵单元调节了所述检测目标气体中含有的所述氧气成分的浓度之后，对所述检测目标气体中含有的特定气体成分的浓度进行检测，

所述气体传感器控制设备包括计算机***，所述计算机***包括中央处理单元，所述计算机***被配置为提供：

电压切换部，其能够执行切换待供应给所述气体传感器中的所述泵单元的所述泵单元供电电压(Vp)的电压切换过程；

泵单元输出控制部，其能够将执行所述电压切换过程之前和之后的所述泵单元的泵单元输出电流(Ip)的变化范围调节到预定变化范围内；以及

劣化状态检测部，其能够基于由所述电压切换部执行的所述电压切换过程引起的所述传感器单元的输出的变化来检测所述传感器单元的劣化状态，

其中，所述泵单元输出控制部包括电压确定部，所述电压确定部能够基于所述电压切换过程之前的所述泵单元的所述泵单元输出电流来确定所述电压切换过程之后的所述泵单元供电电压的值。

2.根据权利要求1所述的气体传感器控制设备，其中，在所述电压切换部切换所述泵单元供电电压以便增加所述气体室中的氧气浓度的情况下，当所述电压切换过程之前的所述泵单元的所述泵单元输出电流高于预定值时，所述电压确定部确定所述电压切换过程之后的所述泵单元供电电压，所述电压切换过程之后的所述泵单元供电电压高于当所述电压切换过程之前的所述泵单元的所述泵单元输出电流小于所述预定值时确定的所述泵单元供电电压。

3.根据权利要求1或2所述的气体传感器控制设备，其中，在所述电压切换部切换所述泵单元供电电压以便降低所述气体室中的所述氧气浓度的情况下，当所述电压切换过程之前的所述泵单元的所述泵单元输出电流小于所述预定值时，所述电压确定部确定所述电压切换过程之后的所述泵单元供电电压，所述电压切换过程之后的所述泵单元供电电压小于当所述电压切换过程之前的所述泵单元的所述泵单元输出电流高于所述预定值时确定的所述泵单元供电电压。

4.根据权利要求1至2中任一项所述的气体传感器控制设备，其中，在所述电压切换部切换所述泵单元供电电压以便增加所述气体室中的所述氧气浓度的情况下，当所述电压切换过程之前的所述泵单元的所述泵单元输出电流小于预定的切换准许电流值时，所述泵单元输出控制部禁止所述电压切换部执行所述电压切换过程。

5.根据权利要求1至2中任一项所述的气体传感器控制设备，其中，在所述电压切换部切换所述泵单元供电电压以便降低所述气体室中的所述氧气浓度的情况下，当所述电压切换过程之前的所述泵单元的所述泵单元输出电流大于预定的切换准许电流值时，所述泵单元输出控制部禁止所述电压切换部执行所述电压切换过程。

6.根据权利要求1至2中任一项所述的气体传感器控制设备，其中，所述电压切换部执行所述泵单元供电电压的第一电压切换过程和所述泵单元供电电压的第二电压切换过程，

在所述第一电压切换过程中，切换所述泵单元供电电压以增加所述气体室中的所述氧气浓度，

在所述第二电压切换过程中，切换所述泵单元供电电压以降低所述气体室中的所述氧气浓度，并且

所述劣化状态检测部基于所述传感器单元的第一改变量和所述传感器单元的第二改变量来检测所述传感器单元的所述劣化状态，其中，所述传感器单元的所述第一改变量是当执行所述第一电压切换过程时所述传感器单元的输出传感器电流的改变量，并且所述传感器单元的所述第二改变量是当执行所述第二电压切换过程时所述传感器单元的所述输出传感器电流的改变量。

7.根据权利要求6所述的气体传感器控制设备，其中，所述劣化状态检测部基于所述传感器单元的所述第一改变量和所述传感器单元的所述第二改变量中的与预定参考改变量的差更大的一个来检测所述传感器单元的所述劣化状态。

8.根据权利要求1至2中任一项所述的气体传感器控制设备，其中，所述劣化状态检测部计算表示伴随所述电压切换部执行的所述电压切换过程的所述传感器单元的传感器单元电流的变化的斜率的斜率参数，并且基于计算出的斜率参数来确定所述传感器单元的所述劣化状态。

9.根据权利要求1至2中任一项所述的气体传感器控制设备，其中，还包括电路诊断部和诊断禁止部，其中，所述电路诊断部执行与所述气体传感器连接的传感器电路部(36)的异常检测，并且所述诊断禁止部禁止所述电路诊断部在当所述电压切换部执行所述电压切换过程时执行所述传感器电路部的所述异常诊断，以及禁止伴随所述电压切换过程的所述传感器单元的所述劣化状态检测。

10.根据权利要求1至2中任一项所述的气体传感器控制设备，还包括泵单元异常检测部，其能够基于所述电压切换过程之前和之后的所述泵单元的所述泵单元电流的变化来执行所述泵单元的所述异常检测。

Images