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1. Gebiet
der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Fehlerdiagnosevorrichtung
für eine
Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung. Die Erfindung betrifft im
Besonderen eine Fehlerdiagnosevorrichtung zum Erfassen einer Unterbrechung
des Stromflusses in einer Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung,
die die NOx-Konzentration eines Abgases aus einer Brennkraftmaschine
erfasst.
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2. Stand der
Technik
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Als Beispiel für eine Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung,
die die Konzentration des im Abgas aus einer Brennkraftmaschine
enthaltenen NOx erfasst, ist die in der japanischen Offenlegungsschrift
Nr.
JP 2002-202285
A beschriebene Vorrichtung bekannt. Die bekannte Vorrichtung
umfasst eine Pumpzelle, das aus einem in eine Gaserfassungskammer
strömenden
Abgas Sauerstoff abführt,
sowie eine Überwachungszelle
und eine Sensorzelle, die stromabwärts der Pumpzelle angeordnet
sind.
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Die Überwachungszelle führt den
Sauerstoff ab, der in der Gaserfassungskammer verbleibt, nachdem
die Pumpzelle Sauerstoff abgeführt
hat, und erzeugt dadurch einen elektrischen Strom entsprechend der
Sauerstoffkonzentration. Die Sensorzelle zerlegt im Abgas enthaltenes
NOx in Stickstoff und Sauerstoff, nachdem die Pumpzelle Sauerstoff
abgeführt
hat, führt
den daraus resultierenden Sauerstoff und den im Abgas verbliebenen
Sauerstoff ab und erzeugt dadurch einen elektrischen Strom.
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Gemäß der vorgenannten Konfiguration
entspricht der Wert des in der Überwachungszelle
fließenden
elektrischen Stroms der Konzentration des Sauerstoffs, der durch
die Pumpzelle nicht abgeführt werden
konnte. Des Weiteren entspricht der Wert des in der Sensorzelle
fließenden
elektrischen Stroms der Summe aus der Konzentration des Sauerstoffs,
der durch die Pumpzelle nicht abgeführt werden konnte, und der
Konzentration des durch die Zerlegung von NOx entstandenen Sauerstoffs.
Durch eine Subtraktion des Werts des in der Überwachungszelle fließenden elektrischen
Stroms von dem Wert des in der Sensorzelle fließenden elektrischen Stroms
lässt sich
daher die Konzentration des als Ergebnis der NOx-Zerlegung entstandenen
Sauerstoffs erfassen. Die so erfasste Sauerstoffkonzentration entspricht
der NOx-Konzentration des Abgases. Dementsprechend kann die vorgenannte
bekannte Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung die Konzentration
des NOx im Abgas präzise
erfassen.
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Die vorgenannte bekannte Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung
wird zur Emissionsregelung einer Brennkraftmaschine oder dergleichen
verwendet. Wenn der Ausgang der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung
zur Emissionsregelung, etc. verwendet wird, ist es von Vorteil,
eine Unregelmäßigkeit
der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung frühzeitig zu erfassen, um die
gewünschte
Emissionskennlinie aufrechtzuerhalten. Ein Verfahren zur frühzeitigen
Unterbrechungserfassung („disconnection") in einer Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung
dieser Bauart wurde bislang jedoch noch nicht vorgeschlagen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde eine Fehlerdiagnosevorrichtung für eine Gaskonzentrationsvorrichtung
der eingangs erläuterten Bauart
zu schaffen, mit der sich eine Unterbrechung des Stromflusses in
der Gas konzentrationsvorrichtung frühzeitig erfassen lässt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Fehlerdiagnosevorrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen
sind Gegenstand abhängiger
Ansprüche.
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Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft eine
Fehlerdiagnosevorrichtung mit einer Zelle, die in einem Messgas
enthaltenen Sauerstoff herauspumpt und dadurch einen elektrischen
Strom entsprechend der Sauerstoffkonzentration des Messgases erzeugt, und
ein Fehlerdiagnoseverfahren für
die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung. Die Fehlerdiagnosevorrichtung
weist auf: eine Heizvorrichtung zum Anheizen der Zelle der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung
auf eine Aktivierungstemperatur; eine Flussphasenerfassungseinrichtung
zum Erfassen der Phase, in der in der Zelle ein vorgegebener elektrischer
Strom fließen
sollte, nachdem die Heizvorrichtung mit dem Anheizen begonnen hat;
und eine Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen, ob in der Zelle eine
Unterbrechung des Stromflusses vorliegt, wenn während der Phase, in der in
der Zelle der vorgegebene elektrische Strom fließen sollte, der in der Zelle
fließende
elektrische Strom kleiner ist als ein vorgegebener elektrischer
Strom.
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Mit dieser Fehlerdiagnosevorrichtung
kann in Abhängigkeit
davon, ob nach dem Beginn der Anheizung der Zelle in der Zelle der
vorgegebene elektrische Strom fließt, bestimmt werden, ob in
der Zelle eine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt.
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In der Fehlerdiagnosevorrichtung
kann der vorgegebene elektrische Strom ein anfänglicher elektrischer Strom
sein, der infolge der Anheizung der Zelle entsteht. Mit dieser Konfiguration
kann in Abhängigkeit
davon, ob in der Zelle der anfängliche elektrische
Strom fließt, bestimmt
werden, ob eine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt.
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In diesem Fall kann die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung
aufweisen: eine Pumpzelle, die aus einem Erfassungsbereich Sauerstoff
herauspumpt, der in dem in den Erfassungsbereich fließenden Messgas
enthalten ist; und ein Sensorzelle, die im Messgas enthaltenes NOx
in Stickstoff und Sauerstoff zerlegt, nachdem die Pumpzelle Sauerstoff
herausgepumpt hat, und weiter den Sauerstoff, der nach der Zerlegung
des im Messgas enthaltenen NOx in Stickstoff und Sauerstoff im Messgas
enthalten ist, herauspumpt. Die Zelle, bei der die Bestimmungseinrichtung
die Unterbrechung des Stromflusses bestimmt, kann die Sensorzelle
sein. Auf diese Weise lässt
sich in Abhängigkeit
davon, ob in der Sensorzelle der anfängliche elektrische Strom fließt, bestimmen,
ob in der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung, die die Pumpzelle
und der Sensorzelle aufweist, eine Unterbrechung des Stromflusses
vorliegt.
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Als Alternative dazu kann in diesem
Fall die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung aufweisen: eine
Pumpzelle, die aus einem Erfassungsbereich Sauerstoff herauspumpt,
der in dem in den Erfassungsbereich strömenden Messgases enthalten
ist; eine Sensorzelle, die im Messgas enthaltenes NOx in Stickstoff
und Sauerstoff zerlegt, nachdem die Pumpzelle Sauerstoff herausgepumpt
hat, und weiter den Sauerstoff, der nach der Zerlegung des im Messgas enthaltenem
NOx in Stickstoff und Sauerstoff im Messgas enthalten ist, herauspumpt;
und eine Überwachungszelle,
die den Sauerstoff herauspumpt, der im Messgas enthalten ist, nachdem
die Pumpzelle Sauerstoff herausgepumpt hat. Die Zelle, bei der die Bestimmungseinrichtung
die Unterbrechung des Stromflusses bestimmt, kann die Überwachungszelle sein.
Auf diese Weise lässt
sich in Abhängigkeit
davon, ob in der Überwachungszelle der
anfängliche elektrische
Strom fließt,
bestimmen, ob in der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung, die
die Pumpzelle, die Sensorzelle und die Überwachungszelle aufweist,
eine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt. Des Weiteren kann
präzise
bestimmt werden, ob in der Überwachungszelle
eine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt.
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Was die Fehlerdiagnosevorrichtung
betrifft, so kann die Flussphasenerfassungseinrichtung eine Zähleinrichtung
zum Messen der Zeit wenigstens bis zum Beginn der Phase, in der
in der Zelle der anfängliche
elektrische Strom fließen
sollte, nachdem die Heizvorrichtung mit dem Anheizen begonnen hat, aufweisen.
Mit dieser Konfiguration lässt
sich erfassen, dass die Phase, in der in der Zelle der anfängliche
elektrische Strom fließen
sollte, in dem Augenblick erreicht wird, in dem die Zähleinrichtung
anzeigt, dass die vorgegebene Zeit abgelaufen ist, nachdem die Heizvorrichtung
mit der Anheizung begonnen hat.
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In der Fehlerdiagnosevorrichtung
kann die Flussphasenerfassungseinrichtung aufweisen: eine Widerstandserfassungseinrichtung
zum Erfassen eines Wechselstromwiderstandswerts der Zelle; und eine
Widerstandsabnahmeerfassungseinrichtung zum Erfassen einer Abnahme
des Wechselstromwiderstandswerts auf einen vorgegebenen Widerstandswert,
bei dem der anfängliche
elektrische Strom erzeugt wird. Mit dieser Konfiguration lässt sich
erfassen, dass die Temperatur einer Zelle, bei der die Unterbrechung
des Stromflusses zu erfassen ist, eine Temperatur erreicht hat,
bei der der anfängliche
elektrische Strom in der Zelle fließen sollte, wenn der Wechselstromwiderstandswert
der Zelle den vorgegebenen Wert erreicht hat, nachdem die Heizvorrichtung
mit dem Heizen beginnt.
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Die Fehlerdiagnosevorrichtung kann
eine Verhinderungseinrichtung zum Verhindern der Bestimmung betreffend
die Unterbrechung des Stromflusses in der Zelle in dem Fall, in
dem angenommen wird, dass die Temperatur der Zelle beim Start der Anheizung
durch die Heizvorrichtung bereits hoch war, aufweisen. Mit dieser
Konfiguration lässt
sich die Bestimmung betreffend die Unterbrechung des Stromflusses
in der Zelle in dem Fall verhindern, in dem angenommen wird, dass
die Temperatur der Zelle bereits hoch war, als die Heizvorrichtung
mit dem Heizen begonnen hat. Dementsprechend lässt sich bei der Diagnose der
Unterbrechung des Stromflusses in der Zelle ein Fehler in dem Fall
vermeiden, in dem in der Zelle der anfängliche elektrische Strom nicht
fließt,
da die Temperatur der Zelle bereits hoch war.
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Die Zelle kann aufweisen: eine gasseitige Elektrode,
die mit dem Messgas in Kontakt steht, und eine atmosphärenseitige
Elektrode, die mit der Atmosphäre
in Kontakt steht. Die Bestimmungseinrichtung kann eine Kurzschlusserfassungseinrichtung zum
Erfassen, ob die gasseitige Elektrode und die atmosphärenseitige
Elektrode mit einer Leistungsquelle oder der Masse kurzgeschlossen
ist. Weiter ist die Bestimmung betreffend die Unterbrechung des Stromflusses
in der Zelle nur dann möglich,
wenn weder die gasseitige Elektrode noch die atmosphärenseitige
Elektrode mit der Leistungsquelle oder der Masse kurzgeschlossen
ist. Mit dieser Konfiguration ist die Bestimmung betreffend die
Unterbrechung des Stromflusses in der Zelle nur dann möglich, wenn
weder die gasseitige Elektrode noch die atmosphärenseitige Elektrode mit der
Leistungsquelle oder der Masse kurzgeschlossen ist. Erfindungsgemäß lässt sich
somit die Unterbrechung des Stromflusses in der Zelle erfassen,
wobei zwischen einem Kurzschluss und der Unterbrechung des Stromflusses
in der Zelle unterschieden wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die vorgenannten und weitere Ausführungsformen,
Ge genstände,
Merkmale, Vorteile sowie die technische und gewerbliche Bedeutsamkeit
dieser Erfindung wird aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung beispielhafter
Ausführungsformen
der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen
verständlicher,
in denen:
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1 eine
Konzeptdarstellung ist, die die Konfiguration einer Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung
und einer Fehlerdiagnosevorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht;
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2 eine
perspektivische Querschnittsdarstellung ist, die die Konfiguration
der in 1 gezeigten Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung
zeigt;
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3A ein
Zeitschaubild ist, das die Änderung
der Temperatur einer Zelle der in 1 gezeigten
Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung zeigt;
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3B ein
Zeitschaubild ist, das die Änderung
des elektrischen Stroms zeigt, der in einer Pumpzelle der in 1 gezeigten Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung
nach Beginn der Wärmezufuhr
durch die Heizvorrichtung fließt;
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3C ein
Zeitschaubild ist, das die Änderung
des elektrischen Stroms zeigt, der in einer Überwachungszelle der in 1 gezeigten Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung
nach Beginn der Wärmezufuhr
durch die Heizvorrichtung zeigt;
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3D ein
Zeitschaubild ist, das die Änderung
des elektrischen Stroms zeigt, der in einer Sensorzelle der in 1 gezeigten Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung
nach Beginn der Wärmezufuhr durch
die Heizvorrichtung fließt;
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4A ein
Flussdiagramm einer Regelungs/Steuerungsroutine ist, die die in 1 gezeigte Fehlerdiagnosevorrichtung
ausführt;
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4B ein
Flussdiagramm einer Regelungs/Steuerungsroutine ist, die die in 1 gezeigte Fehlerdiagnosevorrichtung
ausführt;
und
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5 ein
Flussdiagramm ist, die einen Unterbrechungserfassungsprozess zeigt,
der im Schritt 118 in dem in 4A und 4B gezeigten Flussdiagramm
ausgeführt
wird.
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Nachfolgend wird die vorliegende
Erfindung an beispielhaften Ausführungsformen
näher erläutert.
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Denselben Komponenten sind dieselben
Bezugszeichen zugeordnet, so dass eine wiederholte Beschreibung
dieser Komponenten unterbleibt.
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1 ist
eine Konzeptdarstellung, die die Konfiguration einer Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung
und einer Fehlerdiagnosevorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht. Die in 1 gezeigte
Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 ist in einer
Abgasleitung einer Brennkraftmaschine, im Besonderen in einer Abgasleitung
mit einem NOx-Speicher-Katalysator, angeordnet. Die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 ist
ein Sensor, der einen Sensorausgang entsprechend der NOx-Konzentration
des Abgases erzeugt.
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2 ist
eine perspektivische Querschnittsdarstellung, die die Konfiguration
der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 zeigt. Wie
es in 2 gezeigt ist, umfasst
die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 Zirkondioxidschichten 12, 14 und
eine Isolationsschicht 16. Zwischen den beiden Zirkondioxidschichten 12, 14 ist
eine Gaserfassungskammer 18 vorgesehen. An die Zirkondioxidschichten 12, 14 grenzen
Atmosphärenkammern 20, 22 an, die
durch die Zirkondioxidschichten 12, 14 von der Gaserfassungskammer 18 isoliert
sind.
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Die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 weist
eine Diffusionsöffnung 24 auf,
die zur Gaserfassungskammer 18 führt. Die Diffusionsöffnung 24 ist
ein Durchlass, um Abgas aus der Abgasleitung der Brennkraftmaschine
in die Gaserfassungskammer 18 zu führen. Das Abgas kann aus der Abgasleitung über eine
Diffusionswiderstandsschicht 26 in die Diffusionsöffnung 24 strömen. Die
Diffusionswiderstandsschicht 26 besteht aus einem porösen Material,
das die Geschwindigkeit der Abgasdiffusion reguliert. Bei dieser
Konfiguration diffundiert in der Abgasleitung strömendes Abgas
zur Grenze zwischen der Diffusionswiderstandsschicht 26 und
der Zirkondioxidschicht 14 mit einer durch die Diffusionswiderstandsschicht 26 regulierten
Geschwindigkeit. Anschließend
diffundiert das Abgas weiter in Richtung Innenraum der Gaserfassungskammer 18 mit einer
durch den Drosseleffekt der Diffusionsöffnung 24 regulierten
Geschwindigkeit.
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Das aus der Diffusionsöffnung 24 in
die Gaserfassungskammer 18 strömende Abgas strömt in der
Gaserfassungskammer 18 entlang eines vorgegebenen Weges,
der in 2 durch Pfeile
angedeutet ist. Auf diesem Weg liegt eine Pumpzelle 28.
Die Pumpzelle 28 besteht aus der Zirkondioxidschicht 12 sowie
einer gasseitigen Elektrode 30 und einer atmosphärenseitigen
Elektrode 32, die auf den beiden Seiten der Zirkondioxidschicht 12 angeordnet
sind. Die gasseitige Elektrode 30 hat eine schwache NOx-Aktivität (beispielsweise
eine Pt-Au-Legierungs-Elektrode) und ist der Gaserfassungskammer 18 ausgesetzt.
Die atmosphä renseitige
Elektrode 32 besteht aus Pt und ist der Atmosphärenkammer 20 ausgesetzt.
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Eine veränderliche Leistungsquelle 34,
die eine Spannung von der atmosphärenseitigen Elektrode 32 zur
gasseitigen Elektrode 30 anlegt, ist mit einem Abschnitt
zwischen der gasseitigen Elektrode 30 und der atmosphärenseitigen
Elektrode 32 verbunden. Mit den Elektroden 30, 32 verbunden
ist eine elektrische Stromerfassungsvorrichtung 36, die
den elektrischen Strom A1 erfasst, der in die Pumpzelle 28 fliegt.
Die veränderliche
Leistungsquelle 34 und die elektrische Stromerfassungsvorrichtung 36 sind Bestandteile
eines Steuer-/Regelkreises, der nachstehend noch beschrieben wird.
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Stromabwärts der Pumpzelle 28 sind
eine Überwachungszelle 38 und
eine Sensorzelle 40 aneinander angrenzend vorgesehen. In 2 befindet sich die Überwachungszelle 38 zweckmäßigerweise stromaufwärts der
Sensorzelle 40. In der Realität sind diese Zellen aber so
vorgesehen, dass sie in eine Richtung senkrecht zur Abgasströmungsrichtung
nebeneinander liegen.
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Die Überwachungszelle 38 besteht
aus der Zirkondioxidschicht 14, einer gasseitigen Elektrode 42,
die der Gaserfassungskammer 18 ausgesetzt ist, und einer
atmosphärenseitigen
Elektrode 46, die der Atmosphärenkammer 22 ausgesetzt
ist. Die Sensorzelle 40 besteht aus der Zirkondioxidschicht 14,
einer gasseitigen Elektrode 44, die der Gaserfassungskammer 18 ausgesetzt
ist, und der atmosphärenseitigen
Elektrode 48, die der Atmosphärenkammer 22 ausgesetzt
ist. Die gasseitige Elektrode 42 der Überwachungszelle 38 hat
eine geringe NOx-Aktivität
und besteht aus einer Pt-Au-Legierung oder dergleichen. Die gasseitige
Elektrode 44 der Sensorzelle 40 hat dagegen eine
hohe NOx-Aktivität
und besteht aus einer Pt-Rh-Legierung oder dergleichen. Die atmosphärenseitigen
Elek troden 46, 48 bestehen ebenso wie die Pumpzelle 28 aus
Pt.
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Eine Konstantspannungsleistungsquelle 50, die
eine Spannung von der atmosphärenseitigen Elektrode 46 zur
gasseitigen Elektrode 42 anlegt, und eine elektrische Stromerfassungsvorrichtung 54,
die den elektrischen Strom A2 erfasst, der in die Überwachungszelle 38 fließt, sind
mit der Überwachungszelle 38 verbunden.
Des Weiteren sind eine Konstantspannungsleistungsquelle 52,
die eine Spannung von der atmosphärenseitigen Elektrode 48 zur
gasseitigen Elektrode 44 anlegt, und eine elektrische Stromerfassungsvorrichtung 56,
die den elektrischen Strom A3 erfasst, der in die Sensorzelle 40 fließt, mit der
Sensorzelle 40 verbunden. Die Konstantspannungsleistungsquellen 50, 52 und
die elektrischen Stromerfassungsvorrichtungen 54, 56 sind
Bestandteile des Steuer-/Regelkreises, der nachfolgend noch beschrieben
wird.
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In der Isolationsschicht 16 ist
eine Heizvorrichtung, beispielsweise ein Erhitzer 58 vorgesehen. Die
Pumpzelle 28, die Überwachungszelle 38 und
die Sensorzelle 40 werden durch den Erhitzer 58 angeheizt,
wodurch die Temperatur jeder Zelle auf die entsprechende Aktivierungstemperatur
angehoben wird.
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Wenn an der Pumpzelle 28 die
entsprechende Spannung angelegt wird, nachdem die Temperatur der
Pumpzelle 28 die Aktivierungstemperatur erreicht hat, zerlegt
die Pumpzelle 28 im Abgas-NOx enthaltenes NO2 in
NO und Sauerstoff, so dass das NOx in das Einfachgas NO umgewandelt
wird. Somit wird nahezu der gesamte Sauerstoff, der im Abgas vorliegt,
abgeführt.
In diesem Fall entspricht der Wert des in der Pumpzelle 28 fließenden elektrischen Stroms
A1 im Wesentlichen der Sauerstoffkonzentration in dem in die Gaserfassungskammer 18 strömenden Abgas,
d.h. dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F
des Abgases. Daher lässt
sich mit der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 in
der Ausführungsform
der Erfindung in Abhängigkeit
vom Ausgang der elektrischen Stromerfassungsvorrichtung 36 das
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
A/F des Abgases erfassen.
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In der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 strömt das Abgas,
in dem nahezu kein Sauerstoff mehr enthalten und das NOx in das
Einfachgas NO umgewandelt ist, stromabwärts der Pumpzelle 28.
Die Überwachungszelle 38 pumpt
den Restsauerstoff im Abgas heraus, nachdem die Temperatur der Überwachungszelle 38 die
Aktivierungstemperatur erreicht hat, wodurch ein elektrischer Strom A2
entsprechend der Sauerstoffkonzentration stromabwärts der
Pumpzelle 28 erzeugt wird. Daher lässt sich mit der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 in
der Ausführungsform
der Erfindung in Abhängigkeit
vom Ausgang der elektrischen Stromerfassungsvorrichtung 54 die
Konzentration des Restsauerstoffs im Abgas stromabwärts der
Pumpzelle 28 erfassen.
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Die Sensorzelle 40 zerlegt
NO im Abgas in Stickstoff und Sauerstoff, nachdem die Temperatur der
Sensorzelle 40 die Aktivierungstemperatur erreicht hat.
Die Sensorzelle 40 pumpt des Weiteren den Restsauerstoff
in der Gaserfassungskammer 18 vollständig heraus, wodurch ein elektrischer
Strom A3 erzeugt wird. Der Wert des elektrischen Stroms A3 entspricht
daher der Summe aus der Konzentration des Restsauerstoffs im Abgas
stromabwärts
der Pumpzelle 28 und der Konzentration des durch die Zerlegung
des NO entstandenen Sauerstoffs. Somit lässt sich in Abhängigkeit
vom Ausgang der elektrischen Stromerfassungsvorrichtung 56 die
Summe aus der Konzentration des Restsauerstoffs im Abgas stromabwärts der
Pumpzelle 28 und der Konzentration des durch die Zerlegung
von NO entstandenen Sauerstoffs erfassen.
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Der Wert, der erhalten wird, indem
der von der elektrischen Stromerfassungsvorrichtung 54 erfasste
elektrische Strom A2 von dem von der elektrischen Stromerfassungsvorrichtung 56 erfassten elektrischen
Strom A3 subtrahiert wird, entspricht der Konzentration des NO im
Abgas stromabwärts
der Pumpzelle 28, d.h. der Konzentration des NOx in dem
in die Gaserfassungskammer 18 strömenden Abgases. Mit der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung
in der Ausführungsform
der Erfindung lässt sich
daher die Konzentration des NOx im Abgas auf der Grundlage der Ausgänge der
beiden elektrischen Stromerfassungsvorrichtungen 54, 56 erfassen.
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Es wird wieder auf 1 Bezug genommen; im Folgenden wird die
gesamte Konfiguration der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung
und der Fehlerdiagnosevorrichtung für die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung
in der Ausführungsform der
Erfindung erläutert.
Wie es in 1 gezeigt
ist, steht ein Steuer-/Regelkreis 60 in Verbindung mit
der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10. An den Steuer-/Regelkreis 60 angeschlossen
ist eine (im Folgenden als ECU bezeichnete) elektronische Steuer-
/Regeleinheit 70 zur Steuerung/Regelung der Brennkraftmaschine.
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Die Kommunikationen zwischen dem
Steuer-/Regelkreis 60 und der ECU 70 erfolgen
mittels eines vorgegebenen Protokolls. Die ECU 70 gibt
beispielsweise eine (im Folgenden als Anheizstartaufforderung bezeichnete)
Aufforderung zum Starten der Anheizung der Zellen an den Steuer/Regelkreis 60 aus,
wenn eine vorgegebene Bedingung zum Starten der Anheizung erfüllt ist.
Der Steuer-/Regelkreis 60 versorgt die ECU 70 mit
Ausgangssignalen, die die NOx-Konzentration,
das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
A/F, die Sauerstoffkonzentration und dergleichen anzeigen. In 1 ist der Steuer-/Regelkreis 60 unabhängig von
der ECU 70 dargestellt. Der Steuer-/Regelkreis 60 muss
aber nicht notwendig unabhängig
von der ECU 70 vorgesehen sein, sondern kann auch in der
ECU 70 enthalten sein.
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Der Steuer-/Regelkreis 60 umfasst
einen Schwachstromausgangserfassungsabschnitt, der den in der Überwachungszelle 38 fließenden elektrischen
Strom A2 und den in der Sensorzelle 40 fließenden elektrischen
Strom A3 erfasst. Die vorgenannten Konstantspannungsleistungsquellen 50, 52 und
die elektrische Stromerfassungsvorrichtungen 54, 56 sind
im Schwachstromausgangserfassungsabschnitt enthalten. Der Steuer-/Regelkreis 60 legt nämlich mittels
der Konstantspannungsleistungsquellen 50, 52 eine
entsprechende Spannung an die Überwachungszelle 38 und
die Sensorzelle 40 an, wenn die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 in
Betrieb genommen werden muss. Der Steuer/Regelkreis 60 erfasst
des Weiteren die elektrischen Schwachströme A2, A3 die durch das Anlegen der
Spannung in der Überwachungszelle 38 und Sensorzelle 40 erzeugt
werden, mittels der elektrischen Stromerfassungsvorrichtungen 54, 56.
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Der Steuer-/Regelkreis 60 umfasst
einen Abschnitt zur Steuerung/Regelung der Sauerstoffkonzentration.
Die vorgenannte veränderliche
Leistungsquelle 34 und die elektrische Stromerfassungsvorrichtung 36 sind
in dem Abschnitt zur Steuerung/Regelung der Sauerstoffkonzentration
enthalten. Wie vorstehend erwähnt,
hat die Pumpzelle 28 der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 die Funktion,
den Sauerstoff in dem Abgas, das in die Gaserfassungskammer 18 fließt, abzupumpen.
Vorteilhafterweise soll die Pumpzelle 28 so viel Sauerstoff
als möglich
abführen,
ohne im Abgas enthaltenes NO zu zerlegen, damit die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 die
Konzentration des NOx im Abgas genau erfassen kann.
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Die durch die Pumpzelle 28 abgeführte Sauerstoffmenge
korreliert mit der an die Pumpzelle 28 angelegten Span nung,
solange in der Gaserfassungskammer 18 noch Sauerstoff vorliegt.
Daher muss an die Pumpzelle 28 wenigstens eine der abzuführenden
Sauerstoffmenge entsprechende Spannung angelegt werden. Andererseits
sollte der Wert der angelegten Spannung nicht unnötig hoch
sein, da NO im Abgas zerlegt wird, wenn die angelegte Spannung extrem
hoch ist. Die an die Pumpzelle 28 angelegte Spannung muss
daher auf einen angemessenen Wert entsprechend der Sauerstoffkonzentration im
Abgas eingestellt werden.
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Der Abschnitt zur Steuerung/Regelung
der Sauerstoffkonzentration steuert/regelt den Wert der an die Pumpzelle 28 angelegten
Spannung auf den zweckmäßigen Wert.
Im Besonderen wird die veränderliche
Leistungsquelle 34 so angesteuert, dass die Relation zwischen
dem elektrischen Strom A1 und der angelegten Spannung angemessen
wird. Wenn bestimmt wird, dass der elektrische Strom A1 bezüglich der
angelegten Spannung extrem groß ist,
wird anders ausgedrückt
die veränderliche
Leistungsquelle 34 so angesteuert, dass die angelegte Spannung zunimmt.
Wenn bestimmt wird, dass der elektrische Strom A1 bezüglich der
angelegten Spannung extrem klein ist, wird die veränderliche
Leistungsquelle 34 andererseits so angesteuert, dass die
angelegte Spannung abnimmt. Der Wert der an die Pumpzelle 28 angelegten
Spannung erreicht durch diese Steuerung/Regelung im Wesentlichen
gleich dem angemessenen Wert. Im Ergebnis wird der im Abgas enthaltene
Sauerstoff nahezu vollständig
aus der Gaserfassungskammer 18 abgeführt, ohne im Abgas enthaltenes
NO zu zerlegen. In diesem Fall entspricht der Wert des durch die
elektrische Stromerfassungsvorrichtung 36 erfassten elektrischen
Stroms A1 der Sauerstoffkonzentration im Abgas, d.h. dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F
des Abgases.
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Der Steuer-/Regelkreis 60 umfasst
einen Abschnitt zur Steuerung/Regelung der Heizvorrichtung. Wie
vorstehend erwähnt,
gibt die ECU 70 die Anheizstartaufforderung an den Steuer-/Regelkreis 60 aus, wenn
die vorgegebene Bedingung zum Starten der Anheizung erfüllt ist,
nachdem die Brennkraftmaschine gestartet wurde. Wenn der Abschnitt
zur Steuerung/Regelung der Heizvorrichtung die Aufforderung erhält, startet
der Abschnitt zur Steuerung/Regelung der Heizvorrichtung die Leistungszufuhr
zu dem in der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 enthaltenen
Erhitzer 58. Im Ergebnis erzeugt der Erhitzer 58 wärme, wodurch
die Pumpzelle 28, die Überwachungszelle 38 und
die Sensorzelle 40 auf die Aktivierungstemperatur angeheizt
werden.
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Der Steuer-/Regelkreis 60 enthält einen
Diagnoseabschnitt. Der Diagnoseabschnitt ist ein wesentlicher Abschnitt
der Fehlerdiagnosevorrichtung in der Ausführungsform und bestimmt, ob
in der Überwachungszelle 38 oder
Sensorzelle 40 eine Unterbrechung des Stromflusses ("disconnection") vorliegt.
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Wenn in der Überwachungszelle 38 oder Sensorzelle 40 eine
Unterbrechung des Stromflusses vorliegt, wird der wert des in der Überwachungszelle 38 fließenden elektrischen
Stroms A2 bzw. der Wert des in der Sensorzelle 40 fließenden elektrischen
Stroms A3 ungeachtet der Konzentration des Restsauerstoffs oder
der NOx-Konzentration null. Die Werte der elektrischen Ströme A2, A3
können
aber auch dann null werden, wenn keine Unterbrechung des Stromflusses
vorliegt. Des Weiteren können
die Werte der elektrischen Ströme
A2, A3 infolge eines Störeinflusses
augenblicklich einen anderen Wert als Null annehmen, wenn eine Unterbrechung
des Stromflusses vorliegt. Daher lässt sich eine Unterbrechung
des Stromflusses nicht so ohne weiteres durch eine Überwachung
der elektrischen Ströme
A2, A3 erfassen.
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3A bis 3D sind Zeitschaubilder,
die das Prinzip zur Unterbrechungserfassung in der Überwachungszelle 38 oder
Sensorzelle 40 beschreiben. 3A zeigt
im Besonderen eine Änderung
der Temperatur einer Zelle der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10,
d.h. eine Änderung
der Temperatur der Pumpzelle 28, der Überwachungszelle 38 und
der Sensorzelle 40, und dergleichen. 3B, 3C und 3D zeigen eine Änderung
des in der Pumpzelle 28 fließenden elektrischen Stroms
A1, eine Änderung
des in der Überwachungszelle 38 fließenden elektrischen
Stroms A2 bzw. eine Änderung des
in der Sensorzelle 40 fließenden elektrischen Stroms
A3.
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Wenn die Pumpzelle 28, die Überwachungszelle 38 und
die Sensorzelle 40 jeweils die Aktivierungstemperatur erreicht
haben, führen
die Zellen die vorstehend beschriebenen Funktionen durch. Die Wellenform
des in 3B gezeigten
elektrischen Stroms A1 wird in dem Fall erhalten, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des
Abgases mager ist, wenn der Erhitzer 58 mit der Anheizung
beginnt. Wie es in 3B gezeigt
ist, steigt der in der Pumpzelle 28 fließende elektrische
Strom A1 mit einer Zunahme der Temperatur der Pumpzelle 28 an,
wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des
Abgases mager ist. Diese Wellenform des elektrischen Stroms A1 wird
jedoch nur in dem Fall erhalten, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des
Abgases mager ist. In dem Fall, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des
Abgases stöchiometrisch
ist, bleibt der elektrische Strom A1 ungeachtet einer Zunahme der
Temperatur der Pumpzelle 28 auf einem Wert in der Nähe von Null. In
dem Fall, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett ist,
wird der Wert des elektrischen Stroms A1 negativ, wenn die Temperatur
der Pumpzelle 28 zunimmt.
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Wie es in 3C und 3D gezeigt
ist, fließt
in der Überwachungszelle 38 und
Sensorzelle 40 während
einer bestimmten Phase, in der die Zellentemperatur ansteigt, ungeachtet
des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
des Abgases jeweils ein anfänglicher
elektrischer Strom von etwa 3 bis 4 μA. Es wird davon ausgegangen,
dass der anfängliche
elektrische Strom erzeugt wird, wenn die Überwachungszelle 38 oder
Sensorzelle 40 einen Restsauerstoff in der Zellenumgebung
oder einen von der gasseitigen Elektrode 42 oder der gasseitigen
Elektrode 44 adsorbierten Sauerstoff herauspumpt, wenn
die Zellentemperatur ansteigt.
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Es wird davon ausgegangen, dass dasselbe Phänomenon
auch in der Pumpzelle 28 auftritt. Jedoch fließt in der
Pumpzelle 28 in einem normalen Betriebszustand ein ausreichend
großer
elektrischer Strom A1. Daher ist es nicht unbedingt einfach zu bestimmen,
ob in der Pumpzelle 28 der anfängliche elektrische Strom fließt, wenn
die Temperatur der Pumpzelle 28 ansteigt. Die Werte der
in der Überwachungszelle 38 bzw.
Sensorzelle 40 fließenden
elektrischen Ströme
A2, A3 betragen in einem normalen Betriebszustand dagegen jeweils
mehrere Zehn nA, was ein genügend
kleiner Wert ist. Daher ist der Wert des vorgenannten anfänglichen
elektrischen Stroms (3 bis 4 μA) in der Überwachungszelle 38 und
Sensorzelle 40 ausreichend groß. Somit ist es einfach zu bestimmen,
ob in der Überwachungszelle 38 oder Sensorzelle 40 der
anfängliche
elektrische Strom fließt,
wenn die Zellentemperatur ansteigt.
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In dem Fall, in dem in der Überwachungszelle 38 oder
Sensorzelle 40 eine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt,
wird der vorgenannte anfängliche
elektrische Strom nicht erzeugt, während die Temperatur der Zelle
ansteigt. In dem Fall, in dem in der Überwachungszelle 38 oder
Sensorzelle 40 keine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt,
fließt während der
bestimmten Phase, in der die Zellentemperatur ansteigt, der anfängliche
elektrische Strom in der Zelle; dieser Fall unterscheidet sich augenscheinlich
von dem Fall, in dem ein Störeinfluss vorliegt.
Daher lässt
sich in der Fehlerdiagnosevorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung in
Abhängigkeit davon,
ob über
die bestimmte Phase nach dem Start der Anheizung durch den Erhitzer 58 hinweg
in der Überwachungszelle 38 oder
Sensorzelle 40 der elektrische Strom A2 bzw. der elektrische Strom
A3 fließt,
der dem anfänglichen
elektrischen Strom entspricht, bestimmen, ob in der Überwachungszelle 38 oder
Sensorzelle 40 eine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt.
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4A und 4B zeigen ein Flussdiagramm
einer vom Steuer-/Regelkreis 60 ausgeführten Routine zur Unterbrechungserfassung
in der Überwachungszelle 38 oder
Sensorzelle 40 gemäß dem vorstehend
geschilderten Prinzip.
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In der in 4A und 4B gezeigten
Routine wird zunächst
bestimmt (Schritt 100), ob die ECU 70 die Aufforderung
zum Starten der Anheizung ausgegeben hat. Im Besonderen wird bestimmt,
ob ein Anheizungsanzeige-Merker, der anzeigt, ob die Aufforderung
bereits ausgegeben wurde, auf EIN gesetzt ist.
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Wie vorstehend erwähnt, erzeugt
die ECU 70 die Aufforderung zum Start der Anheizung, wenn
die vorgegebene Bedingung zum Starten der Anheizung erfüllt ist,
nachdem die Brennkraftmaschine gestartet wurde. Die vorgegebene
Bedingung zum Starten der Anheizung gilt im Besonderen dann als
erfüllt,
wenn eine Bedingung zur Beseitigung einer Dampfkondensation in der
Abgasleitung erfüllt
ist. Eine Dampfkondensation wird in der Abgasleitung beispielsweise dann
verursacht, wenn die Brennkraftmaschine aus dem kalten Zustand heraus
gestartet wird. In diesem Fall können
sich an der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 durch
die Dampfkondensation gebildete Wassertropfen anlagern. In der Fehlerdiagnosevorrichtung
gemäß der Ausführungsform
der Erfindung führt
der Erhitzer 58 in dem Fall, in dem sich an der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 Wassertropfen
anlagern können,
keine Anheizung durch, sondern startet diese erst, wenn die vorgenannte
Bedingung zum Starten der Anheizung erfüllt ist.
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Wenn im Schritt 100 der
in 4A und 4B gezeigten Routine bestimmt
wird, dass der Anheizungsanzeige-Merker
nicht auf EIN gesetzt ist, wird eine Anheizung der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 durch
den Erhitzer 58 verhindert (Schritt 102).
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Anschließend wird ein Zähler, der
die vergangene Zeit seit dem Start der Anheizung der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 misst, zurückgesetzt
(Schritt 104).
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Daraufhin wird bestimmt, ob es eine
Vorgeschichte oder ein Ereignis gibt, das anzeigt, dass der Erhitzer
58, nachdem die Brennkraftmaschine gestartet wurde, der Steuer-/Regelkreis 60 mit
Leistung versorgt wurde, eine Anheizung durchgeführt hat, und für den Fall,
dass es dieses Ereignis gibt, wird bestimmt, ob die nach dem Stopp
der ehemals gestarteten Anheizung vergangene Zeit die vorgegebene
Zeit erreicht hat (Schritt 106).
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Wenn bestimmt wird, dass der Erhitzer 58 nach
dem Einschalten der Leistungszufuhr zum Steuer-/Regelkreis 60 keine
Anheizung durchgeführt hat,
oder wenn nach dem Stopp der Anheizung genügend Zeit vergangen ist, kann
im Ergebnis bestimmt werden, dass die Überwachungszelle 38 und
die Sensorzelle 40 zu dieser Zeit genügend abgekühlt sind. In diesem Fall wird
ein Unterbrechungserfassungs-Merker
auf AUS gesetzt, so dass die Ausführung der Unterbrechungserfassung
gestattet ist (Schritt 108).
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Wenn keine der vorgenannten Bedingungen erfüllt ist,
d.h. wenn es weder ein Ereignis dahingehend gibt, dass der Erhitzer 58 nach
dem Einschalten der Leistungszufuhr zum Steuer-/Regelkreis 60 die Anheizung
durchgeführt
hat, noch die vergangene Zeit seit dem Stopp der Anheizung die vorgegebene Zeit
erreicht hat, erfolgt kein Prozess, und die vorliegende Routine
wird beendet. In diesem Fall wird der Unterbrechungserfassungs-Merker
in dem Zustand während
des vorhergehenden Prozesszyklus gehalten. Der Unterbrechungserfassungs-Merker
wird auf EIN gesetzt, wenn die Unterbrechungserfassung für die Überwachungszelle 38 (oder
die Sensorzelle 40) beendet ist, wie es nachstehend noch
beschrieben wird. Gemäß den vorgenannten
Prozessen wird in dem Fall, in dem die Unterbrechungserfassung während des
vorhergehenden Prozesszyklus nicht beendet wurde, der momentane
Prozesszyklus beendet, wobei der Unterbrechungserfassungs-Merker
wie in dem Fall, in dem die Bedingung im Schritt 106 erfüllt ist,
auf AUS gesetzt ist. In dem Fall, in dem die Unterbrechungserfassung
während
des vorhergehenden Prozesszyklus beendet wurde, wird der momentane Prozesszyklus
beendet, wobei der Unterbrechungs-Merker auf EIN gesetzt ist.
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Wenn im Schritt 100 in der
in 4A und 4B gezeigten Routine bestimmt
wird, dass der Anheizungsanzeige-Merker auf EIN gesetzt ist, wird bestimmt,
ob ein Unterbrechungs-Merker für
die Überwachungszelle 38 (oder
die Sensorzelle 40) auf AUS gesetzt ist, und ob der Unterbrechungserfassungs-Merker
für die Überwachungszelle 38 (oder die
Sensorzelle 40) auf AUS gesetzt ist (Schritt 110).
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Der Unterbrechungs-Merker wird auf
EIN gesetzt, wenn in der Überwachungszelle 38 (oder
Sensorzelle 40) eine Unterbrechung des Stromflusses erfasst
wird, wie es später
noch beschrieben wird. Wenn der Unterbrechungs-Merker auf EIN gesetzt ist,
kann dementsprechend bestimmt werden, dass es in der Überwachungszelle 38 (oder
Sensorzelle 40) eine Unterbrechung des Stromflusses gibt.
Wenn bestimmt wird, dass der Unterbrechungs-Merker auf EIN gesetzt
ist, oder wenn bestimmt wird, dass der Unterbrechungserfassungs-Merker
auf EIN gesetzt ist, wird be stimmt, dass die Unterbrechungserfassung
weder ausgeführt
werden muss noch ausgeführt
werden sollte. Danach wird der momentane Prozesszyklus rasch beendet.
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Wenn im Schritt 110 bestimmt
wird, dass der Unterbrechungs-Merker wie auch der Unterbrechungserfassungs-Merker
auf AUS gesetzt sind, erfolgt die Unterbrechungserfassung. Im Besonderen wird
bestimmt, ob die beiden Elektroden 42, 46 (oder die
beiden Elektroden 44, 48) der Überwachungszelle 38 (oder
der Sensorzelle 40) mit der Leistungsquelle oder der Masse
kurzgeschlossen sind (Schritt 112).
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Im Diagnoseabschnitt des Steuer-/Regelkreises 60 ist
ein Potentialsensor vorgesehen, der das Potential der gasseitigen
Elektroden 42, 44 und der atmosphärenseitigen
Elektroden 46, 48 der Überwachungszelle 38 und
der Sensorzelle 40 erfasst. Im Schritt 112 misst
der Potentialsensor das Potential jeder Elektrode; auf der Grundlage
des gemessenen Potentials jeder Elektrode wird bestimmt, ob die
Elektroden mit der Leistungsquelle oder der Masse kurzgeschlossen
sind. Wenn erfasst wird, dass wenigstens eine der beiden Elektroden
kurzgeschlossen ist, wird bestimmt, dass eine Unterbrechungserfassung nicht
ausgeführt
werden muss, und der momentane Prozesszyklus rasch beendet.
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Wenn bestimmt wird, dass weder die
gasseitige Elektrode 42 (oder die gasseitige Elektrode 44) noch
die atmosphärenseitigen
Elektrode 46 (oder die atmosphärenseitigen Elektrode 48)
kurzgeschlossen ist, startet der Erhitzer 58 die Anheizung
der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10. Des Weiteren
wird der Wert des Zählers,
der die Zeit nach dem Start der Anheizung misst, erhöht (Schritt 114).
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Anschließend wird bestimmt, ob der
gemessene Wert des Zählers
auf oder über
einem vorgegebenen Bestimmungswert liegt (Schritt 116).
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Der vorgenannte Bestimmungswert ist
ein vorgegebener Wert entsprechend der vergangenen Zeit seit dem
Start der Anheizung, bis in der Überwachungszelle 38 und
Sensorzelle 40 der in 3C oder 3D gezeigte anfängliche
elektrische Strom zu Fließen
beginnt. wenn bestimmt wird, dass der gemessene Wert des Zählers den
Bestimmungswert noch nicht erreicht hat, kann dementsprechend bestimmt
werden, dass in der Überwachungszelle 38 oder
Sensorzelle 40 der anfängliche
elektrische Strom nicht geflossen ist. Wenn andererseits bestimmt
wird, dass der gemessene Wert des Zählers den Bestimmungswert erreicht
hat, kann bestimmt werden, dass in der Überwachungszelle 38 und
Sensorzelle 40 der anfängliche
elektrische Strom zu Fließen
begonnen hat.
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Wenn im Schritt 116 in der
in 4A und 4B gezeigten Routine bestimmt
wird, dass der gemessene Wert des Zählers den Bestimmungswert noch
nicht erreicht hat, wird bestimmt, dass die Phase, in der die Unterbrechungserfassung
ausgeführt werden
soll, noch nicht erreicht ist, und der momentane Prozesszyklus rasch
beendet. Wenn dagegen bestimmt wird, dass der gemessene Wert des
Zählers
den Bestimmungswert erreicht hat, wird der Unterbrechungserfassungsprozess
ausgeführt
(Schritt 118).
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5 ist
ein Flussdiagramm, das den im Schritt 118 ausgeführten Unterbrechungserfassungsprozess
im Einzelnen beschreibt.
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Bestimmt wird, ob der Ausgang der Überwachungszelle 38 (oder
der Sensorzelle 40) in einem vorgegebenen Bereich liegt.
Im Besonderen wird bestimmt (Schritt 130), ob der in der Überwachungszelle 38 fließende elektrische
Strom A2 (oder der in der Sensorzelle 40 fließende elek trische
Strom A3) kleiner ist als ein Bestimmungswert XnA, der im Vergleich
zu dem Wert des anfänglichen
elektrischen Stroms ein genügend
kleiner Wert ist.
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Wenn der elektrische Strom A2 (oder
der elektrische Strom A3) größer ist
als der Bestimmungswert XnA, kann bestimmt werden, dass die Möglichkeit
dafür,
dass in der Überwachungszelle 38 (oder
Sensorzelle 40) entsprechend der anfängliche elektrische Strom fließt, groß ist. In
diesem Fall wird der Wert eines Normalzustandzählers für die Überwachungszelle 38 (oder
Sensorzelle 40), der anzeigt, dass die Zelle normal arbeitet,
erhöht
und ein Unregelmäßigkeitszähler für die Zelle,
der anzeigt, dass in der Zelle eine Unregelmäßigkeit aufgetreten ist, zurückgesetzt
(Schritt 132).
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Als nächstes wird bestimmt, ob der
gemessene wert des Normalzustandzähler für die Überwachungszelle 38 (oder
die Sensorzelle 40) auf oder über einem vorgegebenen Wert
liegt (Schritt 134).
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Wenn der gemessene Wert des Normalzustandzählers unter
dem vorgegebenen Wert liegt, kann aber die Möglichkeit dafür, dass
der Wert des elektrischen Stroms A2 (oder des elektrischen Stroms
A3) infolge eines Störeinflusses
oder dergleichen vorübergehend
groß wird,
noch nicht verneint werden. In diesem Fall wird daher der momentane Prozesszyklus
beendet und die Bestimmung betreffend die Unterbrechungserfassung
aufgeschoben.
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Wenn dagegen bestimmt wird, dass
der gemessene Wert des Normalzustandzählers auf oder über dem
vorgegebenen Wert liegt, kann bestimmt werden, dass der elektrische
Strom A2 (oder der elektrische Strom A3) auf einem hohen Wert bleibt, so
dass der elektrische Strom als der anfängliche elektrische Strom betrachtet
werden kann. In diesem Fall wird in der in 5 gezeigten Routine be stimmt, dass in
der Überwachungszelle 38 (oder
Sensorzelle 40) der anfängliche
elektrische Strom fließt,
und der Unterbrechungs-Merker auf AUS gesetzt, um anzuzeigen, dass
in der Überwachungszelle 38 (oder Sensorzelle 40)
keine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt (Schritt 136).
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Wenn bestimmt wird, dass der Ausgang
der Überwachungszelle 38 (oder
der Sensorzelle 40) im vorgegebenen Bereich liegt, d.h.
wenn im Schritt 130 in der in 5 gezeigten Routine bestimmt wird, dass
der elektrische Strom A2 (oder der elektrische Strom A3) unter dem
Bestimmungswert XnA liegt, kann bestimmt werden, dass in der Überwachungszelle 38 (oder
Sensorzelle 40) der anfängliche
elektrische Strom nicht fließt.
In diesem Fall wird der Wert des Unregelmäßigkeitszählers für die Überwachungszelle 38 (oder
die Sensorzelle 40) erhöht
und der Normalzustandzähler
für die
Zelle zurückgesetzt (Schritt 138).
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Anschließend, wird bestimmt, ob der
gemessene Wert des Unregelmäßigkeitszählers für die Überwachungszelle 38 (oder
die Sensorzelle 40) auf oder über dem vorgegebenen Wert liegt
(Schritt 140).
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Wenn der gemessene Wert des Unregelmäßigkeitszählers unter
dem vorgegebenen Wert, liegt, kann aber die Möglichkeit dafür, dass
der elektrische Strom A2 (oder der elektrische Strom A3) infolge
eines Störeinflusses
oder dergleichen vorübergehend klein
wird, noch nicht verneint werden. Daher wird in diesem Fall der
momentane Prozesszyklus beendet und die Bestimmung betreffend die
Unterbrechungserfassung aufgeschoben.
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Wenn im Schritt 140 bestimmt
wird, dass der gemessene Wert des Unregelmäßigkeitszähler auf oder über dem
vorgegebenen Wert liegt, kann bestimmt werden, dass der elek trische
Strom A2 (oder der elektrische Strom A3) über eine vorgegebene Zeit hinweg
auf einem kleinen Wert bleibt, der unter dem wert des anfänglichen
elektrischen Stroms liegt. In diesem Fall wird in der in 5 gezeigten Routine bestimmt,
dass in der Überwachungszelle 38 (oder Sensorzelle 40)
der anfängliche
elektrische Strom nicht fließt.
Der Unterbrechungs-Merker für
die Überwachungszelle 38 (oder
die Sensorzelle 40) wird auf EIN gesetzt, um anzuzeigen,
dass in der Überwachungszelle 38 (oder
Sensorzelle 40) eine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt
(Schritt 142).
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Gemäß dieser Vorgehensweise wird
der Unterbrechungserfassungsprozess für die Überwachungszelle 38 (oder
Sensorzelle 40) in dem in 4A gezeigten
Schritt 118 ausgeführt.
Wenn der Prozess beendet wird, wird bestimmt, ob die Bestimmung
betreffend die Unterbrechungserfassung in der in 4A und 4B gezeigten
Routine beendet wurde (Schritt 120).
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Solange bestimmt wird, dass die Bestimmung
betreffend die Unterbrechungserfassung noch nicht beendet wurde,
wird der Prozess im Schritt 118 wiederholt. Wenn bestimmt
wird, dass die Bestimmung betreffend die Unterbrechungserfassung
beendet wurde, wird der Unterbrechungserfassungs-Merker auf EIN
gesetzt und anschließend
der momentane Prozesszyklus beendet (Schritt 122).
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Gemäß der bisherigen Beschreibung
kann gemäß der in 4A und 4B und 5 gezeigten
Routine, in Abhängigkeit
davon, ob in einer Phase, in der der anfängliche elektrische Strom in
der Zelle fließen
sollte, in der Zelle entsprechend ein elektrischer Strom fließt, der
als der anfängliche
elektrische Strom betrachtet wird, bestimmt werden, ob in der Überwachungszelle 38 oder
Sensorzelle 40 eine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt.
Somit kann die Fehlerdiagnosevorrichtung in der Ausfüh rungsform
der Erfindung eine Unterbrechung des Stromflusses in der in der
Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 enthaltenen Überwachungszelle 38 oder
Sensorzelle 40 genau und rasch erfassen.
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In der vorgenannten Ausführungsform
wird die Phase, in der die Unterbrechungserfassung ausgeführt werden
sollte, in Abhängigkeit
von der vergangenen Zeit seit dem Start der Anheizung durch den
Erhitzer 58 bestimmt. Die Erfindung ist aber nicht auf
dieses Verfahren zur Bestimmung der Phase, in der die Unterbrechungserfassung
ausgeführt
werden soll, beschränkt.
Anders ausgedrückt
kann die Unterbrechungserfassung in der Phase ausgeführt werden,
in der in der Überwachungszelle 38 und
Sensorzelle 40 der anfängliche
elektrische Strom fließen sollte.
Beispielsweise kann der Zeitpunkt, in der die Temperatur der Zelle
auf eine Temperatur angestiegen ist, bei der der anfängliche
Strom erzeugt wird, erfasst und die Unterbrechungserfassung zu diesem Zeitpunkt
ausgeführt
werden. Ob die Temperatur der Zelle auf die Temperatur angestiegen
ist, bei der der anfängliche
elektrische Strom erzeugt wird, kann in Abhängigkeit davon bestimmt werden,
ob der Wechselstromwiderstandswert der Pumpzelle 28, der Überwachungszelle 38 und
der Sensorzelle 40 abnimmt.
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In der vorgenannten Ausführungsform
wird die Unterbrechungserfassung für die Überwachungszelle 38 oder
Sensorzelle 40 dadurch ausgeführt, dass bestimmt wird, ob
in der Phase, in der in der Zelle der anfängliche elektrische Strom fließen sollte,
in der Zelle der entsprechende elektrische Strom fließt. Ob eine
Unterbrechung des Stromflusses vorliegt, kann aber auch dadurch
bestimmt werden, dass bestimmt wird, ob in einer Phase, in der in
jeder Zelle ein vorgegebener elektrischer Strom fließen sollte,
in jeder Zelle der entsprechende elektrische Strom fließt. Dementsprechend
ist die Erfindung nicht auf das vorstehend beschriebene Verfahren
zur Bestimmung, ob eine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt,
beschränkt.
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Ob eine Unterbrechung des Stromflusses
in der Überwachungszelle 38 oder
Sensorzelle 40 vorliegt, kann nämlich auch in Abhängigkeit
davon bestimmt werden, ob unter den Umständen, unter denen in der Zelle
ein vorgegebener elektrischer Strom fließen sollte (beispielsweise
in dem' Fall, in
dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
des Abgases mager ist, und in dem der Betrieb der Pumpzelle 28 gestoppt
ist) der entsprechende elektrische Strom A2 oder A3 auch erzeugt
wird. Des Weiteren kann auch für
die Pumpzelle 28 eine Unterbrechungserfassung ausgeführt werden.
Ob eine Unterbrechung des Stromflusses in der Pumpzelle 28 vorliegt,
kann nämlich
in Abhängigkeit
davon bestimmt werden, ob unter den Umständen, unter denen in der Pumpzelle 28 ein
vorgegebener elektrischer Strom fließen sollte (beispielsweise in
dem Fall, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases konstant
mager ist) ein entsprechender elektrischer Strom A1 auch erzeugt
wird.
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In der vorgenannten Ausführungsform
der Erfindung führt
der Steuer-/Regelkreis 60 den Prozess im Schritt 116 aus,
wodurch die erfindungsgemäße "Flussphasenerfassungseinrichtung" realisiert wird.
Des Weiteren führt
der Steuer-/Regelkreis 60 den Prozess in den Schritten 138 bis 142,
wodurch die erfindungsgemäße "Bestimmungseinrichtung" realisiert wird.
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In der vorgenannten Ausführungsform
der Erfindung misst der Steuer-/Regelkreis 60 die vergangene
Zeit seit dem Start der Anheizung durch den Erhitzer 58 im
Schritt 114, wodurch die erfindungsgemäße "Zähleinrichtung" realisiert wird.
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In der vorgenannten Ausführungsform
der Erfindung erfasst der Steuer-/Regelkreis 60 den Wechselstromwider standswert
der Pumpzelle 28, der Überwachungszelle 38 oder
der Sensorzelle 40, wodurch die erfindungsgemäße "Widerstandserfassungseinrichtung" realisiert wird.
Des Weiteren führt der
Steuer-/Regelkreis 60 auf der Grundlage des Wechselstromwiderstandswerts
denselben Prozess aus wie im Schritt 116 aus, wodurch die
erfindungsgemäße "Widerstandsabnahmeerfassungseinrichtung" realisiert wird.
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In der vorgenannten Ausführungsform
der Erfindung führt
der Steuer-/Regelkreis 60 die Prozesse in den Schritten 106 und 108 aus,
wodurch die erfindungsgemäße "Verhinderungseinrichtung" realisiert wird.
Des Weiteren führt
in der vorgenannten Ausführungsform
der Erfindung der Steuer-/Regelkreis 60 den Prozess im
Schritt 112 aus, wodurch die erfindungsgemäße "Kurzschlusserfassungseinrichtung" realisiert wird.
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Zusammenfassed betrifft die Erfindung
eine Fehlerdiagnosevorrichtung für
eine Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung (10), die eine
frühzeitige Erfassung
einer Unterbrechung eines Stromflusses in einer Zelle der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung
gestattet. Die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung umfasst Zellen
(28, 38, 40), die den in einer Gaserfassungskammer
(18) vorhandenen Sauerstoff herauspumpen, wodurch ein elektrischer Strom
entsprechend der Sauerstoffkonzentration in der Gaserfassungskammer
(18) erzeugt wird. Die Heizvorrichtung (58) heizt
die Zellen (28, 38, 40) auf eine Aktivierungstemperatur
an. Erfasst wird die Phase, in der nach dem Start der Anheizung
der Heizvorrichtung (58) in den Zellen (28, 38, 40)
ein vorgegebener elektrischer Strom fließen sollte. In Abhängigkeit
davon, ob die in den Zellen (28, 38, 40)
fließenden
elektrischen Ströme
(A1, A2, A3) angemessen sind, wird schließlich bestimmt, ob eine Unterbrechung
des Stromflusses vorliegt.
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Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme
auf beispielhafte Ausführungsformen
beschrieben wurde, sei angemerkt, dass die Erfindung selbstverständlich nicht
auf die beispielhaften Ausführungsformen
oder Konstruktionen beschränkt
ist. Die Erfindung soll vielmehr verschiedenartige Modifikationen
und gleichwertige Anordnungen mit umfassen. Obwohl die verschiedenen
Komponenten der beispielhaften Ausführungsformen in verschiedenen beispielhaften
Kombinationen und Konfigurationen gezeigt sind, liegen andere Kombinationen
und Konfigurationen mit mehreren oder wenigeren Komponenten ebenfalls
innerhalb des durch die Patentansprüche definierten Schutzbereichs
der Erfindung.