DE102006043030A1

DE102006043030A1 - Sensorsteuerapparat und Verfahren

Info

Publication number: DE102006043030A1
Application number: DE102006043030A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Nagoya Inagaki; Yoshinori Nagoya Inoue
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2005-09-13
Filing date: 2006-09-13
Publication date: 2007-03-15
Also published as: US20070056860A1; US7959778B2; FR2890744B1; FR2890744A1

Abstract

Ein Sensorsteuerapparat umfasst einen Luft/Brennstoffverhältnissensor mit einer Sensorzelle mit einem Paar Elektroden, einer Stromquelle zum Zuführen eines vorbetimmten Stroms zwischen die Elektroden, einer Stromsteuersektion, die die Stromquelle ein- und ausschaltet, einer Spannungsdetektionssektion, die zwischen den Elektroden generierte Spannungen zu jeweiligen Zeiten detektiert, wenn die Spannungsquelle ein- und ausgeschaltet wird, einer Differentialspannungs-Detektionssektion, die zwischen den jeweils beim Ein- und Ausschalten der Stromquelle erzeugten Spannungen eine Differentialspannung ermittelt, einer ersten Spannungsvergleichssektion, die die Differentialspannung mit einer ersten Schwellwertspannung vergleicht, und einer Bestimmungssektion für einen halb aktivierten Zustand, welche herausfindet, dass die Sensorzelle einen halb aktivierten Zustand erreicht hat, falls die Differentialspannung niedriger ist als die erste Schwellwertspannung. Ferner wird auch ein Sensorsteuerverfahren vorgeschlagen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Sensorsteuerapparat und ein Verfahren zum Steuern eines Sensors für ein Luft/Brennstoffverhältnis, welcher eine Konzentration einer speziellen Gaskomponente eines Abgases detektiert, das ein Verbrennungskraftmotor emittiert. Im besonderen bezieht sich die Erfindung auf einen Sensorsteuerapparat und ein Verfahren, mit denen es möglich ist, nach dem Anlassen des Motors einen früheren oder beschleunigten Beginn einer Steuerung des Luft/Brennstoffverhältnisses zu erzielen.
Zur Steuerung eines Luft/Brennstoffverhältnisses eines Brennkraftmotors ist ein Sensorsteuerapparat in praktischem Gebrauch, welcher einen Sensor für ein Luft/Brennstoffverhältnis aufweist, um eine Sauerstoffkonzentration in einem Abgas zu detektieren, das ein Brennkraftmotor emittiert (Luft/Brennstoffverhältnis). Als ein solcher Sensor für das Luft/Brennstoffverhältnis sind ein erster Sensor, ein sogenannter λ-Sensor oder eine λ-Sonde, welcher unter Ansprechen auf eine Sauerstoffkonzentration in einem Abgas eine binäre Abgabe produziert (d.h., unter Ansprechen auf ein fettes oder mageres Luft/Brennstoffverhältnis), und ein weiterer Sensor, ein so genannter Pumpenstrom- oder limitierender Strom-Sauerstoffsensor, bekannt, welcher über einen weiten Bereich einer Sauerstoffkonzentration eine nahezu lineare Ausgabe produziert. In den vergangenen Jahren ist es erforderlich geworden, das Luft/Brennstoffverhältnis akkurat zu steuern, um den strengen Abgasvorschriften für einen Brennkraftmotor gerecht zu werden, und wird deshalb öfter ein Sauerstoffsensor des Pumpenstromtyps oder eines limitierenden Stromtyps anstelle des λ-Sensors verwendet.
In jedem dieser Sensoren wird prinzipiell eine Sensorzelle benutzt, welche ein Paar Elektroden an den gegenüberliegenden Seiten eines festen Elektrolyten (z. B. ZrO₂) aufweist, um ein Phänomen zu nutzen, bei dem eine elektromotorische Kraft produziert wird, sobald die umgebenden Gase an den gegenüberliegenden Seiten der Sensorzelle verschiedene Sauerstoffkonzentrationen haben und sich von den sich gegenüberliegenden Seiten Sauerstoffionen durch den festen Elektrolyten bewegen, und zwischen den Elektroden Strom zugeführt wird. Dieses Phänomen tritt nicht auf, solange der feste Elektrolyt nicht aufgeheizt und aktiviert ist. Es kann eintreten, dass es sehr lange dauert, z. B. von über 10 Sekunden bis mehrmals zehn Sekunden, bis der Sauerstoffsensor des Pumpenstromtyps oder des limitierenden Stromtyps aktiviert wird, welcher erst dann eine Sauerstoffkonzentration innerhalb eines breiten Bereiches detektieren kann.

Generell ist ein Sensorsteuerapparat so konfiguriert, dass er festzustellen vermag, ob der Sensor eine aktivierte Kondition erreicht hat. Die Technik zum Detektieren einer derart aktivierten Kondition wird offenbart in JP 4-313056 A, JP 10-104195 A und JP 9-170997 A.

In den letzten Jahren sind die Abgasvorschriften für Brennkraftmotoren noch mehr verschärft worden. Im Falle eines Sauerstoffsensors des Pumpenstromtyps oder des begrenzenden Stromtyps, welcher relativ lang braucht, ehe er einen aktivierten Status erreicht und in der Lage ist, als ein Linearsensor zu dienen, wird von dem Sensor erwartet, dass er auch als λ-Sensor dient, und zumindest feststellen kann, ob ein Luft/Brennstoffverhältnis eines Abgases fetter oder magerer ist im Vergleich zu einem theoretischen Luft/Brennstoffverhältnis, und zwar in der Betriebsphase, bevor der Sensor in der Lage ist, als Linearsensor zu arbeiten. Auf diese Weise soll eine frühere oder beschleunigte Feedback-Steuerung für das Luft/Brennstoffverhältnis zu erzielen sein.

Jedoch beziehen sich JP 4-313056 A und JP 10-104195 A auf eine Technik, mit der nur bestimmt wird, ob der Sensor (die Zelle) vollständig aktiviert ist (d.h., ob der Sensor einen voll aktivierten Status erreicht hat), hingegen nicht auf eine Technik, mit der bestimmbar ist, ob der Sensor (die Zelle) einen halb aktivierten Status erreicht hat, der es dem Sensor ermöglicht, zumindest festzustellen, ob das Luft/Brennstoffverhältnis des Abgases fett oder mager ist. Andererseits offenbart die ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 9-170997 eine Technik zum Schätzen eines halb aktivierten Zustands des Luft/Brennstoffverhältnissensors, und zwar auf der Basis eines integrierten Werts der Ausgangsspannung des Luft/Brennstoffverhältnissensors. Jedoch variiert die Ausgangsspannung des Luft/Brennstoffverhältnissensors abhängig von einer Variation der gasförmigen Atmosphäre, welcher der Luft/Brennstoffverhältnissensor ausgesetzt ist (in anderen Worten, dem Luft/Brennstoffverhältniszustand des Gases, das zu messen ist). Aus diesem Grund kann mit der Technik der Abschätzung, ob der Luft/Brennstoffverhältnissensor den halb aktivierten Zustand erreicht hat, nur durch Vergleichen des integrierten Werts der Ausgangsspannung des Luft/Brennstoffverhältnissensors mit einem Schwellwert, welcher einfach basierend auf ei nem Aspekt einer Sache bestimmt wird, möglicherweise ein Fall eintreten, bei welchem der Luft/Brennstoffverhältnissensor fehlerhaft so beurteilt wird, als ob er den halb aktivierten Zustand erreicht hätte. Bei der Technik der japanischen ungeprüften Patentpublikation Nr. 9-170997 wird nämlich die Beurteilung des halb aktivierten Zustandes des Luft/Brennstoffverhältnissensors nennenswert durch die gasförmige Atmosphäre beeinflusst, welcher der Luft/Brennstoffverhältnissensor ausgesetzt ist, so dass eine genaue Detektion des halb aktivierten Zustands des Luft/Brennstoffverhältnissensors nicht erreicht werden kann, und demzufolge auch eine genaue Feedback-Steuerung des Luft/Brennstoffverhältnisses nicht realisiert werden kann.

Es ist demzufolge ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, einen Sensorsteuerapparat und ein Verfahren anzugeben, mit denen es möglich ist, eine Konzentration einer speziellen Gas-Komponente eines Abgases über einen weiten Bereich zu detektieren, d.h. bereits einen halbaktivierten Zustand des Luft/Brennstoffverhältnis-Sensors akkurat ohne Einflussnahme einer gasförmigen Atmosphäre, der der Luft/Brennstoffverhältnissensor ausgesetzt ist, zu detektieren, so dass ein früherer oder beschleunigter Beginn einer Feedback-Steuerung für ein Luft/Brennstoffverhältnis erzielt werden kann.

Um diesen Gegenstand zu erzielen, wird gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung ein Sensorsteuerapparat vorgeschlagen, der einen Luft/Brennstoffverhältnis-Sensor mit einer Sensorzelle mit einem Paar Elektroden an gegenüberliegenden Seiten eines festen Elektrolyten aufweist, und der eine Konzentration einer speziellen Gaskomponente eines Abgases detektieren kann, das ein Brennkraftmotor emittiert, ferner eine Stromquelle, um zwischen den Elektroden einen vorbestimmten Strom zuzuführen, eine Stromsteuersektion, welche die Stromquelle mit einem vorbestimmten Zyklus ein- und ausschaltet, eine spannungsdetektierende Sektion, welche Spannungen detektiert, die zwischen den Elektroden zu jeweiligen Zeiten generiert werden, wenn die Stromquelle ein- und abgeschaltet wird, eine detektierende Sektion, welche eine Differentialspannung zwischen den Spannungen detektiert, welche zu den Stromquellenein- und -ausschaltzeitpunkten durch die Spannungsdetektiersektion detektiert worden sind, eine erste Spannungsvergleichssektion, welche die Differentialspannung mit einer ersten Schwellwertspannung vergleicht, und eine Bestimmungssektion, welche feststellt, dass die Sensorzelle einen halb aktivierten Zustand erreicht hat, so dass der Luft/Brennstoffverhältnissensor messen kann, ob ein Luft/Brenn stoffverhältnis des Abgases fett oder mager ist. Dies erfolgt auf der Basis einer Spannungsabgabe der Sensorzelle, sobald die Differentialspannung niedriger ist als die erste Schwellwertspannung.

In dem Sensorsteuerapparat wird ein vorbestimmter Strom zwischen den Elektroden zugeführt, die an voneinander abgewandten Seiten des festen Elektrolyten angeordnet sind, wobei der Strom nach einem vorbestimmten Zyklus oder getaktet ein- und ausgeschaltet wird. Die zwischen den Elektroden dann produzierten Spannungen, wenn die Stromquelle ein- und ausgeschaltet wird, werden durch die Spannungsdetektionssektion detektiert. Die Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden ist klein, wenn sich die Sensorzelle in einem aktivierten Zustand befindet, ist jedoch verhältnismäßig groß, wenn sich die Sensorzelle in einem nicht aktivierten Zustand befindet, und zwar dann als Folge eines hohen internen Widerstandswerts des festen Elektrolyten. Hingegen ist die Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden in einem Übergangszustand vom nicht aktivierten Zustand zum aktivierten Zustand zwischen der kleinen Differenz und einer verhältnismäßigen großen Differenz mittelgroß.

Folglich wird durch den Apparat mittels der Detektionssektion für die Differentialspannung und der ersten Spannungsdetektionssektion eine mittelgroße Differenz detektiert, so dass es anhand der Abgabe der Sensorzelle direkt feststellbar ist, ob der Luft/Brennstoffverhältnissensor den halbaktivierten Zustand bereits erreicht hat. Wenn sich der Luft/Brennstoffverhältnissensor dann in dem halb aktivierten Zustand befindet, lässt er sich dazu einzusetzen, eine Konzentration einer spezifischen Gaskomponente eines Abgases über einen weiten Bereich zu detektieren, um als Sensor zu fungieren (als sogenannter λ-Sensor), der unter Ansprechen auf ein fettes oder ein mageres Luft/Brennstoffverhältnis eine binäre Ausgabe produziert. Durch Verwendung einer solchen Ausgabe des Luft/Brennstoffverhältnissensors lässt sich unter Verwenden des Luft/Brennstoffverhältnissensors bereits eine Feedbacksteuerung für das Luft/Brennstoffverhältnis durchführen, und zwar bereits rasch nach dem Anlassen des Brennkraftmotors, und sogar dann, wenn der Luft/Brennstoffverhältnissensor den voll aktivierten Status noch nicht erreicht hat. Bis dahin wird der "halb aktivierte Zustand" eingesetzt, und der Zustand gemeldet, ehe der Luft/Brennstoffverhältnissensor einen voll aktivierten Zustand erreicht, und es kann so basierend auf der Abgabe der Sensorszelle bereits gemessen werden, ob das Luft/Brennstoffverhältnis des Abgases bei fett oder bei mager liegt (d.h., die Sensorzelle erzeugt unter Ansprechen auf ein fettes oder mageres Luft/Brennstoffverhältnis des Abgases ein binäres Ausgangssignal).

Ferner besteht ein bemerkenswerter Punkt des erfindungsgemäßen Sensorsteuerapparats darin, dass die Differentialspannung auf der Basis der Spannungen detektiert wird, die jeweils dann generiert und durch die Spannungsdetektionssektion detektiert werden, wenn die Stromquelle ein- und ausgeschaltet ist. Dabei wird auf der Basis der Differentialspannung festgestellt, ob der Luft/Brennstoffverhältnissensor den halb aktivierten Zustand erreicht hat. Der zwischen dem Paar der Elektroden dann generierte Spannungswert Von, wenn die Stromquelle eingeschaltet ist, wird von IpcxRp + EMF erhalten (d.h., aus = IpcxRp + EMF, wobei Ipc ein Stromwert oben beschriebenen vorbestimmten Stroms ist, Rp ein innerer Widerstand der Sensorzelle ist, und EMF eine elektromotorische Kraft der Sensorzelle ist). Hingegen wird der Spannungswert Voff, der zwischen dem Paar Elektroden generiert wird, wenn die Stromquelle abgeschaltet ist, aus EMF erhalten, da der Stromwert des vorbestimmten Stroms dann Null A (d.h., Voff = EMF) ist. Erfindungsgemäß wird bei der Bestimmung, ob die Sensorzelle den halb aktivierten Zustand erreicht hat, wie oben beschrieben die Differentialspannung (Von – Voff) bestimmt und dadurch die elektromotorische Kraft EMF der Sensorzelle aufgehoben. Während nämlich die elektromotorische Kraft EMF abhängig von einer Variation der gasförmigen Atmosphäre variiert, welcher der Luft/Brennstoffverhältnissensor (die Sensorzelle) ausgesetzt wird, sogar falls der innere Widerstand der Sensorzelle konstant ist, wird der Einfluss der elektromotorischen Kraft EMF (in anderen Worten, der Einfluss der gasförmigen Atmosphäre) auf die Bestimmung des halb aktivierten Zustands der Sensorzelle dadurch eliminiert, dass für die Bestimmung die Differentialspannung benutzt wird. Es kann demzufolge erfindungsgemäß sehr akkurat detektiert werden, ob die Sensorzelle den halb aktivierten Zustand erreicht hat, wobei diese Bestimmung nicht durch die gasförmige Atmosphäre beeinflusst wird, welcher die Sensorzelle ausgesetzt ist.

Gemäß eines anderen Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Sensorsteuerapparat vorgeschlagen, welcher weiterhin aufweist: Eine zweite Spannungsvergleichssektion, welche vergleicht, sobald dies durch die Bestimmungssektion für den halb aktivierten Zustand bestimmt worden ist, dass die Sensorzelle den halb aktivierten Zustand erreicht hat, und dass eine Spannung zwischen den Elektroden vorliegt, welche durch die Spannungsdetekti onssektion detektiert wird, sobald die Stromquelle ein- oder ausgeschaltet ist, und zwar anhand einer zweiten Schwellwertspannung, und eine Ausgabesektion für ein Fett/Mager-Messresultat, welche ein Signal abgibt, welches indikativ dafür ist, ob das Luft/Brennstoffverhältnis des Abgases fett oder mager ist, und zwar auf der Basis des Resultats eines durch die zweite Spannungsvergleichssektion ausgeführten Vergleichs. Dies verbessert die Funktion des Sensorsteuerapparats. Weiterhin kann das Signal, das indikativ dafür ist, ob das Luft/Brennstoffverhältnis fett oder mager ist, von der Bestimmungssektion für das Fett/Mager-Messresultat während der Zeit ausgegeben werden, für die festgestellt worden ist, dass die Sensorzelle den halb aktivierten Zustand erreicht hat, und bevor die Sensorzelle voll aktiviert ist. Dies erfolgt unter fortgesetzter Zufuhr des vorbestimmten Stroms und durch Vergleichen der Spannung über den Elektroden mit der zweiten Schwellwertspannung durch die zweite Spannungsvergleichssektion. Dadurch wird es möglich, schon eine gute Feedbacksteuerung für das Luft/Brennstoffverhältnis kontinuierlich und solange auszuführen, bis die Sensorzelle den voll aktivierten Zustand erreicht.

Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Sensorsteuerapparat vorgeschlagen, der weiterhin aufweist: Eine Bestimmungssektion für einen voll aktivierten Status, welche bestimmt, ob die Sensorzelle einen voll aktivierten Zustand erreicht hat, und zwar auf der Basis einer Information, die verschieden ist von der Differentialspannung, undnachdem zuvor durch die Bestimmungssektion für den halb aktivierten Zustand bestimmt worden ist, dass die Sensorzelle den halb aktivierten Zustand bereits erreicht hatte.

Es ist auch möglich, auf der Basis der Differentialspannung festzustellen, ob die Sensorzelle den voll aktivierten Zustand erreicht hat. Jedoch wird es zum genaueren Bestimmen, ob die Sensorzelle den halb aktivierten Zustand erreicht hat, bevorzugt, zunächst an der ersten Spannungsvergleichssektion die erste Schwellwertspannung auf einen relativ kleinen Wert zu setzen (nämlich einen Wert, der relativ nahe bei Null liegt). Aus diesem Grund kann es möglicherweise schwierig sein, falls unter Verwendung der Differentialspannung versucht wird, zu bestimmen, ob die Sensorzelle den voll aktivierten Zustand erreicht hat, die erforderliche Genauigkeit bei der Bestimmung des halb aktivierten Zustands der Sensorzelle einzuhalten, da der erste Spannungsschwellwert unvermeidlich auf einen relativ hohen Wert gesetzt werden müsste, um den Spannungsschwellwert zur Bestimmung des voll aktivierten Zustands nützen zu können. Es ist möglich, hohe Genauigkeit bei der Bestimmung des halbaktivierten Zustands der Sensorzelle zu erzielen, indem auf der Basis einer anderen Information verschieden von der Differentialspannung, bestimmt wird, ob die Sensorzelle den voll aktivierten Zustand erreicht hat.

Im übrigen ist das Mittel, um auf der Basis einer Information, verschieden von der Differentialspannung, herauszufinden, ob die Sensorzelle den voll aktivierten Zustand erreicht hat, nicht auf ein bestimmtes Mittel beschränkt. Es kann als dieses Mittel, z.B. im Falle eines Luft/Brennstoffverhältnissensors mit einer Heizvorrichtung, die in getimter Relation zum Start des Sensorsteuerapparats heizt, die Gesamtmenge der Leistung berechnet werden, die von der Heizvorrichtung verbraucht wird, um festzustellen, ob die Gesamtmenge der Leistung eine zuvor gesetzte Gesamtreferenzmenge erreicht hat. Jedoch wird bei der Bestimmung, ob die Sensorzelle den voll aktivierten Zustand erreicht hat, bevorzugt (um die Genauigkeit bei der Bestimmung zu erhöhen), direkt die auf die Sensorzelle bezogene Information zu verwenden, ähnlich wie bei der Bestimmung des halb aktivierten Zustands.

Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Sensorsteuerapparat vorgeschlagen, in welchem die Bestimmungssektion als die oben beschriebene Information für den voll aktivierten Zustand einen inneren Widerstandswert der Sensorzelle verwendet.

Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Sensorsteuerapparat mit einer Widerstandswert-Detektionssektion für den inneren Widerstandswert der Sensorzelle vorgeschlagen, in welchem die Bestimmungssektion für den voll aktivierten Zustand den inneren Widerstandswert der Sensorzelle mit einem Schwellwert vergleicht, und bestimmt, dass die Sensorzelle den voll aktivierten Zustand erreicht hat, sobald der innere Widerstand niedriger ist als der Schwellwert. Dadurch bleibt es möglich, auf der Basis der Spannung zwischen den Elektroden eine Feedbacksteuerung für das Luft/Brennstoffverhältnis auszuführen, nachdem die Sensorzelle den halb aktivierten Zustand erreicht hat, wobei nach wie vor die Möglichkeit erhalten bleibt, separat und akkurat festzustellen, ob die Sensorzelle nicht schon den voll aktivierten Zustand erreicht hat.

Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Sensorsteuerapparat vorgeschlagen, in welchem der Luft/Brennstoffverhältnissensor ferner eine Pumpenzelle aufweist, die an voneinander abgewandten Seiten eines festen Elektrolyten ein Paar Elekt roden aufweist, wobei eine von den Elektroden jeweils der Pumpenzelle und der Sensorzelle zu einer hohlen Gasdetektionskammer weist, in welche ein Abgas eingeführt wird. Eine der Elektroden der Sensorzelle, und zwar diejenige, die an einer Seite abgewandt von der Gasdetektionskammer positioniert ist, dient dann als eine Referenzeleketrode, die zur Außenseite abgeschirmt ist. Der Sensorsteuerapparat weist ferner eine Steuersektion auf, die den vorbestimmten Strom von der Stromquelle in der Richtung zu der Sensorzelle leitet, in der Sauerstoff aus der Gasdetektionskammer zu der Referenzelektrode gepumpt wird, so dass die Referenzelektrode als eine interne Referenz-Sauerstoffquelle fungiert. Die Stromquelle hat eine Doppelfunktion. Sie ist eine Quelle zum Zuführen eines vorbestimmten Stroms zu der Sensorzelle, damit die Referenzelektrode der Sensorzelle Sauerstoff einer vorbestimmten Konzentration speichert und somit als interne Referenzsauerstoffquelle dient. Sie ist zur Bestimmung des halb aktivierten Zustands der Sensorzelle aber auch eine Quelle zum Zuführen eines vorbestimmten Stroms zu der Sensorzelle. Auf diese Weise sind der Betrieb des Luft/Brennstoffverhältnissensors und die Bestimmung des halb aktivierten Zustands ohne die Notwendigkeit einer Vielzahl von Stromquellen möglich, was es ermöglicht, die Kosten für den Sensorsteuerapparat zu reduzieren.

Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung wird zum Steuern eines Luft/Brennstoffverhältnissensors eine Sensorsteuermethode vorgeschlagen, wobei eine Sensorzelle mit einem Paar Elektroden an voneinander abgewandten Seite eines Feststoffelektrolyten vorgesehen ist, und die eine Konzentration einer spezifischen Gaskomponente in einem Abgas detektieren kann, das ein Brennkraftmotor emittiert, wobei dieses Verfahren folgende Schritte umfasst: Zuführen eines vorbestimmten Stroms von einer Stromquelle zwischen die Elektroden, während die Stromquelle nach einem vorbestimmten Zyklus ein- und ausgeschaltet wird, Detektieren von zwischen den Elektroden beim Ein- und Ausschalten der Stromquelle generierten Spannungen, Detektieren einer Differentialspannung zwischen den beim Detektieren ermittelten Spannungen, die zwischen den Elektroden zu den Zeiten generiert werden, an denen die Stromquelle ein- und ausgeschaltet wird, Vergleichen der Differentialspannung mit einer ersten Schwellwertspannung, und Festsetzen, dass die Sensorzelle einen halb aktivierten Zustand erreicht hat, der es dem Luft/Brennstoffverhältnissensor ermöglicht, zu messen, ob ein Luft/Brennstoffverhältnis des Abgases fett oder mager ist, und zwar auf der Basis eines Ausgabesignals der Sensorzelle, und wenn die Differentialspannung geringer ist als die erste Schwellwertspannung. Dieses Verfahren erlaubt dann sehr bald nach dem Anlassen des Brennkraftmotors eine Feedbacksteuerung des Luft/Brennstoffverhältnisses, ähnlich wie der oben beschriebene Sensorsteuerapparat.

Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Sensorsteuerverfahren vorgeschlagen, das weiterhin folgende Schritte umfasst: Vergleichen einer zwischen den Elektroden generierten Spannung, wenn die Stromquelle ein- oder ausgeschaltet ist, mit einer zweiten Schwellwertspannung, und zwar nach dem im Schritt der Bestimmung herausgefunden wurde, dass die Sensorzelle den halb aktivierten Zustand erreicht hatte, und nachfolgendes Ausgeben eines Signals indikativ dafür, ob das Luft/Brennstoffverhältnis des Abgases fett oder mager ist, und zwar auf der Basis des Resultats der Vergleiches, wie durchgeführt bei dem Schritt des Vergleichens der Spannung zwischen den Elektroden mit der zweiten Schwellwertspannung.

Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Sensorsteuerverfahren vorgeschlagen, das weiterhin einen Schritt der Bestimmung umfasst, ob die Sensorzelle den voll aktivierten Zustand erreicht hat, und zwar auf der Basis einer Information, die verschieden ist von der Differentialspannung, uns zwar erst nachdem zuvor bei dem Bestimmungsschritt festgestellt worden war, dass die Sensorzelle den halb aktivierten Zustand erreicht hatte.

Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Sensorsteuerverfahren vorgeschlagen, bei welchem der Schritt der Bestimmung, ob die Sensorzelle den voll aktivierten Zustand erreicht hat, es umfasst, als die oben beschriebene Information einen internen Widerstandswert der Sensorzelle zu verwenden.

Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Sensorsteuerverfahren mit einem Schritt einer Detektion des inneren Widerstandswerts der Sensorzelle vorgeschlagen, bei dem der Schritt der Bestimmung, ob die Sensorzelle den voll aktivierten Zustand erreicht hat, es auch umfasst, den inneren Widerstandswert der Sensorzelle mit einem Schwellwert zu vergleichen, um festzulegen, dass die Sensorzelle den voll aktivierten Zustand erreicht hat, sobald der innere Widerstandswert geringer ist als der Schwellwert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm und zeigt einen Sensorsteuerapparat in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2A–2C sind erklärende Ansichten und verdeutlichen Variationen einer Ausgangsspannung einer Zelle mit elektromotorischer Kraft in einem Sensor für einen breiten Sauerstoffbereich des Sensorsteuerapparats von 1;
3 ist eine erklärende Ansicht und zeigt unter Verwendung einer Amplitude Vs die Variationen der in den 2A bis 2C gezeigten Spannung;
4A–4C sind erklärende Ansichten und zeigen eine Fett/Mager-Bestimmung in Relation zu den Spannungsvariationen, wie in den 2A bis 2C gezeigt;
5 ist eine erklärende Ansicht und zeigt den Einfluss einer relativen Antriebs-Einschaltdauer auf die in 2B gezeigten Spannungsvariationen; und
6 ist ein Flussdiagramm zum Betrieb des Sensorsteuerapparats von 1.
Ein Sensorsteuerapparat umfasst als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in 1 einen Sensor 1 für einen breiten Sauerstoffkonzentraionsbereich, und einen Gassensor-Steuerschaltkreis 4, der mit dem Sensor 1 verbunden ist. Der Sensor 1 für den breiten Sauerstoffbereich weist zur Aufheizung eine Heizvorrichtung 2 auf, welche durch eine Heizvorrichtungs-Leistungsquelle 3 mit Leistung versorgt wird. Der Gassensor-Steuerschaltkreis 4 umfasst einen Schaltkreis zum Steuern des Sensors 1 und ein Verarbeitungssystem, und umfasst ferner eine andere, in der Figur nicht gezeigte Struktur. Jedoch ist der Gassensor-Steuerschaltkreis 4 hier nur so ausführlich gezeigt, wie dies zur Erklärung dieser Erfindung notwendig ist. Im übrigen kann der Sensor 1 die Sauerstoffkonzentration eines Abgases innerhalb eines weiten Sauerstoffbereiches detektieren, wenn er in einen voll aktivierten Zustand gebracht ist. Dabei ist dieser Sensor äquivalent zu einem Luft/Brennstoffverhältnissensor, der Ausgangsstromcharakteristika hat, bei denen der Ausgangsstrom des Sen sors nahezu proportional ist zu dem Luft/Brennstoffverhältnis, wie dies nachstehend beschrieben wird.
Der Sensor 1 inkludiert eine Abschirmplatte 10, eine solide oder feste elektrolyische Lage 11, ein Paar poröser Elektroden 12 und 13, eine Referenzsauerstoffkammer 14, eine solide oder feste elektrolytische Lage 15, ein anderes Paar poröser Elektroden 16 und 17, eine Gasdiffusionskammer 18, und eine Gasdetektionskammer 19.
Die Referenzsauerstoffkammer 14 ist an einer Seite der Abschirmplatte 10 positioniert. An der der Seite der Referenzsauerstoffkammer 14 abgewandten Seite der Abschirmplatte 10 ist die feste elektrolytische Lage 11 positioniert. An der der Referenzsauerstoffkammer 14 abgewandten Seite der festen elektrolytischen Lage 11 sind eine poröse Gasdiffusionsraten-Steuerlage 18 und die Gasdetektionskammer 19 positioniert. An der der festen elektrolytischen Lage 11 abgewandten Seite der Gasdiffusionsraten-Steuerlage 18 und der Gasdetektionskammer 19 ist die feste elektrolytische Lage 15 positioniert. An den voneinander abgewandten Seiten der festen elektrolytischen Lage 11 ist das Paar der porösen Elektroden 12 und 13 angeordnet. An den voneinander abgewandten Seiten der festen elektrolytischen Lage 15 ist das Paar der porösen Elektroden 16 und 17 angeordnet.
Die festen elektrolytischen Lagen 11 und 15 sind beispielsweise aus Zirkoniumoxid (ZrO₂) gebildet, und haben, sobald sie durch eine Heizvorrichtung erhitzt und in einen aktivierten Zustand gebracht sind, ein Betriebsverhalten, bei dem ihr innerer Widerstandswert reduziert ist und sich Sauerstoffionen darin bewegen können. Später wird erläutert, wie sich der Sensor 1 für den breiten Sauerstoffbereich unter mehreren variabel aktivierten Zuständen in einem voll aktivierten Zustand befindet.
Die Anordnung der festen elektrolytischen Lage 11 und der porösen Elektroden 12 und 13 an den voneinander abgewandten Seiten der Lage 11 wird als Zelle mit elektromotorischer Kraft oder Sensorzelle genannt, der durch eine Stromquelle 41 ein konstanter Mikrostrom zugeführt wird (z.B. 16 μA), und zwar in der Richtung, in der er von der porösen Elektrode 12 zu der porösen Elektrode 13 fließt. Dadurch wird Sauerstoff dazu gebracht, sich aus der Gasdetektionskammer 19 durch die feste elektrolytische Lage 11 zu der Referenzsauerstoffkammer 14 zu bewegen, die zur Außenseite hin verschlossen ist, so dass in der Refe renzsauerstoffkammer 14 Referenzsauerstoff gesammelt wird. Hierbei ist die poröse Elektrode 12 in der Referenzsauerstoffkammer 14 angeordnet und als eine Referenzelektrode ausgebildet. Die poröse Elektrode 12 ist nämlich gegenüber der Außenseite abgeschlossen und in der Lage, Sauerstoff einer vorbestimmten Konzentration zu speichern und dadurch als interne Referenzsauerstoffquelle zu fungieren, wenn zwischen die porösen Elektroden 12 und 13 ein Mikrostrom wie oben beschrieben, zugeführt wird. Wenn also die Sauerstoffkonzentrationen an den voneinander abgewandten Seiten der festen elektrolytischen Lage 11 voneinander verschieden sind, dann wird zwischen den porösen Elektroden 12 und 13 eine elektromotorische oder elektromotive Kraft generiert.
Wenn die Sauerstoffkonzentration in der Gasdetektionskammer 19 mit dem stöchiometrischen Luft-Brennstoffverhältnis korrespondiert, dann ist für die feste elektrolytische Lage 11 der Zelle die elektromotorische Kraft nahezu gleich mit 450 mV. Wenn hingegen die Sauerstoffkonzentration von der mit dem stöchiometrischen Luft/Brennstoffverhältnis korrespondierenden abweicht, dann ist die elektromotorische Kraft bei einer Spannung saturiert, die höher oder niedriger ist als 450 mV.
Da die Gasdetektionskammer 19 von dem mit dem Abgas versorgten Raum durch die Gasdiffusionsraten-Steuerlage 18 separiert ist, wird das Abgas durch Diffusion in die Gasdetektionskammer 19 eingeführt.
Eine Anordnung der festen elektrolytischen Lage 15 und der porösen Elektroden 16 und 17 wird als Pumpenzelle bezeichnet. Ein Pumpenzellenstrom (Ip) wird durch einen PID-Steuerschaltkreis 44 und einen Verstärker 46 zwischen den Elektroden 16 und 17 zugeführt. Spezifischer, und sobald eine Ausgangsspannung (generierte Spannung) der Zelle für die elektromotorische Kraft in den PID-Steuerschaltkreis 44 mittels eines Dämpfers gebracht wird, der einen Operationsverstärkerschaltkreis 43 und einen Widerstand 47 aufweist, dann wird die Differenz Δ Vs zwischen einer Steuersollspannung von 450 mV (die Steuersollspannung ist gleich mit der Spannung einer Steuersollspannungsquelle 42, und wird dem PID-Steuerschaltkreis 44 über einen Dämpfer zugeführt, der einen Operationsverstärkerschaltkreis 48 und einen Widerstand 49 aufweist) und der Ausgangsspannung der Zelle für die elektromotorische Kraft durch den PID-Steuerschaltkreis 44 PID berechnet. Durch Rückführen der Differenz Δ Vs über einen Pumpenzellen-Stromdetektionswiderstand 45, der später erläutert wird, zu dem Verstärker 46, fließt der Pumpenzellenstrom (Ip) zwischen den porösen Elektroden 16 und 17. Wenn der Pumpenzellenstrom (Ip) durch die Pumpenzelle fließt, wird eine Bewegung des Sauerstoffes in der Richtung von dem Raum, der mit dem Abgas versorgt wird, zu der Gasdetektionskammer 19, bzw. entweder in einer oder in beiden Richtungen, hervorgerufen, bis die Sauerstoffkonzentration in der Gasdetektionskammer 19 mit dem stöchiometrischen Luft/Brennstoffverhältnis korrespondiert. Wenn dann die Sauerstoffkonzentration in dem Raum, der mit dem Abgas befüllt wird, mit dem stöchiometrischen Luft/Brennstoffverhältnis korrespondiert, wird keine weitere Bewegung von Sauerstoff durch die feste elektrolytische Lage 15 mehr erzwungen, so dass dann der Pumpenzellenstrom zu Null wird. Falls die Sauerstoffkonzentration in dem mit dem Abgas versorgten Raum von dem stöchiometrischen Luft/Brennstoffverhältnis abweicht, dann wird ein Pumpenzellenstrom zum Fließen in einer der jeweiligen Richtungen generiert. Auf diese Weise korrespondiert der Pumpenzellenstrom mit der Sauerstoffkonzentration (d.h., dem Abgas-Luft/Brennstoffverhältnis) in dem mit dem Abgas beschickten Raum. Dabei ist es durch Detektieren des Pumpenzellenstroms möglich, die Sauerstoffkonzentration des Abgases über einen weiten Sauerstoffbereich zu messen. Die Pumpenzelle hat nämlich solche Ausgangscharakteristika, dass der Pumpenzellenstrom nahezu proportional zu der Sauerstoffkonzentration (Luft/Brennstoffverhältnis) des Abgases ist.
Der Gassensorsteuerschaltkreis 4 hat Eingangs/Ausgangs-Anschlüsse 4a, 4b, 4c, und ist elektrisch mit dem Sensor 1 für den breiten Sauerstoffbereich verbunden. Die Funktionen der Stromquelle 41 für die Zelle für die elektromotorische Kraft, der Steuersollstromquelle 42, des Verstärkers 46, der Operationsverstärkerschaltkreise 43 und 38, und der Widerstände 47 und 49 sind anhand der vorhergehenden Beschreibung klar, so dass eine Wiederholung unterlassen wird. Jedoch funktionieren diese Komponenten auch als ein Teil des Sensorsteuerapparats zum Steuern des Sensors 1 für einen breiten Sauerstoffkonzentrationsbereich, wie oben beschreiben.
Wenn die elektrischen Verbindungsverhältnisse dieser Komponenten, wie in 1 gezeigt, betrachtet werden, so sind ein Invertiereingangsanschluss des Verstärkers 46 mit einer Ausgangsseite des PID-Steuerschaltkreises 44 durch den Detektionswiderstand 45, dem eine Referenzspannung von 3,6 V zugeführt wird, und ein Ausgangsanschluss mit dem Eingangsanschluss 4c verbunden. Weiterhin ist der PID-Steuerschaltkreis 44 an der Eingangs seite mit dem Eingangs/Ausgangsanschluss 4a über den Widerstand 47 und den Operationsverstärkerschaltkreis 43 verbunden. Die Ausgangsseite ist mit einem invertierenden Eingangsanschluss des Verstärkers 46 über den Pumpenzellenstromdetektionswiderstand 45 verbunden. Weiterhin führt die Steuersollspannungsquelle 42 eine Spannung (450 mV) zu, welche die Steuersollspannung zum Steuern des Pumpenzellenstroms zu dem PID-Steuerschaltkreis 44 ist, und zwar über den Operationsverstärkerschaltkreis 48 und den Widerstand 49. In dem Gassensorsteuerschaltkreis 44 wird die Detektion des Pumpenzellenstroms (Ip) unter Verwendung des Pumpenzellen-Stromdetektionswiderstandes 45 durchgeführt, der mit der Ausgangsseite des PID-Steuerschaltkreises 44 in Reihe geschaltet ist, welcher an einem Ende an den Eingangs-/Augangsanschluss 4b angeschlossen ist.
Ein in Reihe mit der Stromquelle 41 für die Zelle für die elektromotorische Kraft gesetzter erster Schalter 61 wird durch Kommandos einer Strom-Ein/Aus-Steuersektion eingeschaltet, wenn sich der Sensor 1 für den breiten Sauerstoffbereich in einem voll aktivierten Zustand befindet.
Nachstehend wird die Detektion des Pumpenzellenstroms (Ip) beschrieben. Zum Detektieren der Spannung über den Pumpenzellen-Stromdetektionswiderstand 45 ist wie gezeigt ein Pumpenzellen-Stromdetektionsschaltkreis 50 vorgesehen. Der Pumpenzellen-Stromdetektionsschaltkreis 50 umfasst Operationsverstärkerschaltkreise 51 und 52, Widerstände 53, 54, 55 und 56, einen Operationsverstärkerschaltkreis 57, eine Detektions-Referenzspannungsquelle 58, und einen Operationsverstärkerschaltkreis 59.
Die Operationsverstärkerschaltkreise 51 und 52 dienen zum Dämpfen oder Abpuffern der Spannung über den Pumpenzellen-Stromdetektionswiderstand 45, und in einem nächsten Schritt zum Zuführen dieser Spannung zu einer Differentialverstärkersektion. Aus diesem Grund sind die Operationsverstärkerschaltkreise 51 und 52 als der Spannung nachregelende Schaltkreise ausgelegt. Die Widerstände 53, 54, 55 und 56 und der Operationsverstärkerschaltkreis 57 konstituieren eine Differentialverstärkersektion. Ein Ende des Widerstands 53 ist nämlich ein Eingangs-Anschluss eines Pols, und ein Ende des Widerstands 54 ist ein Eingangsanschluss des anderen Pols. Der Verstärkungsfaktor eines Pols ist definiert durch den Widerstandswert des Widerstands 55/dem Widerstandswert des Widerstands 53, während der Verstärkungsfaktor des anderen Pols definiert ist durch den Widerstandswert des Widerstands 56/den Widerstandswert des Widerstands 54. Diese Faktoren sind allgemein einander gleich gesetzt.
Die Detektionsreferenzspannungsquelle 58 und der Operationsverstärkerschaltkreis 59 bestimmen für den Ausgang der oben beschriebenen Differentialverstärkersektion eine Referenzspannung, d.h., eine Referenzspannung für den Ausgang des Pumpenzellenstrom-Detektionsschaltkreises 50. Die Spannung der Detektionsreferenzspannungsquelle 58 wird zur Ausgangsreferenzspannung des Pumpenzellen-Stromdetektionsschaltkreises 50. Der oben beschriebene Verstärkungsfaktor und die Ausgangsreferenzspannung können zweckmäßig in Abstimmung auf die Details der in dem nachfolgenden Stufen ausgeführten Verarbeitung gewählt sein. Auf der Basis der Spannung der Detektionsreferenz-Spannungsquelle 50 gibt der Pumpenzellenstrom-Detektionsschaltkreis 50 eine Spannung ab, die mit der Pumpenzellenspannung korrespondiert.
Der Ausgang des Pumpenzellen-Stromdetektionsschaltkreises 50 wird einem A/D-Wandlerschaltkreis 80 innerhalb einer ECU 85 zugeführt und in ein digitales Signal umgewandelt. Das durch diese Umwandlung erhaltene digitale Signal wird dann als ein Detektionsausgangs- oder ein Messausgangssignal verwendet, das über einen weiten Bereich von fett zu mager für das Luft/Brennstoffverhältnis repräsentativ ist, und zwar bei der folgenden, von der ECU 85 durchgeführten Verarbeitung. Obwohl dies nicht gezeigt ist, wird nämlich durch ein Feedback des Messausgangssignals eine gewünschte Feedbacksteuerung für das Luft/Brennstoffverhältnis ausgeführt, um die zuzuführende Brennstoffmenge zu steuern.
Die oben gegebene Beschreibung bezieht sich auf die ausgeführte Steuerung, nachdem der Sensor 1 für den weiten Sauerstoffkonzentrationsbereich einen voll aktivierten Zustand erreicht hat, d.h., auf eine normale Steuerung. Tatsächlich kann jedoch eine Feedbacksteuerung des Luft/Brennstoffverhältnisses unter Verwendung des Detektionsausgangssignals, von dem A/D-Wandlerschaltkreis 80, und nachdem der PID-Steuerschaltkreis 44 und der Verstärker 46 entsprechend angetrieben sind, nicht ausgeführt werden, solange nicht der Sensor 1 für den breiten Sauerstoffkonzentrationsbereich in einen Zustand gebracht worden ist, in welchem er durch die Heizvorrichtung 2 voll aufgeheizt ist. Im Hinblick darauf, auch mit einem solchen Zustand zurecht zu kommen, in welchem eigentlich die präzise Feedbacksteuerung für das Luft/Brennstoffverhältnis nicht durchgeführt werden kann, ist der Sensorsteuerapparat dieser Erfindung im Verarbeitungssystem so ausgestattet, dass er feststellen kann, ob das Luft/Brennstoffverhältnis des Abgases fetter oder magerer ist, verglichen mit dem stöchiometrischen Luft/Brennstoffverhältnis (d.h., damit der Apparat hierfür ein binäres Ausgangssignal produzieren kann). Unter Verwendung einer solchen binären Information, d.h. einer Information, die angibt, ob das Luft/Brennstoffverhältnis fett oder mager ist, kann nach dem Anlassen des Brennkraftmotors bereits eine frühere oder beschleunigte Feedbacksteuerung des Luft/Brennstoffverhältnisses realisiert werden. Diesbezüglich ist die ECU 85, die mit dem Gassensorsteuerschaltkreis 4 verbunden ist, mit einem A/D-Wandlerschaltkreis 71, einer Spannungsdetektionssektion 72, einer Differentialspannungs-Detektionssektion 73, einer ersten Spannungsvergleichssektion 74, einer Sektion zum Generieren eines Signals, das den halb aktivierten Zustand anzeigt, (d.h., einer Bestimmungssektion 75 für den halb aktivierten Zustand), einer Stromsteuersektion 76, einer zweiten Spannungsvergleichsektion 77, einer Ausgangssektion 78 für ein Fett/Mager-Messresultat, einer Spannungsdetektionssektion 31, einer Widerstandswert-Detektionssektion 32, einer Widerstandswert-Vergleichssektion 33 (d.h., einer Bestimmungssektion für den voll aktivierten Zustand), und einer Sektion 34 ausgestattet, die zum Generieren eines Signals dient, das den voll aktivierten Zustand meldet.
Der A/D-Wandlerschaltkreis 71 wird mit der zwischen den Elektroden erzeugten Ausgangsspannung (Vs) der Zelle zum Erzeugen der elektromotorischen Kraft des Sensors 1 über einen Differentialverstärker-Schaltkreis 65 versorgt und wandelt diese in ein digitales Signal um. Übrigens ist der Differentialverstärkerschaltkreis 65 zum Abgeben der Potentialdifferenz zwischen den Elektroden der Zelle zum Erzeugen der elektromotorischen Kraft an den A/D-Wandlerschaltkreis 71 vorgesehen, und hat er für diesen Zweck Eingangsanschlüsse, die jeweils durch Verbindungsleitungen an die Eingangs/Ausgangsanschlüsse 4a, 4b angeschlossen sind, die in 1 weggelassen sind. Das von dem A/D-Wandlerschaltkreis 71 abgegebene, digitale Signal wird der Spannungsdetektionssektion 72 zugeführt. Die Spannungsdetektionssektion 72 detektiert die Spannung des digitalen Werts mit zwei Timings (Ein- und Aus-Timings), wie instruiert durch die Stromsteuersektion 72. Detektierte Spannungswerte werden der Differentialspannungs-Detektionssektion 73 zugeführt. Die Differentialspannungs-Detektionssektion 73 ermittelt zwischen den Spannungswerten eine Differentialspannung. Die durch die Differentialspannungs-Detektionssektion 73 ermittelte Differentialspannung wird als Eingabe an die erste Spannungsvergleichssektion 74 übermittelt. Die erste Spannungs-Vergleichsektion 74 vergleicht die von der Differentialspannungs-Detektionssektion 73 erhaltene Differentialspannung mit einer Referenzspannung ref1 (erste Schwellwertspannung). Das Resultat des Vergleiches wird der Sektion 75 zum Generieren des Signals zugeführt, das indikativ ist für den halb aktivierten Zustand.
Die Sektion 75 zum Generieren des Signals, das indikativ ist für den halb aktivierten Zustand, gibt ein Signal ab, das für den halb aktivierten Zustand des Sensors 1 für den weiten Sauerstoffkonzentrationsbereich indikativ ist, und zwar auf der Basis des Resultats des Vergleichs in der Spannungsvergleichssektion 74. Der Ausdruck "halb aktivierter Zustand" bedeutet hierbei, dass sich der Sensor 1 in einem Zustand befindet, in welchem er in der Lage ist, ein binäres Detektionsausgangssignal zu generieren, d.h., ein Ausgangssignal, das zu fett oder zu mager anzeigt. Das von der Sektion 75 zum Generieren des Signals, das indikativ ist für den halb aktivierten Zustand, abgegebene Indikationssignal wird dann als ein Freigabesignal der zweiten Spannungsvergleichssektion 77 zugeführt.
Die Stromsteuersektion 76 steuert das Ein- und Ausschalten des ersten Schalters 61 und generiert ein Signal, das indikativ ist für das Timing des Betriebs der Spannungsdetektionssektion 72. Das Ein- und Ausschalten des ersten Schalters 76 wird wiederholt mit einem vorbestimmten Zyklus durchgeführt, bis die Sektion 75 zum Generieren des Signals, das indikativ ist für den halb aktivierten Zustand, feststellt, dass der Sensor 1 für den weiten Sauerstoffkonzentrationsbereich den halb aktivierten Zustand erreicht hat (d.h., bis ein Signal, das indikativ ist für einen halb aktivierten Zustand, in die Stromsteuersektion 76 eingegeben ist). Im übrigen wird der zweite Schalter 63, der später erläutert wird, so gesteuert, dass er solange ausgeschaltet ist, bis das Signal, das indikativ ist für den halb aktivierten Zustand, zur Stromsteuersektion 76 gegeben wird. Weiterhin wird der erste Schalter 61 eingeschaltet, nachdem der Sensor 1 für den breiten Sauerstoffkonzentrationsbereich den voll aktivierten Zustand erreicht hat.
Nachdem der Sensor 1 für den breiten Sauerstoffkonzentrationsbereich den halb aktivierten Zustand erreicht hat, führt die Stromsteuersektion 76 einen Prozess durch, bei welchem der zweite Schalter 63 jedes Mal von Aus auf Ein umgeschaltet wird, nachdem eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist. Das Schalten des zweiten Schalters 63 von Aus auf Ein wird jedes Mal durchgeführt, wenn eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist, bis der Sensor 1 für den breiten Sauerstoffkonzentrationsbereich den halb aktivierten Zustand erreicht.
Das von der Stromsteuersektion 76 der Spannungsdetektion 72 zugeführte Signal ist ein Timingsignal und korrespondiert mit dem jeweiligen Timing, mit welchem der erste Schalter 71 ein- oder ausgeschaltet wird. Das von der Stromsteuersektion 76 an die Sektion 31 zum Detektieren der Spannung gegebene Signal ist ein Timingsignal und korrespondiert mit dem Timing, mit welchem der zweite Schalter 63 von Aus auf Ein umgeschaltet wird.
Die zweite Spannungsvergleichssektion 77 erhält als ein Eingangssignal die von der Spannungsdetektionssektion 72 ausgegebene Spannung, wenn der erste Schalter 61 eingeschaltet ist, und vergleicht diese mit einer Referenzspannung ref2 (diesbezüglich wird das den halb aktivierten Zustand anzeigende Signal als ein Freigabesignal für eine Vergleichsoperation benutzt). Das Resultat des Vergleiches wird der Ausgangssektion 78 für das Fett/Mager-Messresultat zugeführt. Die Ausgangssektion 78 für das Fett/Mager-Messresultat gibt ein Signal ab, das anzeigt, ob das Luft/Brennstoffverhältnis des Abgases, das dem Sensor 1 für den breiten Sauerstoffkonzentrationsbereich zugeführt wird, mager oder fett ist, und zwar auf der Basis des Resultats des Vergleiches in der zweiten Spannungsvergleichssektion 77. Dieses Ausgangssignal wird für einen Prozess verwendet, der danach durch die ECU 85 ausgeführt wird (nicht gezeigt), und der so abläuft, dass die zuzuführende Brennstoffmenge so gesteuert wird, dass sich eine frühere oder beschleunigte Feedbacksteuerung des Luft/Brennstoffverhältnisses realisieren lässt. Da im übrigen der erste Schalter 61 kontinuierlich in eingeschaltetem Zustand gehalten wird, solange der Sensor 1 für den breiten Sauerstoffkonzentrationsbereich den voll aktivierten Zustand nicht erreicht, er allerdings schon den halb aktivierten Zustand erreicht hat, vergleicht die zweite Spannungsvergleichssektion 77 die von der Spannungsvergleichssektion 72 ausgegebene Spannung mit der Referenzspannung (zweite Schwellwertspannung) ref2, und gibt sie das Resultat des Vergleiches an die Ausgabesektion für das Fett/Mager-Messresultat. Diese gibt ein Signal an die ECU 85, das anzeigt, ob das Luft/Brennstoffverhältnis in dem Abgas fett oder mager ist.
Die Spannungsdetektionssektion 31 detektiert die zwischen den Elektroden der Zelle zum Erzeugen der elektromotorischen Kraft generierte Spannung (die Potentialdifferenz) mittels des A/D-Wandlerschaltkreises 71, wenn der zweite Schalter 63 eingeschaltet ist, und die Widerstandswert-Detektionssektion 32 detektiert auf der Basis der Spannung den inneren Widerstandswert der Zelle zum Erzeugen der elektromotorischen Kraft des Sensors 1. Die Widerstandswert-Vergleichssektion 33 bestimmt dann, ob der durch die Widerstandswert-Detektionssektion detektierte innere Widerstandswert der Zelle zum Erzeugen der elektromotorischen Kraft geringer ist als ein vorbestimmter Schwellwert-Widerstand, und führt dann ein dies anzeigendes Signal an die Sektion 34 zum Generieren des den voll aktivierten Zustand anzeigenden Signals, wenn festgestellt wurde, dass der innere Widerstandwert der Zelle zum Erzeugen der elektromotorischen Kraft niedriger geworden ist als der Schwellwerts-Widerstand. Die Sektion 34 zum Generieren des den voll aktivierten Zustand anzeigenden Signals gibt dann das Signal ab, das den voll aktivierten Zustand meldet.
Die 2A bis 2C zeigen eine Variation der Spannung (Vs), die durch die Zelle für die elektromotorische Kraft beim Anlassen des Brennkraftmotors generiert wird. Diese korrespondiert mit zu messenden Gasen (Abgasen), welche verschiedene Luft/Brennstoff(A/F)-Verhältnisse haben. Die zyklische Variation der durch die Zelle für die elektromotorische Kraft generierten Spannung, welche in den Figuren gezeigt ist, wird durch Ein- und Ausschalten des ersten Schalters 61 verursacht. Hierbei wird der erste Schalter 61 mit einer relativen Einschaltdauer von 50 % und mit 10 Hz geschaltet.
Der Grund, weshalb die Amplitude (die Amplitude repräsentiert die Differentialspannung für den Sensor 1 für den breiten Sauerstoffkonzentrationsbereich, wenn die Stromquelle 41 für den Strom für die Zelle für die elektromotorische Kraft ein- oder ausgeschaltet ist, und wird in der Beschreibung unter Bezug auf 1 "Differentialspannung" genannt) am Beginn des Anlassens groß ist, liegt darin, dass der Sensor 1 für den breiten Sauerstoffkonzentrationsbereich noch nicht aktiviert ist und die feste elektrolytische Lage 11 deshalb einen hohen Widerstandswert hat. Die Amplitude wird kleiner, wenn die festen elektrolytischen Lagen 11 und 15 erhitzt sind, weil dann, (d.h. mit dem Verstreichen von Zeit) der Widerstandswert kleiner wird.
3 zeigt die Spannungsvariation in 2 durch einen Amplitudenwert (Δ Vs). Wie in 3 gezeigt, ist die Abnahme des Amplitudenwerts über der Zeit konstant, und unabhängig von einer Variation des Luft/Brennstoffverhältnisses. Demzufolge ist daraus ableitbar, unabhängig davon, welches Luft/Brennstoffverhältnis das zu messende Gas (das Abgas) haben mag, wie weit die feste elektrolytische Lage 11 aktiviert ist, und zwar durch Bewerten der Amplitude nach einem vorbestimmten Kriterium. Wenn der Amplitudenwert Δ Vs niedriger wird als 0,05 V, wird also festgestellt, dass die feste elektrolytische Lage 11 den halb aktivierten Zustand erreicht hat. Dies korrespondiert damit, dass die Referenzspannung ref1, die in dem Schaltkreis von 1 der Spannungsvergleichssektion 74 zugeführt wird, dann 0.05 V ist. Wie in 3 gezeigt, hat in diesem Fall der Sensor 1 für den breiten Sauerstoffkonzentrationsbereich den halb aktivierten Zustand in zwei Sekunden nach dem Anlassen des Brennkraftmotors erreicht.
Die 4A bis 4C zeigen die Fett/Mager-Bestimmung in Relation zu Spannungsvariationen in den 2A bis 2C und sind exakt dieselben wie 2A bis 2C, ausgenommen schriftlicher Erklärungen, die sich auf die Bestimmung beziehen.
Falls, wie in 3 gezeigt, der Sensor 1 für den breiten Sauerstoffkonzentrationsbereich den halb aktivierten Zustand in zwei Sekunden nach dem Anlassen des Brennkraftmotors erreicht hat, kann dann durch Vergleichen der Spannung Vs, wie durch die Zelle für die elektromotorische Kraft generiert, wenn die Zeile für die elektromotorische Kraft von der Stromquelle 41 mit Strom versorgt wird, mit Hilfe der Referenzspannung ref2 bestimmt werden, ob das Abgas mit einem fetten Luft/Brennstoffverhältnis oder einem mageren Luft/Brennstoffverhältnis korrespondiert. Diesbezüglich ist die Referenzspannung ref2 fixiert auf 0,045 V. Dadurch kann anhand der durch die Zelle für die elektromotorische Kraft in zwei Sekunden nach dem Anlassen des Motors generierten Spannung Vs bestimmt werden, dass in den Fällen von 4A und 4B das Luft/Brennstoffverhältnis fett ist, und im Fall von 4C mager ist. Diesbezüglich korrespondiert die Referenzspannung ref2 mit der Spannung ref2, die in 1 der zweiten Spannungsvergleichssektion 77 zugeführt wird.
Der Grund, weshalb die Referenzspannung ref2 auf 0,45 V fixiert ist, liegt darin, dass die Spannung der Zelle für die elektromotorische Kraft so geregelt wird, dass sie 0,45 V beträgt, wenn sich der Sensor 1 für den breiten Sauerstoffkonzentrationsbereich in dem voll aktivierten Zustand befindet. Dies ist bereits oben beschrieben worden. Obwohl in zwei Sekunden nach dem Anlassen des Motors in den 4A bis 4C ein Betrieb des Sensors 1 für den breiten Sauerstoffkonzentrationsbereich in voll aktiviertem Zustand (Normalbetrieb) noch nicht erfolgt ist, wird durch die Figuren gezeigt, dass die Zelle für die elektromotorische Kraft dennoch Spannungen generiert hat, die als Folge der Diffusion des Abgases in die Gasdetektionskammer 19 mit den jeweiligen Abgasen korrespondieren. Im übrigen, obwohl das Luft/Brennstoffverhältnis A/F = 14,1 in 4B bei oder nahe dem stöchiometrischen Luft/Brennstoffverhältnis liegt, ist das Resultat der Bestimmung in diesem Fall, dass das Abgas doch zu fett ist. Eine solche Bestimmung kann möglicherweise den kausalen Grund darin haben, dass stets angestrebt wird, ein binäres Ausgangssignal zum Fett/Mager-Zustand zu erhalten.
5 zeigt den Einfluss der relativen Antriebs-Einschaltdauer auf die in 2B gezeigte Spannungsvariation. Die relative Antriebseinschaltdauer ist ein Verhältnis einer Arbeitszeit zum Einschalten des ersten Schalters 71 gegenüber einer Gesamtzeit für einen Schaltzyklus. Wie in 5 gezeigt ist, wurde nämlich herausgefunden, dass durch Vermindern des relativen Antriebs-Einschaltdauer auf 25 % die Spannung Vs der Zelle für die elektromotorische Kraft, die insgesamt abgegeben wurde, verringert war. Es wurde jedoch auch festgestellt, dass ein solches Absinken der Spannung Vs keinen Einfluss auf die Bestimmung des in 3 gezeigten, halb aktivierten Zustandes und auf die in 4 gezeigte Fett/Mager-Bestimmung nahm. Demzufolge ist die relative Antriebs-Einschaltdauer nicht auf 50 % beschränkt, sondern sie kann wahlweise auf einen zweckmäßigen Wert gesetzt werden, z.B. durch eine Überprüfung, wie sie oben beschrieben wurde.
Obwohl die gesamte Beschreibung bezüglich der Struktur und des Betriebs des Apparats und des Sensors 1 für den breiten Sauerstoffkonzentrationsbereich sehr umfassend ist, könnte die durchzuführende Verarbeitung, beispielsweise, nachdem der A/D-Wandlerschaltkreis 71 in 1 wie dargestellt ausgebildet wird, eine digitale Verarbeitung sein, und kann dies deshalb natürlich eine Softwareverarbeitung durch einen Mikroprozessor sein. In einem solchen Fall kann eine Auswahl getroffen werden, ob die Verarbeitung durch einen Mikroprozessor wie ausgeführt durch die Differentialspannungs-Detektionssektion 73 und die zweite Spannungsvergleichssektion 77, oder wie ausgeführt nur durch die zweite Spannungsvergleichssektion 77 durchgeführt wird.
6 ist ein Flussdiagramm des Betriebs des Sensorsteuerapparats gemäß 1 für einen Fall, dass die gesamte Verarbeitung nach dem A/D-Wandlerschaltkreis 71 durch eine Softwareverarbeitung durch einen Mikroprozessor durchgeführt wird. In diesem Fall sind die oben beschriebenen Strukturen der Spannungsdetektionssektion 72, der ersten Spannungsvergleichssektion 74, der Sektion 78 zum Generieren eines Signals indikativ für den halb aktivierten Zustand der Spannungsdetektonssektion 31, der Widerstandswertdetektionssektion 32, der Widerstandswertvergleichssektion 33, und der Sektion 34 zum Abgeben des den voll aktivierten Zustand anzeigenden Signals realisiert durch den Ablauf, wie er sich durch die Softwareoperation des Mikroprozessors ergibt. Nachfolgend wird der Operationsfluss für den Sensorsteuerapparat beschrieben.
Zunächst wird im Schritt 81 der erste Schalter 61 durch die Stromsteuersektion 76 eingeschaltet, so dass der Strom von der Stromquelle 41 für die Zelle für die elektromotorische Kraft der Zelle des Sensors 1 für den weiten Sauerstoffkonzentrationsbereich zugeführt wird (d.h., Icp ist Ein). Im Schritt 82 wird bei dieser Kondition die von der Zelle für die elektromotorische Kraft generierte Spannung Vs durch die Spannungsdetektionssektion 72 detektiert. Diese detektierte Spannung wird in einem Speicher (nicht gezeigt) gespeichert.
Dann wird im Schritt 83 nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit (nach dem Verstreichen von 50 Millisekunden im Falle des Schaltens mit einer relativen Einschaltdauer von 50 % und 10 Hz wie oben beschrieben) von der Stromsteuersektion 76 der Strom Icp abgeschaltet. Im Schritt 84 wird die von der Zelle für die elektromotorische Kraft in ausgeschaltetem Zustand generierte Spannung Vs detektiert. Im Schritt 85 wird eine Differentialspannung Δ Vs zwischen der detektierten Spannung Vs und der wie vorbeschrieben gespeicherten Spannung Vs ermittelt.
Im Schritt 86 wird die auf diese Weise beschaffte Differentialspannung Δ Vs mit der Referenzspannung ref1 verglichen. Falls die Differentialspannung Δ Vs nicht niedriger ist als die Referenzspannung ref1, schreitet das Programm weiter zum Schritt 87, bei welchem der Strom Icp nach Verstreichen der vorbestimmten Zeit wieder eingeschaltet wird. Dann wird der Prozess vom Schritt 82 an wiederholt.
Falls durch den Vergleich im Schritt 86 festgestellt wird, dass die Differentialspannung niedriger ist als die Referenzspannung, wird darauf geschlossen, dass der Sensor 1 für den weiten Sauerstoffkonzentrationsbereich den halb aktivierten Zustand erreicht hat, und das Programm schreitet dann zum nächsten Schritt weiter. Zunächst wird im Schritt 88 der erste Schalter 61 eingeschaltet (d.h., der Strom Icp ist eingeschaltet). Dann wird im Schritt 89 die gespeicherte Spannung Vs mit der Referenzspannung ref2 verglichen. Falls die gespeicherte Spannung Vs niedriger ist als die Referenzspannung ref2, dann schreitet das Programm zum Schritt 90, bei welchem durch die Fett/Mager-Messresultat-Ausgabesektion 78 ein Signal ausgegeben wird, das indikativ ist für "mager". Falls die gespeicherte Spannung Vs nicht niedriger ist als die Referenzspannung ref2, schreitet das Programm weiter zum Schritt 91, bei welchem von der Mager/Fett-Messresultat-Ausgabesektion 78 ein Signal ausgegeben ist, das indikativ ist für "fett".
Dann wird im Schritt 92 der Timer (nicht gezeigt) gestartet. Der Timer ist vorgesehen, um ein Timing zu generieren, mit welchem ein Prozess zum Bestimmen durchgeführt wird, ob der Sensor 1 für den breiten Sauerstoffkonzentrationsbereich den voll aktivierten Zustand erreicht hat. Beispielsweise kann dies ein 100 Millisekunden-Timer sein. Im Schritt 93, und wenn durch den Timer festgestellt wird, dass eine vorbestimmte Zeit noch nicht verstrichen ist, geht das Programm zum Schritt 94, bei welchem die von der Zelle 1 für die elektromotorische Kraft generierte Spannung durch die Spannungsdetektionssektion 72 detektiert wird, ehe diese detektierte Spannung in dem Speicher gespeichert wird. Danach kehrt das Programm zurück zum Schritt 89, um den Prozess weiter fortzuführen, ähnlich wie oben beschrieben. Im Falle, dass das Programm erneut zum Schritt 92 geht, nachdem vorher zum Schritt 89 zurückgekehrt wurde, wird im Schritt 92 nichts durchgeführt (d.h., die Operation zum Starten des Timers wird nur das erste Mal durchgeführt).
Im Schritt 93, und falls durch den Timer detektiert worden ist, dass die bestimmte Zeit verstrichen ist, geht das Programm weiter zum nächsten Prozess, d.h. zum Messen des inneren Widerstandswerts der Zelle für die elektromotorische Kraft des Sensors 1 für den weiten Sauerstoffkonzentrationsbereich. Zunächst wird im Schritt 95 die Stromquelle 62 zum Detektieren des Widerstandes der Zelle für die elektromotorische Kraft mit der Zelle verbunden. Der Stromwert der Stromquelle 62 zum Detektieren des Widerstands der Zelle für die elektromotorische Kraft ist z.B. 1,22 mA. Im Schritt 96 wird unter dieser Kondition die Spannung Vs der Zelle für die elektromotorische Kraft durch die Detektionssektion 31 detektiert, und wird der innere Widerstandswert anhand der Spannung Vs beschafft. Dann wird im Schritt 97 der zweite Schalter 63 durch die Stromsteuersektion 76 ausgeschaltet, um die Stromquelle 62 zum Detektieren des Widerstandes der Zelle für die elektromotorische Kraft von der Zelle zu trennen.
Dann wird im Schritt 98 der beschaffte innere Widerstandswert der Zelle für die elektromotorische Kraft mit einem Schwellwertwiderstand Rth verglichen. Falls der beschaffte innere Widerstandswert niedriger ist als der Schwellwertswiderstand Rth, dann schreitet das Programm weiter zum Schritt 99, bei welchem festgelegt wird, dass der Sensor 1 für den weiten Sauerstoffkonzentrationsbereich den voll aktivierten Zustand erreicht hat, und wird dann durch die Sektion 79 zum Generieren des Signals, das indikativ ist für die Spannungsdetektion/den aktivierten Zustand, das entsprechende indikative Signal abgegeben. Dadurch ist der Prozess beendet. Im übrigen kann der Schwellwertwiderstand Rth auf 220 Ω, beispielsweise, gesetzt sein.
Falls im Schritt 98 festgestellt wurde, dass der innere Widerstandswert der Zelle für die elektromotorische Kraft nicht niedriger als der Schwellwert-Widerstand Rth ist, dann geht das Programm weiter zum Schritt 100, bei welchem der Timer erneut gestartet wird, um das Timing für die nächste Messung des Widerstandswertes einzuleiten, und wird der Prozess vom Schritt 93 an erneut ausgeführt. Nachdem der Sensor 1 für den breiten Sauerstoffkonzentrationsbereich den voll aktivierten Zustand erreicht hat, werden der PID-Steuerschaltkreis 44 und der Verstärker 46 von 1 angetrieben, um eine exakte Feedback-Steuerung des Luft/Brennstoffverhältnisses anhand des Ausgabesignals des Pumpenzellen-Strom-Detektionsschaltkreises 50 durchzuführen, wie dies bereits beschrieben wurde. Falls der Sensor 1 für den breiten Sauerstoffkonzentrationsbereich in dem halb aktivierten Zustand ist, ehe er den voll aktivierten Zustand erreicht, wird eine Luft/Brennstoffverhältnis-Feedbacksteuerung des Brennkraftmotors nur auf der Basis des Ausgangssignals der Fett/Mager-Messresultat-Ausgabesektion 78 ausgeführt.
Obwohl für das Flussdiagramm zur Operation des Sensorsteuerapparats beschrieben worden und eine Struktur gezeigt ist, in welcher auf der Basis des Vergleichsresultats zwischen der bei eingeschaltetem Strom Icp detektierten Spannung und der Referenzspannung ref2 ein Signal abgegeben wird, welches anzeigt, ob das Luft/Brennstoffverhältnis des Abgases fett oder mager ist, ist dies nicht beschränkend aufzufassen. Beispielweise kann nämlich das Flussdiagramm so modifiziert werden, dass das Signal abgegeben wird, das anzeigt, ob das Luft/Brennstoffverhältnis des Abgases fett oder mager ist, indem das Resultat des Vergleiches zwischen der bei abgeschaltetem Strom Icp detektierten Spannung Vs und der Referenzspannung ref2 beschafft wird. Spezifischer könnte das Flussdiagramm so modifiziert werden, dass die Schritte 82 und 84 gegeneinander ersetzt werden, dass die Verarbeitung des Schritts 88 weggelassen wird, und dass hingegen ein Schritt eingeführt wird, gemäß welchem der erste Schalter 61 nach einer bestätigenden Bestimmung im Schritt 98 eingeschaltet wird, ehe die Steuerroutine weiter zum Schritt 99 geht.
Die gesamten Inhalte der japanischen Patentanmeldung P2005-264879 (eingereicht am 13. September 2005) werden hiermit durch Rückbeziehung inkorporiert. Obwohl die Erfindung oben stehend nur unter Bezug auf eine spezielle Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt. Modifikationen und Abwandlungen der oben beschriebenen Ausführungsform sind im Lichte der oben gegebenen Lehren für Fachleute auf diesem Gebiet ohne weiteres möglich. Der Schutzumfang der Erfindung ist durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert.

Claims

Sensorsteuerapparat, mit: Einem Luft/Brennstoffverhältnissensor (1) mit einer Sensorzelle mit einem Paar Elektroden (12, 13) an voneinander abgewandten Seiten eines festen Elektrolyten (11), der ausgelegt ist zum Detektieren einer Konzentration eines speziellen Gaskomponente eines Abgases, das ein Brennkraftmotor emittiert; einer Stromquelle (41) zum Zuführen eines vorbestimmten Stroms (Icp) zu den Elektroden (12, 13); einer Stromsteuersektion (76), die die Stromquelle (41) mit einem vorbestimmten Zyklus ein- und ausschaltet; einer Spannungsdetektionssektion (72) zum Detektieren von Spannungen, die jeweils zwischen den Elektroden (12, 13) generiert werden, wenn die Stromquelle (41) ein- und ausgeschaltet wird; einer Differentialspannungs-Detektionssektion (73) zum Detektieren einer Differentialspannung (Δ Vs) zwischen den durch die Spannungsdetektionssektion (72) beim Ein- und Ausschalten der Stromquelle (41) jeweils generierten und detektierten Spannungen; einer ersten Spannungsvergleichssektion (74), welche die Differentialspannung (Δ Vs) mit einer ersten Schwellwertspannung (ref19 vergleicht; und einer Feststellsektion (75) zum Bestimmen, dass die Sensorzelle einen halb aktivierten Zustand erreicht hat, in welchem der Luft/Brennstoffverhältnissensor (1) auf der Basis einer Spannungsabgabe der Sensorzelle misst, ob ein Luft/Brennstoffverhältnis des Abgases fett oder mager ist, und wenn die Differentialspannung (Δ Vs) niedriger ist als die erste Schwellwertspannung (ref1).
Sensorsteuerapparat gemäß Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch eine zweite Spannungsvergleichssektion (77), welche die durch die Spannungsdetektionssektion (72) bei eingeschalteter Stromquelle (41) generierte Spannung (Vs) zwischen dem Elektrodenpaar (12, 13), sobald durch die Bestimmungssektion (75) festgestellt worden ist, dass die Sensorzelle den halb aktivierten Zustand erreicht hat, mit einer zweiten Schwellwertspannung (ref2) vergleicht, und durch eine Fett/Mager-Messresultat-Ausgabesektion (78), welche auf der Basis des Resultats des durch die zweite Spannungsvergleichssektion (77) durchgeführten Vergleichs ein Signal ausgibt, das indikativ dafür ist, ob das Luft/Brennstoffverhältnis des Abgases fett oder mager ist.
Sensorsteuerapparat gemäß Anspruch 1 oder 2, weiterhin gekennzeichnet durch eine Bestimmungssektion (35) für einen voll aktivierten Zustand, welche auf der Basis einer Information, die verschieden ist von der Differentialspannung (Δ Vs) festlegt, ob die Sensorzelle einen voll aktivierten Zustand erreicht hat, und nachdem durch die Bestimmungssektion (75) festgestellt worden ist, dass die Sensorzelle den halb aktivierten Zustandsbereich bereits erreicht hatte.
Sensorsteuerapparat gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmungssektion (33) für den voll aktivierten Zustand als die Information einen inneren Widerstandswert der Sensorzelle benutzt.
Sensorsteuerapparat gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Detektieren des inneren Widerstandswerts der Sensorzelle eine Widerstandswert-Detektionssektion (32) vorgesehen ist, dass die Detektionssektion (33) für den voll aktivierten Zustand den inneren Widerstandswert der Sensorzelle mit einem Schwellwert-Widerstand (Rth) vergleicht und aus dem Vergleich feststellt, dass die Sensorzelle den voll aktivierten Zustand erreicht hat, sofern der innere Widerstandswert niedriger ist als der Schwellwert-Widerstand (Rth).
Sensorsteuerapparat gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Luft/Brennstoffverhältnissensor (1) ferner eine Pumpenzelle mit einem Paar Elektroden (16, 17) an voneinander abgewandten Seiten eines festen Elektrolyten (15) aufweist, und dass eine (13, 17) der Elektroden jeweils von der Pumpenzelle und der Sen sorzelle zu einer hohlen Gasdetektionskammer (19) weist, in welche das Abgas eingeführt wird, und eine (12) der Elektroden der Sensorzelle, welche an der Seite abgewandt von der Gasdetektionskammer (19) positioniert ist, eine Referenzelektrode ist, die gegenüber der Außenumgebung abgeschirmt ist, und dass der Sensorsteuerapparat ferner eine Steuersektion aufweist, welche den vorbestimmten Strom (Icp) von der Stromquelle (41) in die Sensorzelle in einer Richtung leitet, in der Sauerstoff aus der Gasdetektionskammer (19) zu der Referenzelektrode (12) gepumpt wird, derart, dass dadurch die Referenzelektrode als interne Referenz-Sauerstoffquelle fungiert.
Sensorsteuerverfahren zum Steuern eines Luft/Brennstoffverhältnissensors (1), welcher eine Sensorzelle mit einem Paar Elektroden (12, 13) an voneinander abgewandten Seiten eines festen Elektrolyten aufweist und ausgelegt ist zum Detektieren einer Konzentration einer spezifischen Gaskomponente eines Abgases, das ein Brennkraftmotor emittiert, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Zuführen eines vorbestimmten Stroms (Icp) von einer Stromquelle (41) zwischen das Elektrodenpaar (12), während die Stromquelle (41) mit einem vorbestimmten Zyklus ein- und ausgeschaltet wird; Detektieren von jeweils beim Ein- und Ausschalten der Stromquelle (41) zwischen den Elektroden (12, 13) generierten Spannungen; Detektieren einer Differentialspannung (Δ Vs) zwischen den detektierten Spannungen, die jeweils beim Ein- und Ausschalten der Stromquelle generiert werden, wenn die Stromquelle (41) ein- und ausgeschaltet wird; Vergleichen der Differentialspannung (Δ Vs) mit einer ersten Schwellwertspannung (ref1); und Bestimmen, dass die Sensorzelle den halb aktivierten Zustand erreicht hat, in welchem der Luft/Brennstoffverhältnissensor (1) auf der Basis einer Spannungsabgabe der Sensorzelle misst, ob ein Luft/Brennstoffverhältnis des Abgases fett oder mager ist, wenn die Differentialspannung (Δ Vs) niedriger ist als die erste Schwellwertspannung (ref1).
Sensorsteuerverfahren gemäß Anspruch 7, weiterhin gekennzeichnet durch folgende Schritte: Vergleichen einer zwischen dem Elektrodenpaar (12, 13) bei eingeschalteter Stromquelle (41) generierten Spannung mit einer zweiten Schwellwertspannung (ref2), wenn bei dem Feststellungsschritt herausgefunden wurden, dass die Sensorzelle den halb aktivierten Zustand erreicht hatte; und Ausgeben eines Signals indikativ dafür, ob das Luft/Brennstoffverhältnis im Abgas fett oder mager ist, und zwar auf der Basis des Vergleichsresultats des Vergleichsschrittes zwischen der Spannung zwischen dem Elektrodenpaar (12, 13) und der zweiten Schwellwertspannung (ref2).
Sensorsteuerverfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, weiterhin gekennzeichnet durch einen auf der Basis einer Information verschieden von der Differentialspannung (Δ Vs) durchgeführten Bestimmungsschritt, ob die Sensorzelle einen voll aktivierten Zustand erreicht hat, nachdem bei dem vorhergehenden Bestimmungsschritt festgestellt worden ist, dass die Sensorzelle den halb aktivierten Zustand erreicht hatte.
Sensorsteuerverfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schritt der Bestimmung, ob die Sensorzelle den voll aktivierten Zustand erreicht hat, als die besagte Information ein innerer Widerstandswert der Sensorzelle verwendet wird.
Sensorsteuerverfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schritt zum Detektieren eines inneren Widerstandswerts der Sensorzelle durchgeführt wird, dass für den Schritt der Bestimmung, ob die Sensorzelle den voll aktivierten Zustand erreicht hat, der innere Widerstandswert der Sensorzelle mit einem Schwellwert-Widerstand (Rth) verglichen wird, und dass der voll aktivierte Zustand festgestellt wird, wenn der innere Widerstandswert niedriger ist als der Schwellwert-Widerstand (Rth).
Sensorsteuerverfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Luft/Brennstoffverhältnissensor (1) ferner eine Pumpenzelle mit einem Paar Elektroden (16, 17) jeweils an voneinander abgewandten Seiten eines festen Elektrolyten (15) aufweist, dass eine (13, 17) der Elektroden jeweils von der Pumpenzelle und der Sensorzelle, zu einer hohlen Gasdetektionskammer (19) weist, in welche das Abgas eingeführt wird, wobei eine (12) der Elektroden der Sensorzelle, welche an einer Seite abgewandt von der Gasdetektionskammer (19) positioniert ist, eine gegenüber der Außenseite abgeschirmte Referenzelektrode ist, und dass der Sensorsteuerapparat weiterhin eine Steuersektion aufweist, welche den vorbestimmten Strom (Icp) von der Stromquelle (41) zu der Sensorzelle in der Richtung leitet, in der Sauerstoff aus der Gasdetektionskammer (19) zu der Referenzelektrode (12) gepumpt wird, damit die Referenzelektrode als interne Referenzsauerstoffquelle fungiert.