DE102008000231A1 - Sensorsteuerungsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

gsvorrichtung ist mit einem Sensorelement verbunden. Der in dem Sensorelement fließende Strom wird durch den Stromerfassungswiderstand erfasst. Der Stromerfassungswiderstand ist mit einer invertierenden Verstärkungsschaltung zur Ausgabe einer Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung verbunden, die zu einem Mikrocomputer zu übertragen ist. Eine Versatzeinstellungsschaltung ist mit einem Eingangsanschluss eines Operationsverstärkers in der invertierenden Verstärkungsschaltung verbunden. Die Versatzeinstellungsschaltung weist ein Schaltelement, einen in Reihe mit dem Schaltelement geschalteten Widerstand und zwei Spannungsteilerwiderstände auf, deren gemeinsamer Knoten mit dem Widerstand verbunden ist. Die Versatzeinstellungsschaltung erzeugt und beaufschlagt einen Versatz auf die Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung. Das Schaltelement wird auf der Grundlage eines aus dem Mikrocomputer übertragenen Versatzschaltsignals ein- oder ausgeschaltet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorsteuerungsvorrichtung zur Steuerung des Betriebs eines Sensorelements aus Festpolymer-Elektrolyt (SPE, Solid Polymer Electrolyte), das in der Lage ist, eine Gaskonzentration einer in einem Zielgas enthaltenen spezifischen Komponente in einem breiten Bereich zu messen.
  • Eine derartige Bauart einer Sensorsteuerungsvorrichtung zur Steuerung des Betriebs eines Sensorelements aus Festpolymer-Elektrolyt (SPE) ist konkret als eine Luft-/Kraftstoffverhältnis-(A/F-Verhältnis) Erfassungsvorrichtung verwirklicht bzw. verwendet, die beispielsweise in der Lage ist, eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgas (oder Verbrennungsgas) zu erfassen, das aus einer an einem Motorfahrzeug angebrachten Brennkraftmaschine ausgestoßen bzw. abgegeben wird. Ein derartiges Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist das Massenverhältnis von Luft zu Kraftstoff, das während der Verbrennung vorhanden ist. Die Sensorsteuerungsvorrichtung überträgt ein Erfassungsergebnis zu einem aus einer Maschinen-ECU (elektronischen Steuerungseinheit) aufgebauten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungssystem. Die ECU führt eine stöchiometrische Verbrennungssteuerung mit Ausführung einer Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses um einen stöchiometrischen Wert (als ein theoretisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis) durch oder führt eine Mager-Verbrennungssteuerung mit Ausführung der Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in einem vorbestimmten Magerbereich durch.
  • In letzter Zeit gibt es Forderungen wie beispielsweise nach einer Automobilemissionssteuerung und nach einer On-Board-Diagnose (bordeigene Diagnose, Eigendiagnose) (OBD). Die Automobilemissionssteuerung deckt alle Techniken ab, die angewandt werden, um eine Luftverschmutzung bewirkende Emission zu verringern, die von den Automobilen erzeugt werden. Die OBD ist ein computerbasiertes System, das in Fahrzeugen und Lastkraftwagen eingebaut ist. Ein OBD-System ist ausgelegt, das Verhalten von einigen der Hauptkomponenten der Brennkraftmaschine zur Steuerung von Emissionen zu überwachen. Diese aktuellen Forderungen erfordern eine Erhöhung der Leistungsfähigkeit (des Leistungsvermögens) zur Steuerung der stöchiometrischen Verbrennung und ebenfalls eine Ausdehnung des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsbereichs zu der Atmosphärenbedingung zusätzlich zu dem mageren Bereich.
  • Beispielsweise gibt es für die OBD eine Notwendigkeit zur Erfassung einer Verschlechterung von Sensoren, wie einen Verstopfungszustand, wenn eine Kraftstoffzufuhr in einem üblichen Betrieb gestoppt (angehalten) wird. Es wird weiterhin wichtig, sowohl den Kraftstoffverbrauch zu verbessern also auch die Abgasemissionssteuerung zu verbessern. Es ist somit sehr wichtig, die Regelung einer Kraftstofffettbedingung (fetten Kraftstoffbedingung) in einem Hochlastbetrieb einer Brennkraftmaschine zu steuern.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben verbesserte Techniken vorgeschlagen. Beispielsweise offenbart die Japanische Offenlegungsschrift Nummer JP 2004-205488 eine Sensorsteuerungsvorrichtung, die mit einer Vielzahl von Verstärkern mit unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren ausgerüstet ist. In der Sensorsteuerungsvorrichtung werden Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungssignale entsprechend den Ausgängen aus der Vielzahl der Verstärker erzeugt. Die vorstehend beschriebe Technik soll das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einem breiten Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich erfassen und die Erfassungsgenauigkeit für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einem gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich erhöhen. Der vorstehend beschriebene Stand der Technik kann ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit einer hohen Genauigkeit in dem gewünschten Luftkraftstoff Erfassungsbereich erfassen.
  • Jedoch weist der Stand der Technik einen Nachteil auf, nämlich die Notwendigkeit zum Einbau der Vielzahl der Verstärkungsschaltungen (die aus Operationsverstärkern aufgebaut sind) und somit die Notwendigkeit, dass eine große Schaltungsgröße und eine Vielzahl von Anschlüssen vorhanden sein müssen, durch die die Signale zugeführt und ausgegeben werden. Somit ist es immer noch notwendig, die Techniken gemäß dem Stand der Technik zu verbessern und den vorstehend beschriebenen Nachteil zu beseitigen.
  • Es gibt eine weitere Technik gemäß dem Stand der Technik, die in der Lage ist, einen engen stöchiometrischen Bereich nahe einem stöchiometrischen Wert und einen engen mageren Bereich in einen Kraftstoffmagerbereich zusätzlich zum Schalten des breiten Bereichs und eines engen Bereichs als Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich einzustellen. Beispielsweise offenbart die japanische Offenlegungsschrift Nummer JP 2006-275628 eine Sensorsteuerungsvorrichtung, bei der einer Differenzialverstärkungsschaltung ein Elementstromsignal zugeführt wird, das durch ein Sensorelement fließt, und die dann den Eingang einmal um einen spezifischen Verstärkungsfaktor verstärkt. In der in der JP 2006-275628 offenbarten Sensorsteuerungsvorrichtung wird eine Versatzspannung (Offset-Spannung) einem Eingangsanschluss des Differenzialverstärkers zugeführt, und wird der enge stöchiometrische Bereich nahe einem stöchiometrischen Wert und der enge magere Bereich nahe an einem mageren Wert durch Schalten der Versatzspannung als Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich eingestellt.
  • 14 zeigt eine Darstellung eines Teils eines Aufbaus einer in der JP 2006-275628 offenbarten Sensorsteuerungsschaltung gemäß dem Stand der Technik. 14 zeigt ein Schaltbild, das der in JP 2006-275628 offenbarten 2 entspricht. Insbesondere ist in 14 zur Vereinfachung ein Aufbau weggelassen, der in der Lage ist, den Signalverstärkungsfaktor zu ändern.
  • In 14 bezeichnet das Bezugszeichen 101 einen Shunt-Widerstand als einen Stromerfassungswiderstand, durch den ein durch ein Element fließender Strom erfasst wird. Beide Enden des Shunt-Widerstands 101 sind jeweils mit Puffern 102 und 103 verbunden. Ein Anschluss eines Widerstands 112 ist mit dem Puffer 102 verbunden. Der andere Anschluss des Widerstands 112 ist mit einem invertierenden Eingangsanschluss (als ein negativer (–) Eingangsanschluss) eines Operationsverstärkers 111 verbunden, der eine Differenzialverstärkungsschaltung 110 bildet. Ein Widerstand 113 ist zwischen dem negativen (–) Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss des Differenzialverstärkers 111 verbunden. Ein Anschluss des Widerstands 114 ist mit dem Puffer 103 verbunden. Der andere Anschluss des Widerstands 114 ist mit einem nichtinvertierenden Eingangsanschluss (als einem positiven (+) Anschluss) des Operationsverstärkers 111 verbunden. Ein Schalter 116 ist mit dem positiven (+) Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 111 durch einen Widerstand 115 verbunden. Der Schalter 116 wählt einen der Kontakte aus, die mit einem Knoten einer durch Spannungsteilungswiderstände 116 und 117 bestimmten Spannung V11 und mit einem Knoten einer durch Spannungsteilungswiderstände 119 und 120 bestimmten Spannung V12 (ungleich der Spannung V11) verbunden sind. Das Spannungspotenzial der Energiequelle wird durch die vier Widerstände 117 bis 120 geteilt.
  • In der Sensorsteuerungsschaltung mit dem vorstehend beschriebenen, in 14 gezeigten Aufbau kann der Schalter 116 die Versatzspannung (Offsetspannung) für die Differenzialverstärkungsschaltung 110 auf einen engen stöchiometrischen Bereich nahe dem stöchiometrischen Wert und dem engen mageren Bereich in dem mageren Bereich schalten.
  • Jedoch wird bei der in der JP 2006-275628 offenbarten Sensorsteuerungsvorrichtung der Widerstandswert an dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss (als den positiven (+) Eingangsanschluss) des Operationsverstärkers 111 durch den Schaltvorgang des Schalters 116 geändert, und dies führt zu einer Fluktuation des Verstärkungsfaktors und dergleichen des Operationsverstärkers 111. Nachstehend ist angenommen, dass die Werte der mit dem invertierenden Eingangsanschluss (als den negativen (–) Anschluss) des Operationsverstärkers 111 verbundenen Widerständen 112 und 113 mit R11 und R12 bezeichnet sind, und die Werte der mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss (als den positiven (+) Anschluss) des Operationsverstärkers 111 verbundenen Widerstände 114 und 115 durch R13 und R14 bezeichnet sind, der durch die Spannungsteilungswiderstände 117 und 118 bestimmte Widerstandswert mit R15 bestimmt ist, und der durch die Spannungsteilerwiderstände 119 und 120 bestimmte Widerstandswert durch R16 bezeichnet ist. In diesem Fall kann die Differenzverstärkungsschaltung 110 eine Signalverstärkung mit einem gewünschten Verstärkungsfaktor (= R12/R11) durchführen, solange wie die nachstehende Bedingung erfüllt ist: R11 = R13; (1) und R12 = R14 + R15, oder (3) R12 = R14 + R16. (2)
  • Wenn jedoch R15 nicht gleich R16 (R15 ≠ R16) ist, kann entweder (2) oder (3) nicht erfüllt sein. Dieses Phänomen weist den Nachteil auf, dass der Signalverstärkungsfaktor und der Gaskonzentrationserfassungsbereich durch den Betrieb bzw. die Operation des Schalters 16 variiert werden, im Gegensatz zu der Erwartung.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensorsteuerungsvorrichtung anzugeben, die in der Lage ist, einen aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Gaskonzentrationserfassungsbereichen einzustellen und auszuwählen, und eine Gaskonzentration eines Zielerfassungsgases mit hoher Genauigkeit unter jedem ausgewählten Gaskonzentrationserfassungsbereich zu erfassen.
  • Um diese Aufgabe zu lösen, wird erfindungsgemäß eine Sensorsteuerungsvorrichtung zur Steuerung eines Betriebs eines Sensorelements aus Festpolymer-Elektrolyt angegeben, die in der Lage ist, eine Konzentration einer in einem Zielgas enthaltenen spezifischen Gaskomponente in einem breiten Erfassungsbereich zu erfassen. Die Sensorsteuerungsvorrichtung weist einen Stromerfassungswiderstand, eine Verstärkungsschaltung, eine Versatzeinstellungsschaltung (Offset-Einstellungsschaltung) und eine Versatzschalteinrichtung (Offset-Schalteinrichtung) auf. Durch den Stromerfassungswiderstand wird ein in dem Sensorelement fließender Strom erfasst und wird ein Elementstromsignal erzeugt. Die Verstärkungsschaltung empfängt das Elementstromsignal durch einen positiven Eingangsanschluss oder einen negativen Eingangsanschluss davon, und verstärkt das Elementstromsignal. Die Versatzeinstellungsschaltung stellt einen Versatz (oder einen Versatzwert) ein. Die Versatzeinstellungsschaltung ist mit einem mittleren Knoten zwischen einem Eingangswiderstand und einem oder mehreren Rückkopplungswiderständen in einer Rückkopplungsleitung (oder einer Rückkopplungsverdrahtung) für die Verstärkungsschaltung verbunden. Die Versatzschalteinrichtung schaltet den durch die die Versatzeinstellungsschaltung bestimmten Versatz entsprechend dem Elementstromsignal, der kontinuierlich aus dem Sensorelement zugeführt wird, in Bezug auf die Konzentration der spezifischen Gaskomponente in dem Zielgas.
  • Als Hauptpunkt der vorliegenden Erfindung weist die Sensorsteuerungsvorrichtung eine Verstärkungsschaltung auf, die in der Lage ist, das durch zumindest einen der positiven und negativen Eingangssignalanschlüsse davon empfangene Elementstromsignal zu verstärken. Die Sensorsteuerungsvorrichtung kann einen Versatz (oder einen Versatzwert) zu einem aus der Verstärkungsschaltung ausgegebenem Ausgangssignal einstellen oder addieren, da die Versatzeinstellungsschaltung mit einem mittleren Knoten zwischen dem Eingangswiderstand und den Rückkopplungswiderständen in der Rückkopplungsleitung für die Verstärkungsschaltung verbunden ist. Das heißt, dass die Verstärkungsschaltung und die Versatzeinstellungsschaltung eine Addiererschaltung bilden. Das Ausgangssignal aus der Verstärkungsschaltung zu einem Mikrocomputer (der in 1 durch das Bezugszeichen 10 bezeichnet ist) ist das durch Addieren des Elementstromsignals entsprechend dem durch das Sensorelement fließenden Strom und des Versatzes erhaltene Signal. Der Aufbau bzw. die Konfiguration mit der einzelnen Verstärkungsschaltung (das heißt, dass keine Vielzahl von Verstärkungsschaltungen wie gemäß dem Stand der Technik vorhanden sind) kann den optimalen Gaskonzentrationserfassungsbereich auswählen und einstellen. In diesem Aufbau ist es möglich, die Gaskonzentration des Zielgases genau zu erfassen, da der Stromwert (als der Versatz) vorab bekannt ist, der aus der Versatzeinstellungsschaltung zugeführt wird und zu dem Ausgangsstrom aus der Verstärkungsschaltung zu addieren ist.
  • Gemäß dem Stand der Technik weist die herkömmliche Sensorsteuerungsvorrichtung mit der in 14 gezeigten Differenzverstärkungsschaltung die Möglichkeit auf, dass der Signalverstärkungsfaktor und der Gaskonzentrationserfassungsbereich fluktuiert, im Gegensatz zu der Erwartung. Eine derartige Fluktuation tritt in der Differenzverstärkungsschaltung (14) durch den Zustand auf, in dem der Rückkopplungswiderstandswert sich von dem Massewiderstandswert durch Schalten der Versatzspannung unterscheidet (gemäß 14 ist R12 = R14 + R15 oder R12 = R14 + R16 nicht erfüllt).
  • Im Gegensatz dazu ist es bei der Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, das Auftreten jeglicher Fluktuation des Rückkopplungswiderstandswerts und des Massespannungswerts durch Schalten des Versatzes (entsprechend einer Versatzspannung) zu vermeiden, da die Versatzeinstellungsschaltung mit dem mittleren Knoten zwischen dem Eingangswiderstand und einem oder mehreren Rückkopplungswiderständen in der Rückkopplungsleitung für die Verstärkungsschaltung verbunden ist.
  • Gemäß der vorstehend ausführlich beschrieben vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen der unterschiedlichen Gaskonzentrationserfassungsbereiche einzustellen und die optimale Gaskonzentrationserfassung in jedem Erfassungsbereich durchzuführen. Weiterhin ist es vorzuziehen, dass die Verstärkungsschaltung eine invertierende oder nicht-invertierende Verstärkungsschaltung ist (vergleiche 1, 9 und 13), um das durch den Stromerfassungswiderstand erfasste Elementstromsignal durch einen der positiven und negativen Eingangssignalanschlüsse davon zuzuführen und um das Elementstromsignal zu verstärken. Weiterhin ist es vorzuziehen, dass die Verstärkungsschaltung eine Differenzverstärkungsschaltung (12) ist, um die Spannungssignale an beiden Enden des Stromerfassungswiderstands durch die positiven und negativen Eingangssignalanschlüsse davon zuzuführen, und um eine Differenz der Spannungssignale zu verstärken.
  • In beiden Fällen für die Verstärkungsschaltungen in der Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Bedingung, in der der Rückkopplungswiderstandswert gleich dem Massewiderstandswert in der Verstärkungsschaltung wird, vor und nach dem Versatzeinstellungsschaltvorgang durch die Versatzschalteinrichtung zu verwirklichen oder beizubehalten.
  • In der Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung schaltet die Versatzschalteinrichtung den Versatz (oder Versatzwert), der durch und von der Versatzeinstellungsschaltung bestimmt und übertragen wird, durch Verbinden/Trennen des mittleren Knotens zwischen dem Eingangswiderstand und dem Rückkopplungswiderstand in der Rückkopplungsleitung der Verstärkungsschaltung mit bzw. von der Versatzeinstellungsschaltung. In der Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung stellt die Versatzeinstellungsschaltung eine Vielzahl von Versätzen (oder Versatzwerten) ein, und die Versatzschalteinrichtung wählt selektiv einen aus der Vielzahl der Versätze (Offsets) aus.
  • In dem Aufbau der Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die unterschiedlichen Gaskonzentrationserfassungsbereiche auf der Grundlage der Versätze (oder Versatzwerte) durch Verbinden/Trennen der Versatzeinstellungsschaltung mit bzw. von der Verstärkungsschaltung oder durch Ändern der Versätze in der Versatzeinstellungsschaltung einzustellen.
  • Daher ist es möglich, die optimalen Gaskonzentrationserfassungsbereiche auf Seiten mit unterschiedlich hohen Konzentrationen und auf Seiten mit unterschiedlich niedrigen Konzentrationen einzustellen.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine Sensorsteuerungsvorrichtung zur Steuerung eines Sensorelements aus einem Festpolymer-Elektrolyt angegeben, die in der Lage ist, eine Konzentration einer spezifischen Gaskomponente in einem Zielgas unter einem breiten Erfassungsbereich zu erfassen. Die Sensorsteuerungsvorrichtung weist einen Stromerfassungswiderstand, eine Verstärkungsschaltung, eine Versatzeinstellungsschaltung und eine Versatzschalteinrichtung auf. Der Stromerfassungswiderstand erfasst einen in dem Sensorelement fließenden Strom und erzeugt ein Elementstromsignal. Die Verstärkungsschaltung, die von einer invertierenden oder nicht-invertierenden Bauart ist, empfängt das Elementstromsignal durch einen Eingangssignalanschluss davon und verstärkt das Elementstromsignal. Die Versatzeinstellungsschaltung stellt einen Versatz (Offset) ein, die mit dem Eingangssignalanschluss zum Empfang des Elementstromsignals oder dem Eingangssignalanschluss in der Verstärkungsschaltung verbunden ist. Die Versatzschalteinrichtung schaltet den Versatz, der durch die Versatzeinstellungsschaltung entsprechend dem Elementstromsignal bestimmt ist, in Bezug auf die Konzentration der in dem Zielgas enthaltenen spezifischen Gaskomponente.
  • In der Sensorsteuerungsvorrichtung mit der invertierenden oder nicht-invertierenden Verstärkungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung, die in der Lage ist, das Elementstromsignal zu verstärken, ist es möglich, den Versatz zu dem Ausgangssignal der Verstärkungsschaltung durch Verbinden eines Eingangssignalanschlusses der Verstärkungsschaltung mit der Versatzeinstellungsschaltung zu addieren. Das heißt, dass die Verstärkungsschaltung und die Versatzeinstellungsschaltung die Addierschaltung bilden. Das Ausgangssignal der Verstärkungsschaltung wird das Signal, das durch Addieren des aus der Versatzeinstellungsschaltung zugeführten Versatzes zu dem Elementstromsignal erhalten wird, entsprechend der Größe des in dem Sensorelement fließenden Stroms. Anders ausgedrückt wird das Ausgangssignal aus der Verstärkungsschaltung durch Addieren des aus der Versatzeinstellungsschaltung zugeführten Versatzwertes zu einem Referenzsignal erhalten, das einem anderen Eingangssignalanschluss der Verstärkungsschaltung zugeführt wird und sich von dem Eingangssignalanschluss zum Empfang des Elementstromsignals unterscheidet.
  • Der Aufbau der Sensorsteuerungsvorrichtung mit der einzelnen Verstärkungsschaltung kann unterschiedliche Gaskonzentrationserfassungsbereiche einstellen. In diesem Aufbau ist es insbesondere möglich, die Gaskonzentration des Zielgases durch Addieren des Stromwerts zu dem Ausgangssignal der Verstärkungsschaltung zu erfassen, da der Stromwert (nämlich der Versatzwert), der aus der Versatzeinstellungsschaltung zu der Verstärkungsschaltung zuzuführen ist, vorab bekannt ist.
  • Demgegenüber besteht bei der Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik, die die Differenzverstärkungsschaltung (als Vergleichsbeispiel, vergleiche 14) statt der invertierenden oder nicht-invertierenden Verstärkungsschaltung verwendet, obwohl der Versatzeinstellungsvorgang durch Verbinden der Versatzeinstellungsschaltung mit einem Eingangssignalanschluss der Verstärkungsschaltung durchgeführt wird, die Möglichkeit, dass der Signalverstärkungsfaktor und der Gaskonzentrationserfassungsbereich im Gegensatz zu der Erwartung fluktuiert oder variiert.
  • Die Verwendung der invertierenden oder nicht-invertierenden Verstärkungsschaltung bei der Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann einen derartigen Nachteil gemäß dem Stand der Technik vermeiden.
  • Gemäß der vorstehend beschriebenen vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen der unterschiedlichen Gaskonzentrationserfassungsbereiche einzustellen und die optimale Gaskonzentration unter jedem Erfassungsbereich durchzuführen.
  • In einer Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass die Versatzschalteinrichtung den Versatz, der durch die Versatzeinstellungsschaltung bestimmt wird, durch Verbinden/Trennen des einen Eingangssignalanschlusses der Verstärkungseinrichtung mit bzw. von der Versatzeinstellungsschaltung schaltet oder auswählt. Bei der Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass die Versatzeinstellungsschaltung eine Vielzahl von Versatzwerten einstellt oder auswählt, und dass die Versatzschalteinrichtung wahlweise bzw. selektiv einen aus der Vielzahl der Versatzwerte auswählt. Bei jedem der Aufbauten bzw. Konfigurationen der Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie vorstehend beschrieben worden ist, ist es möglich, die unterschiedlichen Versatzwerte als die unterschiedlichen Gaskonzentrationserfassungsbereiche für das Zielgas durch Verbinden/Trennen der Versatzeinstellungsschaltung mit/von der Verstärkungsschaltung einzustellen. Dadurch können leicht die unterschiedlichen Erfassungsbereiche auf Seiten mit unterschiedlich hohen Konzentrationen und Seiten mit unterschiedlich niedrigen Konzentrationen eingestellt werden.
  • Die Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist als Luftkraftstoff-(A/F-)Erfassungsvorrichtung anwendbar, die das Sensorelement verwendet, das in der Lage ist, ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F-Verhältnis) eines aus einer Brennkraftmaschine emittierten Abgases auf der Grundlage des durch das Sensorelement erfassten Elementstromsignals zu erfassen. Bei der Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung können die nachfolgenden Erfassungsbereiche definiert werden:
    Ein stöchiometrischer Erfassungsbereich (als der stöchiometrische Vergrößerungsbereich (Zoom-Bereich) RG2) zur Verwendung bei der stöchiometrischen Verbrennungssteuerung der ein Teil des gesamten durch das Sensorelement erfassbaren Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereichs ist, und
    ein magerer Erfassungsbereich bzw. Magererfassungsbereich (als den Mager-Vergrößerungsbereich (Mager-Zoom-Bereich) RG3) zur Verwendung bei einer mageren Verbrennungssteuerung, der ein Teil des gesamten durch das Sensorelement erfassbaren Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereichs ist.
  • In dem vorstehend beschrieben Aufbau der Sensorsteuerungsvorrichtung beurteilt die Versatzschalteinrichtung, ob die Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassung unter dem stöchiometrischen Erfassungsbereich oder dem mageren Erfassungsbereich entsprechend der Luft/Kraftstoff-Verhältnis Verhältnissteuerung durchgeführt wird. Die Versatzschalteinrichtung schaltet den Versatz entsprechend dem Beurteilungsergebnis.
  • Sowohl der stöchiometrische Erfassungsbereich als auch der magere Erfassungsbereich ist ein Teil des gesamten Erfassungsbereichs und weist den Erfassungsbereich für ein unterschiedliches Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf. Durch Schalten des vorstehend beschriebenen Versatzes ist es möglich, das optimale Luft/Kraftstoff-Verhältnis für jeden Erfassungsbereich zu erfassen. Als Ergebnis kann die Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die stöchiometrische Verbrennungssteuerung und die magere Verbrennungssteuerung effizient durchführen.
  • Bei der Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich (als Fett-Vergößerungsbereich (Fett-Zoom-Bereich) RG4) einen fetten Erfassungsbereich zur Verwendung bei einer fetten (angereicherten) Verbrennungssteuerung als Teil des gesamten Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereichs auf. Die Versatzschalteinrichtung wählt den stöchiometrischen Erfassungsbereich, den mageren Erfassungsbereich oder den fetten Erfassungsbereich zur Erfassung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses unter Verwendung des ausgewählten Bereichs aus und schaltet den Versatz auf der Grundlage des Beurteilungsergebnisses.
  • Der vorstehend beschriebene Aufbau ermöglicht der Sensorsteuerungsvorrichtung die Durchführung der fetten Verbrennungssteuerung zusätzlich zu der stöchiometrischen Verbrennungssteuerung und der mageren Verbrennungssteuerung. Wenn der fette Erfassungsbereich ausgewählt wird und als Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich verwendet wird, ist es vorzuziehen, den invertierten Versatz, der durch Invertieren des Versatzes zur Verwendung in dem mageren Erfassungsbereich erhalten wird, zu dem Ausgang der Verstärkungsschaltung zu addieren. Das heißt, wenn der magere Erfassungsbereich als Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich verwendet wird, wird der Stromwert entsprechend dem Versatz aus der Versatzeinstellungsschaltung zu der Verstärkungsschaltung zugeführt. Wenn demgegenüber der fette Erfassungsbereich als der Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich verwendet wird, wird der Stromwert entsprechend dem Versatz aus der Verstärkungsschaltung zu der Versatzeinstellungsschaltung zugeführt.
  • Bei der Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass der stöchiometrische Erfassungsbereich, der magere Erfassungsbereich und der fette Bereich jeweils einen stöchiometrischen Wert aufweisen. Jeder Erfassungsbereich weist dadurch den Zustand auf, in dem der Elementstrom Null wird (0 mA in dem stöchiometrischen Erfassungszustand). Es ist daher möglich, einen Schaltungscharakteristikfehler auf der Grundlage einer Variation des Ausgangssignals der Verstärkungsschaltung zu beurteilen, wenn das Sensorelement in den stöchiometrischen Erfassungszustand versetzt wird.
  • Es ist konkret vorzuziehen, dass die Sensorsteuerungsvorrichtung eine Schaltungscharakteristik-Erfassungseinrichtung aufweist, die eingerichtet ist, einen Schaltungscharakteristikfehler (Schaltungseigenschaftsfehler) auf der Grundlage eines Ausgangssignals der Verstärkungsschaltung zu dem Zeitpunkt zu erfassen, wenn der in dem Sensorelement fließende Strom zwangsweise abgeschnitten (ausgeschaltet) ist. Beispielsweise wird eine Spannungszufuhrleitung zu dem Sensorelement geöffnet, um das Anlegen der Spannung zu halten und den Element Stromfluss zu stoppen. Dieser Fall ermöglicht, dass die Sensorsteuerungsvorrichtung und das Sensorelement zwangsweise in dem stöchiometrischen Erfassungszustand versetzt werden, und ein Vorhandensein eines Schaltungscharakteristikfehlers in der Verstärkungsschaltung wird auf der Grundlage der Variation der Ausgangsspannung der Verstärkungsschaltung beurteilt.
  • Die Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist weiterhin eine Vielzahl von Widerständen für die Verstärkung und eine Verstärkungsfaktorschalteinrichtung auf. Die Vielzahl der Widerstände für die Verstärkung bestimmt die Verstärkungsfaktoren der Verstärkungsschaltung. Die Verstärkungsfaktorschalteinrichtung schaltet die (nachstehend als Verstärkungswiderstände bezeichneten) Widerstände für die Verstärkung derart, dass ein Verstärkungswiderstand als Eingangswiderstand verwendet wird und die restlichen Verstärkungswiderstände als Rückkopplungswiderstände verwendet werden.
  • Die Sensorsteuerungsvorrichtung mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann die Gaskonzentrationserfassungsauflösung durch veränderliches Einstellen des Verstärkungsfaktors (oder Gewinns) der Verstärkungsschaltung justieren. Dies kann die Erfassungsgenauigkeit der Gaskonzentration des Zielgases erhöhen oder verbessern. Der Verstärkungsfaktor der Verstärkungsschaltung kann durch Auswählen der Widerstände als den Eingangswiderstand und als die Rückkopplungswiderstände in den Verstärkungswiderständen geändert werden. Dies ermöglicht, dass die Sensorsteuerungsvorrichtung einen einfachen Schaltungsaufbau im Vergleich zu der herkömmlichen Sensorsteuerungsvorrichtung aufweist, die eine Vielzahl von Verstärkungsschaltungen mit unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren aufweist. Wie es vorstehend beschrieben worden ist, kann erfindungsgemäß die Sensorsteuerungsvorrichtung bereitgestellt werden, die eine verbesserte oder überragende Erfassungsgenauigkeit in einem gewünschten Gaskonzentrationsbereich mit einem einfachen Schaltungsaufbau aufweist.
  • Unter Berücksichtigung der Kombination des vorstehend beschriebenen Aufbaus kann die Sensorsteuerungsvorrichtung die Gaskonzentrationserfassungsbereiche mit unterschiedlichen Bereichen zusätzlich zur Einstellung der Gaskonzentrationserfassungsbereiche unter unterschiedlichen Versatzeinstellungszuständen einstellen.
  • Es ist weiterhin vorzuziehen, dass ein Schaltelement an bzw. in der Signaleingangsleitung eines Operationsverstärkers in der Verstärkungsschaltung vorhanden ist, und dass die Verstärkungswiderstände entsprechend dem Betrieb bzw. der Operation des Schaltelements geschaltet werden. Das heißt, da die Signaleingangsleitung des Operationsverstärkers im Allgemeinen einen hohen Widerstand (eine hohe Impedanz) aufweist, ist es, selbst falls das Schaltelement eine Widerstandskomponente aufweist, möglich, das Vorhandensein der Widerstandskomponente zu vernachlässigen, wenn die Sensorsteuerungsvorrichtung den Aufbau aufweist, der in der Lage ist, den Verstärkungsfaktor durch das Schaltelement zu ändern, das auf bzw. in der Signaleingangsleitung mit hoher Impedanz angeordnet ist. Daher kann die Verstärkungsschaltung das Signal mit hoher Genauigkeit verstärken.
  • Bei der Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird der breite Erfassungsbereich zur Erfassung der Gaskonzentration des Zielgases vorab in unterschiedliche Erfassungsbereiche unterteilt. Die Verstärkungsfaktorschalteinrichtung schaltet die Verstärkungswiderstände derart, dass der Verstärkungsfaktor für die Verstärkungsschaltung erhöht wird, wenn die Gaskonzentration der in dem Zielgas enthaltenen spezifischen Gaskomponente in einem engen Erfassungsbereich in den unterschiedlichen Erfassungsbereichen erfasst wird. Die Verstärkungsfaktorschalteinrichtung schaltet weiterhin die Verstärkungswiderstände derart, dass der Verstärkungsfaktor der Verstärkungsschaltung verringert wird, wenn die Gaskonzentration der in dem Zielgas enthaltenen spezifischen Gaskomponente in einem breiten Erfassungsbereich in den unterschiedlichen Erfassungsbereichen erfasst wird. Bei diesem Aufbau kann die Sensorsteuerungsvorrichtung bei Verwendung des relativ engen Erfassungsbereichs die Gaskonzentrationserfassung mit einer hohen Genauigkeit als eine erste oder obere Priorität in der Ausführung durchführen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, das Versatzschalten und das Verstärkungsfaktorschalten unter der nachfolgenden Bedingung durchzuführen, wenn die Sensorsteuerungsvorrichtung als Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsvorrichtung agiert und das Zielerfassungsgas ein aus einer Brennkraftmaschine emittiertes Abgas ist.
  • Die Sensorsteuerungsvorrichtung erfasst ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases in einem Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich. Der Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich besteht aus einem gesamten Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich (als der gesamte Erfassungsbereich RG1), einem stöchiometrischen Erfassungsbereich (als den stöchiometrischen Vergrößerungsbereich (Zoom-Bereich) RG2) und einem Mager-Erfassungsbereich (als den Mager-Vergrößerungsbereich RG3). Das Sensorelement kann in dem gesamten Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich erfassen. Der stöchiometrische Erfassungsbereich ist ein Teil des gesamten Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereichs und dient zur Verwendung in einer stöchiometrischen Verbrennungssteuerung. Der magere Erfassungsbereich ist ein Teil des gesamten Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereichs und dient zur Verwendung in einer mageren Verbrennungssteuerung.
  • Weiterhin steuert die Sensorsteuerungsvorrichtung die nachfolgenden Bedingungen (1) bis (3). (1) Die Versatzschalteinrichtung gibt keinen Versatz zu der Verstärkungsschaltung aus, wenn das Sensorelement das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases unter bzw. in dem gesamten Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich erfasst. Die Verstärkungsfaktorschalteinrichtung wählt die Verstärkungswiderstände derart aus, dass der Verstärkungsfaktor verringert wird. (2) Die Versatzschalteinrichtung gibt keinen Versatz zu der Verstärkungsschaltung aus, wenn das Sensorelement das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases unter dem stöchiometrischen Erfassungsbereich erfasst, und die Verstärkungsfaktorschalteinrichtung wählt die Verstärkungswiderstände derart aus, dass der Verstärkungsfaktor erhöht wird. (3) Die Versatzschalteinrichtung gibt einen Versatz zu der Verstärkungsschaltung aus, wenn das Sensorelement das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases unter bzw. in dem mageren Erfassungsbereich erfasst, und die Verstärkungsfaktorschalteinrichtung wählt die Verstärkungswiderstände derart aus, dass der Verstärkungsfaktor erhöht wird.
  • Entsprechend dem Aufbau der Sensorsteuerungsvorrichtung ist es möglich, den Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich auf den gesamten Erfassungsbereich, den stöchiometrischen Erfassungsbereich leicht zu schalten oder zu ändern. Als Ergebnis ist es möglich, effizient die stöchiometrische Verbrennungssteuerung und die magere Verbrennungssteuerung auszuführen. Zusätzlich zu diesem Merkmal ist es möglich, eine Sensoranormalitätsdiagnose und dergleichen durch Erfassung der Umgebungsatmosphäre durchzuführen.
  • Bei der Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, weiterhin einen fetten Erfassungsbereich bzw. Fett-Erfassungsbereich (als den Fett-Vergrößerungsbereich (Zoom-Bereich) RG4), der ein Teil des gesamten Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereichs ist, zur Verwendung in einer Fett-Verbrennungssteuerung (fetten Verbrennungssteuerung) zu definieren. Wenn das Sensorelement das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases unter bzw. in dem fetten Erfassungsbereich erfasst, ist es vorzuziehen, dass die Versatzschalteinrichtung einen invertierten Versatz der Verstärkungsschaltung zuführt, wobei der invertierte Versatz durch Invertieren des Versatzes zur Verwendung in dem mageren Erfassungsbereich erhalten wird. Die Verstärkungsfaktorschalteinrichtung erhöht den Verstärkungsfaktor. Es ist dadurch möglich, die fette Verbrennungssteuerung zusätzlich zu der stöchiometrischen Verbrennungssteuerung sowie der mageren Verbrennungssteuerung durchzuführen.
  • Bei der Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Verstärkungsschaltung eine Konstantstromquelle oder einen Pull-down-Widerstand an einer Ausgangsstufe davon auf. In diesem Aufbau ist es möglich, den Bereich der Ausgangsspannung der Verstärkungsschaltung zu der Seite mit niedriger Begrenzung mit einem einfachen Aufbau auszudehnen. Das heißt, dass die Ausdehnung des Bereichs der aus der Verstärkungsschaltung bereitgestellten Ausgangsspannung mit einem Verstärker mit einer kleinen Chipfläche verwirklicht werden kann. Dies kann die Größe der Sensorsteuerungsvorrichtung verringern.
  • Nachfolgend sind die Zeichnungen kurz beschrieben.
  • Bevorzugte, nicht einschränkende Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind nachstehend als Beispiel unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
  • 1 einen Schaltungsaufbau einer Sensorsteuerungsvorrichtung, die mit einem Sensorelement der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 2 eine Schnittansicht eines Luft/Kraftstoff-Sensors in dem in 1 gezeigten Sensorelement,
  • 3 eine Spannungs-Strom-Charakteristik (Vp-IL-Charakteristik) des in 2 gezeigten Luft/Kraftstoff-Sensors,
  • 4 eine Beziehung zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis und eine Sensorausgangsspannung bei verschiedenen Typen von Bereichen RG1, RG2 und RG3,
  • 5 eine Beziehung zwischen dem Luft/Kraftstoff-Sensor und einem Elementstrom IL, der durch den Luft/Kraftstoff-Sensor fließt,
  • 6 ein Flussdiagramm, das einen Bereichsschaltprozess zeigt, der durch das mit der Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgerüsteten Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungssystem durchgeführt wird,
  • 7 ein Flussdiagramm, das einen Startprozess zeigt, der einmal beim Starten der Brennkraftmaschine durch das Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerungssystem ausgeführt wird,
  • 8 eine Beziehung zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis und der Ausgangsspannung des Sensorelements,
  • 9 einen Schaltungsaufbau eines Sensorsteuerungssystems, das mit einer Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist,
  • 10A ein äquivalentes Schaltbild des Operationsverstärkers mit einem anderen Aufbau, der eine invertierende Verstärkungsschaltung bildet, bei der Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
  • 10B ein weiteres Schaltbild, bei dem ein Pull-down-Widerstand an den Ausgangsanschluss des in 10A gezeigten Operationsverstärkers angeschlossen ist,
  • 11A eine Schnittansicht, die ein Luft/Kraftstoff-Sensorelement mit einem Doppelzellenaufbau zur Verwendung bei der Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 11B eine Schnittansicht, die ein Luft/Kraftstoff-Sensorelement mit einem anderen Aufbau zur Verwendung bei der Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 12 einen Aufbau der Sensorsteuerungsvorrichtung für das Sensorelement gemäß 11A gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
  • 13 einen anderen Aufbau der Sensorsteuerungsvorrichtung für das Sensorelement gemäß 11A gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
  • 14 ein Schaltbild einer herkömmlichen Sensorsteuerungsvorrichtung.
  • Nachstehend sind verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele bezeichnen gleiche Bezugszeichen oder -zahlen gleiche oder äquivalente Komponententeile durchgehend in den verschiedenen Zeichnungen.
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • Nachstehend ist eine Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • Die Sensorsteuerungsvorrichtung 30 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel agiert als eine Luftkraftstoff-(A/F)-Verhältniserfassungsvorrichtung und ist weiterhin bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerungssystem angewandt, das mit einer elektronischen Steuerungseinheit (ECU) zur Steuerung des Betriebs einer an einem Motorfahrzeug angebrachten Brennkraftmaschine (die nachstehend kurz als Maschine bezeichnet ist) ausgerüstet ist. Die Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsvorrichtung ist in der Lage, eine Sauerstoffkonzentration in einem aus der Brennkraftmaschine emittiertes Abgas (oder Verbrennungsgas) als ein Zielgas zu erfassen. Die ECU in dem Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerungssystem für die Maschinensteuerung empfängt das Erfassungsergebnis in Bezug auf das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das aus der mit dem Sensorelement 10 ausgerüsteten Sensorsteuerungsvorrichtung 30 übertragen wird.
  • 1 zeigt einen Schaltungsaufbau der Sensorsteuerungsvorrichtung 30 bei dem Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerungssystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerungssystem kann, wie erforderlich, die stöchiometrische Verbrennungssteuerung zur Ausführung der Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses nahe dem stöchiometrischen Wert und die magere Verbrennungssteuerung zur Ausführung der Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in dem mageren Bereich ausführen.
  • Das mit der Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgerüstete Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerungssystem kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einem breiten Bereich von einer Fett-Kraftstoffzone (Zone für fetten Kraftstoff bzw. fettes Kraftstoffgemisch) (beispielsweise A/F11) bis zu einer Atmosphärenbedingung erfassen, um verschiedene Bedingungen wie eine Breitbereichs-Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung entsprechend neuester oder zukünftiger Automobilemissionssteuerung und On-Board-Diagnose (oder OBD) einer KraftstoffFett-Verbrennungssteuerung, wenn die Maschine in einer Fett-Kraftstoffverbrennung arbeitet, einer NOx-Ausstoßsteuerung für einen NOx-Speicher-Reduktionskatalysator (NSR), der in einem Abgasrohr angeordnet ist, und eine Schwefelvergiftungsbeseitigungssteuerung und dergleichen zu steuern.
  • Nachstehend ist zunächst der Aufbau des in der Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingebauten Luft/Kraftstoff-Sensors unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
  • Der Luft/Kraftstoff-Sensor weist ein Sensorelement 10 mit einem Schichtungs- oder Mehrschichtaufbau auf. 2 zeigt eine Schnittansicht des Luft/Kraftstoff-Sensors 10.
  • Das tatsächliche Sensorelement 10 weist eine längliche Form entlang der vertikalen Richtung gemäß der Darstellung in 2 auf. In einem Gehäuse oder einer Elementabdeckung ist das gesamte Sensorelement 10 untergebracht. Das Sensorelement 10 besteht hauptsächlich aus einer Festpolymer-Elektrolytschicht 11, einer Diffusionswiderstandsschicht 12, einer Abschirmungsschicht 13 und einer Isolierschicht 14, die wie in 2 gezeigt geschichtet bzw. laminiert sind.
  • Das Sensorelement 10 ist mit einer (in 2 nicht dargestellten) Schutzschicht abgedeckt. Die Festpolymer-Elektrolytschicht 11 mit einer rechteckigen Plattenform ist eine Folie bzw. Blatt (sheet) aus Zirkonerde (Zirkondioxid ZrO2) einer teilweise stabilen Bedingung. Elektroden 15 und 16 bilden ein Paar von Elektroden und sind an beiden Endoberflächen der Festpolymer-Elektrolytschicht 11 geformt. Diese Elektroden 15 und 16 sind einander über die Festpolymer-Elektrolytschicht 11 zugewandt.
  • Die Diffusionswiderstandsschicht 12 ist aus einer porösen Folie bzw. einem porösen Blatt (sheet) aufgebaut, durch die das aus der an einem Motorfahrzeug angebrachten Maschinen emittiertes Abgas in die Elektrode 15 eingeführt wird. Die Abschirmungsschicht 13 besteht aus einer kompakten Schicht, um die Permeation (Durchdringung) des Abgases zu unterdrücken. Obwohl jede Schicht 12 und 13 aus Aluminiumoxid (Alumina), Spinell und Zirkonerde durch Folienformung (sheet molding) hergestellt ist, weisen die Schichten 12 und 13 jeweils eine unterschiedliche Gaspermeabilität auf, die durch unterschiedliche Durchschnittsgröße und unterschiedliches Porenverhältnis der Porosität erhalten wird.
  • Die Isolierschicht 14 ist aus Keramiken mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit wie Aluminiumoxid hergestellt. Ein Umgebungsatmosphärenkanal ist an einem Teil der Isolierschicht 14 geformt, der der Elektrode 16 zugewandt ist. Eine Vielzahl von Heizungen 18 ist ebenfalls in der Isolierschicht 14 eingebettet. Diese Heizungen 18 sind aus einem Heizelement hergestellt, das in der Lage ist, eine Wärmeenergie bei Empfang elektrischer Energie bzw. Leistung aus einer (nicht gezeigten) Batterieenergiequelle zu erzeugen. Das gesamte Sensorelement 10 wird durch die Wärmeenergie der in der Isolierschicht 14 eingebetteten Heizungen 18 erhitzt.
  • In dem Sensorelement 10 mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird das Abgas durch eine Seite der Diffusionswiderstandsschicht 12 in das Sensorelement 10 eingeführt, und erreicht das Abgas die Elektrode 15. Wenn in das Sensorelement 10 ein mageres Kraftstoffabgas eingeführt wird, wird der in dem Abgas enthaltene Sauerstoff an der Elektrode 15 zersetzt, und wird das Abgas zu einem Atmosphärenkanal 17 an der Elektrode 16 emittiert. Wenn in das Sensorelement 10 ein fettes Abgas eingeführt wird, wird der Sauerstoff an der Elektrode 16 in dem Atmosphärenkanal 17 zersetzt, und wird das Abgas durch die Elektrode 15 zu der Abgasseite hin ausgestoßen.
  • 3 zeigt eine Spannung-/Stromkennlinie (Vp-IL-Kennlinie) des in 2 gezeigten Luft/Kraftstoff-Sensors 10. In 3 ist der gradlinige Teil, der angenähert parallel zu der Spannungs-(Vp (V))-Achse (als die horizontale Achse) verläuft, ein Strombegrenzungsbereich (der in 3 durch LC bezeichnet ist), der die Größe eines Elementstroms IL (als einen Begrenzungsstrom) des Sensorelements 10 spezifiziert. Eine Erhöhung und eine Verringerung des Elementstroms (IL(mA))entspricht der Erhöhung und der Verringerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (das heißt, entspricht dem Grad eines mageren Zustands und eines fetten Zustands). Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis stärker zu dem mageren Zustand hin verschoben wird, verringert sich der Elementstroms IL stärker. Das Bezugszeichen LX1 in 3 gibt eine gerade Linie der angelegten Spannung (oder eine Anlegespannungskennlinie) an, durch die die Größe der angelegten Spannung Vp, die an das Sensorelement 10 anzulegen ist, bestimmt wird. In 3 entspricht die Neigung der geraden Linie der angelegten Spannung LX1 angenähert der Neigung des Widerstandssteuerungsbereichs (der der Neigungsbereich S1 an einer Niedrigspannungsseite ist, die von dem Begrenzungsstrombereich LC betrachtet wird).
  • Nachstehend ist der elektrische Aufbau des Sensorsteuerungssystems als ein Hauptteil gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
  • Wie es in 1 gezeigt ist, besteht das Sensorsteuerungssystem hauptsächlich aus einer Maschinen-ECU 25, einem Mikrocomputer 20 und der Sensorsteuerungsvorrichtung 30. Das Sensorsteuerungssystem gemäß 1 misst den Elementstrom, der in den Luft/Kraftstoff-Sensor (mit dem Sensorelement 10) fließt und berechnet dann einen Luft/Kraftstoff-Wert auf der Grundlage des gemessenen Elementstroms.
  • Der Mikrocomputer 20 ist hauptsächlich aus einer CPU (einer Zentralverarbeitungseinheit), verschiedenen Typen von Speichern, A/D-(Analog-/Digital-)Wandlern und dergleichen aufgebaut, die bekannt sind und leicht im Handel verfügbar sind. Insbesondere weist der Luftkraftstoffwandler beispielsweise eine Auflösungsfähigkeit von 10 Bit auf, wobei dessen Betriebsspannung in einem Bereich von 0 bis 5 Volt liegt. Der Mikrocomputer 20 berechnet stets den Luft/Kraftstoff-Wert und überträgt darauf folgend den berechneten Luft/Kraftstoff-Wert (A/F-Wert) zu der Maschinen-ECU 25.
  • Die Maschinen-ECU 25 führt verschiedene Funktionen wie eine stöchiometrische Regelung, eine magere Regelung, eine fette Regelung, wenn die der Maschine zugeführte Kraftstoffmenge während einer hohen Last der Maschine erhöht wird, und eine On-Board-Diagnose (oder OBD) zur Erfassung eines Sensoranormalzustands unter einem Atmosphärenzustand bei Verringerung der Kraftstoffmenge durch. Die Maschinen-ECU 25 führt diese Funktionen auf der Grundlage des Luft/Kraftstoff-Werts durch, der aus dem Luft/Kraftstoff-Sensor mit dem Sensorelement 10 erhalten wird.
  • Gemäß einem konkreten Beispiel für die stöchiometrische Regelung wird ein Soll-Luft/Kraftstoff-(A/F-)Verhältnis auf den stöchiometrischen Wert (A/F = 14,7) eingestellt, und steuert die Maschinen-ECU 25 die Kraftstoffeinspritzmenge eines Injektors (Einspritzeinrichtung) derart, dass das von dem Luft/Kraftstoff-Sensor erfasst Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis gleich dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis wirkt (was nachstehend als "stöchiometrische Präzisionssteuerung" bezeichnet ist).
  • Gemäß einem konkreten Beispiel für die magere Regelung wird ein mageres Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (beispielsweise A/F = 30,0) eingestellt, und steuert die Maschinen-ECU 25 die Kraftstoffeinspritzmenge des Injektors derart, dass das von dem Luft/Kraftstoff-Sensor erfasste Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis gleich dem mageren Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird (was nachstehend als "Präzisionshager-Verbrennungssteuerung" bezeichnet ist).
  • Weiterhin wird gemäß einem konkreten Beispiel für die fette Regelung ein fettes Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (beispielsweise A/F = 10,0) eingestellt, wenn das Fahrzeug eine hohe Last aufweist wie bei einer Beschleunigung und wenn das Fahrzeug eine Steigung hinauf fährt, und steuert die Maschinen-ECU 25 die Kraftstoffeinspritzmenge des Injektors derart, dass das von dem Luft/Kraftstoff-Sensor erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis gleich dem fetten Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird.
  • Weiterhin beurteilt gemäß einem konkreten Beispiel für die Sensoranormalitätsdiagnosensteuerung, wenn die Kraftstoffzufuhr zu der Maschine gestoppt ist, die Maschinen-ECU 25 das Auftreten einer Verschlechterung (eines Verschleißes) des Luft/Kraftstoff-Sensors auf der Grundlage davon, ob der Ausgangswert (als ein Elementstromwert) des Luft/Kraftstoff-Sensors der Wert entsprechend der Atmosphärenbedingung wird oder nicht, wenn die Gasbedingung in dem Abgasrohr die Atmosphäre wird (das heißt eine bereits bekannte Atmosphäre), was durch Abschneiden der Kraftstoffzufuhr zu der Maschine verursacht wird.
  • Die stöchiometrische Regelung und die magere Regelung müssen das präzise Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Bereich nahe dem stöchiometrischen Wert und in einem gewünschten Magersteuerungsbereich erfassen. Demgegenüber müssen die fette Regelung und die Sensoranormalitätsdiagnose das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einem breiten Bereich von dem fetten Bereich bis zu einem übermäßig mageren Bereich (der Atmosphärenbedingung) erfassen.
  • Das Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerungssystem mit der Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bereitet die nachfolgenden drei Typen von Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereichen RG1, RG2 und RG3 vor und wählt den optimalen Luft/Kraftstoff- Verhältniserfassungsbereich entsprechend des Typs der auszuführenden Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung aus.
  • Der gesamte Bereich RG1 ist ein Bereich von dem fetten Bereich bis zu dem übermäßig mageren Bereich (Atmosphäre). Der stöchiometrische Vergrößerungsbereich (Zoom-Bereich) RG2 ist der Bereich nahe dem stöchiometrischen Wert. Der Mager-Vergrößerungsbereich RG3 ist ein vorbestimmter Mager-Erfassungsbereich.
  • Der gesamte Bereich RG1 entspricht dem gesamten Bereich, der durch das Sensorelement 10 erfassbar ist. Der stöchiometrische Vergrößerungsbereich RG2 ist ein Teil des gesamten Bereichs RG1 (als den gesamten Luft/Kraftstoff-Verhältnisbereich) und entspricht dem stöchiometrischen Erfassungsbereich zur Verwendung bei der stöchiometrischen Verbrennungssteuerung. Der Mager-Vergrößerungsbereich RG3 ist ein Teil des gesamten Bereichs RG1 (als den gesamten Luft/Kraftstoff-Verhältnisbereich) und entspricht dem mageren Erfassungsbereich bzw. Magererfassungsbereich zur Verwendung in der Mager-Verbrennungssteuerung.
  • 4 zeigt eine Beziehung zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis und einer Sensorausgangsspannung bei den drei Typen der Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereiche RG1 bis RG3. Der Bereich der Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung (A/F-Ausgangsspannung) ist entsprechend dem A/D-Verarbeitungsbereich des A/D-Wandlers in dem Mikrocomputer 20 definiert. Wie es aus 4 hervorgeht, liegt die Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung innerhalb eines Bereichs von angenähert 0 bis 5 Volt.
  • Wie es in 4 gezeigt ist, ist der Gesamtbereich RG1 innerhalb eines Bereichs von einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis = 10 bis zur Atmosphäre eingestellt. Der stöchiometrische Vergrößerungsbereich RG2 ist innerhalb eines Bereichs von einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis = 13 bis 20 eingestellt. Der Mager-Vergrößerungsbereich RG3 ist innerhalb eines Bereichs von einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis = 14 bis 35 eingestellt. Jeder dieser Bereiche RG1 bis RG3 ist als der Erfassungsbereich eingestellt, der den stöchiometrischen Wert abdeckt. Die Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassung, die den gesamten Bereich RG1 verwendet, kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem gesamten Bereich erfassen, der als Betriebsbereich des Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerungssystems definiert ist.
  • Die Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassung in dem stöchiometrischen Vergrößerungsbereich RG2 und dem Mager-Vergrößerungsbereich RG3 kann die Erfassungsauflösung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in einem begrenzten Spannungsbereich (innerhalb der A/D-Betriebsspannung in dem Mikrocomputer 20) verbessern.
  • 5 zeigt eine Beziehung zwischen der Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung und einem Elementstrom IL (mA), der durch den Luft/Kraftstoff-Sensor 10 fließt. Wie es in 5 gezeigt ist, weist der Elementstrom IL 0 mA an dem stöchiometrischen Wert (Luft/Kraftstoff-Verhältnis = 14,7) auf.
  • Wenn der magere Bereich mit dem fetten Bereich verglichen wird, weisen diese eine unterschiedliche Luft/Kraftstoff-Empfindlichkeit gegenüber dem Elementstrom IL auf. Der erstere (der magere Bereich) weist eine hohe Luft/Kraftstoff-Empfindlichkeit auf. Dies hängt von der Empfindlichkeitscharakteristik des Sensorelements 10 ab. In diesem Fall kann, selbst falls der Elementstrombereich (IL-Breite in der horizontalen Achse gemäß 5) derselbe sowohl in dem stöchiometrischen Vergrößerungsbereich RG2 als auch dem Mager-Vergrößerungsbereich RG3 ist, erkannt werden, dass diese unterschiedlichen Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereiche (als die Breite der Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung der vertikalen Achse gemäß 5) aufweisen.
  • Das mit der Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgerüstete Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerungssystem führt die Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung mit demselben Elementstrombereich (das heißt, dem Bereich der Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung) sowohl des stöchiometrischen Vergrößerungsbereichs RG2 als auch des Mager-Vergrößerungsbereichs RG3, jedoch mit unterschiedlichen Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereichen durch.
  • Das mit der Sensorsteuerungsvorrichtung ausgerüstete Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerungssystem führt die stöchiometrische Regelung, die magere Regelung und die Sensoranormalitätsdiagnose nicht gleichzeitig durch, das heißt, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerungssystem selektiv jede Steuerung durchführt. Dementsprechend ist es nicht notwendig, die Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassung in dem stöchiometrischen Vergrößerungsbereich RG2 und in dem Mager-Vergrößerungsbereich RG3 gleichzeitig durchzuführen. Das mit der Sensorsteuerungsvorrichtung ausgerüstete Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerungssystem wählt selektiv den optimalen Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich aus diesen Bereichen RG1, RG2 und RG3 aus und führt die Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassung (die Berechnung des Luft/Kraftstoff-Wertes) in dem ausgewählten Bereich durch.
  • Wiederum gemäß 1 ist bei der Sensorsteuerungsvorrichtung 30 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ein negativer (–) Anschluss des Sensorelements 10 mit einer Referenzspannungsquelle 33 über einen Operationsverstärker 31 und einem Stromerfassungswiderstand 32 (als ein Widerstand zur Strommessung) verbunden, und ist der positive (+) Anschluss des Sensorelements 10 mit eine Anlegespannungssteuerungsschaltung 35 durch einen Operationsverstärker 34 verbunden. Der Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 34 ist mit einem Schalter 36 verbunden. Der Schalter 36 agiert als Stromunterbrechungseinrichtung zur Unterbrechung des in dem Sensorelement 10 fließenden Stroms. Der Schalter 36 ist in einem normalen Zustand geschlossen und wird geöffnet, wenn ein aus dem Mikrocomputer 20 übertragenes Öffnungsanweisungssignal empfangen wird.
  • In diesem Fall wird das Spannungspotenzial des Knotens A als ein Endanschluss des Stromerfassungswiderstands 32 auf die Referenzspannung Vf gehalten. Der Elementstrom IL fließt in dem Stromerfassungswiderstand 32. Das Spannungspotenzial an dem Knoten B wird entsprechend der Größe des Elementstroms IL geändert. Wenn beispielsweise das Abgas mager ist, fällt das Spannungspotenzial an dem Knoten B ab, da der Strom von dem positiven (+) Anschluss zu dem negativen (–) Anschluss des Sensorelements 10 fließt. Wenn demgegenüber das Abgas fett ist, wird das Spannungspotenzial an dem Knoten B erhöht, da der Strom von dem negativen (–) Anschluss zu dem positiven (+) Anschluss des Sensorelements 10 fließt.
  • Die Anlegespannungssteuerungsschaltung (Spannung zur Steuerung der angelegten Spannung) 35 überwacht das Spannungspotenzial an dem Knoten B und bestimmt die an das Sensorelement 10 anzulegende Anlegespannung entsprechend der an dem Konten B erfassten Spannung. (Beispielsweise erfasst die Anlegespannungsteuerungsschaltung 35 die Größe der angelegten Spannung entsprechend der Anlegespannungsgeraden (Gerade der angelegten Spannung) LX1 gemäß 3.)
  • Die Anlegespannungsteuerungsschaltung 35 steuert die Spannung an dem Knoten C durch den Operationsverstärker 34. Wenn die Luftkraftstofferfassung nahe an dem stöchiometrischen Wert durchgeführt wird, ist es möglich, die an das Sensorelement 10 anzulegende Anlegespannung fest einzustellen.
  • Eine invertierende Verstärkungsschaltung 38 ist mit den Knoten A und B an beiden Enden des Stromerfassungswiderstands 32 verbunden. Die Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung als der Ausgang der invertierenden Verstärkungsschaltung 38 ist mit dem A/D-Eingangsanschluss des Mikrocomputers 20 verbunden. Der Mikrocomputer 20 empfängt die Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung und berechnet den Luft/Kraftstoff-Wert auf der Grundlage der empfangenen Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung. Die invertierende Verstärkungsschaltung 38 besteht hauptsächlich aus einem Operationsverstärker 39, drei in Reihe geschalteten Widerständen (Verstärkungswiderständen) 41, 42 und 43 und einem Schaltelement 44, das beispielsweise aus einem MOS-Transistor aufgebaut ist. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weisen die Verstärkungswiderstände 41, 42 und 43 jeweils die Widerstandswerte R1, R2 und R3 auf.
  • Das von dem Stromerfassungswiderstand 32 erfasste Elementstromsignal wird dem negativen (–) Eingangsanschluss des die invertierende Verstärkungsschaltung 38 bildenden Operationsverstärkers 39 zugeführt.
  • Ein Schaltelement 44 ist auf bzw. in der Signaleingangsleitung angeordnet, die mit dem negativen (–) Eingangsanschluss (oder über einen invertierenden Eingangsanschluss) des Operationsverstärkers 39 verbunden ist. Kontakte "a" und "b", die durch das Schaltelement 44 selektiv bzw. wahlweise verbunden werden, werden mit beiden Endanschlüssen des Verstärkungswiderstands 42 an der mittleren Position in den drei Widerständen 41, 42 und 43 verbunden. Der negative Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 39 wird durch das Schaltelement 44 mit dem Kontakt a verbunden.
  • Bei Empfang eines von dem Mikrocomputer 20 erzeugten und übertragenen Verstärkungs-(Gewinn-)Schaltsignals führt das Schaltelement 44 den Schaltvorgang zur Verbindung des negativen Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 39 mit dem Kontakt b durch.
  • In der Bedingung, in der der negative Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 39 mit dem Kontakt a (vergleiche 1) verbunden ist, wird der Verstärkungswiderstand 41 ein Eingangswiderstand für die invertierende Verstärkungsschaltung 38 und werden die Verstärkungswiderstände 42 und 43 Rückkopplungswiderstände für die invertierende Verstärkungsschaltung 38. In dieser Bedingung kann ein Verstärkungsfaktor GA der invertierenden Verstärkungsschaltung 38 durch die nachstehende Gleichung (1) ausgedrückt werden. GA = (R2 + R3)/R1 (1).
  • In der Bedingung, in der der negative Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 39 mit dem Kontakt b des Schaltelements 44 verbunden ist, werden die Verstärkungswiderstände 41 und 42 Einganswiderstände für die invertierende Verstärkungsschaltung 38 und wird der Verstärkungswiderstand 43 ein Rückkopplungswiderstand für die invertierende Verstärkungsschaltung 38. In dieser Bedingung kann ein Verstärkungsfaktor GB der invertierenden Verstärkungsschaltung 38 durch die nachfolgende Gleichung (2) ausgedrückt werden. GB = R3/(R1 + R2) (2).
  • Das Vergleichsergebnis der vorstehend beschriebenen Verstärkungsfaktoren GA und GB ergibt die Beziehung GA > GB. Das heißt, wenn das mit dem negativen Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 39 verbundene Schaltelement 44 den Kontakt a auswählt, kann berücksichtigt werden, dass ein relativ hoher Verstärkungsfaktor vorliegt. Wenn demgegenüber das mit dem negativen Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 39 verbundene Schaltelement 44 den Kontakt b auswählt, kann berücksichtigt werden, dass ein relativ niedriger Verstärkungsfaktor vorliegt. Dementsprechend wird von dem hohen Verstärkungsfaktor zu dem niedrigen Verstärkungsfaktor der invertierenden Verstärkungsschaltung 38 durch Schalten von dem Kontakt a zu dem Kontakt b des Schaltelements 44 umgeschaltet. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Verstärkungsfaktor GA "x15", wenn das Schaltelement 44 den Kontakt a als einen Verbindungsknoten auswählt, und wird der Verstärkungsfaktor GB "x5", wenn das Schaltelement 44 den Kontakt b als einen anderen Verbindungsknoten auswählt.
  • Unter Berücksichtigung der vorstehend beschriebenen Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereiche ist es, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerungssystem die Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassung in einem relativ engen Erfassungsbereich wie in dem stöchiometrischen Vergrößerungsbereich RG2 und dem Mager-Vergrößerungsbereich RG3 ausführt, vorzuziehen, den Verstärkungsfaktor der invertierenden Verstärkungsschaltung 38 zu erhöhen, um die Erfassungsauflösung zu erhöhen. Diese Steuerung kann durch Auswählen des Kontaktes a des Schaltelements 44 zur Verbindung des Operationsverstärkers 39 und der Versatzeinstellungsschaltung 50 erzielt werden.
  • Wenn demgegenüber das Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerungssystem die Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassung in einem relativ breiten Erfassungsbereich wie dem gesamten Bereich RG1 durchführt, ist es vorzuziehen, den Verstärkungsfaktor der invertierenden Verstärkungsschaltung 38 zu verringern, um den Erfassungsbereich auszudehnen. Diese Steuerung kann durch Auswählen des Kontaktes b des mit dem Operationsverstärker 39 verbundenen Schalterelements 44 erzielt werden, um den Operationsverstärker 39 und die Versatzeinstellungsschaltung 50 zu verbinden.
  • In diesem Fall empfängt der Mikrocomputer 20 Informationen bezüglich der Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung, die aus der Maschinen-ECU 25 zugeführt werden, und erzeugt und gibt ein Verstärkungs- bzw. Gewinnschaltsignal zu dem Schaltelement 44 auf der Grundlage der empfangenen Informationen aus. Somit kann der Schaltvorgang des Verstärkungsfaktors der invertierenden Verstärkungsschaltung 38 entsprechend dem Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich ausgeführt werden.
  • Wie es in 1 gezeigt ist, ist eine Versatzeinstellungsschaltung 50 mit dem mittleren Knoten zwischen den Verstärkungswiderständen 41 und 42 verbunden. Diese Versatzeinstellungsschaltung 50 beaufschlagt einen Versatz auf die Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung als den Ausgang der invertierenden Verstärkungsschaltung 38. Der Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich wird durch den aus der Versatzeinstellungsschaltung 50 übertragenen Versatz geändert.
  • Die invertierende Verstärkungsschaltung 38 und die Versatzeinstellungsschaltung 50 bilden eine Addierschaltung. Die invertierende Verstärkungsschaltung 38 gibt die Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung als das Spannungssignal aus, das durch Addieren des Versatzsignals zu dem Elementstromsignal entsprechend der Größe des Elementstroms IL des Sensorelements 10 erhalten wird.
  • Die Versatzeinstellungsschaltung 50 ist aus dem Schaltelement 51, einem in Reihe mit dem Schaltelement 51 verbundenen bzw. geschalteten Widerstand 52 und einer Energiequelle 55 mit einem Paar Spannungsteilerwiderstände 53 und 54 aufgebaut. Das Schaltelement 51 ist beispielsweise aus einem MOS-Transistor aufgebaut. Das Schaltelement 51 führt einen Ein-/Aus Vorgang auf der Grundlage des aus dem Mikrocomputer 20 übertragenen Versatzschaltsignals durch.
  • In der Versatzeinstellungsschaltung 50 mit einem derartigen Aufbau wird bei Empfang des Versatzschaltsignals auf einem niedrigen Pegel das Schaltelement 51 in einem ausgeschalteten Zustand versetzt. Dieser Zustand unterbricht die Verbindung zwischen der invertierenden Verstärkungsschaltung 38 und der Versatzeinstellungsschaltung 50. Daher arbeitet die invertierende Verstärkungsschaltung 38 ungeachtet des Betriebs der Versatzeinstellungsschaltung 50. Das heißt, dass diese Bedingung ermöglicht, dass die Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung frei von dem Versatzbetrieb der Versatzeinstellungsschaltung 50 ist.
  • Wenn demgegenüber das Versatzschaltsignal mit einem hohen Pegel empfangen wird, wird das Schaltelement 51 eingeschaltet. Dementsprechend wird die invertierende Verstärkungsschaltung 38 durch das Schaltelement 51 mit der Versatzeinstellungsschaltung 50 verbunden. Die invertierende Verstärkungsschaltung 38 arbeitet in der Bedingung, die durch Reflektieren des aus der Versatzeinstellungsschaltung 50 übertragenen Versatzes erhalten wird. Das heißt, dass der durch den Widerstand 52 und die elektrische Energiequelle 55 bestimmte Versatzstrom in die invertierende Verstärkungsschaltung 38 fließt. Der Versatz wird entsprechend dem Versatzstrom erhalten, und der Versatz wird zu der aus der invertierenden Verstärkungsschaltung 38 ausgegebenen Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung addiert.
  • Unter Berücksichtigung des vorstehend beschriebenen Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereichs kann, wenn die Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassung in dem stöchiometrischen Vergrößerungsbereich RG2 durchgeführt wird und das Schaltelement 51 ausgeschaltet wird, wie es in 4 und 5 gezeigt ist, der Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich um den stöchiometrischen Wert erzielt werden. Dieser Betrieb in dem stöchiometrischen Vergrößerungsbereich RG2 ist derselbe wie in dem gesamten Bereich RG1.
  • Wenn die Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassung in dem Mager-Vergrößerungsbereich RG3 durchgeführt wird und das Schaltelement 51 ausgeschaltet wird, wie es in 4 und 5 gezeigt ist, kann der Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich in einem vorbestimmten mageren Bereich erzielt werden.
  • Nachstehend ist eine tatsächliche Schaltprozedur für den Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich durch das Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungssystem unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 zeigt ein Flussdiagramm, das den Startprozess eines Schaltens des Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereichs zeigt, der durch das mit der Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgerüsteten Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungssystem durchgeführt wird.
  • Der Mikrocomputer 20 führt wiederholt den Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereichsschaltprozess zu einem vorbestimmten Zeitintervall durch.
  • Gemäß 6 wird der Startprozess in Schritt S11 durchgeführt. Der Startprozess in S11 wird einmal durchgeführt, wenn die Maschine startet. Die ausführliche Beschreibung ist im weiteren Verlauf unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
  • Nach Schritt S11 wird bei jedem Auftreten in den Schritten S12 bis S14 der Maschinensteuerungszustand beurteilt. Das heißt, in Schritt S12 wird beurteilt, ob das aus der Maschinen-ECU 25 übertragene ECU-Signal das Signal ist oder nicht, das die Mager-Verbrennungssteuerung angibt. Beispielsweise wird die Mager-Verbrennungssteuerung bei Fahrt mit niedriger Last durchgeführt, wenn das Motorfahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit auf einer Schnellstraße oder einer Autobahn fährt. In diesem Fall wird in Schritt S12 JA ausgewählt und geht der Bearbeitungsablauf zu Schritt S15 über.
  • In Schritt S13 wird beurteilt, ob das ECU-Signal die Fett-Verbrennungssteuerung angibt oder nicht. In Schritt S14 wird beurteilt, ob das ECU-Signal angibt oder nicht, dass der gegenwärtige Zustand in der Kraftstoffunterbrechungssteuerung (Kraftstoffabschneidesteuerung, F/C-Steuerung) liegt. Wenn das Erfassungsergebnis in Schritt S13 angibt, dass das ECU-Signal die Fett-Verbrennungssteuerung angibt (JA in Schritt S13) oder das Erfassungsergebnis in Schritt S14 angibt, dass das ECU-Signal die F/C-Steuerung angibt (JA in Schritt S14), geht der Verarbeitungsablauf zu Schritt S16 über. Wenn demgegenüber in allen Schritten S12, S13 und S14 NEIN ausgewählt wird, beurteilt der Mikrocomputer 20, dass die gegenwärtige Steuerung die stöchiometrische Verbrennungssteuerung ist und geht der Verarbeitungsablauf zu Schritt S17 über.
  • In Schritt S15 wird der Mager-Vergrößerungsbereich RG3 als Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich ausgewählt. In einem konkreten Betrieb wird das Schaltelement 44 für die invertierende Verstärkungsschaltung 38 zu dem Kontakt a geschaltet, und wird das Schaltelement 51 in der Versatzeinstellungsschaltung 50 eingeschaltet. (Falls dieselbe Bedingung erhalten worden ist, wird dieselbe Bedingung beibehalten. Nachstehend werden Schritte S16 und S17 in der gleichen Weise durchgeführt.) Dadurch wird der Mager-Vergrößerungsbereich RG3 als Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich mit einem relativ hohen Verstärkungsfaktor unter der Bedingung eingestellt, dass der Versatz addiert wird.
  • In Schritt S16 wird der gesamte Bereich RG1 als Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich eingestellt. In einem konkreten Betrieb wird das Schaltelement 44 für die invertierende Verstärkungsschaltung 38 zu dem Kontakt b geschaltet und wird das Schaltelement 51 in der Versatzeinstellungsschaltung 50 ausgeschaltet. Dadurch wird der gesamte Bereich RG1 als der Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich mit einem relativ niedrigen Verstärkungsfaktor unter der Bedingung eingestellt, dass kein Versatz addiert wird.
  • In Schritt S17 wird der stöchiometrische Bereich RG2 als Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich eingestellt. In einem konkreten Betrieb wird das Schaltelement 44 für die invertierende Verstärkungsschaltung 38 zu dem Kontakt a geschaltet und wird das Schaltelement 51 in der Versatzeinstellungsschaltung 50 ausgeschaltet. Dadurch wird der stöchiometrische Vergrößerungsbereich RG2 als dem Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich mit einem relativen hohen Verstärkungsfaktor unter der Bedingung eingestellt, dass kein Versatz addiert wird.
  • Die Schaltbedingung zum Auswählen jeder der vorstehend beschriebenen Bereiche RG1, RG2 und RG3 ist nicht durch die vorstehend beschriebenen Bedingungen (Schritt S12 bis Schritt S14) begrenzt. Es ist ebenfalls möglich, andere Bedingungen zu verwenden.
  • 7 zeigt ein Flussdiagramm, das den Startprozess gemäß Schritt S11 (vergleiche 6) ausführlich veranschaulicht. Das Sensorsteuerungssystem führt den Startprozess gemäß Schritt S11 lediglich einmal durch, wenn die Maschine startet.
  • Der Startprozess in Schritt S11 (einschließlich Schritt S21 bis Schritt S27) beurteilt das Vorhandensein eines Charakteristikfehlers der Sensorsteuerungsvorrichtung 30, wie es in 6 und 7 gezeigt ist.
  • In einem konkreten Beispiel werden die Bereiche RG1, RG2 und RG3 unter der Bedingung geschaltet, in der kein Strom (als den Elementstrom) dem Sensorelement 10 zugeführt wird (was durch Öffnen des Schalters 36 gemäß 1 erhalten wird). Der Charakteristikfehler jedes Bereichs RG1 bis RG3 wird auf der Grundlage der Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung in einer derartigen Bedingung erfasst. Genauer wird der Charakteristikfehler dadurch diagnostiziert, ob die Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung der Wert entsprechend dem Elementstrom IL gleich 0 mA wird oder nicht.
  • Nachstehend ist der Betriebsablauf bei Starten der Maschine ausführlich beschrieben.
  • In Schritt S21 gemäß 7 wird der gegenwärtige Bereich (Strombereich) auf den stöchiometrischen Vergrößerungsbereich RG2 geschaltet. In Schritt S22, der dem Schritt S21 nachfolgt, liest der Mikrocomputer 20 die aus dem Verstärker 39 in dem stöchiometrischen Vergrößerungsbereich RG2 ausgegebene Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung. In Schritt S23 wird der gegenwärtige Bereich auf den Mager-Vergrößerungsbereich RG3 umgeschaltet. In Schritt 524, der dem Schritt S23 nachfolgt, liest der Mikrocomputer 20 die aus dem Verstärker 39 in dem Mager-Vergrößerungsbereich RG3 ausgegebene Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung.
  • In Schritt S25 wird der gegenwärtige Bereich auf den gesamten Bereich RG1 geschaltet. In Schritt S26, der dem Schritt S25 nachfolgt, liest der Mikrocomputer 20 die Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung aus dem Verstärker 39 in dem gesamten Bereich RG1.
  • Schließlich wird in Schritt S27 jede jeweils in den Schritten S22, S24 und S26 erhaltene Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung mit einem Anormalitätsbeurteilungswert (der der Wert entsprechend dem Elementstrom IL = 0 mA ist) verglichen. Der Mikrocomputer 20 beurteilt einen Charakteristikfehler der Sensorsteuerungsvorrichtung 30 auf der Grundlage der durch die vorstehend beschriebene Verarbeitung erhaltenen Beurteilungsergebnisse.
  • Da der stöchiometrische Vergrößerungsbereich RG2 und der gesamte Bereich RG1 keinen Versatzwert verwenden, gibt es eine Korrelation in dem Charakteristikfehler. Daher kann der Charakteristikfehler eines (einzelnen) Bereiches anhand des Charakteristikfehlers des anderen Bereichs erhalten werden. Dementsprechend ist es möglich, die Schritte S21 und S22 oder die Schritte S25 und S26 im Betrieb zu überspringen oder wegzulassen. Wenn beispielsweise der Charakteristikfehler des gesamten Bereichs RG1 auf der Grundlage des Charakteristikfehlers in dem stöchiometrischen Vergrößerungsbereich RG2 erhalten wird, ist es möglich, den Charakteristikfehler in dem gesamten Bereich RG1 durch Multiplizieren des Charakteristikfehlers des stöchiometrischen Vergrößerungsbereichs RG2 mit einem Verhältnis der Verstärkungsfaktoren dieser Bereiche RG1 und RG2 zu erhalten. Der vorstehend beschriebene Anormalitätsdiagnoseprozess kann zu einer anderen Zeit als bei Start der Maschine ausgeführt werden, beispielsweise während der Fahrt oder dem Halt des Motorfahrzeugs.
  • Dies Sensorsteuerungsvorrichtung 30 und das Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerungssystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weisen die nachfolgenden überragenden Wirkungen auf.
  • Es ist möglich, den stöchiometrischen Vergrößerungsbereich RG2 und den Mager-Vergrößerungsbereich RG3 durch Durchführen des Verbindens/Trennens der Versatzeinstellungsschaltung 50 mit bzw. von einem Eingangssignalanschluss des Operationsverstärkers 39 der invertierenden Verstärkungsschaltung 38 durchzuführen. In diesem Fall ist in dem Mager-Vergrößerungsbereich RG3 bei Addieren des Versatzes möglich, präzise das Luft/Kraftstoff-Verhältnis unter Verwendung des zu addierenden Stromwerts zu erfassen, da die Größe des von der Versatzeinstellungsschaltung 50 zu dem Operationsverstärker 39 zu addierenden Stroms vorab bekannt ist.
  • Bei dem Aufbau unter Verwendung der invertierenden Verstärkungsschaltung 38 als dem Verstärker zur Verstärkung des Elementstroms ist es möglich, das Problem zu vermeiden bzw. zu lösen, dass das Signalverstärkungsverhältnis oder der Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich variiert oder fluktuiert wird, im Gegensatz zu der Erwartung, im Vergleich mit dem Fall, bei dem Differenzverstärker verwendet werden (gemäß dem in 14 gezeigten Stand der Technik). Zusätzlich ist es bei dem in 14 gezeigten Aufbau gemäß dem Stand der Technik, der den Differenzverstärker verwendet, notwendig, die Puffer 102 und 103 hinzuzufügen, durch die das Signal an beide Endanschlüsse des Operationsverstärkers 111 übertragen wird. Im Gegensatz dazu ist es bei dem Aufbau der Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nicht erforderlich, irgendeinen Puffer vorzusehen. Dadurch kann die Sensorsteuerungsvorrichtung wie die Luftkraftstoff Sensorsteuerungsvorrichtung mit einem einfachen Aufbau bereitgestellt werden.
  • Weiterhin wird gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der in den Stromerfassungswiderstand 32 fließende Elementstrom IL an dem mittleren Knoten B gemäß 1 zwischen dem Operationsverstärker 31 und dem Stromerfassungswiderstand 32 erfasst. Dieser Aufbau kann den Fluss des Rückkopplungsstroms aus dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 39 zu dem Stromerfassungswiderstand 32 durch die Verstärkungswiderstände 41 bis 43 stoppen. (Das heißt, in diesem Fall fließt der Rückkopplungsstrom durch den Knoten B gemäß 1 in den Operationsverstärker 32.) Der Fall, bei dem der Strom in den Stromerfassungswiderstand 32 fließt, erfordert, dass ein Puffer und dergleichen an der Signaleingangsleitung für den Operationsverstärker 39 hinzugefügt wird, um eine Verringerung der Erfassungsgenauigkeit des durch das Sensorelement 10 fließenden Elementstroms zu unterdrücken. Jedoch ist es bei der Luft/Kraftstoff-Verhältnis Sensorsteuerungsvorrichtung 30 mit dem Aufbau gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nicht erforderlich, einen derartigen Puffer einzubauen.
  • Weiterhin wählt das Schaltelement 44 die Verstärkungswiderstände 41, 42 und 43 als den Eingangswiderstand und den Rückkopplungswiderstand für die invertierende Verstärkungsschaltung 38 aus, und kann der Verstärkungsfaktor der invertierenden Verstärkungsschaltung 38 auf der Grundlage der vorstehend beschriebenen Auswahl eingestellt werden. Es ist dadurch möglich, in geeigneter Weise die Erfassungsauflösung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu justieren und es ist dementsprechend möglich, die Erfassungsgenauigkeit in einem gewünschten Luftkraftstoff Erfassungsbereich zu verbessern.
  • Da der Verstärkungsfaktor für die invertierende Verstärkungsschaltung 38 auf der Grundlage des Einganswiderstands und des Rückkopplungswiderstands, die durch das Schaltelement 44 ausgewählt werden, geändert und eingestellt wird, ist es möglich, die Sensorsteuerungsvorrichtung mit einem im Vergleich zu dem Stand der Technik, bei dem eine Vielzahl von Operationsverstärkern verwendet wird, mit einem einfachen Aufbau bereit zu stellen. Dadurch kann die Sensorsteuerungsvorrichtung und das Sensorsteuerungssystem mit einem keinen Aufbau und einer verringerten Anzahl von Anschlüssen mit niedrigen Herstellungskosten bereitgestellt werden.
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, ist es gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung möglich, die Sensorsteuerungsvorrichtung mit einer verbesserten Erfassungsgenauigkeit in einem gewünschten Luftkraftstoff Erfassungsbereich mit einem einfachen Aufbau bereit zu stellen.
  • Das heißt, dass das Einsetzen bzw. der Einbau des Schaltelements 44 in die Signaleingangsleitung des Operationsverstärkers 39 der invertierenden Verstärkungsschaltung 38 ermöglicht, die Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung mit hoher Genauigkeit zu verstärken. Das heißt, dass es möglich ist, das Vorhandensein einer Widerstandskomponente (eines parasitären Widerstands) des Schaltelements 44 zu vernachlässigen, selbst falls das Schaltelement 44 eine Widerstandskomponente aufweist, da die Signaleingangsleitung des Operationsverstärkers 39 im Allgemeinen eine hohe Impedanz aufweist. Es ist daher möglich, die Genauigkeit der Signalverstärkung durch die invertierende Verstärkungsschaltung 38 zu erhöhen.
  • Weiterhin ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die stöchiometrische Verbrennungssteuerung (oder die stöchiometrische Regelung) mit einer hohen Genauigkeit auf der Grundlage des in dem stöchiometrischen Vergrößerungsbereich RG2 erhaltenen Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsergebnisses durchzuführen und weiterhin die Mager-Verbrennungssteuerung (oder die Magerregelung) mit hoher Genauigkeit auf der Grundlage des Luftkraftstoff Erfassungsergebnisses in dem Mager-Vergrößerungsbereich RG3 durchzuführen. Weiterhin ist es möglich, die Luft/Kraftstoff-Sensorverschlechterungsdiagnose unter Verwendung der Atmosphärenerfassung durchzuführen, wenn die Kraftstoffzufuhr zu der Brennkraftmaschine abgeschnitten (unterbrochen) ist und die Fettregelung durchzuführen, wenn die Maschine eine hohe Last aufweist und eine hohe Kraftstoffmenge der Maschine zugeführt wird. Weiterhin ist es möglich, eine Direkteinspritzungs-Magerkraftstoffsteuerung durchzuführen, bei der die Verbrennungssteuerung in einem Super-Magerbereich (super lean region) ausgeführt wird.
  • Da jeder vorstehend beschriebene Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich auf einen Erfassungsbereich einschließlich des stöchiometrischen Werts eingestellt ist, ist es möglich, leicht und effektiv die Diagnose des Charakteristikfehlers der invertierenden Verstärkungsschaltung 38 durchzuführen.
  • Obwohl die in 1 gezeigte Sensorsteuerungsvorrichtung 30 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel den Aufbau annimmt, bei dem der Stromerfassungswiderstand 32 und die invertierende Verstärkungsschaltung 38 mit der positiven (+) Anschlussseite des Sensorelements 10 verbunden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt. Beispielsweise ist es möglich, einen Aufbau vorzusehen, bei dem der Stromerfassungswiderstand 32 und die invertierende Verstärkungsschaltung 38 mit dem negativen (–) Anschluss des Sensorelements 10 verbunden sind.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • Nachstehend ist der Aufbau einer Sensorsteuerungsvorrichtung 30 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist ein fetter Vergrößerungsbereich (Fett-Vergrößerungsbereich) RG4 als eine vorbestimmte Kraftstofffettsteuerungszone als Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich eingestellt.
  • 8 zeigt eine Darstellung einer Beziehung zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis und der Sensorausgangsspannung. Der Fett-Vergrößerungsbereich RG4 ist innerhalb des Bereichs von beispielsweise A/F = 10 bis 15 eingestellt. Das heißt, dass, wie es in 8 gezeigt ist, die Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel den Fett-Vergrößerungsbereich RG4 zusätzlich zu den Bereichen wie dem gesamten Bereich RG1, dem stöchiometrischen Vergrößerungsbereich RG2 und dem Mager-Vergrößerungsbereich (Mager-Vergrößerungsbereich) RG3 aufweist, die vorstehend beschrieben worden sind. Jede dieser Bereiche RG1 bis RG4 wird entsprechend der zu verarbeitenden Luftkraftstoffsteuerung geschaltet.
  • 9 zeigt den elektrischen Aufbau der Sensorsteuerungsvorrichtung 30 bei dem Sensorsteuerungssystem, das in der Lage ist, die vier Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereiche RG1 bis RG4 zu schalten, gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Schaltungsaufbau gemäß 9 weist eine Versatzeinstellungsschaltung 60 mit einem gegenüber der Versatzeinstellungsschaltung 50 gemäß 1 unterschiedlichen Aufbau auf.
  • Ähnlich zu dem Schaltungsaufbau der Versatzeinstellungsschaltung 50 gemäß 1 ist die Versatzeinstellungsschaltung 60 an einem Zwischenknoten bzw. mittleren Knoten der Verstärkungswiderstände 41 und 42 angeordnet, wie es in 9 gezeigt ist. Die Versatzeinstellungsschaltung 60 weist ein Schaltelement 61 auf, das beispielsweise aus einem MOS-Transistor hergestellt ist. Das Schaltelement 61 weist drei Schaltkontakte a, b und c auf. Die Schaltkontakte b und c des Schaltelements 61 sind jeweils in Reihe mit Widerständen 62 und 63 verbunden bzw. geschaltet. Diese Widerstände 62 und 63 sind mit einer Energiequellenschaltung 67 verbunden, die Spannungsteilerwiderstände 64, 65 und 66 aufweist. Konkret ist der Widerstand 62 mit einem mittleren Knoten bzw. Zwischenknoten zwischen den Spannungsteilerwiderständen 64 und 65 verbunden. Der Widerstand 63 ist mit einem mittleren Knoten zwischen den Spannungsteilerwiderständen 65 und 66 verbunden. Das Schaltelement 61 wird auf der Grundlage des aus dem Mikrocomputer 20 übertragenen Versatzschaltsignals ein- und ausgeschaltet.
  • Das Versatzschaltsignal ist ein Steuerungssignal zur Auswahl von einem der Kontakte a, b und c, um den leitenden Kontakt des Schaltelements 61 mit dem ausgewählten Kontakt zu verbinden.
  • Wenn das Versatzschaltsignal angibt, dass der leitende Kontakt des Schaltelements 61 mit dem Kontakt b verbunden wird, wird die invertierende Verstärkungsschaltung 38 elektrisch von der Versatzeinstellungsschaltung 60 getrennt. In diesem Fall arbeitet die invertierende Verstärkungsschaltung 38 ungeachtet des Ausgangs der Versatzeinstellungsschaltung 60. Das heißt, dass kein Versatz der Luft/Kraftstoff-Verhältnisausgangsspannung hinzugefügt wird.
  • Wenn demgegenüber das Versatzschaltsignal aus dem Mikrocomputer 20 angibt, dass der leitende Kontakt des Schaltelements 61 mit einem der Kontakte a und c verbunden wird, wird die Versatzeinstellung für die Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung aus dem Verstärker 39 unter Verwendung der Energiequellenschaltung 67 in der Versatzeinstellungsschaltung 60 ausgeführt. In diesem Fall wird einer von zwei Versatzwerten durch das Schaltelement 61 ausgewählt, das einen der Kontakte a und c entsprechend dem aus dem Mikrocomputer 20 übertragenen Versatzschaltsignal auswählt.
  • Wenn der leitende Kontakt des Schaltelements 61 mit dem Kontakt a verbunden wird, wird eine durch die Energiequellenschaltung 67 eingestellte Spannung V1 durch das Schaltelement 61 und andere an die invertierende Verstärkungsschaltung 38 angelegt. Wenn demgegenüber der leitende Kontakt des Schaltelements 61 mit dem Kontakt c verbunden ist, wird die von der Energiequellenschaltung 67 eingestellte Spannung V2 durch das Schaltelement 61 und andere an die invertierende Verstärkungsschaltung 38 angelegt.
  • Die anzulegenden Spannungen V1 und V2 weisen die Beziehung von V1 > V2 auf. Die Spannungen V1 und V2 beaufschlagen die invertierende Verstärkungsschaltung 38 jeweils mit einem positiven Versatz (Offset) und einem negativen Versatz (Offset). Das heißt, dass die Spannung V1 eine Spannung ist, die in der Lage ist, einen positiven Strom (der vorwärts zu dem Operationsverstärker 39 fließt) entsprechend dem Versatzwert bereit zu stellen, der der invertierenden Verstärkungsschaltung 38 durch die Versatzeinstellungsschaltung 60 zugeführt wird. Die Spannung V2 ist eine Spannung, die in der Lage ist, einen negativen Strom (der rückwärts in Bezug auf den Operationsverstärker 39 fließt) entsprechend dem Versatzwert bereit zu stellen, der der invertierenden Verstärkungsschaltung 38 durch die Versatzeinstellungsschaltung 60 zugeführt wird. Insbesondere wird, wenn vorhergesagt wird, dass an den beiden Enden des Stromerfassungswiderstands 32 eine Spannung von 2,2 Volt anliegt, V1 etwa 4 Volt, und wird V2 etwa 1 Volt.
  • Unter Berücksichtigung der vorstehend beschriebenen Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereiche wird, wenn die Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassung in dem stöchiometrischen Vergrößerungsbereich RG2 ausgeführt wird, der leitende Kontakt des Schaltelements 61 mit dem Kontakt b verbunden, und wird der Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich um den stöchiometrischen Wert verwirklicht, wie es in 8 gezeigt ist. Wenn demgegenüber die Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassung in dem Mager-Vergrößerungsbereich RG3 ausgeführt wird, wird der leitende Kontakt des Schaltelements 61 mit dem Kontakt a verbunden, und wird der Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich in einem vorbestimmten Magerbereich verwirklicht, wie es in 8 gezeigt ist. Wenn weiterhin die Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassung in dem Fett-Vergrößerungsbereich RG4 ausgeführt wird, wird der leitende Kontakt des Schaltelements 61 mit dem Kontakt c verbunden, und wird der Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich in einem vorbestimmten Fettbereich verwirklicht, wie es in 8 gezeigt ist.
  • Gemäß dem vorstehend ausführlich beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel ist es möglich, die Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsgenauigkeit zu erhöhen. Daher ist es möglich, die fette Verbrennungssteuerung zusätzlich zu der stöchiometrischen Verbrennungssteuerung und der mageren Verbrennungssteuerung effizient durchzuführen. Beispielsweise ist es möglich, die Genauigkeit bei der Durchführung der fetten Verbrennungssteuerung unter dem Zustand einer Erhöhung der Kraftstoffmenge während einer schweren oder hohen Last sowie die Genauigkeit der Ausführung der fetten Verbrennungssteuerung zur Regeneration eines Abgasreinigungssystems (das einen Mager-NOx-Katalysator verwendet) zu verbessern oder zu erhöhen.
  • Andere Ausführungsbeispiele
  • Der Umfang der Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht durch die Inhalte der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt. Beispielsweise ist das Konzept gemäß der vorliegenden Erfindung auf die nachfolgenden Fälle anwendbar.
  • 10A zeigt ein äquivalentes Schaltbild, das den Operationsverstärker 39 zeigt, der die invertierende Verstärkungsschaltung 38 der Sensorsteuerungsvorrichtung 30 bildet (vergleiche 1 oder 9).
  • In dem in 10A gezeigten äquivalenten Schaltbild ist ein Kollektor eines Eingangstransistors Q1 mit einer Basis eines Transistors Q2 verbunden. Ein Emitter des Transistors Q2 ist mit einer Basis eines Ausgangstransistors Q3 verbunden. Der Kollektor des Eingangstransistors Q1 ist mit einer Basis eines Ausgangstransistors Q4 verbunden. Ein Widerstand 81 ist zwischen den Ausgangstransistoren Q3 und Q4 geschaltet bzw. verbunden. Ein Endanschluss (auf der Seite des Transistors Q3) des Widerstands 81 ist mit einer Basis eines Transistors Q5 verbunden. Der andere Endanschluss (an der Seite des Transistors Q4) des Widerstands 81 ist mit einem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 39 verbunden. Eine Konstantstromschaltung 83 ist mit einem Knoten zwischen einem Emitter des Transistors Q5 und einer Masse- oder Erdepegelleitung verbunden. Entsprechend dem Operationsverstärker 39 mit dem in 10A gezeigten Aufbau erzeugt die Verbindung zwischen den Ausgangsanschluss und der Konstantstromschaltung 83 einen Strom, der aus dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 39 in die Konstantstromschaltung 83 (eine Stromsenke) fließt. Dies ermöglicht dem Operationsverstärker 39, die Spannung nahe an der unteren Grenzspannung der Energiequellenspannung auszugeben. Das heißt, es ist möglich, den Bereich der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 39 bis zu dem unteren Grenzwert der Energieversorgungsspannung auszudehnen.
  • 10B zeigt einen weiteren Schaltungsaufbau, bei dem ein Pull-Down-Widerstand 85 mit dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 39 gemäß 10A verbunden ist. Der in 10A gezeigte Schaltungsaufbau ermöglicht, dass Strom aus dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 39 zur Masse durch den Pull-Down-Widerstand 85 fließt. Wie der Schaltungsaufbau gemäß 10A ist es möglich, eine Spannung nahe an der unteren Grenze der elektrischen Energiequellenschaltung auszugeben.
  • Unter Verwendung der Schaltungsaufbauten (Schaltungskonfigurationen) gemäß 10A und 10B kann die Sensorsteuerungsvorrichtung mit einer kleinen Größe bereitgestellt werden, und kann als Ergebnis eine kleine Chipfläche mit niedrigen Kosten bereitgestellt werden, auf der die Sensorsteuerungsvorrichtung gebildet wird.
  • Obwohl die Japanische Offenlegungsschrift Nummer JP 2006-275628 als ein Stand der Technik die Verwendung eines Rail-to-Rail-Operationsverstärkers offenbart hat, der in der Lage ist, dessen Eingangs-/Ausgangsamplitude nahe der Energiequellenspannung zu erhalten, ist ein Operationsverstärker mit einem derartigen Schaltungsaufbau teuer und benötigt eine große Chipfläche.
  • Obwohl die Sensorsteuerungsvorrichtung 30 gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen die invertierende Verstärkungsschaltung 38 verwendet, ist es möglich, stattdessen eine nicht-invertierende Verstärkungsschaltung zu verwenden.
  • Obwohl der Mager-Vergrößerungsbereich RG3 als der Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich einschließlich des stöchiometrischen Werts eingestellt ist, ist es weiterhin möglich, diesen als den Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich einzustellen, ohne dass der stöchiometrische Wert enthalten ist. Beispielsweise wird der Mager-Vergrößerungsbereich RG3 innerhalb eines Bereichs von A/F = 20 bis 35 eingestellt. Es ist ebenfalls möglich, den Fett-Vergrößerungsbereich RG4 als den Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich einzustellen, ohne dass der stöchiometrische Wert enthalten ist.
  • Obwohl das Sensorsteuerungssystem gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen das Sensorelement (A/F-Sensor) mit dem in 2 gezeigten Aufbau verwendet, ist es möglich, ein Sensorelement mit einem anderen Elementaufbau zu verwenden. Beispielsweise ist es möglich, statt des Sensorelements mit einer einzelnen Zelle ein Sensorelement mit einer Pumpzelle und einer elektromotorischen Kraftzelle (Spannungszelle) zu verwenden. Das heißt, es ist möglich, ein Doppelschicht-Festpolymerelektrolyt oder ein Dreischicht-Festpolymerelektrolyt (SPE) zu verwenden. Weiterhin ist es möglich, die Sensorsteuerungsvorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem topfförmigen Sensorelement statt dem Sensorelement der Schichtungsbauart zu verwenden.
  • Drittes Ausführungsbeispiel
  • Nachstehend ist der Aufbau eines Sensorelements und einer Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 11A, 11B, 12 und 13 beschrieben. 11A zeigt eine Schnittansicht, die ein Luft/Kraftstoff-Sensor (A/F-Sensor) mit einem Doppelzellenaufbau zur Verwendung in der Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. 11B zeigt eine Schnittansicht, die ein Luft/Kraftstoff-Sensorelement mit einem anderen Aufbau zur Verwendung in der Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Das in 11A gezeigte Sensorelement 130 weist Doppel-Festpolymerelektrolytschichten 131 und 132 auf. Ein Paar Elektroden 133 und 134 ist in einer Festpolymerelektrolytschicht 131 derart geformt, dass die Elektroden einander zugewandt sind. Demgegenüber ist in der anderen Festpolymerelektrolytschicht 132 ein Paar Elektroden 135 und 136 derart geformt, dass die Elektroden einander zugewandt sind.
  • Obwohl 11A die Elektroden 133 bis 135 in beidseitiger Symmetrie (Spiegelsymmetrie) zeigt, ist jede von diesen ein einzelnes Teil. In dem Sensorelement 130 bilden die Festpolymerelektrolytschicht 131 und die Elektroden 133 und 134 eine Pumpzelle, und bilden die Festpolymerelektrolytschicht 132 und die Elektroden 135 und 136 eine Sauerstofferfassungszelle 142. Wie das Sensorelement 10 gemäß 2 weist das Sensorelement 130 eine Schichtungsstruktur oder eine Mehrschichtstruktur auf. In 11A bezeichnet das Bezugszeichen 137 eine Gaseinlassöffnung, bezeichnet 138 eine poröse Diffusionsschicht, bezeichnet 139 einen Umgebungsatmosphärenkanal und bezeichnet 140 eine Heizung.
  • Die Elektrode 136 der Sauerstofferfassungszelle 142 in dem Sensorelement 130 ist mit einem negativen (–) Eingangsanschluss eines Vergleichers (Komperators) 145 verbunden. Eine Vergleichsspannung Vref wird einem positiven (+) Eingangsanschluss des Vergleichers 145 zugeführt. Beide Enden eines Stromerfassungswiderstands 146 sind mit Knoten A1 und B1 zwischen der Elektrode 133 der Pumpzelle 141 und dem Ausgangsanschluss des Vergleichers 145 verbunden. Eine Spannungsdifferenz zwischen beiden Knoten A1 und B1 (entsprechend beiden Enden) des Widerstands 146 wird als eine Sensorausgangsspannung des Sensorelements 130 erfasst. Die Sauerstofferfassungszelle 142 in dem Sensorelement 130 mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau erzeugt zwei Spannungen (0 Volt und 0,9 Volt) entsprechend der Kraftstoffbedingung wie einer Kraftstoffmagerbedingung (mageren Kraftstoffbedingung) oder einer Kraftstofffettbedingung (fetten Kraftstoffbedingung). Beispielsweise erzeugt die Sauerstofferfassungszelle 142 in der Kraftstoffmagerbedingung eine niedrige Spannung und gibt diese aus. Bei Empfang der niedrigen Spannung aus der Sauerstofferfassungszelle 142 gibt der Vergleicher 145 eine hohe Spannung aus. Als Ergebnis steigt das Spannungspotenzial an dem Knoten B1 an. Dabei fließt der Strom von dem Knoten 31 zu dem Knoten A1 durch den Stromerfassungswiderstand 164.
  • Demgegenüber erzeugt in der Kraftstofffettbedingung die Sauerstofferfassungszelle 142 eine hohe Spannung und gibt diese aus. Bei Empfang der hohen Spannung aus der Sauerstofferfassungszelle 142 gibt der Vergleicher 145 eine niedrige Spannung aus. Als Ergebnis wird das Spannungspotenzial an dem Knoten B1 verringert. Dabei fließt der Strom aus dem Knoten A1 zu dem Knoten B1 durch den Stromerfassungswiderstand 146. Die Sauerstofferfassungszelle 145 wird üblicherweise als elektromotorische Kraftzelle oder Sauerstofferfassungszelle bezeichnet.
  • Wie es in 11B gezeigt ist, weist das Sensorelement 150 die drei Festpolymerelektrolytschichten 151, 152 und 153 auf. In der Festpolymerelektrolytschicht 151 ist ein Paar Elektroden 154 und 155 derart gebildet, dass die Elektroden einander zugewandt sind. In der Festpolymerelektrolytschicht 152 ist ein Paar Elektroden 156 und 157 derart gebildet, dass die Elektroden einander zugewandt sind.
  • In dem Sensorelement 150 gemäß 11b bilden die Festpolymerelektrolytschicht 151 sowie die Elektroden 154 und 155 eine Pumpzelle 161, und bilden die Festpolymerelektrolytschicht 152 sowie die Elektroden 156 und 157 eine Sauerstofferfassungszelle 162.
  • Die Festpolymerelektrolytschicht 153 ist ein Wandteil, das einen Sauerstoffreferenzraum bzw. eine Sauerstoffreferenzkammer 158 bildet, in der Referenzsauerstoff untergebracht ist.
  • Ähnlich zu dem Aufbau des Sensorelements 10 gemäß 2 weist das Sensorelement 150 eine Schichtungsstruktur oder Mehrschichtstruktur auf.
  • In 11B bezeichnet das Bezugszeichen 159 eine poröse Diffusionsschicht und bezeichnet 160 eine Gaserfassungskammer.
  • Wie die Sauerstofferfassungszelle 142 gemäß 11A wird die Sauerstofferfassungszelle 162 üblicherweise als elektromotorische Kraftzelle oder Sauerstoffkonzentrationserfassungszelle bezeichnet.
  • Die Spannung der Elektrode 157 in der Sauerstofferfassungszelle 162 wird einem negativen (–) Eingangsanschluss eines Vergleichers (Komperators) 165 zugeführt, und die Vergleichsreferenzspannung Vref wird einem positiven (+) Eingangsanschluss des Vergleichers 165 zugeführt.
  • Ein Stromerfassungswiderstand 166 ist zwischen der Elektrode 154 der Pumpzelle 161 und dem Ausgangsanschluss des Vergleichers 165 geschaltet bzw. verbunden.
  • Eine Spannungsdifferenz zwischen beiden Enden a2 und b2 (die nachstehend als Knoten A2 und Knoten B2 bezeichnet sind) des Widerstands 166 wird als eine Sensorausgangsspannung des Sensorelements 150 erfasst. Der Strom fließt aus dem Knoten B2 zu dem Knoten A2 durch den Stromerfassungswiderstand 166 während der Kraftstoffmagerbedingung in dem in 11b gezeigten Aufbau. Demgegenüber fließt während der Kraftstofffettbedingung der Strom aus dem Knoten A2 zu dem Knoten B2 durch den Stromerfassungswiderstand 166.
  • Nachstehend ist das Sensorsteuerungssystem für das Sensorelement mit dem Doppelzellenaufbau beschrieben.
  • 12 zeigt einen Aufbau der Sensorsteuerungsvorrichtung 170 für das in 11A gezeigte Sensorelement 130.
  • In der in 12 gezeigten Sensorsteuerungsvorrichtung 170 ist ein gemeinsamer Anschluss der Pumpzelle 141 und der Sauerstofferfassungszelle 142 in dem Sensorelement 130 mit einer Referenzspannungsenergiequelle 171 verbunden. Die Pumpzelle 141 und die Sauerstofferfassungszelle 142, ein Operationsverstärker 172 und ein Stromerfassungswiderstand 173 bilden eine geschlossene Schaltung. Ein nicht-invertierender Eingangsanschluss (positiver (+) Eingangsanschluss) des Operationsverstärkers 172 ist mit einer Vergleichsspannungserzeugungsschaltung 174 zur Erzeugung einer Vergleichsreferenzspannung Vref (= 0,45 Volt) verbunden. In der Kraftstoffmagerbedingung fließt der Strom aus dem Knoten B3 zu dem Knoten A3 durch einen Stromerfassungswiderstand 173. Demgegenüber fließt in der Kraftstofffettbedingung der Strom von dem Knoten A3 zu dem Knoten B3 durch den Stromerfassungswiderstand 173.
  • Der Operationsverstärker 172 gemäß 12 entspricht dem Operationsverstärker 145 gemäß 11A, und der Stromerfassungswiderstand 173 gemäß 12 entspricht dem Stromerfassungswiderstand 146 gemäß 11A. In diesem Fall wird die Regelung für die Pumpzelle 141 derart durchgeführt, dass die Ausgangsspannung der Sauerstofferfassungszelle 142 eine vorbestimmte Spannung wird.
  • Da der Aufbau und die Steuerung der Regelungsschaltung in bekannten Druckschriften gemäß dem Stand der Technik offenbart worden sind, entfällt deren Beschreibung an dieser Stelle.
  • Der Differenzverstärker 180 ist zwischen beiden Enden A3 und B3 des Stromerfassungswiderstands 137 geschaltet bzw. verbunden. Der Differenzverstärker 180 empfängt die Spannungen an dem Knoten A3 und an dem Knoten B3 des Stromerfassungswiderstands 173 und verstärkt die Spannungsdifferenz zwischen diesen Knoten A3 und B3. Der Differenzverstärker 180 gibt dann eine Luftkraftstoff Ausgangsspannung (A/F-Ausgangsspannung) zu dem (in 12 nicht gezeigten) Mikrocomputer 20 aus.
  • Der Differenzverstärker 180 weist einen Operationsverstärker 181 auf. Ein Schaltelement 182 ist an einer mit dem positiven (+) Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 181 verbundenen Eingangsleitung angeordnet. Schaltkontakte a und b für das Schaltelement 182 sind jeweils mit beiden Enden eines Verstärkungswiderstands 184 verbunden.
  • Der Verstärkungswiderstand 184 ist zwischen den Verstärkungswiderständen 183 und 185 angeordnet. Das heißt, dass die Verstärkungswiderstände 183, 184 und 185 in Reihe geschaltet sind. Das Schaltelement 182 ist leitend zu einem der Schaltkontakte a und b.
  • Ein Schaltelement 186 ist an einer Signaleingangsleitung angeordnet, die mit einem negativen (–) Eingangsanschluss (als ein invertierender Eingangsanschluss) des Operationsverstärkers 181 verbunden ist. Schaltkontakte c und d für das Schaltelement 186 sind mit beiden Enden eines Verstärkungswiderstands 188 jeweils verbunden. Der Verstärkungswiderstand 188 ist zwischen den Verstärkungswiderständen 187 und 189 angeordnet. Das heißt, dass die Verstärkungswiderstände 187, 188 und 189 in Reihe geschaltet sind. Wie es in 12 gezeigt ist, verbindet in diesem Fall das Schaltelement 186 den negativen (–) Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 181 mit dem Schaltkontakt 10.
  • Bei Empfang eines Verstärkungs-(Gewinn-)Schaltsignals, das aus dem (nicht gezeigten) Mikrocomputer 20 übertragen wird, führen beide Schaltelemente 182 und 186 den Schaltvorgang gleichzeitig durch. Entsprechend dem Schaltvorgang durch die Schaltelemente 182 und 186 wird der Verstärkungsfaktor des Differenzverstärkers 180 geändert.
  • Da die Beziehung zwischen dem Verstärkungsfaktor und dem Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich vorstehend beschrieben worden ist, entfällt an dieser Stelle eine weitere Beschreibung.
  • Der Differenzverstärker 180 hält die nachfolgenden Zustände vor und nach dem Schaltvorgang durch die Schaltelemente 182 und 186.
  • Ein Widerstandswert an dem positiven Eingang ist gleich einem Widerstandswert an dem negativen Eingang, und ein Rückkopplungswiderstandswert ist gleich einem Eingangswiderstandswert.
  • In einer Rückkopplungsleitung für den Differenzverstärker 180 ist eine Versatzeinstellungsschaltung 190 mit einem Zwischenknoten zwischen (oder einem gemeinsamen Knoten von) den Verstärkungswiderständen 187 und 188 verbunden. Die Versatzeinstellungsschaltung 190 beaufschlagt einen Versatz auf die Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung aus dem Differenzverstärker 180. Die Beaufschlagung des Versatzes (Offset) auf die Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung aus dem Differenzverstärker 180 kann den Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich ändern.
  • Der Differenzverstärker 180 und die Versatzeinstellungsschaltung 190 bilden eine Addierschaltung. Der Differenzverstärker 180 gibt die Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung als das Spannungssignal aus, das durch Addieren des Elementstromsignals, das der Größe des Elementstroms IL entspricht, zu dem Versatzsignal (Offsetsignal) erhalten wird.
  • Die Versatzeinstellungsschaltung 190 weist ein aus einem MOS-Transistor aufgebautes Schaltelement 191, einen mit dem Schaltelement 191 in Reihe geschalteten (verbundenen) Widerstand 192, und eine Energiequellenschaltung 195 mit zwei Spannungsteilerwiderständen 193 und 194 auf.
  • Das Schaltelement 191 wird auf der Grundlage des aus dem (nicht gezeigten) Mikrocomputer 20 übertragenen Versatzschaltsignals ein- und ausgeschaltet.
  • Bei Empfang des Versatzschaltsignals auf einen niedrigen Pegel wird das Schaltelement 191 ausgeschaltet. Insbesondere wird der Differenzverstärker 180 von der Versatzeinstellungsschaltung 190 getrennt, und arbeitet der Differenzverstärker 180 ungeachtet des Ausgangs der Versatzeinstellungsschaltung 190. Das heißt, es wird kein Versatzeinstellungsvorgang für die Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung durchgeführt.
  • Demgegenüber wird bei Empfang des Versatzschaltsignals auf einem hohen Pegel das Schaltelement 191 eingeschaltet. Der Differenzverstärker 180 arbeitet unter Verwendung des Versatzes durch die Versatzeinstellungsschaltung 190 unter der Bedingung, dass der Differenzverstärker 180 mit der Versatzeinstellungsschaltung 190 verbunden ist. Das heißt, dass der durch den Widerstand 192 und die Energiequellenschaltung 195 bestimmte Versatzstrom in die Versatzeinstellungsschaltung 190, in den Differenzverstärker 180 (nämlich in den Operationsverstärker 181) fließt, und der Versatzwert wird der Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 180 auf der Grundlage der Größe des Versatzstroms aus der Versatzeinstellungsschaltung 190 beaufschlagt.
  • Wenn die Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassung in dem stöchiometrischen Vergrößerungsbereich RG2 durchgeführt wird, wird das Schaltelement 191 ausgeschaltet, um den Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich um den stöchiometrischen Wert auszuwählen, wie den gesamten Bereich RG1. Wenn die Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassung in dem Mager-Vergrößerungsbereich RG3 durchgeführt wird, wird das Schaltelement 191 ausgeschaltet, so dass die Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassung in einem vorbestimmten Magerbereich durchgeführt wird.
  • Bei dem Aufbau der Sensorsteuerungsvorrichtung 200 gemäß 12 wird entsprechend dem Versatzschaltvorgang derart geschaltet, dass der mittlere Knoten zwischen dem Eingangswiderstand in der Rückkopplungsleitung in der Differenzverstärkungsschaltung 180 und den Rückkopplungswiderständen mit der Versatzeinstellungsschaltung 190 verbunden wird oder nicht verbunden wird. In diesem Fall wird vor und nach dem Schaltvorgang beibehalten, dass der Wert des Rückkopplungswiderstands des Differenzverstärkers 180 gleich dem Wert des Massewiderstands ist. Dementsprechend ist es möglich, das Auftreten eines nicht erwarteten Fluktuierens des Signalverstärkungsfaktors und des Gaskonzentrationserfassungsbereichs zusammen mit dem Versatzschaltvorgang zu vermeiden, und es ist möglich, einen optimalen Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbetrieb zu verwirklichen.
  • In der Sensorsteuerungsvorrichtung 170 gemäß 12 werden das Spannungspotenzial an dem Knoten A3 und das Spannungspotenzial an dem Knoten B3 des Stromerfassungswiderstands 173 variiert und nicht fest eingestellt. Demgegenüber ist bei der Sensorsteuerungsvorrichtung 200 gemäß 13 das Spannungspotenzial an einem Ende des Stromerfassungswiderstands 202 fest eingestellt.
  • 13 zeigt einen anderen Aufbau der Sensorsteuerungsvorrichtung 200 für das Sensorelement 130 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie es in 13 gezeigt ist, wird die Spannung (beispielsweise 3 Volt), die gleich der Referenzspannung Vf1 ist, einem gemeinsamen Anschluss der Pumpzelle 141 und der Sauerstofferfassungszelle 142 in dem Sensorelement 200 über dem Operationsverstärker 203 zugeführt. Das heißt, dass das Spannungspotenzial an dem Knoten B4 des Widerstands 202 auf 3 Volt fest eingestellt ist. In 13 ist eine geschlossene Schaltung hergestellt, die aus einer Rückkopplungsschaltung 201 und einem Stromerfassungswiderstand 202 zusammengesetzt ist. Die Referenzspannung Vf2 in der Rückkopplungsschaltung 201 beträgt beispielsweise 2,5 Volt.
  • Nachstehend ist der Betrieb der Sensorsteuerungsvorrichtung 200 gemäß 13 während der Kraftstofffettbedingung beschrieben.
  • In der Kraftstofffettbedingung ist das Spannungspotenzial an dem Knoten C2 in der Rückkopplungsschaltung 201 verringert, da das Spannungspotenzial an dem Knoten C1 durch die elektromotorische Kraft der Sauerstofferfassungszelle 142 auf 3,45 Volt ansteigt. Dabei wird die Ausgangsspannung der Rückkopplungsschaltung 201, nämlich das Spannungspotenzial an dem Knoten A4 erhöht. In der Kraftstofffettbedingung fließt der Strom von dem Knoten A4 zu dem Knoten B4 in dem Stromerfassungswiderstand 202. Demgegenüber fließt während der Kraftstoffmagerbedingung der Strom von dem Knoten B4 zu dem Knoten A4 in dem Stromerfassungswiderstand 202.
  • Eine Verstärkungsschaltung der invertierenden Bauart 210 ist mit beiden Knoten A4 und B4 des Stromerfassungswiderstands 202 verbunden. Die aus der invertierenden Verstärkungsschaltung 210 ausgegebene Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung wird dem (nicht gezeigten) Mikrocomputer zugeführt. Die invertierende Verstärkungsschaltung 210 weist einen Operationsverstärker 211 auf. In der invertierenden Verstärkungsschaltung 210 ist ein Schaltelement 212 an einer mit dem negativen (–) Eingangsanschluss (invertierenden Eingangsanschluss) des Operationsverstärkers 212 verbundenen Signaleingangsleitung angeordnet. Weiterhin sind die Schaltkontakte A und B des Schaltelements 212 mit beiden Enden des Verstärkungswiderstands 214 verbunden. Der Widerstand 214 ist zwischen dem Widerstand 213 und dem Widerstand 215 angeordnet. Diese Widerstände 213 bis 215 werden für die Verstärkung verwendet. In diesem Fall ist der negative (–) Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 211 mit dem Kontakt A des Schaltelements 212 verbunden.
  • Bei Empfang eines Verstärkungs-(Gewinn-)Schaltsignals, das aus dem (nicht gezeigten) Mikrocomputer 20 übertragen wird, führt das Schaltelement 212 den Schaltvorgang durch. In diesem Fall wird der Verstärkungsfaktor der Verstärkungsschaltung 210 entsprechend dem Schaltvorgang des Schaltelements 212 geändert. Da die Beziehung zwischen dem Verstärkungsfaktor und dem Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich vorstehend beschrieben worden ist, entfällt an dieser Stelle deren Beschreibung.
  • Gemäß 13 ist die Versatzeinstellungsschaltung 210 mit dem mittleren Knoten zwischen den Verstärkungswiderständen 213 und 214 in der Rückkopplungsleitung der invertierenden Verstärkungsschaltung 210 verbunden. Die Versatzeinstellungsschaltung 220 beaufschlagt den Versatz auf die aus der Verstärkungsschaltung 210 zugeführte Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung. Die Beaufschlagung des Versatzes auf die Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung aus der Verstärkungsschaltung 210 kann den Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich ändern.
  • Die Verstärkungsschaltung 210 und die Versatzeinstellungsschaltung 220 bilden eine Addierschaltung. Die Verstärkungsschaltung 210 gibt die Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung als das Spannungssignal aus, das durch Addieren des Elementstromsignals, das der Größe des Elementstroms IL entspricht, zu dem Versatzsignal erhalten wird.
  • Die Versatzeinstellungsschaltung 220 weist ein aus einem MOS-Transistor aufgebautes Schaltelement 221, einen mit den Schaltelement 221 in Reihe geschalteten Widerstand 222 und eine Energiequellenschaltung 225 mit zwei Spannungsteilungswiderständen 223 und 224 auf. Das Schaltelement 221 wird auf der Grundlage des aus dem (nicht gezeigten) Mikrocomputer übertragenen Versatzschaltsignals ein- und ausgeschaltet.
  • Bei Empfang des Versatzschaltsignals auf einem niedrigen Pegel wird das Schaltelement 221 ausgeschaltet.
  • Insbesondere wird die Verstärkungsschaltung 210 von der Versatzeinstellungsschaltung 220 getrennt und arbeitet die Verstärkungsschaltung 210 ungeachtet des Ausgangs der Versatzeinstellungsschaltung 220. Das heißt, es wird keine Versatzeinstellung für die Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung durchgeführt.
  • Demgegenüber wird bei Empfang des Versatzschaltsignals auf einem hohen Pegel das Schaltelement 221 eingeschaltet. Die Verstärkungsschaltung 210 arbeitet unter Verwendung des Versatzes, der durch die Versatzeinstellungsschaltung 210 unter der Bedingung bestimmt wird, in der die Verstärkungsschaltung 210 mit der Versatzeinstellungsschaltung 220 verbunden ist. Das heißt, dass der Versatzstrom, der durch den Widerstand 222 und die Energiequellenschaltung 225 in der Versatzeinstellungsschaltung 220 bestimmt wird, in die Verstärkungsschaltung 210 (nämlich in den Operationsverstärker 211) fließt, wobei der Versatz der Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung der Verstärkungsschaltung 210 auf der Grundlage der Größe des Versatzstroms aus der Versatzeinstellungsschaltung 220 beaufschlagt wird.
  • Wenn die Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassung in dem stöchiometrischen Vergrößerungsbereich RG2 durchgeführt, wird das Schaltelement 221 ausgeschaltet, um den Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich um den stöchiometrischen Wert wie bei dem gesamten Bereich RG1 auszuwählen. Wenn die Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassung in dem Mager-Vergrößerungsbereich RG3 durchgeführt wird, wird das Schaltelement 221 ausgeschaltet, so dass die Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassung in einem vorbestimmten Magerbereich durchgeführt wird.
  • Wie der Schaltungsaufbau der Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß 12 werden bei dem Aufbau der Sensorsteuerungsvorrichtung 200 gemäß 13 der Verbindungszustand und der Trennzustand zwischen der Versatzeinstellungsschaltung 220 und dem mittleren Knoten zwischen dem Eingangswiderstand und den Rückkopplungswiderständen in der Rückkopplungsleitung der Differenzverstärkungsschaltung 210 entsprechend dem Versatzschaltsignal geschaltet. Dementsprechend ist es möglich, das Auftreten eines nicht erwarteten Fluktuierens des Signalverstärkungsfaktors und des Gaskonzentrationserfassungsbereichs zusammen mit dem Versatzschaltvorgang zu verhindern, und ist es möglich, den optimalen Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbetrieb zu verwirklichen.
  • Die Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist auf andere Gaskonzentrationssensoren, die in der Lage sind, eine andere Gaskonzentration zu erfassen, als auf den Luft/Kraftstoff-Sensor anwendbar, der die Sauerstoffkonzentration erfasst. Beispielsweise weist ein komplexer Gaskonzentrationssensor eine Vielzahl von Zellen auf, die aus einem Festpolymerelektrolyt hergestellt sind, bei denen eine primäre Zelle (oder Pumpzelle) Sauerstoff in einem zu erfassenden Soll- bzw. Zielerfassungsgas ausstößt oder auspumpt, und eine sekundäre Zelle (oder Sensorzelle) eine Gaskonzentration einer spezifischen Komponente in dem Gas erfasst, nachdem der Sauerstoff aus dem Zielerfassungsgas ausgestoßen worden ist. Ein derartiger Gaskonzentrationssensor wird als NOx-Sensor beispielsweise verwendet, der in der Lage ist, die Konzentration einer im Abgas enthaltenen NOx Komponente zu erfassen. Die Anwendung der Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung auf einen derartigen Gaskonzentrationssensor kann die Erfassungsgenauigkeit der NOx-Konzentration verbessern.
  • Der komplexe Gaskonzentrationssensor weist eine dritte Zelle (eine Überwachungszelle oder sekundäre Pumpzelle) zusätzlich zu der primären Zelle und der sekundären Zelle auf, die in der Lage sind, eine Konzentration von verbleibendem oder restlichem Sauerstoff nach Ausstoß des Sauerstoffs aus dem Abgas zu erfassen.
  • Die Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist auf einen Gaskonzentrationssensor zur Erfassung der Konzentration von HO oder CO als Komponenten in einem Gas anwendbar. In diesem Fall stößt die Pumpzelle überschüssigen Sauerstoff in einem Zielerfassungsgas aus, und zersetzt eine Sensorzelle HO und CO in dem Gas nach Ausstoß von überschüssigem Sauerstoff und erfasst die Konzentration von HO und CO.
  • Weiterhin ist die Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung auf verschiedene Typen von Gassensoren (Sensorelementen) für Dieselmaschinen und andere Maschinentypen zusätzlich zu dem Gassensor (Sensorelement) für Benzinmaschinen anwendbar. Es ist weiterhin möglich, die Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung als eine Sensorsteuerungsvorrichtung für verschiedene andere Anwendungen als Motorfahrzeuge zu verwenden. Weiterhin ist die Sensorsteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung auf Gassensoren anwendbar, die in der Lage sind, verschiedene andere Gastypen als das Abgas zu erfassen.
  • Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, ist jedoch für den Fachmann klar, dass verschiedene Modifikationen und Alternativen an diesen Einzelheiten im Licht der Gesamtlehre der Offenbarung entwickelt werden können. Dementsprechend sind die besonderen Anordnungen, die vorstehend offenbart worden sind, lediglich als veranschaulichend gedacht und sollen nicht den Umfang der vorliegenden Erfindung begrenzen, die durch die nachfolgenden Patentansprüche und deren Äquivalente beschrieben ist.
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, ist ein Stromerfassungswiderstand einer Sensorsteuerungsvorrichtung ist mit einem Sensorelement verbunden. Der in dem Sensorelement fließende Strom wird durch den Stromerfassungswiderstand erfasst. Der Stromerfassungswiderstand ist mit einer invertierenden Verstärkungsschaltung zur Ausgabe einer Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung verbunden, die zu einem Mikrocomputer zu übertragen ist. Eine Versatzeinstellungsschaltung ist mit einem Eingangsanschluss eines Operationsverstärkers in der invertierenden Verstärkungsschaltung verbunden. Die Versatzeinstellungsschaltung weist ein Schaltelement, einen in Reihe mit dem Schaltelement geschalteten Widerstand und zwei Spannungsteilerwiderstände auf, deren gemeinsamer Knoten mit dem Widerstand verbunden ist. Die Versatzeinstellungsschaltung erzeugt und beaufschlagt einen Versatz auf die Luft/Kraftstoff-Ausgangsspannung. Das Schaltelement wird auf der Grundlage eines aus dem Mikrocomputer übertragenen Versatzschaltsignals ein- oder ausgeschaltet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 2004-205488 [0005]
    • - JP 2006-275628 [0007, 0007, 0008, 0008, 0011, 0163]

Claims (15)

  1. Sensorsteuerungsvorrichtung zur Steuerung des Betriebs eines Sensorelements aus Festpolymerelektrolyt, das in der Lage ist, eine Konzentration einer in einem Zielgas enthaltenen spezifischen Gaskomponente in einem breiten Erfassungsbereich zu erfassen, mit einem Stromerfassungswiderstand zur Erfassung eines in dem Sensorelement fließenden Stroms und zur Erzeugung eines Elementstromsignals, einer Verstärkungsschaltung zum Empfang des Elementstromsignals durch einen positiven oder negativen Eingangssignalanschluss davon und zur Verstärkung des Elementstromsignals, einer Versatzeinstellungsschaltung zur Einstellung eines Versatzes, die mit einem mittleren Knoten zwischen einem Eingangswiderstand und einem Rückkopplungswiderstand in einer Rückkopplungsleitung für die Verstärkungsschaltung verbunden ist, und einer Versatzeinschalteinrichtung zum Schalten des durch die Versatzeinstellungsschaltung bestimmten Versatzes entsprechend dem Elementstromsignal, das kontinuierlich aus dem Sensorelement zugeführt wird, in Bezug auf die Konzentration der in dem Zielgas enthaltenen spezifischen Gaskomponente.
  2. Sensorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Versatzschalteinrichtung den durch die Versatzeinstellungsschaltung erzeugten Versatz durch Verbinden/Trennen des mittleren Knotens zwischen dem Eingangswiderstand und dem Rückkopplungswiderstand in der Rückkopplungsleitung der Verstärkungsschaltung mit/von der Versatzeinstellungsschaltung schaltet.
  3. Sensorsteuerungsvorrichtung zur Steuerung des Betriebs eines Sensorelements aus Festpolymerelektrolyt, das in der Lage ist, eine Konzentration einer spezifischen Gaskomponente in einem Zielgas in einem breiten Erfassungsbereich zu erfassen, mit einem Stromerfassungswiderstand zur Erfassung eines in dem Sensorelement fließenden Stroms und zur Erzeugung eines Elementstromsignals, einer Verstärkungsschaltung einer invertierenden Bauart oder einer nicht-invertierenden Bauart zum Empfang des Elementstromsignals durch einen Eingangssignalanschluss davon und zur Verstärkung des Elementstromsignals, einer Versatzeinstellungsschaltung zur Einstellung eines Versatzes, die mit dem einen Eingangssignalanschluss zum Empfang des Elementstromsignals oder dem anderen Eingangssignalanschluss der Verstärkungsschaltung verbunden ist, und einer Versatzschalteinrichtung zum Schalten des durch die Versatzeinstellungsschaltung bestimmten Versatzes entsprechend dem Elementstromsignal in Bezug auf eine Konzentration der in dem Zielgas enthaltenen Gaskomponente.
  4. Sensorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Versatzschalteinrichtung den durch die Versatzeinstellungsschaltung bestimmten Versatz durch Verbinden/Trennen des einen Eingangssignalanschlusses der Verstärkungsschaltung mit/von der Versatzeinstellungsschaltung schaltet.
  5. Sensorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Versatzeinstellungsschaltung eine Vielzahl von Versatzwerten einstellt, und die Versatzschalteinrichtung selektiv einen aus der Vielzahl der Versatzwerte auswählt.
  6. Sensorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Zielgas ein aus einer Brennkraftmaschine emittiertes Abgas ist und die Sensorsteuerungsvorrichtung ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F-Verhältnis) des Abgases in einem Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich erfasst, und der Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich aufweist: einen stöchiometrischen Erfassungsbereich zur Verwendung bei einer stöchiometrischen Verbrennungssteuerung, der ein Teil des gesamten Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereichs ist, der von dem Sensorelement erfassbar ist, und einen Magererfassungsbereich zur Verwendung bei einer Mager-Verbrennungssteuerung, der ein Teil des gesamten Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereichs ist, der von dem Sensorelement erfassbar ist, wobei die Versatzschalteinrichtung entsprechend der Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung beurteilt, ob die Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassung in dem stöchiometrischen Erfassungsbereich oder dem Magererfassungsbereich durchgeführt wird, und die Versatzschalteinrichtung den Versatz entsprechend dem Beurteilungsergebnis schaltet.
  7. Sensorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich einen Fetterfassungsbereich zur Verwendung bei einer Fett-Verbrennungssteuerung als ein Teil des gesamten Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereichs aufweist, und die Versatzschalteinrichtung den stöchiometrischen Erfassungsbereich, den Magererfassungsbereich oder den Fetterfassungsbereich zur Erfassung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses unter Verwendung des ausgewählten Bereichs auswählt und den Versatz auf der Grundlage des Beurteilungsergebnisses schaltet.
  8. Sensorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der stöchiometrische Erfassungsbereich, der Magererfassungsbereich und der Fetterfassungsbereich jeweils einen stöchiometrischen Wert umfasst.
  9. Sensorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 8, weiterhin mit einer Schaltungscharakteristikerfassungseinrichtung, die eingerichtet ist, einen Schaltungscharakteristikfehler auf der Grundlage eines Ausgangssignals der Verstärkungsschaltung zu dem Zeitpunkt zu erfassen, wenn der in dem Sensorelement fließende Strom zwangsweise gestoppt wird.
  10. Sensorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin mit einer Vielzahl von Verstärkungswiderständen zur Bestimmung von Verstärkungsfaktoren für die Verstärkungsschaltung, und einer Verstärkungsfaktorschalteinrichtung zum Schalten der Verstärkungswiderstände derart, dass einer der Verstärkungswiderstände als ein Eingangswiderstand und die restlichen Verstärkungswiderstände als ein Rückkopplungswiderstand verwendet werden.
  11. Sensorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei der breite Erfassungsbereich zur Erfassung der Gaskonzentration der in dem Zielgas enthaltenen spezifischen Gaskomponente vorab in unterschiedliche Erfassungsbereiche unterteilt ist, und die Verstärkungsfaktorschalteinrichtung die Verstärkungswiderstände derart schaltet, dass der Verstärkungsfaktor der Verstärkungsschaltung erhöht wird, wenn die Gaskonzentration der in dem Zielgas enthaltenen spezifischen Gaskomponente in einem engen Erfassungsbereich in den unterschiedlichen Erfassungsbereichen erfasst wird, und die Verstärkungswiderstände derart schaltet, dass der Verstärkungsfaktor der Verstärkungsschaltung verringert wird, wenn die Gaskonzentration der in dem Zielgas enthaltenen spezifischen Gaskomponente in einem breiten Erfassungsbereich in den unterschiedlichen Erfassungsbereichen erfasst wird.
  12. Sensorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Zielerfassungsgas ein aus einer Brennkraftmaschine emittiertes Abgas ist, die Sensorsteuerungsvorrichtung ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases in einem Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich erfasst, und der Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich aufweist: einen gesamten Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich, in dem das Sensorelement erfassen kann, einen stöchiometrischen Erfassungsbereich, der ein Teil des gesamten Luft/Kraftstoff- Verhältniserfassungsbereichs ist, zur Verwendung bei einer stöchiometrischen Verbrennungssteuerung, und einen Magererfassungsbereich, der ein Teil des gesamten Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereichs ist, zur Verwendung bei einer Mager-Verbrennungssteuerung in einem Teil des gesamten Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereichs, wobei die Sensorsteuerungsvorrichtung derart steuert, dass die Versatzschalteinrichtung keinen Versatz der Verstärkungsschaltung beaufschlagt, wenn das Sensorelement das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases in dem gesamten Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich erfasst, und die Verstärkungsfaktorschalteinrichtung die Verstärkungswiderstände derart auswählt, dass der Verstärkungsfaktor verringert wird, die Versatzschalteinrichtung keinen Versatz beaufschlagt, wenn das Sensorelement das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases in dem stöchiometrischen Erfassungsbereich erfasst, und die Verstärkungsfaktorschalteinrichtung die Verstärkungswiderstände derart auswählt, dass der Verstärkungsfaktor erhöht wird, und die Versatzschalteinrichtung einen Versatz beaufschlagt, wenn das Sensorelement das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases in dem Magererfassungsbereich erfasst, und die Verstärkungsfaktorschalteinrichtung die Verstärkungswiderstände derart auswählt, dass der Verstärkungsfaktor erhöht wird.
  13. Sensorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Zielerfassungsgas ein aus einer Brennkraftmaschine emittiertes Abgas ist, die Sensorsteuerungsvorrichtung ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases in einem Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich erfasst, und der Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich aufweist: einen gesamten Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich, in dem das Sensorelement erfassen kann, einen stöchiometrischen Erfassungsbereich, der ein Teil des gesamten Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereichs ist, zur Verwendung bei einer stöchiometrischen Verbrennungssteuerung, und einen Magererfassungsbereich, der ein Teil des gesamten Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereichs ist, zur Verwendung bei einer Mager-Verbrennungssteuerung in einem Teil des gesamten Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereichs, wobei die Sensorsteuerungsvorrichtung derart steuert, dass die Versatzschalteinrichtung keinen Versatz der Verstärkungsschaltung beaufschlagt, wenn das Sensorelement das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases in dem gesamten Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich erfasst, und die Verstärkungsfaktorschalteinrichtung die Verstärkungswiderstände derart auswählt, dass der Verstärkungsfaktor verringert wird, die Versatzschalteinrichtung keinen Versatz beaufschlagt, wenn das Sensorelement das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases in dem stöchiometrischen Erfassungsbereich erfasst, und die Verstärkungsfaktorschalteinrichtung die Verstärkungswiderstände derart auswählt, dass der Verstärkungsfaktor erhöht wird, und die Versatzschalteinrichtung einen Versatz beaufschlagt, wenn das Sensorelement das Luft/Kraftstoff- Verhältnis des Abgases in dem Magererfassungsbereich erfasst, und die Verstärkungsfaktorschalteinrichtung die Verstärkungswiderstände derart auswählt, dass der Verstärkungsfaktor erhöht wird.
  14. Sensorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Sensorsteuerungsvorrichtung das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases in dem Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich erfasst, und der Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereich weiterhin einen Fetterfassungsbereich, der ein Teil des gesamten Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsbereichs ist, zur Verwendung bei einer Fett-Verbrennungssteuerung aufweist, und die Sensorsteuerungsvorrichtung derart steuert, dass die Versatzschalteinrichtung einen invertierten Versatz beaufschlägt, der durch Invertieren des Versatzes zur Verwendung in dem Magererfassungsbereich erhalten wird, wenn das Sensorelement das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases in dem Fetterfassungsbereich erfasst, und die Verstärkungsfaktorschalteinrichtung die Verstärkungswiderstände derart auswählt, dass der Verstärkungsfaktor erhöht wird.
  15. Sensorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Verstärkungsschaltung eine Konstantstromquelle und/oder einen Pull-Down-Widerstand an einer Ausgangsstufe davon aufweist.
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