DE102008038583B4

DE102008038583B4 - Gassensorsteuervorrichtung mit zwei Widerstandssollwerten zur Verkürzung der Aktivierungszeit des Gassensorelements

Info

Publication number: DE102008038583B4
Application number: DE102008038583.2A
Authority: DE
Inventors: Kenji Kato; Hisashi Sasaki; Koji Shiotani
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2007-08-23
Filing date: 2008-08-21
Publication date: 2024-02-08
Anticipated expiration: 2028-08-22
Also published as: US20090051373A1; DE102008038583A1; US7872480B2

Abstract

Gassensorsteuervorrichtung zum Steuern eines Gassensors, der ein Gassensorelement, das eine Vielzahl von Zellen aufweist, von denen jede ein Sauerstoffionenleitelement und ein Paar Elektroden, das an dem Sauerstoffionenleitelement ausgebildet ist, aufweist, und eine Wärmeinrichtung zum Erwärmen der Vielzahl der Zellen enthält und bei dem Strom, der einer spezifischen Gaskonzentration eines Objektgases der Messung entspricht, zwischen den Elektroden von einer der Vielzahl der Zellen fließt, wobei die Gassensorsteuervorrichtung umfasst:eine Widerstandserfassungseinrichtung zum Erfassen eines Widerstands einer Objektzelle der Messung, die eine der Vielzahl der Zellen ist; undeine Wärmeinrichtungssteuereinrichtung, die die Stromversorgung der Wärmeinrichtung derart steuert, dass der Widerstand, der von der Widerstandserfassungseinrichtung erfasst wird, ein erster vorgegebener Widerstand wird, und nachfolgend des Weiteren die Stromversorgung der Wärmeinrichtung derart steuert, dass der Widerstand, der von der Widerstandserfassungseinrichtung erfasst wird, ein zweiter vorgegebener Widerstand wird, der höher ist als der erste vorgegebene Widerstand.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gassensorsteuervorrichtung zum Steuern eines Gassensors, der ein Gassensorelement enthält, das eingerichtet ist, um die Konzentration von NO_x-Gas, Ammoniakgas oder eines ähnlichen Gases zu erfassen, und im Besonderen eine Gassensorsteuervorrichtung, die Wärmeinrichtungssteuerungsverarbeitung zum Aktivieren des Gassensorelementes durch Anwendung von Wärme durch eine Wärmeeinrichtung durchführt.
[Stand der Technik]
Ein herkömmlicherweise bekanntes Gassensorelement weist eine erste Messkammer, eine erste Sauerstoffpumpzelle, eine zweite Messkammer, eine zweite Sauerstoffpumpzelle, eine Bezugssauerstoffkammer und eine Sauerstoffkonzentrationserfassungszelle auf (siehe zum Beispiel JP H10- 288 595 A bzw. EP 0 859 232 A2 ). Bei dem Gassensorelement ist jede der ersten Sauerstoffpumpzelle und der Sauerstoffkonzentrationserfassungszelle derart eingerichtet, dass eine Sauerstoffionen leitende Festelektrolytschicht poröse Elektroden aufweist, die an jeweiligen gegenüberliegenden Seiten der Zelle vorhanden sind. Außerdem steht die erste Messkammer über eine erste Diffusionssteuerschicht mit einer Messungs-Objektgas-Atmosphäre in Verbindung und die zweite Sauerstoffpumpzelle ist derart eingerichtet, dass eine Sauerstoffionen leitende Festelektrolytschicht poröse Elektroden aufweist, die an jeweiligen gegenüberliegenden Seiten der Schicht vorhanden sind. Durch Verwendung eines Sensorkörpers, der die vorgenannten Zellen aufweist und bei dem die zweite Messkammer über eine zweite Diffusionssteuerschicht mit der ersten Messkammer in Verbindung steht, wird die NO_x-Konzentration eines Objektgases der Messung erfasst.
Im Besonderen veranlasst eine Pumpstromsteuereinrichtung die erste Sauerstoffpumpzelle, Sauerstoff derart aus der ersten Messkammer herauszupumpen, dass eine Ausgangsspannung der Sauerstoffkonzentrationserfassungszelle konstant wird, um dadurch das Objektgas der Messung, das aus der ersten Messkammer in die zweite Messkammer hineinströmt, so zu steuern, dass es eine konstante Sauerstoffkonzentration aufweist. Eine Einrichtung zum Anlegen einer Konstantspannung legt eine Konstantspannung an die zweite Sauerstoffpumpzelle in einer derartigen Richtung an, um Sauerstoff aus der zweiten Messkammer herauszupumpen. Auf der Basis von Strom, der als Folge des Anlegens der Konstantspannung durch die zweite Sauerstoffpumpzelle fließt, erfasst eine Stickstoffoxidkonzentrationserfassungseinrichtung die NO_x-Konzentration des Objektgases der Messung.
Um die NO_x-Konzentration mit dem vorgenannten Verfahren genau zu erfassen, weist die herkömmliche Stickstoffoxidkonzentrationserfassungsvorrichtung eine Wärmeinrichtung zum Erwärmen der Zellen auf, da das Gassensorelement zum Aktivieren der Zellen auf eine vorgegebene Aktivierungstemperatur (z. B. 800 °C oder höher) erwärmt werden muss. Die Temperatur des Gassensorelementes wird wie folgt gesteuert. Der Innenwiderstand der Sauerstoffkonzentrationserfassungszelle wird erfasst. Mit Bezugnahme auf eine Sensortemperatur, die auf der Basis des erfassten Innenwiderstands ermittelt wird, wird die Stromversorgung der Wärmeinrichtung gesteuert. Bei einem anderen herkömmlichen Gassensorelement wird, nachdem die Wärmeinrichtung mit Strom versorgt wird, die Stromversorgung der Wärmeinrichtung derart gesteuert, dass die Sauerstoffkonzentrationserfassungszelle einen Ziel-Innenwiderstand annimmt.
Die DE 697 34 140 T2 offenbart einen Gassensor mit einer Hauptpumpzelle zum pumpenden Verarbeiten von Sauerstoff, welcher in einem in eine erste Kammer eingeführten Messgas enthalten ist, eine Hilfspumpzelle zum pumpenden Verarbeiten von Sauerstoff, welcher in einem in eine zweite Kammer eingeleiteten Messgas enthalten ist, eine Messpumpzelle zur pumpenden Verarbeitung von Sauerstoff im Messgas, welches durch einen dritten Diffusionsraten-Bestimmungsabschnitt eingeleiteten wurde, ein Amperemeter zum Erfassen des jeweils erzeugten Pumpstroms, welcher abhängig von einer Menge an Sauerstoff, welche von der Messpumpzelle pumpend verarbeitet wird, ist, eine Heizeinrichtung zum Erwärmen zumindest der Hauptpumpzelle, der Hilfspumpzelle und der Messpumpzelle zu eine vorbestimmte Temperatur, eine Impedanzdetektionsschaltung zum Detektieren einer Impedanz zwischen einer inneren Pumpelektrode und einer Hilfspumpelektrode, und eine Heizungssteuerschaltung zum Steuern der elektrischen Leistungszufuhr zu der Heizeinrichtung basierend auf einem Wert der Impedanz, welche von der Impedanzdetektionsschaltung detektiert wurde.
Die DE 103 14 754 A1 offenbart eine Temperatursteuervorrichtung für einen Abgassensor, welche den Abgassensor mit einem elektrischen Heizer ohne Verzug bis auf eine Aktivierungstemperatur heizen kann, während eine Beschädigung durch einen thermischen Schock aufgrund von Fließwasser unmittelbar nach einem Motorstart verhindert wird. Genauer offenbart die Druckschrift eine Energieversorgung eines elektrischen Heizers, angeordnet in der Nähe eines Abgassensors, welche durch eine CPU gesteuert wird, die über ein Schaltelement mit einem ROM zusammenarbeitet. Eine niedrige Spannung wird für eine Verdampfung des Fließwassers durch einen ersten Vorheizer unmittelbar nach einem Motorstart geliefert, und eine erhöhte Vorheizung wird nachfolgend durch einen zweiten Vorheizer durchgeführt, zum Verhindern eines thermischen Schocks am Abgassensor. Danach führt ein Heizsteuerer eine automatische Steuerung durch, wobei eine geeignete Aktivierungstemperatur des Abgassensors als ein Ziel eingestellt wird. Die durch den ersten Vorheizer gesteuerte Temperatur wird als solch ein Temperaturpegel eingestellt, bei dem eine Beschädigung durch schnelles Abkühlen des Abgassensors aufgrund des Fließwassers nicht bewirkt wird, sondern das Fließwasser verdampft wird.
Die WO 2006/ 087 261 A1 ( DE 10 2005 006 760 A1 ) offenbart ein Verfahren zur spannungsgesteuerten Leistungseinstellung einer Sondenheizung im Abgassystem einer Brennkraftmaschine. Bei einem solchen Verfahren, bei dem die Betriebstemperatur der Sonde in kürzester Zeit erreicht wird, ohne dass die Sonde dabei beschädigt wird, ist es gemäß der Druckschrift vorgesehen, dass in der Aufheizphase der Heizung in einer Anfangsphase die Heizspannung sehr schnell bezüglich einer Nachfolgephase oder sprunghaft auf einen hohen Wert, vorzugsweise die volle Betriebsspannung, gebracht wird und anschließend die Heizspannung kontinuierlich oder quasi kontinuierlich reduziert wird. Weiterer Stand der Technik zur Temperatursteuerung von Abgassensoren ist aus DE 40 33 667 A1 , JP H10- 221 182 A, JP 2003 - 185 626 A und JP 2000 - 234 548 A bekannt geworden.
[Offenlegung der Erfindung]
[Durch die Erfindung zu lösende Probleme]
Jedoch neigt das vorgenannte herkömmliche Gassensorelement dazu, viel Zeit (die Zeit wird hierin die Aktivierungszeit genannt) zu benötigen, bis sich ein Sensorausgang (Strom, der zwischen den Elektroden der zweiten Sauerstoffpumpzelle fließt), der zum
Erfassen der Konzentration eines spezifischen Gases (Konzentration von NO_x-Gas) verwendet wird, auf einen Wert stabilisiert, der einem Zielkonzentrationsbereich der Messung entspricht. Somit muss eine relativ lange Wartezeit nach dem Einschalten des Gassensorelementes vor der Stabilisierung eingestellt werden.
Die vorliegende Erfindung wurde zum Lösen des vorgenannten Problems erreicht und eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Gassensorsteuervorrichtung, die die Aktivierungszeit im Vergleich zu einer herkömmlichen verkürzen kann, für ein Gassensorelement bereitzustellen, das eine Vielzahl von Zellen und eine Wärmeinrichtung zum Erwärmen der Vielzahl der Zellen aufweist und derart eingerichtet ist, dass Strom, der der spezifischen Gaskonzentration eines Objektgases der Messung zwischen Elektroden von einer der Vielzahl der Zellen fließt.
[Einrichtungen zum Lösen der Probleme]
Um die vorgenannte Aufgabe zu erfüllen, dient eine Gassensorsteuervorrichtung einer Erfindung nach Anspruch 1 zum Steuern eines Gassensors, der ein Gassensorelement, das eine Vielzahl von Zellen aufweist, von denen jede ein Sauerstoffionenleitelement und ein Paar Elektroden, das an dem Sauerstoffionenleitelement ausgebildet ist, aufweist, und eine Wärmeinrichtung enthält, die durch Stromversorgung Wärme zum Erwärmen der Vielzahl der Zellen erzeugt, und bei dem Strom, der einer spezifischen Gaskonzentration eines Objektgases der Messung entspricht, zwischen den Elektroden von einer der Vielzahl der Zellen fließt. Die Gassensorsteuervorrichtung umfasst eine Widerstandserfassungseinrichtung zum Erfassen eines Widerstands einer Objektzelle der Messung, die eine der Vielzahl der Zellen ist, und eine Wärmeinrichtungssteuereinrichtung, die die Stromversorgung der Wärmeinrichtung derart steuert, dass der Widerstand, der von der Widerstandserfassungseinrichtung erfasst wird, ein erster vorgegebener Widerstand wird, und nachfolgend des Weiteren die Stromversorgung der Wärmeinrichtung derart steuert, dass der Widerstand, der von der Widerstandserfassungseinrichtung erfasst wird, ein zweiter vorgegebener Widerstand wird, der größer ist als der erste vorgegebene Widerstand.
Eine Gassensorsteuervorrichtung einer Erfindung nach Anspruch 2 dient zum Steuern eines Gassensors, der ein Gassensorelement, das eine Vielzahl von Zellen aufweist, von denen jede ein Sauerstoffionenleitelement und ein Paar Elektroden, das an dem Sauerstoffionenleitelement ausgebildet ist, aufweist, und eine Wärmeinrichtung enthält, die durch Stromversorgung Wärme zum Erwärmen der Vielzahl der Zellen erzeugt, und bei dem Strom, der einer spezifischen Gaskonzentration eines Objektgases der Messung entspricht, zwischen den Elektroden von einer der Vielzahl der Zellen fließt. Die Gassensorsteuervorrichtung umfasst eine Widerstandserfassungseinrichtung zum Erfassen eines Widerstands einer Objektzelle der Messung, die eine der Vielzahl der Zellen ist; eine Einrichtung zum Beurteilen des ersten Widerstands, um zu beurteilen, ob der Widerstand, der von der Widerstandserfassungseinrichtung erfasst wird, geringer ist als ein vorgegebener Bezugswiderstand oder nicht; eine Einrichtung zum Beginnen der Zellenstromversorgung, um die Stromversorgung der Vielzahl der Zellen zu beginnen, wenn die Einrichtung zum Beurteilen des ersten Widerstands urteilt, dass der Widerstand, der von der Widerstandserfassungseinrichtung erfasst wird, geringer ist als der vorgegebene Bezugswiderstand; und eine Wärmeinrichtungssteuereinrichtung, um, wenn die Einrichtung zum Beurteilen des ersten Widerstands urteilt, dass der Widerstand, der von der Widerstandserfassungseinrichtung erfasst wird, geringer ist als der vorgegebene Bezugswiderstand, die Stromversorgung der Wärmeinrichtung derart zu steuern, dass der Widerstand, der von der Widerstandserfassungseinrichtung erfasst wird, ein erster vorgegebener Widerstand wird, der geringer ist als der Bezugswiderstand, und um nachfolgend des Weiteren die Stromversorgung der Wärmeinrichtung derart zu steuern, dass der Widerstand, der von der Widerstandserfassungseinrichtung erfasst wird, ein zweiter vorgegebener Widerstand wird, der höher als der erste vorgegebene Widerstand und geringer als der Bezugswiderstand ist.
Eine Gassensorsteuervorrichtung einer Erfindung nach Anspruch 3 weist die Konfiguration der Erfindung nach Anspruch 1 oder 2 auf und ist des Weiteren wie folgt eingerichtet. Das Gassensorelement enthält als eine Vielzahl der Zellen eine Sauerstoffkonzentrationserfassungszelle zum Erfassen einer Sauerstoffkonzentration des Objektgases der Messung, das in eine erste Messkammer hineingeleitet wird; eine erste Sauerstoffpumpzelle, um auf der Basis einer Sauerstoffkonzentration, die von der Sauerstoffkonzentrationserfassungszelle erfasst wird, Sauerstoff aus dem in der ersten Messkammer enthaltenen Objektgas der Messung heraus oder in dieses hinein zu pumpen, um ein geregeltes Gas mit einer gesteuerten Sauerstoffkonzentration zu erzeugen; und eine zweite Sauerstoffpumpzelle, die derart eingerichtet ist, dass eine ihrer gepaarten Elektroden in einer zweiten Messkammer angeordnet ist, die mit der ersten Messkammer in Verbindung steht und in die das geregelte Gas hineingeleitet wird, und derart eingerichtet ist, dass Strom, der der spezifischen Gaskonzentration entspricht, zwischen den gepaarten Elektroden durch Anlegen einer vorgegebenen Spannung zwischen den gepaarten Elektroden fließt.
Eine Gassensorsteuervorrichtung einer Erfindung nach Anspruch 4 weist die Konfiguration der Erfindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 auf und umfasst des Weiteren eine Spannungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Spannung der Objektzelle der Messung und ist des Weiteren wie folgt eingerichtet. Wenn eine Spannung zwischen den gepaarten Elektroden der Objektzelle der Messung geringer wird als eine vorgegebene Schwellenspannung, beginnt die Widerstandserfassungseinrichtung, den Widerstand der Objektzelle der Messung zu messen.
Eine Gassensorsteuervorrichtung einer Erfindung nach Anspruch 5 weist die Konfiguration der Erfindung nach Anspruch 3 auf und ist des Weiteren derart eingerichtet, dass die Objektzelle der Messung die Sauerstoffkonzentrationserfassungszelle ist.
Eine Gassensorsteuervorrichtung einer Erfindung nach Anspruch 6 weist die Konfiguration der Erfindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auf und erfüllt eine Relation R2 - R1 ≥ 50, wobei R1 (Einheit: Ω) der erste vorgegebene Widerstand ist und R2 (Einheit: Ω) der zweite vorgegebene Widerstand ist.
Bei der vorliegenden Erfindung kann der Widerstand einer Zelle (einer Objektzelle der Messung), die ein Sauerstoffionenleitelement und ein Paar Elektroden, das an dem Sauerstoffleitelement ausgebildet ist, aufweist, unter Verwendung der Widerstandserfassungseinrichtung zum Beispiel wie folgt erfasst werden. Eine Konstantspannung zum Erfassen eines Innenwiderstands wird zwischen den gepaarten Elektroden der Zelle angelegt und Strom, der zwischen den Elektroden der Zelle fließt (Maß von Stromänderung), wird erfasst. Ein alternatives Verfahren kann wie folgt sein. Ein Konstantstrom zum Erfassen eines Innenwiderstands wird veranlasst, zwischen der gepaarten Elektrode der Zelle zu fließen, und Spannung zwischen den gepaarten Elektroden der Zelle (Maß von Stromänderung) wird erfasst. Unter Verwendung des erfassten Wertes berechnet eine Zentraleinheit oder Ähnliches den Widerstand der Zelle, die aus einem Sauerstoffionenleitelement ausgebildet ist.
[Effekt der Erfindung]
Gemäß der Gassensorsteuervorrichtung der Erfindung nach Anspruch 1 steuert die Wärmeinrichtungssteuereinrichtung zuerst die Stromversorgung der Wärmeinrichtung derart, dass der Widerstand einer Objektzelle der Messung, die eine der Zellen ist, der erste vorgegebene Widerstand wird. Nachfolgend steuert die Wärmeinrichtungssteuereinrichtung des Weiteren die Stromversorgung der Wärmeinrichtung derart, dass der Widerstand der Objektzelle der Messung der zweite vorgegebene Widerstand wird, der höher ist als der erste vorgegebene Widerstand. Dies kann die Zeit (Aktivierungszeit) verkürzen, die nach dem Einschalten des Gassensorelementes verstreicht, bis die spezifische Gaskonzentration eines Objektgases der Messung aus einem Zielkonzentrationsbereich der Messung genau bestimmt werden kann. Außerdem wird bei der vorliegenden Erfindung, nachdem die Stromversorgung der Wärmeinrichtung derart gesteuert wird, dass der erste vorgegebene Widerstand erreicht wird, die Stromversorgung der Wärmeinrichtung derart gesteuert, dass der zweite vorgegebene Widerstand erreicht wird. Dies kann übermäßiges Erwärmen des Gassensorelementes beschränken. Auf diese Weise kann, während Verschlechterung des Gassensorelementes beschränkt wird, die Aktivierungszeit des Gassensorelementes im Vergleich zu einer herkömmlichen Praxis verkürzt werden.
Gemäß der Gassensorsteuervorrichtung der Erfindung nach Anspruch 2, steuert, wenn der Widerstand einer Objektzelle der Messung, die eine der Zellen ist, als geringer als der vorgegebene Bezugswiderstand beurteilt wird, die Wärmeinrichtungssteuereinrichtung die Stromversorgung der Wärmeinrichtung derart, dass der Widerstand der Objektzelle der Messung der erste vorgegebene Widerstand wird, der geringer ist als der Bezugswiderstand. Nachfolgend steuert die Wärmeinrichtungssteuereinrichtung des Weiteren die Stromversorgung der Wärmeinrichtung derart, dass der Widerstand der Objektzelle der Messung der zweite vorgegebene Widerstand wird, der höher als der erste vorgegebene Widerstand und geringer als der Bezugswiderstand ist. Dies kann die Zeit (Aktivierungszeit) verkürzen, die nach dem Einschalten des Gassensorelementes verstreicht, bis die spezifische Gaskonzentration eines Objektgases der Messung aus einem Zielkonzentrationsbereich der Messung genau bestimmt werden kann. Außerdem wird bei der vorliegenden Erfindung, nachdem die Stromversorgung der Wärmeinrichtung derart gesteuert wird, dass der erste vorgegebene Widerstand erreicht wird, die Stromversorgung der Wärmeinrichtung des Weiteren derart gesteuert, dass der zweite vorgegebene Widerstand erreicht wird. Dies kann übermäßiges Erwärmen des Gassensorelementes beschränken. Auf diese Weise kann, während Verschlechterung des Gassensorelementes beschränkt wird, die Aktivierungszeit des Gassensorelementes im Vergleich zu einer herkömmlichen Praxis verkürzt werden.
Des Weiteren weist die Gassensorsteuervorrichtung der Erfindung die Einrichtung zum Beginnen der Zellenstromversorgung auf, um die Stromversorgung einer Vielzahl der Zellen zu beginnen, wenn die Einrichtung zum Beurteilen des ersten Widerstands urteilt, dass der Widerstand, der von der Widerstandserfassungseinrichtung erfasst wird, geringer ist als der vorgegebene Bezugswiderstand. Auf diese Weise wird die Stromversorgung von einem Zustand aus begonnen, bei dem die Innenwiderstände der Zellen relativ gering sind, wodurch das Auftreten einer Überspannung zwischen den Elektroden von jeder der Zellen beschränkt wird. Außerdem kann aus diesem Gesichtspunkt Verschlechterung des Gassensorelementes beschränkt werden.
Gemäß der Gassensorsteuervorrichtung der Erfindung nach Anspruch 3 kann bei dem Gassensorelement, das als eine Vielzahl der Zellen die Sauerstoffkonzentrationserfassungszelle, die erste Sauerstoffpumpzelle und die zweite Sauerstoffpumpzelle enthält, die derart eingerichtet ist, dass Strom, der einer spezifischen Gaskonzentration entspricht, zwischen ihren gepaarten Elektroden durch Anlegen einer vorgegebenen Spannung zwischen den gepaarten Elektroden fließt, die Zeit (Aktivierungszeit) verkürzt werden, die nach dem Einschalten des Gassensorelementes verstreicht, bis die spezifische Gaskonzentration eines Objektgases der Messung aus dem Zielkonzentrationsbereich der Messung genau bestimmt werden kann.
Gemäß der Gassensorsteuervorrichtung der Erfindung nach Anspruch 4 veranlasst, wenn die Spannung zwischen den gepaarten Elektroden der Objektzelle der Messung geringer wird als die vorgegebene Schwellenspannung, die Wärmeinrichtungssteuereinrichtung die Widerstandserfassungseinrichtung, das Messen des Widerstands der Objektzelle der Messung zu beginnen. Nach dem Einschalten des Gassensorelementes bedeutet der Abfall der Spannung zwischen den gepaarten Elektroden der Objektzelle der Messung, dass der Innenwiderstand der Objektzelle der Messung auf einen bestimmten Pegel gefallen ist. Daher kann mittels Beginnen des Messens des Widerstands der Objektzelle der Messung, nachdem die Spannung zwischen den gepaarten Elektroden der Objektzelle der Messung geringer geworden ist als die vorgegebene Schwellenspannung, der Innenwiderstand der Objektzelle der Messung ohne Anlegen von Überspannung zwischen den gepaarten Elektroden der Objektzelle der Messung stabil erfasst werden.
Gemäß der Gassensorsteuervorrichtung der Erfindung nach Anspruch 5 ist die Objektzelle der Messung die Sauerstoffkonzentrationserfassungszelle. Daher kann die Temperatur der Wärmeinrichtung auf der Basis des Widerstands der Sauerstoffkonzentrationserfassungszelle gesteuert werden.
Gemäß der Gassensorsteuervorrichtung der Erfindung nach Anspruch 6 wird die Differenz zwischen dem ersten vorgegebenen Widerstand R1 und dem zweiten vorgegebenen Widerstand R2 auf 50 Ω oder höher eingestellt. Dies kann die Zeit (Aktivierungszeit), die nach dem Einschalten des Gassensorelementes verstreicht, bis die spezifische Gaskonzentration eines Objektgases der Messung aus einem Zielkonzentrationsbereich der Messung genau bestimmt werden kann, zuverlässiger verkürzen.
[Beste Art der Ausführung der Erfindung]
Ein Gassensor nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird nächstfolgend mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Zuerst wird mit Bezugnahme auf 1 ein Gassensor 1, der die Konzentration von NOx als ein spezifisches Gas erfassen kann, als ein beispielhaftes Gassensorelement nach der vorliegenden Erfindung beschrieben. Zuerst werden die Einzelheiten des Gassensors 1 beschrieben. 1 zeigt die schematische Konfiguration des Gassensors 1, der mit einer Gassensorsteuervorrichtung 5 verbunden ist. 1 zeigt, als Schnitt, die innere Struktur eines vorderen Endabschnitts des Sensorelementes 10 des Gassensors 1. Die linke Seite in 1 ist die Vorderseite des Sensorelementes 10.
In 1 weist der Gassensor 1 der vorliegenden Ausführung eine derartige Struktur auf, dass das Sensorelement 10, das die Form einer schmalen länglichen Platte annimmt, in einem Gehäuse (nicht gezeigt) gehalten wird, das verwendet wird, um den Gassensor 1 an einem Auspuffrohr (nicht gezeigt) eines Motors anzubringen. Signalleitungen erstrecken sich von dem Gassensor 1 zum Ausgeben von Signalen von dem Sensorelement 10 und sind elektrisch mit der Gassensorsteuervorrichtung 5 verbunden, die von dem Gassensor 1 entfernt angebracht ist.
Zuerst wird die Struktur des Sensorelementes 10 beschrieben. Das Sensorelement 10 ist derart eingerichtet, dass drei plattenartige Festelektrolytelemente 111, 121 und 131 in Schichten angeordnet sind, wobei Isolatoren 140 und 145 aus Aluminiumoxid oder Ähnlichem dazwischenliegen. Ein Wärmelement 16 ist an der äußeren Seite (untere Seite in 1) des Festelektrolytelementes 131 vorhanden. Das Wärmelement 16 enthält laminierte folienartige Isolierschichten 162 und 163, die eine dominierende Menge Aluminiumoxid enthalten, und eine Wärmstruktur 164, die eine dominierende Menge Pt enthält und die zwischen den Isolierschichten 162 und 163 eingebettet ist. Das Wärmelement 161, das Wärme durch Zuführen von Strom zu der Wärmstruktur 164 erzeugt, entspricht der „Wärmeinrichtung“ bei der vorliegenden Erfindung.
Die Festelektrolytelemente 111, 121 und 131 sind aus einem Festelektrolyt aus Zirkondioxid ausgebildet und weisen Sauerstoffionenleitfähigkeit auf. Poröse Elektroden 112 und 113 sind an jeweiligen gegenüberliegenden Flächen des Festelektrolytelementes 111 in Bezug auf die Richtung der Laminierung des Sensorelementes 10 vorhanden. Die Elektroden 112 und 113 sind aus Pt, einer Pt-Legierung, Cermet, das Pt und Keramik enthält, oder einem ähnlichen Material ausgebildet. Eine poröse Schutzschicht 114 aus Keramik ist an der Fläche von jeder der Elektroden 112 und 113 ausgebildet, um die Elektroden 112 und 113 vor Verschlechterung zu schützen, die ansonsten aus der Einwirkung eines Giftgases (Reduktionsgas) resultieren könnte, das in dem Abgas enthalten ist. Jedes der Festelektrolytelemente 111, 121 und 131 entspricht dem „Sauerstoffionenleitelement“ bei der vorliegenden Erfindung.
Durch Veranlassen des Fließens eines Stroms zwischen den Elektroden 112 und 113 kann das Festelektrolytelement 111 Sauerstoff zwischen einer Atmosphäre in Kontakt mit der Elektrode 112 (äußere Atmosphäre des Sensorelementes 10) und einer Atmosphäre in Kontakt mit der Elektrode 113 (Atmosphäre in einer ersten Messkammer 150, die später beschrieben wird) heraus- und hineinpumpen (sogenanntes Sauerstoffpumpen). Bei der vorliegenden Ausführung werden das Festelektrolytelement 111 und die Elektroden 112 und 113 zusammengenommen als eine Ip1-Zelle 110 bezeichnet. Die Ip1-Zelle 110 entspricht der „ersten Sauerstoffpumpzelle“ bei der vorliegenden Erfindung. Die Elektroden 112 und 113 entsprechen „einem Paar Elektroden“ bei der vorliegenden Erfindung.
Nächstfolgend ist das Festelektrolytelement 121 derart angeordnet, dass es auf das Festelektrolytelement 111 gerichtet ist, wobei der Isolator 140 dazwischenliegt. Außerdem sind die Elektroden 122 und 123 an jeweiligen gegenüberliegenden Flächen des Festelektrolytelementes 121 in Bezug auf die Richtung der Laminierung des Sensorelementes 10 vorhanden. Auf ähnliche Weise sind die Elektroden 122 und 123 aus Pt, einer Pt-Legierung, Cermet, das Pt und Keramik enthält, oder einem ähnlichen Material ausgebildet. Die Elektrode 122 ist auf einer Seite zu dem Festelektrolytelement 111 hin ausgebildet.
Ein kleiner Raum, der als die erste Messkammer 150 dient, ist zwischen dem Festelektrolytelement 111 und dem Festelektrolytelement 121 ausgebildet. Die Elektrode 113 an dem Festelektrolytelement 111 und die Elektrode 122 an dem Festelektrolytelement 121 sind in der ersten Messkammer 150 angeordnet. Wenn Abgas, das durch einen Auspuffweg strömt, in das Sensorelement 10 hineingeleitet wird, tritt das Abgas zuerst in die erste Messkammer 150 ein. Ein poröser erster Diffusionswiderstandsabschnitt 151 ist in der ersten Messkammer 150 an einer Position vorhanden, die zu dem vorderen Ende des Sensorelementes 10 hin angeordnet ist; dient als eine Trennung zwischen dem Inneren und dem Äußeren der ersten Messkammer 150; und ist eingerichtet, um den Zustrom von Abgas pro Zeiteinheit in die erste Messkammer 150 zu begrenzen. Auf ähnliche Weise ist ein zweiter Diffusionswiderstandsabschnitt 152 in der ersten Messkammer 150 an einer Position vorhanden, die zu dem hinteren Ende des Sensorelementes 10 hin angeordnet ist; dient als eine Trennung zwischen der ersten Messkammer 150 und einem Öffnungsabschnitt 141 integral mit einer zweiten Messkammer 160, die später beschrieben wird; und ist eingerichtet, um Strom von Abgas pro Zeiteinheit zu begrenzen.
Das Festelektrolytelement 121 und die zwei Elektroden 122 und 123 können zusammenwirkend elektromotorische Kraft gemäß dem Unterschied bei dem Teildruck von Sauerstoff zwischen Atmosphären (eine Atmosphäre in der ersten Messkammer 150 und in Kontakt mit der Elektrode 122 und eine Atmosphäre in einer Bezugssauerstoffkammer 170, die später beschrieben wird, und in Kontakt mit der Elektrode 123) erzeugen, die durch das Festelektrolytelement 121 voneinander getrennt sind. Bei der vorliegenden Ausführung werden das Festelektrolytelement 121 und die zwei Elektroden 122 und 123 zusammengenommen als eine Vs-Zelle 120 bezeichnet. Die Vs-Zelle 120 entspricht der „Sauerstoffkonzentrationserfassungszelle“ bei der vorliegenden Erfindung. Die Elektroden 122 und 123 entsprechen „einem Paar Elektroden“ bei der vorliegenden Erfindung.
Nächstfolgend ist das Festelektrolytelement 131 derart angeordnet, dass es auf das Festelektrolytelement 121 gerichtet ist, wobei der Isolator 145 dazwischenliegt. Poröse Elektroden 132 und 133 sind an der Festelektrolytschicht 131 an einer Seite zu der Festelektrolytschicht 121 hin vorhanden und sind aus Pt, einer Pt-Legierung, Cermet, das Pt und Keramik enthält, oder einem ähnlichen Material ausgebildet. Die Elektroden 132 und 133 entsprechen „einem Paar Elektroden“ bei der vorliegenden Erfindung.
Der Isolator 145 ist an einer Position, die der Elektrode 132 entspricht, nicht vorhanden, um einen unabhängigen kleinen Raum auszubilden, der als die Bezugssauerstoffkammer 170 dient. Die Elektrode 123 der Vs-Zelle 120 ist in der Bezugssauerstoffkammer 170 angeordnet. Die Bezugssauerstoffkammer 170 ist mit einem porösen Körper aus Keramik gefüllt. Außerdem ist der Isolator 145 an einer Position, die der Elektrode 133 entspricht, nicht vorhanden, um einen unabhängigen kleinen Raum auszubilden, der als die zweite Messkammer 160 dient, die durch den Isolator 145 von der Bezugssauerstoffkammer 170 getrennt ist. Ein Öffnungsabschnitt 125 und der Öffnungsabschnitt 141 sind in dem Festelektrolytelement 121 bzw. dem Isolator 140 derart vorhanden, dass sie mit der zweiten Messkammer 160 in Verbindung stehen. Wie zuvor erwähnt, sind die erste Messkammer 150 und der Öffnungsabschnitt 141 miteinander verbunden, wobei der zweiten Diffusionswiderstandsabschnitt 152 dazwischenliegt.
Wie bei der vorgenannten Ip1-Zelle 110 können das Festelektrolytelement 131 und die zwei Elektroden 132 und 133 zusammenwirkend Sauerstoff zwischen Atmosphären (eine Atmosphäre in der Bezugssauerstoffkammer 170 und in Kontakt mit der Elektrode 132 und eine Atmosphäre in der zweiten Messkammer 160 und in Kontakt mit der Elektrode 133) herauspumpen, die durch den Isolator 145 voneinander getrennt sind. Bei der vorliegenden Ausführung werden das Festelektrolytelement 131 und die zwei Elektroden 132 und 133 zusammengenommen als eine Ip2-Zelle 130 bezeichnet. Die Ip2-Zelle 130 entspricht der „zweiten Sauerstoffpumpzelle“ bei der vorliegenden Erfindung.
Nächstfolgend wird die Konfiguration der Gassensorsteuervorrichtung 5 beschrieben, die mit dem Sensorelement 10 des Gassensors 1 elektrisch verbunden ist. Die Gassensorsteuervorrichtung 5 weist einen Mikrocomputer 60, einen Stromkreisabschnitt 58 usw. auf. Der Mikrocomputer 60 enthält eine Zentraleinheit 61, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 62, einen Nur-Lese-Speicher 63, einen Signal-Eingabe-Ausgabe-Abschnitt 64, der mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 90 kommuniziert und über einen A/D-Wandler 65 mit dem Stromkreisabschnitt 58 verbunden ist, und eine nicht dargestellte Zeitschaltuhr. Der Stromkreisabschnitt 58 besteht aus einer Bezugsspannungsvergleichsschaltung 51, einer Ip1-Ansteuerschaltung 52, einer Vs-Erfassungsschaltung 53, einer Icp-Zuführungsschaltung 54, einer Ip2-Erfassungsschaltung 55, einer Vp2-Anwendungsschaltung 56, einer Wärmeinrichtungsansteuerschaltung 57 und einer Widerstandserfassungsschaltung 59. Unter der Steuerung des Mikrocomputers 60 erfasst der Stromkreisabschnitt 58 die NO_x-Konzentration von Abgas unter Verwendung des Sensorelementes 10 des Gassensors 1.
Die Elektrode 113 der Ip1-Zelle 110, die an der Seite zu der ersten Messkammer 150 hin angeordnet ist, die Elektrode 122 der Vs-Zelle 120, die an der Seite zu der ersten Messkammer 150 hin angeordnet ist, und die Elektrode 133 der Ip2-Zelle 130, die an der Seite zu der zweiten Messkammer 160 hin angeordnet ist, sind mit einem elektrischen Bezugspotenzial verbunden. Eine Elektrode des Wärmelementes 161 ist geerdet. Die Icp-Zuführungsschaltung 54 führt Strom Icp zwischen den Elektroden 122 und 123 der Vs-Zelle 120 zu, um Sauerstoff aus der ersten Messkammer 150 heraus in die Bezugssauerstoffkammer 170 hinein zu pumpen. Die Vs-Erfassungsschaltung 53 ist eingerichtet, um Spannung Vs zwischen den Elektroden 122 und 123 zu erfassen, und gibt eine erfasste Spannung Vs an die Bezugsspannungsvergleichsschaltung 51 aus. Die Bezugsspannungsvergleichsschaltung 51 ist eingerichtet, um die Spannung Vs zwischen den Elektroden 122 und 123 der Vs-Zelle 120, die von der Vs-Erfassungsschaltung 53 erfasst worden ist, mit einer Bezugsspannung (z. B. 425 mV) zu vergleichen, und gibt das Ergebnis des Vergleichs an die Ip1-Ansteuerschaltung 52 aus.
Die Ip1-Ansteuerschaltung 52 ist eingerichtet, um Strom Ip1 zwischen den Elektroden 112 und 113 der Ip1-Zelle 110 zuzuführen. Auf der Basis des Ergebnisses des Vergleichs der Spannung zwischen den Elektroden 122 und 123 der Vs-Zelle 120 mit einer vorgegebenen Bezugsspannung durch die Bezugsspannungsvergleichsschaltung 51 werden die Stärke und Richtung des Stroms Ip1 derart eingestellt, dass die Spannung zwischen den Elektroden 122 und 123 der Vs-Zelle 120 im Wesentlichen mit der Bezugsspannung übereinstimmt. Als eine Folge pumpt die Ip1-Zelle 110 Sauerstoff aus der ersten Messkammer 150 heraus zu dem Äußeren des Sensorelementes 10 oder pumpt Sauerstoff von dem Äußeren des Sensorelementes 10 in die erste Messkammer 150 hinein. Mit anderen Worten stellt die Ip1-Zelle 110 die Sauerstoffkonzentration der ersten Messkammer 150 derart ein, dass die Spannung zwischen den Elektroden 122 und 123 der Vs-Zelle 120 auf einem konstanten Wert (Bezugsspannung) gehalten wird.
Die Vp2-Anwendungsschaltung 56 ist eingerichtet, um eine Spannung Vp2 (z. B. 450 mV) zwischen den Elektroden 132 und 133 der Ip2-Zelle 130 anzulegen, und es wird Sauerstoff aus der zweiten Messkammer 160 heraus in die Bezugssauerstoffkammer 170 hinein gepumpt. Die Ip2-Erfassungsschaltung 55 ist eingerichtet, um Strom Ip2 zu erfassen, der von der Elektrode 133 zu der Elektrode 132 der Ip2-Zelle 130 fließt.
Die Wärmeinrichtungsansteuerschaltung 57 wird durch die Zentraleinheit 61 gesteuert und ist eingerichtet, um der Wärmstruktur 164 des Wärmelementes 161 Strom zuzuführen, um die Festelektrolytelemente 111, 121 und 131 (mit anderen Worten die Ip1-Zelle 110, die Vs-Zelle 120 und die Ip2-Zelle 130) zu erwärmen und um die Festelektrolytelemente 111, 121 und 131 auf einer vorgegebenen Temperatur zu halten. Die Wärmstruktur 164 ist eine Einzelelektrodenstruktur, die sich in dem Wärmelement 161 erstreckt; ein Endabschnitt von ihr ist geerdet; und ihr anderer Endabschnitt ist mit der Wärmeinrichtungsansteuerschaltung 57 verbunden. Die Wärmeinrichtungsansteuerschaltung 57 ist eingerichtet, um PWM-Stromversorgungssteuerung an der Wärmstruktur 164 durchführen zu können, um der Wärmstruktur 164 derart Strom zuzuführen, dass die Festelektrolytelemente 111, 121 und 131 (bei der vorliegenden Ausführung das Festelektrolytelement 121) eine Zieltemperatur annehmen. Die Wärmeinrichtungsansteuerschaltung 57 und die Zentraleinheit 61 entsprechen zusammengenommen der „Wärmeinrichtungssteuereinrichtung“ bei der vorliegenden Erfindung.
Nächstfolgend wird ein Verfahren zum Messen des Innenwiderstands der Vs-Zelle 120 bei der vorliegenden Ausführung mit Bezugnahme auf 1 beschrieben. Der Innenwiderstand der Vs-Zelle 120 wird wie folgt gemessen. Eine Konstantstromquellenschaltung, die in der Widerstandserfassungsschaltung 59 vorhanden ist, führt Konstantstrom I zwischen den Elektroden 122 und 123 der Vs-Zelle 120 zu. Die Widerstandserfassungsschaltung 59 misst die Spannung V zwischen den Elektroden 122 und 123. Unter Verwendung der gemessenen Daten berechnet die Zentraleinheit 61 des Mikrocomputers 60 den Innenwiderstand. Im Besonderen wird eine Differenzspannung ΔV zwischen einer Spannung zwischen den Elektroden 122 und 123, die gemessen wird, bevor die in der Widerstandserfassungsschaltung 59 vorhandene Konstantstromquellenschaltung den Konstantstrom I der Vs-Zelle 120 zuführt, und einer Spannung zwischen den Elektroden 122 und 123, die nach einem vorgegebenen Zeitraum (z. B. 60 µs), nachdem die Konstantstromquellenschaltung den Konstantstrom I der Vs-Zelle 120 zugeführt hat, gemessen wird, mittels einer Differentialverstärkungsschaltung gemessen, die in der Widerstandserfassungsschaltung 59 vorhanden ist. Unter Verwendung der gemessenen Daten berechnet die Zentraleinheit 61 des Mikrocomputers 60 den Innenwiderstand. Da die Konfiguration der Widerstandserfassungsschaltung 59 und das Verfahren zum Messen des Innenwiderstands der Vs-Zelle 120 bekannt sind, wird eine weitere Beschreibung weggelassen. Die Widerstandserfassungsschaltung 59 und die Zentraleinheit 61 entsprechen zusammengenommen der „Widerstandserfassungseinrichtung“ bei der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das Messen des Innenwiderstands der Vs-Zelle 120 beschränkt. Die Ip1-Zelle 110 und die Ip2-Zelle 130 können außerdem auf eine ähnliche Weise wie die oben beschriebene auf Innenwiderstand gemessen werden.
Die Gassensorsteuervorrichtung 5 mit der oben beschriebenen Konfiguration erfasst die NO_x-Konzentration von Abgas unter Verwendung des Sensorelementes 10 des Gassensors 1. Zuerst werden Vorgänge beim Erfassen von NO_x-Konzentration unter Verwendung des Gassensors 1 beschrieben.
Wenn die Temperatur der Wärmstruktur 164 steigt, indem ihr von der Wärmeinrichtungsansteuerschaltung 57 Ansteuerstrom zugeführt wird, werden die Festelektrolytelemente 111, 121 und 131, die in 1 gezeigt werden und das Sensorelement 10 des Gassensors 1 bilden, erwärmt und auf diese Weise aktiviert. Durch diesen Ablauf werden die Ip1-Zelle 110, die Vs-Zelle 120 und die Ip2-Zelle 130 funktionsfähig.
Abgas, das durch einen Auspuffweg (nicht gezeigt) strömt, wird in die erste Messkammer 150 hineingeleitet, während es Begrenzung der Strömung unterzogen wird, die durch den ersten Diffusionswiderstandsabschnitt 151 bewirkt wird. Unterdessen führt die Icp-Zuführungsschaltung 54 einen Schwachstrom Icp zu, der durch die Vs-Zelle 120 von der Elektrode 123 zu der Elektrode 122 fließt. Auf diese Weise kann Sauerstoff, der in Abgas enthalten ist, Elektronen von der Elektrode 122 negativer Polarität empfangen, die in der ersten Messkammer 150 angeordnet ist, die dadurch Sauerstoffionen werden. Die Sauerstoffionen strömen durch das Festelektrolytelement 121 und bewegen sich in die Bezugssauerstoffkammer 170. Das heißt, dass als Folge des Stroms Icp, der zwischen den Elektroden 122 und 123 fließt, Sauerstoff, der in der ersten Messkammer 150 enthalten ist, in die Bezugssauerstoffkammer 170 gesendet wird.
Die Vs-Erfassungsschaltung 53 erfasst Spannung zwischen den Elektroden 122 und 123. Die Bezugsspannungsvergleichsschaltung 51 vergleicht die erfasste Spannung mit einer Bezugsspannung (425 mV). Das Ergebnis des Vergleichs wird an die Ip1-Ansteuerschaltung 52 ausgegeben. Indem die Sauerstoffkonzentration der ersten Messkammer 150 derart eingestellt wird, dass der Unterschied beim elektrischen Potenzial zwischen den Elektroden 122 und 123 auf einem konstanten Wert um 425 mV gehalten wird, nähert sich die Sauerstoffkonzentration von Abgas, das in der ersten Messkammer 150 enthalten ist, einem vorgegebenem Wert (10^-8 atm bis 10^-9 atm).
Wenn die Sauerstoffkonzentration von Abgas, das in die erste Messkammer 150 hineingeleitet wird, geringer ist als der vorgegebene Wert, führt die Ip1-Ansteuerschaltung 52 den Strom Ip1 der Ip1-Zelle 110 derart zu, dass die Elektrode 112 negative Polarität annimmt, um Sauerstoff von dem Äußeren des Sensorelementes 10 in die erste Messkammer 150 hinein zu pumpen. Im Gegensatz dazu führt, wenn die Sauerstoffkonzentration von Abgas, das in die erste Messkammer 150 hineingeleitet wird, höher ist als der vorgegebene Wert, die Ip1-Ansteuerschaltung 52 den Strom Ip1 der Ip1-Zelle 110 derart zu, dass die Elektrode 113 negative Polarität annimmt, um Sauerstoff aus der ersten Messkammer 150 heraus zu dem Äußeren des Sensorelementes 10 zu pumpen.
Abgas, dessen Sauerstoffkonzentration in der ersten Messkammer 150 eingestellt wird, wie oben beschrieben, wird über den zweiten Diffusionswiderstandsabschnitt 152 in die zweite Messkammer 160 hineingeleitet. In der zweiten Messkammer 160 kommt in dem Abgas enthaltenes NO_x mit der Elektrode 133 in Kontakt und wird durch die katalytische Wirkung der Elektrode 133 in N₂ und O₂ zerlegt (reduziert). Sauerstoff, der durch Zerlegung erzeugt wird, empfängt Elektronen von der Elektrode 133, die dadurch zu Sauerstoffionen werden. Die Sauerstoffionen strömen durch das Festelektrolytelement 131 hindurch und bewegen sich in die Bezugssauerstoffkammer 170 hinein. Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich Restsauerstoff, der nicht herausgepumpt in der ersten Messkammer 150 zurückbleibt, auf ähnliche Weise durch die Ip2-Zelle 130 hindurch in die Bezugssauerstoffkammer 170 hinein. Auf diese Weise besteht der Strom, der durch die Ip2-Zelle 130 fließt, aus einem Strom, der von NO_x stammt, und einem Strom, der von dem Restsauerstoff stammt. Da der Restsauerstoff, der nicht herausgepumpt in der ersten Messkammer 150 zurückbleibt, auf eine vorgegebene Konzentration eingestellt ist, wie zuvor erwähnt, kann der Strom, der von dem Restsauerstoff stammt, als im Wesentlichen konstant erachtet werden; somit ist seine Wirkung auf die Varianz des Stroms, der von NO_x stammt, klein. Daher ist der Strom, der durch die Ip2-Zelle 130 fließt, proportional zu der NO_x-Konzentration. Bei der Gassensorsteuervorrichtung 5 erfasst die Ip2-Erfassungsschaltung 55 den Strom Ip2, der durch die Ip2-Zelle 130 fließt, und während bekannte Korrekturberechnungsverarbeitung zum Ausgleich von Strom, der von dem Restsauerstoff stammt, durchgeführt wird, wird die NO_x-Konzentration von Abgas anhand des erfassten Stroms bestimmt.
Nächstfolgend wird die Aktivierung des Gassensors 1 durch das Wärmelement 161, die durch die Gassensorsteuervorrichtung 5 mit der oben beschriebenen Konfiguration bewirkt wird, mit Bezugnahme auf die 2 bis 6 beschrieben. 2 ist eine graphische Darstellung, die die Relation zwischen dem Widerstand (Rpvs) (Ω) der Vs-Zelle 120 und der Temperatur (°C) der Vs-Zelle 120 gemäß der Messung zeigt, wenn die Vs-Zelle 120 eine Objektzelle der Messung ist. 3 ist eine graphische Darstellung, die die erfasste NO_x-Konzentration (ppm) im Vergleich zu der Zeit, die nach dem Beginn verstrichen ist, zeigt, wobei dies gemessen wird, wenn das Ansteuern des Wärmelementes 161 derart gesteuert wird, dass die Vs-Zelle 120 des Gassensors 1 einen konstanten Widerstand (Rpvs) von 200 Ω oder 100 Ω annimmt. 4 ist eine vergrößerte Teilansicht von 3. 5 ist eine graphische Darstellung, die erfasste NO_x-Konzentration (ppm) im Vergleich zu der Zeit, die nach dem Beginn verstrichen ist, zeigt, wobei dies gemessen wird, wenn das Ansteuern des Wärmelementes 161 derart gesteuert wird, dass die Vs-Zelle 120 des Gassensors 1 für 40 Sek., 50 Sek., 60 Sek. oder 70 Sek. einen konstanten Widerstand (Rpvs) von 100 Ω annimmt, und nachfolgend das Ansteuern des Wärmelementes 161 derart gesteuert wird, dass die Vs-Zelle 120 des Gassensors 1 einen konstanten Widerstand (Rpvs) von 200 Ω annimmt. 6 ist eine vergrößerte Teilansicht von 5.
Zuerst korrelieren, wie in 2 gezeigt, der Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 und die Temperatur der Vs-Zelle 120 miteinander. Wenn der Widerstand Rpvs 900 Ω beträgt, beträgt die Temperatur der Vs-Zelle 120 ungefähr 530 °C; wenn der Widerstand Rpvs 700 Ω beträgt, beträgt die Temperatur der Vs-Zelle 120 ungefähr 550 °C; wenn der Widerstand Rpvs 400 Ω beträgt, beträgt die Temperatur der Vs-Zelle 120 ungefähr 600 °C; wenn der Widerstand Rpvs 100 Ω beträgt, beträgt die Temperatur der Vs-Zelle 120 ungefähr 750 °C; und wenn der Widerstand Rpvs 70 Ω beträgt, beträgt die Temperatur der Vs-Zelle 120 ungefähr 850 °C. Daher kann die Temperatur der Vs-Zelle 120 anhand des Widerstands (Rpvs) der Vs-Zelle 120 bestimmt werden.
Nächstfolgend wird die Aktivierungszeit des Gassensors 1 mit Bezugnahme auf die 3 bis 6 beschrieben. Wenn zum Beispiel eine erfasste NO_x-Konzentration 0 ± 5 ppm beträgt, kann der Gassensor 1 als aktiv beurteilt werden. Wenn mit anderen Worten der Strom Ip2, der nach dem Starten eines Motors (nach dem Einschalten der Gassensorsteuervorrichtung 5) durch die Ip2-Zelle 130 fließt, stabil einen Wert annimmt, der einem Zielkonzentrationsbereich der Messung entspricht (die erfasste NO_x-Konzentration: 0 ± 5 ppm), kann der Gassensor 1 als aktiv beurteilt werden. Somit verstreicht, wie in den 3 und 4 gezeigt, wenn der Gassensor 1 durch Stromversorgung des Wärmelementes 161 erwärmt wird und der Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 bei 100 Ω oder 200 Ω gehalten wird, eine Zeit von ungefähr 160 Sek., bis eine erfasste NO_x-Konzentration, die anhand des Stroms Ip2 bestimmt wird, der durch die Ip2-Zelle 130 fließt und von der Ip2-Erfassungsschaltung 55 des Gassensors 1 erfasst wird, zu 0 ± 5 ppm konvergiert.
Im Gegensatz dazu liegt, wie in den 5 und 6 gezeigt, wenn der Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 zuerst 40 Sek., 50 Sek. oder 60 Sek. bei 100 Ω gehalten wird und dann bei 200 Ω gehalten wird, die Zeit, die verstreicht, bis eine erfasste NO_x-Konzentration zu 0 ± 5 ppm konvergiert, innerhalb von ungefähr 60 Sek. Wenn der Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 zuerst 70 Sek. bei 100 Ω gehalten wird und dann bei 200 Ω gehalten wird, beträgt die Zeit, die verstreicht, bis eine erfasste NO_x-Konzentration zu 0 ± 5 ppm konvergiert, ungefähr 70 Sek. Somit wurden im Hinblick auf die Aktivierungszeit des Gassensors 1 (die Zeit, die verstreicht, bis sich der durch die Ip2-Zelle 130 fließende Strom Ip2 auf einen Wert stabilisiert, der einem Ziel-NO_x-Konzentrationsbereich der Messung entspricht) die folgenden Erkenntnisse hergeleitet. Im Vergleich zu einem Wärmeinrichtungssteuermodus, bei dem die Stromversorgung des Wärmelementes 161 derart gesteuert wird, dass der Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 bei 100 Ω oder 200 Ω (konstant) gehalten wird, kann die Aktivierungszeit des Gassensors 1 durch Einsatz eines Wärmeinrichtungssteuermodus verkürzt werden, bei dem die Stromversorgung des Wärmelementes 161 zuerst derart gesteuert wird, dass der Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 für eine vorgegebene Zeit bei 100 Ω gehalten wird, um einem vorderen Endabschnitt der Ip1-Zelle 110 eine hohe Temperatur zu verleihen, und dann die Stromversorgung des Wärmelementes 161 derart gesteuert wird, dass der Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 bei 200 Ω gehalten wird.
Nächstfolgend wird eine erste Ausführung der Stromversorgungssteuerung zur Aktivierung des Wärmelementes 161 durch Nutzung des oben beschriebenen Prinzips mit Bezugnahme auf die 7 und 8 beschrieben. 7 ist ein Flussdiagramm von Wärmeinrichtungssteuerungsverarbeitung 1 zum Steuern des Wärmelementes 161. 8 ist eine graphische Darstellung, die eine Zeitverlaufsänderung bei einer erfassten NO-Konzentration (ppm), der Spannung (mV) der Vs-Zelle 120 und dem Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 zeigt. Ein Programm, das durch das in 7 gezeigte Flussdiagramm ausgedrückt wird, ist in dem Nur-Lese-Speicher 63 des Mikrocomputers 60 der Gassensorsteuervorrichtung 5 gespeichert und wird von der Zentraleinheit 61 ausgeführt.
Bei der Wärmeinrichtungssteuerungsverarbeitung 1 steuert zuerst, wenn Sensorsteuerungsstartinformationen von der elektronischen Steuereinheit 90 über den Signal-Eingabe-Ausgabe-Abschnitt 64 in die Zentraleinheit 61 eingegeben werden, die Zentraleinheit 61 die Wärmeinrichtungsansteuerschaltung 57, um die Stromversorgung des Wärmelementes 161 zu beginnen (S1). Nächstfolgend berechnet die Zentraleinheit 61 den Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 (S2). Wenn der Innenwiderstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 geringer wird als 300 Ω (S3: JA), beginnt die Zentraleinheit 61 das Steuern der Ip1-Zelle 110 und der Ip2-Zelle 130 (S5). Nächstfolgend steuert die Zentraleinheit 61 die Wärmeinrichtungsansteuerschaltung 57 mit einem Ziel-Rpvs von 100 Ω, um die Stromversorgung des Wärmelementes 161 derart zu steuern, dass der Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 100 Ω wird (S6). Bei der Verarbeitung von S6 wird das Messen der Zeit simultan begonnen. Wenn der Innenwiderstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 300 Ω oder höher ist (S3: NEIN), bleibt die Zentraleinheit 61 in Bereitschaft, bis die nächste Abtastzeit erreicht ist (S4: NEIN). Wenn die nächste Abtastzeit erreicht ist (S4: JA), kehrt die Zentraleinheit 61 zu der Verarbeitung von S2 zurück. Nächstfolgend berechnet, wenn eine vorgegebene Zeit (z. B. 30 Sek., 40 Sek., 50 Sek., 60 Sek. oder 70 Sek.) verstrichen ist (S7: JA), nachdem der Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 geringer als 300 Ω geworden ist, die Zentraleinheit 61 den Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 (S8). Nächstfolgend steuert die Zentraleinheit 61 die Wärmeinrichtungsansteuerschaltung 57 mit einem Ziel-Rpvs von 200 Ω, um die Stromversorgung des Wärmelementes 161 derart zu steuern, dass der Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 200 Ω wird (S9). Nachfolgend bleibt die Zentraleinheit 61 in Bereitschaft, bis die nächste Abtastzeit erreicht ist (S10: NEIN). Wenn die nächste Abtastzeit erreicht ist (S10: JA), kehrt die Zentraleinheit 61 zu der Verarbeitung von S8 zurück. Bei einem NEIN-Urteil bei der Beurteilungsverarbeitung von S7 (wenn die vorgegebene Zeit nicht verstreicht, nachdem der Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 geringer als 300 Ω wird), bleibt die Zentraleinheit 61 in Bereitschaft, bis die nächste Abtastzeit erreicht ist (S11: NEIN). Wenn die nächste Abtastzeit erreicht ist (S11: JA), berechnet die Zentraleinheit 61 den Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 (S12) und kehrt nachfolgend zu der Verarbeitung von S6 zurück. Die Zentraleinheit 61, die die Verarbeitung von S2 ausführt, und die Widerstandserfassungsschaltung 59 wirken zusammengenommen als die „Widerstandserfassungseinrichtung“. Die Zentraleinheit 61, die die Verarbeitung von S3 ausführt, wirkt als die „Einrichtung zum Beurteilen des ersten Widerstands“. Die Zentraleinheit 61, die die Verarbeitung von S5 bei einem JA-Urteil bei S3 ausführt, wirkt als die „Einrichtung zum Beginnen der Zellenstromversorgung“. Die Zentraleinheit 61, die die Verarbeitung von S9 nach der Verarbeitung von S6 ausführt, und die Wärmeinrichtungsansteuerschaltung 57 wirken zusammengenommen als die „Wärmeinrichtungssteuereinrichtung“. Der Widerstand „300 Ω“ ist ein Beispiel für den „Bezugswiderstand“; der Widerstand „100 Ω“ ist ein Beispiel für den „ersten vorgegebenen Widerstand“; und der Widerstand „200 Ω“ ist ein Beispiel für den „zweiten vorgegebenen Widerstand“. Nach der ersten Ausführung können, wenn der Innenwiderstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 ein beispielhafter Bezugswiderstand von 300 Ω wird (wenn die Temperatur der Vs-Zelle 120 ein Wert wird, der einem Widerstand von 300 Ω entspricht), die Ip1-Zelle 110 und die Ip2-Zelle 130 mit Strom versorgt werden, ohne dass eine Beschädigung des Sensorelementes 10 involviert ist. Das heißt, dass, wenn der Innenwiderstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 300 Ω wird, das Sensorelement 10 bereit wird, die Konzentration eines spezifischen Gases zu messen. Daher wird der Bezugswiderstand auf 300 Ω eingestellt.
8 zeigt eine Zeitverlaufsänderung bei einer erfassten NO-Konzentration (ppm), der Spannung (mV) der Vs-Zelle 120 und dem Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120, wenn die vorgegebene Zeit zur Verwendung bei der Beurteilungsverarbeitung von S7 bei der oben beschriebenen Wärmeinrichtungssteuerungsverarbeitung 1 ungefähr 30 Sek. beträgt und der Ziel-Rpvs für den Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 von 100 Ω auf 200 Ω geändert wird. Wie aus 8 ersichtlich ist, ist, wenn ungefähr 50 Sek. nach dem Einschalten der Stromversorgung des Wärmelementes 161 verstreichen, eine mittels der Ip2-Zelle 130 erfasste NO-Konzentration stabilisiert. Daher kann die Wärmeinrichtungssteuerungsverarbeitung 1 den Gassensor 1 aktivieren und kann wiederum das Messen von NO_x-Konzentration in ungefähr 50 Sek. beginnen, wobei dies weitaus kürzer ist als eine herkömmliche Aktivierungszeit des Gassensors 1 von ungefähr 160 Sek.
Nächstfolgend wird eine zweite Ausführung der Stromversorgungssteuerung zur Aktivierung des Wärmelementes 161 mit Bezugnahme auf 9 beschrieben. 9 ist ein Flussdiagramm von Wärmeinrichtungssteuerungsverarbeitung 2 zum Steuern des Wärmelementes 161. Ein Programm, das durch das in 9 gezeigte Flussdiagramm ausgedrückt wird, ist in dem Nur-Lese-Speicher 63 des Mikrocomputers 60 der Gassensorsteuervorrichtung 5 gespeichert und wird von der Zentraleinheit 61 ausgeführt.
Bei der Wärmeinrichtungssteuerungsverarbeitung 2 steuert zuerst, wenn Sensorsteuerungsstartinformationen von der elektronischen Steuereinheit 90 über den Signal-Eingabe-Ausgabe-Abschnitt 64 in die Zentraleinheit 61 eingegeben werden, die Zentraleinheit 61 die Wärmeinrichtungsansteuerschaltung 57, um die Stromversorgung des Wärmelementes 161 zu beginnen (S21). Nächstfolgend berechnet die Zentraleinheit 61 den Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 (S22). Wenn der Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 geringer wird als 300 Ω (S23: JA), beginnt die Zentraleinheit 61 das Steuern der Ip1-Zelle 110 und der Ip2-Zelle 130 (S25). Nächstfolgend steuert die Zentraleinheit 61 die Wärmeinrichtungsansteuerschaltung 57 mit einem Ziel-Rpvs von 100 Ω, um die Stromversorgung des Wärmelementes 161 derart zu steuern, dass der Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 100 Ω wird (S26). Wenn der Innenwiderstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 300 Ω oder höher ist (S23: NEIN), bleibt die Zentraleinheit 61 in Bereitschaft, bis die nächste Abtastzeit erreicht ist (S24: NEIN). Wenn die nächste Abtastzeit erreicht ist (S24: JA), kehrt die Zentraleinheit 61 zu der Verarbeitung von S22 zurück. Bei der Verarbeitung von S26 beginnt das Messen der Zeit, wenn der Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 100 Ω erreicht. Nächstfolgend berechnet, wenn eine vorgegebene Zeit (z. B. 30 Sek., 40 Sek., 50 Sek., 60 Sek. oder 70 Sek.) verstrichen ist (S27: JA), nachdem der Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 100 Ω erreicht hat, die Zentraleinheit 61 den Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 (S28). Nächstfolgend steuert die Zentraleinheit 61 die Wärmeinrichtungsansteuerschaltung 57 mit einem Ziel-Rpvs von 200 Ω, um die Stromversorgung des Wärmelementes 161 derart zu steuern, dass der Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 200 Ω wird (S29). Nachfolgend bleibt die Zentraleinheit 61 in Bereitschaft, bis die nächste Abtastzeit erreicht ist (S30: NEIN). Wenn die nächste Abtastzeit erreicht ist (S30: JA), kehrt die Zentraleinheit 61 zu der Verarbeitung von S28 zurück. Bei einem NEIN-Urteil bei der Beurteilungsverarbeitung von S27 (wenn die vorgegebene Zeit nicht verstreicht, nachdem der Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 100 Ω erreicht), bleibt die Zentraleinheit 61 in Bereitschaft, bis die nächste Abtastzeit erreicht ist (S31: NEIN). Wenn die nächste Abtastzeit erreicht ist (S31: JA), berechnet die Zentraleinheit 61 den Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 (S32) und kehrt nachfolgend zu der Verarbeitung von S26 zurück. Die Zentraleinheit 61, die die Verarbeitung von S23 ausführt, wirkt als die „Einrichtung zum Beurteilen des ersten Widerstands“. Der Widerstand „300 Ω“ ist ein Beispiel für den „Bezugswiderstand“; der Widerstand „100 Ω“ ist ein Beispiel für den „ersten vorgegebenen Widerstand“; und der Widerstand „200 Ω“ ist ein Beispiel für den „zweiten vorgegebenen Widerstand“.
Wie oben beschrieben, kann selbst die Wärmeinrichtungssteuerungsverarbeitung 2 den Gassensor 1 in einer Zeit aktivieren, die kürzer ist als eine herkömmliche Aktivierungszeit des Gassensors 1 von ungefähr 160 Sek.
Nächstfolgend wird eine dritte Ausführung der Stromversorgungssteuerung zur Aktivierung des Wärmelementes 161 mit Bezugnahme auf 10 beschrieben. 10 ist ein Flussdiagramm von Wärmeinrichtungssteuerungsverarbeitung 3 zum Steuern des Wärmelementes 161. Ein Programm, das durch das in 10 gezeigte Flussdiagramm ausgedrückt wird, ist in dem Nur-Lese-Speicher 63 des Mikrocomputers 60 der Gassensorsteuervorrichtung 5 gespeichert und wird von der Zentraleinheit 61 ausgeführt.
Bei der Wärmeinrichtungssteuerungsverarbeitung 3 steuert zuerst, wenn Sensorsteuerungsstartinformationen von der elektronischen Steuereinheit 90 über den Signal-Eingabe-Ausgabe-Abschnitt 64 in die Zentraleinheit 61 eingegeben werden, die Zentraleinheit 61 die Wärmeinrichtungsansteuerschaltung 57, um die Stromversorgung des Wärmelementes 161 mit einer Anfangsspannung von 5 V zu beginnen (S41). Nächstfolgend bleibt die Zentraleinheit 61 in Bereitschaft, bis eine Spannung Vs der Vs-Zelle 120 1,5 V oder geringer wird (S42: NEIN). Wenn die Spannung Vs der Vs-Zelle 120 1,5 V oder geringer wird (S42: JA), steuert die Zentraleinheit 61 die Wärmeinrichtungsansteuerschaltung 57, um das Wärmelement 161 mit einem Strom mit einer Spannung von 10 V zu versorgen (S43) und misst den Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 (S44). Nächstfolgend beginnt, wenn der Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 geringer wird als 300 Ω (S45: JA), die Zentraleinheit 61 das Steuern der Ip1-Zelle 110 und der Ip2-Zelle 130 (S47). Nächstfolgend steuert die Zentraleinheit 61 die Wärmeinrichtungsansteuerschaltung 57 mit einem Ziel-Rpvs von 100 Ω, um die Stromversorgung des Wärmelementes 161 derart zu steuern, dass der Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 100 Ω wird (S48). Bei der Verarbeitung von S45 beginnt das Messen der Zeit, wenn der Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 300 Ω erreicht. Wenn der Innenwiderstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 300 Ω oder höher ist (S45: NEIN), bleibt die Zentraleinheit 61 in Bereitschaft, bis die nächste Abtastzeit erreicht ist (S46: NEIN). Wenn die nächste Abtastzeit erreicht ist (S46: JA), kehrt die Zentraleinheit 61 zu der Verarbeitung von S44 zurück. Nächstfolgend berechnet, wenn eine vorgegebene Zeit (z. B. 30 Sek., 40 Sek., 50 Sek., 60 Sek. oder 70 Sek.) verstreicht (S49: JA), nachdem der Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 300 Ω erreicht hat, die Zentraleinheit 61 den Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 (S50). Nächstfolgend steuert die Zentraleinheit 61 die Wärmeinrichtungsansteuerschaltung 57 mit einem Ziel-Rpvs von 200 Ω, um die Stromversorgung des Wärmelementes 161 derart zu steuern, dass der Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 200 Ω wird (S51). Die Zentraleinheit 61 bleibt in Bereitschaft, bis die nächste Abtastzeit erreicht ist (S52: NEIN). Wenn die nächste Abtastzeit erreicht ist (S52: JA), kehrt die Zentraleinheit 61 zu der Verarbeitung von S50 zurück. Bei einem NEIN-Urteil bei der Beurteilungsverarbeitung von S49 (wenn die vorgegebene Zeit nicht verstreicht, nachdem der Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 geringer wird als 300 Ω), bleibt die Zentraleinheit 61 in Bereitschaft, bis die nächste Abtastzeit erreicht ist (S53: NEIN). Wenn die nächste Abtastzeit erreicht ist (S53: JA), berechnet die Zentraleinheit 61 den Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 (S54) und kehrt nachfolgend zu der Verarbeitung von S48 zurück. Die Zentraleinheit 61, die die Verarbeitung von S42 ausführt, und die Vs-Erfassungsschaltung 53 wirken zusammengenommen als die „Spannungserfassungseinrichtung“. Die Zentraleinheit 61, die die Verarbeitung von S44 bei einem JA-Urteil bei S42 ausführt, wirkt als die „Widerstandserfassungseinrichtung“. Die Spannung „1,5 V“ ist ein Beispiel für die „Schwellenspannung“.
Wie oben beschrieben, kann selbst die Wärmeinrichtungssteuerungsverarbeitung 3 den Gassensor 1 in einer Zeit aktivieren, die weitaus kürzer ist als eine herkömmliche Aktivierungszeit des Gassensors 1 von ungefähr 160 Sek. Wie bei S27 der Wärmeinrichtungssteuerungsverarbeitung 2 von 9 kann die Zentraleinheit 61 in S49 beurteilen, ob, nachdem der Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 100 Ω erreicht hat, eine vorgegebene Zeit verstrichen ist oder nicht.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungen beschränkt, sondern kann in verschiedenen anderen Formen modifiziert werden. Zum Beispiel sind bei den Ausführungen der erste vorgegebene Widerstand, der zweite vorgegebene Widerstand und der Bezugswiderstand 100 Ω, 200 Ω bzw. 300 Ω. Jedoch sind der erste vorgegebene Widerstand, der zweite vorgegebene Widerstand und der Bezugswiderstand nicht auf diese Werte beschränkt und können frei bestimmt werden, solange die Relation „erster vorgegebener Widerstand < zweiter vorgegebener Widerstand < Bezugswiderstand“ erfüllt wird. Im Hinblick auf zuverlässiges Aktivieren des Gassensors 1 erfüllen der erste vorgegebene Widerstand R1 und der zweite vorgegebene Widerstand R2 bevorzugt die Relation „R2 - R1 ≥ 50 Ω“, bevorzugter die Relation „R2 - R1 ≥ 75 Ω“. Im Besonderen haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung anhand von Versuchen nachgewiesen, dass selbst dann, wenn die oben beschriebenen Ausführungen derart modifiziert werden, dass der erste vorgegebene Widerstand R1 auf 100 Ω eingestellt wird und der zweite vorgegebene Widerstand auf 150 Ω eingestellt wird, der Gassensor 1 in einer Zeit aktiviert werden kann, die kürzer ist als eine herkömmliche Gassensoraktivierungszeit.
Bei den oben beschriebenen Ausführungen wird der Widerstand der Vs-Zelle 120 gemessen. Jedoch kann der Innenwiderstand der Ip1-Zelle 110 oder der Ip2-Zelle 130 gemessen werden und auf der Basis des gemessenen Widerstands kann Wärmeinrichtungssteuerungsverarbeitung zum Steuern des Wärmelementes 161 ausgeführt werden. Das heißt, dass bei einem Gassensor mit einer Vielzahl von Zellen, die jeweils aus einem Sauerstoffionenleitelement ausgebildet sind, Wärmeinrichtungssteuerungsverarbeitung zum Steuern des Wärmelementes 161 auf der Basis des Innenwiderstands von einer der Zellen ausgeführt werden kann.
Bei den oben beschriebenen Ausführungen beginnt die Zentraleinheit 61 das Steuern der Ip1-Zelle 110 und der Ip2-Zelle 130 (S5 in 7, S25 in 9 oder S47 in 10), nachdem der Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 300 Ω erreicht (S3 in 7: JA, S23 in 9: JA oder S45 in 10: JA). Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Taktung des Beginnens der Steuerung der Ip1-Zelle 110 und der Ip2-Zelle 130 kann erfolgen, wenn die Temperatur des Sensorelementes 10 einen vorgegebenen Wert erreicht und bereit wird, mit Strom versorgt zu werden, ohne dass Schaden daran involviert ist. Zum Beispiel kann das Steuern der Ip1-Zelle 110 und der Ip2-Zelle 130 nach Verstreichen einer vorgegebenen Zeit nach Beginn der Wärmeinrichtungsstromversorgung begonnen werden. Alternativ kann das Steuern der Ip1-Zelle 110 und der Ip2-Zelle 130 begonnen werden, wenn die folgenden Bedingungen hergestellt worden sind: wie bei der Wärmeinrichtungssteuerungsverarbeitung 3, wenn bei der Beurteilung, ob die Spannung Vs der Vs-Zelle 120 1,5 oder geringer ist oder nicht (S42), die Vs-Spannung als 1,5 V oder geringer beurteilt wird und eine vorgegebene Zeit nach Beginn der Wärmeinrichtungsstromversorgung verstrichen ist.
[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]

[1] Ansicht, die die schematische Konfiguration eines Gassensors 1 zeigt, der mit einer Gassensorsteuervorrichtung 5 verbunden ist.
[2] Graphische Darstellung, die die Relation zwischen dem Widerstand (Rpvs) (Ω) der Vs-Zelle 120 und der Temperatur (°C) der Vs-Zelle 120 zeigt, die gemessen werden, wenn die Vs-Zelle 120 eine Objektzelle der Messung ist.
[3] Graphische Darstellung, die die erfasste NO_x-Konzentration (ppm) im Vergleich zu der Zeit, die nach dem Beginn verstrichen ist, zeigt, wobei dies gemessen wird, wenn das Ansteuern des Wärmelementes 161 derart gesteuert wird, dass die Vs-Zelle 120 des Gassensors 1 einen konstanten Widerstand (Rpvs) von 200 Ω oder 100 Ω annimmt.
[4] Vergrößerte Teilansicht von 3.
[5] Graphische Darstellung, die erfasste NO_x-Konzentration (ppm) im Vergleich zu der Zeit, die nach dem Beginn verstrichen ist, zeigt, wobei dies gemessen wird, wenn das Ansteuern des Wärmelementes 161 derart gesteuert wird, dass die Vs-Zelle 120 des Gassensors 1 für 40 Sek., 50 Sek., 60 Sek. oder 70 Sek. einen konstanten Widerstand (Rpvs) von 100 Ω annimmt, und nachfolgend das Ansteuern des Wärmelementes 161 derart gesteuert wird, dass die Vs-Zelle 120 des Gassensors 1 einen konstanten Widerstand (Rpvs) von 200 Ω annimmt.
[6] Vergrößerte Teilansicht von 5.
[7] Flussdiagramm von Wärmeinrichtungssteuerungsverarbeitung 1 zum Steuern des Wärmelementes 161.
[8] Graphische Darstellung, die eine Zeitverlaufsänderung bei einer erfassten NO-Konzentration (ppm), der Spannung (mV) der Vs-Zelle 120 und dem Widerstand (Rpvs) der Vs-Zelle 120 zeigt.
[9] Flussdiagramm von Wärmeinrichtungssteuerungsverarbeitung 2 zum Steuern des Wärmelementes 161.
[10] Flussdiagramm von Wärmeinrichtungssteuerungsverarbeitung 3 zum Steuern des Wärmelementes 161.

[Beschreibung der Bezugszeichen]

1: Gassensor
5: Gassensorsteuervorrichtung
10: Gassensorelement
51: Bezugsspannungsvergleichsschaltung
52: Ip1-Ansteuerschaltung
53: Vs-Erfassungsschaltung
54: Icp-Zuführungsschaltung
55: Ip2-Erfassungsschaltung
56: Vp2-Anwendungsschaltung
57: Wärmeinrichtungsansteuerschaltung
58: Stromkreisabschnitt
59: Widerstandserfassungsschaltung
60: Mikrocomputer
61: Zentraleinheit
110: Ip1-Zelle
111: Festelektrolytelement
120: Vs-Zelle
121: Festelektrolytelement
130: Ip2-Zelle
131: Festelektrolytelement
150: Erste Messkammer
161: Wärmelement
160: Zweite Messkammer
170: Bezugssauerstoffkammer

Claims

Gassensorsteuervorrichtung zum Steuern eines Gassensors, der ein Gassensorelement, das eine Vielzahl von Zellen aufweist, von denen jede ein Sauerstoffionenleitelement und ein Paar Elektroden, das an dem Sauerstoffionenleitelement ausgebildet ist, aufweist, und eine Wärmeinrichtung zum Erwärmen der Vielzahl der Zellen enthält und bei dem Strom, der einer spezifischen Gaskonzentration eines Objektgases der Messung entspricht, zwischen den Elektroden von einer der Vielzahl der Zellen fließt, wobei die Gassensorsteuervorrichtung umfasst: eine Widerstandserfassungseinrichtung zum Erfassen eines Widerstands einer Objektzelle der Messung, die eine der Vielzahl der Zellen ist; und eine Wärmeinrichtungssteuereinrichtung, die die Stromversorgung der Wärmeinrichtung derart steuert, dass der Widerstand, der von der Widerstandserfassungseinrichtung erfasst wird, ein erster vorgegebener Widerstand wird, und nachfolgend des Weiteren die Stromversorgung der Wärmeinrichtung derart steuert, dass der Widerstand, der von der Widerstandserfassungseinrichtung erfasst wird, ein zweiter vorgegebener Widerstand wird, der höher ist als der erste vorgegebene Widerstand.
Gassensorsteuervorrichtung zum Steuern eines Gassensors, der ein Gassensorelement, das eine Vielzahl von Zellen aufweist, von denen jede ein Sauerstoffionenleitelement und ein Paar Elektroden, das an dem Sauerstoffionenleitelement ausgebildet ist, aufweist, und eine Wärmeinrichtung zum Erwärmen der Vielzahl der Zellen enthält und bei dem Strom, der einer spezifischen Gaskonzentration eines Objektgases der Messung entspricht, zwischen den Elektroden von einer der Vielzahl der Zellen fließt, wobei die Gassensorsteuervorrichtung umfasst: eine Widerstandserfassungseinrichtung zum Erfassen eines Widerstands einer Objektzelle der Messung, die eine der Vielzahl der Zellen ist; eine Einrichtung zum Beurteilen eines ersten Widerstands, um zu beurteilen, ob der Widerstand, der von der Widerstandserfassungseinrichtung erfasst wird, geringer ist als ein vorgegebener Bezugswiderstand oder nicht; eine Einrichtung zum Beginnen der Zellenstromversorgung, um die Stromversorgung der Vielzahl der Zellen zu beginnen, wenn die Einrichtung zum Beurteilen des ersten Widerstands urteilt, dass der Widerstand, der von der Widerstandserfassungseinrichtung erfasst wird, geringer ist als der vorgegebene Bezugswiderstand; und eine Wärmeinrichtungssteuereinrichtung, um, wenn die Einrichtung zum Beurteilen des ersten Widerstands urteilt, dass der Widerstand, der von der Widerstandserfassungseinrichtung erfasst wird, geringer ist als der vorgegebene Bezugswiderstand, die Stromversorgung der Wärmeinrichtung derart zu steuern, dass der Widerstand, der von der Widerstandserfassungseinrichtung erfasst wird, ein erster vorgegebener Widerstand wird, der geringer ist als der Bezugswiderstand, und um nachfolgend des Weiteren die Stromversorgung der Wärmeinrichtung derart zu steuern, dass der Widerstand, der von der Widerstandserfassungseinrichtung erfasst wird, ein zweiter vorgegebener Widerstand wird, der höher als der erste vorgegebene Widerstand und geringer als der Bezugswiderstand ist.
Gassensorsteuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gassensorelement als die Vielzahl von Zellen enthält: eine Sauerstoffkonzentrationserfassungszelle zum Erfassen einer Sauerstoffkonzentration des Objektgases der Messung, das in eine erste Messkammer hineingeleitet wird; eine erste Sauerstoffpumpzelle, um auf der Basis einer Sauerstoffkonzentration, die von der Sauerstoffkonzentrationserfassungszelle erfasst wird, Sauerstoff aus dem in der ersten Messkammer enthaltenen Objektgas der Messung heraus oder in dieses hinein zu pumpen, um ein geregeltes Gas mit einer gesteuerten Sauerstoffkonzentration zu erzeugen; und eine zweite Sauerstoffpumpzelle, die derart eingerichtet ist, dass eine ihrer gepaarten Elektroden in einer zweiten Messkammer angeordnet ist, die mit der ersten Messkammer in Verbindung steht und in die das geregelte Gas hineingeleitet wird, und die derart eingerichtet ist, dass Strom, der der spezifischen Gaskonzentration entspricht, zwischen den gepaarten Elektroden durch Anlegen einer vorgegebenen Spannung zwischen den gepaarten Elektroden fließt.
Gassensorsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, des Weiteren umfassend eine Spannungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Spannung zwischen den gepaarten Elektroden der Objektzelle der Messung, wobei, wenn eine Spannung zwischen den gepaarten Elektroden der Objektzelle der Messung geringer wird als eine vorgegebene Schwellenspannung, die Widerstandserfassungseinrichtung beginnt, den Widerstand der Objektzelle der Messung zu messen.
Gassensorsteuervorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Objektzelle der Messung die Sauerstoffkonzentrationserfassungszelle ist.
Gassensorsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die eine Relation R2 - R1 ≥ 50 erfüllt, wobei R1 (Einheit: Ω) der erste vorgegebene Widerstand ist und R2 (Einheit: Ω) der zweite vorgegebene Widerstand ist.