DE102008041797A1

DE102008041797A1 - Verschlechterungssimulator für Gassensor

Info

Publication number: DE102008041797A1
Application number: DE102008041797A
Authority: DE
Inventors: Mikiyasu Kariya-city Matsuoka; Tomoo Kariya-city Kawase; Eiichi Kariya-city Kurokawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-09-04
Filing date: 2008-09-03
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2028-09-04
Also published as: US7980121B2; JP4760806B2; US20090056414A1; JP2009063329A; DE102008041797B4

Abstract

Der Verschlechterungssimulator wird für einen Gassensor verwendet, der ein Sensorelement mit einer festen Elektrolytschicht und einem Paar Elektroden umfasst, die sich über die feste Elektrolytschicht hinweg gegenüber einander befinden, wobei das Sensorelement ein Sensorausgabesignal mit einem von einer Konzentration eines speziellen Gases in dem Umgebungsgas abhängigen Wert ausgibt. Der Verschlechterungssimulator umfasst eine erste Einstellfunktion eines Ermöglichens eines variablen Einstellens einer Zeitkonstantenverzögerung, die in dem Sensorausgabesignal in Erscheinung tritt, wenn sich eine Konzentration des speziellen Gases ändert, eine zweite Einstellfunktion eines Ermöglichens eines variablen Einstellens einer Totzeitverzögerung, die in dem Sensorausgabesignal in Erscheinung tritt, wenn sich eine Konzentration des speziellen Gases ändert, und eine Additionsfunktion eines Addierens der Zeitkonstantenverzögerung und/oder der Totzeitverzögerung zu dem Sensorausgabesignal, um ein pseudo-verschlechtertes Sensorausgabesignal gemäß einer externen Anweisung zu erzeugen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung ist verwandt mit der japanischen Patentanmeldung Nr. 2007-229487, die am 4. September 2007 eingereicht wurde, wobei deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme eingebunden ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verschlechterungssimulator für Gassensoren.
2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Es ist ein Verschlechterungssimulator für einen Sauerstoffsensor bekannt, der zur Messung einer Sauerstoffkonzentration in einem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine verwendet wird, wobei der Verschlechterungssimulator eine Funktion eines Einstellens einer Ausgabe des Sauerstoffsensors in einen pseudo- bzw. vorgetäuscht verschlechterten Zustand zu Simulationszwecken aufweist. Gemäß diesem Verschlechterungssimulator wird es möglich, einen Sauerstoffsensor (Attrappen- bzw. Scheinsensor) in einem verschlechterten Zustand zu erhalten, ohne eine längliche Haltbarkeitsprüfung durchzuführen oder sich die Mühe zu machen, einen Sauerstoffsensor in einem verschlechterten Zustand herzustellen.
Als einen solchen Verschlechterungssimulator offenbart das japanische Patent Nr. 3869338 eine Vorrichtung, die einen Signalprozessor und einen Attrappensensor umfasst, wobei der Signalprozessor eine Funktion eines Variierens eines Sauerstoffpumpstroms für einen Sauerstoffsensor, der eine Sauerstoffkonzentrationszelle und eine Sauerstoffpumpzelle umfasst (der sogenannte 2-Zellen-Sensor), gemäß einer Soll- bzw. Zielverschlechterung aufweist, wobei der Attrappensensor eine Funktion eines Variierens eines Elementwiderstandssignals und eines Ausgabesignals des Signalprozessors gemäß der Soll- bzw. Zielverschlechterung aufweist. Dieses Patentdokument offenbart weiter, dass der Signalprozessor zumindest eine Offset- bzw. Versatzkorrektureinrichtung zum Variieren eines Offset bzw. Versatzes des Sauerstoffpumpstroms, eine Gewinn- bzw. Verstärkungskorrektureinrichtung zum Variieren eines Gewinns bzw. einer Verstärkung und/oder eine Ansprechverhalten-Korrektureinrichtung zum Variieren einer Verzögerung einer Ausgabeänderung (einer Zeitkonstanten) umfasst.
Indessen haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass es abgesehen von einer Verschlechterung bzw. Schwächung eines Sensorelements des Gassensors selbst verschiedene Gründe gibt, die eine Ausgabe eines Gassensors verschlechtern bzw. schwächen. Zum Beispiel verschlechtert eine Anhaftung verschiedener Substanzen an einer Elementhülle des Gassensors die Ausgabe eines Gassensors, wenn der Gassensor einem Abgas ausgesetzt ist. Dementsprechend sind, da die Verschlechterungszustände, die herkömmliche Verschlechterungssimulatoren simulieren können, begrenzt sind, die herkömmlichen Verschlechterungssimulatoren in ihrer Leistungsfähigkeit zum Simulieren verschiedener Verschlechterungszustände, die bei Gassensoren tatsächlich auftreten können, unzureichend.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt einen Verschlechterungssimulator für einen Gassensor bereit, der ein Sensorelement mit einer festen Elektrolytschicht und einem Paar Elektroden, die sich (quer) über die feste Elektrolytschicht hinweg gegenüber einander befinden, und eine Elementhülle bzw. -verkleidung umfasst, die das Sensorelement umgibt und mit einem Lüftungsloch zum Einführen eines Umgebungsgases in das Sensorelement ausgebildet ist, wobei das Sensorelement ein Sensorausgabesignal mit einem von einer Konzentration eines speziellen Gases in dem Umgebungsgas abhängigen Wert ausgibt, wobei der Verschlechterungssimulator aufweist:
eine erste Einstellfunktion eines Ermöglichens eines variablen Einstellens einer Zeitkonstantenverzögerung, die in dem Sensorausgabesignal in Erscheinung tritt, wenn sich die Konzentration des speziellen Gases ändert;
eine zweite Einstellfunktion eines Ermöglichen eines variablen Einstellens einer Totzeitverzögerung, die in dem Sensorausgabesignal in Erscheinung tritt, wenn sich die Konzentration des speziellen Gases ändert; und
eine Additionsfunktion eines Addierens der durch die erste Funktion eingestellten Zeitkonstantenverzögerung und/oder der durch die zweite Funktion eingestellten Totzeitverzögerung zu dem Sensorausgabesignal, um ein pseudo-verschlechtertes Sensorausgabesignal gemäß einer externen Anweisung zu erzeugen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Verschlechterungssimulator für einen Gassensor bereitzustellen, der ein Simulieren verschiedener Arten von Verschlechterungen bzw. Schwächungen bzw. Güteabfällen ermöglicht, und der dementsprechend in seiner Anwendbarkeit bzw. Realisierbarkeit hervorragend ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung einschließlich der Zeichnung und der Patentansprüche ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Bei der begleitenden Zeichnung gilt:
1 ist eine Darstellung, die einen Aufbau eines Verschlechterungssimulators für einen A/F-Sensor (Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor) gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
2 ist eine Darstellung, die einen Aufbau eines Eingabedienungsabschnitts zeigt, der in dem gemäß 1 gezeigten Verschlechterungssimulator umfasst ist;
3A ist eine äußere Ansicht eines A/F-Sensors als ein Simulationsobjekt des Verschlechterungssimulators;
3B ist eine Schnittansicht des A/F-Sensors;
4 ist ein Zeitdiagramm, das zeitliche Übergänge einer Sensorausgabe des A/F-Sensors zu der Zeit einer Durchführung einer Verschlechterungssimulation zeigt;
5A ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen IL (Elementstrom) des A/F-Sensors und A/F (Luft-Kraftstoff-Verhältnis) zeigt, wenn eine Gewinnverschlechterung vorliegt;
5B ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen IL (Elementstrom) des A/F-Sensors und A/F (Luft-Kraftstoff-Verhältnis) zeigt, wenn eine Versatzverschlechterung vorliegt;
6 ist eine Darstellung, die einen Aufbau eines Verschlechterungssimulators für einen A/F-Sensor (Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor) gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
7 ist eine Darstellung, die einen Aufbau eines Verschlechterungssimulators für einen O2-Sensor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
8A und 8B sind Graphen, die eine Ausgabecharakteristik des O2-Sensors zeigen, wenn eine Gewinnverschlechterung auf einer fetten Seite bzw. einer mageren Seite vorliegt;
9A ist eine Schnittansicht eines Sensorelements des Dual-Zellen-Typs umfassend zwei feste Elektrolytschichten, das ein Simulationsobjekt des Verschlechterungssimulators der Erfindung sein kann;
9B ist eine Schnittansicht eines Sensorelements des Tripel-Zellen-Typs umfassend drei feste Elektrolytschichten, das ein Simulationsobjekt des Verschlechterungssimulators der Erfindung sein kann; und
10A und 10B sind Graphen, die eine Ausgabecharakteristik des gemäß 9A oder 9B gezeigten Sensorelements des Dual-Zellen-Typs oder des Tripel-Zellen-Typs zeigen, wenn eine Gewinnverschlechterung auf einer mageren Seite bzw. einer fetten Seite vorliegt.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
Erstes Ausführungsbeispiel
Der Verschlechterungssimulator gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dient zum Durchführen einer Verschlechterungssimulation bezüglich eines A/F-Sensors (Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors), der zum Messen einer Sauerstoffkonzentration in einem Abgas (Verbrennungsgas) verwendet wird, das aus einer an einem Fahrzeug installierten Benzinkraftmaschine ausgestoßen wird.
Zunächst wird der Aufbau des A/F-Sensors unter Bezugnahme auf 3A und 3B erläutert. 3A ist eine äußere Ansicht des A/F-Sensors 10. 3B ist eine Schnittansicht eines in dem A/F-Sensor 10 umfassten Sensorelements 20 (ein Querschnitt von 3A, der entlang A-A aufgenommen ist, wobei eine vorderseitige Hülle 11 des A/F-Sensors 10 ausgenommen ist).
Wie es gemäß 3A gezeigt ist, umfasst der A/F-Sensor 10, der im Ganzen eine annähernd zylindrische Form aufweist, die vorderseitige Hülle bzw. Verkleidung 11, ein Gehäuse 12 und eine rückseitige Hülle bzw. Verkleidung 13. In dem A/F-Sensor 10 ist das eine schlanke Form aufweisende Sensorelement 20 angeordnet. Der A/F-Sensor 10 ist so konfiguriert, dass er an einer Wand eines Abgasrohrs EP an dem Gehäuse 12 installierbar ist. Wenn der A/F-Sensor 10 an der Wand EP installiert ist, befindet sich die vorderseitige Hülle 11 innerhalb des Abgasrohrs EP, so dass das Abgas durch eine Vielzahl von in der vorderseitigen Hülle 11 ausgebildeten kleinen Lüftungslöchern an das Sensorelement 20 zugeführt wird. Das Sensorelement 20 hat einen geschichteten Aufbau. Obwohl dies in der Zeichnung nicht gezeigt ist, hat die vorderseitige Hülle 11 einen Doppelaufbau, der eine innere Hülle und eine äußere Hülle umfasst. Die innere und die äußere Hülle sind mit einer Vielzahl kleiner Löcher 11a derart ausgebildet, dass sich diese nicht gegenseitig überlappen, um Wassereintritt zu verhindern.
Wie es gemäß 3B gezeigt ist, umfasst das Sensorelement 20 eine feste Elektrolytschicht 21, eine Diffusionswiderstandsschicht 22, eine Abschirmschicht 23 und eine Isolationsschicht 24, die nacheinander geschichtet sind. Das Sensorelement 20 ist an seinem Umfang mit einer nicht gezeigten Schutzschicht versehen. Die feste Elektrolytschicht 21, die eine rechteckige Plattenform aufweist, besteht aus einem Blatt bzw. einer dünnen Lage aus teilstabilisiertem Zirkonoxid. Ein Paar Elektroden 25 und 26 befinden sich (quer) über die feste Elektrolytschicht 21 hinweg gegenüber einander. Die Elektroden 25, 26 bestehen aus Edelmetall, wie etwa Platin Pt. Die Diffusionswiderstandsschicht 22, die zum Einführen des Abgases an die Elektrode 25 dient, besteht aus einem porösen Blatt bzw. einer porösen Lage. Die Abschirmschicht 23 ist eine für das Abgas undurchdringliche dichte Schicht. Die Diffusionswiderstandsschicht 22 und die Abschirmschicht 23 werden beide durch Ausbilden von Keramik, wie etwa Aluminiumoxid oder Zirkonoxid, in der Form eines Blattes bzw. einer Lage hergestellt. Sie haben jedoch aufgrund von Unterschieden in ihren durchschnittlichen Porendurchmessern und Porenverhältnissen unterschiedliche Gasdurchlässigkeiten.
Die Isolationsschicht 24, die aus Keramik, wie etwa Aluminiumoxid oder Zirkonoxid besteht, ist mit einem Atmosphären- bzw. Luftkanal 27 in einem der Elektrode 26 gegenüberliegenden Abschnitt ausgebildet. Die Isolationsschicht 24 umfasst einen darin eingebetteten Heizer 28 einer Heizdrahtform, der aus Pt besteht. Der Heizer 28 erzeugt Wärme, wenn er mit elektrischer Energie von einer Batteriequelle versorgt wird, um die Gesamtheit des Sensorelements 20 zu erwärmen. Der Heizer 28 kann sich außerhalb des Sensorelements 20 befinden, anstatt in dem Sensorelement 20 eingebettet zu sein.
Wenn eine vorbestimmte Spannung über die Elektroden 25 und 26 angelegt wird, fließt ein von einer Sauerstoffkonzentration in dem Abgas abhängiger Strom als ein Elementstrom durch die feste Elektrolytschicht 21. Auf Grundlage einer Messung des Elementstroms wird die Sauerstoffkonzentration (A/F) berechnet.
Als Nächstes ist unter Bezugnahme auf 1 der Verschlechterungssimulator 30 dieses Ausführungsbeispiels erläutert, der eine Verschlechterungssimulation bezüglich des vorstehend beschriebenen A/F-Sensors 10 durchführt.
Wie es gemäß 1 gezeigt ist, ist der Verschlechterungssimulator 30 mit dem Sensorelement 20 und dem Heizer 28 des A/F-Sensors 10, und auch mit einer ECU ("Electronic Control Unit" bzw. elektronischen Steuereinheit) 50 verbunden.
Die ECU 50 ist eine Maschinen-ECU, die eine Kraftstoffeinspritzmenge von jedem Kraftstoffeinspritzventil und eine Zünd- bzw. Einspritzzeitsteuerung einer Zünd- bzw. Einspritzvorrichtung gemäß einem Betriebszustand der Maschine zu jedem Zeitpunkt steuert. Um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erfassen, umfasst die ECU 50 eine Sensoransteuerschaltung 51, um den A/F-Sensor 10 anzusteuern, und einen Mikrocomputer 52, der eine CPU und verschiedene Speicher umfasst. Wenn sich die Maschine in einem normalen Betriebszustand befindet, wird ein von dem A/F-Sensor 10 ausgegebenes A/F-Messsignal (eine Sensorausgabe) fortlaufend bzw. in Folge in die Sensoransteuerschaltung 51 eingegeben. Das A/F-Messsignal wird in der Sensoransteuerschaltung 51 verstärkt und dann an den Mikrocomputer 52 eingegeben. Die Sensoransteuerschaltung 51 ist zusätzlich zu der Signalverstärkungsfunktion mit einer Anwendungsspannungssteuerfunktion eines variablen Einstellens der Sensoranwendungsspannung (der an den A/F-Sensor 10 angewandten bzw. angelegten Spannung) gemäß der Sensorausgabe, sowie einer Impedanzmessfunktion eines Messens eines Widerstands (einer Elementimpedanz) des Sensorelements 20 versehen.
Wie es vorstehend erläutert ist, ist der A/F-Sensor 10, wenn sich die Maschine in einem normalen Betriebszustand befindet, direkt mit der ECU 50 verbunden, so dass der A/F-Sensor 10 durch die Sensoransteuerschaltung 51 der ECU 50 angesteuert wird. In diesem Zustand werden der Prozess zum Verstärken des A/F-Messsignals, der Prozess zum variablen Einstellen der Sensoranwendungsspannung und der Prozess zum Messen der Elementimpedanz durch die Sensoransteuerschaltung 51 durchgeführt.
Der Verschlechterungssimulator 30 umfasst auch eine Sensoransteuerschaltung 31 und einen Mikrocomputer 32. Die Sensoransteuerschaltung 31 ist mit einem Minuspol S– des Sensorelements 20 verbunden und über einen Strommesswiderstand 33, der zum Messen des durch das Sensorelement 20 fließenden Elementstroms bereitgestellt ist, mit einem Pluspol S+ des Sensorelements 20 verbunden. Grundsätzlich sind die Sensoransteuerschaltung 31 und der Mikrocomputer 32 im Aufbau jeweils gleich der Sensoransteuerschaltung 51 und dem Mikrocomputer 52 der ECU 50. Das heißt, dass die Sensoransteuerschaltung 31 mit einer Signalverstärkungsfunktion, einer Anwendungsspannungssteuerfunktion und einer Impedanzmessfunktion versehen ist. Obwohl dies in der Zeichnung nicht gezeigt ist, umfasst die ECU 50 wie der Verschlechterungssimulator 30 ebenfalls einen Strommesswiderstand.
Der Verschlechterungssimulator 30 ist ferner mit einer Pseudo-Verschlechterung-Einstellfunktion versehen, um die Sensorausgabe in einen Pseudo-verschlechterten Zustand einzustellen, in dem der durch den Strommesswiderstand 33 gemessene Elementstrom (die Sensorausgabe) mit einer Pseudo-Verschlechterung-Komponente addiert ist. Im Folgenden sind Einzelheiten der Pseudo-Verschlechterung-Einstellfunktion erläutert.
Zunächst ist ein Pseudo-Verschlechterungsmodus erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Pseudo-Verschlechterungsmodus die folgenden Modi.

(a) Einen Totzeit-variablen Modus
(b) Einen Zeitkonstante-variablen Modus
(c) Einen Gewinn-variablen Modus
(d) Einen Versatz-variablen Modus

In zumindest einem der vorgenannten Modi (a) bis (d) wird der Zustand einer Pseudo-Verschlechterung variabel eingestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, ein Umschalten zwischen EIN/AUS zu steuern, und zwei oder mehr der Modi (a) bis (d) gleichzeitig einzuschalten. Von den Modi (a) bis (d) sind der Modus (a) und der Modus (b) Modi betreffend eine Ansprechverschlechterung.
Bei jedem des Totzeit-variablen Modus und des Zeitkonstante-variablen Modus ist es möglich, einen pseudo-verschlechterten Zustand einzeln zu steuern für jede einer magerseitigen Verlagerung, bei der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von einer fetten bzw. starken Seite zu einer mageren bzw. schwachen Seite verlagert wird, und einer fettseitigen Verlagerung, bei der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von einer mageren bzw. schwachen Seite zu einer fetten bzw. starken Seite verlagert wird. Dies macht es möglich, einen Pseudo-Verschlechterungszustand entweder in einem symmetrischen Modus oder einem asymmetrischen Modus zu erzeugen.
In jedem der vorgenannten Modi (a) bis (d) ist eine Volumen- bzw. Ausmaßanpassung möglich. Das heißt, dass es bei diesem Ausführungsbeispiel möglich ist, in dem Totzeitvariablen Modus eine Totzeit-Volumenanpassung, in dem Zeitkonstante-variablen Modus eine Zeitkonstante-Volumenanpassung, in dem Gewinn-variablen Modus eine Gewinn-Volumenanpassung und in dem Versatz-variablen Modus eine Versatz-Volumenanpassung durchzuführen.
Zu diesem Zweck ist, wie es gemäß 1 gezeigt ist, der Verschlechterungssimulator 30 mit einer Totzeit-Einstellschaltung 35, einer Zeitkonstante-Einstellschaltung 36, einer Gewinn-Einstellschaltung 37 und einer Versatz-Einstellschaltung 38 versehen. Die Totzeit-Einstellschaltung 35, die Zeitkonstante-Einstellschaltung 36 und die Gewinn-Einstellschaltung 37 sind in Reihe geschaltet. Eine Ausgabe der Gewinn-Einstellschaltung 37 und eine Ausgabe der Versatz-Einstellschaltung 38 werden an eine Addiererschaltung 39 eingegeben. In der Versatz-Einstellschaltung 38 wird eine Versatzspannung innerhalb eines Bereichs von einer vorbestimmten negativen Spannung (–5 V) bis zu einer vorbestimmten positiven Spannung (+5 V) eingestellt, wenn ein Versatz benötigt wird. Die Versatzspannung wird auf 0 V eingestellt, wenn kein Versatz benötigt wird.
Jede der Totzeit-Einstellschaltung 35, der Zeitkonstante-Einstellschaltung 36, der Gewinn-Einstellschaltung 37 und der Versatz-Einstellschaltung 38 ist zwischen einem Verschlechterungssimulationszustand, in dem eine Pseudo-Verschlechterung-Komponente zu der Sensorausgabe addiert wird, und einem Normalzustand, in dem keinerlei Pseudo-Verschlechterung-Komponente zu der Sensorausgabe addiert wird, umschaltbar. Ein Umschalten zwischen dem Verschlechterungssimulationszustand und dem Normalzustand wird gemäß einem Befehlssignal von dem Mikrocomputer 32 durchgeführt. Von dem Mikrocomputer 32 wird ein Befehlssignal und ein Volumensignal je nach Bedarf an jede der Schaltungen 35 bis 38 eingegeben, wobei das Befehlssignal bezeichnet, in welche der magerseitigen Verlagerung und der fettseitigen Verlagerung der Pseudo-Verschlechterungszustand eingestellt werden soll, wobei das Volumensignal den Wert der Volumenanpassung in jedem der vorgenannten variablen Modi bezeichnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird gemäß Vorschriften bzw. Anweisungen (Softwareprozess) von dem Mikrocomputer 32 eine Totzeit, die in der Sensorausgabe in Erscheinung tritt, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ändert, durch die Totzeit-Einstellschaltung 35 eingestellt und eine Zeitkonstantenverzögerung, die in der Sensorausgabe in Erscheinung tritt, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ändert, durch die Zeitkonstante-Einstellschaltung 36 eingestellt.
Bei dem Verschlechterungssimulator 30 mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird der durch den Strommesswiderstand 33 gemessene Elementstrom über einen I-V-Wandler 34 an die Totzeit-Einstellschaltung 35 eingegeben, und danach über die Zeitkonstante-Einstellschaltung 36 und die Gewinn-Einstellschaltung 37 an die Addiererschaltung 39 eingegeben. In näheren Einzelheiten wird die Addiererschaltung 39 mit einem Spannungssignal beaufschlagt, das dem Elementstrom entspricht, der mit einer Verschlechterungskomponente addiert ist, die mit der Totzeit (der Totzeitverzögerung), der Zeitkonstanten (Zeitkonstantenverzögerung) und/oder dem Gewinn in Zusammenhang steht, und wird sie auch mit einem Spannungssignal beaufschlagt, das dem Elementstrom entspricht, der nicht mit der Verschlechterungskomponente addiert ist, das heißt einem der ursprünglichen Sensorausgabe (Elementstrom) entsprechenden Spannungssignal. In der Addiererschaltung 39 wird das über die Einstellschaltungen 35 bis 37 eingegebene Spannungssignal mit der Ausgabe (der Versatzeinstellspannung) der Versatz-Einstellschaltung 38 addiert und dann über eine V-I-Wandlerschaltung 40 an die Sensoransteuerschaltung 51 der ECU 50 ausgegeben.
Der Verschlechterungssimulator 30 ist mit einem Eingabebedienungsabschnitt 41 versehen, der es einem Benutzer bzw. Bediener ermöglicht, Eingabeoperationen einschließlich eines Einstellens des Pseudo-Verschlechterungsmodus, eines Umschaltens zwischen den symmetrischen/asymmetrischen Modi und der Volumenanpassung durchzuführen. Die Ergebnisse einer an dem Eingabedienungsabschnitt 41 vorgenommenen Operation werden von dem Mikrocomputer 32 aufgenommen. Der Eingabebedienungsabschnitt 41 kann an einem Gehäuse des Verschlechterungssimulators 30 integral eingerichtet sein. Wahlweise kann der Eingabebedienungsabschnitt 41 eine Tastatureingabevorrichtung sein.
Wie es gemäß 2 gezeigt ist, umfasst der Eingabebedienungsabschnitt 41 einen Verschlechterungsmodus-Umschaltabschnitt 42, einen Umschaltabschnitt 43 eines symmetrischen/asymmetrischen Modus und einen Volumenanpassungsabschnitt 44. Der Verschlechterungsmodus-Umschaltabschnitt 42 umfasst einen Umschalter SW1, um für die Totzeit-Pseudo-Verschlechterung zwischen dem Totzeitvariablen Modus und dem Normalmodus zu wählen, einen Umschalter SW2, um für die Zeitkonstante-Pseudo-Verschlechterung zwischen dem Zeitkonstante-variablen Modus und dem Normalmodus zu wählen, einen Umschalter SW3, um für die Gewinn-Pseudo-Verschlechterung zwischen dem Gewinnvariablen Modus und dem Normalmodus zu wählen, und einen Umschalter SW4, um für die Versatz-Pseudo-Verschlechterung zwischen dem Versatz-variablen Modus und dem Normalmodus zu wählen.
Der Umschaltabschnitt 43 eines symmetrischen/asymmetrischen Modus umfasst einen Umschalter SW11, um einen symmetrischen Modus oder einen asymmetrischen Modus für ein Verschlechterungsmaß bei der magerseitigen Verlagerung und ein Verschlechterungsmaß bei der fettseitigen Verlagerung bei Erzeugung einer Totzeit-Pseudo-Verschlechterung zu wählen, und umfasst einen Umschalter SW12, um einen symmetrischen Modus oder einen asymmetrischen Modus für ein Verschlechterungsmaß bei der magerseitigen Verlagerung und ein Verschlechterungsmaß bei der fettseitigen Verlagerung bei Erzeugung der Zeitkonstante-Pseudo-Verschlechterung zu wählen.
Der Volumenanpassungsabschnitt 44 umfasst Anpassungstasten bzw. -knöpfe bzw. -wähler D1, D2, D3 und D4, um eine Volumen- bzw. Ausmaßanpassung bei Erzeugung der Totzeit-Pseudo-Verschlechterung, der Zeitkonstante-Pseudo-Verschlechterung, der Gewinn-Pseudo-Verschlechterung und der Versatz-Pseudo-Verschlechterung durchzuführen. Bei diesem Ausführungsbeispiel, da die magerseitige Verlagerung und die fettseitige Verlagerung für die Totzeit-Pseudo-Verschlechterung und die Zeitkonstante-Pseudo-Verschlechterung asymmetrisch vorgenommen werden können, sind jeweils für die Totzeit-Pseudo-Verschlechterung und die Zeitkonstante-Pseudo-Verschlechterung Anpassungstasten bzw. -knöpfe bzw. -wähler D1a und D2a bereitgestellt, um die magerseitige Verlagerung anzupassen, und Anpassungstasten bzw. -knöpfe bzw. -wähler D1b und D2b bereitgestellt, um die fettseitige Verlagerung anzupassen. Bei diesem Ausführungsbeispiel können, wenn Anpassungsvolumen zwischen der Magenseitenverlagerung und der fettseitigen Verlagerung symmetrisch sind, die Zeitkonstante und die Totzeit angepasst werden, indem nur eine von den jeweils zwei Anpassungstasten (zum Beispiel D1a oder D2a) betätigt wird, die als eine Doppelzweck-Mager/Fett-Anpassungstaste dient.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf das Zeitdiagramm gemäß 4 ein zeitlicher Übergang der Sensorausgabe (des von dem Verschlechterungssimulator 30 an die ECU 50 ausgegebenen A/F-Messsignals) zu der Zeit einer Ausführung einer Verschlechterungssimulation erläutert. Gemäß 4 zeigt der Bereich (a) eine normale (Bezugs-)Signalverlaufsform (oder Übergangsanstieg) und zeigt jeder der Bereiche (b1) bis (b3), (c1) bis (c3) und (d1) bis (d3) eine pseudo-verschlechterte Signalverlaufsform. In allen Bereichen mit Ausnahme des Bereichs (a) ist die normale Signalverlaufsform durch eine Strichpunktlinie gezeigt. Die Übergänge des A/F-Messsignals, die gemäß 4 gezeigt sind, werden durch Änderung der Umgebungsatmosphäre des Sensorelements 20, das heißt der Gasatmosphäre in dem Abgasrohr, zwischen fett bzw. stark und mager bzw. schwach, hervorgerufen.
In dem in dem Bereich (a) gezeigten Fall beginnt sich der Wert des A/F-Messsignals (was hierin nachstehend einfach als "A/F" bezeichnet werden kann) zur Zeit t1 von AF1 (einem vorbestimmten Wert der fetten Seite) zu verändern, und konvergiert er zur Zeit t2 mit AF2 (einem vorbestimmten Wert der mageren Seite). Danach beginnt sich das A/F zur Zeit t3 von AF2 zu verändern, und konvergiert es zur Zeit t4 mit AF1. Die Zeit t1 ist eine Startzeit der Änderung zu der mageren Seite hin, und die Zeit t3 ist eine Startzeit der Änderung zu der fetten Seite hin.
Andererseits ist in den Fällen der Bereiche (b1) bis (b3), die die Totzeit-Verschlechterung simulieren, ein Wert Td1 als die Totzeit zu der Zeit der magerseitigen Verlagerung eingestellt und ist ein Wert Td2 als die Totzeit zu der Zeit der fettseitigen Verlagerung eingestellt. Genauer gesagt ist in dem Fall des Bereichs (b1) der Totzeitvariable Modus sowohl bei der magerseitigen Verlagerung als auch bei der fettseitigen Verlagerung eingeschaltet (das heißt, dass gemäß 2 der Umschalter SW1 den Totzeit variablen Modus wählt und der Umschalter SW11 den symmetrischen Modus wählt), und sind die Werte Td1 und Td2 als die Totzeiten für die magerseitige Verlagerung und die fettseitige Verlagerung eingestellt. Zu dieser Zeit können die Totzeiten Td1 und Td2 variabel eingestellt werden (Td1 = Td2), indem die Anpassungstaste D1a betätigt wird, die als eine Doppelzweck-Mager/Fett-Anpassungstaste dient.
Im Gegensatz dazu ist in dem Fall der Bereiche (b2) und (b3) der Totzeit-variable Modus bei nur einer der magerseitigen Verlagerung und der fettseitigen Verlagerung eingeschaltet. Das heißt, dass in den Fällen der Bereiche (b2) und (b3) der Umschalter SW1 den Totzeit-variablen Modus wählt und der Umschalter SW11 den asymmetrischen Modus wählt. In dem Fall des Bereichs (b2) ist nur die Anpassungstaste D1a für die magerseitige Verlagerung zum variablen Einstellen der Totzeit Td1 angepasst bzw. geregelt. In dem Fall des Bereichs (b3) ist nur die Anpassungstaste D1b für die fettseitige Verlagerung zum variablen Einstellen der Totzeit Td2 angepasst bzw. geregelt.
In den Fällen der Bereiche (c1) bis (c3), die die Zeitkonstante-Verschlechterung simulieren, ist ein Wert τ1 als die Zeitkonstante zu der Zeit der magerseitigen Verlagerung eingestellt und ist ein Wert τ2 als die Zeitkonstante zu der Zeit der fettseitigen Verlagerung eingestellt. In näheren Einzelheiten ist in dem Fall des Bereichs (c1) der Zeitkonstante-variable Modus sowohl für die magerseitige Verlagerung als auch für die fettseitige Verlagerung eingeschaltet (das heißt, dass gemäß 2 der Umschalter SW1 den Zeitkonstante-variablen Modus wählt und der Umschalter SW12 den symmetrischen Modus wählt), und sind die Werte τl und τ2 als die Zeitkonstanten bzw. konstanten Zeiten für die magerseitige Verlagerung und die fettseitige Verlagerung eingestellt. Zu dieser Zeit können die Zeitkonstanten τl und τ2 variabel eingestellt werden (τ1 = τ2), indem die Anpassungstaste D2a betätigt wird, die als eine Doppelzweck-Mager/Fett-Anpassungstaste dient. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Zeitkonstante die Zeit, die für die Sensorausgabe erforderlich ist, um 63% ihres endgültigen Werts zu erreichen.
Umgekehrt ist in den Fällen der Bereiche (c2) und (c3) der Zeitkonstante-variable Modus nur bei einer der magerseitigen Verlagerung und der fettseitigen Verlagerung eingeschaltet. Das heißt, dass in den Fällen der Bereiche (c2) und (c3) der Umschalter SW2 den Zeitkonstante-variablen Modus wählt und der Umschalter SW12 den asymmetrischen Modus wählt. In dem Fall des Bereichs (c2) ist nur die Anpassungstaste D2a für die magerseitige Verlagerung zum variablen Einstellen der Zeitkonstante τ1 angepasst bzw. geregelt. In dem Fall des Bereichs (c3) ist nur die Anpassungstaste D2b für die fettseitige Verlagerung zum variablen Einstellen der Zeitkonstante τ2 angepasst bzw. geregelt.
In den Fällen der Bereiche (d1) bis (d3), die sowohl die Totzeit-Verschlechterung als auch die Zeitkonstante-Verschlechterung simulieren, sind der Wert Td1 und der Wert τl als die Totzeit und die Zeitkonstante zu der Zeit der magerseitigen Verlagerung eingestellt, und sind der Wert Td2 und der Wert τ2 als die Totzeit und die Zeitkonstante zu der Zeit der fettseitigen Verlagerung eingestellt. In näheren Einzelheiten sind in dem Fall des Bereichs (d1) der Totzeit-variable Modus und der Zeitkonstante-variable Modus sowohl bei der magerseitigen Verlagerung als auch bei der fettseitigen Verlagerung eingeschaltet (das heißt, dass gemäß 2 der Umschalter SW1 den Totzeit-variablen Modus wählt, der Umschalter SW2 den Zeitkonstante-variablen Modus wählt und die Umschalter SW11 und SW12 den symmetrischen Modus wählen), sind die Werte Td1 und Td2 als die Totzeiten für die magerseitige Verlagerung und die fettseitige Verlagerung eingestellt, und sind die Werte τ1 und τ2 als die Zeitkonstanten bzw. konstanten Zeiten für die magerseitige Verlagerung und die fettseitige Verlagerung eingestellt. Zu dieser Zeit können die Totzeiten Td1 und Td2 sowie die Zeitkonstanten τ1 und τ2 variabel eingestellt werden (Td1 = Td2, τ1 = τ2), indem die Anpassungstasten D1a und D2a betätigt werden, die jeweils als Doppelzweck-Mager/Fett-Anpassungstaste dienen.
Umgekehrt sind in den Fällen der Bereiche (d2) und (d3) der Totzeit-variable Modus und der Zeitkonstante-variable Modus nur bei einer der Magenseitenverlagerung und der fettseitigen Verlagerung eingeschaltet. Das heißt, dass in den Fällen der Bereiche (d2) und (d3) der Umschalter SW1 den Totzeit-variablen Modus wählt, der Umschalter SW2 den Zeitkonstante-variablen Modus wählt und die Umschalter SW11 und SW12 jeweils den asymmetrischen Modus wählen. In dem Fall des Bereichs (d2) sind die Anpassungstasten D1a und D2a für die magerseitige Verlagerung zum variablen Einstellen der Totzeit Td1 und der Zeitkonstanten τ1 angepasst bzw. geregelt. In dem Fall des Bereichs (d3) sind die Anpassungstasten D1b und D2b für die fettseitige Verlagerung zum variablen Einstellen der Totzeit Td2 und der Zeitkonstanten τ2 angepasst bzw. geregelt.
Der Verschlechterungssimulator 30 dieses Ausführungsbeispiels kann zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Verschlechterungssimulation betreffend eine Ansprechverschlechterung Verschlechterungssimulationen betreffend Gewinnverschlechterung und Versatzverschlechterung durchführen, wie es nachstehend erläutert ist. Jede von 5A und 5B ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen A/F (einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis) und dem Elementstrom IL als die Sensorcharakteristik des A/F-Sensors zeigt. 5A zeigt einen Fall, wenn eine Gewinnverschlechterung vorliegt, und 5B zeigt einen Fall, wenn eine Versatzverschlechterung vorliegt. Gemäß 5A stellt die durchgezogene Linie eine grundlegende Sensorcharakteristik X1 dar, die keine Verschlechterung umfasst, und stellen die Strichpunktlinie X2 und die Doppelstrichpunktlinie X3 gewinnverschlechterte Sensorcharakteristiken X2 und X3 dar. Gemäß 5B stellt die durchgezogene Linie die grundlegende Sensorcharakteristik X1 dar, die keine Verschlechterung umfasst, und stellen die Strichpunktlinie X4 und die Doppelstrichpunktlinie X5 versatzverschlechterte Sensorcharakteristiken X4 und X5 dar.
Wenn eine Verschlechterungssimulation betreffend eine Gewinnverschlechterung durchgeführt wird, wird der Umschalter SW3 betätigt, um den Gewinn-variablen Modus zu wählen, und wird ein Gewinn G durch Betätigung der Gewinn-Volumenanpassungstaste D3 variabel eingestellt. Durch diese Operationen können die gewinnverschlechterten Sensorcharakteristiken X2 und X3 realisiert werden, von denen jede äquivalent ist zu der grundlegenden Sensorcharakteristik X1, die mit einer Gewinnverschlechterungskomponente addiert ist.
Wenn eine Verschlechterungssimulation betreffend eine Versatzverschlechterung durchgeführt wird, wird der Umschalter SW4 betätigt, um den Versatz-variablen Modus zu wählen, und wird ein Versatz F durch Betätigung der Versatz-Volumenanpassungstaste D4 variabel eingestellt. Durch diese Operationen können die versatzverschlechterten Sensorcharakteristiken X4 und X5 realisiert werden, von denen jede äquivalent ist zu der grundlegenden Sensorcharakteristik X1, die mit einer Versatzverschlechterungskomponente addiert ist.
Die Gewinneinstellung und die Versatzeinstellung, wie sie vorstehend beschrieben sind, können zu der Zeit einer Durchführung der Verschlechterungssimulation betreffend eine Totzeit-Verschlechterung oder eine Zeitkonstante-Verschlechterung, die unter Bezugnahme auf 4 erläutert wurden, durchgeführt werden. Wahlweise können die Gewinneinstellung und die Versatzeinstellung unabhängig von der Verschlechterungssimulation betreffend eine Totzeit-Verschlechterung oder eine Zeitkonstante-Verschlechterung durchgeführt werden, das heißt, dass sie ohne eine Einstellung der Totzeit oder der Zeitkonstanten durchgeführt werden können.
Das vorstehend beschriebene erste Ausführungsbeispiel stellt die folgenden Vorteile bereit.
Durch die Bereitstellung des Zeitkonstante-variablen Modus als den Pseudo-Verschlechterungsmodus ist es möglich, auf geeignete Weise eine Verschlechterung zu simulieren, die durch Verschmutzung der Elementelektrode (der Elektrode 25 gemäß 3), die der Abgasatmosphäre ausgesetzt ist, oder Verstopfung bzw. Zusetzung der porösen Diffusionswiderstandsschicht (der Diffusionswiderstandsschicht 22) verursacht wird. Durch die Bereitstellung des Totzeit-variablen Modus als den Pseudo-Verschlechterungsmodus ist es möglich, auf geeignete Weise eine Verschlechterung zu simulieren, die durch Verstopfung bzw. Zusetzung der kleinen Löcher 11a der vorderseitigen Hülle 11 verursacht wird. Durch die Konfiguration, in der der Zeitkonstante-variable Modus und der Totzeit-variable Modus gleichzeitig eingestellt werden können, ist es möglich, auf geeignete Weise eine Verschlechterung zu simulieren, die verursacht wird, wenn die Verschmutzung der Elementelektrode und die Verstopfung der kleinen Löcher 11a der porösen Diffusionswiderstandsschicht oder der vorderseitigen Hülle 11 gleichzeitig auftreten. Dieses Ausführungsbeispiel ermöglicht ein Simulieren verschiedener Arten von Verschlechterungen bzw. Schwächungen bzw. Güteabfällen und ist dementsprechend hervorragend in seiner Anwendbarkeit bzw. Realisierbarkeit.
Durch die Konfiguration, in der eine Volumenanpassung entweder symmetrisch oder asymmetrisch zwischen der magerseitigen Verlagerung und der fettseitigen Verlagerung durchgeführt werden kann, ist es möglich, eine Verschlechterung zu simulieren, deren Maß bzw. Ausmaß sich zwischen der magerseitigen Verlagerung und der fettseitigen Verlagerung unterscheidet. Zum Beispiel unterscheidet sich der Verschmutzungsgrad des Sensorelements zwischen der Elektrode auf der Abgasseite und der Elektrode auf der Atmosphärenseite, weil die Elektrode auf der Abgasseite früher verschmutzt wird. In näheren Einzelheiten wird, da die abgasseitige Elektrode durch Pb etc. verschmutzt wird, das Ansprechverhalten des Sensors für ein fettes bzw. starkes Gas herabgesetzt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, auf geeignete Weise eine Verschlechterungssimulation für einen solchen Fall durchzuführen, indem der Unterschied im Ansprechverhalten zwischen der magerseitigen Verlagerung und der fettseitigen Verlagerung berücksichtigt wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel können, wenn Anpassungsvolumen zwischen der magerseitigen Verlagerung und der fettseitigen Verlagerung asymmetrisch sind, diese auf ihre jeweiligen gewünschten Werte bzw. Sollwerte eingestellt werden, da die Zeitkonstante und die Totzeit durch die jeweils für die magerseitige Verlagerung und die fettseitige Verlagerung bereitgestellten Anpassungstasten angepasst bzw. geregelt werden können. Wenn Anpassungsvolumen zwischen der magerseitigen Verlagerung und der fettseitigen Verlagerung symmetrisch sind, kann auch die Zeitkonstante und die Totzeit durch Betätigung von nur einer von jeweils zwei Anpassungstasten (zum Beispiel D1a oder D2a) angepasst bzw. geregelt werden, die als eine Doppelzweck-Mager/Fett-Anpassungstaste dient. Dies verbessert die Bedienbarkeit zum Durchführen einer Simulation.
Außerdem können vielfältige Verschlechterungssimulationen weiter verbessert werden, da der Gewinn-variable Modus und der Versatz-variable Modus zusätzlich bereitgestellt sind.
Zweites Ausführungsbeispiel
Der Verschlechterungssimulator eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung hat einen Aufbau, um zusätzlich zu den Verschlechterungssimulationen betreffend Ansprechverzögerung (Totzeitverzögerung und Zeitkonstantenverzögerung) eine Durchführen von Anormalitäts- bzw. Störungssimulationen betreffend Anormalitäten bzw. Störungen, wie etwa einer Trennung oder eines Kurzschlusses bei einer elektrischen Leitung, die zu dem Sensorelement 20 oder dem Heizer 28 führt, zu ermöglichen. 6 ist eine Darstellung, die den Aufbau des Verschlechterungssimulators 30 des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt. Gemäß 6 bezeichnen die gleichen Bezugsziffern oder -zeichen wie diejenigen gemäß 1 jeweils die gleichen oder entsprechende Komponenten oder Abschnitte. Gemäß 6 ist die "Simulationsschaltung" äquivalent zu den Schaltungen 35 bis 38, die gemäß 1 gezeigt sind.
Der Verschlechterungssimulator 30 umfasst eine Umschaltschaltung 61, die die Minuspol-Spannung des Sensorelements 20 über eine Signalleitung SL1 an die ECU 50 ausgibt, wenn sie sich in einem normalen Zustand befindet, und eine Umschaltschaltung 62, die die Pluspol-Spannung des Sensorelements 20 über eine Signalleitung SL2 an die ECU 50 ausgibt, wenn sie sich in einem normalen Zustand befindet. Jede der Umschaltschaltungen 61 und 62 ist so konfiguriert, dass sie von einem normalen Zustand (dem in der Figur gezeigten Zustand) in einen Trennungszustand (einen offenen Zustand), einen Batteriekurzschlusszustand und einen Erdschlusszustand umschaltbar sind. Zwischen den Signalleitungen SL1 und SL2 ist eine Umschaltschaltung 63 geschaltet. Die Umschaltschaltung 63 ist so konfiguriert, dass sie von einem normalen Zustand (dem in der Figur gezeigten Zustand) in einen SL1–SL2-Kurzschlusszustand umschaltbar ist. Der Verschlechterungssimulator 30 umfasst ferner eine Umschaltschaltung 64, über die eine Heizersteuerleitung SL3 von der ECU 50 zu dem Heizer 28 führt. Die Umschaltschaltung 64 ist so konfiguriert, dass sie von einem normalen Zustand (dem in der Figur gezeigten Zustand) in einen Trennungszustand (einen offenen Zustand), einen Batteriekurzschlusszustand und einen Erdschlusszustand umschaltbar ist. Die vorstehend beschriebenen Umschaltschaltungen 61 bis 64 werden gemäß Umschaltsignalen von dem Mikrocomputer 32 oder einem nicht gezeigten Eingabebedienungsabschnitt geschaltet.
Jede der Umschaltschaltungen 61, 62 und 64 ist in einen ausgewählten des Trennungszustands, des Batteriekurzschlusszustands und des Erdschlusszustands umschaltbar. Dementsprechend sind nicht zwei dieser Zustände, zum Beispiel der Batteriekurzschlusszustand und der Erdschlusszustand, zu der gleichen Zeit eingestellt.
Der gemäß 6 gezeigte Verschlechterungssimulator 30 ermöglicht ein Simulieren einer ausgewählten der folgenden Anormalitäten durch geeignete Steuerung der Zustände der Umschaltschaltungen 61 bis 64.

(1) Durch Einstellen bzw. Setzen der Umschaltschaltung 61 in den von dem normalen Zustand, dem Batteriekurzschlusszustand und dem Erdschlusszustand abweichenden offenen Zustand ist es möglich, eine Trennungsanormalität an dem Minuspol des Sensors zu simulieren.
(2) Durch Einstellen bzw. Setzen der Umschaltschaltung 61 in den Batteriekurzschlusszustand ist es möglich, eine Batteriekurzschlussanormalität an dem Minuspol des Sensors zu simulieren.
(3) Durch Einstellen bzw. Setzen der Umschaltschaltung 61 in den Erdschlusszustand ist es möglich, eine Erdschlussanormalität an dem Minuspol des Sensors zu simulieren.
(4) Durch Einstellen bzw. Setzen der Umschaltschaltung 62 in den von dem normalen Zustand, dem Batteriekurzschlusszustand und dem Erdschlusszustand abweichenden offenen Zustand ist es möglich, eine Trennungsanormalität an dem Pluspol des Sensors zu simulieren.
(5) Durch Einstellen bzw. Setzen der Umschaltschaltung 62 in den Batteriekurzschlusszustand ist es möglich, eine Batteriekurzschlussanormalität an dem Pluspol des Sensors zu simulieren.
(6) Durch Einstellen bzw. Setzen der Umschaltschaltung 62 in den Erdschlusszustand ist es möglich, eine Erdschlussanormalität an dem Pluspol des Sensors zu simulieren.
(7) Durch Einstellen bzw. Setzen der Umschaltschaltung 63 in den SL1–SL2-Kurzschlusszustand ist es möglich, eine Kurzschlussanormalität zwischen dem Minus- und dem Pluspol des Sensors zu simulieren.
(8) Durch Einstellen bzw. Setzen der Umschaltschaltung 64 in den von dem normalen Zustand, dem Batteriekurzschlusszustand und dem Erdschlusszustand abweichenden offenen Zustand ist es möglich, einen Trennungszustand in dem Heizer 28 zu simulieren.
(9) Durch Einstellen bzw. Setzen der Umschaltschaltung 64 in den Batteriekurzschlusszustand ist es möglich, eine Batteriekurzschlussanormalität in dem Heizer 28 zu simulieren.
(10) Durch Einstellen bzw. Setzen der Umschaltschaltung 64 in den Erdschlusszustand ist es möglich, eine Erdschlussanormalität in dem Heizer 28 zu simulieren.

Wie es vorstehend erläutert ist, können gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zusätzlich zu der Verschlechterungssimulation betreffend eine Ansprechverzögerung (Totzeitverzögerung und Zeitkonstantenverzögerung) Anormalitäten betreffend das Sensorelement 20 und den Heizer 28 simuliert werden.
Weitere Ausführungsbeispiele
Es ist eine Selbstverständlichkeit, dass an vorgenannten Ausführungsbeispielen, wie vorstehend beschrieben, verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können.
Die vorstehenden Ausführungsbeispiele sind auf einen Verschlechterungssimulator gerichtet, der für einen A/F-Sensor verwendet wird, der zum linearen Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (einer Sauerstoffkonzentration) eines Abgases geeignet ist. Die vorstehenden Ausführungsbeispiele sind jedoch auf einen O₂-Sensor anwendbar, der ein elektromotorisches Kraftsignal mit einem von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases abhängigen Wert ausgibt. Wie der A/F-Sensor umfasst der O₂-Sensor eine feste Elektrolytschicht und ein Paar Elektroden (eine abgasseitige Elektrode und eine bezugsgasseitige Elektrode), die sich (quer) über die feste Elektrolytschicht hinweg gegenüber einander befinden. Der O₂-Sensor gibt ein im Wesentlichen binäres Signal aus, das das Luft-Kraftstoff-Verhältnis als fett bzw. stark oder mager bzw. schwach mit Bezug auf ein theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis darstellt. 7 ist eine Darstellung eines Verschlechterungssimulators 70 als ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, der für einen solchen O₂-Sensor verwendet wird.
Wie es in dieser Figur gezeigt ist, ist der Verschlechterungssimulator 70 mit einem O₂-Sensor 80 und einer ECU 82 verbunden. Der Verschlechterungssimulator 70 umfasst einen Mikrocomputer 71, eine Schnittstellenschaltung 72, eine Totzeit-Einstellschaltung 73, eine Zeitkonstante-Einstellschaltung 74, eine Gewinn-Einstellschaltung 75, eine Versatz-Einstellschaltung 76 und eine Addiererschaltung 77. Die Totzeit-Einstellschaltung 73, die Zeitkonstante-Einstellschaltung 74 und die Gewinn-Einstellschaltung 75 sind in Reihe geschaltet. Eine Ausgabe der Gewinn-Einstellschaltung 75 und eine Ausgabe der Versatz-Einstellschaltung 76 werden an die Addiererschaltung 77 eingegeben. Da die Strukturen der Schaltungen 73 bis 76 jeweils gleich denjenigen der Schaltungen 35 bis 38 sind, die unter Bezugnahme auf 1 erläutert sind, werden die Erläuterungen von diesen ausgelassen.
Der Verschlechterungssimulator 70 umfasst ferner einen Eingabebedienungsabschnitt 78. Wie der vorhergehende Eingabebedienungsabschnitt 41 ermöglicht der Eingabebedienungsabschnitt 78 einem Bediener bzw. Benutzer, Eingabeoperationen durchzuführen, die ein Einstellen des Pseudo-Verschlechterungsmodus, ein Umschalten zwischen den symmetrischen/asymmetrischen Modi und eine Volumenanpassung umfassen. Der Verschlechterungssimulator 70 ist jedoch so konfiguriert, dass er ein einzelnes Umschalten zwischen den symmetrischen/asymmetrischen Modi für einen Fall mageren Gases bzw. Schwachgases und einen Fall fetten Gases bzw. Starkgases bei Erzeugung eines Gewinn-Pseudo-Verschlechterungszustands ermöglicht. Dementsprechend ist der Eingabebedienungsabschnitt 78 mit einem (nicht gezeigten) Symmetrie/Asymmetrie-Umschalter für eine Gewinn-Pseudo-Verschlechterung versehen. Das heißt, dass bei diesem Ausführungsbeispiel der Gewinn einzeln für den Fall mageren Gases bzw. Schwachgases und den Fall fetten Gases bzw. Starkgases variabel eingestellt werden kann.
Ein weiterer Unterschied zwischen dem Verschlechterungssimulator 30 und dem Verschlechterungssimulator 70 besteht darin, dass eine Verschlechterungssimulation durchgeführt wird, nachdem die Sensorausgabe (Elementstromsignal) einer Strom-Spannung-Wandlung in dem Verschlechterungssimulator 30 für den A/F-Sensor unterzogen ist, während andererseits eine Verschlechterungssimulation durchgeführt wird, ohne dass die Sensorausgabe (das elektromotorische Kraftsignal) einer Strom-Spannung-Wandlung in dem Verschlechterungssimulator 70 für den O₂-Sensor unterzogen ist.
Bei dem O2-Sensor kann eine Gewinnverschlechterung für die fette Seite und die magere Seite unterschiedlich auftreten. Die durchgezogene Linie in jeder von 8A und 8B stellt eine Ausgabecharakteristik einer elektromotorischen Kraft des O2-Sensors dar. Wie es in diesen Figuren gezeigt ist, ist die Ausgabecharakteristik der elektromotorischen Kraft des O₂-Sensors ursprünglich mit Bezug auf den stöchiometrischen Punkt (den Punkt, wo λ = 1 gilt) zwischen der fetten Seite und der mageren Seite symmetrisch. Falls eine Gewinnverschlechterung auf der fetten Seite auftritt, wird die Ausgabe der elektromotorischen Kraft des O₂-Sensors auf der fetten Seite herabgesetzt, wie es durch die Strichpunktlinie gemäß 8A gezeigt ist. Falls eine Gewinnverschlechterung auf der mageren Seite auftritt, wird andererseits die Ausgabe der elektromotorischen Kraft des O₂-Sensors auf der mageren Seite herabgesetzt, wie es durch die Strichpunktlinie gemäß 8B gezeigt ist. Aufgrund der Bereitstellung des Symmetrie/Asymmetrie-Umschalters für eine Gewinn-Pseudo-Verschlechterung ermöglicht dieses Ausführungsbeispiel ein Simulieren einer Gewinnverschlechterung, selbst wenn sie für die fette Seite und die magere Seite unterschiedlich auftritt.
Der Verschlechterungssimulator 70 kann so konfiguriert sein, dass er ein Umschalten zwischen den symmetrischen/asymmetrischen Modi einzeln für den Fall mageren Gases bzw. Schwachgases und den Fall fetten Gases bzw. Starkgases auch dann ermöglicht, wenn eine Versatzverschlechterung simuliert wird, so dass der Versatz einzeln für den Fall mageren Gases bzw. Schwachgases und den Fall fetten Gases bzw. Starkgases variabel eingestellt werden kann.
Der gemäß 1 gezeigte Verschlechterungssimulator 30 weist den Aufbau auf, in dem die Totzeit, die Zeitkonstante und der Versatz als Parameter bei Erzeugung eines Pseudo-Verschlechterungszustands einzeln eingestellt werden können. Der Verschlechterungssimulator 30 kann jedoch so konfiguriert sein, dass zumindest die Totzeit und die Zeitkonstante als Parameter bei Erzeugung eines Pseudo-Verschlechterungszustands einzeln eingestellt werden können.
Der gemäß 1 gezeigte Verschlechterungssimulator 30 kann so konfiguriert sein, dass zumindest einer eines Maximalwerts (eines oberen Grenzwerts) der in der Totzeit-Einstellschaltung 35 einstellbaren Totzeit und eines Maximalwerts (eines oberen Grenzwerts) der in der Zeitkonstante-Einstellschaltung 36 einstellbaren Zeitkonstante veränderbar ist. Dies wird zum Beispiel möglich gemacht, indem der Verschlechterungssimulator 30 mit einem Maximalwert-Umschalter versehen wird, der ein Umschalten des Maximalwerts zwischen Tmax1 (zum Beispiel 1 Sekunde) und Tmax2 (zum Beispiel 5 Sekunden) ermöglicht. Dies macht es möglich, eine Ausführungsbedingung der Verschlechterungssimulation gemäß einer Spezifikation oder Produktanforderungen (zum Beispiel Forderung eines Automobilherstellers) für ein System, das einen A/F-Sensor umfasst, auf den die vorliegende Erfindung angewandt wird, beliebig zu ändern.
In dem Fall, dass ein Maximalwert der Totzeit oder der Zeitkonstante veränderbar ist, kann der Einstellbereich der Verschlechterungssimulation (der Einstellbereich der Totzeit oder der Zeitkonstanten) durch Erhöhen des Maximalwerts breiter gemacht werden. Andererseits wird es einfach, die Anpassungsvolumen fein einzustellen, falls der Maximalwert reduziert wird, indem zum Beispiel ein Anpassungswert pro Drehwinkel (Drehungsanpassungsauflösung) erhöht wird, wenn ein Drehwähler als die Anpassungstaste verwendet wird.
Die vorstehenden Ausführungsbeispiele, bei denen der A/F-Sensor in dem Abgasrohr der Maschine installiert ist, können so konfiguriert sein, dass der Anpassungswert der Totzeit oder der Zeitkonstante, der über den Eingabebedienungsabschnitt 41 eingegeben wird, zu jedem Zeitpunkt gemäß dem Durchsatz oder der Strömungsgeschwindigkeit des durch das Abgasrohr strömenden Abgases korrigiert wird. In näheren Einzelheiten können sie so konfiguriert sein, dass sie den Durchsatz oder die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases während einer Ausführung der Verschlechterungssimulation messen, wobei die Messung an den Mikrocomputer 32 eingegeben wird, um den Anpassungswert der Totzeit oder der Zeitkonstante gemäß der Messung zu korrigieren. Der Durchsatz oder die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases kann auf Grundlage einer Ansaugluftmenge berechnet werden.
Der Zweck der vorgenannten Korrektur besteht darin, eine Herabsetzung einer Genauigkeit der Verschlechterungssimulation zu verhindern. Falls sich der Durchsatz oder die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases ändert, ändert sich auch das Ansprechverhalten des A/F-Sensors. Die Änderung des Ansprechverhaltens des A/F-Sensors kann verursachen, dass sich die Genauigkeit der Verschlechterungssimulation verringert. Durch Korrektur des Anpassungswerts der Totzeit oder der Zeitkonstante, der durch den Eingabebedienungsabschnitt 41 eingegeben wird, gemäß dem Durchsatz oder der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases wird es möglich, zu verhindern, dass sich die Genauigkeit der Verschlechterungssimulation verringert.
Der gemäß 1 gezeigte Verschlechterungssimulator weist den Aufbau auf, bei dem das Einstellsignal des Pseudo-Verschlechterungsmodus, das Symmetrie/Asymmetrie-Umschaltsignal und das Volumenanpassungssignal an den Mikrocomputer 32 eingegeben werden. Der Verschlechterungssimulator 30 kann jedoch so konfiguriert sein, dass das Einstellsignal des Pseudo-Verschlechterungsmodus, das Symmetrie/Asymmetrie-Umschaltsignal und das Volumenanpassungssignal direkt an die Totzeit-Einstellschaltung 35, die Zeitkonstante-Einstellschaltung 36, die Gewinn-Einstellschaltung 37 beziehungsweise die Versatz-Einstellschaltung 38 eingegeben werden.
Der gemäß 1 gezeigte Verschlechterungssimulator 30 weist den Aufbau auf, bei dem die Einstellung des Pseudo-Verschlechterungsmodus, die Symmetrie/Asymmetrie-Umschaltung und die Volumenanpassung durch einen Benutzer über den Eingabebedienungsabschnitt 41 durchgeführt werden. Der Verschlechterungssimulator 30 kann jedoch so konfiguriert sein, dass die Verschlechterungssimulationen durch ein vorbestimmtes Simulationsprogramm ausgeführt werden. Zum Beispiel wird eine Vielzahl von Verschlechterungsmustern nacheinander simuliert, indem der Mikrocomputer 32 dazu veranlasst wird, einen Verschlechterungssimulationsprozess auszuführen. In diesem Fall wird die Vielzahl der Verschlechterungsmuster nacheinander ausgeführt, während ein Kombinationsmuster oder eine Kombination von Einstellwerten der Totzeit-Verschlechterung, der Zeitkonstante-Verschlechterung, der Gewinn-Verschlechterung und der Versatz-Verschlechterung verändert wird.
Das zweite Ausführungsbeispiel wurde mit Bezug auf den Pseudo-Trennungszustand, den Pseudo-Batteriekurzschlusszustand und den Pseudo-Erdschlusszustand als Beispiele von Pseudo-anormalen Zuständen des Sensorelements 20 und des Heizers 28 beschrieben. Das zweite Ausführungsbeispiel kann jedoch so konfiguriert sein, dass eine Anormalitätssimulation nur für das Sensorelement 20 oder den Heizer 28 ausgeführt wird. Das zweite Ausführungsbeispiel kann auch so konfiguriert sein, dass eine Simulation mit Bezug auf nur einen oder zwei des Pseudo-Trennungszustands, des Pseudo-Batteriekurzschlusszustands und des Pseudo-Erdschlusszustands ausgeführt wird.
Bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen kann, obwohl das Sensorelement (A/F-Sensor) als ein Sensorelement eines Einzelzellentyps mit dem gemäß 3 gezeigten Aufbau beschrieben wurde, es einen anderen Aufbau haben. Zum Beispiel kann das Sensorelement ein Sensorelement eines Zweifach- bzw. Dual-Zellen-Typs mit einer Pumpzelle und einer elektromotorischen Kraftzelle sein. Mit anderen Worten ist der Aufbau des Sensorelements nicht auf denjenigen beschränkt, der eine einzelne feste Elektrolytschicht aufweist, sondern kann er derjenige sein, der zwei oder drei feste Elektrolytschichten aufweist. Das Sensorelement kann von dem Typ sein, der einen Becher- bzw. Korb-förmigen Aufbau aufweist.
Als Nächstes sind unter Bezugnahme auf 9A und 9B ein Beispiel eines Sensorelements des Zweifach- bzw. Dual-Zellen-Typs und ein Beispiel eines Sensorelements eines Dreifachfach- bzw. Tripel-Zellen-Typs erläutert.
Das gemäß 9A gezeigte Sensorelement 100 umfasst zwei feste Elektrolytschichten 101 und 102. Die feste Elektrolytschicht 101 ist mit einem Paar Elektroden 103 und 104 versehen, die sich gegenüber einander befinden. Die feste Elektrolytschicht 102 ist mit einem Paar Elektroden 105 und 106 versehen, die sich gegenüber einander befinden. Gemäß 9A sind, obwohl jede der Elektroden 103 bis 105 als in zwei Teile aufgeteilt gezeigt ist, diese Teile in Wirklichkeit verbunden, so dass eine einzelne Elektrode ausgebildet ist. Bei dem Sensorelement 100 bilden die feste Elektrolytschicht 101 und Elektroden 103, 104 eine Pumpzelle 111, während die feste Elektrolytschicht 102 und Elektroden 105, 106 eine Sauerstofferfassungszelle 112 bilden. Das Sensorelement 100 weist, wie in dem Fall des vorhergehenden Sensorelements 20, einen geschichteten Aufbau auf. Gemäß 9A bezeichnet Bezugszeichen 107 ein Gaseinführungsloch, bezeichnet 108 eine poröse Diffusionsschicht, bezeichnet 109 einen Atmosphären- bzw. Luftkanal und bezeichnet 110 einen Heizer.
Die Spannung der Elektrode 106 der Sauerstofferfassungszelle 112 wird an einen negativen Eingangsanschluss eines Komparators 115 angelegt, während eine Bezugsspannung Vref an einen positiven Eingangsanschluss des Komparators 115 angelegt wird. Zwischen der Elektrode 103 der Pumpzelle 111 und einem Ausgangsanschluss des Komparators 115 ist ein Strommesswiderstand 116 geschaltet. Die Spannung über beide Enden A und B des Strommesswiderstands 116 wird als eine Sensorausgabe abgenommen.
Die Sauerstofferfassungszelle 112 des Sensorelements 100 mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau erzeugt eine binäre elektromotorische Kraftausgabe (niedrige Spannung von 0 V oder hohe Spannung von 0,9 V), die davon abhängig ist, ob ein gemessenes Abgas mit Bezug auf den stöchiometrischen Punkt mager bzw. schwach oder fett bzw. stark ist. Wenn das Abgas mager ist, liegt die Ausgabe des Komparators 115 (die Spannung an dem Punkt B gemäß 9A) auf einem hohen Niveau, da die elektromotorische Kraftausgabe der Sauerstofferfassungszelle 112 niedrig ist. Als Folge hiervon fließt ein Strom durch den Strommesswiderstand 116 in der Richtung von B zu A. Wenn das Abgas andererseits fett ist, liegt die Ausgabe des Komparators 115 (die Spannung an dem Punkt B gemäß 9A) auf einem niedrigen Niveau, da die elektromotorische Kraftausgabe der Sauerstofferfassungszelle 112 hoch ist. Als Folge hiervon fließt ein Strom durch den Strommesswiderstand 116 in der Richtung von A zu B. Im Übrigen wird die Sauerstofferfassungszelle 112 auch als "elektromotorische Kraftzelle" oder "Sauerstoffkonzentrationserfassungszelle" bezeichnet.
Das gemäß 9B gezeigte Sensorelement 120 umfasst drei feste Elektrolytschichten 121, 122 und 123. Die feste Elektrolytschicht 121 ist mit einem Paar Elektroden 124 und 125 versehen, die sich gegenüber einander befinden. Die feste Elektrolytschicht 122 ist mit einem Paar Elektroden 126 und 127 versehen, die sich gegenüber einander befinden. Die feste Elektrolytschicht 121 und Elektroden 124, 125 bilden eine Pumpzelle 131. Die feste Elektrolytschicht 122 und Elektroden 126, 127 bilden eine Sauerstofferfassungszelle 132. Die feste Elektrolytschicht 123 dient als Wandelement, um eine Sauerstoffbezugskammer 128 auszubilden. Das Sensorelement 120 weist, wie in dem Fall des vorhergehenden Sensorelements 20, einen geschichteten Aufbau auf. Gemäß 9B bezeichnet das Bezugszeichen 129 eine poröse Diffusionsschicht und bezeichnet 130 eine Gaserfassungskammer. Die Sauerstofferfassungskammer 132 wird auch als "elektromotorische Kraftzelle" oder "Sauerstoffkonzentrationserfassungszelle" bezeichnet.
Die Spannung der Elektrode 127 der Sauerstofferfassungszelle 132 wird an einen negativen Eingangsanschluss eines Komparators 135 angelegt, während eine Bezugsspannung Vref an einen positiven Eingangsanschluss des Komparators 135 angelegt wird. Zwischen der Elektrode 124 der Pumpzelle 131 und einem Ausgangsanschluss des Komparators 135 ist ein Strommesswiderstand 136 geschaltet. Die Spannung über beide Enden A und B des Strommesswiderstands 136 wird als eine Sensorausgabe abgenommen. Ein Strom fließt durch den Strommesswiderstand 136 in der Richtung von B zu A, wenn ein gemessenes Abgas mager ist, während ein Strom durch den Strommesswiderstand 136 in der Richtung von A zu B fließt, wenn das Abgas fett ist.
Das Sensorelement 100 des Dual-Zellen-Typs und das Sensorelement 120 des Tripel-Zellen-Typs, die die Sauerstofferfassungszelle (die elektromotorische Kraftzelle) aufweisen, können eine Gewinnverschlechterung auf der fetten Seite und der mageren Seite einzeln erleben, wie es unter Bezugnahme auf 8 erläutert wurde. Dementsprechend kann die Sensorausgabe auch eine Gewinnverschlechterung auf der fetten Seite und der mageren Seite einzeln erleben. Daher kann es passieren, dass eine Gewinnverschlechterung nun auf der mageren Seite auftritt, wie es gemäß 10A gezeigt ist, oder nur auf der fetten Seite auftritt, wie es gemäß 10B gezeigt ist. Gemäß 10A und 10B stellt die durchgezogene Linie X1 eine grundlegende Sensorausgabecharakteristik dar, wenn keine Gewinnverschlechterung vorliegt, und stellt jede der doppelten Strichpunktlinien X10 und X11 eine Sensorausgabecharakteristik dar, wenn eine Gewinnverschlechterung vorliegt.
Durch Bereitstellung einer Symmetrie/Asymmetrie-Umschalteinrichtung zum Erzeugen einer Pseudo-Gewinnverschlechterung kann eine für die fette Seite und die magere Seite unterschiedliche Gewinnverschlechterung geeignet simuliert werden. Eine Symmetrie/Asymmetrie-Umschalteinrichtung kann auch zum Erzeugen einer Pseudo-Versatzverschlechterung bereitgestellt sein.
Die Erfindung ist auf einen von einem A/F-Sensor und einem O₂-Sensor, die eine Konzentration von O2 messen, abweichenden Gassensor anwendbar. Zum Beispiel ist die Erfindung auf einen Gassensor eines Hybrid- bzw. Mischtyps anwendbar, der zwei durch feste Elektrolytschichten ausgebildete Zellen umfasst, wobei eine erste Zelle (eine Pumpzelle) von diesen zum Entfernen von Sauerstoff aus einem gemessenen Gas arbeitet, wobei eine zweite Zelle (eine Sensorzelle) von diesen zum Messen einer Konzentration einer speziellen Gaskomponente in dem Gas arbeitet, aus dem Sauerstoff entfernt wurde.
Ein solcher Gassensor des Hybridtyps wird zum Beispiel als ein NOx-Sensor zum Messen einer NOx-Konzentration eines Abgases verwendet. Der Gassensor des Hybridtyps kann ferner eine dritte Zelle (eine Überwachungszelle oder eine zweite Pumpzelle) umfassen, die zum Messen einer verbleibenden Sauerstoffkonzentration des Abgases arbeitet, aus dem Sauerstoff entfernt wurde.
Die Erfindung ist auch auf einen Gassensor zum Messen einer HC-Konzentration oder einer CO-Konzentration anwendbar. Dieser Gassensor ist zum Zerlegen von HC oder CO aus einem gemessenen Gas konfiguriert, aus dem Sauerstoff durch die Pumpzelle entfernt wurde, um eine HC-Konzentration oder eine CO-Konzentration zu messen.
Die Erfindung ist auch anwendbar auf einen Gassensor, der sich in einem Maschinenansaugrohr befindet, einen Gassensor, der zur Steuerung einer von einer Benzinkraftmaschine abweichenden Maschine verwendet wird, wie etwa einer Dieselmaschine, und einen Gassensor, der für etwas anderes als Kraftfahrzeuge verwendet wird.
Die vorstehend erläuterten bevorzugten Ausführungsbeispiele sind beispielhaft für die Erfindung der vorliegenden Anmeldung, die einzig und allein durch die nachstehend anhängenden Patentansprüche dargestellt ist. Es sollte selbstverständlich sein, dass Modifikationen der bevorzugten Ausführungsbeispiele vorgenommen werden können, wie sie einem Fachmann in den Sinn kommen würden.
Der Verschlechterungssimulator wird für einen Gassensor verwendet, der ein Sensorelement mit einer festen Elektrolytschicht und einem Paar Elektroden umfasst, die sich über die feste Elektrolytschicht hinweg gegenüber einander befinden, wobei das Sensorelement ein Sensorausgabesignal mit einem von einer Konzentration eines speziellen Gases in dem Umgebungsgas abhängigen Wert ausgibt. Der Verschlechterungssimulator umfasst eine erste Einstellfunktion eines Ermöglichens eines variablen Einstellens einer Zeitkonstantenverzögerung, die in dem Sensorausgabesignal in Erscheinung tritt, wenn sich eine Konzentration des speziellen Gases ändert, eine zweite Einstellfunktion eines Ermöglichens eines variablen Einstellens einer Totzeitverzögerung, die in dem Sensorausgabesignal in Erscheinung tritt, wenn sich eine Konzentration des speziellen Gases ändert, und eine Additionsfunktion eines Addierens der Zeitkonstantenverzögerung und/oder der Totzeitverzögerung zu dem Sensorausgabesignal, um ein pseudo-verschlechtertes Sensorausgabesignal gemäß einer externen Anweisung zu erzeugen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 3869338 [0004]

Claims

Verschlechterungssimulator für einen Gassensor, der ein Sensorelement mit einer festen Elektrolytschicht und einem Paar Elektroden, die sich über die feste Elektrolytschicht hinweg gegenüber einander befinden, und eine Elementhülle umfasst, die das Sensorelement umgibt und mit einem Lüftungsloch zum Einführen eines Umgebungsgases in das Sensorelement ausgebildet ist, wobei das Sensorelement ein Sensorausgabesignal mit einem von einer Konzentration eines speziellen Gases in dem Umgebungsgas abhängigen Wert ausgibt, mit: einer ersten Einstellfunktion eines Ermöglichens eines variablen Einstellens einer Zeitkonstantenverzögerung, die in dem Sensorausgabesignal in Erscheinung tritt, wenn sich die Konzentration des speziellen Gases ändert; einer zweiten Einstellfunktion eines Ermöglichens eines variablen Einstellens einer Totzeitverzögerung, die in dem Sensorausgabesignal in Erscheinung tritt, wenn sich die Konzentration des speziellen Gases ändert; und einer Additionsfunktion eines Addierens der durch die erste Funktion eingestellten Zeitkonstantenverzögerung und/oder der durch die zweite Funktion eingestellten Totzeitverzögerung zu dem Sensorausgabesignal, um ein pseudo-verschlechtertes Sensorausgabesignal gemäß einer externen Anweisung zu erzeugen.
Verschlechterungssimulator gemäß Anspruch 1, bei dem die erste Einstellfunktion konfiguriert ist, um ein einzelnes Einstellen der Zeitkonstantenverzögerung für einen ersten Fall, bei dem sich eine Konzentration des speziellen Gases erhöht, und einen zweiten Fall, bei dem sich die Konzentration des speziellen Gases verringert, zu ermöglichen, und die zweite Einstellfunktion konfiguriert ist, um ein einzelnes Einstellen der Totzeitverzögerung für den ersten und den zweiten Fall zu ermöglichen.
Verschlechterungssimulator gemäß Anspruch 1, zusätzlich mit einer Umschaltfunktion eines Ermöglichens eines Auswählens zwischen einem symmetrischen Modus, in dem jede der Zeitkonstantenverzögerung und der Totzeitverzögerung wertmäßig zwischen einem ersten Fall, bei dem sich eine Konzentration des speziellen Gases erhöht, und einem zweiten Fall, bei dem sich eine Konzentration des speziellen Gases verringert, symmetrisch ist, und einem asymmetrischen Modus, in dem jede der Zeitkonstantenverzögerung und der Totzeitverzögerung wertmäßig zwischen dem ersten und zweiten Fall asymmetrisch ist.
Verschlechterungssimulator gemäß Anspruch 1, zusätzlich mit einer dritten Einstellfunktion eines Ermöglichens eines variablen Einstellens eines Gewinns des Sensorausgabesignals und einer vierten Einstellfunktion eines Ermöglichens eines variablen Einstellens eines Versatzes des Sensorausgabesignals, wobei die Additionsfunktion konfiguriert ist, um die durch die erste Funktion eingestellte Zeitkonstantenverzögerung, die durch die zweite Funktion eingestellte Totzeitverzögerung, den durch die dritte Einstellfunktion eingestellten Gewinn und/oder den durch die vierte Einstellfunktion eingestellten Versatz zu dem Sensorausgabesignal zu addieren, um ein pseudo-verschlechtertes Sensorausgabesignal zu erzeugen.
Verschlechterungssimulator gemäß Anspruch 1, zusätzlich mit einer dritten Einstellfunktion eines Ermöglichens eines variablen Einstellens eines Gewinns des Sensorausgabesignals und einer vierten Einstellfunktion eines Ermöglichens eines variablen Einstellens eines Versatzes des Sensorausgabesignals, wobei die Additionsfunktion konfiguriert ist, um die durch die erste Funktion eingestellte Zeitkonstantenverzögerung und/oder die durch die zweite Funktion eingestellte Totzeitverzögerung und den durch die dritte Einstellfunktion eingestellten Gewinn und/oder den durch die vierte Einstellfunktion eingestellten Versatz zu dem Ausgabesignal zu addieren, um ein pseudo-verschlechtertes Sensorausgabesignal zu erzeugen.
Verschlechterungssimulator gemäß Anspruch 4, bei dem das Sensorelement eine elektromotorische Kraftzelle umfasst, die als das Sensorausgabesignal ein elektromotorisches Kraftsignal mit einem von einer Konzentration des speziellen Gases abhängigen Wert ausgibt, die erste und die zweite Einstellfunktion so konfiguriert sind, dass der Gewinn oder der Versatz für einen ersten Fall, bei dem eine Konzentration des Umgebungsgases einem Starkgas entspricht, und einen zweiten Fall, bei dem das Umgebungsgas ein Schwachgas ist, einzeln eingestellt wird.
Verschlechterungssimulator gemäß Anspruch 5, bei dem das Sensorelement eine elektromotorische Kraftzelle umfasst, die als das Sensorausgabesignal ein elektromotorisches Kraftsignal mit einem von einer Konzentration des speziellen Gases abhängigen Wert ausgibt, die erste und die zweite Einstellfunktion so konfiguriert sind, dass der Gewinn oder der Versatz für einen ersten Fall, bei dem eine Konzentration des Umgebungsgases einem Stargas entspricht, und einen zweiten Fall, bei dem das Umgebungsgas ein Schwachgas ist, einzeln eingestellt wird.
Verschlechterungssimulator gemäß Anspruch 1, bei dem die erste und die zweite Einstellfunktion so konfiguriert sind, dass ein Maximalwert der Zeitkonstantenverzögerung und/oder ein Maximalwert der Totzeitverzögerung anpassbar ist.
Verschlechterungssimulator gemäß Anspruch 1, zusätzlich mit einer Anormalitätssimulationsfunktion eines Ermöglichens einer Erzeugung eines Pseudo-Sensorausgabesignals, das eine Trennung oder einen Kurzschluss von zu dem Sensorelement führenden Signalleitungen simuliert.
Verschlechterungssimulator gemäß Anspruch 9, zusätzlich mit einer Umschaltfunktion eines Ermöglichens eines Einstellens der Signalleitungen in einen offenen Zustand, einen Energieversorgungskurzschlusszustand, einen Erdschlusszustand oder einen Leitung-Leitung-Kurzschlusszustand.
Verschlechterungssimulator gemäß Anspruch 1, bei dem das Sensorelement einen Heizer umfasst und der Verschlechterungssimulator zusätzlich eine Anormalitätssimulationsfunktion eines Ermöglichens einer Erzeugung eines Pseudo-Signals aufweist, das eine Trennung oder einen Kurzschluss einer zu dem Heizer führenden Energiezuführungsleitung simuliert.
Verschlechterungssimulator gemäß Anspruch 11, zusätzlich mit einer Umschaltfunktion eines Ermöglichens eines Einstellens der Energiezuführungsleitung in einen offenen Zustand, einen Energieversorgungskurzschlusszustand oder einen Erdschlusszustand.
Verschlechterungssimulator gemäß Anspruch 1, bei dem der Gassensor an einem Abgasrohr einer Verbrennungskraftmaschine installiert ist, wobei das Umgebungsgas ein Abgas ist, und der Verschlechterungssimulator zusätzlich eine Funktion eines Korrigierens der durch die erste Funktion eingestellten Zeitkonstantenverzögerung und/oder der durch die zweite Funktion eingestellten Totzeitverzögerung gemäß einem Durchsatz oder einer Strömungsgeschwindigkeit des Abgases aufweist.
Verschlechterungssimulator gemäß Anspruch 1, bei dem der Gassensor an einem Ansaugluftrohr einer Verbrennungskraftmaschine installiert ist, wobei das Umgebungsgas eine Ansaugluft ist, und der Verschlechterungssimulator zusätzlich eine Funktion eines Korrigierens der durch die erste Funktion eingestellten Zeitkonstantenverzögerung und/oder der durch die zweite Funktion eingestellten Totzeitverzögerung gemäß einem Durchsatz oder einer Strömungsgeschwindigkeit der Ansaugluft aufweist.