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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren,
um eine Anomalie eines Gassensors zu diagnostizieren.
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Um
die Menge an CO, NOX und HC, welche in einem
Abgas eines internen Verbrennungsmotors enthalten sind, zu reduzieren,
wird für gewöhnlich eine Technik eingesetzt, bei
welcher die Konzentration eines im Abgas enthaltenen spezifischen
Gases (zum Beispiel die Konzentration von Sauerstoff) detektiert
und das Luft-Treibstoff-Verhältnis einer dem internen Verbrennungsmotor
zugeführten Gasmischung entsprechend der detektierten Konzentration gesteuert
wird. Als ein Gassensor zum Detektieren der Konzentration eines
im Abgas enthaltenen spezifischen Gases wird zum Beispiel eine Lambda-Sonde,
in welcher ein Festelektrolyt als Sensorelement verwendet wird und
dessen Ausgabe einen von zwei Werten (der fette und, beziehungsweise,
magere Zustände darstellt) annimmt, oder ein Vollbereichs-Luft-Treibstoff-Verhältnis-Sensor
verwendet.
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Im
allgemeinen sind diese Gassensoren wie folgt konfiguriert. Ein plattenförmiges
oder stabförmiges Sensorelement ist innerhalb einer zylindrischen, rohrförmigen,
metallischen Hülse derart gehaltert, dass ein Gasdetektionsbereich
an dem Vorderende des Gassensorelements freiliegt, wobei der freiliegende
Bereich mit einer Schutzbedeckung bedeckt ist. An einem Hinterendbereich
sind Elektroden zum Ausgeben eines Signals, welches eine Konzentration eines
Gases darstellt, bereitgestellt und Verbindungsanschlüsse
von Leitungsdrähten sind mit den Elektroden in Kontakt,
um das Signal aus dem Gassensor heraus zu leiten. Herkömmliche
Sensoren solchen Typs sind, beispielsweise, aus der offengelegten
japanischen Patentanmeldung (kokai)
JP 2006-300923 , der offengelegten
japanischen Patentanmeldung (kokai)
JP 2006-308328 , der offengelegten
japanischen Patentanmeldung (kokai)
JP 2006-343317 und der offengelegten
japanischen Patentanmeldung (kokai)
JP
H10-48180 bekannt.
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Wie
oben beschrieben ist, wird das Signal, welches die Konzentration
des Gases darstellt, aus dem Gassensor mittels Kontaktschnittstellen
zwischen den Elektroden des Sensorelements und der Verbindungsanschlüsse
der Leitungsdrähte ausgegeben. Wenn eine der Kontaktschnittstellen
einen Kontaktwiderstand größer oder gleich einer
vorgeschriebenen Höhe aufweist, beeinflusst der Kontaktwiderstand
demzufolge die Ausgabe des Gassensors nachteilig, wodurch es geschehen
kann, dass genaue Messung der Gaskonzentration nicht möglich
ist.
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In
Anbetracht des oben beschriebenen Problems wurde die vorliegende
Erfindung gemacht und es ist ihr Ziel, eine Anomalie eines Gassensors
zu diagnostizieren, wobei die Anomalie durch Kontaktwiderstände
zwischen innerhalb des Gassensors angeordneten Elektroden und Verbindungsanschlüssen hervorgerufen
wird.
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Die
vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das oben beschriebene Problem
wenigstens teilweise zu lösen und kann durch die folgenden
Moden oder Anwendungsbeispiele verwirklicht werden.
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Ein
in Ausführungsformen der Erfindung verwendbarer, Gassensor
kann umfassen: ein Gassensorelement, welches einen Festelektrolyt
und Elektroden zum Ausgeben eines, eine elektrische Charakteristik
des Festelektrolyt darstellendes Signal umfasst; Verbindungsanschlüsse,
welche mit den Elektroden in Kontakt gebracht sind, um das Signal aus
dem Gassensor herauszuleiten; und einen Heizer, um den Festelektrolyt
zu heizen.
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Gemäß Ausführungen
der Erfindung umfasst eine Anomaliediagnosevorrichtung: einen Heizersteuerungsbereich,
welcher konfiguriert ist, um einen Heizer eines Gassensors zu steuern;
einen Messbereich, welcher konfiguriert ist, einen internen Widerstand
des Gassensors zu messen; und einen Diagnosebereich, welcher konfiguriert
ist, den Festelektrolyt durch Steuern des Heizersteuerungsbereichs
zu heizen, den internen Widerstand des Gassensors durch Steuern
des Messbereichs zu messen, und basierend auf einer Zeitabhängigkeit
des internen Widerstands zu bestimmen, ob der Gassensor anomal ist
oder nicht, wobei die Zeitabhängigkeit des internen Widerstands
durch Steuern des Messbereichs während des Heizens des
Festelektrolyt gemessen wird, wobei das Heizen des Festelektrolyt
durch Steuern des Heizersteuerungsbereichs erfolgt.
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Gemäß anderer
Ausführungsformen der Erfindung umfasst ein Verfahren zum
Diagnostizieren einer Anomalie eines Gassensors: Heizen des Festelektrolyt
unter Verwendung des Heizers; Messen eines internen Widerstands
des Gassensors während des Heizens des Festelektrolyt;
und Bestimmen, ob der Gassensor anomal ist oder nicht, auf der Basis
einer Zeitabhängigkeit des während des Heizens
gemessenen internen Widerstands.
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Gemäß beispielhafter
Ausführungsformen der Erfindung kann ein Diagnosebereich
einer Anomaliediagnosevorrichtung dazu konfiguriert sein, wenigstens
einen ersten Widerstandswert und einen zweiten Widerstandswert während
des Heizens des Festelektrolyt zu erhalten, eine erste Zeit zu bestimmen,
bei welcher der erste Widerstandwert während des Heizens
auftrat, eine zweite Zeit zu bestimmen, bei welcher der zweite Widerstandswert
während des Heizens auftrat, und auf der Basis der ersten
und zweiten Zeiten zu bestimmen, ob der Gassensor anomal ist oder
nicht.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform ist die erste Zeit hierin
als eine Zeit zwischen einem Beginnen des Heizens und der Zeit bestimmt, bei
welcher der erste Widerstandswert während des Heizens auftrat.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die zweite
Zeit hierin als eine Zeit zwischen einem Beginnen des Heizens und
der Zeit bestimmt, bei welcher der zweite Widerstandswert während
des Heizens auftrat. Die ersten und zweiten Widerstandswerte können
vorbestimmte Werte sein.
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Gemäß weiterer
beispielhafter Ausführungsformen ist der Diagnosebereich
des weiteren konfiguriert, um basierend auf einem Verhältnis
zwischen der ersten Zeit und der zweiten Zeit zu bestimmen, ob der
Gassensor anomal ist oder nicht.
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Gemäß weiterer
beispielhafter Ausführungsformen kann der Diagnosebereich
auch konfiguriert sein, um auf der Basis eines Vergleichs des Verhältnisses
zwischen der ersten Zeit und der zweiten Zeit mit einem Schwellenwert
zu bestimmen, ob der Gassensor anomal ist oder nicht. Der Schwellenwert kann
ein auf einer ROM gespeicherter vorbestimmter Wert sein.
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Gemäß weiterer
beispielhafter Ausführungsformen ist der erste Widerstandswert
größer als das 1.1-fache des zweiten Widerstandwerts.
Der zweite Widerstandswert kann insbesondere 100 Ω oder
weniger betragen, und der erste Widerstand kann um 250 Ω oder
mehr größer sein als der zweite Widerstand.
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Gemäß weiterer
beispielhafter Ausführungsformen umfasst die Anomaliediagnosevorrichtung weiter
einen Sensortemperaturschätzbereich, welcher konfiguriert
ist, eine Temperatur des Gassensors zu schätzen.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform hierein kann der Sensortemperaturschätzbereich
konfiguriert sein, um die Temperatur des Gassensors auf der Basis
einer Messung der Temperatur eines Kühlwassers des internen
Verbrennungsmotors zu schätzen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform ist die Anomaliediagnosevorrichtung
konfiguriert, einen Prozess zur Bestimmung, ob der Gassensor anomal ist
oder nicht, zu beginnen, wenn eine geschätzte Temperatur
des Gassensors unter einer Schwellentemperatur liegt.
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Eine
Vorrichtung zum Diagnostizieren einer Anomalie eines Gassensors,
wobei der Gassensor umfasst: ein Gassensorelement, welches einen
Festelektrolyt und Elektroden zur Ausgabe eines, eine elektrische
Charakteristik des Festelektrolyt darstellendes Signals umfasst;
Verbindungsanschlüsse, welche mit den Elektroden in Kontakt
gebracht werden, um das Signal aus dem Gassensor herauszuleiten;
und einen Heizer, welcher den Festelektrolyt heizt, umfasst gemäß Ausführungsformen
der Erfindung: einen Heizersteuerungsbereich, welcher den Heizer
des Gassensors steuert; einen Messbereich, welcher ein Detektionssignal
zum Detektieren eines internen Widerstands des Gassensors mittels
den Verbindungsanschlüssen und den Elektroden an den Festelektrolyt
ausgibt und welcher den internen Widerstand des Gassensors auf der
Basis eines Antwortsignals misst, welches mittels der Verbindungsanschlüsse
in Antwort auf die Ausgabe des Detektionssignals eingegeben wird;
und einen Diagnosebereich, welcher den Festelektrolyt unter Verwendung des
Heizersteuerungsbereichs heizt, wobei der Diagnosebereich nach Heizbeginn
eine erste Zeit, welche der durch den Messbereich gemessene interne
Widerstand benötigt, um einen ersten Widerstand zu erreichen,
und eine zweite Zeit erhält, welche der interne Widerstand
benötigt, um einen von dem ersten Widerstand verschiedenen
zweiten Widerstand zu erreichen, und durch Vergleich zwischen einem
vorbestimmten Schwellenwert und einem Verhältnis zwischen
der ersten Zeit und der zweiten Zeit bestimmt, ob der Gassensor
anomal ist oder nicht.
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Gemäß einiger
Ausführungsformen wird Anomaliediagnose in der Anomaliediagnosevorrichtung
des oben beschriebenen Modus auf der Basis des vorbestimmten Schwellenwerts
und des Verhältnisses zwischen den Zeiten ausgeführt,
welche der interne Widerstand des Gassensors benötigt,
um die zwei unterschiedlichen Widerstände nach Heizbeginn
zu erreichen. Da die Anomaliediagnose auf der Basis des Verhältnisses
zwischen den Zeiten ausgeführt wird, welche der interne
Widerstand benötigt, um nach dem Heizbeginn zwei unterschiedliche
Widerstände zu erreichen, kann eine Anomalie des Gassensors,
welche durch Kontaktwiderstände hervorgerufen wird, bei
einer relativ großen Geschwindigkeit exakt diagnostiziert
werden, sogar in dem Fall, in welchem individuelle Unterschiede
von Gassensoren der selben Modelnummer (individuelle Unterschiede,
welche hauptsächlich durch Variationen in der Herstellung
entstehen) Variationen in den ersten und zweiten Zeiten ergeben.
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Gemäß einiger
beispielhafter Ausführungsformen hierin kann der zweite
Widerstand 100 Ω oder weniger betragen und kann der erste
Widerstand um 250 Ω oder mehr größer
sein als der zweite Widerstand. Wenn der Unterschied zwischen dem
ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand 250 Ω oder mehr
beträgt, kann eine durch Kontaktwiderstände hervorgerufene
Anomalie genauer diagnostiziert werden.
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Gemäß einiger
beispielhafter Ausführungsformen kann die Anomaliediagnosevorrichtung
einen Sensortemperaturschätzbereich aufweisen, welcher vor
Beginn des Steuerns des Heizers durch Verwenden des Heizersteuerungsbereichs
schätzt, ob der Gassensor auf eine vorbestimmte Temperatur
oder eine niedrigere Temperatur bezogen auf einen Sensortemperaturparameter
abgekühlt ist und es zulässt, dass der Diagnosebereich
die Diagnose des Gassensors ausführt, wenn der Gassensor
am Sensortemperaturschätzbereich hingegen geschätzt wurde,
dass er auf die vorbestimmte Temperatur oder eine niedrigere Temperatur
abgekühlt ist.
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Gemäß einiger
beispielhafter Ausführungsformen wird die Anomaliediagnose
durch Vergleichen des Verhältnisses der ersten und zweiten
Zeiten mit dem vorbestimmten Schwellenwert ausgeführt und
sogar wenn jene Kontaktwiderstände gleich sind ergeben
sich für das Verhältnis unterschiedliche berechnete
Werte, sofern die Temperatur des Zustands, dem der Gassensor vor
Beginn der Steuerung des Heizers einem Gas ausgesetzt ist, näherungsweise konstant
gehalten werden kann. Es besteht die Möglichkeit, dass
sich daraus eine Abnahme der Genauigkeit der Anomaliediagnose ergibt.
Die Abnahme der Genauigkeit der Anomaliediagnose kann dadurch beschränkt
werden, dass der Sensortemperaturschätzbereich bereitgestellt
und die Ausführung der Gassensordiagnose durch den Diagnosebereich nur
dann zugelassen ist, wenn der Gassensor nach Schätzung
auf die vorbestimmte Temperatur oder eine geringere Temperatur abgekühlt
ist. Der ”Sensortemperaturparameter” kann die
Information in Relation zu der Gassensortemperatur vor dem Beginn der
Steuerung des Heizers sein. Zum Beispiel, wenn ein Abgasrohr eines
internen Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs oder ähnlichem
mit dem Gassensor ausgestattet ist, können eine Wassertemperatur
eines Kühlwassers für einen internen Verbrennungsmotor,
eine Temperatur eines Abgasrohres, eine vom Ende des vorhergehenden
Betriebs eines internen Verbrennungsmotors an vergangene Zeit (eine
Abschaltzeit), den Sensortemperaturparameter darstellen.
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Es
ist zu bemerken, dass die vorliegende Erfindung nicht nur in den
oben beschriebenen Moden (insbesondere in der Form der oben beschriebenen Anomaliediagnosevorrichtung),
sondern auch in anderen Moden (insbesondere in der Form des Anomaliediagnoseverfahrens
für einen Gassensor oder ein Computerprogramm zur Diagnose
einer Anomalie eines Gassensors) durchgeführt werden kann.
Das Computerprogramm kann auf einem für Computer lesbaren
Speichermedium gespeichert sein.
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Messung
des internen Widerstands des Gassensors als Detektionssignal kann
bei der vorliegenden Erfindung weiter durch Mittel, welche den Festelektrolyt
und die Elektroden mit einem Stromsignal versorgen, durchgeführt
sein, so dass das Stromsignal eine zeitliche Änderung aufweist,
und wobei der interne Widerstand basierend auf einer Änderungsmenge
eines Spannungssignals, welches als ein Antwortsignal eingegeben
ist, berechnet wird. Alternativ dazu kann die Messung des internen
Widerstands des Gassensors als das Detektionssignal durch Mittel,
welche den Festelektrolyt und die Elektroden mit einem Spannungssignal
versorgen, durchgeführt sein, so dass das Spannungssignal
eine zeitliche Änderung aufweist, und wobei der interne
Widerstand basierend auf der Änderungsmenge an einem Stromsignal,
welches als ein Antwortsignal eingegeben ist, berechnet wird.
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Ausführungsformen
der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die Figuren illustriert.
Dabei stellt
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1 ein
Blockdiagrammblock dar, welches die Konfiguration einer Anomaliediagnosevorrichtung schematisch
zeigt;
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2 eine
Außenansicht eines Gassensors dar;
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3 eine
Schnittansicht des in 1 dargestellten Gassensors dar;
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4 eine
auseinandergenommene perspektivische Ansicht eines Gassensorelements
dar;
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5 ein
Flussdiagramm eines Anomaliediagnoseverfahrens dar;
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6 einen
Graph dar, welcher eine beispielhafte Änderung in der Temperatur
eines Gassensorelements zeigt;
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7 einen
Graph dar, welcher eine beispielhafte Änderung eines internen
Widerstands mit der Zeit zeigt;
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8 einen
weiteren Graph dar, welcher eine beispielhafte Änderung
eines internen Widerstands mit der Zeit zeigt;
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9 einen
Graph dar, welcher Ergebnisse eines Experiments zeigt, bei welchem
ein Kontaktwiderstand vorsätzlich erzeugt wurde;
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10 einen
Graph dar, welcher Ergebnisse eines Experiments zeigt, welches ähnlich
ist zu dem Experiment, dessen Ergebnisse in 9 dargestellt sind
und welches für eine Mehrzahl an Gassensoren durchgeführt
wurde; und
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11 ein
Flussdiagramm dar, welches ein Anomaliediagnoseverfahren zeigt,
wobei ein Gassensor an einem Abgasrohr eines internen Verbrennungsmotors
angebracht ist.
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Eine
Konfiguration einer Anomaliediagnosevorrichtung, welche in einer
Ausführungsform der Erfindung verwendet werden kann, wird
nachstehend mit Bezug auf 1 illustriert.
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1 stellt
ein Blockdiagram dar, welches eine Konfiguration einer Anomaliediagnosevorrichtung 10 für
einen Gassensor schematisch zeigt. Wie in 1 gezeigt
ist, umfasst die Anomaliediagnosevorrichtung 10 der vorliegenden
Erfindung eine Anomaliediagnoseschaltung 20, welche eine
CPU 21, RAM 22 und ROM 23 aufweist; eine
Heizersteuerungsschaltung 30, welche mit der Anomaliediagnoseschaltung 20 verbunden
ist. Die Anomaliediagnosevorrichtung 10 kann eine Anzeigevorrichtung 40 umfassen,
welche mit der Anomaliediagnoseschaltung 20 verbunden ist.
Drei Sensorleitungsdrähte 193, 194, und 195,
welche sich von dem Gassensor 100 wegerstrecken, sind mit
der Anomaliediagnoseschaltung 20 verbunden und zwei Heizerleitungsdrähte 196 und 197,
welche sich von dem Gassensor 100 weg erstrecken, sind
mit der Heizersteuerungsschaltung 30 verbunden.
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Ein
vorbestimmtes Steuerungsprogramm ist auf der ROM 23 der
Anomaliediagnoseschaltung 20 gespeichert. Die CPU 21 lädt
dieses Steuerungsprogramm in die RAM 22 und führt
es aus, um dadurch das später beschriebene Anomaliediagnoseverfahren
durchzuführen. Durch Ausführen des Steuerungsprogramms
funktioniert die Anomaliediagnoseschaltung 20 wie der Messbereich
und der Diagnosebereich der vorliegenden Erfindung.
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Die
Anzeigevorrichtung 40 zeigt Ergebnisse der für
den Gassensor 100 durch die Anomaliediagnoseschaltung 20 durch geführten
Anomaliediagnose an. Eine jede der verschiedenen Arten von Anzeigevorrichtungen,
solche wie ein Flüssigkristallmonitor, ein CRT-Monitor,
eine LED-Anzeige, können als Anzeigevorrichtung 40 verwendet
werden. Für den Fall, dass die Anomaliediagnosevorrichtung 10 an
einem Fahrzeug angebracht ist, kann eine Warnlampe an der Instrumentenanzeige
als Anzeigevorrichtung verwendet sein.
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Die
Heizersteuerungsschaltung
30 ist eine Schaltung zur Durchführung
der Heizersteuerung (Elektrizitätsversorgungssteuerung)
für ein Heizerelement, welches in den Gassensor
100 aufgenommen
ist. Die Heizersteuerungsschaltung
30 heizt das Heizerelement
gemäß eines An/Aus Signals, welches durch die
Anomaliediagnoseschaltung
20 ausgegeben wird. Es ist zu
bemerken, dass die Heizersteuerung (Elektrizitätsversorgungssteuerung)
für das Heizerelement zum Beispiel von einem Typ sein kann,
wie er aus der offengelegten japanischen Patenanmeldung (kokai)
JP 2003-185626 bekannt
ist. Die Heizersteuerungsschaltung
30, welche zum Aktivieren
eines aus einem Festelektrolytkörper gebildeten Gassensorelements
verwendet wird, wird weiter unten beschrieben.
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Eine
Struktur des Gassensors, welche in einer Ausführungsform
der Erfindung verwendet werden kann, ist nachstehend mit Bezug auf
die 2 und 3 beschrieben.
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2 stellt
eine Außenansicht des Gassensors 100 und 3 stellt
eine Schnittansicht des Gassensors 100 dar. In den 2 und 3 entspricht
die untere Seite entlang einer Richtung einer Achse AX einer Kopfendeseite
und die obere Seite entlang einer Richtung der Achse AX entspricht
einer Fußendeseite. Dieser Gassensor kann als Vollbereichs-Luft-Treibstoff-Verhältnissensor
konfiguriert sein, welcher an einem Abgasrohr angebracht sein kann
und welcher die Konzentration von Sauerstoff in einem Abgas derart
linear detektiert, dass das Luft-Treibstoff-Verhältnis
eines Gasgemisches, durch welches ein interner Verbrennungsmotor
versorgt wird, Feedback gesteuert ist.
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Wie
in 2 und 3 dargestellt ist, umfasst der
Gassensor 100 eine rohrförmige metallische Hülse 110,
welche sich entlang der Richtung der Achse AX erstreckt; ein plattenförmiges
Gassensorelement 120, welches innerhalb der metallischen
Hülse 110 angeordnet ist und sich entlang der
Richtung der Achse AX erstreckt; eine rohrförmige Keramikmanschette 170,
welche innerhalb der metallischen Hülse 110 angeordnet
ist und das darin eingeführte Gassensorelement 120 unterstützt;
und ein Verbindungskörper 180, welcher an der
Fußendeseite des Gassensorelements 120 angebracht
und ausgelegt ist, um das Gassensorelement 120 mit verschiedenen
Leitungsdrähten elektrisch zu verbinden.
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Das
Gassensorelement 120 ist, wie in 3 gezeigt, innerhalb
der metallischen Hülse 110 angeordnet, so dass
sein Kopfendebereich von der metallischen Hülse 110 zu
der Kopfendeseite hin vorsteht und sein Fußendebereich
von der metallischen Hülse 110 zu der Fußendeseite
hin vorsteht. Ein Gasdetektionsbereich 121, welcher zum
Detektieren der im Abgas enthaltenen Sauerstoffkonzentration konfiguriert
ist, und ein Heizerbereich 123, welcher zum Heizen des
Gasdetektionsbereichs 121 konfiguriert ist, sind in dem
Kopfendebereich des Gassensorelements 120 bereitgestellt.
Drei Sensorelektroden (eine Vs-Elektrode 125, eine COM-Elektrode 126 und eine
Ip-Elektrode 127, siehe 4), welche
mit dem Gasdetektionsbereich 121 elektrisch verbunden sind, sind
an einer ersten Plattenfläche 120a eines Fußendebereichs
des Gassensorelements 120 bereitgestellt; und zwei Heizerelektroden 128 und 129 (siehe 4),
welche mit dem Heizerbereich 123 elektrisch verbunden sind,
sind an einer zweiten Plattenfläche 120b des Fußendebereichs
des Gassensorelements 120 bereitgestellt. Die spezielle
Struktur des Gassensorelements 120 wird weiter unten beschrieben.
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Die
metallische Hülse 110 nimmt die Form eines Rohres
an, welches sich entlang der Axialrichtung erstreckt, und ein Stufenbereich 111,
welcher radial nach innen ragt, ist in der metallischen Hülse 110 ausgebildet.
Innerhalb der metallischen Hülse 110 ist ein rohrförmiger,
aus Aluminiumoxid gebildeter Keramikhalter 113, eine erste,
aus Talk-Pulver gebildete, Pulver-gefüllte Schicht 114a,
eine zweite, aus Talk-Pulver gebildete, Pulver-gefüllte
Schicht 115 und die rohrförmige, aus Aluminiumoxid
gebildete Keramikmanschette 170 in dieser Reihenfolge von der
Kopfendeseite zu der Fußendeseite hin angeordnet. Des weiteren
ist ein rohrförmiger Metallbecher 116, welcher
mit dem Gassensorelement 120 zusammen mit dem Keramikhalter 113 und
der ersten Pulver-gefüllten Schicht 114 zusammengefügt
ist, innerhalb der metallischen Hülse 110 angeordnet.
Weiterhin ist ein Crimpring 117 zwischen der Keramikmanschette 170 und
dem Fußendebereich 110k der metallischen Hülse 110 angeordnet.
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Der
Keramikhalter 113 ist innerhalb des Metallbechers 116 angeordnet
und steht an seiner Kopfendeseite mit dem Stufenbereich 111 der
metallischen Hülse 110 mittels des Metallbechers 116 in Eingriff.
Das Gassensorelement 120 durchsetzt den Keramikhalter 113.
Des weiteren sind die Gesamtheit der ersten Pulver-gefüllten
Schicht 114 und ein Bereich der zweiten Pulver-gefüllten
Schicht 115 an der Kopfendeseite davon innerhalb des Metallbechers 116 angeordnet.
Es ist zu bemerken, dass durch die zweite Pulver-gefüllte
Schicht 115 eine Luftabdichtung zwischen der metallischen
Hülse 110 und dem Gassensorelement 120 sichergestellt
ist.
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Die
Keramikmanschette 170 nimmt die Form eines Rohres an, welches
ein sich das Axialloch 170c entlang der Achse AX erstreckendes
rechteckiges Axialloch 170c aufweist und eine rechteckige Öffnung
bildet. Die Keramikmanschette 170 unterstützt das
plattenförmige Gassensorelement 120, welches in
das rechteckige Axialloch 170c eingeführt ist.
Die Keramikmanschette 170 ist innerhalb der metallischen
Hülse 110 durch radial nach Innen biegen des Fußendebereichs 110k der
metallischen Hülse angebracht und der Fußendebereich 110k ist
mittels des Crimprings 117 zu der Fußendeoberfläche
der Keramikmanschette 170 hin gecrimpt.
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Ein
Protektor 101, welcher die Gestalt eines doppelt gewandeten
Rohres annimmt, wobei das Rohr einen geschlossenen Boden aufweist,
ist durch Laserschweißen an dem Kopfende der metallischen Hülse 110 angebracht,
um den Kopfendebereich des Gassensorelements 120, welcher
von der metallischen Hülse weg ragt, zu bedecken. Der Protektor 101 weist
eine Mehrzahl von Einführlöchern 101c auf,
welche an vorbestimmten Positionen zum Einführen von Abgas
in das Innere des Protektors 101 gebildet sind.
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Eine
rohrförmige Metallaußenmanschette 103 ist
durch Laserschweißen an dem Fußende der metallischen
Hülse 110 angebracht. Der Verbindungskörper 180 ist
innerhalb der Metallaußenmanschette 103 angeordnet.
Dieser Verbindungskörper 180 ist aus einem aus
Keramik gebildeten Zwischenstück 181, drei Sensorverbindungsanschlüssen 182, 183, 184,
und zwei Heizerverbindungsanschlüssen 185, 186 gebildet.
Das Zwischenstück 181 nimmt die Sensorverbindungsanschlüsse 182, 183, 184 und
die Heizerverbindungsanschlüsse 185, 186 in
einem isolierten Zustand derart auf, dass die Sensorverbindungsanschlüsse 182, 183, 184 und
die Heizerverbindungsanschlüsse 185, 186 nicht
miteinander in Kontakt kommen.
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Der
Verbindungskörper 180 ist an dem Fußende
des Gassensorelements 120 derart angebracht, dass er von
der oben genannten Keramikmanschette 170 beabstandet ist.
Der Fußendebereich des Gassensorelements 120,
welcher von dem Fußende der Keramikmanschette 170 vor
ragt, ist in eine Öffnung 181c des Separators 181 eingeführt. Die
Sensorverbindungsanschlüsse 182, 183,
und 184 treten mit den Sensorelektroden 125, 126,
und 127 des Gassensorelements 120 elastisch in
Kontakt, wodurch die Sensorverbindungsanschlüsse 182, 183,
und 184 mit den Sensorelektroden 125, 126,
und 127 elektrisch verbunden sind. Des weiteren treten
die Heizerverbindungsanschlüsse 185 und 186 mit
den Heizerelektroden 128 und 129 des Gassensorelements 120 elastisch
in Kontakt, wodurch die Heizerverbindungsanschlüsse 185 und 186 mit den
Heizerelektroden 128 und 129 elektrisch verbunden
sind. Eine vergrößerte Ansicht auf der linken
Seite von 3 zeigt einen Zustand, in welchem
diese Verbindungsanschlüsse mit den Elektroden in Kontakt
sind, welche auf dem Gassensorelement 120 bereitgestellt
sind, so dass das Verstehen des Kontaktzustands vereinfacht wird.
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Ein
drängendes (urging) Metallstück 190, welches
angeordnet ist, um den Verbindungskörper 180 zu
umgeben und eine näherungsweise rohrförmige Gestalt
annimmt, haltert den Verbindungskörper 180 innerhalb
der Metallaußenmanschette 103 in einem Zustand,
in welchem der Verbindungskörper 180 gegen ein
Grommet 191 gedrängt wird, welches später
beschrieben wird.
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Das
Grommet 191, welches aus einem Fluorelastomer gebildet
ist und durch welches drei Sensorleitungsdrähte 193, 194,
und 195 und zwei Heizerleitungsdrähte 196 und 197 durchgeführt
sind, ist innerhalb eines Fußendebereichs der Metallaußenmanschette 103 angeordnet.
Kopfendebereiche der Sensorleitungsdrähte 193, 194,
und 195 sind in den Verbindungskörper 180 eingeführt
und an den Sensorverbindungsanschlüssen 182, 183,
und 184 durch crimpen angebracht, wodurch die Sensorleitungsdrähte 193, 194,
und 195 mit den Sensorverbindungsanschlüsse 182, 183,
und 184 elektrisch verbunden sind. Des weiteren sind Kopfendebereiche der
Heizerleitungsdrähte 196 und 197 in den
Verbindungskörper 180 eingeführt und
an den Heizerverbindungsanschlüssen 185 und 186 durch
crimpen angebracht, wodurch die Heizerleitungsdrähte 196 und 197 mit
den Heizerverbindungsanschlüssen 185 und 186 elektrisch
verbunden sind. Der Sensorleitungsdraht 193 ist mit der
Ip-Elektrode 125 des Gassensorelements 120 mittels
dem Sensorverbindungsanschluss 182 verbunden und der Sensorleitungsdraht 194 ist
mit der COM-Elektrode 126 des Gassensorelements 120 mittels
dem Sensorverbindungsanschluss 183 verbunden. Des weiteren
ist der Sensorleitungsdraht 195 mit der Vs-Elektrode 127 des
Gassensorelements 120 mittels des Sensorverbindungsanschlusses 184 verbunden.
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Eine
Struktur eines Gassensorelements, welche in einer Ausführungsform
der Erfindung verwendet werden kann, wird mit Bezug auf 4 nachstehend
erläutert.
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4 zeigt
eine auseinandergenommene perspektivische Ansicht des Gassensorelements 120.
Das Gassensorelement 120 umfasst ein plattenförmiges
Detektionselement 130, welches sich entlang der Axialrichtung
(Links-Rechts Richtung in 4) erstreckt,
und ein plattenförmiges Heizerelement 160, welches
sich entlang der Axialrichtung erstreckt, wobei das plattenförmige
Detektionselement 130 und das plattenförmige Heizerelement
gestapelt und durch Brennen vereinigt sind. Es ist zu bemerken,
dass die Seite, welche sich in 4 linkerhand befindet,
der Kopfendeseite in 2 und 3 entspricht
und die Seite, welche rechterhand ist, der Fußendeseite
in 2 und 3 entspricht.
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Das
Detektionselement 130 ist aus einer Schutzschicht 131,
einer Pumpzelle 137, einem Abstandstück 145 und
einer elektromotorischen Kraftzelle 150 gebildet, wobei
eine jede davon eine plattenförmige Gestalt annimmt und
in dieser Reihenfolge von der ersten Plattenflächenseite 120a zu
der zweiten Plattenflächenseite 120b hin gestapelt
sind.
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Die
Schutzschicht 131 ist hauptsächlich aus Aluminiumoxid
gebildet. Am Kopfendebereich der Schutzschicht 131 ist
ein poröser Körper 132 gebildet. Die
oben beschriebenen drei Sensorelektroden, insbesondere die Ip-Elektrode 125,
die COM-Elektrode 126 und die Vs-Elektrode 127,
sind an einer ersten Fläche 131a der Schutzschicht 131,
welche die erste Plattenfläche 120a des Gassensorelements 120 bildet,
in der Nähe des Fußendes davon derart gebildet,
dass die drei Sensorelektroden in vorbestimmten Abständen
entlang einer zu der Axialrichtung senkrechten Richtung angeordnet
sind. Wie in 4 durch gestrichelte Linien
angedeutet ist, sind die Ip-Elektrode 125, die COM-Elektrode 126 und
die Vs-Elektrode 127 mit drei Durchgangsleitern 133, 134 und
beziehungsweise 135 verbunden, welche in der Schutzschicht 131 in
der Nachbarschaft des Fußendes davon derart ausgebildet
sind, dass die Durchgangsleiter die Schutzschicht 131 durchsetzen.
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Die
Pumpzelle 137 ist ein Festelektrolytkörper, welcher
hauptsächlich aus Zirkoniumoxid gebildet ist. Zwei Durchgangsleiter 142 und 143 sind
in der Pumpzelle in der Nähe des Fußendes davon
derart gebildet, dass die Durchgangsleiter die Pumpzelle durchsetzen.
Diese Durchgangsleiter 142 und 143 sind mit den
Durchgangsleitern 134 und 135 elektrisch verbunden,
welche in der Schutzschicht 131 ausgebildet sind, um dadurch
zu führen.
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Ein
erster Elektrodenbereich 138, welcher hauptsächlich
aus Pt gebildet ist, ist porös, weist eine rechteckige
Gestalt auf und ist auf einer ersten Fläche 137a (auf
der Oberseite in 4) der Pumpzelle 137 gebildet.
Dieser erste Elektrodenbereich 138 ist mit den Durchgangsleitern 133 elektrisch
verbunden, welche in der Schutzschicht 131 ausgebildet
sind, um dadurch zu führen. Demzufolge ist der erste Elektrodenbereich 138 mit
der Ip-Elektrode 125 mittels der Durchgangsleiter 133 elektrisch
verbunden. Der erste Elektrodenbereich 138 ist mittels
dem in der Schutzschicht 131 bereitgestellten porösen
Körper 132 Abgas ausgesetzt.
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Ein
zweiter Elektrodenbereich 140, welcher hauptsächlich
aus Pt gebildet ist, ist porös, weist eine rechteckige
Gestalt auf und ist an einer zweiten Fläche 137b (auf
der unteren Seite in 4) der Pumpzelle 137 gebildet.
Dieser zweite Elektrodenbereich 140 ist mit dem Durchgangsleiter 142 elektrisch
verbunden, welcher in der Pumpzelle 137 ausgebildet ist,
um dadurch zu führen. Demzufolge ist der zweite Elektrodenbereich 140 mit
der COM-Elektrode 126 mittels der Durchgangsleiter 142 und 134 elektrisch verbunden.
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Das
Abstandstück 145 ist hauptsächlich aus Aluminiumoxid
gebildet und weist eine rechteckige Öffnung an einem Kopfendebereich
davon aus. Die Öffnung bildet eine Gasdetektionskammer 145c, wenn
das Abstandstück 145 mit der Pumpzelle 137 und
der elektromotorischen Kraftzelle 150 zusammengefügt
ist, so dass das Abstandstück 145 zwischen der
Pumpzelle 137 und der elektromotorischen Kraftzelle 150 zwischengelegt
ist. Bereiche von gegenüberliegenden Seitenwänden
der Gasdetektionskammer 145c sind aus porösen
Körpern 146 gebildet, welche Durchtritt von Luft
zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Gasdetektionskammer 145c sicherstellen.
Die porösen Körper 146 sind aus porösem
Aluminiumoxid gebildet. Zwei Durchgangsleiter 147 und 148 sind
in dem Abstandstück 145 in der Nähe des
Fußendes davon derart ausgebildet, dass die Durchgangsleiter
das Abstandstück 145 durchsetzen. Der Durchgangsleiter 147 ist
mit dem zweiten Elektrodenbereich 140 elektrisch verbunden. Des
weiteren ist der Durchgangsleiter 148 mit dem Durchgangsleiter 143 elektrisch
verbunden, welcher in der oben beschriebenen Pumpzelle 137 gebildet ist,
um dadurch zu führen.
-
Die
elektromotorische Kraftzelle 150 ist ein Festelektrolytkörper,
welcher hauptsächlich aus Zirkoniumoxid gebildet ist. Ein
Durchgangsleiter 155 ist in der elektromotorischen Kraftzelle 150 in
der Nähe des Fußendes davon gebildet, so dass
der Durchgangsleiter die elektromotorische Kraftzelle 150 durchsetzt.
Der Durchgangsleiter 155 ist mit dem Durchgangsleiter 148 elektrisch
verbunden, welcher in dem Abstandstück 145 gebildet
ist um dadurch zu führen.
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Ein
dritter Elektrodenbereich 151, welcher hauptsächlich
aus Pt gebildet ist, ist porös, weist eine rechteckige
Gestalt auf und ist an einer ersten Fläche 150a (auf
der oberen Seite in 4) der elektromotorische Kraftzelle 150 gebildet.
Dieser dritte Elektrodenbereich 151 ist mit dem Durchgangsleiter 147 elektrisch
verbunden, welcher in dem Abstandstück 145 gebildet
ist, um dadurch zu führen. Demzufolge ist der dritte Elektrodenbereich 151 mit
der COM-Elektrode 126 mittels dem Durchgangsleiter 147,
dem zweiten Elektrodenbereich 140, dem Durchgangsleiter 142 und
dem Durchgangsleiter 134 elektrisch verbunden. Das heißt,
dass der dritte Elektrodenbereich 151 und der zweite Elektrodenbereich 140,
welche gemeinsam mit der COM-Elektrode 126 verbunden sind,
dasselbe elektrische Potential annehmen.
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Ein
vierter Elektrodenbereich 153, welcher hauptsächlich
aus Pt gebildet ist, ist porös, weist eine rechteckige
Gestalt auf und ist auf einer zweiten Fläche 150b (auf
der unteren Seite in 4) der elektromotorische Kraftzelle 150 gebildet.
Dieser vierte Elektrodenbereich 153 ist mit dem Durchgangsleiter 155 elektrisch
verbunden, welcher in der elektromotorischen Kraftzelle 150 gebildet
ist, um dadurch zu führen. Demzufolge ist der vierte Elektrodenbereich 153 mit
der Vs-Elektrode 127 mittels des Durchgangsleiters 155,
des Durchgangsleiters 148, des Durchgangsleiters 143 und
des Durchgangsleiters 135 elektrisch verbunden.
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Das
Heizerelement 160 umfasst eine erste isolierende Schicht 161 und
eine zweite isolierende Schicht 162, welche aus Aluminiumoxid
gebildet sind, eine plattenförmige Gestalt annehmen und
in dieser Reihenfolge von der ersten Plattenflächenseite 120a zu
der zweiten Plattenflächenseite 120b hin gestapelt
sind. Ein Wärme erzeugender Widerstand 163 und
Heizerleitungsbereiche 164 sind zwischen der ersten isolierenden
Schicht 161 und der zweiten isolierenden Schicht 162 gebildet.
Der Wärme erzeugende Widerstand 163 ist hauptsächlich
aus Pt gebildet, nimmt eine Zickzack Gestalt an, und ist an der Kopfendeseite
angeordnet. Die Heizerleitungsbereiche 164 und 165 sind
mit den gegenüberliegenden Seiten des Wärme erzeugenden
Widerstands 163 verbunden und erstrecken sich zu der Fußendeseite hin.
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Zwei
Durchgangsleiter 166 und 167 sind in der zweiten
isolierenden Schicht 162 in der Nähe des Fußendes
davon derart ausgebildet, dass Leiter 166 und 167 die
zweite isolierende Schicht 162 durchsetzen. Des weiteren
sind die oben beschriebenen zwei Heizerelektroden 128 und 129 auf
einer zweiten Fläche 162b, welche die zweite Plattenfläche 120b des Gassensorelements 120 bildet,
in der Nähe des Fußendes davon derart ausgebildet,
dass die zwei Heizerelektroden entlang einer Richtung senkrecht
zu der Axialrichtung angeordnet sind. Von diesen Heizerelektroden
ist die Heizerelektrode 128 mit dem Heizerleitungsbereich 164 mittels
des Durchgangsleiters 166 elektrisch verbunden. Des weiteren
ist die Heizerelektrode 129 mit dem Heizerleitungsbereich 165 mittels
des Durchgangsleiters 167 elektrisch verbunden.
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Ein
möglicher Betrieb des Gassensors 100 in herkömmlicher
Verwendung wird als Referenz beschrieben, wobei der Gassensor 100 die
oben beschriebene Struktur aufweist. Bei der herkömmlichen Verwendung
des Gassensors 100 bewirkt die Heizersteuerungsschaltung 30 das
Heizen des Heizerelements 160 bis zu einigen Hundert Grad
(beispielsweise 700 bis 800°C), so dass die Pumpzelle 137 und die
elektromotorische Kraftzelle 150 aktiviert werden, und
die elektromotorische Kraftzelle 150 mittels der Vs-Elektrode 127 mit
einem Minutenstrom Icp (beispielsweise um 15 μA) versorgt
wird, so dass der vierte Elektrodenbereich 153 wie eine
Sauerstoffreferenzkammer funktioniert. Wenn das Luft-Treibstoff-Verhältnis
der Atmosphäre innerhalb der Gasdetektionskammer 145c bei
dem stöchiometrischen Verhältnis aufrecht erhalten
wird, wird in diesem Zustand eine Spannung von etwa 450 mV zwischen
der elektromotorischen Kraftzelle 150 und der Sauerstoffreferenzkammer
erzeugt, wobei die Sauerstoffkonzentration in der Sauerstoffreferenzkammer
im wesentlichen konstant gehalten wird. Unter Verwendung einer vorbestimmten
elektrischen Schaltung, welche eine bekannte Konfiguration aufweist,
wird in Anbetracht des oben gesagten der Strom Ip, der die Pumpzelle 137 versorgt,
derart eingestellt, dass die Spannung Vs der elektromotorischen
Kraftzelle 150 etwa gleich 450 mV wird, wodurch das Luft-Treibstoff-Verhältnis
der Atmosphäre innerhalb der Gasdetektionskammer 145c bei
dem stöchiometrischen Verhältnis gehalten wird.
Wenn der Gassensor 100 auf diese Art betrieben wird, kann
die Sauerstoffkonzentration innerhalb des Abgases auf der Basis
des Wertes des Stromes Ip gemessen werden, welcher zum Aufrechterhalten
des stöchiometrischen Verhältnisses des Luft-Treibstoff-Verhältnisses
der Atmosphäre innerhalb der Gasdetektionskammer 145c benötigt
wird. Es ist zu bemerken, dass in dem später beschriebenen
Anomaliediagnoseverfahren solch eine Steuerung zum Detektieren der
Sauerstoffkonzentration nicht ausgeführt wird.
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Ein
Anomaliediagnoseverfahren, welches in einer Ausführungsform
der Erfindung zum Einsatz kommen kann, wird nachstehend beschrieben.
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Das
Anomaliediagnoseverfahren kann zum Diagnostizieren eines Gassensors
verwendet werden, welcher, zum Beispiel, eine Struktur aufweist, die
zu der oben beschriebenen Struktur ähnlich ist, so dass
bestimmt wird, ob der Gassensor anomal ist oder nicht. In einer
Ausführungsform, welche den oben beschriebenen Gassensor 100 verwendet,
bestimmt das Anomaliediagnoseverfahren, ob eine mit der elektromotorischen
Kraftzelle 150 verbundene Vs-Linie anomal ist. Die Vs-Linie bezieht
sich auf einen elektrischen Weg, welcher sich von der Anomaliediagnosevorrichtung 10 wegerstreckt;
erreicht die elektromotorische Kraftzelle 150 mittels des
Sensorleitungsdrahtes 195, des Sensorverbindungsanschlusses 184,
der Vs-Elektrode 127 und des vierten Elektrodenbereichs 153;
und kehrt davon zu der Anomaliediagnosevorrichtung 10 mittels
des dritten Elektrodenbereichs 151, der COM-Elektrode 126,
des Sensorverbindungsanschlusses 183 und des Sensorleitungsdrahtes 194 zurück.
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5 zeigt
ein Flussdiagramm des Anomaliediagnoseverfahrens, welches durch
die durch die Anomaliediagnoseschaltung 20 bereitgestellte
CPU 21 gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung ausgeführt werden kann. Das in 5 gezeigt
Anomaliediagnoseverfahren wird in einer Inspektionsphase einer Produktionslinie
für einen Gassensor 100 ausgeführt und
dieses Anomaliediagnoseverfahren wird in einem Zustand ausgeführt,
in welchem der Gassensor 100 in der Atmosphäre
bei Zimmertemperatur angeordnet und mit der Anomaliediagnosevorrichtung 10 verbunden
ist.
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Wenn
die Ausführung dieses Anomaliediagnoseverfahrens begonnen
wird, steuert die CPU 21 erst die Heizersteuerungsschaltung 30,
so dass das Heizen des Gassensorelement 120 beginnt (Heizersteuerung)
(Schritt S10). Gleichzeitig mit dem Beginn des Heizens des Gassensorelements 120 beginnt die
CPU 21 einen Timer hoch zu zählen. Wenn das Gassensor element 120 geheizt
wird, nimmt die Fließbarkeit der Sauerstoffionen innerhalb
der elektromotorischen Kraftzelle 150 nach und nach zu
und die Impedanz (interne Widerstand) der elektromotorischen Kraftzelle 150 fällt.
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6 stellt
einen Graph dar, welcher ein Beispiel für eine zeitliche Änderung
der Temperatur des Gassensorelement 120 zeigt. 7 stellt
einen Graph dar, welcher ein Beispiel für eine zeitliche Änderung
des internen Widerstands Rpvs der Vs-Linie mit der Heizzeit zeigt.
Je höher die Temperatur des Gassensorelements 120 ist,
insbesondere je niedriger der Widerstand der elektromotorischen
Kraftzelle 150 ist, desto kleiner ist die Zunahme der Temperatur des
Gassensorelements 120 pro Zeiteinheit, wie in diesen Figuren
dargestellt ist. Es ist zu bemerken, dass die elektromotorische
Kraftzelle 150 zum Zeitpunkt des Beginnens des Anomaliediagnoseverfahrens
wie ein Isolator funktioniert, da sich die elektromotorische Kraftzelle 150 auf
Zimmertemperatur befindet. Wie in 7 gezeigt,
ist der interne Widerstand Rpvs der Vs-Linie zum Zeitpunkt des Beginnens
des Anomaliediagnoseverfahrens demzufolge fast unendlich.
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Anschließend
versorgt die CPU
21 die Vs-Linie mit einem Pulsstrom (oder
Pulsspannung), welcher eine Periode von beispielsweise 60 μs
aufweist, als ein vorbestimmtes Detektionssignal, um dadurch den
internen Widerstand Rpvs zu messen, welcher eine elektrische Charakteristik
der Vs-Linie darstellt. Genauer gesagt versorgt die CPU
21 die
Vs-Linie mit einem zeitlichen Pulsstrom (oder Pulsspannung), detektiert
die Änderungsmenge in einer Spannung (oder einem Strom),
welcher mittels der Vs-Linie als ein Antwortsignal ausgegeben wird,
und misst von der detektierten Änderung der Spannung (oder
des Stromes) den interner Widerstand Rpvs der elektromotorische
Kraftzelle
150 und den Wert des Pulsstroms (oder der Pulsspannung).
Es ist zu bemerken, dass die Messung des internen Widerstands Rpvs durch
Verwenden einer herkömmlichen Schaltung zur Detektion eines
internen Widerstands durchgeführt werden kann. Ein Beispiel
für eine solche herkömmliche Schaltung zur Detektion
eines internen Widerstands ist in der offengelegten japanischen
Patentanmeldung (kokai)
JP H10-48180 gezeigt.
Die Schaltung zur Detektion eines internen Widerstands kann separat
von der Anomaliediagnosevorrichtung
10 bereitgestellt sein.
Diese Messung wird in vorbestimmten Intervallen (beispielsweise
in Intervallen von 10 ms) ausgeführt.
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Anschließend
bestimmt die CPU 21, ob der gemessene interne Widerstand
Rpvs auf beispielsweise 400 Ω gefallen ist (Schritt S20).
Wenn die CPU 21 bestimmt, dass der interne Widerstand Rpvs
auf 400 Ω gefallen ist, erlangt die CPU 21 den
Wert des Timers zu der Zeit, als eine erste Aktivierungszeit T1 (siehe 7)
(Schritt S30). Wenn der interne Widerstand Rpvs den beispielhaften
Wert von 400 Ω inzwischen nicht erreicht hat, wiederholt
die CPU 21 die Durchführung des Schrittes S20,
bis der interne Widerstand Rpvs 400 Ω erreicht. Wenn der
Gassensor 100 normal ist, fällt in der beschriebenen
Ausführungsform die erste Aktivierungszeit T1 innerhalb
eines Bereichs von etwa 3 Sekunden bis etwa 8 Sekunden, verändert
sich aber auf Grund seines individuellen Unterschieds.
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Nachdem
die erste Aktivierungszeit T1 erlangt wurde, bestimmt die CPU 21 anschließend,
ob der interner Widerstand Rpvs auf beispielsweise 75 Ω gefallen
ist oder nicht (Schritt S40). Der Grund für die Verwendung
von 75 Ω als ein Bestimmungskriterium in der beschriebenen
Ausführungsform ist, dass zu der Zeit des herkömmlichen
Gebrauchs des Gassensors 100 zum Steuern des Luft-Treibstoff-Verhältnisses
die elektrische Versorgungssteuerung derart durchgeführt
wird, dass der interne Widerstand Rpvs der Vs-Linie (elektromotorische
Kraftzelle 150) gleich dem selben Wert, insbesondere ungefähr
75 Ω in der beschriebenen Ausführungsform, wird.
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Wenn
bestimmt wurde, dass der interne Widerstand Rpvs auf 75 Ω gefallen
ist, erlangt die CPU 21 den Wert des Timers zu dieser Zeit
als eine zweite Aktivierungszeit T2 (siehe 7) (Schritt
S50). Wenn der interne Widerstand Rpvs inzwischen noch nicht 75 Ω erreicht
hat, wiederholt die CPU 21 die Durchführung des
Schrittes S40, bis der interne Widerstand Rpvs 75 Ω erreicht.
Wenn der Gassensor 100 normal ist, fällt die zweite
Aktivierungszeit T2 innerhalb eines Bereichs von etwa 4 Sekunden
bis etwa 12 Sekunden, kann aber auf Grund seines individuellen Unterschieds
variieren. Es ist zu bemerken, dass das Anomaliediagnoseverfahren
wie folgt modifiziert sein kann. Wenn in Schritt S20 oder Schritt
S40 eine Zeit vergeht, welche größer ist als die
obere Grenze des Variationsbereichs der ersten Aktivierungszeit
T1 oder der zweiten Aktivierungszeit T2, bestimmt die CPU 21 zu
diesem Zeitpunkt, dass der Gassensor 100 anomal ist. Insbesondere
kann das Anomaliediagnoseverfahren derart modifiziert sein, dass
wenn in Schritt S20 15 Sekunden vergehen oder in Schritt S40 20
Sekunden vergehen, das Verfahren den Schritt S90 überspringt,
so dass auf der Anzeigevorrichtung 40 eine Nachricht angezeigt
wird, welche angibt, dass der Gassensor 100 anomal ist.
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Nach
Erlangen der zweiten Aktivierungszeit T2, führt die CPU 21 auf
der Basis der ersten und zweiten Aktivierungszeiten T1, T2 eine
Bestimmung durch. Die Bestimmung umfasst eine Berechnung auf der
Basis einer geeigneten Formel, welche T1 und T2 als Parameter einbezieht.
Ein Ergebnis einer solchen Bestimmung wird dazu verwendet, die Anomalie
des Gassensors zu bestimmen. Zum Beispiel kann das Ergebnis der
Bestimmung mit einem geeignet gewählten Schwellenwert zur
Bestimmung der Anomalie des Gassensors verglichen werden. In der beschriebenen
Ausführungsform führt die CPU eine Bestimmung
durch, um ein Aktivierungszeitverhältnis RT (= T2/T1),
welches das Verhältnis der zweiten Aktivierungszeit T2
zu der ersten Aktivierungszeit T1 ist (Schritt S60), und bestimmt,
ob das Aktivierungszeitverhältnis RT kleiner oder gleich
1.6 ist, welches einen vorbestimmten Schwellenwert darstellt (Schritt S70).
Wenn das Aktivierungszeitverhältnis RT kleiner oder gleich
1.6 ist, bestimmt die CPU 21, dass der interne Widerstand
Rpvs der Vs-Linie normal ist und zeigt als ein Ergebnis der Diagnose
(Schritt S80) auf der Anzeigevorrichtung 40 eine Nachricht
an, welche angibt, dass der Gassensor 100 normal ist (OK). Wenn
das Aktivierungszeitverhältnis RT inzwischen größer
als 1.6 ist, bestimmt die CPU 21, dass der interne Widerstand
Rpvs der Vs-Linie anomal ist und zeigt als ein Ergebnis der Diagnose
(Schritt S90) auf der Anzeigevorrichtung 40 eine Nachricht
an, welche angibt, dass der Gassensor 100 anomal ist (NG). Durch
die oben beschriebene Serie von Verfahrensschritten kann die Anomaliediagnosevorrichtung 10 bestimmen,
ob die Vs-Linie des Gassensors 100 anomal ist oder nicht.
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Der
Grund, weshalb die Vs-Linie hier nicht als anomal oder normal auf
der Basis des Verhältnisses der zweiten Aktivierungszeit
T2 zu der ersten Aktivierungszeit T1 (das Aktivierungszeitverhältnis
RT) bestimmt werden kann, wird mit Bezug auf die 8 bis 10 beschrieben. 8 zeigt
Beispiele für die erste Aktivierungszeit T1 und die zweite
Aktivierungszeit T2 in dem Fall, dass zwischen dem Sensorverbindungsanschluss 184 und
der Vs-Elektrode 127 ein Kontaktwiderstand von 30 Ω vorliegt.
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In
dem Fall, dass zwischen dem Sensorverbindungsanschluss 184 und
der Vs-Elektrode 127 ein Kontaktwiderstand von 30 Ω vorliegt,
erreicht der gemessene Widerstand nicht 400 Ω, welches
das Bestimmungskriterium zum Erlangen der ersten Aktivierungszeit
T1 darstellt, bis der interne Widerstand Rpvs auf 370 Ω fällt.
Wie in 8 gezeigt ist, wird in dem Fall, in welchem die
Vs-Linie den Kontaktwiderstand umfasst, die erste Aktivierungszeit
T1 demzufolge um eine Zeit, welche geringer als eine Sekunde ist,
länger, als im Vergleich zu dem Fall, in dem die Vs-Linie
normal ist. Des weiteren erreicht der gemessene Widerstand in dem
Fall, in welchem zwischen dem Sensorverbindungsanschluss 184 und
der Vs-Elektrode 127 ein Kontaktwiderstand von 30 Ω vorliegt,
nicht 75 Ω, welches das Bestimmungskriterium zum Erlangen
der zweiten Aktivierungszeit T2 ist, bis der interne Widerstand
Rpvs auf 45 Ω fällt. Wie in 8 gezeigt,
wird demzufolge die zweite Aktivierungszeit T2 in dem Fall, in welchem
die Vs-Linie den Kontaktwiderstand umfasst, um einige Sekunden länger,
als im Vergleich zu dem Fall, in dem die Vs-Linie normal ist.
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Es
wurde ein Experiment durchgeführt, in welchem ein Pseudokontaktwiderstand
mittels eines vorsätzlich in die Vs-Linie eines Gassensors 100 eingebrachten
Widerstands erzeugt wurde und es wurden die erste Aktivierungszeit
T1 und die zweite Aktivierungszeit T2 gemessen, während
der Kontakt widerstand variiert wurde. 9 zeigt
die Ergebnisse des Experiments. In 9 stellt
die Horizontalachse den vorsätzlich variierten Kontaktwiderstand
dar und die Vertikalachse stellt die erste Aktivierungszeit T1 und
die zweite Aktivierungszeit T2 dar. Wie in 9 gezeigt, ändert
sich die erste Aktivierungszeit T1 nicht sehr, sogar wenn der Kontaktwiderstand
verändert wird; jedoch wird die zweite Aktivierungszeit
T2 mit steigendem Kontaktwiderstand länger.
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Sogar
unter den normalen Gassensoren 100 des in der vorliegenden
Ausführungsform dargestellten Typs, variiert jedoch die
erste Aktivierungszeit T1 innerhalb des Bereichs von 3 Sekunden
bis 8 Sekunden und die zweite Aktivierungszeit T2 variiert innerhalb
des Bereichs von 4 Sekunden bis 12 Sekunden auf Grund von individuellen
Unterschieden davon, wie oben beschrieben wurde. Das heißt,
dass die Anstiege in der ersten Aktivierungszeit T1 und der zweiten
Aktivierungszeit T2, welche in 9 gezeigt
sind, in die Variationsbereiche der Aktivierungszeiten unter den
Gassensoren fallen.
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In
Anbetracht dieser Tatsache wurde das Verhältnis der zweiten
Aktivierungszeit T2 zu der ersten Aktivierungszeit T1 als ein Aktivierungszeitverhältnis
RT auf der Basis der in 9 gezeigten Experimente erhalten. 10 zeigt
die Ergebnisse. Insbesondere wurde eine Mehrzahl an Probegassensoren 100 vorbereitet;
und ein Experiment, ähnlich dem Experiment, dessen Ergebnisse
in 9 gezeigt sind, wurde durchgeführt, um
die Aktivierungszeitverhältnisse RT der Probegassensoren 100 zu
erhalten.
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10 zeigt
die Aktivierungszeitverhältnisse RT der Probegassensoren 100. 10 zeigt
für jede Probe eine Näherungslinie, die Aktivierungszeitverhältnisse
RT verbindet, welchen Werte des Kontaktwiderstands innerhalb des
Bereichs von 0 Ω bis 50 Ω entsprechen. Wie in 10 gezeigt,
fällt die Variation der Aktivierungszeitverhältnisse
RT, welche für die Mehrzahl der Proben erhalten wurden,
in einen relativ engen Bereich.
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Wie
in 10 gezeigt, betrug der Maximalwert der Aktivierungszeitverhältnisse
RT 1.6 in dem Experiment der vorliegenden Ausführungsform, wenn
der Kontaktwiderstand 0 Ω betrug. Ein Kontaktwiderstand,
bei welchem der Minimalwert der Aktivierungszeitverhältnisse
RT zu 1.6 wird, wurde auf der Basis des in 10 gezeigten
Graphen erhalten. Der erhaltene Kontaktwiderstand betrug ungefähr
15 Ω. Das heißt, dass mit Bezug auf Variation
des Aktivierungszeitverhältnisses RT unter den Proben,
der Kontaktwiderstand zu ungleich 0 Ω bestimmt werden kann,
wenn der Kontaktwiderstand 15 Ω oder mehr beträgt.
Ein Gassensor 100, dessen Aktivierungszeitverhältnis
1.6 oder mehr beträgt, kann gemäß bestimmt
sein, in der Vs-Linie einen Kontaktwiderstand von 15 Ω oder
mehr aufzuweisen. In einem solchen Fall bestimmt das oben beschriebene
Anomaliediagnoseverfahren, dass der Gassensor 100 anomal
ist.
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Wenn
im übrigen der interne Widerstand Rpvs der Vs-Linie gemessen
wird, nachdem die elektromotorische Kraftzelle 150 als
Folge eines genügend langen Heizens des Gassensorelements 120 in einen
stabilen aktivierten Zustand eintritt, ist das Vorliegen eines Kontaktwiderstands
durch Vergleich zwischen dem gemessenen internen Widerstand und
einem vorbestimmten Schwellenwerte leicht detektiert. Wie in 6 gezeigt,
benötigt die elektromotorische Kraftzelle 150 in
der beschriebenen Ausführungsform jedoch eine Zeit von
etwa 30 Sekunden bis 60 Sekunden nach dem Beginnen des Heizens,
um in den stabilen aktivierten Zustand einzutreten. Wie in den 8 bis 10 gezeigt,
kann das Anomaliediagnoseverfahren der vorliegenden Ausführungsform Anomaliediagnose
innerhalb von etwa 7 bis 8 Sekunden (oder im längsten Fall
innerhalb von zehn und etwas mehr Sekunden) nachdem Beginnen des
Heizens beenden, sogar wenn die Aktivierungszeiten gemäß der
individuellen Unterschiede der Gassensoren 100 variieren.
Daraus ergibt sich, dass Diagnose zum Bestimmen, ob die Vs-Linie
anomal ist oder nicht, gemäß der vorliegenden
Ausführungsform mit einer praktischen Geschwindigkeit,
beispielsweise in einer Inspektionsphase der Produktionslinie oder
zu der Zeit eines Neustarts eines Fahrzeugs, für den Gassensor 100 durchgeführt
werden kann.
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Es
ist zu bemerken, dass in der vorliegenden Ausführungsform Diagnose
durchgeführt wird, um zu bestimmen, ob die Vs-Linie des
Gassensors 100 anomal ist oder nicht. Jedoch kann eine
Diagnose auf dieselbe Art durchgeführt werden, um zu bestimmen, ob
die Ip-Linie des Gassensors 100 anomal ist oder nicht.
Die Ip-Linie bezieht sich auf einen elektrischen Weg, welcher sich
von der Anomaliediagnosevorrichtung 10 erstreckt, die Pumpzelle 137 mittels
des Sensorleitungsdrahtes 193, des Sensorverbindungsanschlusses 182,
der Ip-Elektrode 127 und des ersten Elektrodenbereichs 138 erreicht,
und davon zu der Anomaliediagnosevorrichtung 10 mittels
des zweiten Elektrodenbereichs 140, der COM-Elektrode 126, des
Sensorverbindungsanschlusses 183 und des Sensorleitungsdrahtes 194 zurückkehrt.
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Das
Flussdiagramm von 5 zeigt das Anomaliediagnoseverfahren,
welches in einer Inspektionsphase einer Produktionslinie für
den Gassensor 100 ausgeführt werden kann. 11 zeigt eine
Flussdiagramm eines Anomaliediagnoseverfahren gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung. Das in 11 dargestellte
Verfahren wird vorzugsweise verwendet, wenn der Gassensor 100 und
die Anomaliediagnosevorrichtung 10 an einem Abgasrohr eines
Fahrzeugs (eines internen Verbrennungsmotors) angebracht sind. Wenn
das in 11 gezeigte Anomaliediagnoseverfahren
durch Ausführen beginnt, wird eine Temperatur des Gassensors geschätzt.
In der illustrierten Ausführungsform wird die Temperatur
wie folgt geschätzt: die CPU 21 liest eine Sensorausgabe
VW von einem Kühlflüssigkeitstemperatursensor
des internen Verbrennungsmotors, nicht in 1 (Schritt
S1) gezeigt, aus. Da eine Korrelation zwischen einer Temperatur
des Kühlwassers des internen Verbrennungsmotors und einer
Temperatur des Gassensors 100 (Gassensorelement 120) besteht,
wird die Sensorausgabe VW, welche auf eine Wassertemperatur des
Kühlwassers bezogen ist, als ein vorbestimmter Parameter
für die Temperatur des Gassensors 100 (Gassensorelement 120)
in dem in 11 gezeigten Anomaliediagnoseverfahren
verwendet. Der Sensortemperaturschätzbereich gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht der
Kombination dieses Schrittes S1 und des als nächsten beschriebenen
Schrittes S5.
-
Und
nachfolgend urteilt die CPU 21, ob die Sensorausgabe VW
niedriger ist als eine vorbestimmte Schwellentemperaturhöhe
TH2 (Schritt S5). Diese Schwellentemperaturhöhe TH2 ist
zu einer Temperatur festgelegt (beispielsweise 30°C oder 40°C),
welche gleichbedeutend ist mit einem kalten Zustand des internen
Verbrennungsmotors. Dies trifft aus dem Grund zu, denn wenn die
Wassertemperatur 30°C oder weniger beträgt, dann
ist die Temperatur des Gassensors 100 (Gassensorelement 120) auch
auf 50°C oder weniger zu senken, demzufolge der interne
Widerstand auch genügend hoch sein sollte. Wenn die Sensorausgabe
VW als niedriger wie eine vorgegebene Schwellentemperaturhöhe TH2
in Schritt S5 beurteilt wird, dann wird die Temperatur des Gassensorelements 120 geschätzt,
als auf die vorbestimmte Temperatur oder eine niedrigere Temperatur
(50°C oder niedriger) abgekühlt und geht dann
zu Schritt S10 über. In Schritt S10 wird eine Heizersteuerungsschaltung 30 gesteuert
und das Heizen des Gassensorelements 120 wird begonnen. Und
nach dem Schritt S10 wird das Verfahren der Schritte S20 bis S90,
genau wie dem in 5 gezeigten Verfahren, ausgeführt.
Da das Verfahren der Schritte S20 bis S90 schon oben beschrieben
wurde, wird es an dieser Stelle nicht mehr beschrieben.
-
Wenn
die Sensorausgabe VW als größer wie die vorbestimmte
Schwellentemperaturhöhe TH2 in Schritt S5 beurteilt wird,
wird die Temperatur des Gassensorelements 120 als größer
oder gleich der vorbestimmten Temperatur beurteilt und geht dann zu
Schritt S95 über. In Schritt S95 wird eine Heizersteuerungsschaltung 30 gesteuert
und das Heizen des Gassensorelements 120 wird begonnen
und dann ist dieses Anomaliediagnoseverfahren abgeschlossen. Wenn
die Sensorausgabe VW als größer als eine Schwellentemperaturhöhe
TH2 beurteilt wird und die Temperatur des Gassensorelements 120 als größer
oder gleich der vorbestimmten Temperatur geschätzt wird,
besteht eine Möglichkeit, dass die Genauigkeit der Anomaliediagnose
des Gassensors 100 unter Verwendung des Aktivierungszeitverhältnisses
RT nicht aufrecht erhalten werden kann.
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Oben
wurde die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben;
die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche Ausführungsform
beschränkt und verschiedene Konfigurationen können
eingesetzt werden, ohne von dem Ziel der Erfindung abzuweichen.
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In
der oben beschriebenen Ausführungsform wird zum Beispiel
die Diagnose durchgeführt, um zu bestimmen, ob der Vollbereichs-Lufttreibstoff-Verhältnissensor
anomal ist oder nicht. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auf
andere Arten von Gassensoren, wie einen Zirkoniumoxid-artigen Sauerstoffsensor
und einen NOX-Sensor, angewendet werden, so
lange die Gassensoren einen Festelektrolyt als Sensorelement verwenden.
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Des
weiteren ist der interne Widerstand, welcher als das Bestimmungskriterium
zum Erlangen der ersten Aktivierungszeit T1 dient, in der oben beschriebenen
Ausführungsform zu 400 Ω festgelegt und der interne
Widerstand, welcher als das Bestimmungskriterium zum Erlangen der
zweiten Aktivierungszeit T2 dient, ist zu 75 Ω festgelegt.
Die Bestimmungskriterien sind jedoch nicht auf diese Widerstände
beschränkt und können zwei andere unterschiedliche
Widerstände sein. Um schnell und genau Diagnose zur Bestimmung
des Vorliegens/nicht Vorliegens einer Anomalie auf der Basis des
Aktivierungszeitverhältnisses RT durchzuführen,
ist der interne Widerstand, welcher als das Bestimmungskriterium
zum Erlangen der zweiten Aktivierungszeit T2 dient, vorzugsweise
zu 100 Ω oder weniger (vorzugsweise ein Wert innerhalb
eines Bereichs von 50 Ω bis einschließlich 100 Ω)
festgelegt und der interne Widerstand, welcher als das Bestimmungskriterium zum
Erlangen der ersten Aktivierungszeit T1 dient, ist zu einem Wert,
welcher um 250 Ω oder mehr größer ist
als der erstgenannte interne Widerstand, in Anbetracht der in den 7 und 8 gezeigten
Sinkrate des internen Widerstands Rpvs festgelegt.
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Die
vorliegende Anmeldung offenbart eine Anomaliediagnosevorrichtung,
welche eine Anomalie eines Gassensors diagnostiziert, wobei die
Anomalie durch Kontaktwiderstands zwischen Elektroden und Verbindungsanschlüssen,
welche innerhalb des Gassensors angeordnet sind, hervorgerufen wird.
Die Anomaliediagnosevorrichtung umfasst einen Heizersteuerungsbereich
zum Steuern eines Heizers innerhalb des Gassensors; einen Messbereich,
welcher ein Detektionssignal zum Detektieren eines internen Widerstands
des Gassensors an einen Festelektrolyt innerhalb des Gassensors
mittels der Verbindungsanschlüsse und der Elektroden innerhalb
des Gassensors ausgibt und welches den internen Widerstand des Gassensors
basierend auf einem Antwortsignal, welches mittels der Verbindungsanschlüsse
in Antwort auf die Ausgabe des Detektionssignals misst; und einen
Diagnosebereich, welcher den Festelektrolyt durch den Heizersteuerungsbereich
heizt, welcher nach dem Beginn des Heizens eine erste Zeit erhält,
welche der interne Widerstand, welcher durch den Messbereich gemessen
wird, benötigt, um einen ersten Widerstand zu erreichen
und eine zweite Zeit, welche der interne Widerstand benötigt,
um einen von dem ersten Widerstand verschiedenen zweiten Widerstand
zu erreichen, und welcher durch Vergleich zwischen einem vorbestimmten
Schwellenwert und einem Verhältnis zwischen der ersten
und zweiten Zeiten bestimmt, ob der Gassensor anomal ist oder nicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2006-300923 [0003]
- - JP 2006-308328 [0003]
- - JP 2006-343317 [0003]
- - JP 10-48180 [0003, 0074]
- - JP 2003-185626 [0042]