DE102011052804A1

DE102011052804A1 - Gassensorsteuervorrichtung, welche die Ausgabecharakteristik eines Gassensors steuert

Info

Publication number: DE102011052804A1
Application number: DE102011052804A
Authority: DE
Inventors: Mikiyasu Matsuoka; Yasuhiro Kawakatsu; Shingo Nakata; Takao Mishima
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-08-19
Filing date: 2011-08-18
Publication date: 2012-02-23
Also published as: US20120043205A1; CN102418613A; CN102418613B; US8702937B2; JP2012063345A; JP5126388B2

Abstract

Eine Gassensorsteuervorrichtung ist vorgesehen, welche einen Betrieb eines Gassensors (16, 17) steuert, welcher aus einem festen Elektrolytkörper (32) und einem Paar von Elektroden (33, 34) aufgebaut ist, um ein Signal auszugeben, welches die Konzentration eines gegebenen Gasbestandteils, welcher im Gas enthalten ist, anzeigt. Die Gassensorsteuervorrichtung weist eine Konstantstromschaltung (27) auf, welche elektrisch mit einer der Elektroden (33, 34) des Gassensors (16, 17) verbunden ist, und dieser einen Konstantstrom zur Verfügung stellt, und eine Steuervorrichtung (25). Die Steuervorrichtung (25) stellt dem Gassensor (16, 17) einen Konstantstrom zur Verfügung, so dass er von einer der Elektroden (33, 34) zu der anderen in einer ausgewählten Richtung fließt, wodurch eine Antwortzeit des Gassensors (16, 17), welche dieser benötigt, um auf eine Änderung in der Konzentration des Gasbestandteiles zu reagieren, geändert wird. Dies führt zu einer erhöhten Genauigkeit beispielsweise beim Steuern bzw. Regeln eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer Mischung für eine interne Verbrennungsmaschine (10) in einem Maschinensteuer- bzw. Regelsystem.

Description

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Vorzüge der Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2010-184372 , welche am 19. August 2010 eingereicht wurde, und der japanischen Patentanmeldung Nr. 2011-117453 , welche am 25. Mai 2011 eingereicht wurde, deren Offenbarungen hierin durch Bezugnahme einbezogen sind.
HINTERGRUND
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Gassensorsteuevorrichtung, welche ausgebildet ist, um eine Ausgabecharakteristik wie beispielsweise eine Antwortzeit bzw. Reaktionszeit eines Gassensors wie benötigt zu verändern.
2. Stand der Technik
Es sind Gassensoren bekannt, welche die Konzentration von Sauerstoff, welcher in Abgas von einer selbstfahrenden Maschine enthalten ist, als repräsentativ für ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis einer Mischung, welche der Maschine zur Verfügung gestellt wird, messen. Beispielsweise arbeiten typische elektromotorische Kraft-O₂-Sensoren, um ein elektrisches Signal auszugeben, welches im Niveau unterschiedlich ist dazwischen, wenn das Abgas reich bzw. fett an Kraftstoff ist und wenn das Abgas arm bzw. mager an Kraftstoff ist. Besonders erzeugt ein solcher Typ von O₂-Sensoren ungefähr 0,9 Volt, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases in einem fetten Zustand ist und ungefähr 0 Volt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem mageren Zustand ist.
Die typischen Gassensoren erfahren normalerweise eine Zeitverzögerung bei einer Reaktion auf eine tatsächliche bzw. gegenwärtige Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, um die Ausgabe zu erzeugen. Die Verbesserung der Zeitverzögerung wurde angestrebt.
Beispielsweise offenbart die japanische Patent-Zweit-Veröffentlichung Nr. 8-20414 einen elektromotorische Kraft-O₂-Sensor, welcher mit einer elektrochemischen Hilfszelle ausgestattet ist. Die elektrochemische Hilfszelle ist mit einer der Elektroden des O₂-Sensors verbunden. Der elektrische Strom wird an die elektrochemische Hilfszelle angelegt, um das so genannte Ionenpumpen durchzuführen, wodurch die Konzentration von zu messendem Gas, d. h. eine λ-Charakteristik (d. h. eine Charakteristik einer elektromotorischen Kraft) in Relation zu dem angewandten Strom verändert wird.
Die Herstellung des elektromotorische Kraft-O₂-Sensors der obigen Veröffentlichung benötigt eine große Abwandlung der Struktur eines typischen O₂-Sensors, was in einer Erhöhung der Herstellungskosten davon resultiert.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist demnach eine Aufgabe, eine vereinfachte Struktur bzw. einen vereinfachten Aufbau einer Gassensorsteuervorrichtung vorzusehen, welche ausgebildet ist, um eine Ausgabecharakteristik eines Gassensors wie beispielsweise eine Antwortzeit bzw. Reaktionszeit, wie benötigt zu verändern.
Gemäß einem Aspekt einer Ausführungsform ist eine Gassensorsteuervorrichtung vorgesehen, welche einen Betrieb eines Gassensors steuert, welcher aus einem festen Elektrolytkörper und einem Paar von Elektroden aufgebaut ist, welche an einer Oberfläche des festen Elektrolytkörpers befestigt sind, um ein Signal auszugeben, welches die Konzentration einer gegebenen Gaskomponente bzw. Gasbestandteils, welche bzw. welcher in dem Gas beinhaltet ist, anzeigt. Die Gassensorsteuervorrichtung weist Folgendes auf: (a) eine Konstantstromschaltung, welche elektrisch mit einer der Elektroden des Gassensors verbunden ist, und der einen der Elektroden einen Konstantstrom zur Verfügung stellt; und (b) eine Steuervorrichtung, welche bestimmt, ob eine Änderungsanfrage zum Ändern einer Ausgabecharakteristik des Gassensors einschließlich einer Antwortzeit, welche der Gassensor benötigt, um auf eine Veränderung in der Konzentration des Gasbestandteils zu reagieren, getätigt ist oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass die Änderungsanfrage getätigt ist, bestimmt die Steuervorrichtung die Richtung, in welcher der Konstantstrom zwischen den Elektroden des Gassensors fließen soll, basierend auf der Änderungsanfrage, und steuert die Konstantstromschaltung, um dem Gassensor den Konstantstrom zur Verfügung zu stellen, so dass der Konstantstrom zwischen den Elektroden in der bestimmten Richtung fließt, um die Ausgabecharakteristik des Gassensors zu ändern.
Wenn der Gasbestandteil sich in seiner Konzentration oder in seiner Komposition bzw. Zusammensetzung verändert hat, können einige Bestandteile, welche in dem Gas unmittelbar vor einer solchen Veränderung enthalten sind, um den Gassensor sesshaft verbleiben, was zu einer Verzögerung in der Änderung im Niveau bzw. Level der Ausgabe des Gassensors in Antwort auf die Änderung in der Konzentration oder der Komposition der Gaskomponente führt (d. h. eine Verzögerung der Antwortzeit des Gassensors). Wie eine derartige Antwortzeitverzögerung berichtigt bzw. beseitigt werden soll, wird als abhängig von anderen Faktoren angesehen.
Die Steuervorrichtung der Gassensorsteuervorrichtung bestimmt, wie obenstehend beschrieben ist, ob die Gassensorsteuervorrichtung in dem Zustand ist, in welchem die Ausgabecharakteristik des Gassensors geändert werden soll bzw. muss oder nicht, in anderen Worten gesagt, ob die Änderungsanforderung getätigt ist oder nicht. Die Steuervorrichtung bestimmt die Richtung, in welche der Konstantstrom zwischen den Elektroden des Gassensors anzuwenden ist, basierend auf der Änderungsanfrage und steuert die Konstantstromschaltung, um den Konstantstrom dem Gassensor zur Verfügung zu stellen, wodurch die Entfernung eines Bestandteils (von Bestandteilen) des Gases anders als der gegebene Bestandteil, welcher in seiner Konzentration gemessen werden soll, bei einer Änderung in der Konzentration des Gasbestandteils beschleunigt oder verlangsamt wird. In anderen Worten gesagt ist die Steuervorrichtung betreibbar, um die Ausgabecharakteristik des Gassensors auf einen erstrebten bzw. erwünschten Wert zu ändern. Zusätzlich ist, wenn die Konzentration des Gasbestandteils nicht verändert wird, die Steuervorrichtung betreibbar, um die Entfernung eines Bestandteils (von Bestandteilen) des Gases zu beschleunigen oder zu verlangsamen, welche unterschiedlich von dem gegebenen Bestandteil ist (sind), welcher gemessen werden soll, in anderen Worten gesagt, welche die Messung der Konzentration des Gasbestandteiles stören, um die Ausgabecharakteristik des Gassensors (beispielsweise den Wert einer Ausgabe) zu ändern. Die Änderung der Ausgabecharakteristik des Gassensors wird mit der Konstantstromschaltung bewerkstelligt, wodurch die Notwendigkeit zum Änderung der Struktur bzw. des Aufbaus des Gassensors und die Notwendigkeit für einen komplizierte Aufbau der Gassensorsteuervorrichtung beseitigt wird.
In dem bevorzugten Modus der Ausführungsform ist der Gassensor ausgebildet, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgas, welches von einer internen Verbrennungsmaschine emittiert wird, als eine Funktion der Konzentration des Gasbestandteils zu messen, und er gibt das Signal, welches das Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, aus. Die Änderungsanfrage ist zum Ändern bzw. Verändern der Ausgabecharakteristik des Gassensors zu wenigstens einer von Zeiten, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases sich von reich zu arm ändert und wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases sich von mager zu fett ändert. Die Steuervorrichtung bestimmt die Richtung, in welcher der Konstantstrom anzulegen ist, um zwischen den Elektroden des Gassensors zu fließen, basierend auf der Änderungsanfrage zum Ändern der Ausgabecharakteristik zu der wenigstens einen der Zeiten, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases sich von fett zu mager ändert und wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases sich von mager zu fett ändert.
Normalerweise ändert sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, welches von der internen Verbrennungsmaschine emittiert wird, zwischen einem fetten Zustand und einem mageren Zustand. Wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem fetten zu dem mageren Zustand ändert, verbleiben fette Bestandteile des Abgases wie beispielsweise HC-Bestandteile, um den Gassensor, was die Reaktion von mageren Bestandteilen wie beispielsweise No_x-Bestandteilen auf bzw. an den Elektroden des Gassensors stören wird. Dies führt zu einer Abnahme in der Antwortfähigkeit bzw. Reaktionsfähigkeit des Gassensors auf die Änderung in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu der mageren Seite.
Um den obigen Nachteil zu verringern, entscheidet die Steuervorrichtung, bei einer Änderung in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem armen Zustand oder zu dem reichen Zustand, ob die Ausgabe des Gassensors verändert werden soll und bestimmt die Richtung, in welcher der Konstantstrom angelegt werden muss, um zwischen den Elektroden des Gassensors zu fließen basierend auf einem Ergebnis der Entscheidung. Die Konstantstromschaltung legt den Konstantstrom an den Gassensor in der bestimmten Richtung an, wodurch die Ausgabecharakteristik auf einen erstrebten Wert geändert wird.
Der Gassensor hat darin eine Referenzgaskammer abgegrenzt bzw. definiert, welche mit einem Referenzgas gefüllt ist. Die Elektroden des Gassensors dienen als eine Abgas-exponierte bzw. dem Abgas ausgesetzte Elektrode, welche dem Abgas ausgesetzt ist, und eine Referenzgas-exponierte bzw. einem Referenzgas ausgesetzten Elektrode, welche dem Referenzgas ausgesetzt ist. Wenn bestimmt ist, dass die Änderungsanfrage zum Ändern der Antwortzeit des Gassensors getätigt ist, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases sich von fett zu mager ändert, steuert die Steuervorrichtung die Konstantstromschaltung, um die Flussrichtung des Konstantstromes so zu orientieren, dass Sauerstoff von der dem Referenzgas ausgesetzten Elektrode der dem Abgas ausgesetzten Elektrode durch den festen Elektrolytkörper hindurch zur Verfügung gestellt wird. Wenn bestimmt ist, dass die Änderungsanfrage zum Ändern der Antwortzeit des Gassensors getätigt ist, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases sich von mager zu fett ändert, steuert die Steuervorrichtung die Konstantstromschaltung, um die Flussrichtung des Konstantstromes so zu orientieren, dass Sauerstoff von der dem Abgas ausgesetzten Elektrode zu der dem Referenzgas ausgesetzten Elektrode durch den festen Elektrolytkörper hindurchzur Verfügung gestellt wird.
Besonders wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von fett zu mager ändert, legt die Konstantstromschaltung den Konstantstrom an, so dass der Sauerstoff von der dem Referenzgas ausgesetzten Elektrode zu der dem Abgas ausgesetzten Elektrode durch den festen Elektrolytkörper hindurch bewegt wird, wodurch die Entfernung der fetten Bestandteile wie beispielsweise HC-Bestandteile, welche sich um die dem Abgas ausgesetzte Elektrode herum befinden, beschleunigt wird, um die Antwortzeit des Gassensors bei einer Veränderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem mageren Zustand zu verbessern. Wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von mager zu fett ändert, legt die Konstantstromschaltung den Konstantstrom an, so dass der Sauerstoff von der dem Abgas ausgesetzten Elektrode zu der dem Referenzgas ausgesetzten Elektrode durch den festen Elektrolytkörper hindurch bewegt wird, wodurch die Entfernung von mageren Bestandteilen bzw. Komponenten wie beispielsweise No_x-Bestandteilen, welche sich um die dem Abgas ausgesetzten Elektrode befinden, um die Antwortzeit des Gassensors bei einer Änderung in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem fetten Zustand zu verbessern.
Die Steuervorrichtung kann auch einen Betriebszustand der internen Verbrennungsmaschine bestimmen und entscheiden, ob die Änderungsanfrage getätigt wird oder nicht basierend auf dem bestimmten Betriebszustand der internen Verbrennungsmaschine.
Normalerweise ändert sich die Ausgabecharakteristik des Gassensors mit einer Änderung in dem Betriebszustand der internen Verbrennungsmaschine. Die Bestimmung, ob die Änderungsanfrage getätigt wird oder nicht wird vorzugsweise basierend auf der Betriebsbedingung der internen Verbrennungsmaschine getätigt.
Die Gassensorsteuervorrichtung kann mit einem Maschinensteuer- bzw. Regelsystem verwendet werden, welches das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Übereinstimmung mit einem Zielwert bringt. Die Steuervorrichtung bestimmt, dass die Änderungsanfrage getätigt wird, um die Antwortzeit des Gassensors bei einem Wechsel in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von reich bzw. fett zu arm bzw. mager zu kürzen, wenn die Betriebsbedingung anzeigt, dass die interne Verbrennungsmaschine in einem hohen Lastzustand ist und steuert die Konstantstromschaltung basierend auf der Änderungsanfrage, um die Antwortzeit des Gassensors zu verringern.
Wenn die interne Verbrennungsmaschine in dem Hochlastzustand läuft, wird die Menge von Frischluft, welche in die interne Verbrennungsmaschine eingesaugt wird groß, so dass eine emittierte Menge der armen bzw. mageren Komponenten bzw. Bestandteile (d. h. der HO_x-Bestandteile) zunimmt. Die Steuervorrichtung verbessert die Antwortzeit des Gassensors bei der Änderung in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu der armen Seite, wodurch die Genauigkeit in der Ausgabe von dem Gassensor sichergestellt wird, welche es dem Maschinensteuer- bzw. Regelsystem ermöglicht, die emittierte Menge der armen Bestandteile zu minimieren.
In dem Fall, in dem die Gassensorsteuervorrichtung mit dem Maschinensteuer- bzw. Regelsystem verwendet wird, welches das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Übereinstimmung mit dem Zielwert bringt, kann die Steuervorrichtung auch bestimmen, dass die Änderungsanfrage getätigt wird, um die Antwortzeit des Gassensors bei einer Änderung in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von arm bzw. mager zu reich bzw. fett zu ändern, wenn der Betriebszustand anzeigt, dass die interne Verbrennungsmaschine in einem kalten Zustand ist, und steuert die Konstantstromschaltung basierend auf der Änderungsanfrage, um die Antwortzeit des Gassensors zu verringern.
Wenn die interne Verbrennungsmaschine in dem kalten Zustand läuft, erhöht das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem die Menge von Kraftstoff, welche in einer Verbrennungskammer der internen Verbrennungsmaschine verbrannt werden soll, so dass die Menge der reichen bzw. fetten zu emittierenden Bestandteile (d. h. der HC-Bestandteile) zunimmt. Die Steuervorrichtung verbessert die Antwortzeit des Gassensors bei der Änderung in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu der reichen bzw. fetten Seite, wodurch die Genauigkeit in der Ausgabe von dem Gassensor sichergestellt wird, welche es dem Maschinensteuer- bzw. Regelsystem ermöglicht, die emittierte Menge der reichen bzw. fetten Bestandteile zu minimieren.
Die Steuervorrichtung kann die Antwortzeit des Gassensors wie benötigt erhöhen oder verlängern.
Beispielsweise kann die Gassensorsteuervorrichtung in einem Maschinensteuer- bzw. Regelsystem eingesetzt werden, welches einen stromaufwärtigen Katalysator aufweist, welcher in einem Abgasrohr angeordnet ist, welches sich von der internen Verbrennungsmaschine erstreckt, einen stromabwärtigen Katalysator, welcher in einem Abschnitt des Abgasrohres angeordnet ist, welcher stromabwärts des stromaufwärtigen Katalysators platziert ist, und den Gassensor, welcher zwischen dem stromaufwärtigen Katalysator und dem stromabwärtigen Katalysator installiert ist. Das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem arbeitet, um den Kraftstoff, welcher der internen Verbrennungsmaschine während des Laufes der internen Verbrennungsmaschine zur Verfügung gestellt werden soll, abzuschneiden und auch um eine fette bzw. reiche Kraftstoffeinspritzoperation basierend auf dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases durchzuführen, wie basierend auf der Ausgabe von dem Gassensor bestimmt ist, um einen Sauerstoffüberschusszustand (d. h. einen extrem armen bzw. mageren Zustand) der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Katalysatoren bei der Fertigstellung des Kraftstoffabschneidens bzw. -abschaltens zu der internen Verbrennungsmaschine zu beseitigen. Die Steuervorrichtung entscheidet, dass die Änderungsanfrage getätigt ist bzw. getätigt wird, um die Antwortzeit des Gassensors bei einer Änderung in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu der reichen bzw. fetten Seite zu erhöhen, wenn die fette Kraftstoffeinspritzoperation durchgeführt wird. Die Konstantstromschaltung stellt dem Gassensor den Konstantstrom zur Verfügung, um die Antwortzeit des Gassensors bei der Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu der reichen bzw. fetten Seite zu verlängern.
Besonders wenn das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem den Kraftstoff zu der internen Verbrennungsmaschine abschneidet, wird es verursachen, dass der stromaufwärtige und der stromabwärtige Katalysator in dem Sauerstoffüberschusszustand (d. h. dem extrem armen bzw. mageren Zustand) platziert sind. Um den Sauerstoffüberschusszustand des stromaufwärtigen und des stromabwärtigen Katalysators zu beseitigen, in anderen Worten gesagt, um den stromaufwärtigen und den stromabwärtigen Katalysator in einen neutralen Zustand zu versetzen, in dem eine angemessene Menge von Sauerstoff in dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Katalysator unmittelbar nach der Vollendung des Kraftstoffabschneidens zu der internen Verbrennungsmaschine bleibt, führt das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem die fette bzw. reiche Kraftstoffeinspritzoperation basierend auf dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases durch. Der Gassensor ist zwischenliegend zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Katalysator angeordnet. Das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem bestimmt, ob sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von der armen bzw. mageren Seite zu dem reichen bzw. fetten Zustand geändert hat basierend auf der Ausgabe von dem Gassensor und beendet dann die fette Kraftstoffeinspritzoperation, wenn bestimmt wird, dass sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem reichen bzw. fetten Zustand geändert hat. Zu bzw. an einem Moment jedoch, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von dem mageren Zustand zu dem fetten Zustand an der Ortlichkeit des Gassensors geändert hat, kann der stromaufwärtige Katalysator bereits neutralisiert geworden sein, der stromabwärtige Katalysator kann jedoch noch in dem Sauerstoffüberschusszustand platziert sein.
Die Gassensorsteuervorrichtung ist betreibbar, um die Antwortzeit des Gassensors bei der Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem fetten Zustand zu erhöhen, wenn die fette Kraftstoffeinspritzoperation durchgeführt wird. Besonders wird eine Verzögerung in der Antwort des Gassensors auf eine aktuelle bzw. tatsächliche Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von dem mageren Zustand zu dem fetten Zustand während der fetten Kraftstoffeinspritzoperation erzeugt. Dies ermöglicht es dem Maschinensteuer- bzw. Regelsystem, die fette Kraftstoffeinspritzoperation zu beenden mit einer Verzögerung, nachdem der stromaufwärtige Katalysator neutralisiert ist, wodurch der stromaufwärtige und der stromabwärtige Katalysator richtig neutralisiert werden und die Stabilität beim Regeln bzw. Steuern der Abgasemissionen unmittelbar nach der Vollendung des Kraftstoffabschneidens zu der Maschine sichergestellt wird.
Die Konstantstromschaltung kann ausgebildet sein, um eine Menge des Konstantstromes zu regulieren, welche an den Gassensor anzulegen ist. Die Steuervorrichtung bestimmt eine Zielmenge des Konstantstromes, welche benötigt wird, um an den Gassensor angelegt zu werden, um einen Grad der Antwortzeit des Gassensors basierend auf der Änderungsanfrage zu ändern. Besonders wenn es notwendig ist, die Antwortzeit bzw. Reaktionszeit des Gassensors zu steuern, um unterschiedlich zu sein zwischen wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis sich in den fetten Zustand ändert und wenn es sich in den mageren Zustand ändert, bestimmt die Steuervorrichtung die Zielmenge des Konstantstromes, der dem Gassensor zur Verfügung zu stellen ist, wie er benötigt wird, um den Grad der Antwortzeit bzw. Reaktionszeit auf einen erwünschten Wert zu ändern.
Wenn die interne Verbrennungsmaschine in einer vorübergehenden Zeitdauer läuft, in welcher eine Last auf die interne Verbrennungsmaschine zunimmt oder in einer Hochlastdauerzustandszeitdauer, in welcher die Last auf die interne Verbrennungsmaschine aufhört zuzunehmen, so dass die interne Verbrennungsmaschine in einem Hochlastzustand ist, bestimmt die Steuervorrichtung, dass die Änderungsanfrage getätigt wird, um die Antwortzeit des Gassensors bei einer Änderung in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von fett zu mager zu kürzen und ändert einen Grad der Antwortzeit des Gassensors in der vorübergehenden Zeitdauer, um kürzer zu sein als diejenige in der Hochlastdauerzustandszeitdauer.
Besonders weist die Zeitdauer, in welcher die Maschine in dem Hochlastzustand läuft, die vorübergehende Zeitdauer auf, in welcher die Last auf die Maschine zunimmt und die Hochlastdauerzustandszeitdauer, in welcher die Last auf die Maschine aufhört zuzunehmen, und die Maschine in dem Hochlastzustand laufend gehalten wird. In einer der vorübergehenden Zeitdauer oder der Hochlastdauerzustandszeitdauer wird die Menge der frischen Luft, welche in die Maschine eingeführt wird, normalerweise groß, so dass die mageren Bestandteile wie beispielsweise die NO_x-Bestandteile zunehmen. Es ist demzufolge ratsam, dass die Antwortzeit des Gassensors beim Ändern des Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem mageren Zustand verkürzt wird, um eine emittierte Menge der mageren Bestandteile zu verringern. Es besteht jedoch die Befürchtung, dass die emittierte Menge der mageren Bestandteile in hohem Maße in der vorübergehenden Zeitdauer zunimmt, verglichen mit der Hochlastdauerzustandszeitdauer. Die Steuervorrichtung ändert demnach die Antwortzeit des Gassensors bei einer Änderung in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von fett zu mager in der vorübergehenden Zeitdauer, um kürzer zu sein als das in der Hochlastdauerzustandszeitdauer. Dies stellt eine Balance beim Emittieren der mageren Bestandteile zwischen der vorübergehenden Zeitdauer und der Hochlastdauerzustandszeitdauer sicher.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird vollständiger aus der detaillierten Beschreibung, welche hierin nachstehend gegeben ist und aus den beigefügten Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung verstanden werden, welche jedoch nicht dazu hergenommen werden sollten, die Erfindung auf die spezifischen Ausführungsformen zu beschränken, sondern nur für den Zweck der Erklärung und des Verständnisses sind.
In den Zeichnungen sind:
1 ein Blockdiagramm, welches ein Maschinensteuer- bzw. Regelsystem, welches mit einer Gassteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ausgestattet ist, veranschaulicht;
2 eine teilweise longitudinale Schnittansicht, welche eine Sensiereinrichtung eines O₂-Sensors zeigt, welcher elektrisch mit der Gassteuervorrichtung verbunden ist, welche in dem Maschinensteuer- bzw. Regelsystem der 1 installiert ist;
3 eine charakteristische Ansicht einer elektromotorischen Kraft, welche ein Beziehung zwischen einer elektromotorischen Kraft, wie sie durch die Sensiereinrichtung der 2 erzeugt wird, und einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgas demonstriert;
4(a) eine teilweise Schnittansicht der Sensiereinrichtung des O₂-Sensors der 2, welche Bestandteile von Abgas demonstriert bzw. zeigt, welche um die Sensiereinrichtung bei einer Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis von fett zu mager verbleiben;
4(b) eine teilweise Schnittansicht der Sensiereinrichtung des O₂-Sensors der 2, welche Bestandteile des Abgases zeigt bzw. demonstriert, welche um die Sensiereinrichtung bei einer Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis von mager zu fett verbleiben;
5 ein Zeitdiagramm, welches eine Beziehung zwischen einem tatsächlichen bzw. aktuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgas und einer Ausgabe des O₂-Sensors der 2 repräsentiert;
6(a) eine teilweise Schnittansicht der Sensiereinrichtung des O₂-Sensors der 2, welche ein Strömen bzw. einen Fluss von Sauerstoff zeigt bzw. demonstriert, wenn ein Konstantstrom an die Sensiereinrichtung angelegt wird, um die Antwortzeit des O₂-Sensors bei einer Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis von fett zu mager zu verbessern;
6(b) eine teilweise Schnittansicht der Sensiereinrichtung des O₂-Sensors der 2, welche einen Fluss bzw. ein Strömen von Sauerstoff zeigt bzw. demonstriert, wenn ein Konstantstrom an die Sensiereinrichtung angelegt ist, um die Antwortzeit des O₂-Sensors bei einer Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis von mager zu fett zu verbessern;
7 eine charakteristische Ausgabeansicht, welche eine elektromotorische Kraft zeigt bzw. demonstriert, wie sie durch den O₂-Sensor der 2 erzeugt wird zum Verbessern der Fett-Antwortzeit und der Mager-Antwortzeit des O₂-Sensors;
8 ein Flussdiagramm eines durch die Gassensorsteuervorrichtung der 1 durchzuführenden Steuerprogramms, um die Antwortzeit des O₂-Sensors der 2 zu ändern;
9(a) ein Zeitdiagramm, welches eine Beziehung zwischen einem tatsächlichen bzw. aktuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgas, einer Ausgabe des O₂-Sensors der 2 und einem Konstantstrom, welcher an den O₂-Sensor angelegt wird, zeigt, wenn die Antwortzeit des O₂-Sensors bei einer Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis von fett zu mager verbessert wird.
9(b) ein Zeitdiagramm, welches eine Beziehung zwischen einem tatsächlichen bzw. aktuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgas, einer Ausgabe des O₂-Sensors der 2 und einen Konstantstrom, welcher an den O₂-Sensor angelegt wird zeigt, wenn die Antwortzeit des O₂-Sensors bei einer Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis von mager zu fett erhöht wird;
10 ein Flussdiagramm eines durch eine Gassensorsteuervorrichtung der zweiten Ausführungsform der Erfindung auszuführenden Antwortsteuerprogramms;
11 ein Zeitdiagramm, welches eine Beziehung zwischen einem aktuellen bzw. tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgas, einer Ausgabe eines O₂-Sensors, und einem Konstantstrom, welcher an den O₂-Sensor in dem Antwortsteuerprogramm der 10 angelegt wird, demonstriert bzw. zeigt;
12(a) eine Ansicht, welche Umweltbedingungen repräsentiert, unter welchen Tests durchgeführt wurden, um eine Änderung in der Antwortzeit eines O₂-Sensors zu evaluieren;
12(b) ein Diagramm, welches Ergebnisse der Tests, welche in 12(a) durchgeführt wurden, zeigt, wenn die Antwortzeit eines O₂-Sensors bei einer Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis von fett zu mager verbessert wird;
12(c) ein Diagramm, welches Ergebnisse der Tests zeigt, welche in 12 (a) durchgeführt wurden, wenn die Antwortzeit eines O₂-Sensors bei einer Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis von mager nach fett verbessert wird;
13(a) ein Diagramm, welches eine Beziehung eines an den O₂-Sensor anzulegenden Konstantstromes zu der Masse der Ansaugluft, welche einer internen Verbrennungsmaschine zur Verfügung gestellt wird, veranschaulicht;
13(b) ein Diagramm, welches eine Beziehung des an den O₂-Sensor anzulegenden Konstantstroms zu der Geschwindigkeit einer internen Verbrennungsmaschine veranschaulicht;
14 ein Zeitdiagramm, welches eine Beziehung zwischen einem tatsächlichen bzw. aktuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgas, einer Ausgabe eines O₂-Sensors und eines Konstantstroms, welcher an den O₂-Sensor angelegt wird, in einer Abwandlung der zweiten Ausführungsform zeigt bzw. demonstriert;
15(a) ein Zeitdiagramm, welches eine Beziehung zwischen einem tatsächlichen bzw. aktuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgas, einer Ausgabe eines O₂-Sensors und eines Konstantstroms, welcher an den O₂-Sensor angelegt wird, in einer anderen Abwandlung der zweiten Ausführungsform zeigt bzw. demonstriert;
15(b) ein Zeitdiagramm, welches eine Zeit bzw. einen Zeitpunkt zeigt, zu welchem bzw. welcher ein an den O₂-Sensor anzulegender Konstantstrom in einer anderen Abwandlung der zweiten Ausführungsform;
15(c) ein Zeitdiagramm, welches eine Zeit bzw. einen Zeitpunkt zeigt, zu welchem bzw. welcher ein an den O₂-Sensor anzulegender Konstantstrom in einer anderen Abwandlung der zweiten Ausführungsform, und
16 eine transversale bzw. querverlaufende Schnittansicht, welche eine Abwandlung eines O₂-Sensors zur Verwendung mit einer Gassensorsteuervorrichtung veranschaulicht.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bezug nehmend auf die Zeichnungen, in welchen gleiche Bezugszahlen bzw. Bezugszeichen sich auf gleiche Teile in verschiedenen Ansichten beziehen, insbesondere Bezug nehmend auf 1 ist ein Maschinensteuer- bzw. Regelsystem gemäß der ersten Ausführungsform gezeigt, welches aufgebaut bzw. ausgelegt ist, um Ausgaben von Gassensoren zu überwachen, welche in einem Abgasrohr einer internen Verbrennungsmaschine, welche in einem selbstfahrenden Fahrzeug montiert sind, um einige Maschinensteuer- bzw. Regelaufgaben durchzuführen. Das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem ist mit einer Gassensorsteuervorrichtung ausgestattet und weist eine elektronische Steuer- bzw. Regeleinheit (ECU) 25 auf, um die Menge des in eine interne Verbrennungsmaschine 10 zu sprühenden Kraftstoffs (beispielsweise ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis einer Mischung, welche der Maschine 10 zur Verfügung gestellt werden soll), den Zündzeitpunkt des Kraftstoffes etc. zu regeln bzw. zu steuern.
Die Maschine 10 ist eine Benzinmaschine und mit einem elektronisch gesteuerten Drosselventil 11, Kraftstoffinjektoren bzw. Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 12 (für die Kürze der Darstellung ist nur einer gezeigt) und einer Zündeinrichtung (d. h. eine Zündvorrichtung bzw. ein Zündstift) 13 ausgestattet. Das Abgasrohr 14, welches sich von der Maschine 10 erstreckt, hat darin katalytische Umwandler 15a und 15b installiert, welche als eine Abgasemissionssteuereinrichtung arbeiten. Jeder der katalytischen Umwandler 15a und 15b weist 3-Wege-Katalysatoren bzw. einen 3-Wege-Katalysator auf. Der katalytische Umwandler 15a dient als ein erster Katalysator (auf welchen auch Bezug genommen wird als ein stromaufwärtiger Katalysator), welcher stromaufwärts des Abgasrohres 14 platziert ist, während der katalytische Umwandler 15b als ein zweiter Katalysator (auf welchen auch Bezug genommen wird als stromabwärtiger Katalysator) dient, welcher in einem Abschnitt des Abgasrohres 14 installiert ist, welcher stromabwärts des ersten Katalysators 15a platziert ist. Auf die katalytischen Umwandler 15a und 15b wird untenstehend auch Bezug genommen werden als den ersten und den zweiten Katalysator 15a und 15b. Das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem weist auch einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis(A/F = Air/Fuel = Luft/Kraftstoff)-Sensor 16 und einen O₂-Sensor 17 auf. Der A/F-Sensor 16 ist in einem Abschnitt des Abgasrohres 14 installiert, welcher stromaufwärts des ersten Katalysators 15a platziert ist. Der O₂-Sensor ist zwischen dem ersten und dem zweiten Katalysator 15a und 15b angeordnet, d. h. stromaufwärts des zweiten Katalysators 15b und stromabwärts des ersten Katalysators 15a. Der A/F-Sensor 16 arbeitet, um ein elektrisches Signal auszugeben, welches im Wesentlichen proportional im Niveau zu einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgas ist, welches durch das Abgasrohr 14 fließt. Es möge Beachtung finden, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Mischung proportional zu der Konzentration von Sauerstoff in dem Abgas ist und demnach wird darauf in dem Feld der Maschinenregelung bzw. -steuerung gewöhnlicherweise Bezug genommen als das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases. Der O₂-Sensor 17 arbeitet, um ein elektrisches Signal in der Form einer elektromotorischen Kraft auszugeben, welche im Niveau unterschiedlich ist dazwischen, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases in dem reichen bzw. fetten Zustand ist und wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem armen bzw. mageren Zustand ist.
Das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem weist auch einen Drosselorgan- bzw. Drosselklappen- bzw. Drosselventilpositionssensor 21, einen Kurbelwinkelsensor 22, einen Lufteintritts- bzw. Ansaugluftströmungssensor 23 und einen Kühlmitteltemperatursensor 24 auf. Der Drosselventilpositionssensor 21 misst die Position eines Drosselventils 11, welche den Grad repräsentiert, zu welchem das Drosselventil 11 geöffnet ist. Der Kurbelwinkelsensor 22 gibt ein rechtwinkliges Signal (d. h. ein Pulssignal) beispielsweise jede 30° der Drehung einer Kurbelwelle der Maschine 10 aus. Der Ansaugluftströmungssensor 23 misst die Strömungsrate von in die Maschine 10 zu saugender Ansaugluft. Der Kühlmitteltemperatursensor 24 misst die Temperatur des Kühlmittels der Maschine 10. Das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem weist auch einen Verbrennungsdrucksensor, einen Gaspedalpositionssensor, einen Öltemperatursensor, etc. auf, welche alle nicht gezeigt sind. Der Verbrennungsdrucksensor misst den Druck in einer Verbrennungskammer der Maschine 10, in welcher Kraftstoff verbrannt wird. Der Gaspedalpositionssensor misst die Position des Gaspedals (nicht gezeigt), in anderen Wort gesagt eines Fahrzeugführers Kraftaufwand auf das Gaspedal. Der Öltemperatursensor misst die Temperatur von Schmieröl in der Maschine 10. Diese Sensoren sehen Ausgaben an die ECU 25 als die Betriebsbedingungen der Maschine 10 repräsentierend vor.
Die ECU 25 ist durch einen typischen Mikrocomputer implementiert, welcher aus einer CPU (CPU = Central Processing Unit = Zentrale Verarbeitungseinheit), einem ROM (ROM = Read Only Memory = Lesespeicher), einem RAM (RAM = Random Access Memory = Schreibe-Lesespeicher) etc. aufgebaut ist, und führt Steuer- bzw. Regelprogramme aus, welche in dem ROM gespeichert sind, um die Steuer- bzw. Regeltasks bzw. -aufgaben für die Maschine 10 als eine Funktion der Betriebsbedingungen der Maschine 10 auszuführen. Besonders überwacht die ECU 25 die Ausgaben von den obigen Sensoren, um eine Zielmenge von in die Maschine 10 einzuspritzenden Kraftstoffs und den Zündzeitpunkt des Kraftstoffes in der Maschine 10 zu berechnen und die Gassensorsteuervorrichtung steuert den Betrieb des Kraftstoffinjektors 12 und der Zündeinrichtung 13.
Die ECU 25 führt einen Einspritzmengensteuer- bzw. -regeltask bzw. eine Einspritzmengensteuer- bzw. -regelfunktion in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsmodus durch unter Verwendung von Ausgaben von dem A/F-Sensor 16 und dem O₂-Sensor 17. Besonders bringt die ECU 25 ein aktuelles bzw. tatsächliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, wie es durch den A/F-Sensor 16 gemessen wird, in Übereinstimmung mit einem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wie es als eine Funktion der Betriebsbedingungen der Maschine 10 berechnet ist, und zwar in einem Hauptrückkopplungsmodus und führt auch einen Unter-Rückkopplungsmodus unter Verwendung der Ausgabe des O₂-Sensors 17 durch. Beispielsweise bringt die ECU 25 das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Übereinstimmung mit einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Unter-Rückkopplungsmodus.
Der O₂-Sensor 17 ist mit einer becherförmigen Sensiereinrichtung 31 ausgestattet, wie in 2 veranschaulicht ist. 2 ist eine longitudinale Schnittansicht der Sensiereinrichtung 31. Obwohl nicht veranschaulicht, ist die Sensiereinrichtung 31 in einem hohlen Gehäuse angeordnet und von einer Abdeckung oder einer Abdeckungsanordnung ummantelt. Der O₂-Sensor ist, wie obenstehend beschrieben ist, an bzw. auf der Abgasleitung 14 montiert, wobei die Sensiereinrichtung 31 dem Abgas, welches durch das Abgasrohr 14 strömt, ausgesetzt ist.
Die Sensiereinrichtung 31 weist, wie aus 2 gesehen werden kann, einen festen Elektrolytkörper 32 auf, welcher im Querschnitt von einer U-Form ist, auf und bildet eine Zwischenlage, eine dem Abgas ausgesetzte Elektrodenlage 33 und eine Luft ausgesetzte Elektrodenlage 34. Die dem Abgas ausgesetzte Elektrodenschicht 33 dient als eine dem Abgas ausgesetzte Elektrode, welche eine äußere Oberfläche der Sensiereinrichtung 31 hat. Die der Luft ausgesetzte Elektrodenschicht 34 dient als eine der Luft ausgesetzte Elektrode, welche eine innere Oberfläche der Sensiervorrichtung 31 hat, welche eine innere Luftkammer 35 definiert bzw. begrenzt. Der feste Elektrolytkörper 31 ist durch ein Sauerstoff-Eisen-leitfähiges, gesintertes Oxid gebildet, welches aus ZrO₂, HfO₂, ThO₂, und Bi₂O₃ gebildet ist, in welches CaO, MgO, Y₂O₃ und Yb₂O₃ als Stabilisierer gemischt sind. Die dem Abgas ausgesetzte Elektrodenschicht 33 und die der Luft ausgesetzte Elektrodenschicht 34 sind jeweils aus einem Edelmetall wie beispielsweise Platin gefertigt, welches in der katalytischen Aktivität höher ist und chemisch mit einem porösen Film bzw. einer porösen Schicht plattiert. Die Elektrodenschichten 33 und 34 arbeiten als ein Paar von Sensorelektroden. Der feste Elektrolytkörper 32 definiert bzw. begrenzt darin die Luftkammer 35, in welcher ein Heizer 36 angeordnet ist, um thermische Energie zu erzeugen, welche groß genug ist, um die gesamte Sensiereinrichtung 31 auf eine aktivierbare Temperatur zu heizen bzw. zu erwärmen. Die aktivierbare Temperatur ist die Temperatur, bei welcher der O₂-Sensor 17 aktiviert wird, um ordnungsgemäß zu arbeiten, beispielsweise 350°C bis 400°C. Die frische Luft wird der Luftkammer 35 zur Verfügung gestellt, so dass die Konzentration von Sauerstoff auf einem bekannten Wert in der Luftkammer 35 gehalten wird. In anderen Worten gesagt wird die frische Luft als ein Referenzgas verwendet, dessen Sauerstoffkonzentration bekannt ist. Die der Luft ausgesetzte Elektrodenschicht 34 arbeitet demnach als eine dem Referenzgas ausgesetzte Elektrode.
Der feste Elektrolytkörper 32 ist an der äußeren Oberfläche davon dem Abgas ausgesetzt, welches durch das Abgasroh 14 strömt und an der Innenoberfläche davon der Luft in der Luftkammer 35. Die elektromotorische Kraft wird zwischen der dem Abgas exponierten Elektrodenschicht 33 und der der Luft exponierten Elektrodenschicht 34 erzeugt als eine Funktion einer Differenz in der Sauerstoffkonzentration (d. h. einem Partialdruck von Sauerstoff) zwischen dem Abgas und der Luft. Besonders entwickelt die Sensiereinrichtung 31 die elektromotorische Kraft, welche eine Potentialdifferenz dazwischen ist, wenn das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Abgases fett ist und wenn dieses mager ist. Der O₂-Sensor 17 gibt die elektromotorische Kraft in der Form eines elektrischen Signals aus, um die ECU 25 zu informieren bzw. davon in Kenntnis zu setzen, dass das Abgas, welches nun durch das Abgasrohr 14 strömt, in dem fetten Zustand oder dem mageren Zustand ist.
3 ist eine charakteristische Ansicht einer elektromotorischen Kraft, welche die elektromotorische Kraft demonstriert bzw. zeigt, wie sie durch die Sensiereinrichtung 31 erzeugt wird, und das A/F-Verhältnis des Abgases der Maschine 10. Die horizontale Achse repräsentiert ein Luftüberschussverhältnis λ. λ = 1 zeigt das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis an. Eine durchgezogene Linie zeigt die elektromotorische Kraft an, wie sie durch die Sensiereinrichtung 31 erzeugt wird. Die Darstellung zeigt, dass sich die elektromotorische Kraft im Niveau schnell in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ändert. Besonders in einem fetten Bereich, in dem das Luftüberschussverhältnis λ kleiner ist als eins (1), wird die elektromotorische Kraft ungefähr 0,9 Volt betragen, während in einem mageren Zustand, in dem das Luftüberschussverhältnis λ größer ist als eins (1), wird die elektromotorische Kraft 0 Volt betragen.
Zurückkommend auf 2 ist die dem Abgas exponierte Elektrodenschicht 33 der Sensiereinrichtung 31 mit Masse bzw. Erde verbunden. Die der Luft ausgesetzte Elektrodenschicht 34 ist mit einem Mikrocomputer 26 verbunden. Die elektromotorische Kraft, wie sie als eine Funktion des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (d. h. Konzentration von Sauerstoff) in dem Abgas erzeugt wird, wird in der Form eines elektrischen Signals an dem Mikrocomputer 26 ausgegeben. Der Mikrocomputer 26 ist beispielsweise in der ECU 25 installiert und dient dazu, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis basierend auf der Ausgabe der Sensiereinrichtung 31 zu berechnen. Der Mikrocomputer 26 berechnet auch die Geschwindigkeit der Maschine 10 und die Menge (d. h. die Flussrate bzw. die Strömungsrate) von Ansaugluft, welche der Maschine 10 zur Verfügung gestellt wird, unter Verwendung der Ausgaben von den Sensoren, wie obenstehend beschrieben ist.
Wenn die Maschine 10 läuft, ändert sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases manchmal sukzessive zwischen dem fetten und dem mageren Zustand. Wenn die Rate oder die Geschwindigkeit, unter welcher der O₂-Sensor 17 auf solch eine Änderung in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases antwortet bzw. reagiert, niedrig ist, kann dies zu einem Performance-Abfall bzw. Leistungsabfall der Maschine 10 führen. Beispielsweise führt es zu einer unerwünschten Zunahme in der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, wenn die Maschine 10 unter Hochlastbedingungen läuft.
Die Antwortfähigkeit (d. h. die Antwortzeit oder -geschwindigkeit) des O₂-Sensors 17, wenn das tatsächliche bzw. aktuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zwischen dem fetten Zustand und dem mageren Zustand umschaltet, wird unterstehend beschrieben werden.
Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, welches von der Maschine 10 emittiert wird (stromabwärts des ersten Katalysators 15a) sich zwischen der fetten und der mageren Seite ändert, involviert es gewöhnlicherweise eine Änderung in der Bestandteilszusammensetzung des Abgases. Einige Bestandteile, welche in dem Abgas unmittelbar vor der Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses beinhaltet sind, verbleiben gewöhnlicherweise anwesend, was zu einer Verzögerung in der Änderung im Niveau der Ausgabe des O₂-Sensors 17 in Antwort auf die Änderung in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases (d. h. einer Antwortzeitverzögerung des O₂-Sensors 17) führt. Besonders verbleiben, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der fetten zu der mageren Seite ändert, wie in 4(a) gezeigt, fette Bestandteile des Abgases wie beispielsweise HC-Bestandteile in der Nähe der abgasseitigen Elektrodenschicht 33, welche die Reaktion von mageren Bestandteilen wie beispielsweise No_x-Bestandteilen an bzw. auf den Sensorelektroden (d. h. den Elektrodenschichten 33 und 34) stören. Dies führt zu einer Verringerung in der Antwortfähigkeit der Ausgabe des O₂-Sensors 17 auf die Änderung in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu der mageren Seite.
Wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases wie in 4(b) veranschaulicht ist, von der mageren Seite zu der fetten Seite ändert, verbleiben die mageren Bestandteile des Abgases wie beispielsweise NO_x in der Nähe der abgasseitigen Elektrodenschicht 33, welche die Reaktion der fetten Bestandteile wie beispielsweise HC an bzw. auf den Sensorelektroden (d. h. den Elektrodenschichten 33 und 34) stören. Dies führt zu einer Verringerung in der Antwortfähigkeit der Ausgabe des O₂-Sensors 17 auf die Änderung in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu der fetten Seite.
5 ist ein Zeitdiagramm, welches eine Änderung in der Ausgabe des O₂-Sensors 17 zeigt.
Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases sich zwischen dem fetten und dem mageren Zustand ändert, wird es verursachen, dass sich die Ausgabe des O₂-Sensors 17 zwischen 0,9 Volt (d. h. fett) und 0 Volt (d. h. mager) ändert. Die Ausgabe des O₂-Sensors 17 hat eine Verzögerung in der Antwort auf eine Veränderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen der fetten und der mageren Seite. In dem Beispiel der 5 verändert sich die Ausgabe des O₂-Sensors 17 mit einer Verzögerung von TD1, nachdem sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von fett zu mager ändert, während es sich mit einer Verzögerung von TD2 ändert, nachdem sich das Abgas von mager zu fett ändert.
Um die obige Antwortzeitverzögerung zu verringern, ist die Gassensorsteuervorrichtung dieser Ausführungsform ausgebildet, um auszuwerten, ob angefordert wurde bzw. angefragt wurde, dass die Antwortzeit des O₂-Sensors wenigstens für eines davon wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu der mageren Seite ändert und wenn es sich zu der fetten Seite ändert, geändert wird oder nicht, und, falls dies bestätigend ist, um den Konstantstrom zu steuern, wie später im Detail beschrieben werden wird, um die Anwortzeit des O₂-Sensors 17 zu regulieren. Die Regulierung der Antwortzeit wird durch ein Durchführen des elektrischen Stromes durch die Sensorelektroden (d. h. die Elektrodenschichten 33 und 34) in einer ausgewählten Richtung erreicht.
Besonders weist das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem, wie in 2 veranschaulicht ist, eine Konstantstromschaltung 27 auf, welche elektrisch mit der der Luft ausgesetzten Elektrodenschicht 34 des O₂-Sensors 17 verbunden ist. Der Mikrocomputer 26 steuert einen Betrieb der Konstantstromschaltung 27, um einen konstanten Strom Ics an den O₂-Sensor 17 anzulegen. Der Mikrocomputer 26 berechnet die Menge des Konstantstroms Ics, welcher an die Sensorelektroden angelegt werden soll, und die Richtung, in welcher der Konstantstrom Ics von der dem Abgas exponierten Elektrodenschicht 33 zu der der Luft exponierten Elektrodenschicht 34 oder umgekehrt fließen muss.
Genauer ist die Konstantstromschaltung 27 ausgebildet, um den Konstantstrom Ics an die der Luft ausgesetzten Elektrodenschicht 27 in jeder von entgegengesetzten Richtungen anzulegen und auch um den Konstantstrom Ics zu verändern. Der Mikrocomputer 26 ist in der Lage, den Konstantstrom Ics in einem PWM(Pulsweitenmodulations-)Modus, (PWM = Pulse-Width-Modulation) durch die Konstantstromschaltung 27 zu ändern. Die Konstantstromschaltung 27 reguliert den Konstantstrom Ics basierend auf einem Tastverhältnis bzw. einer Arbeitszyklusdauer eines Pulssignals, welches von dem Mikrocomputer 26 ausgegeben wird, und stellt ihn der dem Abgas exponierten Elektrodenschicht 33 und der der Luft exponierten Elektrodenschicht 34 zur Verfügung.
In der folgenden Diskussion wird auf den Konstantstrom Ics, welcher von der dem Abgas ausgesetzten Elektrodenschicht 33 zu der der Luft ausgesetzten Elektrodenschicht 34 fließt, Bezug genommen als negativer Konstantstrom –Ics, während auf den Konstantstrom Ics, welcher von der der Luft ausgesetzten Elektrodenschicht 34 zu der dem Abgas ausgesetzten Elektrodenschicht 33 fließt, Bezug genommen wird als ein positiver Konstantstrom +Ics.
Wenn es notwendig ist, die Antwortgeschwindigkeit zu erhöhen, in anderen Worten gesagt, die Antwortzeit des O₂-Sensors 17 zu verringern, welche benötigt wird, um auf eine Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von fett zu mager zu reagieren (worauf auch Bezug genommen wird als eine magere Sensitivität oder eine magere Antwortzeit), legt der Mikrocomputer 26 den Konstantstrom Ics (d. h. den negativen Konstantstrom –Ics) wie in 6(a) veranschaulicht ist an, so dass Sauerstoffmoleküle (O₂) sich von der der Luft exponierten Elektrodenschicht 34 zu der dem Abgas exponierten Elektrodenschicht 33 durch den festen Elektrolytkörper 32 bewegen. Die Sauerstoffversorgung von der der Luft ausgesetzten Elektrodenschicht 34 zu der dem Abgas ausgesetzten Elektrodenschicht 33 beschleunigt die Oxidationsreaktion der fetten Komponenten (HC), welche um die dem Abgas ausgesetzte Elektrodenschicht 33 verbleiben, wodurch die fetten Bestandteile schnell entfernt werden. Dies erleichtert die Reaktion der mageren Komponenten (NO_x) an bzw. auf der dem Abgas exponierten Elektrodenschicht 33, was zu einer Verkürzung der Antwortzeit des O₂-Sensors 17 führt.
Alternativ legt, wenn es benötigt wird, die Antwortzeit, die der O₂-Sensor 17 benötigt, um auf eine Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von mager zu fett zu reagieren (worauf untenstehend auch Bezug genommen werden wird als Fett-Empfindlichkeit oder eine Fett-Antwortgeschwindigkeit), der Mikrocomputer 26 den Konstantstrom Ics (d. h. den positiven Konstantstrom +Ics) an, wie in 6(b) veranschaulicht ist, so dass Sauerstoffmoleküle (O₂) sich von der dem Abgas ausgesetzten Elektrodenschicht 33 zu der der Luft ausgesetzten Elektrodenschicht 34 durch den festen Elektrolytkörper 32 bewegen. Die Versorgung von Sauerstoff von der dem Abgas ausgesetzten Elektrodenschicht 33 zu der der Luft ausgesetzten Elektrodenschicht 30 beschleunigt die Reduktionsreaktion der mageren Bestandteile (NO_x), welche um die dem Abgas ausgesetzte Elektrodenschicht 33 herum verbleiben, wodurch magere Bestandteile schnell entfernt werden. Dies erleichtert die Reaktion der fetten Bestandteile (HC) an bzw. auf der dem Abgas ausgesetzten Elektrodenschicht 33, was zu einer Verkürzung der Antwortzeit des O₂-Sensors 17 führt.
7 ist eine Ansicht einer Ausgabecharakteristik, welche die elektromotorische Kraft, wie sie durch den O₂-Sensor 17 erzeugt wird, veranschaulicht, wenn die Fett-Antwortzeit und die Mager-Antwortzeit verbessert werden.
Die Versorgung mit negativem Konstantstrom –Ics von der der Luft ausgesetzten Elektrodenschicht 34 zu der dem Abgas ausgesetzten Elektrodenschicht 33 durch den festen Elektrolytkörper 32 wird, wie bereits mit Bezugnahme auf 6(a) beschrieben ist, wie durch (a) in 7 angezeigt, zu einer Verschiebung einer Ausgabecharakteristikkurve zu der fetten Seite führen, in anderen Worten gesagt einer Abnahme der elektromotorischen Kraft, welche durch den O₂-Sensor 17 erzeugt wird. Demzufolge zeigt, wenn ein tatsächliches bzw. aktuelles Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases innerhalb eines Abschnittes des Fettbereiches in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses liegt, die Ausgabe des O₂-Sensors 17 an, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist. Dies bedeutet, dass die Antwortgeschwindigkeit des O₂-Sensors 17 auf eine Veränderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu der mageren Seite verbessert ist.
Die Versorgung mit positivem Konstantstrom +Ics von der dem Abgas ausgesetzten Elektrodenschicht 33 zu der der Luft ausgesetzten Elektrodenschicht 34 durch den festen Elektrolytkörper 32 wird, wie bereits unter Bezugnahme auf 6(b) beschrieben wurde, wie durch (b) in 7 angezeigt ist, zu einer Verschiebung der Ausgabecharakteristikkurve zu der mageren Seite führen, in anderen Worten gesagt zu einer Zunahme in der elektromotorischen Kraft, welche durch den O₂-Sensor 17 erzeugt wird. Demzufolge zeigt, wenn ein aktuelles bzw. tatsächliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases innerhalb eines Abschnitts des mageren Bereichs in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses liegt, die Ausgabe des O₂-Sensors 17 an, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist. Dies bedeutet, dass die Antwortgeschwindigkeit des O₂-Sensors 17 auf eine Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu der fetten Seite verbessert ist.
8 ist ein Flussdiagramm eines Antwortsteuerprogramms, welches durch den Mikrocomputer 26 zyklisch unter regelmäßigen bzw. gleichen Abständen ausgeführt werden soll, um die Antwortgeschwindigkeit des O₂-Sensors 17 zu verändern.
In jedem von Schritten S11, S12 und S13 wird bestimmt, ob eine Änderungsanfrage getätigt wird, um die Antwortgeschwindigkeit des O₂-Sensors 17 zu verändern oder nicht. In jedem von Schrittten S14, S15, S16 und S17 steuert der Mikrocomputer 26 den Betrieb der Konstantstromschaltung 27, um die Antwortgeschwindigkeit des O₂-Sensors 17 gemäß einem Bestimmungsergebnis in Schritt S11, S12 oder S13 zu regulieren.
Besonders nach einem Eintritt in das Programm schreitet die Routine zu Schritt S11 voran, worin bestimmt wird, ob die Maschine 10 in einem kalten Zustand läuft oder nicht. Diese Bestimmung wird getätigt durch ein Auswerten, ob die Temperatur des Kühlmittels für die Maschine 10 niedriger als ein gegebener Wert ist oder nicht unter Verwendung einer Ausgabe des Kühlmitteltemperatursensors 24, ob die Temperatur des Schmieröls für die Maschine 10 geringer als ein gegebener Wert ist oder nicht, oder ob die Temperatur von Kraftstoff in einem Kraftstoffströmungspfad bzw. Kraftstoffflusspfad, welcher sich zu der Maschine 10 erstreckt niedriger als ein gegebener Wert ist oder nicht.
Falls eine JA-Antwort in Schritt S11 erhalten wird, was bedeutet, dass die Maschine 10 in dem kalten Zustand ist, und eine Anforderung getätigt wird, die Antwortgeschwindigkeit des O₂-Sensors 17 zu erhöhen, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases sich in den fetten Zustand ändert, dann schreitet die Routine zu Schritt S14 voran, worin der Mikrocomputer 26 die Richtung, in welche der Konstantstrom Ics zwischen der dem Abgas ausgesetzten Elektrodenschicht 33 und der der Luft ausgesetzten Elektrodenschicht 34 fließen muss, bestimmt und dann den positiven Konstantstrom +Ics an den O₂-Sensor 17 durch die Konstantstromschaltung 27 anlegt. Der Konstantstrom Ics fließt dann von der der Luft ausgesetzten Elektrodenschicht 34 zu der dem Abgas ausgesetzten Elektrodenschicht 33, so dass Sauerstoffmoleküle sich von der dem Abgas ausgesetzten Elektrodenschicht 33 zu der der Luft ausgesetzten Elektrodenschicht 34 bewegen. Dies führt zu einer Zunahme in der Antwortgeschwindigkeit des O₂-Sensors 17, wenn die Maschine 10 in dem kalten Zustand ist. Der positive, an den O₂-Sensor 17 anzulegende Konstantstrom +Ics wird vorzugsweise im Voraus bestimmt.
Falls eine NEIN-Antwort in Schritt S11 erhalten wird, dann schreitet die Routine zu Schritt S12 voran, worin bestimmt wird, ob die Maschine 10 in einem Hochlastzustand läuft oder nicht. Diese Bestimmung wird getätigt basierend auf der Betriebsbedingung der Maschine 10. Beispielsweise wird bestimmt, ob die Menge der Ansaugluft, welche in den Zylinder der Maschine 10 gesaugt wird, größer ist als ein gegebener Referenzwert oder nicht, ob der Druck in der Verbrennungskammer der Maschine 10, in welcher der Kraftstoff verbrennt, größer ist als ein gegebenes Referenzniveau oder nicht, oder ob die Position des Gaspedals anzeigt, dass es nötig ist, dass die Maschine 10 in dem Hochlastzustand läuft oder nicht. Wenn wenigstens eine dieser Bedingungen erfüllt ist, schließt der Mikrocomputer 26, dass die Maschine 10 in dem Hochlastzustand läuft. Eine JA-Antwort wird demnach in Schritt S12 erhalten, was bedeutet, dass eine Anfrage getätigt wurde, die Antwortgeschwindigkeit des O₂-Sensors 17 zu erhöhen, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases sich in den mageren Zustand ändert. Die Routine schreitet zu Schritt S15 voran, worin der Mikrocomputer 26 den negativen Konstantstrom –Ics an den O₂-Sensor 17 durch die Konstantstromschaltung 27 anlegt. Der Konstantstrom Ics fließt dann von der dem Abgas ausgesetzten Elektrodenschicht 33 zu der der Luft ausgesetzten Elektrodenschicht 34, so dass Sauerstoffmoleküle sich von der der Luft ausgesetzten Elektrodenschicht 34 zu der dem Abgas ausgesetzten Elektrodenschicht 33 bewegen. Dies führt zu einer Zunahme in der Antwortgeschwindigkeit des O₂-Sensors 17, wenn die Maschine 10 in dem Hochlastzustand ist. Der negative, an den O₂-Sensor 17 anzulegende Konstantstrom –Ics wird vorzugsweise im Voraus bestimmt.
Die Zeitdauer, in welcher die Maschine 10 in dem Hochlastzustand läuft, schließt gewöhnlicherweise eine vorübergehende Zeitdauer ein, in welcher die Last auf die Maschine 10 zunimmt und eine Hochlastdauerzustandszeitdauer, in welcher die Last auf die Maschine 10 aufhört zuzunehmen und die Maschine 10 in dem Hochlastzustand laufend gehalten wird. Die Antwortgeschwindigkeit des O₂-Sensors 17 wird in Schritt S15 sowohl in der vorübergehenden Zeitdauer als auch der Hochlastdauerzustandszeitdauer erhöht, kann jedoch reguliert werden, um unterschiedlich zu sein im Grad zwischen der vorübergehenden Zeitdauer und der Hochlastdauerzustandszeitdauer. Die Antwortgeschwindigkeit in der vorübergehenden Zeitdauer wird stärker bzw. mehr erhöht als in der Hochlastdauerzustandszeitdauer.
Besonders wenn eine JA-Antwort in Schritt S12 erhalten wird, was bedeutet, dass die Maschine 10 in dem Hochlastzustand läuft, kann der Mikrocomputer 26 auswerten, ob der Betrieb der Maschine 10 in der vorübergehenden Zeitdauer oder in der Hochlastdauerzustandszeitdauer ist. Wenn bestimmt wird, dass die Maschine 10 in der vorübergehenden Zeitdauer ist, entscheidet der Mikrocomputer 26, dass eine Anfrage getätigt wird, um den Grad zu verringern, zu welchem die Antwortgeschwindigkeit des O₂-Sensors 17 erhöht wird, um geringer zu sein als diejenige in der Hochlastdauerzustandszeitdauer und reguliert dann eine Versorgung des O₂-Sensors 17 mit dem Konstantstrom Ics. Alternativ schließt, wenn bestimmt wird, dass die Maschine 10 in der Hochlastdauerzustandszeitdauer ist, der Mikrocomputer 26, dass eine Anfrage getätigt wird, um den Grad, auf welchen die Antwortgeschwindigkeit des O₂-Sensors 17 erhöht wird zu erhöhen, um größer zu sein, als derjenige in dem vorübergehenden Zeitraum und reguliert dann eine Versorgung des O₂-Sensors 17 mit dem Konstantstrom Ics.
Wenn eine NEIN-Antwort in Schritt S12 erhalten wird, dann schreitet die Routine zu Schritt S13 voran, in welchem bestimmt wird, ob der Kraftstoff in die Maschine 10 unmittelbar nach der Vervollständigung eines Kraftstoffabschnittes bzw. einer Kraftstoffabsperrung, den die Maschine 10 durchläuft, gesprüht worden ist oder nicht und ob nun eine fette Kraftstoffeinspritzoperation durchgeführt wird, um die Katalysatoren 15a und 15b zu neutralisieren oder nicht. Die fette Kraftstoffeinspritzoperation ist eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer- bzw. Regeloperation, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis vorläufig bzw. zeitweise zu der fetten Seite zu verändern basierend auf einer Ausgabe des O₂-Sensors 17, um einen Sauerstoffüberschusszustand (d. h. einen extrem mageren Zustand) der Katalysatoren 15a und 15b zu beseitigen bei der Vervollständigung bzw. Beendigung des Kraftstoffabschnitts bzw. der Kraftstoffabsperrung zu der Maschine 10. Die Veränderung des Kraftstoffverhältnisses zu der fetten Seite wird verursachen, dass die Atmosphäre der Katalysatoren 15a und 15b neutralisiert wird, d. h. in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gehalten wird. Zu der Zeit, wenn die Ausgabe des O₂-Sensors 17 sich von mager zu fett ändert nach einer Beendigung bzw. Vervollständigung der Kraftstoffabsperrung zu der Maschine 10, beendet das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem die fette Kraftstoffeinspritzoperation. Das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem verringert die Antwortzeit des O₂-Sensors 17, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu der fetten Seite ändert.
Wenn eine JA-Antwort in Schritt S13 erhalten wird, was bedeutet, dass eine Anfrage getätigt ist, um die Antwortgeschwindigkeit des O₂-Sensors 17 zu verringern, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu der fetten Seite ändert, dann schreitet die Routine zu Schritt S16 voran, worin bzw. in der der Mikrocomputer 26 die Versorgung mit dem Konstantstrom Ics steuert, um die Antwortgeschwindigkeit des O₂-Sensors 17 zu verringern. Besonders steuert der Mikrocomputer 26 den Betrieb der Konstantstromschaltung 27, um den negativen Konstantstrom –Ics an den O₂-Sensor 17 anzulegen, wie es der Fall ist beim Erhöhen der Antwortgeschwindigkeit des O₂-Sensors 17, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu der mageren Seite verändert. Dies verursacht, dass der Sauerstoff von der der Luft ausgesetzten Elektrodenschicht 34 zu der dem Abgas ausgesetzten Elektrodenschicht 33 strömt, wodurch die Antwortgeschwindigkeit des O₂-Sensors 17 verringert wird, wenn die fette Kraftstoffeinspritzoperation durchgeführt wird, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu der fetten Seite zu verändern. Der Grad des an den O₂-Sensor 17 anzulegenden negativen Konstantstroms –Ics wird vorzugsweise experimentell im Voraus bestimmt.
Wenn eine NEIN-Antwort in allen Schritten S11–S17 erhalten wird, schreitet die Routine zu Schritt S17 voran, in welchem der Mikrocomputer 26 den Konstantstrom Ics auf 0 setzt, um die Antwortgeschwindigkeit des O₂-Sensors 17 auf dem Referenzwert zu halten. Der Mikrocomputer 26 muss nicht notwendigerweise alle Schritt S11–S13 durchführen, sondern kann ausgebildet sein, um irgendeinen oder zwei von diesen auszuführen.
Die 9(a) und 9(b) sind Zeitdiagramme, welche Beziehungen zwischen einem aktuellen bzw. tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, einer Ausgabe des O₂-Sensors 17 und dem Konstantstrom Ics repräsentieren, wenn die magere Empfindlichkeit und die fette Empfindlichkeit des O₂-Sensors 17 jeweils verbessert werden.
In 9(a) wird eine zyklische Veränderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von fett zu mager und von mager zu fett verursachen, dass die Ausgabe des O₂-Sensors 17 zwischen 0,9 Volt (d. h. fett) und 0 Volt (d. h. mager) alternierend umschaltet. Wenn es notwendig ist, die Mager-Empfindlichkeit des O₂-Sensors 17 zu erhöhen (d. h. die Antwortgeschwindigkeit, unter welcher der O₂-Sensor 17 auf eine Veränderung in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von fett zu mager reagiert), wird der negative Konstantstrom –Ics dem O₂-Sensor 17 zur Verfügung gestellt, so dass er von der der Luft ausgesetzten Elektrodenschicht 34 zu der dem Abgas ausgesetzten Elektrodenschicht 33 (siehe 6(a)) fließt. Wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von fett zu mager zur Zeit t1 oder t2 ändert, beschleunigt das Anlegen des negativen Konstantstroms –Ics die Entfernung der fetten Komponenten unmittelbar nach der Zeit t1 oder t2, was zu einer Erhöhung in der Mager-Empfindlichkeit des O₂-Sensors 17 führt. In anderen Worten gesagt wird die Zeitverzögerung TD1, wie sie in 5 veranschaulicht ist, die die Ausgabe des O₂-Sensors 17 erfährt, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu der mageren Seite ändert, verringert.
Zusätzlich zu der Verringerung in der Zeitverzögerung, die die Ausgabe des O₂-Sensors 17 erfährt, wenn eine Änderung von dem fetten Gasniveau, welches das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, zu dem mageren Gasniveau, welches das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, die Steigung einer Linie, welche die Ausgabe des O₂-Sensors 17 repräsentiert (d. h. die Rate, unter welcher die Ausgabe des O₂-Sensors 17 sich verändert) zunimmt, im Vergleich dazu, wenn der O₂-Sensor 17 nicht mit Strom versorgt wird. Dies ist der Fall, da, wenn die Ausgabe des O₂-Sensors 17 sich von fett zu mager ändert, das aktuelle bzw. tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases sich bereits zu mager geändert hat, wie unmittelbar nach der Zeit t1 in 9(a) gesehen werden kann, jedoch das magere Gas gewöhnlicherweise eine kleine Menge von fetten Bestandteilen enthält. Der Fluss des negativen Konstantstroms –Ics durch den O₂-Sensor 17 in einer vorübergehenden fett-zu-mager-Zeitdauer (d. h. unmittelbar nach der Zeit t1 in 9(a)) führt zu einer schnellen Änderung in der Ausgabe des O₂-Sensors 17 von fett zu mager, was zu einer Zunahme in der Steigung der Linie führt, welche die Ausgabe des O₂-Sensors 17 in 9(a) repräsentiert.
Wenn es nötig ist, die Fett-Empfindlichkeit des O₂-Sensors 17 (d. h. die Antwortgeschwindigkeit, unter welcher der O₂-Sensor 17 auf eine Veränderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis von mager nach fett reagiert) zu erhöhen, wird der O₂-Sensor 17 mit dem positiven Konstantstrom +Ics versorgt, so dass er von der dem Abgas ausgesetzten Elektrodenschicht 33 zu der der Luft ausgesetzten Elektrodenschicht 34 (siehe 6(b)) fließt. Wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von mager zu fett ändert zur Zeit t3 oder t4 in 9(b), beschleunigt das Anlegen des positiven Konstantstroms +Ics die Entfernung bzw. Beseitigung der mageren Bestandteile unmittelbar nach der Zeit t3 oder t4, was zu einer Zunahme in der Fett-Empfindlichkeit des O₂-Sensors 17 führt. In anderen Worten gesagt verringert sich die Zeitverzögerung TD2, wie in 5 veranschaulicht ist, die die Ausgabe des O₂-Sensors 17 durchläuft, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu der fetten Seite ändert.
Zusätzlich zu der Abnahme bzw. Verringerung in der Zeitverzögerung, welche die Ausgabe des O₂-Sensors 17 erfährt, wenn eine Änderung von dem mageren Gasniveau zu dem fetten Gasniveau stattfindet, erhöht sich die Steigung der Linie, welche die Ausgabe des O₂-Sensors 17 repräsentiert (d. h. die Rate, mit welcher die Ausgabe des O₂-Sensors 17 sich ändert) auch im Vergleich damit, wenn der O₂-Sensor 17 mit keinem Strom versorgt wird bzw. nicht mit Strom versorgt wird.
Das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem dieser Ausführungsform bietet die folgenden Vorteile:
Das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem wertet aus, ob eine Anfrage getätigt ist, die Fett-Empfindlichkeit oder die Mager-Empfindlichkeit des O₂-Sensors 17 zu verändern oder nicht, und, wenn bestimmt wird, dass die Anfrage getätigt ist, versorgt sie den O₂-Sensor 17 mit dem Konstantstrom. Besonders ist das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem in der Lage, die Antwortzeit des O₂-Sensors 17 wie benötigt zu erhöhen oder zu verringern, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen dem fetten und dem mageren Zustand verändert, in anderen Worten gesagt, die Beseitigung von Bestandteilen des Abgases anders als diejenigen, die in ihrer Konzentration gemessen werden sollen (d. h. die Bestandteile, welche die Messung der Sauerstoffkonzentration in dieser Ausführungsform stören) zu beschleunigen oder zu verlangsamen. Dies wird in dieser Ausführungsform durch Verwendung der Konstantstromschaltung 27 erreicht ohne eine Notwendigkeit zum Ändern der Struktur bzw. des Aufbaus des O₂-Sensors 17, wodurch die Notwendigkeit für eine komplizierte Struktur bzw. für eine komplizierten Aufbau des Maschinensteuer- bzw. Regelsystems beseitigt wird.
Das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem ist ausgebildet, um zu bestimmen, welche der Mager-Antwortgeschwindigkeit und der Fett-Antwortgeschwindigkeit des O₂-Sensors 17 geändert werden sollte abhängig von den Betriebsbedingungen der Maschine 10 und ist demnach in der Lage, eine Feinsteuerung bzw. Feinregelung der Maschine 10 gemäß einer instantan benötigten Veränderung in den Betriebsbedingungen der Maschine 10 zu regeln bzw. zu steuern.
Wenn bestimmt ist, dass die Maschine 10 in der Hochlastbedingung bzw. dem Hochlastzustand laufen muss, bestimmt das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem, dass eine Anfrage getätigt ist, um die Mager-Empfindlichkeit des O₂-Sensors 17 zu verbessern bzw. erhöhen und steuert dann das Anlegen des Konstantstroms Ics an den O₂-Sensor 17, wodurch es der ECU 25 ermöglicht wird, zu beginnen, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Mischung, welche in die Maschine 10 gesprüht werden soll, schnell zu steuern bzw. regeln in Antwort auf eine Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zu der mageren Seite in dem Hochlastzustand der Maschine 10, in dem die Menge der gefährlichen Emissionen wie beispielsweise NO_x gewöhnlicherweise erhöht wird.
Wenn es bestimmt ist, dass die Maschine 10 in dem kalten Zustand ist, bestimmt das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem, dass eine Anfrage getätigt wird, um die Fett-Empfindlichkeit des O₂-Sensors 17 zu verbessern bzw. erhöhen und steuert dann das Anlegen des Konstantstroms Ics an den O₂-Sensor 17, wodurch es der ECU 25 ermöglicht wird, zu beginnen, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Mischung, welche in die Maschine 10 gespült werden soll, schnell zu regeln bzw. zu steuern in Antwort auf eine Veränderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zu der fetten Seite in dem kalten Zustand der Maschine 10, in dem die Menge von gefährlichen Emissionen wie beispielsweise HC üblicherweise erhöht ist. Dies führt zu einer Verringerung in der Menge von gefährlichen Emissionen.
Wenn es notwendig ist, dass die fette Kraftstoffeinspritzoperation durchgeführt wird nach der Fertigstellung des Kraftstoffabschnittes bzw. der Kraftstoffabsperrung zu der Maschine 10, bestimmt das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem, dass eine Anfrage getätigt ist, die Fett-Empfindlichkeit des O₂-Sensors 17 zu verringern und steuert dann das Anlegen des Konstantstromes Ics an den O₂-Sensor 17. Dies wird zu einer Verzögerung der Änderung in der Ausgabe des O₂-Sensors 17 in Antwort auf eine Veränderung im aktuellen bzw. tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis von mager zu fett während der fetten Kraftstoffeinspritzoperation führen. Dies verursacht, dass die fette Kraftstoffeinspritzoperation mit einer Verzögerung beendet wird, nachdem der erste Katalysator 15a neutralisiert ist. Dies ermöglicht es der ECU 25 sowohl den ersten als auch den zweiten Katalysator 15a und 15b nach der Beendigung des Kraftstoffabschnittes zu der Maschine 10 zu neutralisieren, wodurch die Abgasemissionen wünschenswert unmittelbar nach der Kraftstoffabsperrung gesteuert bzw. geregelt werden.
Das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem ist ausgebildet, in der Lage zu sein, um das Niveau des Konstantstroms Ics zu ändern, welcher an dem O₂-Sensor angelegt werden soll in Antwort auf den Typ einer Anfrage zum Ändern der Antwortfähigkeit des O₂-Sensors 17, wodurch ein erwünschter Grad von Antwortgeschwindigkeit des O₂-Sensors 17 im Licht einer Balance zwischen der Mager-Empfindlichkeit und der Fett-Empfindlichkeit des O₂-Sensors 17 erreicht wird.
Das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem bestimmt, ob die Maschine 10, für welche es notwendig ist, in dem Hochlastzustand zu laufen, in der vorübergehenden Zeitdauer oder der Hochlastdauerzustandszeitdauer ist. Wenn die Maschine 10 bestimmt ist, in der vorübergehenden Zeitdauer zu sein, erhöht das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem die Antwortfähigkeit des O₂-Sensors 17 mehr als diejenige in der Hochlastdauerzustandszeitdauer. Die Menge von NO_x-Emissionen in der vorübergehenden Zeitdauer wird gewöhnlicherweise größer als diejenige in der Hochlastdauerzustandszeitdauer. Das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem verbessert demnach die Antwortfähigkeit des O₂-Sensors 17 in der vorübergehenden Zeitdauer, um größer zu sein als in der Hochlastdauerzustandszeitdauer, wodurch ein erwünschter Grad von Antwortfähigkeit des O₂-Sensors 17 im Lichte einer Balance zwischen der Mager-Empfindlichkeit und der Fett-Empfindlichkeit des O₂-Sensors 17 erreicht wird.
Das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem der zweiten Ausführungsform, welches ausgebildet ist, um den Konstantstrom Ics an den O₂-Sensor 17 basierend auf Werten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases vor und nach der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Änderungen zwischen dem fetten und dem mageren Zustand anzulegen, um die Antwortgeschwindigkeit des O₂-Sensors 17 zu verändern, wird untenstehend beschrieben werden. Besonders wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert hat, schaltet der Mikrocomputer 26 den Konstantstrom Ics zwischen dem negativen Konstantstrom –Ics und dem positiven Konstantstrom +Ics. Dies ist besonders in dem Fall wirksam, in dem der Zyklus, unter welchem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis sich ändert, relativ lang ist.
10 ist ein Flussdiagramm eines Antwortsteuerprogramms, welches durch den Mikrocomputer 26 zyklisch unter einem gleichmäßigen Intervall bzw. Zeitabstand ausgeführt werden soll, um die Antwortgeschwindigkeit des O₂-Sensors 17 zu verändern.
Nach einem Eintritt in das Programm schreitet die Routine zu Schritt S21 voran, in welchem die Ausgabe des O₂-Sensor 17 abgetastet wird. Die Routine schreitet zu Schritt S22 voran, in welchem es bestimmt wird, ob die Ausgabe des O₂-Sensors 17 eine fett-zu-mager-Veränderung erfährt oder nicht. Diese Bestimmung wird getätigt durch ein Vergleichen einer Ausgabe des O₂-Sensors 17, wie sie in diesem Abtastzyklus abgeleitet bzw. erhalten wird, mit derjenigen, wie sie einen Abtastzyklus früher abgeleitet bzw. erhalten wird. Falls eine JA-Antwort erhalten wird, dann schreitet die Routine zu Schritt S23 voran, in welchem die Ausgabe des O₂-Sensors 17 ein gegebenes Mager-Kriterium THL erreicht hat oder nicht. Das Mager-Kriterium THL ist ein Wert zur Verwendung bei der Bestimmung, ob die Ausgabe des O₂-Sensors 17 ein Mager-Gas-Niveau (d. h. 0 Volt), welches das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis repräsentiert erreicht hat oder nicht. Das Mager-Kriterium THL ist beispielsweise auf 0,1 Volt gesetzt.
Falls eine JA-Antwort in Schritt S23 erhalten wird, dann schreitet die Routine zu Schritt S24 voran, in welchem der positive Konstantstrom +Ics erzeugt wird. Besonders steuert der Mikrocomputer 26 den Betrieb der Konstantstromschaltung 27, um den positiven Konstantstrom +Ics an den O₂-Sensor 17 anzulegen, so dass Sauerstoff sich von der dem Abgas ausgesetzten Elektrodenschicht 33 zu der der Luft ausgesetzten Elektrodenschicht 34 bewegt.
Die Routine schreitet zu Schritt S25 voran, in welchem es bestimmt wird, ob es bestimmt ist, ob die Ausgabe des O₂-Sensors 17 eine mager-zu-fett-Veränderung erfährt oder nicht. Diese Bestimmung wird getätigt durch ein Vergleichen einer Ausgabe des O₂-Sensors 17, wie sie in diesem Abtastzyklus erhalten bzw. abgeleitet wird mit derjenigen, wie sie in einem Abtastzyklus früher erhalten bzw. abgeleitet wird. Falls eine JA-Antwort erhalten wird, dann schreitet die Routine zu Schritt S26 voran, in welchem die Ausgabe des O₂-Sensors 17 ein gegebenes Fett-Kriterium THR erreicht hat oder nicht. Das Fett-Kriterium THR ist ein Wert zur Verwendung bei der Bestimmung, ob die Ausgabe des O₂-Sensors 17 ein Fett-Gas-Niveau (d. h. 0,9 Volt) erreicht hat, welches das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis repräsentiert oder nicht. Das Fett-Kriterium THR ist beispielsweise auf 0,8 Volt gesetzt.
Wenn eine JA-Antwort in Schritt S26 erhalten wird, dann schreitet die Routine zu Schritt S274 voran, in welchem der negative Konstantstrom –Ics erzeugt wird. Besonders steuert der Mikrocomputer 26 den Betrieb des Konstantstromschaltung 27, um den negativen Konstantstrom –Ics an den O₂-Sensor 17 anzulegen, so dass Sauerstoff sich von der der Luft ausgesetzten Elektrodenschicht 34 zu der dem Abgas ausgesetzten Elektrodenschicht 33 bewegt.
11 ist ein Zeitdiagramm, welches eine Beziehung zwischen einem aktuellen bzw. tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, einer Ausgabe des O₂-Sensors 17 und dem Konstantstroms Ics repräsentiert, wenn die Mager-Empfindlichkeit und die Fett-Empfindlichkeit des O₂-Sensors verbessert werden.
Die Veränderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von fett zu mager und von mager zu fett wird zyklisch verursachen, dass die Ausgabe des O₂-Sensors 17 zwischen 0,9 Volt (d. h. fett) und 0 Volt (d. h. mager) alternierend umschaltet. In einer Zeitdauer (d. h. Zeit t10 bis Zeit t12) dazwischen, wenn die Ausgabe des O₂-Sensors 17 auf dem fetten Gas-Niveau (0,9 Volt) konvergiert und wenn diese auf dem mageren Gas-Niveau (0 Volt) konvergiert, wird der negative Konstantstrom –Ics an den O₂-Sensor 17 angelegt. In einer Zeitdauer (d. h. Zeit t12 bis Zeit t13) dazwischen, wenn die Ausgabe des O₂-Sensors 17 auf das magere Gas-Niveau (0 Volt) konvergiert und wenn dieses auf das fette Gas-Niveau (0,9 Volt) konvergiert, wird der positive Konstantstrom +Ics an den O₂-Sensor 17 angelegt.
Zur Zeit t11, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases sich von fett zu mager ändert, fließt der negative Konstantstrom –Ics durch die Abgas-Elektrodenschicht 33 und die der Luft ausgesetzte Elektrodenschicht 34, so dass Sauerstoff sich von der der Luft ausgesetzten Elektrodenschicht 34 zu der dem Abgas ausgesetzten Elektrodenschicht 33 (siehe 6(a)) fortbewegt. Dies verursacht die Entfernung der zu beschleunigt werdenden fetten Bestandteile unmittelbar nachdem sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu der mageren Seite ändert, was zu einer Zunahme in der Fett-Antwortgeschwindigkeit des O₂-Sensors 17 führt. Darauf folgend wird, zur Zeit t12, wenn die Ausgabe des O₂-Sensors 17 das Mager-Kriterium THL erreicht, der an den O₂-Sensor 17 anzulegende Konstantstrom Ics von dem negativen Konstantstrom –Ics zu dem positiven Konstantstrom +Ics geändert.
Zur Zeit t13, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von mager zu fett ändert, fließt der positive Konstantstrom +Ics durch die Abgas-Elektrodenschicht 33 und die der Luft ausgesetzte Elektrodenschicht 34, so dass sich Sauerstoff von der dem Abgas ausgesetzten Elektrodenschicht 33 zu der der Luft ausgesetzten Elektrodenschicht 34 fortbewegt (siehe 6(b)). Dies verursacht die Beseitigung bzw. Entfernung der zu beschleunigenden fetten Bestandteile unmittelbar, nachdem sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu der fetten Seite ändert, was zu einer Zunahme in der Mager-Antwortgeschwindigkeit des O₂-Sensors 17 führt. Nachfolgend wird, zur Zeit t14, wenn die Ausgabe des O₂-Sensors 17 das Fett-Kriterium THR erreicht, der an den O₂-Sensor 17 anzulegende Konstantstrom Ics von dem positiven Konstantstrom +Ics zu dem negativen Konstantstrom –Ics geändert.
In dem Beispiel der 11 beginnt, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von fett zu mager ändert und eine Zeit t12 erreicht ist, wenn eine Änderung in der Ausgabe (d. h. die elektromotorische Kraft) des O₂-Sensors 17 zu der mageren Seite auf 0 konvergiert, der Mikrocomputer 26 den positiven Konstantstrom +Ics dem O₂-Sensor 17 zur Verfügung zu stellen, um die Beseitigung bzw. Entfernung der mageren Bestandteile des Abgases zu beschleunigen. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis sich von mager zu fett ändert und eine Zeit t14 erreicht ist, wenn eine Änderung in der Ausgabe (d. h. die elektromotorische Kraft) des O₂-Sensors 17 zu der fetten Seite auf 0 konvergiert, beginnt der Mikrocomputer 26 den negativen Konstantstrom –Ics dem O₂-Sensor 17 zur Verfügung zu stellen, um die Entfernung bzw. Beseitigung der fetten Bestandteile des Abgases zu beschleunigen.
Demzufolge wird, zusätzlich zu der Abnahme in der Zeitverzögerung, welche die Ausgabe des O₂-Sensors 17 erfährt, wenn eine Änderung von dem fetten Gas-Niveau zu dem mageren Gas-Niveau stattfindet, die Steigung der Linie, welche die Ausgabe des O₂-Sensors 17 repräsentiert (d. h. die Rate, unter welcher die Ausgabe des O₂-Sensors 17 sich ändert) erhöht, im Vergleich damit, wenn dem O₂-Sensor 17 kein Strom zur Verfügung gestellt wird. Dies ist der Fall, da, wenn sich die Ausgabe des O₂-Sensors 17 von dem fetten Gas-Niveau zu dem mageren Gas-Niveau ändert, das tatsächliche bzw. aktuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases sich bereits geändert hat, wie von Zeit t11 zu Zeit t12 in 11 gesehen werden kann, jedoch das magere Gas gewöhnlicherweise eine kleine bzw. geringe Menge von fetten Bestandteilen enthält. Der Fluss des negativen Konstantstroms –Ics durch den O₂-Sensor 17 in einer fett-zu-mager-Zeitdauer (d. h. zwischen Zeit t11 und Zeit t12 in 11) führt zu einer schnellen Änderung in der Ausgabe des O₂-Sensors 17 von dem fetten Gas-Niveau und dem mageren Gas-Niveau, was zu einer Zunahme in der Steigung der Linie führt, welche die Ausgabe des O₂-Sensors 17 repräsentiert.
Ähnlich wird auch, wenn sich das aktuelle bzw. tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis von mager zu fett ändert, die Steigung der Linie, welche die Ausgabe des O₂-Sensors 17 repräsentiert (d. h. die Rate, unter welcher die Ausgabe des O₂-Sensors 17 sich ändert) erhöht, im Vergleich dazu, wenn dem O₂-Sensor kein Strom zur Verfügung gestellt wird, zusätzlich zu der Abnahme in der Zeitverzögerung, welche die Ausgabe des O₂-Sensors 17 erfährt, wenn ein Wechsel von dem mageren Gas-Niveau zu dem fetten Gas-Niveau stattfindet.
Die Erfinder dieser Anmeldung führten Tests durch, um die Antwortzeit des O₂-Sensors 17 auszuwerten. 12(a) zeigt Umweltbedingungen, in welchen die Tests durchgeführt wurden. Die 12(b) und 12(c) zeigen Ergebnisse der Tests.
Wir simulierten tatsächliche bzw. aktuelle Umweltbedingungen des selbstfahrenden Fahrzeugs. Besonders wurde, wie in 12(a) veranschaulicht ist, das magere Gas (NO) vorübergehend bzw. zeitweise in das Abgasrohr eingespritzt bzw. injiziert, während das fette Gas (CH₄) in das Abgasrohr injiziert bzw. eingespritzt wurde. Die Antwortzeit für das magere Gas und die Antwortzeit für das fette Gas, welche der O₂-Sensor 17 benötigt, um auf eine Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu mager und fett zu reagieren, wurden gemessen durch ein Definieren von 0,5 Volt als ein Referenzniveau, bei welchem die Ausgabe des O₂-Sensors 17 bestimmt wird, sich zwischen dem fetten und dem mageren Zustand geändert zu haben.
Die 12(b) und 12(c) repräsentieren die Antwortzeit für das magere Gas und die Antwortzeit für das fette Gas. Wir haben Zeiten gemessen, die durch den O₂-Sensor 17 benötigt werden, um eine Ausgabe in Antwort auf eine Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis von fett zu mager zu erzeugen, wenn der negative Konstantstrom –Ics dem O₂-Sensor 17 zur Verfügung gestellt wurde, und wenn er nicht zur Verfügung gestellt wurde. Ähnlich haben wir auch Zeiten gemessen, welche durch den O₂-Sensor 17 benötigt wurden, um eine Ausgabe zu erzeugen in Antwort auf eine Veränderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis von mager zu fett, wenn der positive Konstantstrom +Ics dem O₂-Sensor 17 zur Verfügung gestellt wurde, und wenn er diesem nicht zur Verfügung gestellt wurde. Die Diagramme der 12(b) und 12(c) zeigen, dass die Antwortzeit für das magere Gas und die Antwortzeit für das fette Gas des O₂-Sensors 17 beide durch das Anlegen des Konstantstroms an den O₂-Sensor 17 verringert werden.
Das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem kann ausgelegt werden, um den an den O₂-Sensor 17 anzulegenden Konstantstrom Ics basierend auf den Betriebsbedingungen der Maschine 10 wie beispielsweise der Menge der Ansaugluft, welche in die Maschine gesaugt wird und/oder der Geschwindigkeit der Maschine 10 zu ändern.
Beispielsweise ist, je größer die Menge der Ansaugluft zu der Maschine 10 ist, der Grad, zu welchem die Ansaugluft die Reaktion des O₂-Sensors 17 auf eine Veränderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stört, umso größer. Das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem kann demnach den Konstantstrom Ics mit einer Zunahme in der Menge der Ansaugluft erhöhen, wie in 13(a) veranschaulicht ist. Zusätzlich ist, je größer die Geschwindigkeit der Maschine 10 ist, der Grad, zu welchem die Ansaugluft die Reaktion des O₂-Sensors 17 auf eine Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stört umso größer. Das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem kann demnach den Konstantstrom Ics mit einer Zunahme in der Menge der Ansaugluft erhöhen, wie in 13(b) veranschaulicht ist. An Stelle der Menge der Ansaugluft kann die Menge des Abgases, wie tatsächlich gemessen oder berechnet, angewandt werden.
Das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem der zweiten Ausführungsform bietet die folgenden Vorteile.
Das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem ist, wie obenstehend beschrieben, ausgebildet, um den Konstantstrom Ics an die dem Abgas ausgesetzte Elekrodenschicht 33 und die der Luft ausgesetzte Elektrodenschicht 34 des O₂-Sensors 17 in einer ausgewählten Richtung anzulegen basierend auf Werten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases, wie es vor und nach den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Änderungen zwischen dem fetten Zustand und dem mageren Zustand abgetastet wird, wodurch die Zeit vorgeschoben wird, wenn der fette Zustand oder der magere Zustand, zu welchem sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases ändert, zu erfassen ist. Dies wird erreicht durch ein Verwenden der Konstantstromschaltung 27 ohne eine Notwendigkeit zum Ändern der Struktur bzw. des Aufbaus des O₂-Sensors 17, wodurch die Notwendigkeit für eine komplizierte Struktur bzw. einen komplizierten Aufbau des Maschinensteuer- bzw. Regelsystems beseitigt wird.
Zu der Zeit, wenn die Ausgabe des O₂-Sensors 17 auf das magere Gas-Niveau, oder das fette Gas-Niveau konvergiert, dreht der Mikrocomputer 26 die Richtung, in welche der Konstantstrom Ics zur Verfügung zu stellen ist um, um zwischen der dem Abgas ausgesetzten Elektrodenschicht 33 und der der Luft ausgesetzten Elektrodenschicht 34 zu fließen. Dies wird leicht erreicht durch ein Steuern der Tätigkeit des Betriebes der Konstantstromschaltung 27.
Der Mikrocomputer 26 ist ausgelegt, um den Konstantstrom Ics als eine Funktion der Betriebsbedingungen der Maschine 10 zu steuern, wodurch die Antwortzeit des O₂-Sensors 17 sichergestellt wird, welche mit den Operationsbedingungen der Maschine 10 übereinstimmt.
ANDERE ABWANDLUNGEN
Das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem jeder der obigen Ausführungsformen kann wie folgt abgewandelt werden.
Das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem der ersten Ausführungsform kann ausgelegt werden, um den Alterungszustand des O₂-Sensors 17 auszuwerten und bestimmt, ob eine Anfrage zum Ändern der Antwortzeit des O₂-Sensors getätigt ist oder nicht basierend auf dem ausgewerteten Alterungszustand. Beispielsweise wird die Auswertung des Alterszustandes erreicht basierend auf der Rate, unter welcher das Niveau der Ausgabe des O₂-Sensors 17 bei einem Abschalten der Kraftstoffzufuhr zu der Maschine 10 abfällt. Der Mikrocomputer 26 bestimmt, dass der Grad der Alterung des O₂-Sensors 17 größer ist, wenn die Rate des Abfalls im Niveau der Ausgabe des O₂-Sensors 17 geringer ist. Wen die Rate des Abfalls im Niveau der Ausgabe des O₂-Sensors 17 geringer ist als ein gegebenes Referenzniveau, bestimmt der Mikrocomputer 26, dass die Anfrage getätigt ist, um die Antwortzeit des O₂-Sensors 17 zu ändern und legt den Konstantstrom Ics an den O₂-Sensor 17 an. Eine Bestimmung, welche der Antwortzeit für mager und der Antwortzeit für fett erhöht werden sollte, wird vorzugsweise getätigt basierend auf den Betriebszuständen der Maschine 10. Der Konstantstrom Ics kann auch als eine Funktion des Grades des Alterns des O₂-Sensors 17 reguliert werden. Beispielsweise wird der Konstantstrom Ics mit einer Zunahme im Grad der Alterung erhöht.
Das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem der zweiten Ausführungsform kann ausgebildet sein, um den Konstantstrom Ics zu erhöhen, wenn das aktuelle bzw. tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases sich von mager zu fett ändert bei einer Vollendung der Absperrung der Kraftstoffzufuhr der Maschine 10 verglichen damit, wenn das aktuelle bzw. tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases sich von mager zu fett ändert, wenn die Kraftstoffzufuhr zu der Maschine nicht abgeschnitten wird. Beispielsweise wird es, wenn die Kraftstoffversorgung zu der Maschine 10 bei einer Geschwindigkeitsverringerung des Fahrzeuges abgeschnitten worden ist, verursachen, dass das Abgasrohr 14 noch mit der Luft gefüllt ist zu der Zeit, wenn das Fahrzeug nachfolgend beginnt, zu beschleunigen. Eine große Menge Sauerstoff verbleibt demnach, um den O₂-Sensor 17 herum unmittelbar nach der Beendigung des Abschnitts der Kraftstoffzufuhr zu der Maschine 10 (d. h. beim Start bzw. Beginn der Beschleunigung des Fahrzeugs). Um solch einen Zustand schnell zu beseitigen, erhöht der Mikrocomputer 26 den positiven Konstantstrom +Ics, um die Menge von Sauerstoff, welche von der dem Abgas ausgesetzten Elektrodenschicht 33 zu der der Luft ausgesetzten Elektrodenschicht 34 zu bewegen ist, zu erhöhen, verglichen damit, wenn die Kraftstoffzufuhr zu der Maschine 10 nicht abgeschnitten ist. Dies führt zu einer Erhöhung bzw. Zunahme in der Antwortgeschwindigkeit des O₂-Sensors 17 bei einer Beendigung des Abschneidens der Kraftstoffzufuhr zu der Maschine 10.
Das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem der zweiten Ausführungsform kann ausgebildet sein, um den Konstantstrom Ics zu erhöhen, wenn das aktuelle bzw. tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases sich von fett zu mager ändert bei einer Beendigung der Erhöhung der Last auf die Maschine während der Beschleunigung der Maschine 10, um Teile eines Auspuffsystems für die Maschine 10 zu schützen verglichen damit, wenn das aktuelle bzw. tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases sich von fett zu mager ändert, wenn die Last auf die Maschine 10 nicht erhöht wird. Wenn die Last auf die Maschine 10 während der Beschleunigung der Maschine 10 erhöht wird, wird es verursachen, dass das Abgasrohr noch mit den fetten Bestandteilen gefüllt ist. Eine große Menge der fetten Bestandteile verbleibt demnach, um den O₂-Sensor 17 herum unmittelbar nach der Beendigung des Erhöhens der Last auf die Maschine 10. Um solch einen Zustand schnell zu beseitigen, erhöht der Mikrocomputer 26 den negativen Konstantstrom –Ics, um die Menge des Sauerstoffs, welche von der der Luft ausgesetzten Elektrodenschicht 34 zu der dem Abgas ausgesetzten Elektrodenschicht 33 bewegt wird, zu erhöhen, verglichen damit, wenn die Last auf die Maschine 10 nicht erhöht wird. Diese führt zu einer Zunahme in der Antwortgeschwindigkeit des O₂-Sensors bei einer Beendigung der Zunahme der Last auf die Maschine 10.
Der Mikrocomputer 26 der zweiten Ausführungsform kann den Konstantstrom Ics bei einer Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von fett zu mager in einer Art und Weise unterschiedlich von derjenigen in 11 zur Verfügung stellen. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 26, wie in 14 veranschaulicht ist, den Konstantstrom Ics nur in einer vorübergehenden Zeitdauer zur Verfügung stellen, für welche sich das aktuelle bzw. tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zwischen dem fetten und dem mageren Zustand ändert. In dem Beispiel der 14 wird der negative Konstantstrom –Ics dem O₂-Sensor 17 nur in einer Zeitdauer zwischen der Zeit t21 und der Zeit t22 zur Verfügung gestellt, für welche sich die Ausgabe des O₂-Sensors 17 von dem fetten Gas-Niveau (0,9 Volt) zu der mageren Seite ändert, während der positive Konstantstrom +Ics dem O₂-Sensor 17 nur zur Verfügung gestellt wird in einer Zeitdauer zwischen der Zeit t23 und t24, für welche sich die Ausgabe des O₂-Sensors 17 von dem mageren Gas-Niveau zu der fetten Seite verändert. Kein Konstantstrom wird für eine andere Zeitdauer zur Verfügung gestellt.
Der Mikrocomputer 26 der zweiten Ausführungsform kann alternativ ausgelegt sein, um den Konstantstrom Ics in irgendeiner von Arten und Weisen zur Verfügung zu stellen, wie in den 15(a), 15(b) und 15(c) gezeigt ist. Die Veränderungen in einem tatsächlichen bzw. aktuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases und die Ausgabe des O₂-Sensors 17 sind dieselben wie diejenigen in 11 und eine Erklärung davon im Detail wird hier ausgelassen werden.
Wenn es notwendig ist, die Antwortzeit des O₂-Sensors 17 zu ändern, stellt der Mikrocomputer 26 den Konstantstrom Ics 1 wie in 15(a) veranschaulicht ist, dem O₂-Sensor 17 zur Verfügung. Besonders stellt der Mikrocomputer 26 den negativen Konstantstrom –Ics 1 dem O₂-Sensor 17 für eine Zeitdauer (d. h. zwischen der Zeit t10 und der Zeit t12) zur Verfügung, von wann die Ausgabe des O₂-Sensors 17 an bzw. auf das fette Gas-Niveau (0,9 Volt) konvergiert bis zu wann die Ausgabe des O₂-Sensors 17 sich zu der mageren Seite ändert und das magere Gas-Niveau (0 Volt) erreicht und stellt keinen Konstantstrom für eine andere Zeitdauer zur Verfügung.
Der Mikrocomputer 26 kann alternativ ausgebildet sein, wie in 15(b) veranschaulicht ist, um den O₂-Sensor 17 den positiven Konstantstrom +Ics2 für eine Zeitdauer zur Verfügung zu stellen (d. h. zwischen der Zeit t12 und der Zeit t13), von wann an die Ausgabe des O₂-Sensors 17 an bzw. auf das magere Gas-Niveau (0 Volt) konvergiert bis zu wann die Ausgabe des O₂-Sensors 17 sich zu der fetten Seite verändert und das fette Gas-Niveau (0,9 Volt) erreicht und stellt keinen Konstantstrom für eine andere Zeitdauer zur Verfügung. Dies verbessert die Antwortzeit des O₂-Sensors 17 nur, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von fett zu mager ändert.
Der Mikrocomputer 26 kann alternativ ausgebildet sein, wie in 15(c) veranschaulicht ist, um zwischen dem positiven Konstantstrom +Ics3 und dem negativen Konstantstrom –Ics3 zu schalten bei einer Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen der fetten und der mageren Seite. Die Menge bzw. der Betrag ΔI2 des positiven Konstantstroms +Ics3 ist jedoch geringer als die Menge bzw. der Betrag ΔI1 des negativen Konstantstroms –Ics3. In anderen Worten gesagt ist die Menge von Sauerstoff, welche durch den negativen Konstantstrom –Ics3 von der der Luft ausgesetzten Elektrodenschicht 34 der dem Abgas ausgesetzten Elektrodenschicht 32 zur Verfügung zu stellen ist, unterschiedlich von derjenigen, welche durch den positiven Konstantstrom +Ics3 von der dem Abgas ausgesetzten Elektrodenschicht 33 der der Luft ausgesetzten Elektrodenschicht 34 zur Verfügung zu stellen ist. Die erstere Menge ist gesetzt, um größer zu sein als die letztere Menge.
Besonders ist die Menge ΔI1 des negativen Konstantstroms –Ics3, welcher an den O₂-Sensor 17 anzulegen ist, von dann wann die Ausgabe des O₂-Sensors 17 an bzw. auf das fette Gas-Niveau konvergiert bis zu dann, wann es auf bzw. an das magere Gas-Niveau konvergiert größer gesetzt als die Menge ΔI2 des positiven Konstantstroms +Ics3, welche an den O₂-Sensor 17 anzulegen ist von dann, wann die Ausgabe des O₂-Sensors 17 auf bzw. an das magere Gas-Niveau konvergiert bis zu wann es an bzw. auf dem fetten Gas-Niveau konvergiert. Dies verursacht, dass die Menge von Sauerstoff, welche durch den positiven Konstantstrom +Ics3 von der dem Abgas ausgesetzten Elektrodenschicht 33 der der Luft ausgesetzten Elektrodenschicht 34 zur Verfügung zu stellen ist, kleiner ist als diejenige, welche durch den negativen Konstantstrom –Ics3 von der der Luft ausgesetzten Elektrodenschicht 34 der dem Abgas ausgesetzten Elektrodenschicht 33 zur Verfügung zu stellen ist. Dies verringert eine übermäßige Menge von Sauerstoff, welche von der dem Abgas ausgesetzten Elektrodenschicht 33 genommen bzw. gezogen wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem mageren Zustand ist. Die Menge ΔI1 des negativen Konstantstroms –Ics3 kann alternativ gesetzt sein, um kleiner zu sein als die Menge ΔI2 des positiven Konstantstroms +Ics3, wie benötigt.
Die Konstantstromschaltung 27 kann alternativ mit der dem Abgas ausgesetzten Elektrodenschicht 33 des O₂-Sensors verbunden sein. Konstantstromschaltungen können sowohl mit der dem Abgas ausgesetzten Elektrodenschicht 32 als auch der der Luft ausgesetzten Elektrodenschicht 34 verbunden sein.
Der O₂-Sensor ist, wie obenstehend beschrieben ist, von einem Klammertyp bzw. Kabelschuhtyp bzw. Zwingentyp, ein Planartyp eines O₂-Sensors kann jedoch alternativ eingesetzt werden. 16 ist eine transversale Schnittansicht, welche den planaren Typen einer O₂-Sensiereinrichtung 40 veranschaulicht. Die Sensiereinrichtung 40 hat eine Länge, welche sich rechtwinklig zu der Zeichnung erstreckt und ist in einem hohlen Gehäuse installiert und durch eine Abdeckung oder eine Abdeckungsvorrichtung bzw. Abdeckungsanordnung bedeckt.
Die Sensiereinrichtung 40 weist einen Stapel einer festen Elektrolytschicht 41 auf, welche durch ein rechtwinklig teilweise stabilisiertes Zirkonblech gebildet wird und eine Isolationsschicht 42, welche aus einer thermisch hochleitfähigen Keramik gefertigt ist. Eine Schutzschicht (nicht gezeigt) umgibt die Sensiereinrichtung 40. Die Sensiereinrichtung 40 weist auch eine äußere Elektrode 43 und eine innere Elektrode 44 auf, welche an gegenüberliegenden Oberflächen der festen Elektrolytschicht 41 befestigt bzw. angebracht sind. Die Isolationsschicht 42 hat darin eine Luftleitung definiert bzw. begrenzt, welcher die innere Elektrode 44 ausgesetzt ist. Die Isolationsschicht 43 hat auch einen darin eingebetteten Heizer 46. Der Heizer 46 ist aus einem Heizerstreifen oder -draht gefertigt und wird mit elektrischer Leistung von beispielsweise einer Speicherbatterie, welche in dem Fahrzeug montiert ist, mit elektrischer Leistung versorgt, um die gesamte Sensiereinrichtung 40 bis zu einer erwünschten Temperatur zu erwärmen.
Die Sensiereinrichtung 40 ist an einer äußeren Oberfläche davon dem Abgas, welches durch das Abgasrohr 14 strömt, ausgesetzt. Die frische Luft wird in die Luftleitung 45 eingeführt. Die äußere Elektrode 43 ist demnach dem Abgas ausgesetzt, wenn die innere Elektrode 44 der Luft ausgesetzt ist. Die elektromotorische Kraft wird zwischen der äußeren Elektrode 43 und der inneren Elektrode 44 als eine Funktion einer Differenz in der Sauerstoffkonzentration (d. h. einem Partialdruck des Sauerstoffs) zwischen dem Abgas und der Luft erzeugt. Besonders entwickelt die Sensiereinrichtung 40 die elektromotorische Kraft, welche im Potential unterschiedlich ist zwischen dann, wann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett ist und dann, wann es mager ist Die Konstantstromschaltung 27 ist elektrisch mit der inneren Elektrode 44 verbunden. Der Mikrocomputer 26 stellt wie in den obigen Ausführungsformen den Konstantstrom Ics der Sensiereinrichtung 40 zur Verfügung. Die Weise zur Steuerung des Konstantstroms Ics ist dieselbe wie in den obigen Ausführungsformen und eine Erklärung davon im Detail wird hier ausgelassen werden.
Das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem der obigen Ausführungsformen kann alternativ ausgebildet sein, um die Antwortzeit des A/F-Sensors 16 zu regulieren. Besonders bestimmt der Mikrocomputer 26, ob eine Anfrage getätigt ist, um die Antwortzeit des A/F-Sensors 16 zu ändern und steuert die Versorgung des Konstantstromes Ics zu dem A/F-Sensor 16 gemäß dem Typ der Anfrage.
Das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem der obigen Ausführungsformen kann auch mit einem typischen HC-Sensor verwendet werden, welcher aus einem festen Elektrolytkörper und einem Paar von Elektroden, welche an gegenüberliegenden Oberflächen des festen Elektrolytkörpers angebracht bzw. befestigt sind, aufgebaut ist. Der Mikrocomputer 26 bestimmt, ob eine Anfrage getätigt ist, um die Antwort des HC-Sensors, welche dieser braucht, um auf eine Änderung in der Konzentration von HC in dem Abgas zu reagieren, getätigt ist und steuert die Versorgung des Konstantstroms Ics, welcher zwischen den Elektroden auf dem festen Elektrolytkörper gemäß dem Typ der Anfrage fließen soll. Wenn es notwendig bzw. benötigt ist, die Antwortzeit des HC-Sensors zu verkürzen, stellt der Mikrocomputer 26 den positiven Strom +Ics dem HC-Sensor zur Verfügung, so dass Sauerstoff sich von einer der Elektroden, welche dem Abgas ausgesetzt ist, zu der anderen bewegt.
Das Maschinensteuer- bzw. Regelsystem der obigen Ausführungsformen kann auch mit einem typischen NO_x-Sensor verwendet werden, welcher aus einem festen Elektrolytkörper und einem Paar von Elektroden, welche an gegenüberliegenden Oberflächen des festen Elektrolytkörpers befestigt sind, aufgebaut ist. Der Mikrocomputer 26 bestimmt, ob eine Anfrage getätigt ist, um die Antwortzeit des NO_x-Sensors, die dieser benötigt, um auf eine Änderung in der Konzentration von NO_x in dem Abgas zu reagieren, getätigt ist, und steuert die Versorgung des Konstantstroms Ics, welcher durch die Elektroden auf dem festen Elektrolytkörper gemäß dem Typ der Anfrage fließen soll. Wenn es notwendig, ist, die Antwortzeit des NO_x-Sensors zu kürzen, stellt der Mikrocomputer 26 den negativen Strom –Ics des HC-Sensor zur Verfügung, so dass sich Sauerstoff von einer der Elektroden, welche der Luft ausgesetzt ist, zu der anderen bewegt.
Der Mikrocomputer 26 des Maschinensteuer- bzw. Regelsystems arbeitet, wie obenstehend beschrieben ist, um die Antwortgeschwindigkeit oder -zeit des O₂-Sensors 17 zu verbessern, welcher die Konzentration von Sauerstoff, welcher in dem Abgas enthalten ist, welches von der Maschine 10 emittiert wird, zu verbessern, er kann jedoch auch konstruiert sein, um die Antwortzeit eines Gassensors, welcher eine Ausgabe in Antwort auf eine Veränderung in einem Bestandteil von Gas erzeugt, zu ändern. Beispielsweise ist der Mikrocomputer 26 ausgebildet, um die Antwortzeit des A/F-Sensors 16 in 1 zu ändern.
Der Mikrocomputer 26 kann die Versorgung des Konstantstroms Ics zu dem HC-Sensor in Antwort auf eine Veränderung in der Konzentration von HC(Hydro Carbon)-Bestandteilen steuern zwischen wann die HC-Bestandteile in das Abgas austreten und dann, wann keine HC-Bestandteile oder ein kleiner Betrag von HC-Bestandteilen in dem Abgas existiert. Beispielsweise ändert der Mikrocomputer 26 die Weise wie der Konstantstrom Ics dem HC-Sensor zur Verfügung gestellt wird basierend auf dem Bestandteil des Abgases (beispielsweise der Konzentration der HC-Bestandteile) vor der Änderung in der Konzentration der HC-Bestandteile. Ähnlich kann der Mikrocomputer 26 die Versorgung des Konstantstroms Ics zu dem NO_x-Sensor steuern in Antwort auf eine Veränderung der Konzentration von NO_x(Stickstoffoxid)-Bestandteilen zwischen dann, wann die NO_x-Bestandteile in das Abgas austreten und dann, wann keine NO_x-Bestandteile oder eine kleine Menge der NO_x-Bestandteile in dem Abgas existiert. Beispielsweise verändert der Mikrocomputer 26 die Weise, wie der Konstantstrom Ics dem NO_x-Sensor zur Verfügung gestellt wird basierend auf dem Bestandteil des Abgases (beispielsweise der Konzentration der NO_x-Bestandteile) vor der Änderung in der Konzentration der NO_x-Bestandteile. Der Mikrocomputer 26 kann alternativ ausgebildet sein für Abgas-Emissionen von Calcinatoren oder Verbrennungshilfen.
Während die vorliegende Erfindung in Form der bevorzugten Ausführungsformen offenbart wurde, um ein besseres Verständnis davon zu erleichtern, sollte anerkannt werden, dass die Erfindung auf verschiedenen Wegen ausgeführt werden kann, ohne vom Prinzip der Erfindung abzuweichen. Demnach sollte verstanden werden, dass die Erfindung alle möglichen Ausführungsformen und Abwandlungen zu den gezeigten Ausführungsformen einschließt, welche ausgeführt werden können, ohne vom Prinzip der Erfindung abzuweichen, wie es in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010-184372 [0001]
JP 2011-117453 [0001]
JP 8-20414 [0005]

Claims

Gassensorsteuervorrichtung, welche einen Betrieb eines Gassensors (16, 17) steuert, welcher aus einem festen Elektrolytkörper (32) und einem Paar von Elektroden (33, 34) aufgebaut ist, welche an einer Oberfläche des festen Elektrolytkörpers (32) befestigt sind, um ein Signal auszugeben, welches eine Konzentration eines gegebenen Gasbestandteiles, welches in Gas enthalten ist, anzeigt, aufweisend: eine Konstantstromschaltung (27), welche elektrisch mit einer der Elektroden (33, 34) des Gassensors (16, 17) verbunden ist und einer der Elektroden (33, 34) einen Konstantstrom zur Verfügung stellt; und eine Steuervorrichtung, welche bestimmt, ob eine Änderungsanfrage zum Ändern einer Ausgabecharakteristik des Gassensors (16, 17) einschließlich einer Antwortzeit, die der Gassensor (16, 17) benötigt, um auf eine Veränderung in der Konzentration des Gasbestandteiles zu reagieren, getätigt ist oder nicht, wobei, wenn die Änderungsanfrage als getätigt bestimmt wird, die Steuervorrichtung basierend auf der Änderungsanfrage eine Richtung bestimmt, in welche der Konstantstrom zwischen den Elektroden (33, 34) des Gassensors (16, 17) fließen soll und die Konstantstromschaltung (27) steuert, um den Konstantstrom dem Gassensor (16, 17) zur Verfügung zu stellen, so dass der Konstantstrom zwischen den Elektroden (33, 34) in der bestimmten Richtung fließt, um die Ausgabecharakteristik des Gassensors (16, 17) zu ändern.
Gassensorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Gassensor (16, 17) ausgebildet ist, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgas, welches von einer internen Verbrennungsmaschine (10) emittiert wird, als eine Funktion der Konzentration des Gasbestandteiles zu messen und das Signal, welches das Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, ausgibt, wobei die Änderungsanfrage zum Ändern der Ausgabecharakteristik des Gassensors (16, 17) ist wenigstens einmal von Malen, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von fett zu mager ändert und wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von mager zu fett ändert, und wobei die Steuervorrichtung die Richtung bestimmt, in welche der Konstantstrom zwischen den Elektroden (33, 34) des Gassensors (16, 17) fließen soll, basierend auf der Änderungsanfrage, um die Ausgabecharakteristik zu dem wenigstens einen der Male zu ändern, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von fett zu mager ändert und wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von mager zu fett ändert.
Gassensorsteuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Gassensor (16, 17) eine darin definierte oder begrenzte Referenzgaskammer hat, welche mit einem Referenzgas gefüllt ist, wobei die Elektroden (33, 34) des Gassensors (16, 17) eine dem Abgas ausgesetzte Elektrode (33), welche dem Abgas ausgesetzt ist, und eine dem Referenzgas ausgesetzte Elektrode (34), welche dem Referenzgas ausgesetzt ist, sind, wobei, wenn die Änderungsanfrage zum Ändern der Antwortzeit des Gassensors (16, 17) als getätigt bestimmt wird, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von fett zu mager ändert, die Steuervorrichtung die Konstantstromschaltung (27) steuert, um die Richtung des Flusses des Konstantstromes zu orientieren, so dass Sauerstoff von der dem Referenzgas ausgesetzten Elektrode (34) durch den festen Elektrolytkörper (32) der dem Abgas ausgesetzten Elektrode (33) zur Verfügung gestellt wird, und worin, wenn die Änderungsanforderung zum Ändern der Antwortzeit des Gassensors (16, 17) als getätigt bestimmt wird, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von mager zu fett ändert, die Steuervorrichtung vor die Konstantstromschaltung (27) steuert, um die Richtung des Flusses des Konstantstroms zu orientieren, so dass Sauerstoff von der dem Abgas ausgesetzten Elektrode (33) durch den festen Elektrolytkörper (32) der dem Referenzgas ausgesetzten Elektrode (34) zur Verfügung gestellt wird.
Gassensorsteuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuervorrichtung auch einen Betriebszustand der internen Verbrennungsmaschine (10) bestimmt und, basierend auf dem bestimmten Betriebszustand der internen Verbrennungsmaschine (10) bestimmt, ob die Änderungsanforderung getätigt ist oder nicht.
Gassensorsteuervorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Gassensorsteuervorrichtung mit einem Maschinensteuer- oder Regelsystem verwendet wird, welches das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Übereinstimmung mit einem Zielwert bringt, wobei die Steuervorrichtung bestimmt, dass die Änderungsanfrage getätigt ist, um die Antwortzeit des Gassensors (16, 17) zu verkürzen, bei einer Änderung in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von fett zu mager, wenn der Betriebszustand anzeigt, dass die interne Verbrennungsmaschine (10) in einem Hochlastzustand ist, und die Konstantstromschaltung (27) basierend auf der Änderungsanfrage steuert, um die Antwortzeit des Gassensors (16, 17) zu verringern.
Gassensorsteuervorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Gassensorsteuervorrichtung mit einem Maschinensteuer- oder Regelsystem verwendet wird, welches arbeitet, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgas, welches von einer internen Verbrennungsmaschine (10) emittiert wird, wie es durch einen Gassensor (16, 17) gemessen wird, in Übereinstimmung mit einem Zielwert zu bringen, wobei die Steuervorrichtung bestimmt, dass die Änderungsanfrage getätigt ist, um die Antwortzeit des Gassensors (16, 17) zu verkürzen, bei einer Änderung im dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von mager zu fett, wenn der Betriebszustand anzeigt, dass die interne Verbrennungsmaschine (10) in einem kalten Zustand läuft, und die Konstantstromschaltung (27) basierend auf der Änderungsanfrage steuert, um die Antwortzeit des Gassensors (16, 17) zu verringern.
Gassensorsteuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Konstantstromschaltung (27) betreibbar ist, um eine Menge des Konstantstroms zu regulieren, welche an den Gassensor (16, 17) anzulegen ist, und wobei die Steuervorrichtung eine Zielmenge des Konstantstromes bestimmt, welche benötigt wird, um an den Gassensor (16, 17) angelegt zu werden, um einen Grad der Antwortzeit des Gassensors (16, 17) basierend auf der Änderungsanfrage zu ändern.
Gassensorsteuervorrichtung nach Anspruch 7, wobei, wenn die interne Verbrennungsmaschine (10) in einer vorübergehenden Zeitdauer ist, in welcher eine Last auf die interne Verbrennungsmaschine (10) zunimmt, oder in einer Hochlastdauerzustandszeitdauer ist, in welcher die Last auf die interne Verbrennungsmaschine (10) stoppt zuzunehmen, so dass die interne Verbrennungsmaschine (10) in einem Hochlastzustand ist, die Steuervorrichtung bestimmt, dass die Änderungsanfrage getätigt ist, um die Antwortzeit des Gassensors (16, 17) bei einer Änderung in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von fett zu mager zu verkürzen und einen Grad der Antwortzeit des Gassensors (16, 17) in der vorübergehenden Zeitdauer ändert, um kürzer zu sein als derjenige in der Hochlastdauerzustandszeitdauer.