DE102013004114B4

DE102013004114B4 - Steuerungsvorrichtung für einen Sauerstoffsensor

Info

Publication number: DE102013004114B4
Application number: DE102013004114.7A
Authority: DE
Inventors: Seiji Maeda
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2019-08-08
Anticipated expiration: 2033-03-08
Also published as: JP2013190296A; DE102013004114A1; JP5492236B2; US20130255232A1; US8961761B2

Abstract

Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung (1) zum Steuern eines Sauerstoffsensors (2), der ein von einem Festkörperelektrolytelement gebildetes Aufnehmerelement (3) und eine Heizung (4) zum Beheizen des Aufnehmerelements (3) aufweist, der auf die in einem von einem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgas enthaltene Sauerstoffkonzentration anspricht und der eine Charakteristik aufweist, bei der sich der von dem Luft-Kraftstoffverhältnis abhängige Sensorausgang (Vaus) im Verlauf einer Änderung zwischen einem Fettgemischzustand und einem Magergemischzustand am stöchiometrischen Luft-Kraftstoffgemisch sprunghaft ändert, wobei die Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung aufweist:eine Innenwiderstandserfassungseinrichtung (11, 12, 13, S3) zur zeitweisen Veränderung einer an Elektroden (3N, 3P) des Aufnehmerelements (3) anliegenden Spannung oder eines zwischen den Elektroden fließenden Stroms und zum Erfassen des Innenwiderstandswerts (R(n)) des Aufnehmerelements (3) auf Basis des Umfangs einer veranlasst durch die zeitweise Änderung auftretenden Spannungs- oder Stromänderung;eine Einrichtung zum Erhalt eines regulierten Innenwiderstands (S4 bis S11) für das Erhalten eines regulierten Innenwiderstandswerts (Rf) auf Basis des Innenwiderstands (R(n)); undeine Heizungsbestromungseinrichtung (14, S12) zur rückgekoppelten Regelung der Heizungsbestromung so, dass der regulierte Innenwiderstandswert (Rf) gleich einem Sollwiderstand (RT) wird, wobeiwenn ein Zeitpunkt zum Erfassen des Innenwiderstandswerts (R(n)) in eine Magergemischphase (TL) fällt, während der der Sensorausgang (Vaus) darauf hinweist, dass sich das Luft-Kraftstoffverhältnis in einem Magergemischzustand befindet, die Einrichtung zum Erhalt des regulierten Innenwiderstands (S4 bis S11) den erfassten Innenwiderstandswert (R(n)) als regulierten Innenwiderstandswert (Rf) verwendet, undwenn ein Zeitpunkt zum Erfassen des Innenwiderstandswerts (R(n)) in eine Fettgemischphase (TR) fällt, während der der Sensorausgang (Vaus) darauf hinweist, dass sich das Luft-Kraftstoffgemisch in einem Fettgemischzustand befindet, die Einrichtung zum Erhalt des regulierten Innenwiderstands (S4 bis S11) als regulierten Innenwiderstandswert (Rf) einen korrigierten Wert verwendet, der durch Korrigieren des erfassten Innenwiderstandswerts (R(n)) auf Basis eines zuletzt erfassten Magergemischwiderstands (R(k)) erhalten wird, der dem letzten der während der dem Erfassungszeitpunkt vorhergehenden Magergemischphasen erfassten Innenwiderstandswerten (R(n)) entspricht, so dass eine Veränderung des Innenwiderstandswerts, die von einem Unterschied zwischen dem Magergemischzustand und dem Fettgemischzustand herrührt und in dem erfassten Innenwiderstand (R(n)) enthalten ist, aufgehoben wird.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung zum Steuern eines Sauerstoffsensors, der auf die, in einem von einem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgas enthaltene, Sauerstoffkonzentration anspricht und eine Charakteristik aufweist, bei der sich der dem Luft-Kraftstoffverhältnis entsprechende Sensorausgang am stöchiometrischen Luft-Kraftstoffgemisch im Verlauf eines Wechsels zwischen einem mageren Gemisch und einem fetten Gemisch sprunghaft ändert.
[Stand der Technik]
Bekannt sind bisher Sauerstoffsensoren, die in der Abgasleitung eines Fahrzeugverbrennungsmotors angeordnet sind, und die auf die in dem Abgas enthaltene Sauerstoffkonzentration ansprechen und das Luft-Kraftstoffverhältnis des Verbrennungsmotors erfassen (d. h., ob sich das Luft-Kraftstoffverhältnis in einem Fettgemischzustand oder ein Magergemischzustand befindet). Das Aufnehmerelement dieses Sauerstoffsensors wird hauptsächlich von einem Festkörperelektrolytelement wie beispielsweise Zirconiumdioxid gebildet, wobei die dem Luft-Kraftstoffverhältnis des Verbrennungsmotors entsprechende Ausgangsspannung (Sensorausgang) sich am stöchiometrischen Luft-Kraftstoffgemisch einer binären Größe ähnlich sprunghaft ändert. Unter Ausnutzung dieses Phänomens kann man daher bestimmen, ob sich das Luft-Kraftstoffgemisch des in dem Verbrennungsmotor verbrannten Kraftstoffgemisches auf der fetten oder der mageren Seite befindet. Das Festkörperelektrolytelement, welches das Aufnehmerelement ausbildet, weist bei einer hohen Temperatur von etwa 600 °C oder höher (aktiver Zustand) bekanntermaßen eine ausreichend hohe Sauerstoffionenleitfähigkeit auf. Daher ist in dem Sauerstoffsensor eine Heizung zum Beheizen des Aufnehmerelements vorgesehen, wodurch das Aufnehmerelement so beheizt wird, dass das Aufnehmerelement in einen aktiven Zustand gebracht wird. Ferner wird die Stromzufuhr zur Heizung unter Nutzung des Effekts, dass sich die Elementimpedanz (Innenwiderstand) des Aufnehmerelements mit der Elementtemperatur ändert, so rückkopplungsgeregelt, dass die Elementimpedanz (Innenwiderstand) gleich einer Sollimpedanz (Sollwiderstand) wird, wodurch das Aufnehmerelement auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten wird, die innerhalb eines Bereichs liegt, bei dem das Aufnehmerelement aktiviert ist. In JP H10 26 599 A wird zum Beispiel eine Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrichtung für einen Sauerstoffsensor offenbart, der ein Aufnehmerelement und eine Heizung aufweist, wobei die Erfassungsvorrichtung die Temperatur des Aufnehmerelements durch rückgekoppelte Regelung des in die Heizung eingespeisten Stroms steuert.
In der Offenlegungsschrift DE 196 25 899 A1 wird ein Verfahren zum Betreiben einer Sauerstoffsonde beschrieben. Dabei ist eine Heizregelung in einer Sprungsonde im Abgas so gestaltet, dass eine Messung des Sensorsignals dann erfolgt, wenn ein Wechsel von magerem zu fettem Betrieb wechselt und sich ein stabiler Zustand eingestellt hat.
In der Offenlegungsschrift DE 103 18 186 A1 wird ein Abgasreinigungssystem beschrieben, bei dem eine Heizeinrichtungssteuerung vorgesehen ist, welche die Temperatur einer Sprungsonde im Abgas mittels deren Impedanz regelt. Dabei wird zwischen Magerbetrieb, Fettbetrieb und dem Wechsel zwischen beiden unterschieden.
In der Patentschrift US 5 852 228 A wird eine Heizregelung eines Abgassensors beschrieben, die als Stellgröße die Impedanz des Sensors verwendet. Der Abgassensor verhält sich im Magerbetrieb anders als im Fettbetrieb.
[Kurzbeschreibung der Erfindung]
[Von der Erfindung zu lösende Problemstellung]
Bei einem solchen Sauerstoffsensor, der erfasst, ob sich das Luft-Kraftstoffgemisch im Fettgemischzustand oder im Magergemischzustand befindet, gestaltet sich die korrekte Steuerung der Temperatur des Aufnehmerelements problematisch, vor allem deshalb, da der erfasste Wert des Innenwiderstands selbst durch die Unterschiede im Luft-Kraftstoffverhältnis beeinflusst wird. Genauer gesagt wurde festgestellt, dass der Sensorausgang des Sauerstoffsensors die Messung des Innenwiderstandswerts beeinflusst, wobei der bei einem sich im Fettgemischzustand befindlichen Luft-Kraftstoffverhältnis erfasste Innenwiderstandswert größer ist als der, der bei einem sich im Magergemischzustand befindlichen Luft-Kraftstoffgemisch erfasst wird.
Aufgrund der durch den Unterschied zwischen dem fetten Gemischzustand und dem mageren Gemischzustand bewirkten Veränderung des erfassten Innenwiderstandswerts war die korrekte Steuerung der Temperatur des Aufnehmerelements unter Verwendung des Innenwiderstandswerts schwierig. Denn selbst wenn sich die Temperatur des Elements nicht ändert, ändert sich der für den Innenwiderstandswert erfasste Wert abhängig davon, ob sich das Luft-Kraftstoffgemisch zum Zeitpunkt der Erfassung des Innenwiderstandswerts im Magergemischzustand oder im Fettgemischzustand befindet. Daher kann eine solche Steuerung, selbst dann, wenn man versucht die Stromzufuhr zur Heizung so zu steuern, dass der für den Innenwiderstandswert erhaltende Wert gleich einem Sollwiderstand wird, nicht korrekt ausgeführt werden.
Bekanntermaßen ist der Innenwidersand umso kleiner, je höher die Temperatur des Aufnehmerelements ist. In den Fällen, bei denen die Stromzufuhr zu der Heizung so mittels Rückkopplung geregelt wird, dass der Innenwiderstandswert konstant bleibt, wird daher der Innenwiderstandswert, der bei einem sich im Fettgemischzustand befindlichen Luft-Kraftstoffverhältnis erfasst wird, höher als der, der bei einem sich im Magergemischzustand befindlichen Luft-Kraftstoffverhältnis erfasst wird, sodass sich die Elementtemperatur durch die Steuerung erhöht.
Außerdem nimmt mit dem Altern des Aufnehmerelements aufgrund anderer Faktoren der Innenwiderstandswert des Aufnehmerelements bei einer bestimmten Temperatur im Vergleich zu dem Innenwiderstandswert vor dem Altern des Aufnehmerelements zu. Zudem wurde festgestellt, dass die durch den Unterschied zwischen dem Magergemischzustand und dem Fettgemischzustand bedingte Veränderung des Innenwiderstandswerts mit dem Altern des Aufnehmerelements zunimmt.
Zum Beispiel nimmt der Innenwiderstandswert des Aufnehmerelements in einem Fall, bei dem ein nicht gealtertes Aufnehmerelement auf 700 °C aufgeheizt wird, bei einem Magergemischzustand einen Wert von etwa 30 Ω und bei einem Fettgemischzustand von etwa 35 Ω an. Bei einem bereits gealterten Aufnehmerelement nimmt der Innenwiderstandswert des Aufnehmerelements jedoch selbst dann, wenn das Aufnehmerelement auf die selbe Temperatur (700 °C) aufgeheizt ist, bei einem Magergemischzustand einen Wert von etwa 70 Ω und bei einem Fettgemischzustand von etwa 110 Ω an. Wie zuvor erläutert, nimmt der Innenwiderstandswert im Falle eines gealterten Sauerstoffsensors aufgrund der Alterung zu und bei einem Erfassungszeitpunkt während eines Fettgemischzustands ist der erfasste Innenwiderstandswert sogar noch höher. Dadurch besteht eine gewisse Wahrscheinlichkeit, dass die Steuerung instabil wird.
Eine solche Veränderung des Innenwiderstandswerts zwischen einem Magergemischzustand und einem Fettgemischzustand wird auch bei unterschiedlichen Temperaturen des am Sauerstoffsensor befindlichen Abgases beobachtet. Insbesondere ist die von einer Temperaturänderung des Abgases abhängige Veränderung des Innenwiderstandswerts bei einem Fettgemischzustand stärker als bei einem Magergemischzustand. Genauer gesagt spricht der Wert des erfassten Innenwiderstandswerts bei einem Fettgemischzustand sensibler auf die Temperatur des umgebenden Abgases an als bei Erfassung während eines Magergemischzustands.
Die Erfindung wurde durch die oben beschriebenen Problemstellungen veranlasst und gibt eine Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung an, die den Einfluss der von dem Unterschied zwischen dem Magergemischzustand und dem Fettgemischzustand herrührenden Änderung des Innenwiderstandswerts abstellen kann und so die Temperatur des Aufnehmerelements korrekt steuert.
[Lösung der Problemstellungen]
Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung besteht in einer Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung zum Steuern eines Sauerstoffsensors, der ein aus einem Festkörperelektrolytelement gebildetes Aufnehmerelement und eine Heizung zum Beheizen des Aufnehmerelements aufweist, das auf die in einem, von einer Verbrennungsmaschine ausgestoßenen, Abgas enthaltene Sauerstoffkonzentration anspricht, und der eine Charakteristik aufweist, bei der sich der von dem Luft-Kraftstoffgemisch abhängige Sensorausgang am stöchiometrischen Luft-Kraftstoffgemische im Verlauf einer Veränderung zwischen einem Fettgemischzustand und Magergemischzustand sprunghaft ändert, wobei die Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung eine Innenwiderstanderfassungseinrichtung zum zeitweisen Ändern einer Spannung zwischen den Elektroden des Aufnehmerelements oder eines zwischen den Elektroden fließenden Stroms und zum Erfassen des Innenwiderstandswerts des Aufnehmerelements auf Basis des infolge der zeitweisen Änderung auftretenden Umfangs einer Spannungs- oder Stromänderung aufweist; eine Einrichtung zum Erhalt eines regulierten Innenwiderstandswerts, um einen regulierten Innenwiderstandswert auf Basis des Innenwiderstands zu erhalten; und eine Heizungsbestromungssteuereinrichtung zur rückgekoppelten Regelung der Stromzufuhr an die Heizung so, dass der regulierte Innenwiderstandswert gleich einem Sollwiderstand wird, wobei, wenn ein Zeitpunkt zum Erfassen des Innenwiderstandswerts in eine Magerphase fällt, während der der Sensorausgang darauf hindeutet, dass sich das Luft-Kraftstoffverhältnis im Magergemischzustand befindet, die Einrichtung zum Erhalt des regulierten Innenwiderstandswerts den erfassten Innenwiderstandswert als regulierten Innenwiderstandswert verwendet und, wenn ein Zeitpunkt zum Erfassen des Innenwiderstandswerts in eine Fettgemischphase fällt, während der der Sensorausgang darauf hindeutet, dass sich das Luft-Kraftstoffgemisch in einem Fettgemischzustand befindet, die Einrichtung zum Erhalt eines regulierten Innenwiderstandswerts einen korrigierten Wert als regulierten Innenwiderstandswert verwendet, wobei der korrigierte Wert so durch Korrigieren des erfassten Innenwiderstandswerts auf Basis des letzten Magergemischwiderstands, bei dem es sich um den letzten Innenwiderstandswert handelt, der vor dem Erfassungszeitpunkt während der Magergemischphasen erfasst wurde, erhalten wird, dass eine in dem erfassten Innenwiderstandswert enthaltene Veränderung des Innenwiderstands, die vom Unterschied zwischen dem Magergemischzustand und dem Fettgemischzustand herrührt, beseitigt wird.
Bei dieser Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung wird, wenn ein Zeitpunkt zum Erfassen des Innenwiderstandswerts in eine Magergemischphase fällt, der erfasste Innenwiderstandswert als regulierter Innenwiderstandswert verwendet. Wenn ein Zeitpunkt zum Erfassen des Innenwiderstandswerts indes in eine Fettgemischphase fällt, wird ein korrigierter Wert des Innenwiderstands als regulierter Innenwiderstandswert verwendet. Zum korrekten Steuern der Heizung, zum Beispiel so, dass das Aufnehmerelement auf einer fixen Temperatur gehalten wird, müssen die Erfassungsintervalle im Verhältnis zum Ansprechverhalten der Heizung auf eine Temperaturänderung ausreichend kurz sein. Bei Betrachtung einer Zeitspanne, die mehreren bis einem Dutzend von Erfassungsintervallen entspricht, kann die Temperatur des Aufnehmerelements als im Wesentlichen konstant angenommen werden. Daher sollte auch der damit verknüpfte Innenwiderstand des Aufnehmerelements während dieses Zeitraums konstant sein. Daher muss der Unterschied zwischen dem Wert eines zu einem Erfassungszeitpunkt während einer Magergemischphase erfassten Innenwiderstandswerts und einem zu einem Erfassungszeitpunkt während einer sich an die Magergemischphase anschließenden Fettgemischphase erfassten Innenwiderstandswert als dem Unterschied zwischen dem Magergemischzustand und dem Fettgemischzustand zuzurechnen angesehen werden. Denn, wie bereits beschrieben wurde, ist der Wert des während einer Fettgemischphase erfassten Innenwiderstands größer als der eines während einer Magergemischphase erfassten Innenwiderstands, wobei der erfasste Wert des Innenwiderstands mit der Alterung des Aufnehmerelements zunimmt. Ferner wird der erfasste Wert des Innenwiderstands möglicherweise durch die Temperatur des Abgases am Sensor beeinflusst. Unter Berücksichtigung dieses Einflusses wird der während einer Fettgemischphase erfasste Innenwiderstand auf Basis des oben beschriebenen letzten während der Magergemischphase erfassten Magergemischwiderstands korrigiert, wobei eine von dem Unterschied zwischen dem Magergemischzustand und dem Fettgemischzustand herrührende und in dem erfassten Innenwiderstand enthaltene Veränderung des Innenwiderstands beseitigt wird. Dadurch ist es nicht nur während der Magergemischphase, sondern auch während der Fettgemischphase möglich, die Bestromung der Heizung durch Aufheben des Einflusses der Innenwiderstandsveränderung korrekt zu steuern, um hierdurch die Temperatur des Aufnehmerelements korrekt zu regeln.
Ein Beispiel für ein Verfahren zum Erhalt des „korrigierten Werts“ aus dem erfassten Innenwiderstand bildet ein Verfahren, bei dem die Korrektur ausgeführt wird, wenn der Innenwiderstand nach dem Erfassen des Innenwiderstands während einer Magergemischphase zum ersten Mal während einer Fettgemischphase erfasst wurde. Insbesondere wird, um den Unterschied zwischen dem während der Magergemischphase und dem während der Fettgemischphase erfassten Innenwiderstand, d.h. zwischen dem oben beschriebenen zuletzt erfassten Magergemischwiderstand und dem nachfolgend beschriebenen ersten Fettgemischzustand, aufzuheben, eine Korrektur durchgeführt, wodurch der erste Fettgemischwiderstand mit dem zuletzt erfassten Magergemischzustand in Übereinstimmung gebracht wird. Ein konkretes Beispiel für das Korrekturverfahren bildet das Erhalten der Differenz zwischen dem ersten Fettgemischwiderstand und dem zuletzt erfassten Magergemischwiderstand gefolgt vom Subtrahieren der Differenz von einem anschließend während der Fettgemischphase erfassten Innenwiderstand für das Erhalten des „korrigierten Werts“. Ein anderes Beispiel des Korrekturverfahrens besteht im Erhalten des Verhältnisses zwischen dem ersten Fettgemischwiderstand und dem zuletzt erfassten Magergemischwiderstand gefolgt vom Teilen eines anschließend während einer Fettgemischphase erfassten Innenwiderstands durch das Verhältnis zum Erhalt des „korrigierten Werts“.
Zum Erfassen des Innenwiderstands kann die Spannung zwischen den Elektroden des Aufnehmerelements oder der zwischen den Elektroden fließende Strom zeitweise geändert werden. Der Innenwiderstand kann auf Basis des Umfangs einer Spannungs- oder Stromänderung erfasst werden, die durch die zeitlich beschränkte Änderung (nachfolgend wird ein solcher Umfang der Änderung als „Folgeänderungswert“ bezeichnet) auftritt. Das Verfahren und der Schaltungsaufbau zum Erfassen des Innenwiderstands können frei gewählt werden.
Konkret ist zum Beispiel eine Elektrode des Aufnehmerelements mit einem Referenzpotential verbunden, während die andere Elektrode über einen Referenzwiderstand und ein Schaltelement so mit einer Versorgungsspannungsleitung verbunden ist, dass durch das Aufnehmerelement und den Referenzwiderstand eine Widerstands-Spannungsteilerschaltung gebildet wird. Der durch die Elektroden des Aufnehmerelements fließende Strom wird durch Betätigen des Schaltelements zeitweise geändert. Beim Fließen eines Stroms durch das Aufnehmerelement wird ein dem Innenwiderstand des Aufnehmerelements entsprechender Spannungsabfall erzeugt. Dadurch spiegelt der infolge der zeitweisen Änderung auftretende Folgeänderungswert der Spannung (Spannungsänderungswert) den Innenwiderstand wieder. Genauer gesagt kann der Innenwiderstand des Aufnehmerelements aus dem Folgeänderungswert ermittelt werden. Insbesondere kann ein Verfahren verwendet werden, das zum Erhalt des Folgeänderungswerts der Spannung am Innenwiderstand eine Spannungsabfall erzeugt, indem zeitweise ein konstanter Stromfluss zwischen den Elektroden des Aufnehmerelements herbeiführt wird.
Bei der oben beschriebenen Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung erhält die Einrichtung zum Erhalt des regulierten Innenwiderstands als korrigierten Wert vorzugsweise einen Wert durch Subtrahieren einer Widerstandsdifferenz von dem erfassten Innenwiderstand, wobei die Widerstandsdifferenz die Differenz zwischen dem zuletzt erfassten Magergemischwiderstand und einem ersten Fettgemischwiderstand darstellt, der von dem im Anschluss an das Erfassen des letzten Magergemischwiderstands zuerst während einer Fettgemischphase erfassten Innenwiderstand gebildet wird, und verwendet den korrigierten Wert als den regulierten Innenwiderstand.
Bei der Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung wird der „korrigierte Wert“ durch Subtrahieren der Widerstandsdifferenz von dem erfassten Innenwiderstand erhalten und als regulierter Innenwiderstand verwendet. Daher wird der Wert des regulierten Innenwiderstands gleich einem Wert, der durch Addieren einer Änderung des Innenwiderstands zu dem zuletzt erfassten Magergemischwiderstand erhalten wird, wobei die Innenwiderstandsänderung auf Basis des ersten Fettgemischwiderstands bestimmt wird und in den Innenwiderständen enthalten ist, die zu den jeweiligen in die Fettgemischphase fallenden Erfassungszeitpunkten erfasst wurden. Dadurch kann die Temperatur des Aufnehmerelements durch Nachvollziehen der Änderung des Innenwiderstands korrekt gesteuert werden.
Eine andere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung besteht in einer Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung zum Steuern eines Sauerstoffsensors, der ein aus einem Festkörperelektrolytelement gebildetes Aufnehmerelement und eine Heizung zum Beheizen des Aufnehmerelements aufweist, das auf die in einem, von einem Verbrennungsmotor ausgestoßenen, Abgas enthaltene Sauerstoffkonzentration anspricht und das eine Charakteristik aufweist, bei der sich der von dem Luft-Kraftstoffgemisch abhängige Sensorausgang am stöchiometrischen Luft-Kraftstoffgemisch im Verlauf einer Veränderung zwischen einem Fettgemischzustand und einem Magergemischzustand sprunghaft ändert, wobei die Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung eine Innenwiderstandserfassungseinrichtung zum zeitweisen Verändern einer zwischen den Elektroden des Aufnehmerelements anliegenden Spannung oder eines zwischen den Elektroden fließenden Stroms und zum Erfassen des Innenwiderstands des Aufnehmerelements auf Basis des Umfangs einer infolge durch der zeitweisen Änderung auftretenden Spannungs- oder Stromänderung aufweist, eine Einrichtung zum Erhalten eines regulierten Innenwiderstands für ein Erhalten eines regulierten Innenwiderstands auf Basis des Innenwiderstands, sowie eine Heizungsbestromungssteuereinrichtung zur rückgekoppelten Regelung der Stromzufuhr zur Heizung so, dass der regulierte Innenwiderstand gleich einem Sollwiderstand wird, wobei die Einrichtung zum Erhalt eines regulierten Innenwiderstands, wenn ein Zeitpunkt zum Erfassen des Innenwiderstands in eine Magergemischphase fällt, während der der Sensorausgang auf ein sich im Magergemischzustand befindliches Luft-Kraftstoffverhältnis hinweist, als regulierten Innenwiderstand den erfassten Innenwiderstand verwendet, und die Einrichtung zum Erhalt eines regulierten Innenwiderstands, wenn ein Zeitpunkt zum Erfassen des Innenwiderstands in eine Fettgemischphase fällt, während der der Sensorausgang auf ein sich im Fettgemischzustand befindliches Luft-Kraftstoffgemisch hinweist, als regulierten Innenwiderstand einen zuletzt erfassten Magergemischwiderstand verwendet, der von dem letzten der während der Magergemischphasen vor dem Erfassungszeitpunkt erfassten Innenwiderstand gebildet wird.
Bei dieser Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung wird, wenn ein Zeitpunkt zum Erfassen des Innenwiderstands in eine Magergemischphase fällt, der erfasste Innenwiderstand als regulierter Innenwiderstand verwendet. Wenn ein Zeitpunkt zum Erfassen des Innenwiderstands jedoch in eine Fettgemischphase fällt, wird der zuletzt erfasste Magergemischwiderstand als regulierter Innenwiderstand verwendet. Bei diesem Verfahren kann in den Fällen, in denen die Zeitpunkte zum Erfassen des Innenwiderstands sukzessive in Fettgemischphasen fallen, keine der Veränderung des Innenwiderstands während der Fettgemischphasen gerecht werdende Steuerung durchgeführt werden. Dennoch kann die Temperatur des Aufnehmerelements während dieser Phasen durch Verwenden des zuletzt erfassten Magergemischwiderstands im Wesentlichen konstant gehalten werden, ohne dass sie von der von dem Unterschied zwischen dem Magergemischzustand und dem Fettgemischzustand herrührenden Änderung des Innenwiderstands beeinträchtigt wird. Daher kann die Temperatur des Aufnehmerelements durch Aufheben des Einflusses der von dem Unterschied zwischen dem Magergemischzustand und dem Fettgemischzustand herrührenden Änderung des Innenwiderstands korrekt gesteuert werden.
Figurenliste

[1] Schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus eines Sauerstoffsensors und des Aufbaus einer Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
[2] Zeitdiagramm, das ein Beispiel einer Veränderung des Luft-Kraftstoffverhältnisses (Magergemischzustand und Fettgemischzustand) und Zeitpunkte zum Erfassen des Innenwiderstands, sowie Einzelheiten der Verarbeitung für den Fall zeigt, bei dem eine Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform eingesetzt wird.
[3] Flussdiagramm zur Darstellung der Funktionsweise eines Mikroprozessors der Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
[4] Zeitdiagramm, das ein Beispiel einer Veränderung des Luft-Kraftstoffverhältnisses (Magergemischzustand und Fettgemischzustand) und Zeitpunkte zum Erfassen des Innenwiderstands, sowie Einzelheiten der Verarbeitung für den Fall zeigt, bei dem eine Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform eingesetzt wird.
[5] Flussdiagramm, das die Funktionsweise eines Mikroprozessors der Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.

[Ausführliche Beschreibung der Erfindung]
(Ausführungsform 1)
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die schematische Darstellung von 1 zeigt den Aufbau einer Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden ersten Ausführungsform. Die Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung 1 ist an einem (nicht gezeigten) Fahrzeug angebracht, das einen nicht dargestellten Motor aufweist, und ist mit einem Sauerstoffsensor 2 zu dessen Steuerung verbunden. Die Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung 1 spricht auf die in einem, von dem Verbrennungsmotor ausgestoßenen, Abgas enthaltene Sauerstoffkonzentration an und erfasst während des Verbrennens eines Kraftstoffgemisches in dem Verbrennungsmotor, ob sich das Luft-Kraftstoffverhältnis des Kraftstoffgemisches vom stöchiometrischen Luft-Kraftstoffgemisch in Richtung Fettgemisch oder Magergemisch verschiebt.
Der Sauerstoffsensor 2 weist ein Aufnehmerelement 3 auf, bei dem auf einem hauptsächlich aus Zirconiumdioxid gefertigten, Sauerstoffionen leitenden, Festkörperelektrolytelement ein Elektrodenpaar 3P und 3N ausgebildet ist, sowie eine Heizung 4 zum Beheizendes Aufnehmerelements 3. Genauer gesagt ist dem Abgas eine Elektrode 3N ausgesetzt, die an der äußeren Umfangsfläche des von dem Festkörperelektrolytelement in Form eines mit einem Boden versehenen zylindrischen Rohrs gebildeten Aufnehmerelements 3 ausgebildet ist. Die andere an der inneren Umfangsfläche des Aufnehmerelements 3 ausgebildete Elektrode 3P ist einem Referenzgas (Atmosphäre) ausgesetzt. Die stabförmige Heizung 4 ist in dem rohrförmigen mit einem Boden versehenen Innenraum des Aufnehmerelements 3 eingesetzt, wodurch der Sauerstoffsensor 2 ausgebildet wird. Bei einem Aufheizen des von einem Festkörperelektrolytelement gebildeten Aufnehmerelements 3 mittels der Heizung 4 auf eine Aktivierungstemperatur oberhalb von 600 °C, bei der das Aufnehmerelement 3 in den aktiven Zustand verbracht wird, zeigt das Aufnehmerelement 3 eine zufriedenstellende Sauerstoffionenleitfähigkeit. In diesem Zustand wird zwischen den Elektroden 3P und 3N eine von der Sauerstoffkonzentration abhängige elektromotorische Kraft (Quellenspannung) erzeugt, wodurch ein Sensorausgang Vaus erhalten wird. Die Stromzufuhr an die Heizung 4 des Sauerstoffsensors 2 wird durch die Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung 1 so gesteuert, dass das Aufnehmerelement 3 auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten wird, die innerhalb eines Temperaturbereichs liegt, bei dem das Aufnehmerelement 3 in den aktivierten Zustand gerät (nachfolgend kann dieser Bereich als „Aktivierungstemperaturbereich“ bezeichnet werden).
Der Sauerstoffsensor 2 weist übrigens eine Charakteristik auf, gemäß der sich der Sensorausgang Vaus (elektromotorische Kraft) des auf die Aktivierungstemperatur aufgeheizten Aufnehmerelements 3 ähnlich einer Binärgröße sprunghaft ändert, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis bei einem Wechsel zwischen dem Fettgemischzustand und dem Magergemischzustand das stöchiometrischen Luft-Kraftstoffgemisch passiert. Das bedeutet zum Beispiel, das der Sensorausgang Vaus im Magergemischzustand 0,05 V und im Fettgemischzustand 0,9 V beträgt.
Die Heizung 4 umfasst einen hauptsächlich aus Wolfram oder Platin gefertigten Wärmeerzeugungswiderstand 5, und ist mit einem Heizungssteuerschaltkreis 14 verbunden. Der Heizungssteuerschaltkreis 14 ist mit einem Impulsbreitenmodulationsausgangsanschluss 17 (PWM-Ausgangsanschluss 17) eines Mikroprozessors 10 verbunden. Die Bestromung der Heizung 4 zum Beheizen des Aufnehmerelements 3 erfolgt durch eine von dem Heizungssteuerschaltkreis 14 durchgeführte Impulsbreiten modulierende Regelung (PWM-Regelung). Um das Aufnehmerelement 3 auf einer innerhalb des Aktivierungstemperaturbereichs vorgegebenen Temperatur zu halten, wird das für die PWM-Regelung verwendete Taktverhältnis der Impulse durch eine von dem Mikroprozessor 10 durchgeführte PID-Regelung (Regelung mit proportionalintegral-differenzialem Verhalten) oder eine PI-Regelung (Regelung mit proportional-integralem Verhalten) bestimmt.
Das Aufnehmerelement 3 weist einen Innenwiderstand mit einem Innenwiderstandswert R auf, der mit zunehmender Temperatur des Aufnehmerelements 3 abnimmt. Genauer gesagt besteht zwischen dem Innenwiderstandswert R und der Temperatur des Aufnehmerelements 3 eine vorgegebene Korrelation. Daher kann die Temperatur des Elements durch Steuern des Innenwiderstandswerts R so, dass er gleich einem Sollwiderstand wird, auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten werden.
Das Aufnehmerelement 3 besitzt bei der Aktivierungstemperatur eine Sauerstoffionenleitfähigkeit, wodurch es als Sauerstoffkonzentrationszelle fungiert und erzeugt zwischen den Elektroden 3N und 3P eine der Differenz der Sauerstoffkonzentration entsprechende Quellenspannung EV. Daher kann als Ersatzschaltbild des Aufnehmerelements 3 wie in 1 gezeigt eine zwischen den Elektroden 3P und 3N angeordneten Serienschaltung aus einer die Quellenspannung EV erzeugenden Zelle (Sauerstoffkonzentrationszelle) und einem Innenwiderstand mit dem internen Widerstand R in Betracht gezogen werden.
Die Elektroden 3P und 3N des Aufnehmerelements 3 sind mit einem Ausgangserfassungsschaltkreis 13 verbunden. Der Ausgangserfassungsschaltkreis 13 erfasst die Quellenspannung EV als Sensorausgang Vaus und legt diese an einen A/D-Eingangsanschluss 16 des Mikroprozessors 10 an. Von den Elektroden 3P und 3N des Aufnehmerelements 3 ist, wie zu erkennen, eine Elektrode 3N mit einem Referenzpotential (Masse) des Ausgangserfassungsschaltkreises 13 verbunden, wobei das Potential der anderen Elektrode 3P höher als das der Elektrode 3N ist.
Zusätzlich zum Ausgangserfassungsschaltkreis 13 ist mit der Elektrode 3P des Aufnehmerelements 3 auch ein Spannungsverschiebungsschaltkreis 12 verbunden. Der Spannungsverschiebungsschaltkreis 12 verbindet die Elektrode 3P über einen Referenzwiderstand mit dem Widerstand R1 und ein Schaltelement Tr mit einer Spannungsversorgungsleitung Vcc. An das Schaltelement Tr des Spannungsverschiebungsschaltkreises 12 ist ein Impulssignalausgabeschaltkreis 11 angeschlossen. Der Impulssignalausgabeschaltkreis 11 ist mit einem Ein-/Ausgangsanschluss 15 des Mikroprozessors 10 verbunden. Veranlasst durch eine Anweisung des Mikroprozessors 10 steuert der Impulssignalausgabeschaltkreis 11 den Spannungsverschiebungsschaltkreis 12 so an, dass der Stromfluss zwischen den Elektroden 3P und 3N des Aufnehmerelements 3 vorübergehend geändert wird.
Genauer gesagt schaltet der Impulssignalausgangsschaltkreis 11 das Schaltelement Tr des Spannungsverschiebungsschaltkreises 12 so, dass von der Spannungsversorgungsleitung Vcc ein Strom zum Referenzwiderstand mit dem Widerstandswert R1 und weiter zum Aufnehmerelement 3 fließt, wodurch der Sensorausgang Vaus zwischen den Elektroden 3P und 3N des Aufnehmerelements 3 um einen Betrag geändert wird, der einem am Innenwiderstand (Innenwiderstandswert R) des Aufnehmerelements 3 erzeugten Spannungsabfall entspricht.
Wenn der durch den Innenwiderstand (Innenwiderstandswert R) und den Referenzwiderstand (Referenzwiderstandswert R1) fließende Strom als I und die Quellenspannung (elektromotorische Kraft) der von dem Aufnehmerelement 3 gebildeten Sauerstoffkonzentrationszelle als EV bezeichnet wird, dann ergibt sich die Größe des Stroms I durch aus der folgenden Gleichung (1): $I = (Vcc - EV) / (R1 + R)$
Der am Innenwiderstand (Innenwiderstandswert R) durch den Strom I erzeugte Spannungsabfall VF ist durch die folgende Gleichung (2) gegeben: $VF = R \times (Vcc - EV) / (R1 + R)$
Hierbei wird angenommen, dass die Quellenspannung EV vor dem Anschalten des Schaltelements Tr des Spannungsverschiebungsschaltkreises 12 genauso groß ist, wie nach dem Anschalten des Schaltelements Tr. In einem solchen Fall kann der Ausgangserfassungsschaltkreis 13 die Quellenspannung EV zu einem Zeitpunkt am Sensorausgang Vaus (AUS) messen, zu dem das Schaltelement Tr ausgeschaltet ist (nachfolgende Gleichung (3)). $Vaus (AUS) = EV$
Dagegen stellt der von dem Ausgangserfassungsschaltkreis 13 zu einem Zeitpunkt erfasste Sensorausgang Vaus (AN), an dem das Schaltelement Tr angeschaltet ist, die Summe aus dem am Innenwiderstand (Innenwiderstandswert R) erzeugten Spannungsabfall VF und der Quellenspannung EV dar, so dass der Sensorausgang Vaus (AN) durch die folgende Gleichung (4) gegeben ist: $Vaus (AN) = VF + EV$
Die Differenz zwischen dem Sensorausgang Vaus (AN) und dem Sensorausgang Vaus (AUS), das ist der Folgeänderungswert ΔV der Spannung, ist daher durch die folgende Gleichung (5) gegeben: $Δ V = Vaus (AN) - Vaus (AUS) = (VF + EV) - EV = VF$
Damit kann der Innenwiderstandswert R des Aufnehmerelements 3 durch Erhalt des Folgeänderungswerts ΔV und Berechnen des am Innenwiderstand (Innenwiderstandswert R) verursachten Spannungsabfalls unter Verwendung der aus den Gleichungen (2) und (5) erhaltenen nachfolgenden Gleichung (6) ermittelt werden. $R = R 1 \times Δ V / ((Vcc - EV) - Δ V)$
Es sei angemerkt, dass der Innenwiderstandswert R, da er zu jedem vorgegebenen Erfassungszeitpunkt in Form von Daten einer zeitlichen Messfolge erhalten wird, mit R(n) bezeichnet werden kann (n stellt eine die Messfolgennummer wiedergebende Ganzzahl dar).
Wird der Innenwiderstandswert R jedoch in einer wie oben beschriebenen Weise erfasst, wird für den Innenwiderstandswert R bei einem Magergemischzustand ein anderer Wert erhalten als bei einem Fettgemischzustand. Insbesondere ist der Wert für einen im Fettgemischzustand gemessenen Innenwiderstand größer als für einen im Magergemischzustand gemessenen. Auch wenn der Grund für die Änderung des als Innenwiderstandswert R ermittelten Werts zwischen dem Magergemischzustand und dem Fettgemischzustand nicht geklärt ist, wird vermutet, dass das Phänomen von einer Änderung der Leitfähigkeit der Sauerstoffionen, die sich innerhalb des Festkörperelektrolytelements bewegen, zwischen dem Magergemischzustand und dem Fettgemischzustand herrührt.
Die Erfassungsintervalle müssen zum korrekten Steuern der Heizung, zum Beispiel so dass das Aufnehmerelement 3 auf einer fixen Temperatur gehalten wird, im Verhältnis zum Ansprechverhalten der Heizung auf eine Temperaturänderung übrigens ausreichend kurz sein. Bei Betrachtung eines Zeitraums, der mehreren bis zu einem Dutzend Erfassungsintervallen entspricht, kann die Temperatur des Aufnehmerelements 3 daher als im Wesentlichen konstant angenommen werden. Daher sollte auch der damit verknüpfte Innenwiderstandswert R des Aufnehmerelements 3 während dieses Zeitraums konstant sein. Genauer gesagt wird der Unterschied zwischen dem Wert des Innenwiderstandswerts R, der zu einem in eine Magergemischphase fallenden Erfassungszeitpunkt erfasst wurde, und dem, der zu einem in eine sich an die Magergemischphase anschließende Fettgemischphase fallenden Erfassungszeitpunkt erfasst wurde, hauptsächlich als dem Zustandsunterschied (der in dem zu messenden Gas enthaltenen Sauerstoffkonzentration) zwischen dem Magergemischzustand und dem Fettgemischzustand zuzuschreiben angesehen. Es wird darauf hingewiesen, dass diese Änderung des Innenwiderstandswerts R zwischen dem Magergemischzustand und dem Fettgemischzustand, wie oben bereits beschrieben wurde, auch durch eine Alterung des Aufnehmerelements 3 beeinflusst wird. Zur Berücksichtigung des Einflusses der Alterung wird vorzugsweise der während einer Magergemischphase, während der die alterungsbedingte Zunahme des Innenwiderstandswerts R gering ist, erfasste Innenwiderstandswert R als Referenz verwendet.
Insofern wird bei der Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung 1 der vorliegenden ersten Ausführungsform in den Fällen, bei denen ein Zeitpunkt zum Erfassen des Innenwiderstandswerts R in einen Magergemischzustand (Magergemischphase) fällt, die Bestromung der Heizung 4 unter Verwendung des für den Innenwiderstandswert R ermittelten Werts verwendet. In den Fällen, in denen der Zeitpunkt zum Erfassen des Innenwiderstandswerts R in einen Fettgemischzustand (Fettgemischphase) fällt, wird dagegen der für den Innenwiderstandswert R ermittelte Wert auf Basis des letzten Magergemischwiderstands (der letzte von den Werten, die während der der Fettgemischphase vorausgehenden Magergemischphase als Innenwiderstandswert R ermittelt wurden) korrigiert, wobei die Bestromung der Heizung 4 unter Verwendung des korrigierten Werts gesteuert wird. Dadurch kann die Änderung des für den Innenwiderstandswert R ermittelten Werts, die dem Unterschied zwischen dem Magergemischzustand und dem Fettgemischzustand geschuldet und in dem für den Innenwiderstandswert R ermittelten Wert enthalten ist, aufgehoben werden.
Im Folgenden wird das Steuerverfahren der Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung 1 der vorliegenden ersten Ausführungsform ausführlicher beschrieben. Das Zeitdiagramm der 2 zeigt eine beispielhafte Änderung des Luft-Kraftstoffgemisches (zwischen Fettgemischzuständen und Magergemischzuständen), Zeitpunkten zum Erfassen des Innenwiderstandswerts R(n) und Einzelheiten der Verfahrensabwicklung bei einer Verwendung einer Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung 1 der vorliegenden ersten Ausführungsform. Wie 2 zu entnehmen ist, treten Magergemischphasen TL, bei denen der Sensorausgang Vaus etwa 0,05 V annimmt und auf ein sich im Magergemischzustand befindendes Luft-Kraftstoffgemisch hinweist, und Fettgemischphasen TR, bei denen der Sensorausgang Vaus etwa 0,9 V annimmt und auf ein sich im Fettgemischzustand befindendes Luft-Kraftstoffgemisch hinweist, sich unregelmäßig abwechselnd auf. Nachfolgend wird die vorliegende erste Ausführungsform auf Basis des Beispiels von 2 beschrieben.
Nach oben gerichtete Pfeile zeigen in 2 Zeitpunkte zum in vorgegebenen Intervallen (bei der vorliegenden ersten Ausführungsform alle 500 msec) durchgeführten Erfassen des Innenwiderstandswerts R. Der Messwert für den zum n-ten Zeitpunkt dieser Erfassungszeitpunkte ermittelten Innenwiderstandswerts R wird mit R(n) bezeichnet (nachfolgend wird der gemessene Wert als Innenwiderstandswert R(n) bezeichnet).
Es wird wie in 2 gezeigt angenommen, dass der (k-1)-te und k-te Erfassungszeitpunkt jeweils in eine Magergemischphase TL fallen und R(k-1) und R(k) zu den jeweiligen Zeitpunkten als Innenwiderstandswerte R(n) erfasst werden.
Ferner wird angenommen, dass jeder der darauf folgenden drei Erfassungszeitpunkte ((k+1)-ter bis (k+3)-ter) in eine Fettgemischphase TR fällt und R(k+1), R(k+2) und R(k+3) zu den jeweiligen Zeitpunkten als Innenwiderstandswerte R(n) erfasst werden.
Weiterhin wird angenommen, dass der daran anschließende (k+4)-te Erfassungszeitpunkt in eine Magergemischphase TL fällt und als Innenwiderstandswert R(n) R(k+4) erfasst wird.
Von diesen Fällen wird in den Fällen, bei denen der Zeitpunkt zum Erfassen des Innenwiderstandswerts R(n) in eine Magergemischphase TL fällt, d.h. jeweils am (k-1)-ten, k-ten und (k+4)-ten Erfassungszeitpunkt, jeder der erfassten Innenwiderstandswerte R(n) (R(k-1), R(k), R(k+4)) ohne Korrektur als regulierter Innenwiderstandswert Rf (= R(n)) abgespeichert. Bei der Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung 1 wird die Bestromung der Heizung 4 mittels PID-Regelung oder PI-Regelung so gesteuert, dass der regulierte Innenwiderstandswert Rf gleich dem Sollwiderstand RT wird.
Dagegen wird in den Fällen, bei denen der Zeitpunkt zum Erfassen des Innenwiderstandswerts R(n) in eine Fettgemischphase TR fällt, d.h. jeweils am (k+1)-ten bis (k+3)-ten Erfassungszeitpunkt, ein durch Korrigieren des erfassten Innenwiderstandswerts R(n) erhaltener Wert als regulierter Innenwiderstandswert Rf verwendet. Genauer gesagt wird der Innenwiderstandswert R(k+1) (erster Fettgemischwiderstand) am (k+1)-ten Erfassungszeitpunkt erfasst, der den ersten Erfassungszeitpunkt darstellt, der in eine Fettgemischphase TR fällt, nachdem der Innenwiderstandswert infolge eines in eine Magergemischphase TL fallenden Erfassungszeitpunkt erfasst wurde (beim vorliegenden Beispiel, nachdem R(k) erhalten wurde). Ferner ist zur Zeit des Eintretens des (k+1)-ten Erfassungszeitpunkts der Wert des Innenwiderstandswerts R(k) (zuletzt erfasster Magergemischwiderstand), der von den Innenwiderstandswerten R(k-1) und R(k), die während der entsprechenden Magergemischphasen TL jeweils zu vor dem (k+1)-ten Erfassungszeitpunkten gelegenen Zeitpunkten erfasst wurden, als letzter erfasst wurde, bereits als regulierter Innenwiderstandswert Rf abgespeichert. Am (k+1)-ten Erfassungszeitpunkt wird der Unterschied zwischen dem ersten Fettgemischwiderstand R(k+1) und dem zuletzt erfassten Magergemischwiderstand R(k), d. h. die Widerstandsdifferenz ΔR(=R(k+1)-R(k)), unter Verwendung dieser Werte berechnet und abgespeichert. Für die an den in die entsprechenden Fettgemischphasen TR fallenden (k+1)-te bis (k+3)-te Erfassungszeitpunkte erfassten Werte R(k+1), R(k+2) und R(k+3) werden die durch Korrigieren dieser Innenwiderstandswerte R(k+1), R(k+2) und R(k+3) erhaltenen Werte (R(n)-ΔR), d.h. durch Subtrahieren der Widerstandsdifferenz ΔR von den Innenwiderständen R(k+1), R(k+2) und R(k+3), jeweils als regulierte Innenwiderstandswerte Rf (= R(n)-ΔR) abgespeichert. Die Heizungssteuerung wird unter Verwendung dieser regulierten Innenwiderstandswerte Rf durchgeführt.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Widerstandsdifferenz ΔR(= R(k+1)-R(k)), die zur Berechnung des regulierten Innenwiderstandswerts Rf verwendet wird, an den (k+2)-ten und (k+3)-ten Erfassungszeitpunkten, die nach dem (k+1)-ten Erfassungszeitpunkt nacheinander in die entsprechenden Fettgemischphasen TR fallen, nicht aktualisiert wird. Genauer gesagt wird die am (k+1)-ten Erfassungszeitpunkt abgespeicherte Widerstandsdifferenz ΔR auch für den (k+2)-ten und für den (k+3)-ten Erfassungszeitpunkt verwendet. Der auf diese Weise korrigierte Wert (regulierter Innenwiderstandswert Rf) entspricht einem Wert, der durch Addieren einer Änderung des Innenwiderstands, die auf Basis des ersten Fettgemischwiderstands R(k+1) bestimmt und in den zu Erfassungszeitpunkten erfassten Innenwiderstandswerten R(n) enthalten ist, die in die entsprechenden Fettgemischphasen TR fallen (insbesondere R(k+1), R(k+2) und R(k+3)), zu dem zuletzt gemessenen Magergemischwiderstand R(k) erhalten wird.
Nachfolgend wird die Funktionsweise des Mikroprozessors 10 der Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 3 beschrieben.
Das in 3 dargestellte Steuerprogramm, das eines der von dem Mikroprozessor 10 ausgeführten Programme darstellt, zeigt den Verfahrensablauf zum Erhalt des Sensorausgangs Vaus, zum Erfassen des Innenwiderstandswerts R(n), zum Erhalten des regulierten Innenwiderstandswerts Rf und zum Steuern der Bestromung der Heizung 4.
Zunächst bezieht der Mikroprozessor 10 in Schritt S1 jedes Mal nach Ablauf von 10 msec den Sensorausgang Vaus des Sauerstoffsensors 2. Auf Basis dieses Sensorausgangs Vaus wird das Luft-Kraftstoffverhältnis gesteuert. Es wird darauf hingewiesen, dass wie oben beschrieben in den Fällen, in denen das Aufnehmerelement 3 auf der Aktivierungstemperatur gehalten wird, der Sensorausgang Vaus etwa 0,05 V im Magergemischzustand und etwa 0,9 V im Fettgemischzustand beträgt.
Als nächstes bestimmt der Mikroprozessor 10 in Schritt S2, ob ein Zeitpunkt zum Erfassen des Innenwiderstandswerts R(n) gekommen oder nicht. Da die Erfassung des Innenwiderstandswerts R(n) in Intervallen (500 msec) vorgenommen wird, die länger als die Intervalle (10 msec) zum Beziehen des Sensorausgangs Vaus sind, bestimmt der Mikroprozessor 10 in Schritt S2, ob ein Erfassungszeitpunkt ansteht oder nicht. In den Fällen, in denen noch kein Erfassungszeitpunkt vorliegt (Nein), fährt der Mikroprozessor 10 zum Steuern der Bestromung der Heizung 4 mit Schritt S12 fort. Es wird darauf hingewiesen, dass in den Fällen, in denen der Mikroprozessor 10 ohne vorheriges Erfassen des Innenwiderstandswerts R(n) mit Schritt S12 fortfährt, der Mikroprozessor 10 die Bestromung der Heizung 4 unter Verwendung eines in den Mikroprozessor 10 gespeicherten Vorgabewerts als regulierten Innenwiderstandswert Rf steuert. In den Fällen, in denen ein Erfassungszeitpunkt vorliegt (Ja), fährt der Mikroprozessor 10 mit Schritt S3 fort.
In Schritt S3 erhält der Mikroprozessor 10 den Innenwiderstandswert R(n) des Aufnehmerelements 3 unter Verwendung des Impulssignalausgabeschaltkreises 11, des Spannungsverschiebungsschaltkreises 12 und des Ausgangserfassungsschaltkreises 13.
Anschließend bestimmt der Mikroprozessor 10 in Schritt S4 auf Basis der Größe des Sensorausgangs Vaus, ob sich das Luft-Kraftstoffgemisch zur Zeit des Erfassungszeitpunktes in einem Magergemischzustand befand. In den Fällen, in denen der Sensorausgang Vaus kleiner als 0,2 V (Ja) ist, legt der Mikroprozessor 10 fest, dass der Erfassungszeitpunkt in eine Magergemischphase TL gefallen ist, während der sich das Luft-Kraftstoffgemisch in einem Magergemischzustand befindet, und fährt mit Schritt S6 fort. In den anderen Fällen (Nein) fährt der Mikroprozessor 10 indes mit Schritt S5 fort und legt auf Basis der Größe des Sensorausgangs Vaus fest, ob sich das Luft-Kraftstoffgemisch zur Zeit des Erfassungszeitpunktes im Fettgemischzustand befunden hatte oder nicht. In den Fällen, in denen der Mikroprozessor 10 in Schritt S5 feststellt, dass der Sensorausgang Vaus größer als 0,6 V (Ja) ist, legt der Mikroprozessor 10 fest, dass der Erfassungszeitpunkt in eine Fettgemischphase TR gefallen ist, während der sich das Luft-Kraftstoffverhältnis im Fettgemischzustand befindet, und fährt mit Schritt S8 fort. In den anderen Fällen (Nein) fährt der Mikroprozessor mit Schritt S12 fort. In diesen Fällen beträgt der Sensorausgang Vaus 0,2 V bis 0,6 V, wobei dies bedeutet, dass der Erfassungszeitpunkt in eine stöchiometrische Phase gefallen ist, während der sich das Luft-Kraftstoffgemisch in einem stöchiometrischen Bereich zwischen dem Magergemischzustand und dem Fettgemischzustand (in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoffgemisches) befindet.
In Schritt S6 speichert der Mikroprozessor 10 den in Schritt S3 erhaltenen Innenwiderstandswert R(n) als regulierten Innenwiderstandswert Rf ab, der im später zu beschreibenden Schritt S12 zur Heizungssteuerung verwendet wird (Rf =R(n)). Im daran anschließenden Schritt S7 setzt der Mikroprozessor 10 den Wert eines Flags A auf Null. Das Flag A zeigt an, ob eine später zu beschreibende Widerstandsdifferenz ΔR bereits erhalten wurde. Im Anschluss daran fährt der Mikroprozessor 10 mit Schritt S12 fort, um die Bestromung des Heizelements 4 so mittels Rückkopplung zu regeln, dass der regulierte Innenwiderstandswert Rf gleich dem Sollwiderstand RT wird.
In den Fällen, in denen der Mikroprozessor 10 feststellt, dass ein Erfassungszeitpunkt in eine Fettgemischphase TR gefallen ist (Ja in Schritt S5) und mit Schritt S8 fortfährt, bestimmt der Mikroprozessor 10 ob der Wert des Flag A gleich Null ist oder nicht. In den Fällen mit A = 0 (Ja), genauer gesagt in den Fällen, in denen die Widerstandsdifferenz ΔR noch nicht erhalten wurde, fährt der Mikroprozessor 10 mit Schritt S9 fort.
In Schritt S9 berechnet der Mikroprozessor 10 die Widerstandsdifferenz ΔR (ΔR = R(n)-Rf). Es wird darauf hingewiesen, dass es sich bei dem für diese Berechnung verwendeten R(n) um den zuletzt erfassten Innenwiderstandswert R(n) handelt, der in Schritt S3 infolge des Eintretens eines Erfassungszeitpunkts während einer Fettgemischphase erfasst wurde, und wobei der Wert des Flags A zu diesem Zeitpunkt Null betrug. Daher handelt es sich wie nachfolgend beschrieben werden wird, bei dem dem Erfassungszeitpunkt unmittelbar vorausgehenden Erfassungszeitpunkt nicht um einen, der in eine Fettgemischphase gefallen ist. Daher entspricht dieser Innenwiderstandswert R(n) dem oben beschriebenen ersten Fettgemischwiderstand R(k+1). Auch handelt es sich bei dem regulierten Innenwiderstandswert Rf um den letzten der Innenwiderstandswerte R(n), die zu einem Erfassungszeitpunkt während Magergemischphasen TL vor dem in eine Fettgemischphase TR fallenden Erfassungszeitpunkt erhalten wurden, und der in Schritt S6 abgespeichert wurde. Daher entspricht der regulierte Innenwiderstandswert Rf dem oben beschriebenen zuletzt erfassten Magergemischwiderstand R(k) (siehe 2).
Im daran anschließenden Schritt S10 setzt der Mikroprozessor 10 den Wert des Flags A auf 1, um anzuzeigen, dass die Widerstandsdifferenz ΔR bereits erhalten wurde. Es wird darauf hingewiesen, dass in den Fällen, in denen die anschließenden Erfassungszeitpunkte nacheinander in Fettgemischphasen TR fallen, die oben beschriebenen Schritte S9 und S10, da das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S8 ein Nein ist, nicht ausgeführt werden. Die oben erläuterten Schritte S9 und S10 werden nämlich nur dann ausgeführt, wenn ein Erfassungszeitpunkt in eine Fettgemischphase TR fällt und der vorhergehende Erfassungszeitpunkt nicht in eine Fettgemischphase TR gefallen ist. Daher wird die in Schritt S9 berechnete Widerstandsdifferenz ΔR in den Fällen, in denen die Erfassungszeitpunkte nacheinander in Fettgemischphasen TR fallen, ohne Aktualisierung beibehalten.
In Schritt S11 berechnet der Mikroprozessor 10 den regulierten Innenwiderstandswert Rf unter Verwendung der Widerstandsdifferenz ΔR (Rf = R(n)-ΔR) und speichert diese ab. Es wird angemerkt, dass es sich bei dem in diesem Schritt erhaltenen regulierten Innenwiderstandswert Rf um einen durch Korrigieren (d.h. den oben beschriebenen Korrekturwert) erhaltenen regulierten Innenwiderstand handelt. Im Anschluss daran fährt der Mikroprozessor 10 mit Schritt S12 fort, um die Bestromung der Heizung 4 so zu steuern, dass der regulierte Innenwiderstandswert Rf gleich dem Sollwiderstand RT wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass bei der vorliegenden ersten Ausführungsform der Mikroprozessor 10, wenn der Mikroprozessor 10 in Schritt S5 feststellt, dass ein Erfassungszeitpunkt in eine stöchiometrische Phase (Nein) gefallen ist, direkt mit Schritt S12 fortfährt. Genauer gesagt aktualisiert der Mikroprozessor 10 in den Fällen, in denen ein Erfassungszeitpunkt in eine stöchiometrische Phase gefallen ist, den Wert des zur Heizungssteuerung verwendeten regulierten Innenwiderstandswert Rf nicht und führt die Heizungssteuerung unter Verwendung des regulierten Innenwiderstandswerts Rf fort, der am letzten in eine Magergemischphase TL oder Fettgemischphase TR gefallenen Erfassungszeitpunkt aktualisiert wurde.
Im auf Schritt S12 folgenden Schritt S13 bestimmt der Mikroprozessor 10, ob eine Beendigungsanweisung zum Beenden der Heizungssteuerung vorliegt oder nicht. In den Fällen, in denen keine Beendigungsanweisung vorliegt (Nein), kehrt der Mikroprozessor 10 zu Schritt S1 zurück und führt das Steuerprogramm beginnend mit dem Schritt zum Beziehen des Sensorausgangs Vaus erneut aus. In den Fällen, in denen indes eine Beendigungsanweisung vorliegt, beendet der Mikroprozessor 10 das vorliegende Steuerprogramm.
Bei der vorliegenden ersten Ausführungsform entsprechen der Impulssignalausgabeschaltkreis 11, der Spannungsverschiebungsschaltkreis 12, der Ausgangserfassungsschaltkreis 13 und der Schritt S3 ausführende Mikroprozessor 10 der Innenwiderstandserfassungseinrichtung. Ferner entsprechen der Heizungssteuerschaltkreis 14 und der Schritt S12 ausführende Mikroprozessor 10 der Heizungsbestromungssteuereinrichtung. Der die Schritte S4 bis S11 ausführende Mikroprozessor 10 entspricht ferner der Einrichtung zum Erhalt des regulierten Innenwiderstands. Wie oben beschrieben entspricht R(n), auf das bei der Berechnung der Widerstandsdifferenz ΔR in Schritt S9 Bezug genommen wird, dem ersten Fettgemischwiderstandswert R(k+1). Ferner entspricht R(n),auf das in Schritt S9 Bezug genommen wird, dem letzten Magergemischwiderstandswert R(k). Der regulierte Innenwiderstandswert Rf, der in Schritt S11 (Rf = R(n)- ΔR) während einer Fettgemischphase TR erhalten wurde (Ja in Schritt S5), stellt den korrigierten Wert dar.
Wie oben beschrieben funktioniert die Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung 1 der vorliegenden ersten Ausführungsform wie nachfolgend erläutert. Fällt ein Zeitpunkt zum Erfassen des Innenwiderstandswerts R(n) in eine Magergemischphase TL, dann steuert die Vorrichtung die Bestromung der Heizung 4 unter Verwendung des erfassten Innenwiderstandswerts R(n) als regulierten Innenwiderstandswert Rf. Wenn ein Zeitpunkt zum Erfassen des Innenwiderstandswerts R(n) jedoch in eine Fettgemischphase TR fällt, dann steuert die Vorrichtung die Bestromung der Heizung 4 unter Verwendung eines Werts (R(n)-ΔR) als regulierten Innenwiderstandswert Rf, der durch Korrigieren des erfassten Innenwiderstandswerts (Schritt S11) erhalten wurde. Der korrigierte Wert (regulierter Innenwiderstandswert Rf) bezieht sich auf einen Wert, durch Subtrahieren der Widerstandsdifferenz ΔR, die die Differenz zwischen dem ersten Fettgemischwiderstandswert R(k+1) und dem zuletzt erfassten Magergemischwiderstandswert R(k) darstellt, von dem aktuell erfassten Innenwiderstandswert R(n) erhalten wird. Durch Korrigieren des während einer Fettgemischphase TR erhaltenen Innenwiderstandswerts R(n) unter Verwendung der oben beschriebenen Widerstandsdifferenz ΔR kann die Änderung des Innenwiderstandswerts R(n), die aus dem Unterschied zwischen dem Magergemischzustand und dem Fettgemischzustand rührt und die in dem erhaltenen Innenwiderstandswert R(n) enthalten ist, aufgehoben werden. Infolgedessen kann die Vorrichtung die Bestromung der Heizung 4 durch Aufheben des Einflusses der Änderung des Innenwiderstandswerts R(n) nicht nur während der Magergemischphasen TL, sondern auch während der Fettgemischphasen TR korrekt steuern, wodurch die Temperatur des Aufnehmerelements 3 korrekt gesteuert wird. Ferner handelt es sich bei dem korrigierten Wert um einen Wert, der erhalten wird, indem zu dem zuletzt erfassten Magergemischwiderstand R(k) bei jedem Erfassungszeitpunkt eine Änderung des Innenwiderstandswerts R(n) addiert wird, der in eine auf den ersten Fettgemischwiderstand R(k+1) bezogene Fettgemischphase TR fällt. Dadurch kann die Vorrichtung die Temperatur des Aufnehmerelements 3 korrekt steuern, indem die während der Fettgemischphasen TR auftretende Veränderung des Innenwiderstandswerts R(n) beachtet wird.
Außerdem ist die, dem Unterschied zwischen Magergemischzustand und dem Fettgemischzustand geschuldete Veränderung des Innenwiderstandswerts R(n) bei einem gealterten Aufnehmerelement 3 während der Fettgemischphasen TR ausgeprägter. Der Einfluss der Alterung kann jedoch auch unterbunden werden.
(Zweite Ausführungsform)
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform beschrieben. Bei der ersten Ausführungsform wird die Bestromung der Heizung 4, wenn ein Zeitpunkt zum Erfassen des Innenwiderstandswerts R(n) in eine Magergemischphase TL fällt, mit dem ohne Korrektur als regulierter Innenwiderstandswert Rf verwendeten erfassten Innenwiderstandswert R(n) gesteuert. Indes wird die Bestromung der Heizung 4, wenn ein Zeitpunkt zum Erfassen des Innenwiderstandswerts R(n) in eine Fettgemischphase TR fällt, mit dem als regulierten Innenwiderstandswert Rf verwendeten Wert ((R(n)-ΔR), der durch Korrigieren des erfassten Innenwiderstandswerts R(n) erhalten wird, gesteuert. Die vorliegende zweite Ausführungsform ist mit der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform bis auf den Punkt identisch, dass, wenn ein Zeitpunkt zum Erfassen des Innenwiderstandswerts R(n) in eine Fettgemischphase TR fällt, die Bestromung der Heizung 4 mit dem als regulierten Innenwiderstandswert Rf (= R(k)) verwendeten zuletzt erfassten Magergemischwiderstand R(k) gesteuert wird. Daher wird hauptsächlich der den Unterschied zur ersten Ausführung darstellende Punkt beschrieben, wobei auf Beschreibungen von Teilen, die denen der ersten Ausführungsform gleichen, verzichtet wird bzw. diese vereinfachter dargestellt werden.
Das Zeitdiagramm der 4 zeigt ein Beispiel für Veränderungen des Luft-Kraftstoffverhältnisses (Magergemischzustand und Fettgemischzustand) und Zeitpunkte zum Erfassen des Innenwiderstandswerts R(n) sowie Einzelheiten des Verfahrensablaufs für den Fall eines Einsatzes einer Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden zweiten Ausführungsform. In 4 wechseln sich wie in dem Beispiel der ersten Ausführungsform Magergemischphasen TL, während denen der Sensorausgang Vaus etwa 0,05 V beträgt und darauf hinweist, dass sich das Luft-Kraftstoffgemisch in einem Magergemischzustand befindet, mit Fettgemischphasen TR, in denen der Sensorausgang Vaus etwa 0,9 V beträgt und darauf hinweist, dass sich das Luft-Kraftstoffgemisch in einem Fettgemischzustand befindet, unregelmäßig ab. Nachstehend wird die vorliegende zweite Ausführungsform auf Basis des Beispiels von 4 beschrieben.
In 4 nach oben gerichtete Pfeile zeigen die Zeitpunkte zum Ausführen eines Erfassens des Innenwiderstandswerts R in vorgegebenen Intervallen (bei der vorliegenden zweiten Ausführungsform alle 500 msec) an. Der Messwert des zum n-ten Zeitpunkt der Erfassungszeitpunkte erfassten Innenwiderstandswerts R wird mit R(n) bezeichnet (nachfolgend wird der Messwert als Innenwiderstandswert R(n) bezeichnet).
Wie im Falle des in 2 gezeigten Beispiels wird auch in 4 angenommen, dass jeder der aufeinander folgenden (k-1)-ten und k-ten Erfassungszeitpunkte in eine Magergemischphase TL fällt und als Innenwiderstandswerte R(n) zu den entsprechenden Zeitpunkten R(k-1) und R(k) erfasst werden. Ferner wird angenommen, dass jeder der nachfolgenden drei ((k+1)-ter bis (k+3)-ter) Erfassungszeitpunkte in eine Fettgemischphase TR fällt und zu den jeweiligen Zeitpunkten R(k+1), R(k+2) und R(k+3) als Innenwiderstandswerte R(n) erfasst werden. Ferner wird angenommen, dass der anschließende (k+4)-te Erfassungszeitpunkt in eine Magergemischphase TL fällt und R(k+4) als Innenwiderstandswert R(n) erfasst wird.
Von diesen Fällen wird in den Fällen, in denen der Zeitpunkt zum Erfassen des Innenwiderstandswerts R(n) in eine Magergemischphase TL fällt, d.h. am (k-1)-ten, am k-ten und am (k+4)-ten Erfassungszeitpunkt, der jeweils erfasste Innenwiderstandswert R(n) (R(k-1), R(k), R(k+4)) als regulierter Innenwiderstandswert Rf (= R(n)) ohne Korrektur abgespeichert. Bei der Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung 1 wird die Bestromung der Heizung 4 mittels PID-Regelung oder PI-Regelung so gesteuert, dass der regulierte Innenwiderstandswert Rf gleich dem Sollwiderstand RT wird.
In den Fällen indes, bei denen der Zeitpunkt zum Erfassen des Innenwiderstandswerts R(n) in eine Fettgemischphase TR fällt, d.h. zu den (k+1)-ten bis (k+3)-ten Erfassungszeitpunkten, wird keiner der erfassten Innenwiderstandswerte R(n) (insbesondere R(k+1), R(k+2) und R(k+3)) zur Heizungssteuerung verwendet. Bei der vorliegenden zweiten Ausführungsform wird der Wert des Innenwiderstandswerts R(k) (zuletzt erfasster Magergemischwiderstand), der als letzter der Innenwiderstandswerte R(k-1) und R(k), die während der entsprechenden Magergemischphasen TL an entsprechenden Zeitpunkten vor den in Fettgemischphasen TR fallenden (k+1)ten bis (k+3)ten Erfassungszeitpunkten erfasst wurden, erfasst wurde, als regulierter Innenwiderstandswert Rf (= R(k)) verwendet. Genauer gesagt, wird in den Fällen, in denen ein Erfassungszeitpunkt in eine Fettgemischphase fällt, der zu einem in eine Magergemischphase TL fallenden Erfassungszeitpunkt gespeicherte regulierte Innenwiderstandswert Rf nicht aktualisiert. Daher bleibt der zuletzt erfasste Magergemischwiderstand R(k), der als letzter während der Magergemischphasen TL erfasst wurde, als weiterhin regulierter Innenwiderstandswert Rf abgespeichert. Die Heizungssteuerung wird unter Verwendung dieses regulierten Innenwiderstandswerts Rf durchgeführt.
Es sei darauf hingewiesen, dass bei der vorliegenden zweiten Ausführungsform der Innenwiderstandswert R(n) an jedem der in eine Fettgemischphase TR fallenden Erfassungszeitpunkte erfasst wird. Wie zuvor erläutert, wird der erfasste Innenwiderstandswert R(n) jedoch nicht zur Heizungssteuerung verwendet. Daher kann die zweite Ausführungsform so abgewandelt werden, dass der Innenwiderstandswert R(n) zu Erfassungszeitpunkten, die in Fettgemischphasen TR fallen, nicht erfasst wird.
Als nächstes wird die Funktionsweise des Mikroprozessors 10 der Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 5 beschrieben.
Das in 5 gezeigte Steuerungsprogramm, das eines der von dem Mikroprozessor 10 ausgeführten Programme darstellt, zeigt wie im Falle der ersten Ausführungsform einen Verfahrensablauf zum Erhalten des Sensorausgangs Vaus, zum Erfassen des Innenwiderstandswerts R(n), zum Erhalten des regulierten Innenwiderstandswerts Rf und zum Steuern der Bestromung der Heizung 4.
Zunächst bezieht der Mikroprozessor 10 in Schritt S21 jedes Mal nach Ablauf von 10 msec den Sensorausgang Vaus des Sauerstoffsensors 2. Das Luft-Kraftstoffverhältnis wird auf Basis dieses Sensorausgangs Vaus gesteuert. Es sei angemerkt, dass wie oben beschrieben, der Sensorausgang Vaus in den Fällen, in denen das Aufnehmerelement 3 auf der Aktivierungstemperatur gehalten wird, etwa 0,05 V im Magergemischzustand beträgt und im Fettgemischzustand etwa 0,9 V.
Anschließend bestimmt der Mikroprozessor 10 in Schritt S22, ob ein Zeitpunkt zum Erfassen des Innenwiderstandswerts R vorliegt oder nicht. Da die Erfassung des Innenwiderstandswerts R in Intervallen (500 msec) vorgenommen wird, die länger als die Intervalle (10 msec) zum Beziehen des Sensorausgangs Vaus sind, bestimmt der Mikroprozessor 10 in Schritt S22, ob ein Erfassungszeitpunkt vorliegt oder nicht. In den Fällen, in denen noch kein Erfassungszeitpunkt vorliegt (Nein), fährt der Mikroprozessor 10 mit Schritt S26 fort, um die Bestromung der Heizung 4 zu steuern. Indessen fährt der Mikroprozessor 10 in den Fällen, in denen ein Erfassungszeitpunkt vorliegt (Ja) mit Schritt S23 fort.
In Schritt S23 erhält der Mikroprozessor 10 den Innenwiderstandswert R(n) des Aufnehmerelements 3 durch Verwenden des Impulssignalausgabeschaltkreises 11, des Spannungsverschiebungsschaltkreises 12 und des Ausgangserfassungsschaltkreises 13.
Danach bestimmt der Mikroprozessor 10 in Schritt S24 auf Basis der Größe des Sensorausgangs Vaus, ob sich das Luft-Kraftstoffverhältnis zur Zeit des Erfassungszeitpunkts in einem Magergemischzustand befand oder nicht. In den Fällen, in denen der Sensorausgang Vaus weniger als 0,2 V (Ja) beträgt, stellt der Mikroprozessor fest, dass der Erfassungszeitpunkt in eine Magergemischphase TL gefallen war, während der sich das Luft-Kraftstoffverhältnis in einem Magergemischzustand befand, und fährt mit Schritt S25 fort. In den anderen Fällen (in denen der Erfassungszeitpunkt in eine Fettgemischphase TR oder eine stöchiometrische Phase fiel) (Nein) fährt der Mikroprozessor 10 dagegen mit Schritt S26 fort.
In Schritt S25 speichert der Mikroprozessor 10 den in Schritt S23 erhaltenen Innenwiderstandswert R(n) als regulierten Innenwiderstandswert Rf (Rf = R(n)) ab. Im Anschluss daran fährt der Mikroprozessor 10 mit Schritt S26 fort, um die Bestromungssteuerung der Heizung 4 so fortzuführen, dass der regulierte Innenwiderstandswert Rf gleich dem Sollwiderstand RT wird.
In den Fällen, in denen der Mikroprozessor 10 in Schritt S24 indes eine „Nein“-Bestimmung vornimmt (nämlich in den Fällen, in denen ein Erfassungszeitpunkt in eine Fettgemischphase TR oder eine stöchiometrische Phase fällt), fährt der Mikroprozessor 10 direkt mit Schritt S26 fort, der den Schritt zur Heizungssteuerung darstellt. Daher wird in den Fällen, in denen ein Erfassungszeitpunkt in eine Fettgemischphase TR oder eine stöchiometrische Phase fällt, der Wert des zur Beheizungssteuerung verwendeten regulierten Innenwiderstandswerts Rf nicht aktualisiert. Daher führt der Mikroprozessor 10 in Schritt S26 eine Heizungssteuerung unter Verwendung des regulierten Innenwiderstandswerts Rf (= R(k)) durch, der dem letzten der Innenwiderstandswerte R(k-1) und R(k) entspricht, die während der der Fettgemischphase TR oder der stöchiometrischen Phase vorausgehenden Magergemischphase TL erhalten wurden. Genauer gesagt verwendet der Mikroprozessor 10 den zuletzt erfassten Magergemischwiderstand R(k) als regulierten Innenwiderstandswert Rf (siehe 4).
Im auf Schritt S26 folgenden Schritt S27 bestimmt der Mikroprozessor 10, ob eine Beendigungsanweisung zum Beenden der Heizungssteuerung vorliegt oder nicht. Falls keine Beendigungsanweisung vorliegt (Nein), kehrt der Mikroprozessor 10 zu Schritt S21 zurück und führt das Steuerprogramm beginnend mit dem Schritt zum Erhalt des Sensorausgangs Vaus erneut aus. In den Fällen indes, in denen eine Beendigungsanweisung vorliegt, beendet der Mikroprozessor 10 das vorliegende Steuerprogramm.
Bei der vorliegenden zweiten Ausführungsform entsprechen der Impulssignalausgabeschaltkreis 11, der Spannungsverschiebungsschaltkreis 12, der Ausgangserfassungsschaltkreis 13 und der Schritt S23 ausführende Mikroprozessor 10 der Innenwiderstandserfassungseinrichtung. Der Heizungssteuerschaltkreis 14 und der Schritt S26 ausführende Mikroprozessor 10 entspricht ferner der Heizungsbestromungssteuereinrichtung. Der die Schritte S24 und S25 ausführende Mikroprozessor entspricht weiterhin der Einrichtung zum Erhalt des regulierten Innenwiderstands.
Wie oben beschrieben funktioniert die Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung 1 der vorliegenden zweiten Ausführungsform wie nachfolgend erläutert. Fällt ein Zeitpunkt zum Erfassen des Innenwiderstandswerts R(n) in eine Magergemischphase TL, dann steuert die Vorrichtung die Bestromung der Heizung 4 unter Verwendung des erfassten Innenwiderstandswerts R(n) als regulierten Innenwiderstandswert Rf. Wenn ein Zeitpunkt zum Erfassen des Innenwiderstandswerts R(n) indes in eine Fettgemischphase TR fällt, dann steuert die Vorrichtung die Bestromung der Heizung 4 unter Verwendung des zuletzt erfassten Magergemischwiderstands R(k) als regulierten Innenwiderstandswert Rf. Daher kann die Vorrichtung in den Fällen, in denen die Zeitpunkte zum Erfassen des Innenwiderstandswerts R(n) nacheinander in Fettgemischphasen TR fallen, die Heizungssteuerung nicht unter Berücksichtigung der Veränderungen des Innenwiderstandswerts R(n) ausführen, die während der Fettgemischphasen TR auftreten. Die Temperatur des Aufnehmerelements 3 kann während dieser Phasen jedoch im Wesentlichen unter Verwendung des zuletzt erfassten Magergemischwiderstands R(k) konstant gehalten werden, ohne durch eine Veränderung des Innenwiderstandswerts R(n), der von dem Unterschied zwischen dem Magergemischzustand und dem Fettgemischzustand herrührt, beeinträchtigt werden. Daher kann die Temperatur des Aufnehmerelements 3 unter Ausschalten des Einflusses der von dem Unterschied zwischen dem Magergemischzustand und dem Fettgemischzustand herrührenden Veränderung des Innenwiderstandswerts R(n) korrekt gesteuert werden.
Bei der ersten Ausführungsform wird der korrigierte Wert (R(n)-ΔR) durch Subtrahieren der Widerstandsdifferenz ΔR, die der Differenz zwischen dem ersten Fettgemischwiderstand R(k+1) und dem zuletzt erfassten Magergemischwiderstand R(k) entspricht, von dem in der jeweiligen Fettgemischphase TR erfassten Innenwiderstandswert R(n) erhalten. Der Korrekturwert (z.B. R(k+2)/[R(k+1)/R(k)]) kann jedoch auch durch Teilen des in einer jeweiligen Fettgemischphase TR erfassten Innenwiderstandswerts R(n) (z.B. R(k+2)) durch das Verhältnis R(k+1)/R(k) des ersten Fettgemischwiderstands R(k+1) zu dem zuletzt erfassten Magergemischwiderstand R(k) erhalten werden.
Ferner sind die erste und die zweite Ausführungsform so ausgebildet, dass beim Erfassen des Innenwiderstandswerts R(n) der zwischen den Elektroden 3P und 3N des Aufnehmerelements 3 fließende Strom unter Verwendung des Impulssignalausgangsschaltkreises 11 und des Spannungsverschiebungsschaltkreises 12 (siehe 1) vorübergehend verändert wird, wodurch der Folgeänderungswert ΔV der Spannung, der durch diese Veränderung veranlasst wurde, erhalten wird. Das Verfahren und der Schaltungsaufbau zum Erfassen des Innenwiderstandswerts R(n) können jedoch geeignet geändert werden, um die Spannung zwischen den Elektroden 3P und 3N des Aufnehmerelements 3 vorübergehend zu ändern, um eine durch diese Veränderung veranlassten Folgeänderungswert des Stroms zu erhalten.
Bezugszeichenliste

1:: Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung
2:: Sauerstoffsensor
3:: Aufnehmerelement
3P, 3N:: Elektroden
4:: Heizung
R:: Innenwiderstand
Vaus:: Sensorausgang
10:: Mikroprozessor
11:: Impulssignalausgangsschaltkreis (Innenwiderstandserfassungseinrichtung)
12:: Spannungsverschiebungsschaltkreis (Innenwiderstandserfassungseinrichtung)
13:: Ausgangserfassungsschaltkreis (Innenwiderstandserfassungseinrichtung)
14:: Heizungssteuerschaltkreis (Heizungsbestromungssteuereinrichtung)
TL:: Magergemischphase
TR:: Fettgemischphase
R(n):: Innenwiderstand(swert) (gemessener Wert)
Rf:: regulierter Innenwiderstandswert
RT:: Sollwiderstand
R(k):: zuletzt erfasster Magergemischwiderstand
R(k+1):: erster Fettgemischwiderstand
ΔR:: Widerstandsdifferenz
S3, S23:: Einrichtung zum Erfassen des Innenwiderstands
S12, S26:: Heizungsbestromungssteuereinrichtung
S4 bis S11, S24 bis S25:: Einrichtung zum Erhalten des regulierten Innenwiderstands

Claims

Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung (1) zum Steuern eines Sauerstoffsensors (2), der ein von einem Festkörperelektrolytelement gebildetes Aufnehmerelement (3) und eine Heizung (4) zum Beheizen des Aufnehmerelements (3) aufweist, der auf die in einem von einem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgas enthaltene Sauerstoffkonzentration anspricht und der eine Charakteristik aufweist, bei der sich der von dem Luft-Kraftstoffverhältnis abhängige Sensorausgang (Vaus) im Verlauf einer Änderung zwischen einem Fettgemischzustand und einem Magergemischzustand am stöchiometrischen Luft-Kraftstoffgemisch sprunghaft ändert, wobei die Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung aufweist: eine Innenwiderstandserfassungseinrichtung (11, 12, 13, S3) zur zeitweisen Veränderung einer an Elektroden (3N, 3P) des Aufnehmerelements (3) anliegenden Spannung oder eines zwischen den Elektroden fließenden Stroms und zum Erfassen des Innenwiderstandswerts (R(n)) des Aufnehmerelements (3) auf Basis des Umfangs einer veranlasst durch die zeitweise Änderung auftretenden Spannungs- oder Stromänderung; eine Einrichtung zum Erhalt eines regulierten Innenwiderstands (S4 bis S11) für das Erhalten eines regulierten Innenwiderstandswerts (Rf) auf Basis des Innenwiderstands (R(n)); und eine Heizungsbestromungseinrichtung (14, S12) zur rückgekoppelten Regelung der Heizungsbestromung so, dass der regulierte Innenwiderstandswert (Rf) gleich einem Sollwiderstand (RT) wird, wobei wenn ein Zeitpunkt zum Erfassen des Innenwiderstandswerts (R(n)) in eine Magergemischphase (TL) fällt, während der der Sensorausgang (Vaus) darauf hinweist, dass sich das Luft-Kraftstoffverhältnis in einem Magergemischzustand befindet, die Einrichtung zum Erhalt des regulierten Innenwiderstands (S4 bis S11) den erfassten Innenwiderstandswert (R(n)) als regulierten Innenwiderstandswert (Rf) verwendet, und wenn ein Zeitpunkt zum Erfassen des Innenwiderstandswerts (R(n)) in eine Fettgemischphase (TR) fällt, während der der Sensorausgang (Vaus) darauf hinweist, dass sich das Luft-Kraftstoffgemisch in einem Fettgemischzustand befindet, die Einrichtung zum Erhalt des regulierten Innenwiderstands (S4 bis S11) als regulierten Innenwiderstandswert (Rf) einen korrigierten Wert verwendet, der durch Korrigieren des erfassten Innenwiderstandswerts (R(n)) auf Basis eines zuletzt erfassten Magergemischwiderstands (R(k)) erhalten wird, der dem letzten der während der dem Erfassungszeitpunkt vorhergehenden Magergemischphasen erfassten Innenwiderstandswerten (R(n)) entspricht, so dass eine Veränderung des Innenwiderstandswerts, die von einem Unterschied zwischen dem Magergemischzustand und dem Fettgemischzustand herrührt und in dem erfassten Innenwiderstand (R(n)) enthalten ist, aufgehoben wird.
Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, worin die Einrichtung zum Erhalt des regulierten Innenwiderstands (S4 bis S11) als korrigierten Wert einen Wert (R(n)-ΔR)) durch Subtrahieren einer Widerstandsdifferenz (ΔR) von dem erfassten Innenwiderstandswert(R(n)) erhält, wobei die Widerstandsdifferenz (ΔR) die Differenz (R(k+1)-R(k))) zwischen dem zuletzt erfassten Magergemischwiderstand (R(k)) und einem ersten Fettgemischwiderstand (R(k+1)) darstellt, der von dem nach der Erfassung des zuletzt erfassten Magergemischwiderstands als erster während einer Fettgemischphase (TR) erfassten Innenwiderstandswert (R(n)) gebildet wird, und verwendet den korrigierten Wert (R(n)- ΔR) als regulierten Innenwiderstandswert.
Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung (1) zum Steuern eines Sauerstoffsensors (2), der ein von einem Festkörperelektrolytelement gebildetes Aufnehmerelement (3) und eine Heizung (4) zum Beheizen des Aufnehmerelements (3) aufweist, und der auf die in einem von einem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgas enthaltene Sauerstoffkonzentration anspricht und eine Charakteristik aufweist, bei der sich der vom Luft-Kraftstoffverhältnis abhängige Sensorausgang (Vaus) im Verlauf einer Änderung zwischen einem Fettgemischzustand und einem Magergemischzustand am stöchiometrischen Luft-Kraftstoffgemisch sprunghaft ändert, wobei die Sauerstoffsensorsteuerungsvorrichtung aufweist: eine Innenwiderstandserfassungseinrichtung (11, 12, 13, S23) zum zeitweisen Verändern einer an den Elektroden (3N, 3P) des Aufnehmerelements (3) anliegenden Spannung oder eines zwischen den Elektroden (3N, 3P) fließenden Stroms und zum Erfassen des Innenwiderstands (R(n)) des Aufnehmerelements (3) auf Basis des Umfangs einer veranlasst durch die zeitweise Veränderung auftretenden Spannungs- bzw. Stromänderung; eine Einrichtung zum Erhalt eines regulierten Innenwiderstands (S24 bis S25) zum Erhalten eines regulierten Innenwiderstandswerts (Rf) auf Basis des Innenwiderstands (R(n)); und eine Heizungsbestromungssteuereinrichtung (14, S26) zur rückgekoppelten Regelung der Heizungsbestromung so, dass der regulierte Innenwiderstandswert (Rf) gleich einem Sollwiderstand (RT) wird, wobei die Einrichtung zum Erhalt des regulierten Innenwiderstands (S24 bis S25), wenn ein Zeitpunkt zum Erfassen des Innenwiderstandswerts (R(n)) in eine Magergemischphase (TL) fällt, während der der Sensorausgang (Vaus) auf ein Luft-Kraftstoffgemisch hinweist, das sich im Magergemischzustand befindet, den erfassten Innenwiderstandswert (R(n)) als regulierten Innenwiderstandswert (Rf) verwendet, und die Einrichtung zum Erhalt des regulierten Innenwiderstands (S24 bis S25), wenn ein Zeitpunkt zum Erfassen des Innenwiderstandswerts (R(n)) in eine Fettgemischphase (TR) fällt, während der der Sensorausgang (Vaus) anzeigt, dass sich das Luft-Kraftstoffgemisch im Fettgemischzustand befindet, als regulierten Innenwiderstandswert (Rf) einen zuletzt erfassten Magergemischzustand verwendet, der von dem letzten der dem Erfassungszeitpunkt vorausgehenden während Magergemischphasen erfassten Innenwiderstandswert (R(n)) entspricht.