DE102013011503A1

DE102013011503A1 - Sensor-steuervorrichtung, sensor-steuerverfahren und computer-lesbares aufzeichnungsmedium

Info

Publication number: DE102013011503A1
Application number: DE102013011503.5A
Authority: DE
Inventors: Hirotaka Onogi; Kenji Kato; Kouichi Imaeda
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2013-07-10
Publication date: 2014-01-16
Also published as: US20140014535A1; JP5815482B2; JP2014020824A; US9140202B2

Abstract

In einer Sensor-Steuervorrichtung wird bestimmt, ob ein Gassensor aktiviert ist. Eine Konzentrationssteuerung wird an einem Betriebszeitpunkt durchgeführt, der nach einer ersten konstanten Zeit nach einem Aktivierungszeitpunkt abläuft, an dem bestimmt wird, ob der Gassensor eingeschalten ist. Eine Vorbereitungssteuerung wird in wenigstens einer Teildauer zwischen dem Betriebszeitpunkt und einem Startzeitpunkt, an dem eine Betriebssteuerung gestartet, durchgeführt.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensor-Steuervorrichtung, die einen Konzentrations-Entsprechungswert berechnet, welcher eine Konzentration eines bestimmten Gases angibt, das in einem zu detektierenden Gas enthalten ist, ein Sensor-Steuerverfahren und ein computer-lesbares Aufzeichnungsmedium, das ein Programm für die Sensor-Steuervorrichtung speichert.
Herkömmlicherweise ist ein Gassensor benutzt worden, der eine Konzentration eines bestimmten Gases detektiert, welches in einem zu detektierenden Gas, wie beispielsweise einem Abgas, enthalten ist. Beispielsweise umfasst ein NO_X Sensor, der Stickoxid (im Folgenden als ”NO_X” bezeichnet) als ein bestimmtes Gas detektiert, eine Sauerstoffkonzentrations-Detektionszelle, eine erste Sauerstoff-Pumpzelle und eine zweite Sauerstoff-Pumpzelle. Diese Zellen bestehen aus einer Festelektrolyt-Schicht, die eine Sauerstoffionen-Leitfähigkeit aufweist, und einem Paar Elektroden. Der NO_X Sensor pumpt durch Verwendung der ersten Sauerstoff-Pumpzelle Sauerstoff aus einer ersten Messkammer heraus, um die Sauerstoffkonzentration des zu detektierenden Gases in der ersten Messkammer konstant zu halten, so dass die Ausgabespannung der Sauerstoffkonzentrations-Detektionszelle konstant ist. Der NO_X Sensor legt eine Betriebsspannung zwischen den Elektroden der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle an, um Sauerstoff aus dem Gas (dessen Sauerstoffkonzentration durch die erste Sauerstoff-Pumpzelle eingestellt ist) zu pumpen, welches aus der ersten Messkammer in die zweite Messkammer durch die Verwendung der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle eingeführt ist. Die NO_X Konzentration in dem zu bestimmenden Gas wird basierend auf dem Wert eines Stroms detektiert, der in der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle durch Anlegen der Betriebsspannung fließt (im Folgenden wird ein Prozess zur Detektion der NO_X Konzentration in dem zu detektierenden Gas als ”Detektionsprozess” bezeichnet).
Wenn beispielsweise eine NO_X Konzentration in einem Abgas, das von einem Verbrennungsmotor eines Automobils ausgestoßen wird, mittels eines NO_X Sensors detektiert wird, ist das in der zweiten Messkammer befindliche Gas in einem mageren, der atmosphärischen Luft ähnlichen Zustand gemäß der Zeit, die zwischen dem vorherigen Abschalten und Anschalten des Verbrennungsmotors vergangen ist. Dementsprechend wird in dem NO_X Sensor die Zeit bis die NO_X Konzentration in dem Abgas stabil gemessen werden kann durch Durchführung einer Vorbereitungssteuerung verkürzt, wobei in der Vorbereitungssteuerung vorrübergehend und schnell Sauerstoff, der sich in der zweiten Messkammer oder der sich in der porösen Elektrode in Kontakt mit der zweiten Messkammer befindet, herausgepumpt wird, um das Innere der zweiten Messkammer auf einen vorbestimmten Zustand mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration zu ändern. In einer in JP-A-2011-137806 beschriebenen Sensor-Steuervorrichtung wird als die Vorbereitungssteuerung beispielsweise Konstantstrom für eine konstante Zeit an die zweite Sauerstoff-Pumpzelle unter der Steuerungsbedingung angelegt, welche für jeden Gassensor bestimmt ist, nachdem die Gassensoren gestartet sind, um vorrübergehend und schnell Sauerstoff, welcher sich in der zweiten Messkammer befindet, auszupumpen. In der in Patent JP-A-2011-137806 beschriebenen Sensor-Steuervorrichtung kann die zeitliche Änderung des Konzentrations-Entsprechungswerts, der nachdem die Vorbereitungssteuerung endet, berechnet wird, derart gestaltet sein, dass das gleiche Muster im Wesentlichen erhalten ist, auch wenn eine H₂O Konzentration des zu detektierenden Gases bei jedem Start der Sensor-Steuervorrichtung variiert oder sogar wenn der Gassensor eine Abweichung in seiner Ausgabecharakteristik aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG
In der in JP-A-2011-137806 beschriebenen Sensor-Steuervorrichtung, wird die Steuerungsbedingung der Vorbereitungssteuerung unter der Vorraussetzung bestimmt, dass sich das Gas, welches sich in der zweiten Messkammer befindet, vor der Durchführung der Vorbereitungssteuerung in einen mageren, der atmosphärischen Luft ähnlichen Zustand befindet. Jedoch fanden die Erfinder der vorliegenden Erfindung ein Problem darin, dass die Sauerstoffkonzentration in dem Gas, welches sich in der zweiten Messkammer kurz vor der Durchführung der Vorbereitungssteuerung befindet, niedriger als die Sauerstoffkonzentration der atmosphärischen Luft sein kann. Wenn in diesem Fall die übliche Vorbereitungssteuerung durchgeführt wird, pumpt der Gassensor eine im Vergleich zu einer angenommenen Menge größeren Menge an Sauerstoff, der sich in der zweiten Messkammer befindet, heraus und führt die Vorbereitungssteuerung durch, wobei das Innere der zweiten Messkammer nicht in dem vorbestimmten Zustand mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration ist. Folglich wird eine relativ lange Zeit verbraucht, bis der Konzentrations-Entsprechungswert, welcher nach der Vorbereitungssteuerung berechnet wird, einen normalen Wert aufweist. Daher kann die herkömmliche Sensor-Steuervorrichtung eine Konzentration eines bestimmten Gases nicht frühzeitig stabil detektieren.
Dieses Problem ist nicht auf NO_X Sensorelemente beschränkt, die den NO_X Konzentrations-Entsprechungswert detektieren, sondern betrifft Gassensoren, die Konzentrationen unterschiedlicher bestimmter Gase mittels einer Sauerstoff-Pumpzelle detektieren.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Sensor-Steuervorrichtung, die eine stabile Detektion einer Konzentration eines bestimmten Gases früh ermöglicht.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die folgenden Anordnungen:
Eine Sensor-Steuervorrichtung umfassend:
einen Gassensor mit
einer ersten Messkammer, in die ein zu detektierendes Gas einzuführen ist;
einer ersten Sauerstoff-Pumpzelle, die eine erste Festelektrolyt-Schicht und ein Paar erster Elektroden umfasst, welche innerhalb bzw. außerhalb der ersten Messkammer angeordnet sind;
einer zweiten Messkammer, die mit der ersten Messkammer in Verbindung steht; und
einer zweiten Sauerstoff-Pumpzelle, die eine zweite Festelektrolyt-Schicht und ein Paar zweiter Elektroden umfasst, welche innerhalb bzw. außerhalb der zweiten Messkammer angeordnet sind; und
Mittel zur Durchführung einer Konzentrationssteuerung zum Einstellen einer Sauerstoffkonzentration in dem zu detektierenden Gas, das in die erste Messkammer eingeführt wird, auf einen vorbestimmten Wert durch Elektrifizierung der ersten Sauerstoff-Pumpzelle;
Mittel zur Durchführung einer Betriebssteuerung zum Anlegen einer Betriebsspannung an die zweite Sauerstoff-Pumpzelle;
Mittel zur Berechnung eines Konzentrations-Entsprechungswerts, der eine Konzentration eines bestimmten Gases, basierend auf der Stärke des Stroms, angibt, welcher in der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle fließt, an die die Betriebsspannung angelegt wurde;
Mittel zur Bestimmung, ob der Gassensor aktiviert ist;
Mittel zur Durchführung einer Vorbereitungssteuerung zum Erniedrigen der Sauerstoffkonzentration in der zweiten Messkammer vor dem Starten der Betriebssteuerung;
Mittel zur Durchführung der Konzentrationssteuerung ab einem Ablaufzeitpunkt, der nach einer ersten Zeit seit einem Aktivierungszeitpunkt eintritt, an dem der Gassensor als aktiviert bestimmt wurde; und
Mittel zur Durchführung der Vorbereitungssteuerung in wenigstens einer Teildauer zwischen dem Ablaufzeitpunkt und einem Startzeitpunkt, an dem die Betriebssteuerung gestartet wird.
Ein Sensor-Steuerverfahren zum Steuern eines Gassensors, welcher umfasst: eine erste Messkammer, in die ein zu detektierendes Gas einzuführen ist; eine erste Sauerstoff-Pumpzelle, die eine erste Festelektrolyt-Schicht und ein Paar erster Elektroden umfasst, welche innerhalb bzw. außerhalb der ersten Messkammer angeordnet sind; eine zweite Messkammer, die mit der ersten Messkammer in Verbindung steht; und eine zweite Sauerstoff-Pumpzelle, die eine zweite Festelektrolyt-Schicht und ein Paar zweiter Elektroden umfasst, welche innerhalb bzw. außerhalb der zweiten Messkammer angeordnet sind; wobei das Sensor-Steuerverfahren umfasst:
Durchführung einer Konzentrationssteuerung zum Einstellen einer Sauerstoffkonzentration in dem zu detektierenden Gas, das in die erste Messkammer eingeführt wird, auf einen vorbestimmten Wert durch Elektrifizierung der ersten Sauerstoff-Pumpzelle;
Durchführung einer Betriebssteuerung zum Anlegen einer Betriebsspannung an die zweite Sauerstoff-Pumpzelle;
Berechnung eines Konzentrations-Entsprechungswerts, der eine Konzentration eines bestimmten Gases, basierend auf der Stärke des Stroms, angibt, welcher in der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle fließt, an die die Betriebsspannung angelegt wurde;
Bestimmung, ob der Gassensor aktiviert ist;
Durchführung einer Vorbereitungssteuerung zum Erniedrigen der Sauerstoffkonzentration in der zweiten Messkammer vor dem Starten der Betriebssteuerung;
Durchführung der Konzentrationssteuerung ab einem Ablaufzeitpunkt, der nach einer ersten Zeit seit einem Aktivierungszeitpunkt eintritt, an dem der Gassensor als aktiviert bestimmt wurde; und
Durchführung der Vorbereitungssteuerung in wenigstens einer Teildauer zwischen dem Ablaufzeitpunkt und einem Startzeitpunkt, an dem die Betriebssteuerung gestartet wird.
Nicht-flüchtiges Computer-lesbares Aufzeichnungsmedium, das ein Programm speichert, für eine Sensor-Steuervorrichtung umfassend: eine erste Messkammer, in die ein zu detektierendes Gas einzuführen ist; eine erste Sauerstoff-Pumpzelle, die eine erste Festelektrolyt-Schicht und ein Paar erster Elektroden umfasst, welche innerhalb bzw. außerhalb der ersten Messkammer angeordnet sind; eine zweite Messkammer, die mit der ersten Messkammer in Verbindung steht; und eine zweite Sauerstoff-Pumpzelle, die eine zweite Festelektrolyt-Schicht und ein Paar zweiter Elektroden umfasst, welche innerhalb bzw. außerhalb der zweiten Messkammer angeordnet sind, wobei das Programm, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, die Sensor-Steuervorrichtung zu Folgendem veranlasst:
Durchführung einer Konzentrationssteuerung zum Einstellen einer Sauerstoffkonzentration in dem zu detektierenden Gas, das in die erste Messkammer eingeführt wird, auf einen vorbestimmten Wert durch Elektrifizierung der ersten Sauerstoff-Pumpzelle;
Durchführung einer Betriebssteuerung zum Anlegen einer Betriebsspannung an die zweite Sauerstoff-Pumpzelle;
Berechnung eines Konzentrations-Entsprechungswerts, der eine Konzentration eines bestimmten Gases, basierend auf der Stärke des Stroms, angibt, welcher in der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle fließt, an die die Betriebsspannung angelegt wurde;
Bestimmung, ob der Gassensor aktiviert ist;
Durchführung einer Vorbereitungssteuerung zum Erniedrigen der Sauerstoffkonzentration in der zweiten Messkammer vor dem Starten der Betriebssteuerung;
Durchführung der Konzentrationssteuerung ab einem Ablaufzeitpunkt, der nach einer ersten Zeit seit einem Aktivierungszeitpunkt eintritt, an dem der Gassensor als aktiviert bestimmt wurde; und
Durchführung der Vorbereitungssteuerung in wenigstens einer Teildauer zwischen dem Ablaufzeitpunkt und einem Startzeitpunkt, an dem die Betriebssteuerung gestartet wird.
Die Gründe für das Problem, dass die Sauerstoffkonzentration des Gases, welches sich in der zweiten Messkammer kurz vor der Durchführung der Vorbereitungssteuerung befindet, kleiner ist als die Sauerstoffkonzentration in der atmosphärischen Luft, sind von den Erfindern der vorliegenden Erfindung studiert worden, und zwei Gründe wurden in Betracht gezogen. Der erste Grund ist, dass ein unverbranntes Material in den Gassensor eintritt. Beispiele von unverbranntem Material sind ein Brennstoff, wie zum Beispiel Benzin, in einem Überzug (zum Beispiel ein Einbrennhemmstoff zur Verhinderung des Einbrennens der äußeren Peripherie eines Gehäuses des Gassensors an einem Befestigungsabschnitt, welcher in einem Abgasdurchgang angeordnet ist) enthaltene Bestandteile, die an dem Gassensor verarbeitet sind, und in einem Verpackungsmaterial enthaltene Bestandteile, welche zur Aufbewahrung des Gassensors verwendet werden. Wenn ein unverbranntes Material in den Gassensor eintritt, wird das unverbrannte Material während der Aktivierung des Gassensors oxidiert, womit Sauerstoff in dem Gassensor verbraucht wird. Dementsprechend ist die Sauerstoffkonzentration des Gases, das sich in der zweiten Messkammer kurz vor der Durchführung der Vorbereitungssteuerung befindet, kleiner als die Sauerstoffkonzentration der atmosphärischen Luft. Der zweite Grund ist, dass die Zeit, die zur Ersetzung des Gases in der zweiten Messkammer verwendet wird, nicht garantiert ausreicht, nachdem der Gassensor aktiviert ist. Wenn der Gassensor nicht aktiviert ist, ist die Sauerstoffpumpleistung der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle nicht stabilisiert und daher wird die Vorbereitungssteuerung nach dem Aktivierungszeitpunkt durchgeführt, an dem bestimmt ist, dass der Gassensor aktiviert ist. Allerdings kann die Vorbereitungssteuerung ab dem Aktivierungszeitpunkt gestartet werden. Das ist vorgesehen, um die Zeit (im Folgenden als ”Inbetriebssetzungszeit” bezeichnet), welche benötigt wird, bis ein Konzentrations-Entsprechungswert eines bestimmten Gases sicher bestimmt werden kann, nachdem der Gassensor in Betrieb genommen wurde, so kurz wie möglich zu halten. Während der Vorbereitungssteuerung wird die Sauerstoffkonzentration in der ersten Messkammer, welche das Gas für die zweite Messkammer bereitstellt, ebenfalls gleichzeitig verringert, um die Sauerstoffkonzentration in der zweiten Messkammer für eine kurze Zeit auf eine vorbestimmte, niedrige Konzentration zu verringern. Demzufolge erreicht die Sauerstoffkonzentration des Gases, das sich in der zweiten Messkammer befindet, nicht die Sauerstoffkonzentration der atmosphärischen Luft, wenn die Vorbereitungssteuerung das erste Mal gestartet wird. Nachdem der Zeitpunkt, an dem die Vorbereitungssteuerung gestartet wird, nicht unter Berücksichtigung des Problems gesetzt wird, dass die Sauerstoffkonzentration des Gases, das sich in der zweiten Messkammer kurz vor der Durchführung der Vorbereitungssteuerung befindet, niedriger als die Sauerstoffkonzentration der atmosphärischen Luft sein kann, ist die Zeit, die zur Ersetzung des Gases in der zweiten Messkammer mit atmosphärischer Luft gebraucht wird, nicht sicher ausreichend.
Unter Berücksichtigung der beiden Gründe führt die Sensor-Steuervorrichtung gemäß diesem Aspekt ab einem Betriebszeitpunkt eine Konzentrationssteuerung durch und führt eine Vorbereitungssteuerung in wenigstens einer Teildauer zwischen dem Betriebszeitpunkt und dem Startzeitpunkt durch. Der Betriebszeitpunkt ist ein Zeitpunkt, an dem eine erste Zeit seit dem Aktivierungszeitpunkt verstrichen ist. Die Sensor-Steuervorrichtung gemäß diesem Aspekt kann die gebrauchte Zeit zur Ersetzung der Atmosphäre der zweiten Messkammer mit der umliegenden Atmosphäre des Gassensors unter der Bedingung, dass der Gassensor aktiviert ist, dadurch garantieren, dass der Zeitpunkt zur Durchführung der Vorbereitungssteuerung auf einen Zeitpunkt nach dem Betriebszeitpunkt gesetzt wird. Daher kann die Sensor-Steuervorrichtung gemäß diesem Aspekt eine stabile Detektion einer Konzentration eines bestimmten Gases früh ermöglichen, ohne davon abhängig zu sein, ob ein unverbranntes Material in den Gassensor eintritt, indem die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, dass die Atmosphäre der zweiten Messkammer vor dem Starten der Vorbereitungssteuerung eine der atmosphärischen Luft ähnliche Atmosphäre ist.
Wenn der Spannungswert, der an die zweite Sauerstoff-Pumpzelle angelegt wird, gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, erhöht sich die Stärke eines Stroms, der zwischen den zweiten Elektroden der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle fließt, in Proportion zu der H₂O Konzentration, die in dem zu detektierenden Gas enthalten ist. Entsprechend variiert die Menge von Sauerstoff, die von der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle herausgepumpt wird, in Abhängigkeit der H₂O Konzentration des zu detektierenden Gases, auch wenn die gleiche Spannung an die zweite Sauerstoff-Pumpzelle angelegt ist. In der Sensor-Steuervorrichtung gemäß diesem Aspekt, können, im Gegensatz dazu, die Mittel zur Vorbereitungssteuerung die Vorbereitungssteuerung durch Anlegen eines Konstantstroms an die zweite Sauerstoff-Pumpzelle für eine konstante zweite Zeit und derartige Steuerung der Menge an Sauerstoff, die aus der zweiten Messkammer in den Außenraum der zweiten Messkammer gepumpt wird, so durchführen, dass dieser konstant ist. Nachdem in diesem Fall in der Sensor-Steuervorrichtung die Menge an Sauerstoff, die von der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle herausgepumpt wird, proportional zu dem Wert des Stroms ist, der zwischen einem Paar zweiter Elektroden der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle fließt, ist die Sauerstoffkonzentration in der zweiten Messkammer im Wesentlichen konstant, ohne von der H₂O Konzentration, welche in dem zu detektierenden Gas enthalten ist, abzuhängen. Demzufolge zeigt die zeitliche Änderung des Konzentrations-Entsprechungswerts, der nach Beendigung der Vorbereitungssteuerung berechnet wird, im Wesentlichen das gleiche Muster, auch wenn sich die H₂O Konzentration in dem zu detektierenden Gas bei jeder Durchführung der Betriebssteuerung unterscheidet. Das bedeutet, dass es in der Sensor-Steuervorrichtung in diesem Fall, möglich ist, die Abweichung des Konzentrations-Entsprechungswerts bei jeder Ausführung der Fahrsteuerung nach dem Starten der Betriebssteuerung zu reduzieren, auch wenn die H₂O Konzentration in dem zu detektierenden Gas variiert.
Die Vorbereitungssteuerung dieses Aspekts wird bei einem Zeitpunkt zwischen dem Betriebszeitpunkt, der nach der ersten Zeit nach dem Aktivierungszeitpunkt auftritt, und dem Startzeitpunkt durchgeführt. Entsprechend erhöht sich die Inbetriebsetzungszeit in Proportion zu der Größe der ersten Zeit. Im Gegensatz dazu kann, in der Sensor-Steuervorrichtung gemäß diesem Aspekt, die erste Zeit kürzer als die zweite Zeit sein. In diesem Fall ist es in der Sensor-Steuervorrichtung möglich, die Konzentration eines bestimmten Gases früh, stabil zu detektieren und das Verhältnis von erster Zeit und Inbetriebssetzungszeit zu reduzieren, indem die erste Zeit kürzer als die zweite Zeit gesetzt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine konzeptionelle Darstellung einer Sensor-Steuervorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist ein Ablaufdiagramm, das den Ablauf eines Hauptprozesses darstellt, der von einer Steuerung 5 gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt wird.
3 ist ein Graph, der eine zeitliche Änderung eines NO_X Konzentrations-Entsprechungswerts illustriert, wobei die herkömmliche Vorbereitungssteuerung mittels des Gassensors 10 durchgeführt wird, in den kein unverbrauchtes Material eingetreten ist, wobei die herkömmliche Vorbereitungssteuerung mittels eines Gassensors 10 durchgeführt wird, in den unverbranntes Material eingetreten ist, und wobei die Vorbereitungssteuerung gemäß der Ausführungsform mittels eines Gassensors 10 durchgeführt wird, in den unverbranntes Material eingetreten ist, und wobei die Inbetriebnahme des Gassensors 10 zum Zeitpunkt 0 (Sekunden) startet.
4 ist eine konzeptionelle Darstellung einer Sensor-Steuervorrichtung 101 entsprechend einer zweiten Ausführungsform.
5 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Schaltungsprozess darstellt, der von einem Gassensor 110 gemäß der zweiten Ausführungsform ausgeführt wird.
6 ist ein Ablaufdiagramm, das den Verlauf eines Hauptprozesses darstellt, der von einer Steuerung 105 gemäß der zweiten Ausführungsform ausgeführt wird.
BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden Sensor-Steuervorrichtungen gemäß einer ersten und einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nacheinander unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen werden zur Beschreibung technischer Merkmale, die von der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, verwendet und nachstehend beschriebene Konfigurationen der Vorrichtungen sollen die vorliegende Erfindung nicht limitieren, sondern sind lediglich als einfache Erklärungsbeispiele auszulegen.
Eine Sensor-Steuervorrichtung 1 weist eine Funktion zur Detektion einer Konzentration von Stickoxid (NO_X) als ein bestimmtes Gas auf. Wie in 1 gezeigt, umfasst die Sensor-Steuervorrichtung 1 einen Gassensor 10 und eine Steuerung 5. Der Gassensor 10 ist an einem Abgasdurchlass (nicht gezeigt) eines Automobils befestigt und gibt einen Stromwert entsprechend der NO_X Konzentration in dem Abgas an die Steuerung 5 aus. Die Steuerung 5 ist elektrisch mit dem Gassensor 10 verbunden, um den Gassensor 10 zu steuern, und berechnet einen Konzentrations-Entsprechungswert (im Folgenden als ”NO_X Konzentrations-Entsprechungswert” bezeichnet), der die NO_X Konzentration in dem Abgas, basierend auf dem Stromwert, der von dem Gassensor 10 ausgeben wird, angibt. Die Steuerung 5 gemäß dieser Ausführungsform berechnet die NO_X Konzentration als den NO_X Konzentrations-Entsprechungswert. Der Gassensor 10 und die Steuerung 5 der Sensor-Steuervorrichtung 1 werden im Folgenden im Detail beschrieben.
Der Gassensor 10 umfasst ein Detektionselement 11, ein Heizelement 35, einen Verbindungsabschnitt 40, und ein Gehäuse (nicht gezeigt). Das Detektionselement 11 ist in einer geschichteten Form ausgebildet, in der die Isolatoren 15 und 16, bestehend aus Aluminiumoxid oder dergleichen, zwischen drei plattenähnlichen Festelektrolyten 12, 13 und 14 ausgebildet sind. Das Heizelement 35 ist auf das Festelektrolyt 14 zum Zweck einer frühen Aktivierung der Festelektrolyte 12 bis 14 und Erhaltung einer Aktivierungsstabilität der Festelektrolyte 12 bis 14 geschichtet. Der Verbindungsabschnitt 40 ist mit dem Detektionselement 11 und dem Heizelement 35 durch Zuführungsleitungen verbunden und derart angeordnet, den Gassensor 10 und die Steuerung 5 miteinander elektrisch zu verbinden. Das Gehäuse trägt das Detektionselement 11 und das Heizelement 35, so dass der Gassensor 10 in dem Abgasdurchlass (nicht gezeigt) befestigbar ist. Die Bestandteile des Gassensors 10 werden im Folgenden im Detail beschrieben.
Als erstes wird die Konfiguration des Detektionselements 11 beschrieben. Das Detektionselement 11 umfasst eine erste Messkammer 23, eine zweite Messkammer 30, eine Sauerstoff-Referenzkammer 29, eine erste Sauerstoff-Pumpzelle 2 (im Folgenden als ”Ip1 Zelle 2” bezeichnet), eine Sauerstoff-Partialdruck-Detektionszelle 3 (im Folgenden als ”Vs Zelle 3” bezeichnet) und eine zweite Sauerstoff-Pumpzelle 4 (im Folgenden als ”Ip2 Zelle 4” bezeichnet).
Die erste Messkammer 23 ist ein kleiner Raum, in den das Abgas in dem Abgasdurchlass als erstes in das Detektionselement 11 eingeführt wird. Die erste Messkammer 23 ist zwischen dem Festelektrolyt 12 und dem Festelektrolyt 13 ausgebildet. Eine Elektrode 18 ist auf der dem Festelektrolyt 12 zuweisenden Oberfläche der ersten Messkammer 23 angeordnet, und eine Elektrode 21 ist auf der dem Festelektrolyt 13 zuweisenden Oberfläche angeordnet. Ein poröser erster diffusions-widerstehender Teil 24 ist an der Frontseite des Detektionselements 11 in der ersten Messkammer 23 angeordnet. Der erste diffusions-widerstehende Teil 24 dient als eine Teilung zwischen dem Inneren und dem Äußeren der ersten Messkammer 23 und begrenzt den Fluss pro Zeit des Abgases in die erste Messkammer 23. Gleichermaßen ist ein poröser zweiter diffusions-widerstehender Teil 26 auf der Rückseite des Detektionselements 11 in der ersten Messkammer 23 angeordnet. Der zweite diffusions-widerstehende Teil dient als Teiler zwischen der ersten Messkammer 23 und der zweiten Messkammer 30 und beschränkt den Fluss pro Zeit des Gases in die zweite Messkammer 30 aus der ersten Messkammer 23.
Die zweite Messkammer 30 ist ein kleiner Raum, der von dem Festelektrolyt 12, dem zweiten diffusions-widerstehenden Teil 26, der Öffnung 25, der Öffnung 31, die in dem Festelektrolyt 13 gebildet ist, dem Isolator 16 und der Elektrode 28 umgeben wird. Die zweite Messkammer 30 steht mit der ersten Messkammer 23 in Verbindung und das Abgas (im Folgenden als ”Eingestelltes Gas” bezeichnet), dessen Sauerstoffkonzentration durch die Ip1 Zelle 2 eingestellt wird, wird in die zweite Messkammer eingeführt. Die Sauerstoff-Referenzkammer 29 ist ein kleiner Raum, der von dem Isolator 16, der Elektrode 22 und der Elektrode 27 umgeben wird. Die Sauerstoff-Referenzkammer 29 ist mit einem porösen Material aus Keramik gefüllt.
Die Ip1 Zelle 2 umfasst das Festelektrolyt 12 und die porösen Elektroden 17 und 18. Das Festelektrolyt 12 ist beispielsweise aus Zirkonoxid gebildet und weist eine Sauerstoffionen-Leitfähigkeit auf. Die Elektroden 17 und 18 sind an beiden Oberflächen des Festelektrolyts 12 in der Aufschichtrichtung des Detektionselements angeordnet. Die Elektroden 17 und 18 sind aus einem Material gebildet, welches Pt als Hauptbestandteil enthält. Beispiele für das Material, das Pt als Hauptbestandteil enthält, umfassen Pt, Pt Legierungen, Pt enthaltendes Cermet und Keramik. Aus Keramik gebildete, poröse Schutzschichten 19 und 20 sind an den Oberflächen der Elektroden 19 und 18 ausgebildet. In der vorliegenden Erfindung entspricht das Festelektrolyt 12 der ”ersten Festelektrolyt-Schicht”, und die Elektroden 17 und 18 entsprechen einem ”Paar erster Elektroden”.
Die Ip1 Zelle 2 führt Auspumpen und Einpumpen (sogenanntes Sauerstoffpumpen) von Sauerstoff zwischen der Atmosphäre (der Atmosphäre außerhalb des Detektionselements 11), die in Kontakt mit der Elektrode 17 ist, und der Atmosphäre (die Atmosphäre innerhalb der ersten Messkammer 23), die in Kontakt mit der Elektrode 18 ist, mittels Anlegen eines Stroms zwischen beiden Elektroden 17 und 18 durch.
Die Vs Zelle 3 umfasst das Festelektrolyt 13 und die porösen Elektroden 21 und 22. Das Festelektrolyt 13 ist zum Beispiel aus Zirkonoxid gebildet und weist eine Sauerstoffionen-Leitfähigkeit auf. Das Festelektrolyt 13 ist dem Festelektrolyt 12 zuweisend mit dem Isolator 15 dazwischen angeordnet. Die Elektroden 21 und 22 sind in Aufschichtungsrichtung betrachtend auf beiden Oberflächen des Festelektrolyts 13 des Detektionselements 11 angeordnet. Die Elektrode 21 ist an der dem Festelektrolyt 12 zuweisenden Oberfläche der ersten Messkammer 23 ausgebildet. Die Elektroden 21 und 22 sind aus dem oben genannten Material gebildet, welches Pt als Hauptbestandteil enthält.
Die Vs Zelle 3 erzeugt eine elektromotorische Kraft, die hauptsächlich von der Sauerstoff-Partialdruck-Differenz zwischen den Atmosphären (der Atmosphäre innerhalb der ersten Messkammer 23 in Kontakt mit der Elektrode 21 und der Atmosphäre innerhalb der Sauerstoff-Referenzkammer 29 in Kontakt mit der Elektrode 22) abhängt, die voneinander durch das Festelektrolyt 13 getrennt sind.
Die Ip2 Zelle 4 umfasst das Festelektrolyt 14 und die porösen Elektroden 27 und 28. Das Festelektrolyt 14 besteht beispielsweise aus Zirkonoxid und weist eine Sauerstoffionen-Leitfähigkeit auf. Das Festelektrolyt 14 ist dem Festelektrolyt 13 zuweisend mit dem Isolator 16 dazwischen angeordnet. Die Elektroden 27 und 28, die aus dem oben genannten Material bestehen, welches Pt als Hauptbestandteil enthält, sind an der dem Festelektrolyt 13 zuweisenden Oberfläche des Festelektrolyts 14 ausgebildet. In der vorliegenden Erfindung entspricht das Festelektrolyt 14 der ”zweiten Festelektrolyt-Schicht” und die Elektroden 27 und 28 entsprechen dem ”Paar zweiter Elektroden”.
Die Ip2 Zelle 4 pumpt Sauerstoff zwischen den Atmosphären heraus (die Atmosphäre innerhalb der Sauerstoff-Referenzkammer 29 in Kontakt mit der Elektrode 27 und der Atmosphäre innerhalb der zweiten Messkammer 30 in Kontakt mit der Elektrode 28), die voneinander durch den Isolator 16 getrennt sind.
Das Heizelement 35 wird im Folgenden beschrieben. Das Heizelement 35 umfasst die isolierenden Schichten 36 und 37 und ein Heizmuster 38. Die isolierenden Schichten 36 und 37, die Aluminiumoxid als Hauptbestandteil beinhalten, haben eine schichtähnliche Form. Das Heizmuster 38 ist zwischen den isolierenden Schichten 36 und 37 eingebettet und ist ein einziges Elektrodenmuster, das in dem Heizelement 35 verbunden ist. Ein Ende des Heizmusters 38 ist geerdet und das andere Ende ist mit einer Heiz-Antriebsschaltung 59 verbunden. Das Heizmuster 38 besteht aus einem Material, das Pt als Hauptbestandteil enthält.
Der Verbindungsabschnitt 40 wird im Folgenden beschrieben. Der Verbindungsabschnitt 40 ist auf der Rückseite des Gassensors 10 angeordnet und umfasst Anschlüsse 42 bis 47. Die Elektrode 17 ist elektrisch mit dem Anschluss 42 durch eine Zuführungsleitung verbunden. Die Elektrode 18, die Elektrode 21 und die Elektrode 28 sind mit dem Anschluss 43 an dem gleichen Potential durch Zuführungsleitungen elektrisch verbunden. Die Elektrode 22 ist mit dem Anschluss 44 durch eine Zuführungsleitung elektrisch verbunden. Die Elektrode 27 ist mit dem Anschluss 45 durch eine Zuführungsleitung elektrisch verbunden. Das Heizmuster 38 ist mit den Anschlüssen 46 und 47 durch Zuführungsleitungen elektrisch verbunden.
Die Konfiguration der Steuerung 5 wird im Folgenden beschrieben. Die Steuerung 5 ist eine Einheit, die das Detektionselement 11 und das Heizelement 35 steuert, die einen NO_X Konzentrations-Entsprechungswert basierend auf dem Strom Ip2, welcher von dem Detektionselement 11 bestimmt wird, berechnet und gibt den berechneten NO_X Konzentrations-Entsprechungswert an eine ECU 90 aus. Die Steuerung 5 umfasst eine Antriebsschaltungseinheit 50, einen Mikrocomputer 60 und einen Verbindungsabschnitt 70. Die Antriebsschaltungseinheit 50 steuert das Detektionselement 11 und das Heizelement 35. Der Mikrocomputer 60 steuert die Antriebsschaltungseinheit 50. Der Verbindungsabschnitt 70 ist mit dem Verbindungsabschnitt 40 des Gassensors 10 elektrisch verbunden. Die Bestandteile der Steuerung 5 werden im Folgenden beschrieben.
Die Antriebsschaltungseinheit 50 umfasst eine Referenzspannungs-Vergleichsschaltung 51, eine Ip1 Antriebsschaltung 52, eine Vs Detektionsschaltung 53, eine Icp Versorgungsschaltung 54, eine Widerstands-Detektionsschaltung 55, eine Ip2 Detektionsschaltung 56, eine Vp2 Anlegeschaltung 57, eine Konstantstrom-Schaltung 58 und eine Heiz-Antriebsschaltung 59. Die Schaltungen werden in Übereinstimmung mit den Steuersignalen des Mikrocomputers 60 betrieben. Die Bestandteile der Antriebsschaltungseinheit 50 werden im Folgenden im Detail beschrieben.
Die Icp Versorgungsschaltung 54 legt schwachen Strom Icp zwischen den Elektroden 21 und 22 der Vs Zelle 3 an und pumpt Sauerstoff aus der ersten Messkammer 23 in die Sauerstoff-Referenzkammer 29. Die Vs Detektionsschaltung 53 ist eine Schaltung zum Detektieren einer Spannung (einer elektromotorischen Kraft) Vs zwischen den Elektroden 21 und 22 und gibt das Detektionsergebnis an die Referenzspannungs-Vergleichsschaltung 51 aus. Die Referenzspannungs-Vergleichsschaltung 51 ist eine Schaltung zum Vergleichen der Spannung Vs, die von der Vs Detektionsschaltung 53 mit einer Referenzspannung als Referenz (zum Beispiel 425 mV) detektiert wird, und gibt das Vergleichsergebnis an die Ip1 Antriebsschaltung 52 aus.
Die Ip1 Antriebsschaltung 52 ist eine Schaltung zum Anlegen eines Stroms Ip1 zwischen den Elektroden 17 und 18 der Ip1 Zelle 2. Die Ip1 Antriebsschaltung 52 stellt, basierend auf dem Vergleichsergebnis der Spannung Vs zwischen den Elektroden 21 und 22 der Vs Zelle 3 durch die Referenzspannungs-Vergleichsschaltung 51, die Stärke oder Richtung des Stroms Ip1 so ein, dass die Spannung Vs zu einer vorbestimmten Referenzspannung im Wesentlichen gleich ist. Infolge dessen pumpt die Ip1 Zelle 2 Sauerstoff von der ersten Messkammer 23 in das Äußere des Detektionselements 11 oder pumpt Sauerstoff in die erste Messkammer 23 aus dem Äußeren des Detektionselements 11. Mit anderen Worten stellt die Ip1 Zelle 2 die Sauerstoffkonzentration in der ersten Messkammer 23 so ein, dass die Spannung zwischen den Elektroden 21 und 22 der Vs Zelle 3, basierend auf der Steuerung durch Elektrifizierung durch die Ip1 Antriebsschaltung 52, bei einem konstanten Wert (der Wert der Referenzspannung) beibehalten wird.
Die Widerstands-Detektionsschaltung 55 ist eine Schaltung zum periodischen Anlegen eines gepulsten Stroms, der einen vorbestimmten Wert hat, an die Vs Zelle 3 und zur Detektion einer Spannungsänderung (Änderung der Spannung Vs), die in Erwiderung auf das Anlegen des Stroms bezogen wird. Der Wert, der die Spannungsänderung anzeigt, die von der Widerstands-Detektionsschaltung 55 detektiert wird, wird an den Mikrocomputer 60 ausgegeben, und ein Innenwiderstand (Impedanz) Rpvs der Vs Zelle 3 wird, basierend auf der Tabelle bezogen, in der die Änderung der Spannung Vs und der Innenwiderstand Rpvs der Vs Zelle 3 im Vorhinein korreliert sind, und die in dem Mikrocomputer 60 gespeichert ist. Der Innenwiderstand Rpvs der Vs Zelle 3 weist eine Korrelation mit der Temperatur der Vs Zelle 3 auf, das heißt, mit der gesamten Temperatur des Detektionselements 11. Der Mikrocomputer 60 bestimmt, basierend auf dem Innenwiderstand Rpvs der Vs Zelle 3, die Temperatur des Detektionselements 11. Die Schaltungskonfiguration der Widerstands-Detektionsschaltung 55 zur Detektion der Spannungsänderung, die den Innenwiderstand Rpvs der Vs Zelle 3 anzeigt, ist, zum Beispiel, aus JP-A-11-307458 bekannt und daher wird die Beschreibung dessen nicht mehr wiederholt.
Die Ip2 Detektionsschaltung 56 ist eine Schaltung zur Detektion des Werts des Stroms Ip2, der zwischen den Elektroden 27 und 28 der Ip2 Zelle 4 fließt. Die Vp2 Anlegeschaltung 57 ist eine Schaltung zum Anlegen einer Betriebsspannung Vp2 (zum Beispiel 450 mV) zwischen den Elektroden 27 und 28 der Ip2 Zelle 4 während der Durchführung eines Betriebssteuerungsprozesses, der später beschrieben wird, und steuert das Auspumpen von Sauerstoff aus dem Inneren der zweiten Messkammer 30 in die Sauerstoff-Referenzkammer 29. Die Konstantstrom-Schaltung 58 ist eine Schaltung zum Anlegen eines Stroms Ip3 (zum Beispiel 10 μA), der einen konstanten Wert zwischen der Elektrode 28 und der Elektrode 27 der Ip2 Zelle 4 während der Durchführung eines Vorbereitungssteuerungsprozesses aufweist, der später beschrieben wird.
Die Heiz-Antriebsschaltung 59 ist eine Schaltung zum Halten der Temperatur (der Temperatur des Gassensors 10) der Festelektrolyte 12, 13 und 14 bei einer vorbestimmten Temperatur. Die Heiz-Antriebsschaltung 59 wird von dem Mikrocomputer 60 gesteuert und heizt die Festelektrolyte 12, 13 und 14 (mit anderen Worten die Ip1 Zelle 2, die Vs Zelle 3 und die Ip2 Zelle 4) durch Anlegen eines Stroms in dem Heizmuster 38 des Heizelements 35. Die Heiz-Antriebsschaltung 59 kann eine Steuerung einer PWM Elektrifizierung des Heizmusters 38 durchführen, um das Heizmuster 38 so mit Strom zu versorgen, dass die Festelektrolyte 12, 13 und 14 (im besondern die Vs Zelle 3) eine Zielheiztemperatur erreicht.
Der Mikrocomputer 60 ist ein Rechengerät, das eine CPU 61, ein ROM 63, ein RAM 62, eine Signaleingabe- und -ausgabeeinheit 64 und einen A/D Wandler 65 umfasst, welche wohl bekannt sind. Der Mikrocomputer 60 gibt Steuersignale an die Antriebsschaltungseinheit 50 in Übereinstimmung mit einem Programm aus, das im vorhinein darin installiert ist, um die Operationen der Schaltungen der Antriebsschaltungseinheit 50 zu steuern. Das ROM 63 speichert diverse Programme und diverse Parameter, auf die während der Ausführung der Programme Bezug genommen wird. Der Mikrocomputer 60 steht mit der ECU 90 in Verbindung, die für die Steuerung eines Verbrennungsmotors (nicht gezeigt) durch die Signaleingabe- und -ausgabeeinheit 64 verantwortlich ist.
Der Verbindungsabschnitt 70 umfasst Anschlüsse 72 bis 77. Wenn der Verbindungsabschnitt 70 mit dem Verbindungsabschnitt 40 verbunden ist, sind die Anschlüsse 72 bis 77 mit den Anschlüssen 42 bis 47 verbunden. Die Ip1 Antriebsschaltung 52 ist mit dem Anschluss 72 durch eine Leitung verbunden. Der Anschluss 73 ist mit einem Referenzpotential durch eine Leitung verbunden. Die Vs Detektionsschaltung 53, die Icp Versorgungsschaltung 54 und die Widerstands-Detektionsschaltung 55 sind mit dem Anschluss 74 durch Leitungen verbunden. Die Ip2 Detektionsschaltung 56, die Vp2 Anlegeschaltung 57 und die Konstantstrom-Schaltung 58 sind mit dem Anschluss 75 durch Leitungen verbunden. Die Heiz-Antriebsschaltung 59 ist mit dem Anschluss 76 durch eine Leitung verbunden. Der Anschluss 77 ist durch eine Leitung geerdet.
Der Betrieb der Sensor-Steuervorrichtung 1 während der Detektion der NO_X Konzentration wird im Folgenden beschrieben. Das Abgas, das in dem Abgasdurchlass (nicht gezeigt) fließt, wird durch den ersten diffusions-widerstehenden Teil 24 in die erste Messkammer 23 eingeführt. Hier, in der Vs Zelle 3, wird ein schwacher Strom Icp von der Elektrode 22 zu der Elektrode 21 durch die Icp Versorgungsschaltung 54 angelegt. Dementsprechend wird Sauerstoff in dem Abgas zu Sauerstoffionen, welche, da die Elektrode 21 eine negative Elektrode ist, in dem Festelektrolyt 13 fließen und in die Sauerstoff-Referenzkammer 29 eindringen. Das bedeutet, dass sich durch Anlegen des Stroms Icp zwischen den Elektroden 21 und 22 Sauerstoff in der ersten Messkammer 23 in die Sauerstoff-Referenzkammer 29 bewegt.
In der Vs Detektionsschaltung 53 wird die Spannung Vs zwischen den Elektroden 21 und 22 detektiert. Die detektierte Spannung Vs wird durch die Referenzspannungs-Vergleichsschaltung 51 mit der Referenzspannung (zum Beispiel 425 mV) verglichen und das Vergleichsergebnis wird an die Ip1 Antriebsschaltung 52 ausgegeben. Wenn die Sauerstoffkonzentration in der ersten Messkammer 23 so eingestellt ist, dass die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 21 und 22 im Bezug auf die Referenzspannung annährend konstant ist, nähert sich die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas in der ersten Messkammer 23 einer vorbestimmten Konzentration C (zum Beispiel 0,001 ppm) an.
Demzufolge wird, in der Ip1 Antriebsschaltung 52, wenn die Sauerstoffkonzentration des Abgases, das in die erste Messkammer 23 eingeführt ist, niedriger als die Konzentration C ist, der Strom Ip1 an die Ip1 Zelle 2 so angelegt, dass die Elektrode 17 als die negative Elektrode dient. Infolgedessen wird, in der Ip1 Zelle 2, Sauerstoff aus dem Äußeren des Detektionselements 11 in das Innere der ersten Messkammer 23 gepumpt. Andererseits legt, wenn die Sauerstoffkonzentration des Abgases, das in die erste Messkammer 23 eingeführt ist, höher als die Konzentration C ist, die Ip1 Antriebsschaltung 52 den Strom Ip1 an die Ip1 Zelle 2 so an, dass die Elektrode 18 als die negative Elektrode dient. Infolgedessen wird, in der Ip1 Zelle 2, Sauerstoff aus dem Inneren der ersten Messkammer 23 in das Äußere des Detektionselements 11 gepumpt. Die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas kann, basierend auf der Stärke des Stroms Ip1 und der Richtung, in welche der Strom Ip1 fließt, detektiert werden.
Das eingestellte Gas, dessen Sauerstoffkonzentration auf die Konzentration C in der ersten Messkammer 23 eingestellt ist, wird durch den zweiten diffusions-widerstehende Teil 26 in die zweite Messkammer 30 eingelassen. NO_X in dem eingestellten Gas, das in der zweiten Messkammer 30 in Kontakt mit der Elektrode 28 kommt, wird durch die Elektrode 28 als Katalysator in N₂ und O₂ zerlegt (reduziert). Der zerlegte Sauerstoff erhält von der Elektrode 28 Elektronen und wird zu Sauerstoffionen (wird dissoziiert), Sauerstoffionen fließen in dem Festelektrolyt 14 und bewegen sich in die Sauerstoff-Referenzkammer 29. Zu dieser Zeit entspricht der Wert des Stroms Ip2, der zwischen einem Paar Elektroden 27 und 28 durch das Festelektrolyt 14 fließt, der NO_X Konzentration und der Wert des Stroms Ip2 wird verwendet, um den NO_X Konzentrations-Entsprechungswert zu berechnen.
Ein Hauptprozess entsprechend der ersten Ausführungsform, der in 2 gezeigt ist, wird im Folgenden kurz beschrieben. In dem Hauptprozess entsprechend der ersten Ausführungsform werden ein Aktivierungsprozess (der Prozess in einer Punkt-gestrichelten Linie 91), ein Vorbereitungssteuerungsprozess (der Prozess in einer Punkt-gestrichelten Linie 92), ein Betriebssteuerungsprozess (der Prozess in einer Punkt-gestrichelten Linie 93) und ein Konzentrationssteuerungsprozess (der Prozess in einer Punkt-gestrichelten Linie 94) durchgeführt. Der Aktivierungsprozess ist ein Prozess zur Aktivierung des Detektionselement 11 und umfasst Heizen der Detektionseinheit 11 durch Verwenden des Heizelements 35. Wenn der Aktivierungsprozess durchgeführt wird, wird der Steuerungszustand der Sensor-Steuervorrichtung 1 Aktivierungssteuerungen genannt. Der Vorbereitungssteuerungsprozess umfasst das Auspumpen einer vorbestimmten Menge von Sauerstoff in dem Gas der zweiten Messkammer 30 vor der Durchführung des Betriebssteuerungsprozesses. Wenn der Vorbereitungssteuerungsprozess durchgeführt wird, wird der Steuerungszustand der Sensor-Steuervorrichtung 1 Vorbereitungssteuerung genannt. Der Betriebssteuerungsprozess umfasst Anlegen der Betriebsspannung Vp2 an die Ip2 Zelle 4. In dem Betriebssteuerungsprozess wird ein Prozess des Berechnens des NO_X Konzentrations-Entsprechungswerts basierend auf der Stärke des Stroms in der Ip2 Zelle 4, an die die Betriebsspannung Vp2 angelegt ist, durchgeführt. Wenn der Betriebssteuerungsprozess durchgeführt wird, wird der Steuerungszustand der Sensor-Steuervorrichtung 1 Betriebssteuerung genannt. Der Konzentrationssteuerungsprozess umfasst Einstellen der Sauerstoffkonzentration des Abgases, das in die erste Messkammer 23 eingeführt ist, durch Elektrifizierung der Ip1 Zelle 2. Wenn der Konzentrationssteuerungsprozess durchgeführt wird, wird der Steuerungszustand der Sensor-Steuervorrichtung 1 Konzentrationssteuerung genannt.
Zu der Zeit der aktuellen Inbetriebnahme, nach dem Betrieb des Verbrennungsmotors, das heißt, nach dem Beenden der Versorgung mit Abgas zum Zeitpunkt der Durchführung des vorangegangenen Hauptprozesses, ist das Gas, das in die zweite Messkammer 30 zu der Zeit der gegenwärtigen Inbetriebsetzung (im Folgenden als ”Inbetriebsetzungszeit” bezeichnet) des Gassensors 10 gefüllt ist, ist in einer mageren Atmosphäre. Wenn die Vorbereitungssteuerung nicht durchgeführt wird, wird verbliebener Sauerstoff, der in dem Gas enthalten ist, das vor dem Starten des Prozesses in die zweite Messkammer 30 gefüllt ist, kurz nach dem Starten des Betriebssteuerungsprozesses aus der zweiten Messkammer 30 gepumpt. In diesem Fall fließt der Strom Ip2, der in Abhängigkeit von dem verbliebenen Sauerstoff ungeachtet der NO_X Konzentration in dem Abgas, die ursprünglich berechnet werden sollte, stark variiert. Demzufolge zeigt der NO_X Konzentrations-Entsprechungswert kurz nach dem Starten des Betriebssteuerungsprozesses basierend auf dem Strom Ip2 nicht den Wert an, der der NO_X Konzentration in dem ursprünglichen Abgas entspricht.
Demzufolge führt die Sensor-Steuervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform den Vorbereitungssteuerungsprozess vor der Durchführung des Betriebssteuerungsprozesses durch und verringert die Sauerstoffkonzentration in der zweiten Messkammer 30 ausgehend von dem mageren Zustand. Wenn eine konstante Spannung an die Ip2 Zelle 4 angelegt wird, die gleich oder größer einem vorbestimmten Wert ist, unterscheidet sich die Menge des Sauerstoffs, der von der Ip2 Zelle 4 herauszupumpen ist, in Abhängigkeit von der H₂O Konzentration des Gases in der zweiten Messkammer 30. Demzufolge wird, in der ersten Ausführungsform, der Strom, der der Ip2 Zelle 4 zugeführt wird, durch den Betrieb der Konstantstrom-Schaltung 58 während der Durchführung des Vorbereitungssteuerungsprozesses so gesteuert, dass der Strom konstant ist. Entsprechend kann im Wesentlichen die gleiche Menge Sauerstoff aus der zweiten Messkammer 30 durch den Vorbereitungssteuerungsprozess herausgepumpt werden, wenn der gleiche Gassensor 10 verwendet wird. In der ersten Ausführungsform wird der Konstantstrom Ip3, der der Ip2 Zelle 4 während der Durchführung der Vorbereitungssteuerung zugeführt wird, auf 10 μA gesetzt. Zu dieser Zeit ist die Spannung, die an die Ip2 Zelle 4 angelegt ist, größer als die Betriebsspannung Vp2 (zum Beispiel 425 mV), welche die Spannung während der Durchführung der Betriebssteuerung ist. Entsprechend ist die Menge an Sauerstoff, die pro Einheit Zeit während der Durchführung der Vorbereitungssteuerung herausgepumpt wird, größer als selbige während der Durchführung der Betriebssteuerung.
Gassensoren 10, die die gleiche Struktur aufweisen, können unterschiedliche Ausgabecharakteristika aufweisen. Demzufolge kann sich, wenn die gleiche Steuerungsbedingung für unterschiedliche Gassensoren 10 gesetzt ist, die zeitliche Änderung des NO_X Konzentrations-Entsprechungswerts kurz nach dem Starten des Betriebssteuerungsprozesses in Abhängigkeit der Gassensoren 10 unterscheiden. Entsprechend wird, in der ersten Ausführungsform, eine zweite Zeit, die eine konstante Elektrifizierungszeit ist, für jeden Gassensor 10 so gesetzt, dass der NO_X Konzentrations-Entsprechungswert, der nach dem Starten des Betriebssteuerungsprozesses (mit anderen Worten nach Beendigung der Vorbereitungssteuerung) berechnet wird, innerhalb eines Zielbereichs liegt. Das Verfahren des Setzens der zweiten Zeit für jeden Gassensor 10 ist beispielsweise das gleiche wie das, das in JP-A-2011-137806 beschrieben ist.
Aus Gründen wie beispielsweise dem Eintreten von unverbranntem Material, wie zum Beispiel Treibstoff, in den Gassensor 10, kann hier das Gas, das in der zweiten Messkammer 30 kurz nach der Durchführung des Aktivierungsprozesses gefüllt ist, nicht eine der atmosphärischen Luft ähnlichen Atmosphäre sein. Daher führt die Sensor-Steuervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform die Vorbereitungssteuerung in wenigstens einer Teildauer zwischen einem Betriebszeitpunkt und einem Startzeitpunkt durch. Der Betriebszeitpunkt ist ein Zeitpunkt, der nach einer konstanten ersten Zeit nach dem Aktivierungszeitpunkt verstreicht, an dem der Gassensor bestimmt ist, aktiviert zu sein. Der Startzeitpunkt ist ein Zeitpunkt, an dem die Betriebssteuerung gestartet wird. Unter Verwendung dieser Konfiguration garantiert die Sensor-Steuervorrichtung 1 die Zeit, die zur Ersetzung der Atmosphäre der zweiten Messkammer mit der Atmosphäre um den Gassensor unter der Bedingung gebraucht wird, dass der Gassensor 10 aktiviert ist. Die erste Zeit ist unter Berücksichtigung des Typs und der Menge des angenommenen unverbrannten Materials, der Flussrate des Gases um den Gassensor 10, der Größe der zweiten Messkammer 30, der Aktivierungstemperatur des Gassensors 10 und der Zeit von dem Inbetriebsetzungszeitpunkt bis zu dem Aktivierungszeitpunkt gesetzt. Die Inbetriebsetzungszeit erhöht sich mit der Länge der ersten Zeit. Entsprechend ist die erste Zeit vorzugsweise kürzer als die zweite Zeit. Insbesondere weist die erste Zeit vorzugsweise ein Wert auf, der kleiner als die zweite Zeit ist und zwischen 5 und 15 Sekunden liegt, wenn die zweite Zeit ein beliebiger Wert zwischen 15 und 30 Sekunden ist. Durch Setzen der ersten Zeit auf eine kürzere Zeit als die zweite Zeit, kann in diesem Fall die Sensor-Steuervorrichtung die Konzentration eines bestimmten Gases früh, stabil detektieren, ohne davon abzuhängen, ob ein unverbranntes Material in den Gassensor eintritt, während das Verhältnis der ersten Zeit zu der Zeit der Inbetriebnahme niedrig gehalten ist.
Der Hauptprozess entsprechend der ersten Ausführungsform wird im Folgenden mit Bezug auf 2 beschrieben. Der Hauptprozess wird von der CPU 61 der Steuerung 5 als Reaktion auf eine Anweisung der ECU 90 während der Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors (nicht gezeigt) durchgeführt. Der NO_X Konzentrations-Entsprechungswert, der in dem Hauptprozess berechnet wird, wird an vorbestimmten Intervallen an die ECU 90 der Sensor-Steuervorrichtung 1 ausgegeben, nachdem bestimmt wurde, dass der Konzentrations-Entsprechungswert, der in dem zu detektierenden Gas enthalten ist, stabil in einem Ausgabeprozess detektiert werden kann, wobei der Ausgabeprozess unabhängig von dem Hauptprozess durchgeführt wird. In dem Ausgabeprozess wird bestimmt, ob der Konzentrations-Entsprechungswert stabil detektiert werden kann, was davon abhängt, ob eine vorbestimmte Zeit verstreicht, während der der NO_X Konzentrations-Entsprechungswert in einen vorbestimmten Wertebereich (zum Beispiel 0 ± 5 ppm) eintritt.
Wenn der Verbrennungsmotor (nicht gezeigt) in Betrieb genommen wird und eine Anweisung von der ECU 90 an die Signaleingabe- und -ausgabeeinheit 64 eingegeben wird, akquiriert die CPU 61 diverse Zustände, unter denen der Hauptprozess von dem ROM 63 durchgeführt wird (S5). Zum Beispiel wird in S5 eine zweite Zeit ausgelesen, die für jeden Gassensor 10 gesetzt ist. Dann führt die CPU 61 einen Aktivierungsprozess (S10 bis S30) durch. In dem Aktivierungsprozess startet die CPU 61 eine Elektrifizierung des Heizmusters 38 des Gassensors 10 (S10). Insbesondere steuert die CPU 61 die Heiz-Antriebsschaltung 59 derart, dass eine konstante Spannung (zum Beispiel 12 V) an das Heizmuster 38 angelegt wird.
Dann steuert die CPU 61 die Icp Versorgungsschaltung 54 derart, dass die Versorgung des Stroms Icp an die Vs Zelle 3 gestartet wird (S15). Die mit Strom Icp versorgte Vs Zelle 3 pumpt Sauerstoff aus der ersten Messkammer 23 in die Sauerstoff-Referenzkammer 29. Wenn das Detektionselement 11 von dem Heizelement 35 zur Verringerung des Innenwiderstandes der Vs Zelle 3 aufgeheizt wird, wird die Spannung Vs der Vs Zelle 3 langsam verringert.
Dann bestimmt die CPU 61, ob die Spannung Vs, die von der Vs Detektionsschaltung 53 bestimmt wird, gleich oder kleiner einem vorbestimmten Wert Vth ist (S20). Wenn bestimmt ist, dass die Spannung Vs weder gleich noch kleiner als der vorbestimmte Wert Vth ist (nein in S20), wartet die CPU 61 bis die Spannung Vs gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert Vth wird. Wenn bestimmt ist, dass die Spannung Vs gleich oder kleiner als der vorbestimmte Vth ist (ja in S20), startet die CPU 61 die Steuerung der Heizspannung Vh (S25). Insbesondere steuert die CPU 61 eine Elektrifizierung des Heizelements 35 durch die Verwendung der Heiz-Antriebsschaltung 59, so dass der Innenwiderstand Rpvs der Vs Zelle 3 einen Zielwert erreicht. Der Zielwert beträgt zum Beispiel 300 Ω, und die Temperatur der Vs Zelle 3 wird auf ca. 750°C geschätzt, wenn der Innenwiderstand Rpvs 300 Ω beträgt.
Dann bestimmt die CPU 61, ob das Detektionselement 11 aktiviert ist (S30). Insbesondere bestimmt die CPU 61, ob das Detektionselement 11 aktiviert ist, abhängig davon, ob der Innenwiderstand Rpvs der Vs Zelle 3 einen Schwellenwert erreicht. Der Innenwiderstand Rpvs der Vs Zelle 3 wird periodisch durch einen unterschiedlichen Prozess berechnet, welcher auf einer Änderung der Spannung Vs basiert, wobei die Spannung Vs durch die Verwendung der Widerstands-Detektionsschaltung 55 und einer Tabelle bestimmt wird, in der die Änderung der Spannung Vs mit dem Innenwiderstand der Vs Zelle 3 korreliert ist. Der Schwellenwert beträgt zum Beispiel 350 Ω, und die Temperatur der Vs Zelle 3 wird auf ca. 650°C geschätzt, wenn der Innenwiderstand Rpvs 350 Ω beträgt. Wenn der Innenwiderstand Rpvs den Schwellenwert erreicht, bestimmt die CPU 61, dass die Festelektrolyte 12, 13 und 14 einen Zustand erreichen, der eine angemessene Sauerstoffionen-Leitfähigkeit aufweist, und das Detektionselement 11 aktiviert ist.
Wenn bestimmt ist, dass das Detektionselement 11 nicht aktiviert ist (nein in S30), wartet die CPU 61 bis das Detektionselement 11 aktiviert ist. Wenn bestimmt ist, dass das Detektionselement 11 aktiviert ist (ja in S30), bestimmt die CPU 61, dass der Zeitpunkt ein Aktivierungszeitpunkt ist und startet eine erste Zeitschaltung (nicht gezeigt). Die erste Zeitschaltung ist ausgebildet, zu einer ersten Zeit nach dem Aktivierungszeitpunkt abzulaufen. Die erste Zeit beträgt zum Beispiel 5 Sekunden. Die CPU 61 bestimmt, ob die erste Zeit abläuft, nachdem die erste Zeitschaltung startet und die erste Zeitschaltung abläuft (S33). Die CPU 61 überwacht die erste Zeitschaltung fortlaufend, wenn bestimmt ist, dass die erste Zeitschaltung nicht abläuft (nein in S33). Wenn bestimmt ist, dass die erste Zeitschaltung abläuft (ja in S33), bestimmt die CPU 61, dass der Betriebszeitpunkt einsetzt und betreibt die Ip1 Antriebsschaltung 52, um die Elektrifizierung der Ip1 Zelle 2 zu starten (S35). Der Prozess S35 ist ein Prozess zum Starten der Konzentrationssteuerung an dem Betriebszeitpunkt. Das bedeutet, ein Prozess zur Einstellung der Sauerstoffkonzentration des Abgases, das in die erste Messkammer 23 eingeführt ist, auf eine vorbestimmte Konzentration C wird durch Elektrifizierung der Ip1 Zelle 2 gestartet.
Dann führt die CPU 61 den Vorbereitungssteuerungsprozess (S40 bis S50) durch. In dem Vorbereitungssteuerungsprozess versorgt die CPU 61 die Ip2 Zelle 4 für eine konstante zweite Zeit, die für jeden Gassensor 10 individuell gesetzt ist, mit Strom eines konstanten Werts (S40). Insbesondere betreibt die CPU 61 die Konstantstrom-Schaltung 58, um die Ip2 Zelle 4 mit dem Strom eines konstanten Werts Ip3 zu versorgen. Der Strom eines konstanten Werts Ip3 beträgt zum Beispiel 10 μA. Die Ip2 Zelle 4 wird mit dem Strom Ip3 versorgt und startet das Auspumpen von Sauerstoff, der in der zweiten Messkammer 30 vorhanden ist.
Dann startet die CPU 61 eine zweite Zeitschaltung (nicht gezeigt) (S45). Die zweite Zeitschaltung ist ausgebildet, zu einer zweiten Zeit nach dem Starten der zweiten Zeitschaltung abzulaufen. Die zweite Zeit ist ein Wert, der für jeden Gassensor 10 gesetzt ist, und ist, wie oben beschrieben, in dem ROM 63 gespeichert. Die zweite Zeit beträgt zum Beispiel 20 Sekunden. Dann bestimmt die CPU 61, ob die zweite Zeit abläuft, nachdem die zweite Zeitschaltung gestartet und abgelaufen ist (S50). Wenn bestimmt ist, dass die zweite Zeitschaltung nicht abläuft (nein in S50), überwacht die CPU 61 die zweite Zeitschaltung fortlaufend. Wenn bestimmt ist, dass die zweite Zeitschaltung abläuft (ja in S50), beendet die CPU 61 den Vorbereitungssteuerungsprozess. Die CPU 61 bestimmt, dass der Zeitstartpunkt vorliegt und schaltet die Steuerung der Ip2 Zelle 4 auf die Betriebssteuerung (S55). Die CPU 61 beendet den Betrieb der Konstantstrom-Schaltung 58 und betreibt die Vp2 Anlegeschaltung 57, um den Steuerungszustand der Sensor-Steuervorrichtung 1 von der Vorbereitungssteuerung auf die Betriebssteuerung zu schalten. Entsprechend wird, in der Betriebssteuerung, eine Betriebsspannung Vp2 (zum Beispiel 450 mV) an die Ip2 Zelle 4 angelegt. In der Betriebssteuerung wird die Konzentrationssteuerung, die in S35 gestartet wurde, kontinuierlich durchgeführt.
Dann akquiriert die CPU 61 einen Wert des Stroms Ip2 (insbesondere einen Wert, der durch Konvertierung des Stroms Ip2 in eine Spannung erhalten wird), der von der Ip2 Detektionsschaltung 56 detektiert wird, und speichert den akquirierten Wert des Stroms Ip2 in dem RAM 62 (S60). Dann berechnet die CPU 61 den NO_X Konzentrations-Entsprechungswert und speichert den berechneten NO_X Konzentrations-Entsprechungswert in dem RAM 62 (S70). Der NO_X Konzentrations-Entsprechungswert wird beispielsweise durch Substituierung des Werts des Stroms Ip2 durch einen vorbestimmten Rechenausdruck berechnet, der in dem ROM 63 gespeichert ist. Zum Beispiel wird der NO_X Konzentrations-Entsprechungswert, der dem in S60 bestimmten Wert des Stroms Ip2 entspricht, durch beispielweise Referenzieren auf die Tabelle berechnet, in der der Wert des Stroms Ip2 mit dem NO_X Konzentrations-Entsprechungswert korreliert ist.
Wenn bestimmt ist, dass eine Schlussanweisung von der ECU 90 nicht zugeführt wird (nein in S80), gibt die CPU 61 den Prozessablauf an S60 zurück. Wenn bestimmt ist, dass die Endanweisung von der ECU 90 zugeführt wird (ja in S80), beendet die CPU 61 den Hauptprozess.
Wie oben beschrieben, führt die CPU 61 den Hauptprozess durch. In der Sensor-Steuervorrichtung 1 entsprechend der ersten Ausführungsform fungiert die Antriebsschaltungseinheit 50, die die Referenzspannungs-Vergleichsschaltung 51, die Ip1 Antriebsschaltung 52, die Vs Detektionsschaltung 53, die Icp Versorgungsschaltung 54 und die Vp2 Anlegeschaltung 57 umfasst, als die Antriebsschaltungseinheit der vorliegenden Erfindung. Die CPU 61, die den Prozess S30 der 2 durchführt, fungiert als das Bestimmungsmittel der vorliegenden Erfindung. Die CPU 61, die Prozesse S33 und S35 der 2 durchführt, fungiert als Konzentrationssteuerungs-Anweisungsmittel der vorliegenden Erfindung. Die CPU 61, die die Prozesse S33 und S40 bis S50 durchführt, fungiert als das Vorbereitungssteuerungs-Anweisungsmittel der vorliegenden Erfindung, und die Konstantstrom-Schaltung 58, die als Reaktion auf eine Anweisung der CPU 61 betrieben wird, fungiert als das Vorbereitungssteuerungsmittel der vorliegenden Erfindung. Die CPU 61, die den Prozess S70 durchführt, fungiert als das Berechnungsmittel der vorliegenden Erfindung.
Evaluationstest
Ein Evaluationstest zur Prüfung, ob die Konzentration eines bestimmten Gases früh und stabil detektiert werden kann, wurde durchgeführt, sogar wenn der Hauptprozess der ersten Ausführungsform durchgeführt wurde und ein unverbranntes Material in den Gassensor 10 eintritt. Insbesondere wurden in einer Sensor-Steuervorrichtung 1 umfassend einen Gassensor 10, der die gleiche Konfiguration hat, zeitliche Änderungen des NO_X Konzentrations-Entsprechungswerts verglichen, wobei der NO_X Konzentrations-Entsprechungswert bei unterschiedlichen Bedingungen 1 bis 3 bestimmt wurde. Bedingung 1 ist eine Bedingung, in der die Vorbereitungssteuerung mittels dem herkömmlichen Verfahren in einem Zustand durchgeführt wird, in dem ein unverbranntes Material nicht in den Gassensor 10 eingetreten ist. Bedingung 2 ist eine Bedingung, in der die Vorbereitungssteuerung mittels dem herkömmlichen Verfahren in einem Zustand durchgeführt wird, in dem ein unverbranntes Material in den Gassensor 10 eingetreten ist. Bedingung 3 ist eine Bedingung, in der die Vorbereitungssteuerung mittels des Hauptprozesses gemäß der ersten Ausführungsform in einem Zustand durchgeführt wird, in dem ein unverbranntes Material in den Gassensor 10 eingetreten ist. In der vorliegenden Evaluation wurde der Gassensor 10, bei dem ein bekannter Einbrennhemmstoff an den äußeren Umfang eines Gehäuses angebracht wurde, in einem luftdicht verschlossenen Behälter hinterlassen, der die atmosphärische Luft von 80°C für 100 Stunden enthielt, wodurch ein organisches Gas (unverbranntes Material) durch den Einbrennhemmstoff erzeugt wurde, und der Zustand, in dem das unverbrannte Material in den Gassensor 10 (zweite Messkammer 30) eingetreten ist, wurde hergestellt. Das zu detektierende Gas war ein Gas, das 0 ppm NO_X, 20% O₂ und 4% H₂O und einen Rest von N₂ enthält. Die Temperatur des zu detektierenden Gases betrug 150°C. In 3 repräsentiert die horizontale Achse die verstrichene Zeit (Einheit Sekunden) beginnend mit dem Inbetriebsetzungszeitpunkt, und die vertikale Achse repräsentiert den NO_X Konzentrations-Entsprechungswert (Einheit ppm).
Die zeitliche Änderung des NO_X Konzentrations-Entsprechungswerts der Bedingungen 1 bis 3 sind jeweils durch die Graphen 201 bis 203 gekennzeichnet. Unter den Bedingungen 1 und 2 wird, nachdem der Gassensor 10 in Betrieb genommen wurde, der Gassensor 10 nach einer Zeit T0 (12 Sekunden) aktiviert, nachdem die Elektrifizierung des Heizmusters 38 gestartet wurde, und die Vorbereitungssteuerung wird ab dem Aktivierungszeitpunkt gestartet. Während der Vorbereitungssteuerung wird für eine zweite Zeit T2 (20 Sekunden), die für jeden Gassensor 10 gesetzt ist, Konstantstrom (10 μA) an die Ip2 Zelle 4 angelegt, und dann wird die Vorbereitungssteuerung auf die Betriebssteuerung umgeschalten. Hingegen wird unter der Bedingung 3 die Vorbereitungssteuerung an dem Betriebszeitpunkt gestartet, an dem die erste Zeit T1 (5 Sekunden) nach dem Aktivierungszeitpunkt verstrichen ist.
Unter den Bedingungen 1 bis 3 wird Sauerstoff, der in der zweiten Messkammer 30 vorhanden ist, durch die Verwendung der Vorbereitungssteuerung heftig in die Sauerstoff-Referenzkammer 29 gepumpt. Unter der Bedingung 1 weist die Sauerstoffkonzentration in der zweiten Messkammer 30 einen Wert auf, der der Sauerstoffkonzentration der atmosphärischen Luft kurz nach dem Aktivierungsprozess nahe ist. Nachdem das unverbrannte Material durch den Aktivierungsprozess oxidiert wird, wird unter den Bedingungen 2 und 3 angenommen, dass die Sauerstoffkonzentration in der zweiten Messkammer 30 einen Wert aufweist, der niedriger als die Sauerstoffkonzentration der atmosphärischen Luft ist. Unter den Bedingungen 1 bis 3 wird Sauerstoff, der in der zweiten Messkammer 30 vorhanden ist, durch die Verwendung der Vorbereitungssteuerung heftig in die Sauerstoff-Referenzkammer 29 gepumpt. Kurz nachdem die Vorbereitungssteuerung auf die Betriebssteuerung umgeschalten wird, ist die zweite Messkammer 30 in einem sauerstoffarmen Zustand (reichhaltige Atmosphäre), in dem die Sauerstoffkonzentration niedriger als eine Referenzkonzentration ist. Wie oben beschrieben, wird die Sauerstoffkonzentration in der zweiten Messkammer während der Durchführung der Betriebssteuerung im Vorhinein auf eine Konzentration als eine Referenz (Referenzkonzentration) mit einer Spannung von Vp2 = 450 mV gesetzt. Entsprechend verursacht, kurz nachdem die Vorbereitungssteuerung auf die Betriebssteuerung umgeschalten wird, die Ip2 Zelle 4, dass Sauerstoff von der Sauerstoff-Referenzkammer 29 in die zweite Messkammer 30 so zurückgeführt wird, dass die Sauerstoffkonzentration in der zweiten Messkammer 30 den Wert der Referenzkonzentration annimmt. Entsprechend erhöht sich, wie in 3 gezeigt, nach der Vorbereitungssteuerung die Ausgabe des NO_X Konzentrations-Entsprechungswerts von der Minusseite.
Wie in 3 gezeigt, erhöhte sich der NO_X Konzentrations-Entsprechungswert unter der Bedingung 1, gezeigt durch den Graph 201, nach dem Startzeitpunkt von der Minusseite, wobei der Wert bis zu 30 Sekunden (62 Sekunden nach dem Inbetriebsetzungszeitpunkt) nach dem Startzeitpunkt schnell anstieg und danach langsam anstieg. Der NO_X Konzentrations-Entsprechungswert lag in einem Bereich von 0 ± 5 ppm, nachdem 23 Sekunden seit dem Startzeitpunkt verstrichen waren (55 Sekunden nach dem Inbetriebsetzungszeitpunkt).
Unter der Bedingung 2 erhöhte sich der NO_X Konzentrations-Entsprechungswert, gezeigt durch den Graphen 202, nach dem Startzeitpunkt von der Minusseite und hatte einen Wert außerhalb des Detektionsbereichs für bis zu 46 Sekunden (78 Sekunden nach dem Inbetriebsetzungszeitpunkt) nach dem Startzeitpunkt, und der NO_X Konzentrations-Entsprechungswert stieg nach 47 Sekunden (79 Sekunden nach dem Inbetriebsetzungszeitpunkt) nach dem Startzeitpunkt langsam an. Unter der Bedingung 2 waren 200 Sekunden oder mehr nach dem Inbetriebsetzungszeitpunkt notwendig, bis der NO_X Konzentrations-Entsprechungswert in dem Bereich von 0 ± 5 ppm lag. Unter der Bedingung 2 wurde angenommen, dass die zweite Messkammer 30 in einem sauerstoffarmen Zustand (reichhaltige Atmosphäre) ist, in dem die Sauerstoffkonzentration, aufgrund des Einflusses des zu dem Aktivierungszeitpunkt in den Gassensor 10 eintretenden Materials, geringer als eine vorbestimmte niedrige Konzentration ist. Entsprechend wird, verglichen mit Bedingung 1, Zeit dazu verwendet, Sauerstoff aus der Sauerstoff-Referenzkammer 29 in die zweite Messkammer 30 zurück zu bringen, nachdem die Vorbereitungssteuerung endet.
Unter der Bedingung 3 erhöhte sich der NO_X Konzentrations-Entsprechungswert, gezeigt durch den Graph 203, nach dem Startzeitpunkt von der Minusseite, wobei der Wert nach dem Startzeitpunkt für 33 Sekunden (70 Sekunden nach dem Inbetriebsetzungszeitpunkt) schnell anstieg und danach langsam anstieg. Nachdem 27 Sekunden nach dem Startzeitpunkt verstrichen (64 Sekunden nach dem Inbetriebsetzungszeitpunkt), lag der NO_X Konzentrations-Entsprechungswert in dem Bereich von 0 ± 5 ppm.
Unter der Bedingung 3, ähnlich wie unter der Bedingung 2, wird angenommen, dass die zweite Messkammer 30 in einem sauerstoffarmen Zustand (reichhaltige Atmosphäre) ist, in dem die Sauerstoffkonzentration, aufgrund des Einflusses des zu dem Aktivierungszeitpunkt in den Gassensor 10 eintretenden unverbrannten Materials, geringer als eine vorbestimmte niedrige Konzentration ist. Jedoch werden unter der Bedingung 3 die Konzentrationssteuerung und die Vorbereitungssteuerung ab dem Inbetriebsetzungszeitpunkt gestartet, an dem die erste Zeit (5 Sekunden nach dem Aktivierungszeitpunkt) verstrichen ist. Entsprechend wird die Atmosphäre der zweiten Messkammer mit der Atmosphäre um den Gassensor 10 unter der Bedingung ersetzt, dass der Gassensor 10 aktiviert ist. Demzufolge ist die zur Rückführung von Sauerstoff aus der Sauerstoff-Referenzkammer 29 in die zweite Messkammer 30 erforderliche Zeit, nachdem die Vorbereitungssteuerung endet, die gleiche Zeit wie unter Bedingung 1. Daher beträgt die Inbetriebsetzungszeit unter der Bedingung 3 64 Sekunden, was halb so groß oder weniger als die Inbetriebsetzungszeit (100 Sekunden oder mehr) unter der Bedingung 2 ist. Obwohl nicht in der Figur gezeigt, wurde die zeitliche Änderung des gleichen NO_X Konzentrations-Entsprechungswertes bestimmt, wobei die Vorbereitungssteuerung durch die Verwendung des Hauptprozesses gemäß der ersten Ausführungsform in einem Zustand durchgeführt wurde, in dem ein unverbranntes Material nicht in den Gassensor 10 eintrat und im Wesentlichen der gleiche Graph wie unter Bedingung 3 erhalten wurde. Durch den Evaluationstest wurde bestätigt, dass es möglich war, die Konzentration eines bestimmten Gases früh und stabil zu detektieren, ohne davon abzuhängen, ob ein unverbranntes Material in den Gassensor 10 eintrat, wenn der Hauptprozess gemäß der Ausführungsform an der Sensor-Steuervorrichtung 1 angewendet wurde.
Die folgenden Vorteile werden durch die Sensor-Steuervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform, wie im Detail oben beschrieben, erlangt. Da die erste Zeit so gesetzt ist, dass sie kürzer als die zweite Zeit ist, ist es möglich, die Konzentration eines bestimmten Gases früh und stabil zu detektieren, ohne davon abhängig zu sein, ob ein unverbranntes Material in den Gassensor 10 eintritt, während das Verhältnis der ersten Zeit zu der Inbetriebsetzungszeit niedrig gehalten wird. In der Sensor-Steuervorrichtung 1 wird für die konstante zweite Zeit, die für jeden Gassensor 10 als die Vorbereitungssteuerung bestimmt ist, Konstantstrom an die Ip2 Zelle 4 angelegt. Die Menge an Sauerstoff, die von der Ip2 Zelle 4 ausgepumpt wird, ist proportional zu dem Wert des Stroms, der zwischen einem Paar Elektroden 27 und 28 der Ip2 Zelle 4 fließt. Entsprechend hat, in der Sensor-Steuervorrichtung 1, die Sauerstoffkonzentration in der zweiten Messkammer während der Beendigung der Vorbereitungssteuerung im Wesentlichen den gleichen Wert für den gleichen Gassensor 10, ohne dabei von der H₂O Konzentration des zu detektierenden Gases abhängig zu sein. Demzufolge kann die Sensor-Steuervorrichtung 1 die Abweichung der Inbetriebsetzungszeit zwischen den Detektionsprozessen reduzieren, die in dem gleichen Gassensor 10 unter Berücksichtigung der Abweichung der Ausgabecharakteristik der Gassensoren 10 durchgeführt werden.
Den Hauptprozess der ersten Ausführungsform betreffend, führt die CPU 61 der Steuerung 5 den Hauptprozess durch. Wenn im Gegensatz dazu der Gassensor eine Steuerung umfasst, können die Steuerung des Gassensors und eine Steuerung, die unabhängig von dem Gassensor angeordnet ist, den Hauptprozess in gegenseitiger Zusammenarbeit durchführen. Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform mit Bezug auf die 4 bis 6 beschrieben, in der die Steuerung des Gassensors und die Steuerung, die unabhängig von dem Gassensor angeordnet ist, den Prozess in gegenseitiger Zusammenarbeit durchführen.
Zunächst wird die Konfiguration einer Sensor-Steuervorrichtung 101 gemäß der zweiten Ausführungsform mit Bezug auf 4 beschrieben. In 4 sind die gleichen Bestandteile, die in der Sensor-Steuervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform (gezeigt in 1) enthalten sind, durch die gleichen Bezugszeichen referenziert. In der folgenden Beschreibung werden die gleichen Bestandteile, die in der Sensor-Steuervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform enthalten sind, nicht beschrieben. Wie in 4 gezeigt, umfasst die Sensor-Steuervorrichtung 101 gemäß der zweiten Ausführungsform eine Steuerung 105 und einen Gassensor 110. Die Steuerung 105 unterscheidet sich von der der Sensor-Steuervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform in Bezug auf die Konfiguration des Verbindungsabschnitts 170. Der Verbindungsabschnitt 170 umfasst einen Anschluss 171 zusätzlich zu den gleichen Anschlüssen 72 bis 77 der ersten Ausführungsform. Der Anschluss 171 ist mit der Signaleingabe- und -ausgabeeinheit 64 durch eine Leitung elektrisch verbunden.
Der Abgassensor 110 unterscheidet sich von dem der Sensor-Steuervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform in der Konfiguration des Verbindungsabschnitts 140. Der Verbindungsabschnitt 140 umfasst eine Steuerung 150, einen Anschluss 141 und einen Schalter 144 zusätzlich zu den gleichen Anschlüssen 42 bis 47 der ersten Ausführungsform. Die Steuerung 150 umfasst einen Mikrocomputer 142 und eine Schaltschaltung 143. Obgleich nicht in der Zeichnung gezeigt, ist der Mikrocomputer 142 ein Rechengerät umfassend eine CPU, ein ROM, ein RAM, einen A/D Wandler und eine Signaleingabe- und -ausgabeeinheit, welche wohl bekannt sind. Die Schaltschaltung 143 steuert das Schalten eines Schalters 144. Der Schalter 144 wird von der Schaltschaltung 143 so gesteuert, dass das Öffnen und Schließen eines Pfades geschalten werden kann, durch den der Strom Ip1 fließt, der durch die Ip1 Antriebsschaltung 52 angelegt wird. Der Anschluss 141 ist mit der Steuerung 150 durch eine Zuführungsleitung elektrisch verbunden. Wenn der Verbindungsabschnitt 170 mit dem Verbindungsabschnitt 140 verbunden ist, sind die Anschlüsse 72 bis 77 und der Anschluss 171 mit den Anschlüssen 42 bis 47 und dem Anschluss 141 verbunden.
Die Prozesse, die von der Sensor-Steuervorrichtung 101 gemäß der zweiten Ausführungsform durchgeführt werden, werden im Folgenden kurz beschrieben. Die Steuerung 105 treibt ab dem Aktivierungszeitpunkt die Ip1 Antriebsschaltung 52 an, um die Versorgung des Stroms Ip1 zu starten (S35) und gibt dann ein Versorgungsstartsignal an die Steuerung 150 aus, indem der Hauptprozess, wie in 6 gezeigt, durchgeführt wird. Das Versorgungsstartsignal ist ein Signal, welches dazu dient, der Steuerung 150 den Beginn des Anlegens des Stroms Ip1 mitzuteilen. Daraufhin führt die Steuerung 105 einen Prozess des Wartens aus, bis der Wert eines Flags durch den Gassensor 110 auf 1 gesetzt wird (S38). Anderseits führt die Steuerung 150 des Gassensors 110 einen Schaltprozess durch, der in 5 gezeigt ist, um das Flag auf 0 zu setzen (S100) und führt dann einen Schließprozess des Schließens des Pfades durch, durch den der Strom Ip1 fließt, bis die erste Zeit abläuft, nachdem das Versorgungsstartsignal empfangen worden ist (S110 und S115). Wenn der Schließprozess beendet ist (ja in S115, S120), setzt die Steuerung 150 das Flag auf 1 (S125). Durch die Verwendung dieser Prozesse startet die Sensor-Steuervorrichtung 101 ab dem Betriebszeitpunkt die Konzentrationssteuerung (den Prozess in einer Punkt-gestrichelten Linie 194 in 6) und führt die Vorbereitungssteuerung (den Prozess in einer Punkt-gestrichelten Linie 92 in 6) in einer Zeitspanne zwischen dem Betriebszeitpunkt und dem Startzeitpunkt durch.
Der Schaltprozess, der von dem Gassensor 11 gemäß der zweiten Ausführungsform durchgeführt wird, wird im Folgenden mit Bezug auf 5 beschrieben. Der Schaltprozess wird von der Steuerung 150 als Reaktion auf eine Anweisung des Mikrocomputers der Steuerung 105 durchgeführt, wenn der Verbrennungsmotor (nicht gezeigt) gestartet wird. Wie in 5 gezeigt, setzt in dem Schaltprozess die Steuerung 150 als erstes das Flag auf 0 (S100). Das Flag ist gesetzt, um zu bestimmen, ob der Schließprozess des Schließens des Pfades, durch den der Strom Ip1 fließt, beendet ist. Wenn das Flag 0 ist, repräsentiert das Flag, dass der Schließprozess nicht beendet ist. Wenn das Flag 1 ist, repräsentiert das Flag, dass der Schließprozess beendet ist. Der Mikrocomputer 142 gibt das Setzen des Flags an die Signaleingabe- und -ausgabeeinheit 64 der Steuerung 105 aus. Dann, wenn die Versorgung des Stroms Ip1 durch die Steuerung 105 gestartet ist, empfängt der Mikrocomputer 142 das Versorgungsstartsignal von der Signaleingabe- und -ausgabeeinheit 64 der Steuerung 105 (S105). Dann gibt der Mikrocomputer 142 eine Anweisung an die Schaltschaltung 143 aus, den Schalter 144 zu öffnen und startet den Schließprozess (S110), basierend auf dem Versorgungsstartsignal, das von der Steuerung 105 empfangen worden ist. Die Schaltschaltung 143 öffnet den Schalter 144 als Reaktion auf die Ausgabeanweisung. Wenn der Schalter 144 geöffnet ist, versorgt der Strom Ip1 die Ip1 Zelle 2 nicht. Der Mikrocomputer 142 wartet bis die erste Zeit verstrichen ist, nachdem die Schaltschaltung 143 den Schalter 144 öffnet (nein in S115) und gibt eine Anweisung an die Schaltschaltung 143 aus, den Schalter 144 zu schließen, wenn die erste Zeit abgelaufen ist, nachdem die Schaltschaltung 143 den Schalter 144 öffnet (ja in S115) (S120). Die Schaltschaltung 143 schließt den Schalter 144 als Reaktion auf die Ausgabeanweisung. Durch die Prozesse S110 bis S120 verbindet die Schaltschaltung 143 den Schalter 144 mit einer Leitung, in der der Strom Ip1 in der ersten Zeit fließt, nachdem der Schließprozess gestartet wurde. Dann setzt, nachdem der Schließprozess beendet ist, der Mikrocomputer 142 das Flag auf 1 und gibt das Setzen des Flags an die Signaleingabe- und -ausgabeeinheit 64 aus (S125). Auf diese Weise ist der Schaltprozess beendet.
Der Hauptprozess, der von der Steuerung 105 gemäß der zweiten Ausführungsform durchgeführt wird, wird im Folgenden mit Bezug auf 6 beschrieben. Der Hauptprozess wird von der CPU 61 als Reaktion auf eine Anweisung der ECU 90 durchgeführt, wenn der Verbrennungsmotor (nicht gezeigt) gestartet wird. In 6 werden die gleichen Prozesse wie die des Hauptprozesses gemäß der ersten Ausführungsform, die in 2 gezeigt werden, durch die gleichen Schritt-Nummern referenziert. Wie in 6 gezeigt, unterscheidet sich der Hauptprozess gemäß der zweiten Ausführungsform von dem Hauptprozess gemäß der ersten Ausführungsform, der in 2 gezeigt wird, dadurch, dass der Prozess S33 nicht durchgeführt wird, der Prozess S38 zwischen S35 und S40 durchgeführt wird und in dem Prozess S35. Die gleichen Prozesse wie die der ersten Ausführungsform werden nicht mehr beschrieben und die Prozesse S35 und S38, die sich von denen des Hauptprozesses gemäß der ersten Ausführungsform unterscheiden, werden im Folgenden beschrieben.
In S35 betreibt die CPU 61 die Ip1 Antriebsschaltung 52 und startet die Elektrifizierung der Ip1 Zelle 2. Die CPU 61 gibt das Versorgungsstartsignal an die Steuerung 150 aus. In S38 bestimmt die CPU 61, ob das Flag 1 ist. Das Flag wird von dem Gassensor 110 in dem Schaltprozess gesetzt. Die CPU 61 wartet, bis bestimmt ist, dass das Flag 1 ist (nein in S38) und führt den gleichen Prozess S40 und daran anschließende Prozesse wie in der ersten Ausführungsform durch, wenn bestimmt ist, dass das Flag 1 ist (ja in S38).
In der Sensor-Steuervorrichtung 101 gemäß der zweiten Ausführungsform fungiert die Antriebsschaltungseinheit 50, die die Referenzspannungs-Vergleichsschaltung 51, die Ip1 Antriebsschaltung 52, die Vs Detektionsschaltung 53, die Icp Versorgungsschaltung 54 und die Vp2 Anlegeschaltung 57 umfasst, als die Antriebsschaltungseinheit der vorliegenden Erfindung. Die CPU 61, die den Prozess S30 der 6 durchführt, fungiert als das Bestimmungsmittel der vorliegenden Erfindung. Die CPU 61, die den Prozess S35 der 6 durchführt, und der Mikrocomputer 142 und die Schaltschaltung 143, die die Prozesse S105 bis S120 der 5 durchführen, fungieren als das Konzentrationssteuerung-Anweisungsmittel der vorliegenden Erfindung. Die CPU 61, die die Prozesse S38 bis S50 durchführt, und der Mikrocomputer 142, der die Prozesse S100, S105, S115 und S125 aus 5 durchführt, fungieren als das Vorbereitungssteuerungs-Anweisungsmittel der vorliegenden Erfindung. Die Konstantstrom-Schaltung 58, die als Reaktion auf eine Anweisung der CPU 61 betrieben wird, fungiert als das Vorbereitungssteuerungsmittel der vorliegenden Erfindung. Die CPU 61, die den Prozess S70 durchführt, fungiert als das Rechenmittel der vorliegenden Erfindung.
In der Sensor-Steuervorrichtung 101 gemäß der zweiten Ausführungsform betreibt die Steuerung 105 die Ip1 Antriebsschaltung 52 ab dem Aktivierungszeitpunkt. Zum anderen steuert die Schaltschaltung 143 des Gassensors 110 das Öffnen und Schließen des Schalters 144 so, dass die Konzentrationssteuerung ab dem Betriebszeitpunkt startet. Daher wird, in der Sensor-Steuervorrichtung 101 gemäß der zweiten Ausführungsform, der gleiche Prozess wie der Hauptprozess in der Sensor-Steuervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt. Demzufolge ist es möglich, die gleichen Vorteile wie die der Sensor-Steuervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform zu erzielen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die erste und zweite Ausführungsform beschränkt, sondern kann in verschiedener Art und Weise modifiziert werden, ohne von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können die Modifikationen, beschrieben in (1) bis (7), geeignet sein.

(1) Während in der oben genannten Ausführungsformen die Temperatur des Detektionselements 11 basierend auf dem Innenwiderstand der Vs Zelle 3 detektiert wird, kann die Temperatur des Detektionselements 11 beispielsweise basierend auf dem Innenwiderstand der Ip1 Zelle 2 und/oder Ip2 Zelle 4 anstelle der Vs Zelle 3 detektiert werden. Die Temperatur des Detektionselements 11 kann basierend auf dem Widerstandswert des Heizmusters 38, welches ein Bestandteil des Heizelements 35 ist, detektiert werden.
(2) Während der die NO_X Konzentration detektierende NO_X Sensor in den oben genannten Ausführungsformen als Beispiel dient, kann die Sensor-Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform für unterschiedliche Gassensoren angewandt werden (zum Beispiel einem Sauerstoffsensor), der Festelektrolyte verwendend konstruiert ist.
(3) Die Konfiguration der Sensor-Steuervorrichtung kann geeignet modifiziert sein. Zum Beispiel kann die Konfiguration der Antriebsschaltungseinheit der Steuerung 5 (105) geeignet modifiziert sein. Zum Beispiel können die Steuerung 5 und der Gassensor 10 als ein gemeinsamer Körper konfiguriert sein, so dass diese nicht zusammengesetzt und voneinander gelöst werden können. Zum Beispiel kann die Sensor-Steuervorrichtung gemäß dieses Aspekts auf einen Gassensor angewendet werden, der anstelle einer Sauerstoff-Referenzkammer ein Lufteinlassloch hat.
(4) Die Leistungsbedingungen der Vorbereitungssteuerung können geeignet modifiziert sein. Zum Beispiel kann, wie in den oben genannten Ausführungsformen beschrieben, Konstantstrom für eine konstante Zeit in der Vorbereitungssteuerung angewendet werden. In diesem Fall kann als die Leistungsbedingung der Vorbereitungssteuerung für jeden Gassensor 10 beispielsweise eine Kombination aus dem Wert des Konstantstroms in der Vorbereitungssteuerung, der Elektrifizierungszeit und der Bedingung, die aus der Zielheiztemperatur des Gassensors 10 ausgewählt ist, gesetzt werden oder die gleiche Steuerungsbedingung für die Gassensoren 10, die die gleiche Konfiguration haben, kann gesetzt werden. Wenn die Sensor-Steuervorrichtung in einer Umgebung benutzt wird, die nicht von der H₂O Konzentration oder dergleichen beeinflusst ist, kann eine konstante Spannung, die größer als die Betriebsspannung ist, für eine konstante Zeit als die Vorbereitungssteuerung verwendet werden.
(5) Der Hauptprozess in den oben genannten Ausführungsformen kann geeignet modifiziert werden. Zum Beispiel ist das Schema, das durch den Hauptprozess gemäß der Ausführungsformen erhalten wurde, das gleiche Schema für jede Durchführung des Hauptprozesses. Entsprechend kann ein Prozess des Korrigierens des NO_X Konzentrations-Entsprechungswertes unter Verwendung von Korrekturdaten in dem Schema durchgeführt werden, welches durch den Hauptprozess gemäß der Ausführungsformen erhalten wurde. Zum Beispiel muss der NO_X Konzentrations-Entsprechungswert, der in S70 der 2 berechnet wird, lediglich ein Wert sein, der die Konzentration eines bestimmten Gases in einem zu bestimmenden Gas anzeigt. Zum Beispiel kann der NO_X Konzentrations-Entsprechungswert ein Wert sein, der durch Umwandlung des analogen Ausgabesignals, das auf dem Stromwert der Ip2 Zelle 4 basiert, in einen digitalen Wert erhalten wird. Zum Beispiel muss die Vorbereitungssteuerung lediglich in wenigstens einer Teildauer zwischen dem Betriebszeitpunkt und dem Startzeitpunkt durchgeführt werden. Insbesondere werden, in den oben genannten Ausführungsformen, die Konzentrationssteuerung und die Vorbereitungssteuerung im Wesentlichen zu der gleichen Zeit an dem Betriebszeitpunkt gestartet, jedoch kann die Vorbereitungssteuerung durchgeführt werden, nachdem die Konzentrationssteuerung gestartet wurde.
(6) Es ist im Hinblick auf die Verkürzung der Inbetriebsetzungszeit bevorzugt, dass die erste Zeit kürzer als die zweite Zeit ist, jedoch kann die erste Zeit gleich oder größer der zweiten Zeit sein, wenn durch die Verlängerung der ersten Zeit oder dergleichen die Stabilität im Hinblick auf die frühe Bereitstellung der Detektion der Konzentration eines bestimmten Gases erhöht wird.
(7) Die Schritte des Hauptprozesses, die in 2 und 6 gezeigt sind, werden nicht nur von der CPU 61 durchgeführt, sondern alle oder Teile dessen können von einem anderen elektronischen Gerät (zum Beispiel einem ASIC) durchgeführt werden. Die Schritte des Hauptprozesses können aufgeteilt werden und von einer Mehrzahl elektronischer Geräte (zum Beispiel mehrere CPUs) durchgeführt werden. Die Schritte des Hauptprozesses, die in 2 und 6 gezeigt sind, und der Schaltprozess, der in 5 gezeigt ist, können einer Änderung der Reihenfolge, einer Auslassung einiger Schritte und Hinzufügung einiger Schritte, falls notwendig, unterworfen sein.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2011-137806 A [0003, 0003, 0004, 0050]
JP 11-307458 A [0038]

Claims

Sensor-Steuervorrichtung umfassend: einen Gassensor beinhaltend: eine erste Messkammer, in die ein zu detektierendes Gas einzuführen ist; eine erste Sauerstoff-Pumpzelle, die eine erste Festelektrolyt-Schicht und ein Paar erster Elektroden umfasst, welche innerhalb bzw. außerhalb der ersten Messkammer angeordnet sind; eine zweite Messkammer, die mit der ersten Messkammer in Verbindung steht; und eine zweite Sauerstoff-Pumpzelle, die eine zweite Festelektrolyt-Schicht und ein Paar zweiter Elektroden umfasst, welche innerhalb bzw. außerhalb der zweiten Messkammer angeordnet sind; und Mittel zur Durchführung einer Konzentrationssteuerung zum Einstellen einer Sauerstoffkonzentration in dem zu detektierenden Gas, das in die erste Messkammer eingeführt wird, auf einen vorbestimmten Wert durch Elektrifizierung der ersten Sauerstoff-Pumpzelle; Mittel zur Durchführung einer Betriebssteuerung zum Anlegen einer Betriebsspannung an die zweite Sauerstoff-Pumpzelle; Mittel zur Berechnung eines Konzentrations-Entsprechungswerts, der eine Konzentration eines bestimmten Gases, basierend auf der Stärke des Stroms, angibt, welcher in der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle fließt, an die die Betriebsspannung angelegt wurde; Mittel zur Bestimmung, ob der Gassensor aktiviert ist; Mittel zur Durchführung einer Vorbereitungssteuerung zum Erniedrigen der Sauerstoffkonzentration in der zweiten Messkammer vor dem Starten der Betriebssteuerung; Mittel zur Durchführung der Konzentrationssteuerung ab einem Ablaufzeitpunkt, der nach einer ersten Zeit seit einem Aktivierungszeitpunkt eintritt, an dem der Gassensor als aktiviert bestimmt wurde; und Mittel zur Durchführung der Vorbereitungssteuerung in wenigstens einer Teildauer zwischen dem Ablaufzeitpunkt und einem Startzeitpunkt, an dem die Betriebssteuerung gestartet wird.
Sensor-Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Mittel zur Durchführung der Vorbereitungssteuerung der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle während einer konstanten zweiten Zeit einen Konstantstrom zuführen, um eine Menge von Sauerstoff zu steuern, die aus der zweiten Messkammer nach außerhalb der zweiten Messkammer herauszupumpen ist, so dass die Menge konstant ist.
Sensor-Steuervorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die erste Zeit kürzer als die zweite Zeit ist.
Sensor-Steuerverfahren zum Steuern eines Gassensors, welcher umfasst: eine erste Messkammer, in die ein zu detektierendes Gas einzuführen ist; eine erste Sauerstoff-Pumpzelle, die eine erste Festelektrolyt-Schicht und ein Paar erster Elektroden umfasst, welche innerhalb bzw. außerhalb der ersten Messkammer angeordnet sind; eine zweite Messkammer, die mit der ersten Messkammer in Verbindung steht; und eine zweite Sauerstoff-Pumpzelle, die eine zweite Festelektrolyt-Schicht und ein Paar zweiter Elektroden umfasst, welche innerhalb bzw. außerhalb der zweiten Messkammer angeordnet sind; wobei das Sensor-Steuerverfahren umfasst: Durchführung einer Konzentrationssteuerung zum Einstellen einer Sauerstoffkonzentration in dem zu detektierenden Gas, das in die erste Messkammer eingeführt wird, auf einen vorbestimmten Wert durch Elektrifizierung der ersten Sauerstoff-Pumpzelle; Durchführung einer Betriebssteuerung zum Anlegen einer Betriebsspannung an die zweite Sauerstoff-Pumpzelle; Berechnung eines Konzentrations-Entsprechungswerts, der eine Konzentration eines bestimmten Gases, basierend auf der Stärke des Stroms, angibt, welcher in der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle fließt, an die die Betriebsspannung angelegt wurde; Bestimmung, ob der Gassensor aktiviert ist; Durchführung einer Vorbereitungssteuerung zum Erniedrigen der Sauerstoffkonzentration in der zweiten Messkammer vor dem Starten der Betriebssteuerung; Durchführung der Konzentrationssteuerung ab einem Ablaufzeitpunkt, der nach einer ersten Zeit seit einem Aktivierungszeitpunkt eintritt, an dem der Gassensor als aktiviert bestimmt wurde; und Durchführung der Vorbereitungssteuerung in wenigstens einer Teildauer zwischen dem Ablaufzeitpunkt und einem Startzeitpunkt, an dem die Betriebssteuerung gestartet wird.
Nicht-flüchtiges Computer-lesbares Aufzeichnungsmedium, das ein Programm speichert, für eine Sensor-Steuervorrichtung umfassend: eine erste Messkammer, in die ein zu detektierendes Gas einzuführen ist; eine erste Sauerstoff-Pumpzelle, die eine erste Festelektrolyt-Schicht und ein Paar erster Elektroden umfasst, welche innerhalb bzw. außerhalb der ersten Messkammer angeordnet sind; eine zweite Messkammer, die mit der ersten Messkammer in Verbindung steht; und eine zweite Sauerstoff-Pumpzelle, die eine zweite Festelektrolyt-Schicht und ein Paar zweiter Elektroden umfasst, welche innerhalb bzw. außerhalb der zweiten Messkammer angeordnet sind, wobei das Programm, sobald es von einem Prozessor ausgeführt wird, die Sensor-Steuervorrichtung zu Folgendem veranlasst: Durchführung einer Konzentrationssteuerung zum Einstellen einer Sauerstoffkonzentration in dem zu detektierenden Gas, das in die erste Messkammer eingeführt wird, auf einen vorbestimmten Wert durch Elektrifizierung der ersten Sauerstoff-Pumpzelle; Durchführung einer Betriebssteuerung zum Anlegen einer Betriebsspannung an die zweite Sauerstoff-Pumpzelle; Berechnung eines Konzentrations-Entsprechungswerts, der eine Konzentration eines bestimmten Gases, basierend auf der Stärke des Stroms, angibt, welcher in der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle fließt, an die die Betriebsspannung angelegt wurde; Bestimmung, ob der Gassensor aktiviert ist; Durchführung einer Vorbereitungssteuerung zum Erniedrigen der Sauerstoffkonzentration in der zweiten Messkammer vor dem Starten der Betriebssteuerung; Durchführung der Konzentrationssteuerung ab einem Ablaufzeitpunkt, der nach einer ersten Zeit seit einem Aktivierungszeitpunkt eintritt, an dem der Gassensor als aktiviert bestimmt wurde; und Durchführung der Vorbereitungssteuerung in wenigstens einer Teildauer zwischen dem Ablaufzeitpunkt und einem Startzeitpunkt, an dem die Betriebssteuerung gestartet wird.