DE102015210289A1

DE102015210289A1 - Gas sensor control system, gas sensor control device and gas sensor control method

Info

Publication number: DE102015210289A1
Application number: DE102015210289.0A
Authority: DE
Inventors: Keisuke Nakagawa; Kentaro Mori
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2014-06-03
Filing date: 2015-06-03
Publication date: 2015-12-03
Also published as: JP6255308B2; JP2015230166A

Abstract

Ziel Ein Ziel besteht darin, ein Gassensor-Steuersystem anzugeben, das die Ablagerung von Kohlenstoff an einer Erfassungselektrode eines Erfassungselementes durch eine einfache Steuerung verhindern und elektrische Energie einsparen kann, die für die Aktivierung einer Heizeinrichtung verwendet wird. Mittel zur Lösung Ein Gassensor-Steuersystem 1 umfasst eine Innenwiderstands-Erfassungseinrichtung S3 und eine Heizeinrichtungs-Aktivierungssteuereinrichtung S4. Eine Erfassungszeit Tm ist länger als 1,0 msek. Ein Sollwiderstand Rt ist auf einen fetten Innenwiderstand Rir eingestellt, der ein Innenwiderstand Ri ist, der in Gegenwart eines fetten Kraftstoffabgases EGr erfasst wird, wenn eine Erfassungselektrodentemperatur Td eine vorbestimmte ablagerungsfreie Temperatur Tdn ist, bei der sich Kohlenstoff, der in dem Abgas EG enthalten ist, nicht an einer Erfassungselektrode 3N ablagert. Die Heizeinrichtungs-Aktivierungssteuereinrichtung S4 führt die Rückmeldesteuerung mit Hilfe des Sollwiderstandes Rt unabhängig davon aus, ob das Abgas EG das fette Kraftstoffabgas EGr oder das magere Kraftstoffabgas EGl ist.OBJECT One object is to provide a gas sensor control system which can prevent the deposition of carbon on a detection electrode of a detection element by a simple control and save electric power used for activation of a heater. Means for Solving A gas sensor control system 1 comprises an internal resistance detecting means S3 and a heater activating controller S4. A detection time Tm is longer than 1.0 msec. A target resistance Rt is set to a rich internal resistance Rir, which is an internal resistance Ri detected in the presence of a rich fuel gas EGr, when a detection electrode temperature Td is a predetermined non-deposition temperature Tdn at which carbon contained in the exhaust gas EG is contained , not deposited on a detection electrode 3N. The heater activation control means S4 executes the feedback control by means of the target resistance Rt regardless of whether the exhaust gas EG is the rich fuel off-gas EGr or the lean fuel off-gas EG1.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gassensor-Steuersystem, eine Gassensor-Steuervorrichtung und ein Gassensor-SteuerverfahrenThe present invention relates to a gas sensor control system, a gas sensor control apparatus, and a gas sensor control method

Hintergrundbackground

Ein herkömmlicher bekannter Gassensor, der ein Erfassungselement umfasst, das aus einem sauerstoff-ionen-leitfähigen massiven Elektrolytkörper besteht, wie etwa Zirconiumoxid, ist ein Sauerstoffsensor, der die Kraftstoff-Fettheit von Abgas aus einer Brennkraftmaschine erfasst, um so zu bestimmen, ob das Abgas einen hohen Kraftstoffanteil (fettes Kraftstoffabgas) oder einen geringen Kraftstoffanteil (mageres Kraftstoffabgas) hat. Ein derartiger Sauerstoffsensor wird für die Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Brennkraftmaschine verwendet.A conventional known gas sensor comprising a detection element composed of an oxygen-ion conductive solid electrolyte body, such as zirconia, is an oxygen sensor that detects the fuel richness of exhaust gas from an internal combustion engine so as to determine whether the exhaust gas has a high proportion of fuel (rich fuel off-gas) or a low proportion of fuel (lean fuel off-gas). Such an oxygen sensor is used for the control of the air-fuel ratio of the internal combustion engine.

Fettes Kraftstoffabgas bezieht sich auf ein Abgas, das infolge einer Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches erzeugt wird, dessen Luft-Kraftstoff-Verhältnis größer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (fett) und das beinahe keinen Sauerstoff (wie etwa 1 Vol.-% oder weniger) umfasst. Ein mageres Kraftstoffabgas bezieht sich auf ein Abgas, das infolge einer Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches erzeugt wird, dessen Luft-Kraftstoff-Verhältnis geringer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (mager) und einen hohen Anteil von Sauerstoff (wie etwa 10 bis 20 Vol.-%) umfasst.Fat fuel off-gas refers to an exhaust gas produced as a result of combustion of an air-fuel mixture whose air-fuel ratio is greater than the stoichiometric air-fuel ratio (rich) and almost no oxygen (such as 1 vol % or less). A lean fuel off-gas refers to an exhaust gas produced as a result of combustion of an air-fuel mixture whose air-fuel ratio is less than the stoichiometric air-fuel ratio (lean) and a high proportion of oxygen (such as air) 10 to 20% by volume).

Der massive Elektrolytkörper, der das Erfassungselement des Gassensors bildet, weist eine zufriedenstellende Sauerstoff-Ionen-Leitfähigkeit bei einer hohen Temperatur von etwa 600°C oder mehr (aktiver Zustand) auf. Angesichts dessen ist ein Heizelement zum Erwärmen des Erfassungselementes in dem Gassensor vorgesehen, um so das Erfassungselement zu erwärmen und das Erfassungselement in einen aktiven Zustand zu bringen. Weiterhin wird unter Nutzung des Phänomens, dass sich der Innenwiderstand des Erfassungselementes mit der Elementtemperatur ändert, die Zufuhr der Elektrizität zu der Heizeinrichtung durch Rückmeldung gesteuert, so dass der Innenwiderstand des Erfassungselementes gleich einem Sollwiderstand wird.The solid electrolyte body forming the detection element of the gas sensor has a satisfactory oxygen-ion conductivity at a high temperature of about 600 ° C or more (active state). In view of this, a heating element for heating the detection element is provided in the gas sensor, so as to heat the detection element and to bring the detection element in an active state. Furthermore, by utilizing the phenomenon that the internal resistance of the detection element changes with the element temperature, the supply of the electricity to the heater is feedback controlled, so that the internal resistance of the detection element becomes equal to a target resistance.

Daneben wird bei einem Gassensor dieser Art der Innenwiderstand des Erfassungselementes durch die Kraftstoff-Fettheit des Abgases beeinflusst. Insbesondere ist der Innenwiderstand, der in Gegenwart des fetten Kraftstoffabgases erfasst wird, größer als jener, der in Gegenwart eines mageren Kraftstoffabgases erfasst wird. Möglicherweise tritt dieses Phänomen, weil sich der Elektrodenübergangswiderstand der Erfassungselektrode des Erfassungselementes, das dem Abgas ausgesetzt ist (der Widerstand, der mit der Adsorption und Diffusion von Sauerstoffmolekülen für die Elektrodenfläche der Erfassungselektrode assoziiert ist, und der Widerstand, der mit der Zerfalls-/Erzeugungsreaktion zwischen Sauerstoffmolekülen und Sauerstoffionen an dem Dreiphasenübergang zwischen dem massiven Elektrolytkörper, der Erfassungselektrode und der Gasphase assoziiert ist), zwischen dem Fall, bei dem das Erfassungselement dem fetten Kraftstoffabgas ausgesetzt ist, und dem Fall unterscheidet, bei dem das Erfassungselement dem mageren Kraftstoffabgas ausgesetzt ist. Angesichts dessen wurde beispielsweise in dem Patentdokument 1 eine Steuerung eines Gassensors vorgeschlagen, während der Einfluss der Schwankung des Innenwiderstandes infolge des Unterschiedes zwischen fettem Kraftstoffabgas und magerem Kraftstoffabgas unterdrückt wird.Besides, in a gas sensor of this kind, the internal resistance of the detecting element is influenced by the fuel richness of the exhaust gas. In particular, the internal resistance detected in the presence of the rich fuel off-gas is greater than that detected in the presence of a lean fuel off-gas. Possibly, this phenomenon occurs because the electrode contact resistance of the detection electrode of the detection element exposed to the exhaust gas (the resistance associated with the adsorption and diffusion of oxygen molecules to the electrode surface of the detection electrode, and the resistance associated with the decomposition / generation reaction between oxygen molecules and oxygen ions is associated at the three-phase transition between the solid electrolyte body, the detection electrode and the gas phase) between the case where the detection element is exposed to the rich fuel off-gas and the case where the detection element is exposed to the lean fuel off-gas. In view of this, for example, in Patent Document 1, a control of a gas sensor has been proposed while suppressing the influence of the fluctuation of the internal resistance due to the difference between rich fuel off-gas and lean fuel off-gas.

Dokument des Standes der TechnikDocument of the prior art

PatentdokumentPatent document

Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-open (kokai) 2013-190296

Übersicht über die ErfindungOverview of the invention

Probleme, die mit der Erfindung zu lösen sindProblems to be solved with the invention

Um jedoch den Einfluss der Schwankung des Innenwiderstandes infolge des Unterschiedes zwischen dem fetten Kraftstoffabgas und dem mageren Kraftstoffabgas zu unterdrücken, ist es notwendig, unterschiedliche Korrekturkoeffizienten oder unterschiedliche Steuerabläufe für fettes Kraftstoffabgas und mageres Kraftstoffabgas zu verwenden. Somit wird die Steuerung komplex.However, in order to suppress the influence of the fluctuation of the internal resistance due to the difference between the rich fuel off-gas and the lean fuel off-gas, it is necessary to use different correction coefficients or different rich fuel exhaust and lean fuel exhaust control routines. Thus, the control becomes complex.

Zudem kann sich in der Gegenwart eines fetten Kraftstoffabgases, das eine geringe Sauerstoffkonzentration hat, wenn die Temperatur der Erfassungselektrode des Erfassungselementes, das dem Abgas ausgesetzt ist (im Folgenden als ”Erfassungselektrodentemperatur” bezeichnet), kleiner oder gleich einer speziellen Temperatur (wie beispielsweise etwa 670°C) wird, Kohlenstoff, der in dem Abgas enthalten ist, im Inneren der porösen Erfassungselektrode oder auf einer Oberfläche derselben ablagern. Wenn sich Kohlenstoff in oder auf (im Folgenden einfach mit ”an” bezeichnet) der Erfassungselektrode ablagert, kann sich die Erfassungselektrode von dem massiven Elektrolytkörper des Erfassungselementes lösen, was zu einer Beeinträchtigung der Eigenschaften des Gassensors führt. Somit muss in Gegenwart des fetten Kraftstoffabgases, um die Ablagerung von Kohlenstoff an der Erfassungselektrode zu verhindern, die Erfassungselektrodentemperatur der Erfassungselektrode des Erfassungselementes auf einer Temperatur gehalten werden, die höher als die oben beschriebene spezielle Temperatur (wie etwa 670°C) ist, bei der die Ablagerung von Kohlenstoff beginnt, d. h. einer Temperatur innerhalb eines Temperaturbereiches, in dem sich kein Kohlenstoff ablagert. Wenn jedoch die Erfassungselektrodentemperatur der Erfassungselektrode übermäßig hoch eingestellt wird, steigt die Temperatur des Erfassungselementes übermäßig an. Darüber hinaus steigt der elektrische Strom an, der der Heizeinrichtung zugeführt wird, und nimmt die verbrauchte elektrische Energie infolge der Aktivierung der Heizeinrichtung zu. Somit wird eine übermäßig hohe Einstellung der Erfassungselektrodentemperatur nicht bevorzugt.In addition, in the presence of a rich fuel off gas having a low oxygen concentration, when the temperature of the detection electrode of the detection element exposed to the exhaust gas (hereinafter referred to as "detection electrode temperature") may be less than or equal to a specific temperature (such as about 670 ° C), carbon contained in the exhaust gas is deposited inside the porous detection electrode or on a surface thereof. When carbon deposits in or on (hereinafter simply referred to as "on") of the detection electrode, the detection electrode may come off the solid electrolyte body of the detection element, resulting in deterioration of the characteristics of the gas sensor. Thus, in the presence of the rich fuel off-gas to prevent deposition of carbon on the detection electrode, the detection electrode temperature of the detection electrode of the detection element must be maintained at a temperature higher than the above-described specific temperature (such as 670 ° C.) the deposition of carbon begins, d. H. a temperature within a temperature range in which no carbon deposits. However, if the detection electrode temperature of the detection electrode is set excessively high, the temperature of the detection element excessively increases. In addition, the electric current supplied to the heater increases, and the consumed electric power increases due to activation of the heater. Thus, an excessively high setting of the detection electrode temperature is not preferable.

Selbst wenn daneben in der Gegenwart eines mageren Kraftstoffabgases, das eine hohe Sauerstoffkonzentration hat, die Erfassungselektrodentemperatur der Erfassungselektrode kleiner oder gleich der Temperatur (beispielsweise 670°C) wird, bei der Kohlenstoff beginnen würde, sich abzulagern, sofern das Erfassungselement dem fetten Kraftstoffabgas ausgesetzt wäre, lagert sich kein Kohlenstoff an der Erfassungselektrode ab, da CO, das der Ursprung des abgelagerten Kohlenstoffes ist, angesichts eines chemischen Gleichgewichtes nicht vorhanden ist.Besides, even if in the presence of a lean fuel exhaust gas having a high oxygen concentration, the detection electrode temperature of the detection electrode becomes lower than or equal to the temperature (for example, 670 ° C) at which carbon would start to deposit, as long as the detection element was exposed to the rich fuel off-gas , no carbon deposits on the sensing electrode since CO, which is the source of the deposited carbon, is not present due to chemical equilibrium.

Die vorliegende Erfindung wurde angesichts des oben Genannten gemacht und gibt ein Gassensor-Steuersystem, eine Gassensor-Steuervorrichtung und ein Gassensor-Steuerverfahren an, die die Ablagerung von Kohlenstoff an der Erfassungselektrode des Erfassungselementes durch einfache Steuerung verhindern können, und elektrische Energie für die Aktivierung der Heizeinrichtung einsparen können.The present invention has been made in view of the above, and provides a gas sensor control system, a gas sensor control apparatus and a gas sensor control method which can prevent the deposition of carbon on the detection electrode of the detection element by simple control, and electrical energy for the activation of Save heating device.

Mittel für die Lösung des ProblemsMeans for the solution of the problem

Eine Ausführungsart der vorliegenden Erfindung ist ein Gassensor-Steuersystem, das einen Gassensor umfasst, der ein Erfassungselement und eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des Erfassungselementes hat, und das den Gassensor steuert, wobei das Erfassungselement aus einem sauerstoff-ionen-leitfähigen massiven Elektrolytkörper besteht und eine Erfassungselektrode, die Abgas ausgesetzt ist, und eine Bezugselektrode hat, die einer Bezugsatmosphäre ausgesetzt ist. Das Gassensor-Steuersystem umfasst eine Innenwiderstands-Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Innenwiderstandes des Erfassungselementes zwischen der Erfassungselektrode und der Bezugselektrode durch vorübergehendes Ändern der Spannung zwischen der Erfassungselektrode und der Bezugselektrode des Erfassungselementes und/oder eines Stroms, der zwischen den Elektroden fließt, für eine vorbestimmte Erfassungszeit; und eine Heizeinrichtungs-Aktivierungssteuereinrichtung für die Rückmeldesteuerung der Aktivierung der Heizeinrichtung, so dass der Innenwiderstand gleich dem Sollwiderstand wird. Die Erfassungszeit ist länger als 1,0 msek. Der Sollwiderstand ist auf einen fetten Innenwiderstand eingestellt, der der Innenwiderstand ist, der in der Gegenwart des fetten Kraftstoffabgases erfasst wird, wenn eine Erfassungselektrodentemperatur der Erfassungselektrode des Erfassungselementes eine vorbestimmte ablagerungsfreie Temperatur ist, bei der sich Kohlenstoff, der in dem Abgas enthalten ist, nicht an der Erfassungselektrode ablagert. Die Heizeinrichtungs-Aktivierungssteuereinrichtung führt die Rückmeldesteuerung mit Hilfe des Sollwiderstandes unabhängig davon aus, ob das Abgas das fette Kraftstoffabgas oder das magere Kraftstoffabgas ist.One embodiment of the present invention is a gas sensor control system including a gas sensor having a detection element and a heater for heating the detection element and controlling the gas sensor, the detection element consisting of an oxygen ion-conductive solid electrolyte body and a detection electrode exposed exhaust gas and having a reference electrode exposed to a reference atmosphere. The gas sensor control system comprises an internal resistance detecting means for detecting an internal resistance of the detecting element between the detecting electrode and the reference electrode by temporarily changing the voltage between the detecting electrode and the reference electrode of the detecting element and / or a current flowing between the electrodes for a predetermined detecting time ; and a heater activation control means for the feedback control of activation of the heater so that the internal resistance becomes equal to the target resistance. The acquisition time is longer than 1.0 msec. The target resistance is set to a rich internal resistance, which is the internal resistance detected in the presence of the rich fuel off-gas, when a detection electrode temperature of the detection electrode of the detection element is a predetermined deposition-free temperature at which carbon contained in the exhaust gas does not deposited on the detection electrode. The heater activation control means carries out the feedback control by means of the target resistance regardless of whether the exhaust gas is the rich fuel off gas or the lean fuel off gas.

Bei diesem Abgassensor-Steuersystem wird zunächst die Erfassungszeit, die in der Innenwiderstands-Erfassungseinrichtung verwendet wird, auf eine Zeit eingestellt, die länger als 1,0 msek (etwa 3,0 msek, 5,0 msek, 10,0 msek, etc.) ist. Da der erfasste Innenwiderstand die Komponente des Elektrodenübergangswiderstandes der Erfassungselektrode umfasst, ändert sich der Wert des erfassten Innenwiderstandes in Abhängigkeit davon, ob das Abgas das fette Kraftstoffabgas oder das magere Kraftstoffabgas ist. Weiterhin ist der Sollwiderstand, der bei der Heizeinrichtungs-Aktivierungssteuereinrichtung verwendet wird, auf den Innenwiderstand (den fetten Innenwiderstand) eingestellt, der in der Gegenwart des fetten Kraftstoffabgases erfasst wird, wenn die Erfassungselektrodentemperatur eine vorbestimmte ablagerungsfreie Temperatur (wie etwa 700°C) ist, die höher ist als eine Temperatur, bei der Kohlenstoff beginnt, sich abzulagern (wie etwa 670°C). Insbesondere für den Fall eines Elementes, bei dem der Innenwiderstand (der fette Innenwiderstand), der in der Gegenwart des fetten Kraftstoffabgases erfasst wird, wenn die Erfassungselektrodentemperatur 700°C (die ablagerungsfreie Temperatur) beträgt, 900 Ω ist, wird der Sollwiderstand auf 900 Ω (= den fetten Innenwiderstand) eingestellt. Die Rückmeldesteuerung der Aktivierung der Heizeinrichtung wird mit Hilfe desselben Sollwiderstandes (wie etwa 900 Ω) unabhängig davon ausgeführt, ob das Abgas das fette Kraftstoffabgas oder das magere Kraftstoffabgas ist.In this exhaust gas sensor control system, first, the detection time used in the internal resistance detection means is set to a time longer than 1.0 msec (about 3.0 msec, 5.0 msec, 10.0 msec, etc.). ). Since the detected internal resistance includes the component of the electrode junction resistance of the detection electrode, the value of the detected internal resistance changes depending on whether the exhaust gas is the rich fuel off-gas or the lean fuel off-gas. Further, the target resistance used in the heater activation control means is set to the internal resistance (the rich internal resistance) detected in the presence of the rich fuel off gas when the detection electrode temperature reaches a predetermined deposition-free temperature (such as 700 ° C) higher than a temperature at which carbon begins to deposit (such as 670 ° C). Specifically, in the case of an element in which the internal resistance (the rich internal resistance) detected in the presence of the rich fuel off-gas when the detection electrode temperature is 700 ° C (the deposition-free temperature) is 900 Ω, the target resistance becomes 900 Ω (= the fat internal resistance). The feedback control of activation of the heater is carried out by means of the same target resistance (such as 900 Ω) regardless of whether the exhaust gas is the rich fuel off-gas or the lean fuel off-gas.

Gemäß diesem Gassensor-Steuersystem wird für den Fall, dass das Abgas das fette Kraftstoffabgas ist, infolge der Rückmeldesteuerung der Heizeinrichtungs-Aktivierungssteuereinrichtung die Erfassungselektrodentemperatur der Erfassungselektrode derart gesteuert, dass die Erfassungselektrodentemperatur gleich der vorbestimmten ablagerungsfreien Temperatur (wie etwa 700°C) wird. Somit lagert sich kein Kohlenstoff an der Erfassungselektrode ab.According to this gas sensor control system, in the case where the exhaust gas is the rich fuel off gas due to the feedback control of the heater activation control means, the detection electrode temperature of the detection electrode is controlled such that the detection electrode temperature becomes equal to the predetermined non-deposition temperature (such as 700 ° C). Thus, no carbon deposits on the detection electrode.

Für den Fall, bei dem das Abgas das magere Kraftstoffabgas ist, verringert sich im Vergleich zu dem Fall, bei dem das Abgas reich an Kraftstoff ist, der Elektrodenübergangswiderstand und nimmt der erfasste Innenwiderstand ebenfalls ab. Andererseits nimmt die Erfassungselektrodentemperatur der Erfassungselektrode, die aus dem Innenwiderstand umgewandelt wurde, zu. Für den Fall, bei dem das Abgas das magere Kraftstoffabgas ist, wird somit, wenn die Rückmeldesteuerung mit Hilfe desselben Sollwiderstandes wie jenem ausgeführt wird, der verwendet wird, wenn das Abgas das fette Kraftstoffabgas ist, die Steuerung derart ausgeführt, dass die Erfassungselektrodentemperatur der Erfassungselektrode niedriger wird als im Vergleich zu dem Fall, bei dem das Abgas des fette Kraftstoffabgas ist. Für den Fall jedoch, bei dem das Abgas das magere Kraftstoffabgas ist, das eine hohe Sauerstoffkonzentration hat, lagert sich kein Kohlenstoff auf der Erfassungselektrode nicht nur dann ab, wenn die Erfassungselektrodentemperatur in den Temperaturbereich fällt, in dem sich kein Kohlenstoff in der Gegenwart des fetten Kraftstoffabgases ablagert, sondern auch, wenn die Erfassungselektrodentemperatur niedriger wird als die Temperatur (wie etwa 670°C), bei der Kohlenstoff beginnt, sich abzulagern, sofern das Abgas das fette Kraftstoffabgas ist. Für den Fall, dass das Abgas das magere Kraftstoffabgas ist, nimmt darüber hinaus, da die Erfassungselektrodentemperatur der Erfassungselektrode derart gesteuert wird, dass sie abnimmt, die Menge des elektrischen Stroms, die der Heizeinrichtung zugeführt wird, ab. Somit kann elektrische Energie eingespart werden. Zudem wird die Steuerung mit Hilfe desselben Sollwiderstandes unabhängig davon ausgeführt, ob das Abgas das fette Kraftstoffabgas oder das magere Kraftstoffabgas ist. Auf diese Weise wird die Steuerung vereinfacht.In the case where the exhaust gas is the lean fuel off-gas, compared to the case where the exhaust gas is rich in fuel, the electrode contact resistance decreases and the detected internal resistance also decreases. On the other hand, the detection electrode temperature of the detection electrode converted from the internal resistance increases. Thus, in the case where the exhaust gas is the lean fuel off-gas, when the feedback control is performed by means of the same target resistance as that used when the exhaust gas is the rich fuel off-gas, the control is performed such that the detection electrode temperature of the detection electrode becomes lower than in the case where the exhaust gas of the rich fuel off-gas is. However, in the case where the exhaust gas is the lean fuel off gas having a high oxygen concentration, carbon deposits on the detection electrode not only when the detection electrode temperature falls within the temperature range in which no carbon in the presence of the rich But also when the sensing electrode temperature becomes lower than the temperature (such as 670 ° C) at which carbon begins to deposit, as long as the exhaust gas is the rich fuel off-gas. In addition, in the case where the exhaust gas is the lean fuel off-gas, since the detection electrode temperature of the detection electrode is controlled to decrease, the amount of electric power supplied to the heater decreases. Thus, electrical energy can be saved. In addition, the control is carried out by means of the same target resistance regardless of whether the exhaust gas is the rich fuel off-gas or the lean fuel off-gas. In this way the control is simplified.

Wie es oben erläutert wurde, kann die Ablagerung von Kohlenstoff an der Erfassungselektrode durch einfache Steuerung verhindert werden und elektrische Energie, die für die Aktivierung der Heizeinrichtung verwendet wird, insgesamt eingespart werden.As explained above, the deposition of carbon on the detection electrode can be prevented by simple control, and the total electric energy used for activation of the heater can be saved.

Das oben beschriebene Gassensor-Steuersystem ist vorzugsweise derart eingerichtet, dass, wenn ein Bereich der Erfassungselektrodentemperatur, in dem sich Kohlenstoff, der in dem Abgas enthalten ist, nicht an der Erfassungselektrode in Gegenwart des fetten Kraftstoffabgase ablagert, als ein ablagerungsfreier Temperaturbereich definiert ist, und die Erfassungselektrodentemperatur zu dem Zeitpunkt, zu dem der Innenwiderstand gleich dem Sollwiderstand in Gegenwart des mageren Kraftstoffabgases als Magerzustandstemperatur definiert ist, die Erfassungszeit und der Sollwiderstand auf entsprechende Werte eingestellt werden, die derart festgelegt sind, dass die Magerzustandstemperatur zu einer Temperatur wird, die geringer ist als der ablagerungsfreie Temperaturbereich.The above-described gas sensor control system is preferably configured such that when a range of the detection electrode temperature in which carbon contained in the exhaust gas does not deposit on the detection electrode in the presence of the rich fuel off-gas is defined as a deposition-free temperature range, and the detection electrode temperature at the time when the internal resistance equal to the target resistance in the presence of the lean fuel exhaust gas is defined as the lean-state temperature, the detection time and the target resistance are set to corresponding values set such that the lean-state temperature becomes a temperature that is lower as the deposit-free temperature range.

Bei diesem Gassensor-Steuersystem sind die Erfassungszeit und der Sollwiderstand auf entsprechende Werte eingestellt, die derart festgelegt sind, dass die Magerzustandstemperatur zu einer Temperatur (wie etwa 640°C) wird, die geringer ist als der ablagerungsfreie Temperaturbereich (seine Untergrenze ist eine Temperatur (wie etwa 670°C) bei der Kohlenstoff beginnt, sich in der Gegenwart des fetten Kraftstoffabgases abzulagern). Durch Ausführen der Rückmeldesteuerung mit Hilfe der Erfassungszeit und des Sollwiderstands, die wie oben beschrieben bestimmt sind, ist es möglich, den elektrischen Strom zu verringern, der der Heizeinrichtung zugeführt wird, während eine Ablagerung von Kohlenstoff an der Erfassungselektrode in Gegenwart des fetten Kraftstoffabgases verhindert wird. Infolgedessen kann elektrische Energie wirkungsvoller eingespart werden.In this gas sensor control system, the detection time and the target resistance are set to respective values set so that the lean-burn temperature becomes a temperature (such as 640 ° C) lower than the non-deposition temperature range (its lower limit is a temperature ( such as 670 ° C) at which carbon begins to deposit in the presence of the rich fuel off-gas). By executing the feedback control using the detection time and the target resistance determined as described above, it is possible to reduce the electric current supplied to the heater while preventing deposition of carbon on the detection electrode in the presence of the rich fuel off-gas , As a result, electric power can be saved more effectively.

Bei dem oben beschriebenen Gassensor-Steuersystem ist die Erfassungszeit vorzugsweise auf einen Wert eingestellt, der derart bestimmt ist, dass der Unterschied zwischen der ablagerungsfreien Temperatur und der Magerzustandstemperatur 10°C oder größer wird.In the gas sensor control system described above, the detection time is preferably set to a value determined such that the difference between the deposit-free temperature and the lean-burn temperature becomes 10 ° C. or higher.

Bei diesem Gassensor-Steuersystem ist die Erfassungszeit auf einen Wert eingestellt, der derart bestimmt ist, dass der Unterschied zwischen der ablagerungsfreien Temperatur (wie etwa 700°C), die in Gegenwart des fetten Kraftstoffabgases gesteuert wird, und der Magerzustandstemperatur (wie etwa 640°C) 10°C oder größer wird (700°C – 640°C = 60°C in diesem Beispiel). Wenn das Abgas das fette Kraftstoffabgas ist, kann infolgedessen die Erfassungselektrodentemperatur auf die ablagerungsfreie Temperatur gesteuert werden, bei der sich kein Kohlenstoff ablagert, und wenn das Abgas das magere Kraftstoffabgas ist, kann die Magerzustandstemperatur ausreichend niedriger als die ablagerungsfreie Temperatur eingestellt werden. Infolgedessen kann der elektrische Strom, der der Heizeinrichtung zugeführt wird, weiter verringert werden, wodurch elektrische Energie weiter eingespart werden kann. In this gas sensor control system, the detection time is set to a value determined such that the difference between the deposition-free temperature (such as 700 ° C) controlled in the presence of the rich fuel off-gas and the lean-burn temperature (such as 640 ° C C) becomes 10 ° C or greater (700 ° C - 640 ° C = 60 ° C in this example). As a result, when the exhaust gas is the rich fuel off-gas, the detection electrode temperature can be controlled to the non-deposition temperature at which no carbon deposits, and when the exhaust gas is the lean fuel off-gas, the lean-state temperature can be set sufficiently lower than the deposition-free temperature. As a result, the electric power supplied to the heater can be further reduced, whereby electric power can be further saved.

Eine weitere Ausführungsart ist eine Gassensor-Steuervorrichtung, die einen Gassensor steuert, der ein Erfassungselement und eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des Erfassungselementes hat, wobei das Erfassungselement aus einem sauerstoff-ionen-leitfähigen massiven Elektrolytkörper besteht und eine Erfassungselektrode, die Abgas ausgesetzt ist, und eine Bezugselektrode hat, die einer Bezugsatmosphäre ausgesetzt ist. Die Gassensor-Steuervorrichtung umfasst eine Innenwiderstands-Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Innenwiderstandes des Erfassungselementes zwischen der Erfassungselektrode und der Bezugselektrode durch vorübergehendes Ändern der Spannung zwischen der Erfassungselektrode und der Bezugselektrode des Erfassungselementes und/oder eines Stroms, der zwischen den Elektroden fließt, für eine vorbestimmte Erfassungszeit; und eine Heizeinrichtungs-Aktivierungssteuereinrichtung für die Rückmeldesteuerung der Aktivierung der Heizeinrichtung, so dass der Innenwiderstand gleich dem Sollwiderstand wird. Die Erfassungszeit ist länger als 1,0 msek. Der Sollwiderstand ist auf einen fetten Innenwiderstand eingestellt, der der Innenwiderstand ist, der in der Gegenwart des fetten Kraftstoffabgases erfasst wird, wenn eine Erfassungselektrodentemperatur der Erfassungselektrode des Erfassungselementes eine vorbestimmte ablagerungsfreie Temperatur ist, bei der sich Kohlenstoff, der in dem Abgas enthalten ist, nicht an der Erfassungselektrode ablagert. Die Heizeinrichtungs-Aktivierungssteuereinrichtung führt die Rückmeldesteuerung mit Hilfe des Sollwiderstandes unabhängig davon aus, ob das Abgas das fette Kraftstoffabgas oder das magere Kraftstoffabgas ist.Another embodiment is a gas sensor control apparatus that controls a gas sensor having a detection element and a heater for heating the detection element, wherein the detection element consists of an oxygen ion-conductive solid electrolyte body and a detection electrode which is exposed to exhaust gas, and a Reference electrode which is exposed to a reference atmosphere. The gas sensor control apparatus comprises an internal resistance detecting means for detecting an internal resistance of the detecting element between the detecting electrode and the reference electrode by temporarily changing the voltage between the detecting electrode and the reference electrode of the detecting element and / or a current flowing between the electrodes for a predetermined detecting time ; and a heater activation control means for the feedback control of activation of the heater so that the internal resistance becomes equal to the target resistance. The acquisition time is longer than 1.0 msec. The target resistance is set to a rich internal resistance, which is the internal resistance detected in the presence of the rich fuel off-gas, when a detection electrode temperature of the detection electrode of the detection element is a predetermined deposition-free temperature at which carbon contained in the exhaust gas does not deposited on the detection electrode. The heater activation control means carries out the feedback control by means of the target resistance regardless of whether the exhaust gas is the rich fuel off gas or the lean fuel off gas.

Wenn gemäß dieser Gassensor-Steuervorrichtung der Gassensor gesteuert wird, wie es oben beschrieben ist, kann eine Ablagerung von Kohlenstoff an der Erfassungselektrode durch einfache Steuerung vermieden und eine Energieeinsparung bei der Aktivierung der Heizeinrichtung realisiert werden.According to this gas sensor control apparatus, when the gas sensor is controlled as described above, deposition of carbon on the detection electrode can be avoided by simple control, and energy saving in activating the heater can be realized.

Eine weitere Ausführungsart ist ein Gassensor-Steuerverfahren für die Steuerung eines Gassensors, der ein Erfassungselement und eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des Erfassungselementes hat, wobei das Erfassungselement aus einem sauerstoff-ionen-leitfähigen massiven Elektrolytkörper besteht und eine Erfassungselektrode, die Abgas ausgesetzt ist, und eine Bezugselektrode hat, die einer Bezugsatmosphäre ausgesetzt ist. Das Gassensor-Steuerverfahren umfasst einen Heizeinrichtungs-Aktivierungssteuerschritt für die Rückmeldesteuerung der Aktivierung der Heizeinrichtung, so dass ein Innenwiderstand des Erfassungselementes zwischen der Erfassungselektrode und der Bezugselektrode gleich einem Sollwiderstand wird, wobei der Innenwiderstand erfasst wird, indem vorübergehend eine Spannung zwischen der Erfassungselektrode und der Bezugselektrode des Erfassungselementes und/oder ein Strom geändert wird, der zwischen den Elektroden für eine vorbestimmte Erfassungszeit fließt. Die Erfassungszeit ist länger als 1,9 msek. Der Sollwiderstand wird auf einen fetten Innenwiderstand eingestellt, der der Innenwiderstand ist, der in Gegenwart des fetten Kraftstoffabgases erfasst wird, wenn eine Erfassungselektrodentemperatur der Erfassungselektrode des Erfassungselementes eine vorbestimmte ablagerungsfreie Temperatur ist, bei der sich Kohlenstoff, der in dem Abgas enthalten ist, nicht an der Erfassungselektrode ablagert. Bei dem Heizeinrichtungs-Aktivierungssteuerschritt wird die Rückmeldesteuerung mit Hilfe des Sollwiderstandes unabhängig davon ausgeführt, ob das Abgas das fette Kraftstoffabgas oder das magere Kraftstoffabgas ist.Another embodiment is a gas sensor control method for controlling a gas sensor having a detection element and a heater for heating the detection element, wherein the detection element consists of an oxygen ion-conductive solid electrolyte body and a detection electrode which is exposed to exhaust gas, and a Reference electrode which is exposed to a reference atmosphere. The gas sensor control method includes a heater activation control step for feedback control of activation of the heater so that an internal resistance of the detection element between the detection electrode and the reference electrode becomes equal to a target resistance, whereby the internal resistance is detected by temporarily applying a voltage between the detection electrode and the reference electrode of the detection element and / or a current flowing between the electrodes for a predetermined detection time is changed. The acquisition time is longer than 1.9 msec. The target resistance is set to a rich internal resistance, which is the internal resistance detected in the presence of the rich fuel off-gas when a detection electrode temperature of the detection electrode of the detection element is a predetermined deposition-free temperature at which carbon contained in the exhaust gas does not abut deposits the detection electrode. In the heater activation control step, the feedback control is performed by means of the target resistance regardless of whether the exhaust gas is the rich fuel off-gas or the lean fuel off-gas.

Wenn der Gassensor mit diesem Gassensor-Steuerverfahren gesteuert wird, wie es oben beschrieben ist, kann eine Ablagerung von Kohlenstoff an der Erfassungselektrode durch eine einfache Steuerung vermieden werden und eine Energieeinsparung bei der Heizeinrichtung erzielt werden.When the gas sensor is controlled with this gas sensor control method as described above, deposition of carbon on the detection electrode can be avoided by simple control and energy saving in the heater can be achieved.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 ist ein erläuterndes Diagramm, das schematisch die Konfiguration eines Gassensor-Steuersystems gemäß einer Ausführungsform zeigt. 1 FIG. 10 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of a gas sensor control system according to an embodiment. FIG.

2 ist eine Graph, der die Beziehung zwischen Gibbs'scher freier Energie und der Erfassungselektrodentemperatur zeigt. 2 Fig. 12 is a graph showing the relationship between Gibbs free energy and the detection electrode temperature.

3 ist ein Graph, der während der Änderung der Erfassungszeit den Unterschied bei der Erfassungselektrodentemperatur zwischen dem Fall, bei dem die Rückmeldesteuerung derart ausgeführt wird, dass der Innenwiderstand gleich einem Sollwiderstand in der Gegenwart des mageren Kraftstoffabgases wird, und dem Fall zeigt, bei dem die Rückmeldesteuerung derart ausgeführt wird, dass der Innenwiderstand gleich dem Sollwiderstand in der Gegenwart des fetten Kraftstoffabgases wird, wobei der Sollwiderstand in der Gegenwart des mageren Kraftstoffabgases eingestellt wird. 3 FIG. 15 is a graph showing, during the change of the detection time, the difference in the detection electrode temperature between the case where the feedback control is performed such that the internal resistance becomes equal to a target resistance in the presence of the lean fuel exhaust gas and the case where the feedback control is made such that the internal resistance becomes equal to the target resistance in the presence of the rich fuel off-gas, the target resistance being adjusted in the presence of the lean fuel off-gas.

4 ist eine Flussdiagramm, das den Betrieb eine Mikroprozessors einer Gassensor-Steuervorrichtung des Gassensor-Steuersystems gemäß der Ausführungsform zeigt. 4 FIG. 10 is a flowchart showing the operation of a microprocessor of a gas sensor control apparatus of the gas sensor control system according to the embodiment. FIG.

Beste Art für die Ausführung der ErfindungBest way for the execution of the invention

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Diagramm, das schematisch die Konfiguration eines Gassensor-Steuersystems 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt, das einen Gassensor 2 und eine Gassensor-Steuervorrichtung 20 zum Steuern des Gassensors 2 umfasst.An embodiment of the present invention will now be described with reference to the drawings. 1 FIG. 12 is a diagram schematically illustrating the configuration of a gas sensor control system. FIG 1 According to the present embodiment, showing a gas sensor 2 and a gas sensor control device 20 for controlling the gas sensor 2 includes.

Der Gassensor 2 ist eine Sauerstoffsensor, der die Kraftstoff-Fettheit eines Abgases EG aus einer Brennkraftmaschine erfasst, um so zu bestimmen, ob das Abgas EG ein fettes Kraftstoffabgas EGr oder ein mageres Kraftstoffabgas EGl ist. Der Gassensor 2 des Gassensor-Steuersystems 1 ist an dem Abgasrohr der Brennkraftmaschine eines nicht dargestellten Fahrzeugs angebracht und wird für die Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Brennkraftmaschine verwendet.The gas sensor 2 is an oxygen sensor that detects the fuel richness of an exhaust gas EG from an internal combustion engine so as to determine whether the exhaust gas EG is a rich fuel off-gas EGr or a lean fuel off-gas EG1. The gas sensor 2 the gas sensor control system 1 is attached to the exhaust pipe of the internal combustion engine of a vehicle, not shown, and is used for the control of the air-fuel ratio of the internal combustion engine.

Die Gassensor-Steuervorrichtung 20 umfasst nicht nur einen Mikroprozessor 10, sondern auch einen Impulssignal-Ausgabeschaltkreis 11, einen Spannungs-Verschiebeschaltkreis 12, einen Ausgabe-Erfassungsschaltkreis 13 und einen Heizungseinrichtungs-Steuerschaltkreis 14, der später beschrieben wird.The gas sensor control device 20 does not just include a microprocessor 10 , but also a pulse signal output circuit 11 , a voltage shift circuit 12 , an output detection circuit 13 and a heater control circuit 14 which will be described later.

Der Gassensor 2 umfasst ein Erfassungselement 3, das aus einem sauerstoff-ionen-leitfähigen massiven Elektrolytkörper besteht, der hauptsächlich aus Zirconiumoxid besteht, und einer Heizeinrichtung 4 zum Erwärmen des Erfassungselementes. Das Erfassungselement 3 hat eine Erfassungselektrode 3N, die dem Abgas EG ausgesetzt ist, und eine Bezugselektrode 3P, die einer Bezugsatmosphäre AR ausgesetzt ist. Insbesondere ist die Erfassungselektrode 3N eine poröse Elektrode, die aus Pt oder einer Pt-Legierung besteht, auf der Außenumfangsfläche des Erfassungselementes 3 ausgebildet ist, das aus dem massiven Elektrolytkörper besteht und eine verbödete Rohrform (nicht gezeigt) hat und dem Abgas EG ausgesetzt ist, das durch das Abgasrohr strömt. Daneben ist die Bezugselektrode 3P eine poröse Elektrode, die aus Pt oder einer Pt-Legierung wie bei dem Fall der Erfassungselektrode 3N besteht, auf der Innenumfangsfläche des Erfassungselementes 3 ausgebildet ist, das die verbödete Rohrform hat, und der Bezugsatmosphäre AR ausgesetzt ist (die durch Einleiten der Atmosphäre von außen ausgebildet ist). Weiterhin ist die stabförmige Heizeinrichtung 4 in einen Innenraum des Erfassungselementes 3 eingefügt, wobei dieser Raum einen verbödete Rohrform hat. Wenn das Erfassungselement 3, das aus dem massiven Elektrolytkörper besteht, eine Aktivierungstemperatur, die höher ist als 600°C, infolge der Erwärmung durch die Heizeinrichtung 4 und das Abgas EG erreicht, weist das Erfassungselement 3 eine ausreichende Sauerstoff-Ionen-Leitfähigkeit auf und erzeugt eine elektromotorische Kraft (Sensorausgabe Vout), die der Sauerstoffkonzentration zwischen der Erfassungselektrode 3N und der Bezugselektrode 3P entspricht. Die Gassensor-Steuervorrichtung 20 der Sauerstoffsensor-Steuervorrichtung 1 steuert mit Rückmeldung die Zufuhr von Elektrizität zu der Heizeinrichtung 4 mit Hilfe des Innenwiderstandes Ri (der später beschrieben wird) des Erfassungselementes 3 des Gassensors 2 derart, dass das Erfassungselement 3 die Aktivierungstemperatur beibehält.The gas sensor 2 includes a detection element 3 consisting of an oxygen-ion conductive solid electrolyte body mainly composed of zirconia, and a heater 4 for heating the detection element. The detection element 3 has a detection electrode 3N exposed to the exhaust gas EG and a reference electrode 3P exposed to a reference atmosphere AR. In particular, the detection electrode 3N a porous electrode made of Pt or a Pt alloy on the outer peripheral surface of the detection element 3 is formed, which consists of the solid electrolyte body and a verbödete pipe shape (not shown) and is exposed to the exhaust gas EG, which flows through the exhaust pipe. Next to it is the reference electrode 3P a porous electrode made of Pt or a Pt alloy as in the case of the detection electrode 3N exists on the inner peripheral surface of the detection element 3 is formed, which has the verbödete pipe shape, and the reference atmosphere is exposed AR (which is formed by introducing the atmosphere from the outside). Furthermore, the rod-shaped heater 4 in an interior of the detection element 3 inserted, this space has a verbödete pipe shape. If the detection element 3 consisting of the solid electrolyte body, an activation temperature higher than 600 ° C due to heating by the heater 4 and reaches the exhaust gas EG, has the detection element 3 a sufficient oxygen-ion conductivity and generates an electromotive force (sensor output Vout), the oxygen concentration between the detection electrode 3N and the reference electrode 3P equivalent. The gas sensor control device 20 the oxygen sensor control device 1 controls with feedback the supply of electricity to the heater 4 with the aid of the internal resistance Ri (to be described later) of the detection element 3 of the gas sensor 2 such that the detection element 3 maintains the activation temperature.

Insbesondere wenn das Erfassungselement 3 auf die Aktivierungstemperatur erwärmt wird, hat der Gassensor (Sauerstoffsensor) 2 eine derartige Eigenschaft, dass sich die Sensorausgabe Vout (elektromotorische Kraft) ähnlich einem Binärwert scharf ändert, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen einem Wert in einer fetten Kraftstoffatmosphäre und einem Wert in einer mageren Kraftstoffatmosphäre ändert, während es das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) durchläuft; d. h. die Sensorausgabe Vout wird zu etwa 50 mV in der Gegenwart des mageren Kraftstoffabgases EGl und wird zu etwa 900 mV in der Gegenwart des fetten Kraftstoffabgases.In particular, when the detection element 3 is heated to the activation temperature, the gas sensor (oxygen sensor) 2 such a characteristic that the sensor output Vout (electromotive force) sharply changes like a binary value when the air-fuel ratio changes between a rich fuel atmosphere value and a lean fuel atmosphere value, while the stoichiometric air fuel Ratio (λ = 1) passes through; that is, the sensor output Vout becomes about 50 mV in the presence of the lean fuel exhaust gas EG1 and becomes about 900 mV in the presence of the rich fuel off-gas.

Die Heizeinrichtung 4 umfasst einen Wärmeerzeugungswiderstand 5, der hauptsächlich aus Wolfram oder Platin besteht und ist mit einem Heizeinrichtungs-Steuerschaltkreis 14 verbunden. Der Heizeinrichtungs-Steuerschaltkreis 14 ist mit einem PWM-Ausgangsanschluss 17 eines Mikroprozessors 10 verbunden. Die Heizeinrichtung 4 wird durch den Heizeinrichtungs-Steuerschaltkreis 14 durch PWM-Steuerung aktiviert, wodurch das Erfassungselement 3 erwärmt wird. Um das Erfassungselement 3 auf der Aktivierungstemperatur zu halten, wird die Einschaltdauer von Impulsen, die für die PWM-Steuerung verwendet werden, durch die Rückmeldesteuerung (PID-Steuerung oder PI-Steuerung) bestimmt, die durch den Mikroprozessor 10 ausgeführt wird.The heater 4 includes a heat generation resistor 5 consisting mainly of tungsten or platinum and is equipped with a heater control circuit 14 connected. The heater control circuit 14 is with a PWM output connector 17 a microprocessor 10 connected. The heater 4 is controlled by the heater control circuit 14 activated by PWM control, whereby the detection element 3 is heated. To the detection element 3 At the activation temperature, the duty cycle of pulses used for PWM control is determined by the feedback control (PID control or PI control) provided by the microprocessor 10 is performed.

Das Erfassungselement 3 hat einen inneren Widerstand, der den Innenwiderstand Ri hat, der sich verringert, wenn die Temperatur des Erfassungselementes 3 zunimmt. Das heißt, es existiert eine negative Korrelation zwischen dem Innenwiderstand Ri und der Elementtemperatur des Erfassungselementes 3. Daher kann die Elementtemperatur auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten werden, indem die Rückmeldesteuerung derart ausgeführt wird, dass der Innenwiderstand Ri gleich einem Sollwiderstand Rt wird.The detection element 3 has an internal resistance, which has the internal resistance Ri, which decreases when the temperature of the sensing element 3 increases. That is, there is a negative correlation between the internal resistance Ri and the element temperature of the detection element 3 , Therefore, the element temperature can be maintained at a predetermined temperature by performing the feedback control such that the internal resistance Ri becomes equal to a target resistance Rt.

Das Erfassungselement 3 weist eine Sauerstoff-Ionen-Leitfähigkeit bei der Aktivierungstemperatur auf, um dadurch als eine Sauerstoffkonzentrationszelle zu fungieren, und erzeugt eine elektromotorische Kraft EV, die einem Unterschied der Sauerstoffkonzentration zwischen der Erfassungselektrode 3N und der Bezugselektrode 3P entspricht. Somit kann, wie in 1 gezeigt, der äquivalente Schaltkreis des Erfassungselementes 3 so betrachtet werden, als habe er einen Reihenschaltkreis, der sich zwischen der Erfassungselektrode 3N und der Bezugselektrode 3P befindet und eine Zelle (Sauerstoffkonzentrationszelle), die die elektromotorische Kraft EV erzeugt, und den inneren Widerstand umfasst, der den Innenwiderstand Ri hat.The detection element 3 has an oxygen-ion conductivity at the activation temperature to thereby function as an oxygen concentration cell, and generates an electromotive force EV which is a difference in oxygen concentration between the detection electrode 3N and the reference electrode 3P equivalent. Thus, as in 1 shown, the equivalent circuit of the detection element 3 be considered as having a series circuit extending between the sense electrode 3N and the reference electrode 3P and a cell (oxygen concentration cell) that generates the electromotive force EV and the internal resistance that has the internal resistance Ri.

Die Erfassungselektrode 3N und die Bezugselektrode 3P des Erfassungselementes 3 sind mit einem Ausgangserfassungsschaltkreis 13 verbunden. Der Ausgangserfassungsschaltkreis 13 erfasst die Sensorausgabe Vout des Erfassungselementes 3 und führt sie einem A/D-Eingangsanschluss 16 des Mikroprozessors 10 zu. Insbesondere ist von der Erfassungselektrode 3N und der Bezugselektrode 3P des Erfassungselementes 3 die Erfassungselektrode 3N mit einem Bezugspotential (GND) des Ausgangserfassungsschaltkreises 13 verbunden, wobei die Bezugselektrode 3P ein höheres Potential erreicht als die Erfassungselektrode 3N.The detection electrode 3N and the reference electrode 3P of the detection element 3 are with an output detection circuit 13 connected. The output detection circuit 13 detects the sensor output Vout of the detection element 3 and feeds it to an A / D input port 16 of the microprocessor 10 to. In particular, from the detection electrode 3N and the reference electrode 3P of the detection element 3 the detection electrode 3N with a reference potential (GND) of the output detection circuit 13 connected, wherein the reference electrode 3P reaches a higher potential than the detection electrode 3N ,

Zudem ist zusätzlich zu dem Ausgangserfassungsschaltkreis 13 ein Spannungs-Verschiebungsschaltkreis 12 mit der Bezugselektrode 3P des Erfassungselementes 3 verbunden. Der Spannungs-Verschiebungsschaltkreis 12 verbindet die Bezugselektrode 3P mit einer Stromversorgungsleitung Vcc durch einen Bezugswiderstand, der einen Widerstand R1 hat, und ein Umschaltelement Tr. Ein Impulssignalausgabeschaltkreis 11 ist mit dem Umschaltelement Tr des Spannungs-Verschiebungsschaltkreises 12 verbunden. Der Impulssignalausgabeschaltkreis 11 ist mit einem I/O-Anschluss 15 des Mikroprozessors 10 verbunden. Gemäß einer Anweisung aus dem Mikroprozessor 10 steuert der Impulssignalausgabeschaltkreis 11 den Spannungs-Verschiebungsschaltkreis 12 derart an, dass der Strom, der zwischen der Bezugselektrode 3P und der Erfassungselektrode 3N des Erfassungselementes fließt, für eine vorbestimmte Erfassungszeit TM vorübergehend geändert wird. Insbesondere für die vorbestimmte Erfassungszeit TM schaltet der Impulssignalausgabeschaltkreis 11 das Umschaltelement Tr des Spannungs-Verschiebungsschaltkreises 12 derart ein, dass ein Strom I von der Stromversorgungsleitung Vcc zu dem Bezugswiderstand, der den Widerstand R1 hat, und dann zu dem Erfassungselement 3 fließt, um dadurch den Strom, der zwischen der Bezugselektrode 3P und der Erfassungselektrode 3N des Erfassungselementes 3 fließt, von etwa null auf I zu ändern. Infolgedessen ändert sich die Sensorausgabe Vout in Übereinstimmung mit einem Spannungsabfall, der über den inneren Widerstand (Innenwiderstand Ri) des Erfassungselementes 3 erzeugt wird.In addition, in addition to the output detection circuit 13 a voltage shift circuit 12 with the reference electrode 3P of the detection element 3 connected. The voltage shift circuit 12 connects the reference electrode 3P with a power supply line Vcc through a reference resistor having a resistor R1 and a switching element Tr. A pulse signal output circuit 11 is connected to the switching element Tr of the voltage-shifting circuit 12 connected. The pulse signal output circuit 11 is with an I / O port 15 of the microprocessor 10 connected. According to an instruction from the microprocessor 10 the pulse signal output circuit controls 11 the voltage shift circuit 12 such that the current flowing between the reference electrode 3P and the detection electrode 3N of the detection element is temporarily changed for a predetermined detection time TM. Specifically, for the predetermined detection time TM, the pulse signal output circuit switches 11 the switching element Tr of the voltage-shifting circuit 12 such that a current I from the power supply line Vcc to the reference resistor having the resistor R1 and then to the detection element 3 flows, thereby controlling the current flowing between the reference electrode 3P and the detection electrode 3N of the detection element 3 flows, changing from about zero to I. As a result, the sensor output Vout changes in accordance with a voltage drop across the internal resistance (internal resistance Ri) of the detecting element 3 is produced.

Aus der Spannungsdifferenz zwischen der Sensorausgabe Vout, unmittelbar bevor das Umschaltelement Tr des Spannungs-Verschiebungsschaltkreises 12 eingeschaltet wurde, und der Sensorausgabe Vout zu dem Zeitpunkt, zu dem die vorbestimmte Zeit TM abgelaufen ist, nachdem das Umschaltelement Tr des Spannungs-Verschiebungsschaltkreises 12 eingeschaltet wurde (unmittelbar bevor das Umschaltelement Tr abgeschaltet wird), wird der Spannungsabfall über den inneren Widerstand (Innenwiderstand Ri) des Erfassungselementes 3 berechnet und der Innenwiderstand Ri des Erfassungselementes 3 erfasst.From the voltage difference between the sensor output Vout, immediately before the switching element Tr of the voltage-shifting circuit 12 has been turned on, and the sensor output Vout at the time when the predetermined time TM has elapsed after the switching element Tr of the voltage-shifting circuit 12 is turned on (immediately before the switching element Tr is turned off), the voltage drop across the internal resistance (internal resistance Ri) of the detection element 3 calculated and the internal resistance Ri of the detection element 3 detected.

Insbesondere für den Fall, bei dem die elektromotorische Kraft der Sauerstoffkonzentrationszelle, die durch das Erfassungselement 3 ausgebildet ist, durch EV dargestellt ist und die Sensorausgabe Vout, die durch die Ausgabeerfassungseinheit 13 gemessen wird, wenn das Umschaltelement Tr ausgeschaltet ist, durch Vo (OFF) dargestellt ist, ist diese Sensorausgabe Vo (OFF) durch die folgende Gleichung (1) gegeben. Insbesondere wird der Strom, der von dem Erfassungselement 3 zu dem Ausgabeerfassungsschaltkreis 13 fließt, ignoriert. Vo(OFF) = EV (1) Especially in the case where the electromotive force of the oxygen concentration cell passing through the sensing element 3 is formed by EV and the sensor output Vout generated by the output detection unit 13 is measured when the switching element Tr is turned off by Vo (OFF), this sensor output Vo (OFF) is given by the following equation (1). In particular, the current flowing from the sensing element 3 to the output detection circuit 13 flows, ignored. Vo (OFF) = EV (1)

Für den Fall, bei dem die Größe des Stromes, der durch den Bezugswiderstand (Bezugswiderstand R1) und das Erfassungselement 3 fließt, wenn das Umschaltelement Tr eingeschaltet ist, durch I dargestellt ist, und die Sensorausgabe Vout, die von dem Ausgabeerfassungsschaltkreis 13 gemessen wird, wenn das Umschaltelement Tr eingeschaltet ist, durch Vo (ON) dargestellt ist, ist diese Sensorausgabe Vo (ON) die Summe der elektromotorischen Kraft und des Spannungsabfalls Ri·I, der über den Innenwiderstand (Innenwiderstand Ri) erzeugt wird (siehe Gleichung (2)). Vo(ON) = EV + Ri·I (2) In the case where the magnitude of the current caused by the reference resistance (reference resistance R1) and the sensing element 3 when the switching element Tr is turned on, indicated by I, and the sensor output Vout flowing from the output detecting circuit 13 is measured, when the switching element Tr is turned on, represented by Vo (ON), this sensor output Vo (ON) is the sum of the electromotive force and the voltage drop Ri * I generated via the internal resistance (internal resistance Ri) (see equation (2)). Vo (ON) = EV + Ri * I (2)

Insbesondere ist die Größe des Stroms I durch die folgende Gleichung (3) gegeben. I = (Vcc – EV)/(R1 + Ri) (3) In particular, the magnitude of the current I is given by the following equation (3). I = (Vcc-EV) / (R1 + Ri) (3)

Demzufolge kann, sobald die Sensorausgabe Vo (OFF) und die Sensorausgabe Vo (ON) bezogen worden sind, der Innenwiderstand Ri des Erfassungselementes 3 unter Verwendung der folgenden Gleichung (4) erfasst werden, die man aus der Gleichung (1) bis (3) erhält. Ri = R1(Vo(ON) – Vo(OFF))/(Vcc – Vo(ON)) (4) Accordingly, once the sensor output Vo (OFF) and the sensor output Vo (ON) have been obtained, the internal resistance Ri of the detection element 3 are obtained using the following equation (4) obtained from the equation (1) to (3). Ri = R1 (Vo (ON) - Vo (OFF)) / (Vcc - Vo (ON)) (4)

Daneben wird der Innenwiderstand Ri des Erfassungselementes 3, der in der oben beschriebenen Art und Weise erfasst wird, durch die Kraftstoff-Fettheit des Abgases EG beeinflusst. Selbst wenn insbesondere die Temperatur des Erfassungselementes 3 dieselbe ist, wird der Innenwiderstand Ri, der in der Gegenwart des fetten Kraftstoffabgases EGr erfasst wird, größer als der Innenwiderstand Ri, der in der Gegenwart des mageren Kraftstoffabgases EGl erfasst wird. Es ist denkbar, dass dieses Phänomen auftritt, weil sich der Elektrodenübergangswiderstand Re der Erfassungselektrode 3N des Erfassungselementes 3, das dem Abgas EG ausgesetzt ist (der Widerstand, der mit der Adsorption und Diffusion von Sauerstoffmolekülen an der Elektrodenfläche der Erfassungselektrode 3N assoziiert ist, und der Widerstand, der mit der Zerfalls-/Erzeugungsreaktion zwischen Sauerstoffmolekülen und Sauerstoffionen an dem Dreiphasenübergang zwischen massivem Elektrolytkörper, Erfassungselektrode 3N und Gasphase assoziiert ist), zwischen dem Fall, bei dem das Erfassungselement dem fetten Kraftstoffabgas EGr ausgesetzt ist, und dem Fall unterscheidet, bei dem das Erfassungselement dem mageren Kraftstoffabgas EGl ausgesetzt ist. Somit ändert sich der Innenwiderstand Ri auch mit der Länge der Erfassungszeit TM für die Erfassung des Innenwiderstandes Ri. Wie es später beschrieben wird, sinkt, wenn die Erfassungszeit TM kürzer als 1,0 msek gemacht wird, die Komponente des Elektrodenübergangswiderstandes Re der Erfassungselektrode 3N, die in dem erfassten Innenwiderstand Ri enthalten ist ab, und wird der Unterschied zwischen dem Innenwiderstand Ri, der in der Gegenwart des fetten Kraftstoffabgases EGr erfasst wird, und dem Innenwiderstand Ri, der in der Gegenwart des mageren Kraftstoffabgases EGl erfasst wird, klein.In addition, the internal resistance Ri of the detection element 3 , which is detected in the manner described above, influenced by the fuel greasiness of the exhaust gas EG. Even if in particular the temperature of the detection element 3 is the same, the internal resistance Ri detected in the presence of the rich fuel off-gas EGr becomes larger than the internal resistance Ri detected in the presence of the lean fuel off-gas EG1. It is conceivable that this phenomenon occurs because the electrode contact resistance Re of the detection electrode 3N of the detection element 3 exposed to the exhaust gas EG (the resistance associated with the adsorption and diffusion of oxygen molecules on the electrode surface of the detection electrode 3N and the resistance associated with the decomposition / generation reaction between oxygen molecules and oxygen ions at the three-phase transition between solid electrolyte body, detection electrode 3N and gas phase) between the case where the sensing element is exposed to the rich fuel exhaust EGr and the case where the sensing element is exposed to the lean fuel exhaust EG1. Thus, the internal resistance Ri also changes with the length of the detection time TM for the detection of the internal resistance Ri. As will be described later, when the detection time TM is made shorter than 1.0 msec, the component of the electrode contact resistance Re of the detection electrode decreases 3N , which is contained in the detected internal resistance Ri, and the difference between the internal resistance Ri detected in the presence of the rich fuel off-gas EGr and the internal resistance Ri detected in the presence of the lean fuel off-gas EG1 becomes small.

Um in geeigneter Weise die Elementtemperatur mit Hilfe des Innenwiderstandes Ri zu steuern, ist es somit notwendig, unterschiedliche Korrekturkoeffizienten oder unterschiedliche Korrekturabläufe für den Fall, bei dem das Abgas EG das fette Kraftstoffabgas ist, und für den Fall zu verwenden, bei dem das Abgas EG das magere Kraftstoffabgas EGl ist, um dadurch den Einfluss der Schwankung des Innenwiderstandes Ri infolge des Unterschiedes der Kraftstoff-Fettheit zwischen dem fetten Kraftstoffabgas EGr und dem mageren Kraftstoffabgas EGl zu unterdrücken. Auf diese Weise wird die Steuerung komplex.In order to appropriately control the element temperature by means of the internal resistance Ri, it is thus necessary to use different correction coefficients or different correction procedures in the case where the exhaust gas EG is the rich fuel off-gas and in the case where the exhaust gas EG the lean fuel offgas EG1 is thereby to suppress the influence of the fluctuation of the internal resistance Ri due to the difference in fuel richness between the rich fuel off-gas EGr and the lean fuel off-gas EG1. In this way the control becomes complex.

Wenn zudem in der Gegenwart des fetten Kraftstoffabgases EGr, das eine geringe Sauerstoffkonzentration hat und beinahe keinen Sauserstoff enthält (wie etwa 1 Vol.-% oder weniger), die Temperatur der Erfassungselektrode 3N des Erfassungselementes 3 (Erfassungselektrodentemperatur Td) kleiner oder gleich einer speziellen Temperatur (etwa 670°C bei dem vorliegenden Beispiel) wird, kann sich Kohlenstoff, der in dem Abgas EG enthalten ist, im Inneren der porösen Erfassungselektrode 3N oder auf der Oberfläche derselben ablagern. Wenn sich Kohlenstoff auf der Erfassungselektrode 3N ablagert, kann sich die Erfassungselektrode 3N von dem massiven Elektrolytkörper des Erfassungselementes 3 lösen, was zu einer Beeinträchtigung der Eigenschaften des Gassensors führt.In addition, in the presence of the rich fuel off-gas EGr, which has a low oxygen concentration and contains almost no oxygen (such as 1 vol% or less), the temperature of the detection electrode 3N of the detection element 3 (Detection electrode temperature Td) becomes equal to or lower than a specific temperature (about 670 ° C in the present example), carbon contained in the exhaust gas EG may be inside the porous detection electrode 3N or deposit on the surface of the same. When there is carbon on the sensing electrode 3N deposits, the detection electrode can 3N from the solid electrolyte body of the detection element 3 solve, which leads to a deterioration of the properties of the gas sensor.

Insbesondere in einem Bereich, in dem der Term von (2ΔG1 + G2) (Gibbs'scher freier Energie) in Gleichung (7), die aus den folgenden Gleichungen (5) und (6) abgeleitet wird, einen positiven Wert annimmt, tritt die Reaktion von der rechten Seite zu der linken Seite der Gleichung (7) auf und erfolgt eine Ablagerung von Kohlenstoff an der Erfassungselektrode 3N.Specifically, in a region where the term of (2ΔG1 + G2) (Gibbs free energy) in the equation (7) derived from the following equations (5) and (6) becomes a positive value, the Reaction from the right side to the left side of the equation (7) and deposition of carbon occurs on the detection electrode 3N ,

Tabelle 1 zeigt die Beziehung zwischen der Gibbs'schen freien Energie (des Wertes von (2ΔG1 + G2) aus Gleichung (7)) und der Erfassungselektrodentemperatur Td. Tabelle 1 zeigt, dass, wenn die Erfassungselektrodentemperatur Td etwa 670°C (präzise 671,13°C) beträgt, der Wert von (2ΔG1 + G2) null wird. 2 ist eine Graph, der die Beziehung aus Tabelle 1 zeigt H₂O = H₂ + 1/2O₂ + ΔG1 Gleichung (5) 2C + O₂ = 2CO + ΔG2 Gleichung (6) Gleichung (5) × 2 + Gleichung (6) 2C + 2H₂O = 2H₂ + 2CO + (2ΔG1 + G2) Gleichung (7) Tabelle 1 Erfassungselektrodentemperatur Td Gibbs'sche freie Energie Absolute Temp. (K) Temp. Celsius (°C) (Absolute Temp. –273,15) ΔG1 (H₂O = H2 + 1/2O₂ + ΔG1 ΔG2 2C + O₂ = 2CO + ΔG2 2ΔG1 + G2 298 24,85 228,49 –279 177,98 400 126,85 223,91 –279 150,82 600 326,85 214,01 –331 97,02 800 526,85 203,56 –336 41,12 944,28 671,13 195,625 –391,249 0,001 1.000 726,85 192,56 –401 –15,88 1.200 926,85 181,33 –414 –51,34 Table 1 shows the relationship between the Gibbs free energy (the value of (2ΔG1 + G2) from Equation (7)) and the detection electrode temperature Td. Table 1 shows that when the detection electrode temperature Td is about 670 ° C (precisely 671.13 ° C), the value of (2ΔG1 + G2) becomes zero. 2 is a graph showing the relationship of Table 1 H ₂ O = H ₂ + 1 / 2O ₂ + ΔG 1 equation (5) 2C + O ₂ = 2CO + ΔG2 Equation (6) Equation (5) × 2 + Equation (6) 2C + 2H ₂ O = 2H ₂ + 2CO + (2ΔG 1 + G ₂ ) Equation (7) Table 1 Detecting electrode temperature Td Gibbs free energy Absolute Temp. (K) Temp. Celsius (° C) (Absolute Temp. -273.15) ΔG1 (H ₂ O = H2 + 1 / 2O ₂ + ΔG1 ΔG2 2C + O ₂ = 2CO + ΔG2 2ΔG1 + G2 298 24.85 228.49 -279 177.98 400 126.85 223.91 -279 150.82 600 326.85 214.01 -331 97.02 800 526.85 203.56 -336 41.12 944.28 671.13 195.625 -391.249 0.001 1000 726.85 192.56 -401 -15.88 1200 926.85 181.33 -414 -51.34

Um daher in der Gegenwart des fetten Kraftstoffabgases EGr die Ablagerung von Kohlenstoff an der Erfassungselektrode 3N zu verhindern, muss die Erfassungselektrodentemperatur Td der Erfassungselektrode 3N des Erfassungselementes 3 auf einer Temperatur gehalten werden, die höher ist als die oben beschriebene Temperatur (etwa 670°C) (ablagerungsfreie untere Grenztemperatur Tdb: siehe 2), bei der Kohlenstoff beginnt, sich an der Erfassungselektrode 3N abzulagern; d. h. eine Temperatur innerhalb eines ablagerungsfreien Temperaturbereiches TdnR (siehe 2), in dem sich kein Kohlenstoff ablagert. Wird jedoch die Erfassungselektrodentemperatur Td der Erfassungselektrode 3N übermäßig hoch, steigt die Temperatur des Erfassungselementes 3 extrem an und wird die Erfassungselektrode 3N beeinträchtigt. Zudem nimmt die elektrische Energie, die der Heizeinrichtung 4 zugeführt wird, zu und nimmt die elektrische Energie, die infolge der Aktivierung der Heizeinrichtung verbraucht wird, zu. Daher wird es nicht bevorzugt, dass die Erfassungselektrodentemperatur Td übermäßig hoch wird. In der Gegenwart des mageren Kraftstoffabgases EGl, das eine hohe Sauerstoffkonzentration (wie etwa 10 bis 20 Vol.-%) hat, lagert sich daneben, selbst wenn die Erfassungselektrodentemperatur Td der Erfassungselektrode 3N kleiner oder gleich der ablagerungsfreien Untergrenzentemperatur Tdb (etwa 670°C) wird, bei der Kohlenstoff beginnen würde, sich abzulagern, sofern das Erfassungselement dem fetten Kraftstoffabgas EGr ausgesetzt wäre (Temperatur, die geringer ist als der ablagerungsfreie Temperaturbereich TdnR), kein Kohlenstoff an der Erfassungselektrode 3N ab, da CO, der der Ursprung des abgelagerten Kohlenstoffes ist, angesichts des chemischen Gleichgewichtes nicht vorhanden ist.Therefore, in the presence of the rich fuel EGr, the deposition of carbon on the sensing electrode 3N To prevent, the detection electrode temperature Td of the detection electrode 3N of the detection element 3 be kept at a temperature which is higher than the temperature described above (about 670 ° C) (deposit-free lower limit temperature Tdb: see 2 ) at which carbon begins to attach to the sensing electrode 3N deposit; ie a temperature within a deposit-free temperature range TdnR (see 2 ), in which no carbon deposits. However, when the detection electrode temperature Td becomes the detection electrode 3N excessively high, the temperature of the detection element increases 3 extreme and becomes the detection electrode 3N impaired. In addition, the electrical energy that the heater decreases 4 is supplied, and increases the electric power consumed due to activation of the heater. Therefore, it is not preferable that the detection electrode temperature Td becomes excessively high. In the presence of the lean fuel exhaust gas EG1 having a high oxygen concentration (such as about 10 to 20% by volume), adjacent thereto, even if the detection electrode temperature Td of the detection electrode becomes adjacent 3N less than or equal to the deposit-free lower limit temperature Tdb (about 670 ° C) at which carbon would begin to deposit, if the sensing element were exposed to the rich fuel exhaust EGr (temperature less than the deposition-free temperature range TdnR), no carbon at the sensing electrode 3N because CO, which is the source of the deposited carbon, is not present given the chemical balance.

Tabelle 2 und 3 zeigen während der Änderung der Erfassungszeit TM den Unterschied der Erfassungselektrodentemperatur Td zwischen dem Fall, bei dem die Rückmeldesteuerung derart ausgeführt wurde, dass der Innenwiderstand R1 gleich dem Sollwiderstand Rt in Gegenwart des mageren Kraftstoffabgases EGl (λ = 1,098) wurde, und dem Fall, bei dem die Rückmeldesteuerung derart ausgeführt wurde, dass der Innenwiderstand Ri gleich dem Sollwiderstand Rt in Gegenwart des fetten Kraftstoffabgases EGr (λ = 0,898) wurde. Der Sollwiderstand Rt, der in beiden Fällen verwendet wurde, wurde in einer mageren Atmosphäre eingestellt, so dass die Erfassungselektrodentemperatur Td 640°C wurde. Tabelle 2 Erfassungszeit (msek) Erfassungselektrodentemperatur Td (°C) mager (λ = 1,098) fett (λ = 0,898) 0,06 638 639 3,0 636 666 5,0 632 676 10,0 641 708 (= Tdn) (*) (*Rir = 880 Ω)Table 2 and 3 During the change of the detection time TM, the difference of the detection electrode temperature Td between the case where the feedback control has been made such that the internal resistance R1 becomes equal to the target resistance Rt in the presence of the lean fuel exhaust gas EG1 (λ = 1.098) and the case at the feedback control was carried out so that the internal resistance Ri became equal to the target resistance Rt in the presence of the rich fuel offgas EGr (λ = 0.898). The target resistance Rt used in both cases was set in a lean atmosphere so that the detection electrode temperature Td became 640 ° C. Table 2 Acquisition time (msec) Detecting electrode temperature Td (° C) lean (λ = 1.098) bold (λ = 0.898) 0.06 638 639 3.0 636 666 5.0 632 676 10.0 641 708 (= Tdn) (*) (* Rir = 880 Ω)

Wenn, wie es aus der Tabelle 2 und 3 ersichtlicht ist, die Erfassungselektrodentemperatur Td in Gegenwart des fetten Kraftstoffabgases EGr und die Erfassungselektrodentemperatur Td in Gegenwart des mageren Kraftstoffabgases EGl für dieselbe Erfassungszeit TM verglichen werden, zeigt sich, dass die Erfassungselektrodentemperatur Td in der Gegenwart des fetten Kraftstoffabgases EGr derart durch Rückmeldung gesteuert wird, dass sie höher wird als die Elektrodenerfassungstemperatur Td in der Gegenwart des mageren Kraftstoffabgases EGl. Zudem ist, je länger die Erfassungszeit TM ist, desto größer der Unterschied der Erfassungselektrodentemperatur Td zwischen dem fetten Kraftstoffabgas EGr und dem mageren Kraftstoffabgas EGl. Dieser Unterschied der Erfassungselektrodentemperatur Td wird bemerkenswert, wenn die Erfassungszeit TM länger als 1,0 msek wird. Wenn im Gegensatz dazu die Erfassungszeit TM kürzer als 1,0 msek ist, wird der Unterschied der Erfassungselektrodentemperatur Td gering. Dies geschieht aus folgendem Grund. In Gegenwart des mageren Kraftstoffabgases EGl ändert sich, selbst wenn die Länge der Erfassungszeit TM geändert wird, der erfasste Innenwiderstand Ri kaum. Im Gegensatz dazu ist bei Gegenwart des fetten Kraftstoffabgases EGr je länger die Erfassungszeit TM ist, desto größer der erfasste Innenwiderstand Ri. Dieses Phänomen tritt aus dem folgenden Grund auf. Für den Fall, dass das Erfassungselement dem mageren Kraftstoffabgas EGl ausgesetzt wird, ist eine große Zahl Sauerstoffmolekülen auf der Erfassungselektrode 3N vorhanden. Daher sind die Adsorption und Diffusion von Sauerstoffmolekülen an der Elektrodenoberfläche und die Transformation von Sauerstoffmolekülen an Sauerstoffionen einfach und ist der Elektrodenübergangswiderstand relativ klein. Im Gegensatz dazu sind für den Fall, bei dem das Erfassungselement dem fetten Kraftstoffabgas EGr ausgesetzt ist, kaum Sauerstoffmoleküle auf der Erfassungselektrode 3N vorhanden. Daher werden die Adsorption und die Diffusion von Sauerstoffmolekülen an der Elektrodenoberfläche und die Transformation von Sauerstoffmolekülen zu Sauerstoffionen schwierig. Infolgedessen ist, je länger die Erfassungszeit Tm ist, desto größer der Elektrodenübergangswiderstand Re. Angesichts dessen ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Erfassungszeit TM auf eine Zeit eingestellt, die länger als 1,0 msek ist (insbesondere ist TM = 10,0 msek). Als Ergebnis ändert sich der Wert des erfassten Innenwiderstandes Ri in großem Umfang in Abhängigkeit davon, ob das Abgas EG das fette Kraftstoffabgas EGr oder das magere Kraftstoffabgas EGl ist.If, as shown in Table 2 and 3 is seen, the detection electrode temperature Td in the presence of the rich fuel exhaust gas EGr and the detection electrode temperature Td in the presence of lean fuel gas EGl for the same detection time TM are compared, it turns out that the detection electrode temperature Td is controlled in the presence of the rich fuel EGr such feedback by becomes higher than the electrode detection temperature Td in the presence of the lean fuel exhaust gas EG1. In addition, the longer the detection time TM, the larger the difference of the detection electrode temperature Td between the rich fuel off-gas EGr and the lean fuel off-gas EG1. This difference of the detection electrode temperature Td becomes remarkable when the detection time TM becomes longer than 1.0 msec. In contrast, when the detection time TM is shorter than 1.0 msec, the difference of the detection electrode temperature Td becomes small. This happens for the following reason. In the presence of the lean fuel exhaust gas EG1, even if the length of the detection time TM is changed, the detected internal resistance Ri hardly changes. In contrast, in the presence of the rich fuel EGr, the longer the detection time TM, the larger the detected internal resistance Ri. This phenomenon occurs for the following reason. In the case where the sensing element is exposed to the lean fuel exhaust gas EG1, there are a large number of oxygen molecules on the sensing electrode 3N available. Therefore, the adsorption and diffusion of oxygen molecules on the electrode surface and the transformation of oxygen molecules to oxygen ions are easy and the electrode contact resistance is relatively small. In contrast, in the case where the detection element is exposed to the rich fuel exhaust gas EGr, there are hardly any oxygen molecules on the detection electrode 3N available. Therefore, adsorption and diffusion of oxygen molecules on the electrode surface and transformation of oxygen molecules into oxygen ions become difficult. As a result, the longer the detection time Tm, the larger the electrode contact resistance Re. In view of this, in the present embodiment, the detection time TM is set to a time longer than 1.0 msec (in particular, TM = 10.0 msec). As a result, the value of the detected internal resistance Ri largely changes depending on whether the exhaust gas EG is the rich fuel off-gas EGr or the lean fuel off-gas EG1.

Weiterhin wird bei der vorliegenden Ausführungsform der Sollwiderstand Rt, der für die Steuerung der Aktivierung der Heizeinrichtung 4 verwendet wird, auf einen Innenwiderstand Ri (im Folgenden als der ”fette Innenwiderstand Rir” bezeichnet) eingestellt, der in Gegenwart des fetten Kraftstoffabgases EGr erfasst wird, wenn die Erfassungselektrodentemperatur Td eine vorbestimmte ablagerungsfreie Temperatur Tdn ist, bei der sich kein Kohlenstoff auf der Erfassungselektrode 3N ablagert. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die ablagerungsfreie Temperatur Tdn eine Temperatur (708°C) innerhalb des ablagerungsfreien Temperaturbereiches TdnR (670°C oder höher), der höher ist als die ablagerungsfreie untere Grenztemperatur Tdb (etwa 670°C), bei der Kohlenstoff beginnt, sich abzulagern. Für den Fall des Erfassungselementes 3 ist der fette Innenwiderstand Rir, der in der Gegenwart fetten Kraftstoffabgases EGr erfasst wird, wenn die Erfassungselektrodentemperatur Td die ablagerungsfreie Temperatur Tdn (= 708°C) ist, 880 Ω. Angesichts dessen wird bei der vorliegenden Ausführungsform der Sollwiderstand Rt auf 880 Ω (= der fette Innenwiderstand Rir) eingestellt (siehe Tabelle 2).Furthermore, in the present embodiment, the target resistance Rt, which is for controlling the activation of the heater 4 is set to an internal resistance Ri (hereinafter referred to as the "rich internal resistance Rir") detected in the presence of the rich fuel off-gas EGr when the detection electrode temperature Td is a predetermined deposition-free temperature Tdn at which no carbon is deposited on the detection electrode 3N deposits. In the present embodiment, the deposition-free temperature Tdn is a temperature (708 ° C.) within the non-deposition temperature range TdnR (670 ° C. or higher) higher than the deposition-free lower limit temperature Tdb (about 670 ° C.) at which carbon starts, to deposit. In the case of the detection element 3 is the rich internal resistance Rir detected in the presence of rich fuel exhaust EGr when the detection electrode temperature Td is the deposit-free temperature Tdn (= 708 ° C), 880 Ω. In view of this, in the present embodiment, the target resistance Rt is set to 880 Ω (= the rich internal resistance Rir) (see Table 2).

Bei dem Gassensor-Steuersystem 1 der vorliegenden Ausführungsform wird die Rückmeldesteuerung der Aktivierung der Heizeinrichtung 4 unter Verwendung desselben Sollwiderstandes Rt (= 800 Ω (= der fette Innenwiderstand Rir)) unabhängig davon ausgeführt, ob das Abgas EG das fette Kraftstoffabgas EGr oder das magere Kraftstoffabgas EGl ist.In the gas sensor control system 1 In the present embodiment, the feedback control becomes the activation of the heater 4 using the same target resistance Rt (= 800 Ω (= the rich internal resistance Rir)) irrespective of whether the exhaust gas EG is the rich fuel off-gas EGr or the lean fuel off-gas EG1.

Tabelle 3 zeigt die Beziehung zwischen der Erfassungselektrodentemperatur Td der Erfassungselektrode 3N und der elektrischen Energie, die der Heizeinrichtung 4 zugeführt wird, für den Fall, bei dem die Rückmeldesteuerung der Aktivierung der Heizeinrichtung 4 mit der Erfassungszeit Tm, die auf 10,0 msek eingestellt wurde, und dem Sollwiderstand Rt ausgeführt wurde, der auf 800 Ω (= der fette Innenwiderstand Rir) eingestellt wurde. Insbesondere zeigt Tabelle 3 die Beziehung zwischen der Erfassungselektrodentemperatur Td und der elektrischen Energie, die der Heizeinrichtung 4 zugeführt wurde, für den Fall, bei dem das Erfassungselement dem fetten Kraftstoffabgas EGr ausgesetzt war, und den Fall, bei dem das Erfassungselement dem mageren Kraftstoffabgas EGl ausgesetzt war. Tabelle 3 Kraftstoff-Fettheit des Abgases Erfassungselektrodentmperatur Td (°C) Energie, die der Heizeinrichtung zugeführt wird (W) fett (λ = 0,898) 708 (= Tdn) 4,78 mager (λ = 1,098) 641 (= Tdl) 3,73 Table 3 shows the relationship between the detection electrode temperature Td of the detection electrode 3N and the electrical energy of the heater 4 is supplied, in the case where the feedback control of the activation of the heater 4 with the detection time Tm, which is set to 10.0 msec was carried out, and the target resistance Rt was set to 800 Ω (= the internal fat resistance Rir). In particular, Table 3 shows the relationship between the detection electrode temperature Td and the electric power of the heater 4 in the case where the detection element was exposed to the rich fuel exhaust gas EGr and the case where the detection element was exposed to the lean fuel exhaust gas EG1. Table 3 Fuel greasiness of the exhaust gas Detecting electrode temperature Td (° C) Energy supplied to the heater (W) bold (λ = 0.898) 708 (= Tdn) 4.78 lean (λ = 1.098) 641 (= Tdl) 3.73

Wie es in Tabelle 3 gezeigt ist, ist bei dem Gassensor-Steuersystem 1 der vorliegenden Ausführungsform die Erfassungselektrodentemperatur Td zum Zeitpunkt, wenn der Innenwiderstand Ri gleich dem Sollwiderstand Rt (= 800 Ω) in der Gegenwart des fetten Kraftstoffabgases EGr wird, 708°C, was die ablagerungsfreie Temperatur Tdn ist, bei der sich kein Kohlenstoff ablagert (die ablagerungsfreie Temperatur Tdn = 708°C).As shown in Table 3, in the gas sensor control system 1 In the present embodiment, the detection electrode temperature Td at the time when the internal resistance Ri becomes equal to the target resistance Rt (= 800 Ω) in the presence of the rich fuel off-gas EGr is 708 ° C, which is the non-deposition temperature Tdn at which no carbon deposits (the deposit-free temperature Tdn = 708 ° C).

Im Gegensatz dazu ist für den Fall, bei dem das Abgas EG das magere Kraftstoffabgas EGl ist, die Erfassungselektrodentemperatur Td (im folgenden als ”Magerzustandstemperatur Tdl” bezeichnet) zum Zeitpunkt, zu dem der Innenwiderstand Ri gleich dem Sollwiderstand Rt (= 880 Ω) ist, 641°C (die Magerzustandstemperatur Tdl = 641°C).In contrast, in the case where the exhaust gas EG is the lean fuel exhaust gas EG1, the detection electrode temperature Td (hereinafter referred to as "lean-state temperature Tdl") at the time when the internal resistance Ri is equal to the target resistance Rt (= 880 Ω) , 641 ° C (the lean-burn temperature Tdl = 641 ° C).

Insbesondere ist die Beziehung zwischen der ablagerungsfreien Tdn und der Magerzustandstemperatur Tdl dieselbe wie jene in der unteren Zeile von Tabelle 2. Die Magerzustandstemperatur Tdl ist geringer als die ablagerungsfreie unterer Grenztemperatur Tdb (etwa 670°C), bei der Kohlenstoff beginnt, sich abzulagern, sofern das Abgas EG das fette Kraftstoffabgas EGr ist. Für den Fall jedoch, wie es oben beschrieben wurde, bei dem das Abgas EG das magere Kraftstoffabgas EGl ist, lagert sich kein Kohlenstoff an der Erfassungselektrode 3N ab, auch wenn die Erfassungselektrodentemperatur Td der Erfassungselektrode 3N kleiner oder gleich der ablagerungsfreien unteren Grenztemperatur Tdb wird.Specifically, the relationship between the deposit-free Tdn and the lean-burn temperature Tdl is the same as that in the lower row of Table 2. The lean-burn temperature Tdl is less than the deposit-free lower limit temperature Tdb (about 670 ° C) at which carbon starts to deposit, as far as the exhaust gas EG is the rich fuel exhaust gas EGr. However, in the case where the exhaust gas EG is the lean fuel exhaust gas EG1 as described above, no carbon is deposited on the detection electrode 3N even if the detection electrode temperature Td of the detection electrode 3N is less than or equal to the deposit-free lower limit temperature Tdb.

Als nächstes wird der Betrieb des Mikroprozessors 10 der Gassensor-Steuervorrichtung 20 des Gassensor-Steuersystems 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.Next is the operation of the microprocessor 10 the gas sensor control device 20 the gas sensor control system 1 according to the present embodiment with reference to 4 described.

Das Flussdiagramm in 4 zeigt den Verlauf der Verarbeitung zum Beziehen der Sensorausgabe Vout, Erfassen des Innenwiderstandes Ri und Steuern der Aktivierung der Heizeinrichtung 4. Die Verarbeitung wird durch eines der Programme realisiert, die von dem Mikroprozessor ausgeführt werden.The flowchart in 4 FIG. 12 shows the progress of the processing for acquiring the sensor output Vout, detecting the internal resistance Ri, and controlling the activation of the heater 4 , The processing is realized by one of the programs executed by the microprocessor.

Zunächst bezieht in Schritt S1 der Mikroprozessor 10 die Sensorausgabe Vout des Gassensors 2 in vorbestimmten Intervallen (wie etwa beispielsweise jedes mal, wenn 20 msek vergangen sind). Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird auf der Basis dieser Sensorausgabe Vout gesteuert. Insbesondere für den Fall, bei dem, wie oben beschrieben, das Erfassungselement 3 auf der Aktivierungstemperatur gehalten wird, erreicht die Sensorausgabe Vout etwa 50 mV, wenn das Abgas EG das magere Kraftstoffabgas EGl ist, und etwa 900 mV, wenn das Abgas EG das fette Kraftstoffabgas EGr ist.First, in step S1, the microprocessor refers 10 the sensor output Vout of the gas sensor 2 at predetermined intervals (such as, for example, every time 20 msec has elapsed). The air-fuel ratio is controlled based on this sensor output Vout. In particular, in the case where, as described above, the detection element 3 is maintained at the activation temperature, the sensor output Vout reaches about 50 mV when the exhaust gas EG is the lean fuel exhaust gas EG1, and about 900 mV when the exhaust gas EG is the rich fuel exhaust gas EGr.

Als nächstens bestimmt in Schritt S2 der Mikroprozessor 10, ob ein Zeitpunkt zum Erfassen des Innenwiderstandes Ri eintritt oder nicht. Da die Erfassung des Innenwiderstandes Ri in Intervallen (wie etwa 500 msek) ausgeführt wird, die länger sind als Intervalle (20 msek) zum Beziehen der Sensorausgabe Vout, bestimmt in Schritt S2 der Mikroprozessor 10, ob dieser Erfassungszeitpunkt eintritt oder nicht. Für den Fall, dass der Erfassungszeitpunkt noch nicht eingetreten ist (Nein), schreitet der Mikroprozessor 10 zu Schritt S4 fort, um so die Aktivierung der Heizeinrichtung 4 zu steuern. Für den Fall, dass daneben der Erfassungszeitpunkt eingetreten ist (Ja), schreitet der Mikroprozessor 10 zu Schritt S3 fort.Next, in step S2, the microprocessor determines 10 Whether or not a timing for detecting the internal resistance Ri occurs. Since the detection of the internal resistance Ri is performed at intervals (such as about 500 msec) longer than intervals (20 msec) for acquiring the sensor output Vout, the microprocessor determines in step S2 10 whether this detection time occurs or not. In the event that the detection time has not yet occurred (No), the microprocessor proceeds 10 to step S4 so as to activate the heater 4 to control. In the event that the detection time has occurred next to it (Yes), the microprocessor proceeds 10 to step S3.

In Schritt S3 bezieht (erfasst) der Mikroprozessor 10 den neuesten Innenwiderstand Ri des Erfassungselementes 3 durch vorübergehendes Ändern des Stroms, der zwischen der Bezugselektrode 3P und der Erfassungselektrode 3N des Erfassungselementes 3 fließt, für die Erfassungszeit TM (= 10,0 msek) durch Verwendung des Impulssignal-Ausgabeschaltkreises 11, des Spannungs-Verschiebeschaltkreises 12 und des Ausgabe-Erfassungsschaltkreises 13.In step S3, the microprocessor relates 10 the latest internal resistance Ri of the sensing element 3 by temporarily changing the current between the reference electrode 3P and the detection electrode 3N of the detection element 3 flows for the detection time TM (= 10.0 msec) by using the pulse signal output circuit 11 , the voltage-shifting circuit 12 and the output detection circuit 13 ,

Als nächstes Schreitet der Mikroprozessor 10 zu Schritt S4 fort, um so die Aktivierungssteuerung (Rückmeldesteuerung) für die Heizeinrichtung 4 derart auszuführen, dass der erfasste Innenwiderstand Ri gleich dem Sollwiderstand Rt wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform führt der Mikroprozessor 10 die Rückmeldesteuerung mit Hilfe desselben Sollwiderstandes Rt (= 800 Ω (= der fette Innenwiderstand Rir)) unabhängig davon aus, ob das Abgas EG das fette Kraftstoffabgas EGr oder das magere Kraftstoffabgas EGl ist. Next, the microprocessor steps 10 to step S4, so as to enable the activation control (feedback control) for the heater 4 such that the detected internal resistance Ri becomes equal to the target resistance Rt. In the present embodiment, the microprocessor performs 10 the feedback control using the same target resistance Rt (= 800 Ω (= the rich internal resistance Rir)) irrespective of whether the exhaust gas EG is the rich fuel exhaust EGr or the lean fuel exhaust EGl.

Wenn, wie in Tabelle 3 gezeigt, das Abgas EG das fette Kraftstoffabgas EGr ist, wird infolgedessen die Erfassungselektrodentemperatur Td derart gesteuert, dass sie 708°C (= ablagerungsfreie Temperatur Tdn) annimmt, was höher ist als die ablagerungsfreie untere Grenztemperatur (etwa 670°C). Wenn daneben das Abgas EG das magere Kraftstoffabgas EGl ist, wird die Erfassungselektrodentemperatur Td derart gesteuert, dass sie 641°C (= die Magerzustandstemperatur Tdl) annimmt, was niedriger als die ablagerungsfreie untere Grenztemperatur Tdb (etwa 670°C) ist, die die Untergrenze des ablagerungsfreien Temperaturbereiches TdnR ist.As a result, as shown in Table 3, when the exhaust gas EG is the rich fuel exhaust gas EGr, the detection electrode temperature Td is controlled to become 708 ° C (deposit free temperature Tdn), which is higher than the deposit-free lower limit temperature (about 670 ° C) C). Besides, when the exhaust gas EG is the lean fuel exhaust gas EG1, the detection electrode temperature Td is controlled to become 641 ° C (= the lean-state temperature Tdl), which is lower than the deposit-free lower limit temperature Tdb (about 670 ° C), which is the lower limit of the deposit-free temperature range TdnR.

Bei Schritt 5, der auf Schritt S4 folgt, bestimmt der Mikroprozessor 10, ob eine Beendigungsanweisung zum Beenden der Heizeinrichtungssteuerung, die von einer ECU (nicht gezeigt) des Fahrzeuges ausgegeben wird, vorhanden ist oder nicht. Für den Fall, dass die Beendigungsanweisung nicht vorhanden ist (Nein), kehrt der Mikroprozessor 10 zu Schritt S1 zurück und startet erneut das Steuerprogramm ab dem Schritt des Beziehens der Sensorausgabe Vout. Für den Fall, dass daneben die Beendigungsanweisung von der ECU vorhanden ist (Ja), beendet der Mikroprozessor 10 die Aktivierungssteuerung für die Heizeinrichtung 4.At step 5 which follows step S4 determines the microprocessor 10 whether or not there is a termination instruction for terminating the heater control output from an ECU (not shown) of the vehicle. In the event that the termination instruction is absent (No), the microprocessor returns 10 to step S1 and starts the control program again from the step of obtaining the sensor output Vout. In the event that the termination instruction from the ECU is present next to it (Yes), the microprocessor stops 10 the activation control for the heater 4 ,

Wie es oben beschrieben wurde, wird gemäß dem Gassensor-Steuersystem 1 der vorliegenden Ausführungsform für den Fall, dass das Abgas EG das fette Kraftstoffabgas EGr ist, infolge der Rückmeldesteuerung der Aktivierung der Heizeinrichtung 4 die Erfassungselektrodentemperatur Td der Erfassungselektrode 3N derart gesteuert, dass die Erfassungselektrodentemperatur Td gleich der vorbestimmten ablagerungsfreien Temperatur Tdn (= 708°C) wird. Somit lagert sich kein Kohlenstoff auf der Erfassungselektrode 3N ab.As described above, according to the gas sensor control system 1 of the present embodiment, in the case where the exhaust gas EG is the rich fuel exhaust gas EGr due to the feedback control of the activation of the heater 4 the detection electrode temperature Td of the detection electrode 3N is controlled so that the detection electrode temperature Td becomes equal to the predetermined non-deposition temperature Tdn (= 708 ° C). Thus, no carbon is deposited on the detection electrode 3N from.

Für den Fall, bei dem daneben das Abgas EG das magere Kraftstoffabgas EGl ist, wird, sofern die Rückmeldesteuerung mit Hilfe desselben Sollwiderstandes Rt (= 800 Ω) ausgeführt wird, wie jener, der verwendet wird, wenn das Abgas das fette Kraftstoffabgas EGr ist, die Steuerung derart ausgeführt, dass die Erfassungselektrodentemperatur Td der Erfassungselektrode 3N im Vergleich zu dem Fall niedriger wird, bei dem das Abgas EG das fette Kraftstoffabgas EGr ist. Für den Fall, bei dem das Abgas EG das magere Kraftstoffabgas EGl ist, das eine hohe Sauerstoffkonzentration hat, lagert sich kein Kohlenstoff an der Erfassungselektrode 3N nicht nur dann ab, wenn die Erfassungselektrodentemperatur Td der Erfassungselektrode 3N in den ablagerungsfreien Temperaturbereich TdnR fällt, in dem sich kein Kohlenstoff in der Gegenwart des fetten Kraftstoffabgases EGr ablagert, sondern auch dann, wenn die Erfassungselektrodentemperatur Td geringer wird als die ablagerungsfreie untere Grenztemperatur Tdb, bei der der Kohlenstoff beginnt, sich abzulagern, wenn das Abgas EG das fette Kraftstoffabgas EGr ist. Da darüber hinaus für den Fall, bei dem das Abgas EG das magere Kraftstoffabgas EGl ist, die Steuerung derart ausgeführt wird, dass die Erfassungselektrodentemperatur Td der Erfassungselektrode 3N abnimmt, nimmt die Menge der elektrischen Energie, die der Heizeinrichtung 4 zugeführt wird ab (siehe Tabelle 3). Somit kann elektrische Energie eingespart werden. Zudem wird die Steuerung mit Hilfe desselben Sollwiderstandes Rt unabhängig davon ausgeführt, ob das Abgas EG das fette Kraftstoffabgas EGr oder das magere Kraftstoffabgas EGl ist. Auf diese Weise wird die Steuerung vereinfacht.Incidentally, in the case where the exhaust gas EG is the lean fuel exhaust gas EG1, if the feedback control is performed by the same target resistance Rt (= 800 Ω) as that used when the exhaust gas is the rich fuel exhaust gas EGr, the control is performed such that the detection electrode temperature Td of the detection electrode 3N becomes lower in comparison with the case where the exhaust gas EG is the rich fuel exhaust gas EGr. In the case where the exhaust gas EG is the lean fuel exhaust gas EG1 having a high oxygen concentration, no carbon is deposited on the detection electrode 3N not only when the detection electrode temperature Td of the detection electrode 3N falls into the deposition-free temperature range TdnR in which no carbon deposits in the presence of the rich fuel off-gas EGr, but also when the detection electrode temperature Td becomes lower than the deposition-free lower limit temperature Tdb at which the carbon starts to deposit when the exhaust gas EG is the rich fuel exhaust EGr. In addition, in the case where the exhaust gas EG is the lean fuel exhaust gas EG1, the control is performed such that the detection electrode temperature Td of the detection electrode 3N decreases, decreases the amount of electrical energy that the heater 4 is supplied (see Table 3). Thus, electrical energy can be saved. In addition, the control is executed by means of the same target resistance Rt regardless of whether the exhaust gas EG is the rich fuel offgas EGr or the lean fuel offgas EG1. In this way the control is simplified.

Wie es oben erläutert wurde, kann die Abscheidung von Kohlenstoff an der Erfassungselektrode 3N durch eine einfache Steuerung verhindert werden und insgesamt elektrische Energie für die Aktivierung der Heizeinrichtung eingespart werden.As explained above, the deposition of carbon at the sensing electrode 3N be prevented by a simple control and a total of electrical energy for the activation of the heater can be saved.

Zudem kann gemäß der Gassensor-Steuervorrichtung 20 der vorliegenden Ausführungsform, wenn der Gassensor 2 gesteuert wird, die Ablagerung von Kohlenstoff an der Erfassungselektrode 3N durch eine einfache Steuerung verhindert werden und eine Einsparung von Energie bei der Aktivierung der Heizeinrichtung realisiert werden.In addition, according to the gas sensor control device 20 the present embodiment, when the gas sensor 2 controlled, the deposition of carbon at the detection electrode 3N be prevented by a simple control and a saving of energy in the activation of the heater can be realized.

Wenn zudem der Gassensor 2 mit dem Verfahren zum Steuern des Gassensors 2 gesteuert wird, das in der vorliegenden Ausführungsform dargestellt ist, kann die Ablagerung von Kohlenstoff an der Erfassungselektrode 3N durch eine einfache Steuerung verhindert werden und eine Energieeinsparung bei der Aktivierung der Heizeinrichtung realisiert werden.In addition, if the gas sensor 2 with the method of controlling the gas sensor 2 can be controlled, which is shown in the present embodiment, the deposition of carbon on the detection electrode 3N be prevented by a simple control and energy savings in the activation of the heater can be realized.

Weiterhin sind bei dem Gassensor-Steuersystem 1 der vorliegenden Ausführungsform die Erfassungszeit TM und der Sollwiderstand Rt auf entsprechende Werte (TM = 10,0 msek, Rt = 800 Ω) eingestellt, die derart bestimmt sind, dass die Magerzustandstemperatur Tdl zu einer Temperatur (641°C bei dem vorliegenden Beispiel) wird, die geringer ist als der ablagerungsfreie Temperaturbereich TdnR (die ablagerungsfreie untere Grenztemperatur Tdb, die die Untergrenze des Bereiches ist). Durch Ausführen der Rückmeldesteuerung mit Hilfe der Erfassungszeit TM und des Sollwiderstandes, der wie oben beschrieben bestimmt wird, ist es möglich, die elektrische Energie zu verringern, die der Heizeinrichtung 4 zugeführt wird, während eine Abscheidung von Kohlenstoff an der Erfassungselektrode 3N in der Gegenwart des fetten Kraftstoffabgases EGr verhindert wird. Als Ergebnis kann elektrische Energie wirkungsvoller eingespart werden. Furthermore, in the gas sensor control system 1 In the present embodiment, the detection time TM and the target resistance Rt are set to corresponding values (TM = 10.0 msec, Rt = 800 Ω) determined such that the lean-state temperature Tdl becomes a temperature (641 ° C in the present example) which is lower than the deposition-free temperature range TdnR (the deposit-free lower limit temperature Tdb which is the lower limit of the range). By carrying out the feedback control using the detection time TM and the target resistance determined as described above, it is possible to reduce the electric power of the heater 4 while depositing carbon at the sensing electrode 3N is prevented in the presence of the rich fuel offgas EGr. As a result, electric power can be saved more effectively.

Weiterhin ist bei dem Gassensor-Steuersystem 1 der vorliegenden Ausführungsform die Erfassungszeit TM auf einen Wert (TM = 10,0 msek) eingestellt, der derart bestimmt ist, dass der Unterschied zwischen der ablagerungsfreien Temperatur Tdn, die in Gegenwart des fetten Kraftstoffabgases gesteuert wird, und der Magerzustandstemperatur Tdl 10°C oder mehr wird (708°C – 641°C = 67°C bei dem vorliegenden Beispiel). Wenn das Abgas das fette Kraftstoffabgas ist, wird infolgedessen die Erfassungselektrodentemperatur Td auf die ablagerungsfreie Temperatur Tdn (= 708°C) gesteuert, bei der sich kein Kohlenstoff ablagert, und wenn das Abgas das magere Kraftstoffabgas ist, kann die Magerzustandstemperatur Tdl ausreichend niedriger abgesenkt werden als die ablagerungsfreie Temperatur Tdn. Als Ergebnis kann die elektrische Energie, die der Heizeinrichtung 4 zugeführt wird, weiter verringert werden, wodurch zusätzlich Energie eingespart werden kann.Furthermore, in the gas sensor control system 1 In the present embodiment, the detection time TM is set to a value (TM = 10.0 msec) determined such that the difference between the deposit-free temperature Tdn controlled in the presence of the rich fuel off-gas and the lean-burn temperature Tdl is 10 ° C or becomes more (708 ° C - 641 ° C = 67 ° C in the present example). As a result, when the exhaust gas is the rich fuel off-gas, the detection electrode temperature Td is controlled to the non-deposition temperature Tdn (= 708 ° C) at which no carbon deposits, and when the exhaust gas is the lean fuel exhaust gas, the lean-state temperature Tdl can be lowered sufficiently lower as the deposit-free temperature Tdn. As a result, the electrical energy that the heater 4 is supplied, can be further reduced, whereby additional energy can be saved.

Insbesondere entsprechen bei der vorliegenden Ausführungsform von den Elementen der Gassensor-Steuervorrichtung der Impulssignal-Ausgabeschaltkreis 11, der Spannungs-Verschiebeschaltkreis 12, der Ausgabe-Erfassungsschaltkreis 13 und der Mikroprozessor 10, der den Schritt S3 ausführt, der Innenwiderstands-Erfassungseinrichtung. Zudem entsprechen von den Elementen der Gassensor-Steuervorrichtung 20 der Heizeinrichtungs-Steuerschaltkreis 14 und der Mikroprozessor 10, der den Schritt S3 ausführt, der Heizeinrichtungs-Aktivierungssteuereinrichtung. Weiterhin entsprechen bei der vorliegenden Ausführungsform die Schritte, die von dem Mikroprozessor 10 für die Rückmeldesteuerung der Aktivierung der Heizeinrichtung 4 ausgeführt werden, so dass der erfasste Innenwiderstand Ri gleich dem Sollwiderstand Rt wird (d. h. die Schritte S3 und S4, die von dem Mikroprozessor ausgeführt werden), dem Heizeinrichtungs-Aktivierungssteuerschritt.In particular, in the present embodiment, the elements of the gas sensor control device correspond to the pulse signal output circuit 11 , the voltage shift circuit 12 , the output detection circuit 13 and the microprocessor 10 performing the step S3 of the internal resistance detecting means. In addition, of the elements of the gas sensor control device correspond 20 the heater control circuit 14 and the microprocessor 10 performing the step S3, the heater activation control means. Furthermore, in the present embodiment, the steps taken by the microprocessor correspond 10 for the feedback control of activation of the heater 4 so that the detected internal resistance Ri becomes equal to the target resistance Rt (ie, the steps S3 and S4 performed by the microprocessor), the heater activation control step.

Wenngleich die vorliegende Erfindung auf der Basis des Gassensor-Steuersystems 1 der Ausführungsform beschrieben wurde, erübrigt es sich zu sagen, dass die vorliegende Ausführungsform nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt ist und für die Anwendung frei abgeändert werden kann, ohne von dem Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.Although the present invention is based on the gas sensor control system 1 of the embodiment, it is needless to say that the present embodiment is not limited to the embodiment described above and can be freely changed for the application without departing from the scope of the present invention.

Beispielsweise wird bei der oben beschriebenen Ausführungsform durch Zuführen eines Stromes I zu dem Erfassungselement 3 durch das Umschaltelement Tr und den Bezugswiderstand, der den Widerstand R1 hat, unter Verwendung des Impulssignal-Ausgabeschaltkreises 11 und des Spannungs-Verschiebeschaltkreises 12 (siehe 12) der Strom, der zwischen der Bezugselektrode 3P und der Erfassungselektrode 3N des Erfassungselementes 3 fließt, vorübergehend von etwa null auf I geändert, wodurch der Innenwiderstand Ri erfasst wird. Die Ausführungsform kann jedoch derart konfiguriert sein, dass sie den Innenwiderstand Ri durch vorübergehendes Ändern der Spannung (der Sensorausgabe Vout) zwischen der Bezugselektrode 3P und der Erfassungselektrode 3N des Erfassungselementes 3 erfasst, indem ein Schaltkreis verwendet wird, der vorübergehend eine externe Spannung an die Bezugselektrode 3P des Erfassungselementes 3 anlegt (beispielsweise ein Schaltkreis, der die Stromversorgungsspannung Vcc über ein Amperemeter anstelle des Bezugswiderstandes (Bezugswiderstandswert R1) des Spannungs-Verschiebeschaltkreises 12 anlegt).For example, in the embodiment described above, by supplying a current I to the detection element 3 by the switching element Tr and the reference resistance having the resistor R1 using the pulse signal output circuit 11 and the voltage shifting circuit 12 (please refer 12 ) the current flowing between the reference electrode 3P and the detection electrode 3N of the detection element 3 flows, temporarily changed from about zero to I, whereby the internal resistance Ri is detected. However, the embodiment may be configured to compensate the internal resistance Ri by temporarily changing the voltage (the sensor output Vout) between the reference electrode 3P and the detection electrode 3N of the detection element 3 detected by using a circuit that temporarily applies an external voltage to the reference electrode 3P of the detection element 3 applies (for example, a circuit which the power supply voltage Vcc via an ammeter in place of the reference resistance (reference resistance value R1) of the voltage-shifting circuit 12 applies).

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Gassensor-SteuersystemGas sensor control system
22: Gassensor (Sauerstoffsensor)Gas sensor (oxygen sensor)
33: Erfassungselementsensing element
3N3N: Erfassungselektrodesensing electrode
3P3P: Bezugselektrodereference electrode
44: Heizeinrichtungheater
EGEC: Abgasexhaust
EGrEGr: fettes Kraftstoffabgasrich fuel offgas
EGleGl: mageres Kraftstoffabgaslean fuel gas
AR AR: Bezugsatmosphärereference atmosphere
RiRi: Innenwiderstandinternal resistance
RtRt: Sollwiderstandtarget resistance
VoutVout: Sensorausgabesensor output
II: Stromelectricity
1010: Mikroprozessormicroprocessor
1111: Impulssignal-Ausgabeschaltkreis (Innenwiderstands-Erfassungseinrichtung)Pulse signal output circuit (internal resistance detector)
1212: Spannungs-Verschiebeschaltkreis (Innenwiderstands-Erfassungseinrichtung)Voltage shift circuit (internal resistance detector)
1313: Ausgabe-Erfassungsschaltkreis (Innenwiderstands-Erfassungseinrichtung)Output detection circuit (internal resistance detector)
1414: Heizeinrichtungs-Steuerschaltkreis (Heizungs-Aktivierungssteuereinrichtung)Heater control circuit (heater activation controller)
2020: Gassensor-SteuervorrichtungGas sensor control device
S3S3: Innenwiderstands-ErfassungseinrichtungInternal resistance detecting means
S4S4: Heizungs-AktivierungssteuereinrichtungHeating activation controller
S3, S4S3, S4: Heizungs-AktivierungssteuerschrittHeating activation control step

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

JP 2013-190296 [0006]

Claims

Gas sensor control system ( 1 ), which has a gas sensor ( 2 ) comprising a detection element ( 3 ) and a heating device ( 4 ) for heating the detection element ( 3 ), and that the gas sensor ( 2 ), wherein the detection element ( 3 ) consists of an oxygen-ion-conductive solid electrolyte body and a detection electrode ( 3N ) exposed to exhaust gas (EG) and a reference electrode ( 3P ) which is exposed to a reference atmosphere (AR), wherein the gas sensor control system ( 1 ) comprises: an internal resistance detection device ( 11 . 12 . 13 , S3) for detecting an internal resistance (Ri) of the detection element ( 3 ) between the detection electrode ( 3N ) and the reference electrode ( 3P ) by temporarily changing the voltage (Vout) between the detection electrode ( 3N ) and the reference electrode ( 3P ) of the detection element ( 3 ) and / or a current (I) which is between the electrodes ( 3P . 3N ) flows for a predetermined detection time (TM); and a heater activation control device ( 14 , S4) for the feedback control of activation of the heater ( 4 ), so that the internal resistance (Ri) becomes equal to the target resistance (Rt), the detection time (TM) being longer than 1.0 msec. is; the target resistance (Rt) is set to a rich internal resistance (Rir) which is the internal resistance (Ri) detected in the presence of the rich fuel off-gas (EGr) when a detection electrode temperature (Td) of the detection electrode (R) 3N ) of the detection element ( 3 ) is a predetermined deposit-free temperature (Tdn) at which carbon contained in the exhaust gas (EG) does not get to the detection electrode (T) 3N ) deposits; and the heater activation control device ( 14 , S4) executes the feedback control using the target resistance (Rt) regardless of whether the exhaust gas (EG) is the rich fuel off-gas (EGr) or the lean fuel off-gas (EGl).

Gas sensor control system ( 1 ) according to claim 1, wherein when a range of the detection electrode temperature (Td) in which carbon contained in the exhaust gas (EG) does not exist on the detection electrode (T) 3N ) in the presence of the rich fuel off-gas (EGr) is defined as a deposition-free temperature range (TdnR), and the detection electrode temperature (Td) at the time when the internal resistance (Ri) becomes equal to the target resistance (Rt) in the presence of the lean fuel exhaust gas ( EG1) is defined as a lean-state temperature (Tdl), the detection time (TM) and the target resistance (Rt) are set to corresponding values set such that the lean-state temperature (Tdl) becomes a temperature lower than the non-deposition temperature range (TdnR).

Gas sensor control system ( 1 ) according to claim 2, wherein the detection time (TM) is set to a value determined such that the difference between the non-deposition temperature (Tdn) and the lean-state temperature (Tdl) becomes 10 ° C or greater.

Gas sensor control device ( 20 ), a gas sensor ( 2 ), which controls a detection element ( 3 ) and a heating device ( 4 ) for heating the detection element ( 3 ), wherein the detection element ( 3 ) consists of an oxygen-ion-conductive solid electrolyte body and a detection electrode ( 3N ) exposed to exhaust gas (EG) and a reference electrode ( 3P ), which is exposed to a reference atmosphere (AR), the gas sensor control device ( 20 ) comprises: an internal resistance detection device ( 11 . 12 . 13 , S3) for detecting an internal resistance (Ri) of the detection element ( 3 ) between the detection electrode ( 3N ) and the reference electrode ( 3P ) by temporarily changing the voltage (Vout) between the detection electrode ( 3N ) and the reference electrode ( 3P ) of the detection element ( 3 ) and / or a current (I) which is between the electrodes ( 3P . 3N ) flows for a predetermined detection time (TM); and a heater activation control device ( 14 , S4) for the feedback control of activation of the heater ( 4 ), so that the internal resistance (Ri) becomes equal to the target resistance (Rt), the detection time being longer than 1.0 msec. is; the target resistance (Rt) is set to a rich internal resistance (Rir) which is the internal resistance (Ri) detected in the presence of the rich fuel off-gas (EGr) when a detection electrode temperature (Td) of the detection electrode (R) 3N ) of the detection element ( 3 ) is a predetermined deposit-free temperature (Tdn) at which carbon contained in the exhaust gas (EG) does not get to the detection electrode (T) 3N ) deposits; and the heater activation control device ( 14 , S4) executes the feedback control using the target resistance (Rt) regardless of whether the exhaust gas (EG) is the rich fuel off-gas (EGr) or the lean fuel off-gas (EGl).

Gas sensor control method for controlling a gas sensor ( 2 ), which is a detection element ( 3 ) and a heating device ( 4 ) for heating the detection element ( 3 ), wherein the detection element ( 3 ) consists of an oxygen-ion-conductive solid electrolyte body and a detection electrode ( 3N ) exposed to exhaust gas (EG) and a reference electrode ( 3P ) which is exposed to a reference atmosphere (AR), the gas sensor control method comprising: a heater activation control step (S3, S4) for the feedback control of activation of the heater (FIG. 4 ), so that an internal resistance (Ri) of the detection element ( 3 ) between the detection electrode ( 3N ) and the reference electrode ( 3P ) becomes equal to a target resistance (Rt), whereby the internal resistance (Ri) is detected by temporarily applying a voltage (Vout) between the detection electrode (R) 3N ) and the reference electrode ( 3P ) of the detection element ( 3 ) and / or a current flowing between the electrodes ( 3P . 3N ) is changed for a predetermined detection time (TM), the detection time (TM) being longer than 1.9 msec. is; the target resistance (Rt) is set to a rich internal resistance (Rir) which is the internal resistance (Ri) detected in the presence of the rich fuel off-gas (EGr) when a detection electrode temperature (Td) of the detection electrode (R) 3N ) of the detection element ( 3 ) is a predetermined deposit-free temperature (Tdn) at which carbon contained in the exhaust gas (EG) does not get to the detection electrode (T) 3N ) deposits; and at the heater activation control step (S3, S4), the feedback control is executed by means of the target resistance (Rt) regardless of whether the exhaust gas (EG) is the rich fuel off-gas (EGr) or lean fuel off-gas (EG1).