DE102017112539A1

DE102017112539A1 - Steuervorrichtung für Abgassensor

Info

Publication number: DE102017112539A1
Application number: DE102017112539.6A
Authority: DE
Inventors: Go Hayashita; Koji Ide; Yasushi Ono
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-06-14
Filing date: 2017-06-07
Publication date: 2017-12-14
Also published as: US10753297B2; JP6451697B2; US20170356378A1; DE102017112539A9; JP2017223519A

Abstract

Eine Steuervorrichtung eines Abgassensors 10 weist auf: einen Heizeinrichtungssteuerteil 80b, der dafür ausgelegt ist, eine Solltemperatur einer elektrochemischen Zelle 51 einzustellen und eine Heizeinrichtung 55 so zu steuern, dass die Temperatur der elektrochemischen Zelle 51 die Solltemperatur wird, und einen Beurteilungsteil 80c, der dafür ausgelegt ist, zu beurteilen, ob eine Wasserabstoßung einer Schutzschicht 60 abnimmt, wenn der Heizeinrichtungssteuerteil die Solltemperatur auf eine Temperatur einstellt, die mindestens so hoch ist wie eine niedrigste Temperatur, bei der ein Leidenfrost-Phänomen an einer Außenfläche der Schutzschicht auftritt. Der Heizeinrichtungssteuerteil ist dafür ausgelegt, die Solltemperatur zu erhöhen, wenn der Beurteilungsteil urteilt, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht abnimmt.

Description

Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen Abgassensor.
Technischer Hintergrund
Die Anordnung eines Abgassensors in einer Abgasleitung eines Verbrennungsmotors, um eine bestimmte Komponente im Abgas zu erfassen, ist bereits bekannt (siehe zum Beispiel PLTs 1 bis 3). Der in PLT 1 beschriebene Abgassensor ist mit einem Elementkörper, der mit einer elektrochemischen Zelle versehen ist, und einer auf der Außenfläche des Elementkörpers ausgebildeten Schutzschicht aus poröser Keramik versehen. Der Abgassensor ist so an einem Abgasrohr befestigt, dass er dem Abgas ausgesetzt ist. Ein Teil des Abgases gelangt durch die Schutzschicht und strömt in das Innere des Elementkörpers. Ferner ist der Abgassensor mit einer Heizeinrichtung versehen, um den Elementkörper zu erwärmen, so dass die elektrochemische Zelle eine vorgegebene Betriebstemperatur erreicht oder überschreitet.
Was dies betrifft, so kondensiert Wasserdampf im Abgas, wenn die Temperatur des Abgasrohrs höchstens so hoch ist wie die Taupunkttemperatur des Wassers, und es entsteht Kondenswasser. Wenn sich Kondenswasser in der Abgasleitung befindet, treffen Kondenswassertropfen zusammen mit dem Abgas auf die Schutzschicht des Abgassensors. Wenn die Schutzschicht nicht wasserabstoßend ist, dringen die Wassertropfen, die auf die Schutzschicht treffen, in das Innere der Schutzschicht ein. Wenn die Temperatur der Schutzschicht aufgrund der Erwärmung durch die Heizeinrichtung hoch ist, verdampfen die Wassertropfen, die in die Schutzschicht eindringen, innerhalb der Schutzschicht. Infolgedessen erleiden die Schutzschicht und der Elementkörper einen Wärmeschock und es kann sein, dass der Elementkörper und das Element des Abgassensors Risse bekommen.
PLT 1 beschreibt daher, wie durch die Nutzung des Leidenfrost-Phänomens, um die Schutzschicht des Abgassensors wasserabstoßend zu machen, verhindert werden kann, dass das Element des Abgassensors Risse bekommt. Das „Leidenfrost-Phänomen” ist das Phänomen, wo beim Auftreffen von Wassertropfen auf einer heißen Schutzschicht eine Schicht aus Wasserdampf zwischen der Schutzschicht und den Wassertropfen gebildet wird, wodurch die Übertragung von Wärme zwischen der Schutzschicht und den Wassertropfen unterdrückt wird. Wenn das Leidenfrost-Phänomen auftritt, werden die Wassertropfen von der Schutzschicht abgestoßen und somit wird Wasser daran gehindert, in die Schutzschicht einzudringen.
Liste der Entgegenhaltungen
Patentliteratur

PLT 1. Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2009-529691A
PLT 2. Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2000-193635A
PLT 3. Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2006-322389A

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Wenn sich jedoch Ruß an der Schutzschicht anlagert, der Abgassensor an Funktionsfähigkeit verliert usw., nimmt die Wärmeleitfähigkeit der Schutzschicht ab. Infolgedessen kann das Leidenfrost-Phänomen weniger leicht auftreten und die Wasserabstoßung der Schutzschicht nimmt ab. Wenn die Wasserabstoßung der Schutzschicht abnimmt, durchdringt ein Teil der Wassertropfen, die auf die Schutzschicht treffen, die Schutzschicht. Wenn der Grad, in dem die Wasserabstoßung der Schutzschicht abnimmt, größer wird, wird die Wassermenge, die durch die Schutzschicht dringt, größer und das Element des Abgassensors wird rissanfällig.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung einer Steuervorrichtung für einen Abgassensor, die in der Lage ist, zu verhindern, dass ein Abgassensor wegen einer Bedeckung mit Wasser reißt, auch wenn die Wasserabstoßung der Schutzschicht des Abgassensors abnimmt.
Lösung des Problems
Um das genannte Problem zu lösen, wird in einem ersten Aspekt eine Steuervorrichtung für einen Abgassensor angegeben, die einen in einer Abgasleitung eines Verbrennungsmotors angeordneten Abgassensor steuert und eine bestimmte Komponente im Abgas erfasst, wobei der Abgassensor aufweist: einen Elementkörper, der mit einer elektrochemischen Zelle versehen ist, eine Schutzschicht aus poröser Keramik, die auf einer Außenfläche des Elementkörpers ausgebildet ist, und eine Heizeinrichtung, die den Elementkörper und die Schutzschicht erwärmt, wobei die Steuervorrichtung aufweist: einen Heizeinrichtungssteuerteil, der dafür ausgelegt ist, eine Solltemperatur der elektrochemischen Zelle einzustellen und die Heizeinrichtung so zu steuern, dass eine Temperatur der elektrochemischen Zelle die Solltemperatur wird, und einen Beurteilungsteil, der dafür ausgelegt ist, zu beurteilen, ob eine Wasserabstoßung der Schutzschicht abnimmt, wenn der Heizeinrichtungssteuerteil die Solltemperatur auf eine Temperatur einstellt, die mindestens so hoch ist wie die niedrigste Temperatur, bei der das Leidenfrost-Phänomen an einer Außenfläche der Schutzschicht auftritt, und wobei der Heizeinrichtungssteuerteil dafür ausgelegt ist, die Solltemperatur zu erhöhen, wenn der Beurteilungsteil urteilt, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht abnimmt.
In einem zweiten Aspekt, der vom ersten Aspekt abhängt, ist der Beurteilungsteil dafür ausgelegt, den Grad zu beurteilen, in dem die Wasserabstoßung der Schutzschicht abnimmt, und der Heizeinrichtungssteuerteil ist dafür ausgelegt, einen Betrag, über den die Solltemperatur erhöht wird, mehr zu erhöhen, wenn der Grad, in dem die Wasserabstoßung der Schutzschicht abnimmt, relativ groß ist, als wenn der Grad, in dem die Wasserabstoßung der Schutzschicht abnimmt, relativ klein wäre.
In einem dritten Aspekt, der vom ersten oder vom zweiten Aspekt abhängt, ist der Heizeinrichtungssteuerteil dafür ausgelegt, die Solltemperatur so zu erhöhen, dass eine Temperatur der Außenfläche der Schutzschicht mindestens so hoch wird wie eine Temperatur, bei der Ruß verbrennt, wenn der Beurteilungsteil urteilt, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht abnimmt.
In einem vierten Aspekt, der vom dritten Aspekt abhängt, bringt der Heizeinrichtungssteuerteil die Solltemperatur nach einem Neustart des Verbrennungsmotors auf einen Wert vor einer Erhöhung zurück, wenn der Beurteilungsteil nicht urteilt, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht seit der ersten Erhöhung der Solltemperatur nach dem Starten des Verbrennungsmotors bis zum Anhalten des Verbrennungsmotors erneut abgenommen hat, und wenn der Beurteilungsteil urteilt, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht seit der ersten Erhöhung der Solltemperatur nach dem Starten des Verbrennungsmotors bis zum Anhalten des Verbrennungsmotors erneut abgenommen hat, erhöht der Heizeinrichtungssteuerteil die Solltemperatur weiter und hält die Solltemperatur nach einem Neustart des Verbrennungsmotors auf dem Wert nach der Erhöhung.
In einem fünften Aspekt, der von einem vom ersten bis vierten Aspekt abhängt, ist der Heizeinrichtungssteuerteil dafür ausgelegt, die Solltemperatur auf eine Temperatur einzustellen, die niedriger ist als die niedrigste Temperatur, oder die Heizeinrichtung auszuschalten, wenn eine mehrmalige Erhöhung der Solltemperatur bewirkt, dass die Solltemperatur eine vorgegebene Temperaturobergrenze überschreitet.
In einem sechsten Aspekt, der von einem vom ersten Aspekt bis fünften Aspekt abhängt, weist die Steuervorrichtung ferner einen Abgasrohrtemperaturbestimmungsteil auf, der dafür ausgelegt ist, eine Temperatur eines Abgasrohrs in der Umgebung des Abgassensors zu bestimmen, und nachdem die Temperatur des Abgasrohrs, die vom Abgasrohrtemperaturbestimmungsteil bestimmt wird, eine vorgegebene Temperatur erreicht hat, die mindestens so hoch ist wie eine Taupunkttemperatur, beurteilt der Beurteilungsteil nicht, ob die Wasserabstoßung der Schutzschicht abnimmt, und der Heizeinrichtungssteuerteil stellt die Solltemperatur auf eine vorgegebene Betriebstemperatur ein.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Steuervorrichtung für einen Abgassensor angegeben, die in der Lage ist zu verhindern, dass ein Abgassensor wegen einer Bedeckung mit Wasser reißt, auch wenn die Wasserabstoßung der Schutzschicht des Abgassensors abnimmt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Ansicht, die schematisch einen Verbrennungsmotor zeigt, in dem eine Steuervorrichtung für einen Abgassensor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Gemischzusammensetzungssensors.
3 ist eine Querschnittsdarstellung eines Sensorelements eines Gemischzusammensetzungssensors entlang der Linie A-A von 2.
4 ist ein Graph, der eine Region zeigt, wo das Leidenfrost-Phänomen auftritt, wenn eine Oberflächentemperatur und eine Wärmeleitfähigkeit einer Schutzschicht geändert werden.
5 ist ein Blockschema, das schematisch die Gestaltung einer Steuervorrichtung für einen Abgassensor usw. gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist ein schematisches Zeitdiagramm einer Motorlast, einer Wasserabstoßung der Schutzschicht und einer Solltemperatur einer Sensorzelle, nachdem ein Verbrennungsmotor gestartet worden ist.
7 ist ein Ablaufschema, das eine Steuerroutine einer Verarbeitung für eine Anomaliebeurteilung in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist ein Ablaufschema, das eine Steuerroutine einer Verarbeitung zur Einstellung einer Solltemperatur in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist ein Kennfeld, das die Beziehung zeigt zwischen einem Betrag, über den eine Temperatur einer Sensorzelle abnimmt, und einem Grad, in dem eine Wasserabstoßung der Schutzschicht abnimmt.
10 ist ein Kennfeld, das die Beziehung zeigt zwischen einem Erhöhungsbetrag einer Solltemperatur einer Sensorzelle und einem Grad, in dem eine Wasserabstoßung einer Schutzschicht abnimmt.
11 ist ein Ablaufschema, das eine Steuerroutine einer Verarbeitung für eine Anomaliebeurteilung in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
12 ist ein Ablaufschema, das eine Steuerroutine einer Verarbeitung zur Einstellung einer Solltemperatur in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
13 ist ein schematisches Zeitdiagramm der Temperatur einer Sensorzelle, die von einem Zellentemperaturerfassungsteil erfasst wird, wenn die Wasserabstoßung der Schutzschicht abnimmt.
14 ist ein Ablaufschema, das eine Steuerroutine einer Verarbeitung für eine Anomaliebeurteilung in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
15 ist ein Blockschema, das schematisch die Gestaltung einer Steuervorrichtung für einen Abgassensor usw. gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
16 ist ein Ablaufschema, das eine Steuerroutine einer Verarbeitung für eine Anomaliebeurteilung in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
17 ist ein Ablaufschema, das eine Steuerroutine einer Verarbeitung für eine Anomaliebeurteilung in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
18 ist ein Ablaufschema, das eine Steuerroutine einer Verarbeitung für eine Anomaliebeurteilung in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
19 ist ein Blockschema, das schematisch die Gestaltung einer Steuervorrichtung für einen Abgassensor usw. gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
20 ist eine Ansicht, die schematisch einen Verbrennungsmotor zeigt, in dem eine Steuervorrichtung für einen Abgassensor gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
21 ist ein Kennfeld, das die Beziehung zwischen einer abgelaufenen Zeit und einer kumulativen Luftmenge und einer Temperatur eines Abgasrohrs zeigt.
22 ist ein schematisches Zeitdiagramm einer Motorlast, einer Temperatur eines Abgasrohrs in der Umgebung eines Sensors, einer Wasserabstoßung einer Schutzschicht und einer Solltemperatur einer Sensorzelle, nachdem ein Verbrennungsmotor gestartet worden ist.
23 ist ein Ablaufschema, das eine Steuerroutine einer Verarbeitung für eine Anomaliebeurteilung in der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
24 ist ein Ablaufschema, das eine Steuerroutine einer Verarbeitung zur Einstellung einer Solltemperatur in der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
25 ist ein Ablaufschema, das eine Steuerroutine einer Verarbeitung für eine Anomaliebeurteilung in einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
26 ist ein Ablaufschema, das die Steuerroutine einer Verarbeitung zur Einstellung einer Solltemperatur in einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich erläutert. Man beachte, dass in der folgenden Erläuterung ähnlichen Bauteilen gleiche Bezugszeichen zugeordnet werden.
<Erste Ausführungsform>
Zunächst wird unter Bezugnahme auf 1 bis 8 eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
<Erläuterung des Verbrennungsmotors als Ganzes>
1 ist eine Ansicht, die schematisch einen Verbrennungsmotor 1 zeigt, in dem eine Steuervorrichtung für einen Abgassensor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Der in 1 gezeigte Verbrennungsmotor 1 ist ein kompressionsgezündeter Verbrennungsmotor (Dieselmotor). Der Verbrennungsmotor 1 wird beispielsweise in einem Fahrzeug eingebaut.
Wie in 1 dargestellt ist, ist der Verbrennungsmotor 1 mit einem Motorkörper 100, einer Brennkammer 2 für jeden Zylinder, einer elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzdüse 3, die Kraftstoff in die einzelnen Brennkammern 2 einspritzt, einem Ansaugkrümmer 4 und einem Abgaskrümmer 5 ausgestattet. Der Ansaugkrümmer 4 ist über ein Ansaugrohr 6 mit einem Auslass eines Verdichters 7a eines Turboladers 7 verbunden. Ein Einlass des Verdichters 7a ist über das Ansaugrohr 6 mit einem Luftreiniger 8 verbunden. Innerhalb des Ansaugrohrs 6 ist eine von einem Schrittmotor angetriebene Drosselklappe 9 angeordnet. Ferner ist in der Umgebung des Ansaugrohrs 6 eine Kühlvorrichtung 13 zum Kühlen der Ansaugluft, die durch das Innere der Ansaugleitung 6 strömt, angeordnet. In dem in 1 gezeigten Verbrennungsmotor 1 wird Motorkühlwasser in das Innere der Kühlvorrichtung 13 geführt und kühlt die Ansaugluft. Der Ansaugkrümmer 4 und das Ansaugrohr 6 bilden eine Ansaugleitung, die Luft in das Innere der einzelnen Brennkammern 2 führt.
Andererseits ist der Abgaskrümmer 5 über ein Abgasrohr 27 mit einem Einlass einer Turbine 7b des Turboladers 7 verbunden. Der Auslass der Turbine 7b ist über das Abgasrohr 27 mit einem Gehäuse 29 verbunden, in dem ein Abgasreinigungskatalysator 28 untergebracht ist. Der Abgaskrümmer 5 und das Abgasrohr 27 bilden eine Abgasleitung, die Abgas ausführt, das durch Verbrennen der Luft-Kraftstoff-Mischung in den einzelnen Brennkammern 2 erzeugt wird. Der Abgasreinigungskatalysator 28 ist beispielsweise ein NO_x-Reduktionskatalysator des selektiv reduzierenden Katalysatortyps (SCR-Katalysator) oder ein NO_x-Speicherungs- und -Reduktionskatalysator zum Entfernen des NO_x im Abgas durch Reduzierung. Ferner können zur Verringerung von Feinstaub (PM) im Abgas ein Oxidationskatalysator, ein Dieselpartikelfilter (DPF) usw. innerhalb der Abgasleitung angeordnet sein.
Der Abgaskrümmer 5 und der Ansaugkrümmer 4 sind über eine Abgasrückführleitung 14 (nachstehend als „AGR”-Leitung bezeichnet) verbunden. Innerhalb der AGR-Leitung 14 ist ein elektronisch gesteuertes AGR-Steuerventil 15 angeordnet. Ferner ist in der Umgebung der AGR-Leitung 14 eine AGR-Kühleinrichtung 20 zum Kühlen des durch das Innere der AGR-Leitung 14 strömenden AGR-Gases angeordnet. In der in 1 gezeigten Ausführungsform wird das Motorkühlwasser in das Innere der AGR-Kühlvorrichtung 20 geführt und kühlt das AGR-Gas.
Der Kraftstoff wird von einer elektronisch gesteuerten Kraftstoffpumpe 19 mit variabler Fördermenge aus einem Kraftstofftank 33 durch ein Kraftstoffrohr 34 in das Innere einer Common Rail 18 geliefert. Der Kraftstoff, der in das Innere der Common Rail 18 geliefert wird, wird durch die einzelnen Kraftstoffzulieferrohre 17 zu den einzelnen Kraftstoffeinspritzdüsen 3 geliefert.
Die verschiedenen Steuerroutinen des Verbrennungsmotors 1 werden von der elektronischen Steuereinheit (ECU) 80 durchgeführt. Die ECU 80 besteht aus einem digitalen Rechner, der mit Komponenten versehen ist, die über einen bidirektionalen Bus 81 untereinander verbunden sind, beispielsweise mit einem ROM (Nur-Lese-Speicher) 82, einem RAM (einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff) 83, einer CPU (einem Mikroprozessor) 84, einem Eingabeport 85 und einem Ausgabeport 86. Ausgaben eines Lastsensors 101 und eines Luftströmungsmessers 102 werden über entsprechende AD-Wandler 87 in den Eingabeport 85 eingegeben. Andererseits ist der Ausgabeport 86 über entsprechende Antriebsschaltungen 88 mit den Kraftstoffeinspritzdüsen 3, dem Schrittmotor zum Antreiben der Drosselklappe, dem AGR-Steuerventil 15 und einer Kraftstoffpumpe 19 verbunden.
Der Lastsensor 101 erzeugt eine Ausgangsspannung, die proportional ist zu einem Betrag, über den ein Gaspedal 120 niedergedrückt wird. Daher erfasst der Lastsensor 101 die Motorlast. Der Luftströmungsmesser 102 ist innerhalb der Ansaugleitung zwischen dem Luftreiniger 8 und dem Verdichter 7a angeordnet und erfasst die Luftmenge, die durch das Innere des Ansaugrohrs 6 strömt. Ferner ist ein Kurbelwinkelsensor 108, der jedes Mal, wenn die Kurbelwelle über beispielsweise 15° rotiert, einen Ausgabeimpuls erzeugt, mit dem Eingabeport 85 verbunden. Der Kurbelwinkelsensor 108 wird verwendet, um die Motordrehzahl zu erfassen.
Man beachte, dass der Verbrennungsmotor 1 ein fremdgezündeter Verbrennungsmotor mit in den Brennkammern angeordneten Zündkerzen sein kann. Ferner können sich konkrete Gestaltungen des Verbrennungsmotors 1, beispielsweise die Zylinderanordnung, die Gestaltung des Ansaug- und des Abgassystems und das Vorhandensein oder Fehlen eines Turboladers, von der in 1 gezeigten Gestaltung unterscheiden.
<Erläuterung des Gemischzusammensetzungssensors>
In der vorliegenden Ausführungsform ist als Abgassensor, der von der Steuervorrichtung für einen Abgassensor gesteuert wird, ein Gemischzusammensetzungssensor 10 an der Abgasleitung des Verbrennungsmotors 1 angeordnet. Der Gemischzusammensetzungssensor 10 erfasst eine bestimmte Komponente in dem Abgas, das durch die Abgasleitung des Verbrennungsmotors 1 strömt. Genauer erfasst der Gemischzusammensetzungssensor 10 die Konzentration von Sauerstoff im Abgas, um dadurch linear das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bzw. die Gemisch Zusammensetzung des Abgases zu erfassen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Gemischzusammensetzungssensor 10 in Strömungsrichtung des Abgases auf der Seite stromaufwärts vom Abgasreinigungskatalysator 28 in der Abgasleitung angeordnet. Man beachte, dass der Gemischzusammensetzungssensor 10 an einer anderen Stelle in der Abgasleitung angeordnet sein kann, beispielsweise auf der Seite, die in der Strömungsrichtung des Abgases stromabwärts vom Abgasreinigungskatalysator 28 liegt.
Nun wird unter Bezugnahme auf 2 und 3 die Gestaltung des Gemischzusammensetzungssensors 10 erläutert. 2 ist eine vergrößerte Ansicht des Gemischzusammensetzungssensors 10. In 2 ist die Vorderendseite des Gemischzusammensetzungssensors 10 in einer Querschnittsansicht gezeigt. Der Gemischzusammensetzungssensor 10 ist in der solche Lage, dass der vordere Endteil 11 in das Abgasrohr 27 eingeführt ist, am Abgasrohr 27 befestigt. Der Gemischzusammensetzungssensor 10 ist in seinem Inneren mit einem Sensorelement 12 versehen, das eine plattenähnliche Form aufweist.
3 ist eine Querschnittsdarstellung eines Sensorelements 12 des Gemischzusammensetzungssensors 10 entlang der Linie A-A von 2. Wie in 3 gezeigt ist, ist das Sensorelement 12 des Gemischzusammensetzungssensors 10 mit einem Elementkörper 50 versehen, der mit einer Sensorzelle 51 und einer Schutzschicht 60 versehen ist, die an der Außenfläche des Elementkörpers 50 ausgebildet ist.
Der Elementkörper 50 ist mit einer Messgaskammer 30 und einer Bezugsgaskammer 31 versehen. Wenn der Gemischzusammensetzungssensor 10 in der Abgasleitung des Verbrennungsmotors 1 angeordnet ist, wird Abgas, das durch die Abgasleitung strömt, als Messgas in die Messgaskammer 30 eingeführt. Bezugsgas wird in die Bezugsgaskammer 31 eingeführt. Das Bezugsgas ist beispielsweise die Atmosphäre. In diesem Fall ist die Bezugsgaskammer 31 zur Atmosphäre hin offen.
Der Gemischzusammensetzungssensor 10 ist ein Gemischzusammensetzungssensor der geschichteten Art, der aus einer Mehrzahl von aneinander laminierten Schichten besteht. Der Elementkörper 50 ist mit einer festen Elektrolytschicht 40, einer Diffusionsregulierungsschicht 16, einer ersten Sperrschicht 21, einer zweiten Sperrschicht 22 und einer dritten Sperrschicht 23 versehen. Die feste Elektrolytschicht 40 ist ein dünnes Plattenelement, das Oxidionenleitfähigkeit aufweist. Die feste Elektrolytschicht 40 ist beispielsweise ein gesinterter Körper aus ZrO₂ (Zirconium), HfO₂, ThO₂, Bi₂O₃ usw., dem CaO, MgO, Y₂O₃, Yb₂O₃ usw. als Stabilisator zugesetzt worden ist. Die Diffusionsregulierungsschicht 16 ist ein dünnes Plattenelement, das Gasdurchlässigkeit aufweist. Die Diffusionsregulierungsschicht 16 besteht beispielsweise aus Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Siliciumdioxid, Spinell, Mullit oder anderer poröser Keramik. Die Sperrschichten 21 bis 23 sind dünne Flächengebilde, die eine Gasbarriere darstellen, und beinhalten beispielsweise Aluminiumoxid.
Die Schichten des Elementkörpers 50 bestehen, von unten nach oben in 3, aus der ersten Sperrschicht 21, der zweiten Sperrschicht 22, der festen Elektrolytschicht 40, der Diffusionsregulierungsschicht 16 und der dritten Sperrschicht 23, die in dieser Reihenfolge übereinander gestapelt sind. Die Messgaskammer 30 wird von der festen Elektrolytschicht 40, der Diffusionsregulierungsschicht 16 und der dritten Sperrschicht 23 gebildet und definiert. Das Abgas strömt durch die Schutzschicht 60 und die Diffusionsregulierungsschicht 16 und wird in das Innere der Messgaskammer 30 eingeführt. Die Diffusionsregulierungsschicht 16 reguliert die Diffusion des Messgases. Man beachte, dass die Messgaskammer 30 in beliebiger Form gestaltet sein kann, solange sie an die feste Elektrolytschicht 40 angrenzt und solange das Messgas in sie eingeführt wird.
Die Bezugsgaskammer 31 wird von der festen Elektrolytschicht 40 und der zweiten Sperrschicht 22 gebildet und definiert. Man beachte, dass die Bezugsgaskammer 31 in beliebiger Form gestaltet sein kann, solange sie an die feste Elektrolytschicht 40 angrenzt und solange das Bezugsgas in sie einströmen kann.
Die Sensorzelle 51 ist eine elektrochemische Zelle mit einer festen Elektrolytschicht 40, einer ersten Elektrode 41 und einer zweiten Elektrode 42. Die erste Elektrode 41 ist an der Oberfläche der festen Elektrolytschicht 40 auf der Seite angeordnet, wo die Messgaskammer 30 liegt, so dass sie dem Messgas der Messgaskammer 30 ausgesetzt ist. Dagegen ist die zweite Elektrode 42 an der Oberfläche der festen Elektrolytschicht 40 auf der Seite angeordnet, wo die Bezugsgaskammer 31 liegt, so dass sie dem Bezugsgas der Bezugsgaskammer 31 ausgesetzt ist. Die erste Elektrode 41 und die zweite Elektrode 42 sind so angeordnet, dass sie einander über die feste Elektrolytschicht 40 hinweg zugewandt sind. Die erste Elektrode 41 und die zweite Elektrode 42 bestehen aus Platin (Pt) oder einem anderen Edelmetall mit hoher katalytischer Aktivität. Zum Beispiel sind die erste Elektrode 41 und die zweite Elektrode 42 poröse Cermetelektroden, die hauptsächlich Pt beinhalten.
Die Schutzschicht 60 ist an der Außenfläche des Elementkörpers 50 so ausgebildet, dass sie die gesamte Außenfläche des Elementkörpers 50 bedeckt. Die Schutzschicht 60 weist Gasdurchlässigkeit auf und besteht aus Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirconiumoxid, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Zinkoxid und anderer poröser Keramik.
Das Sensorelement 12 ist ferner mit einer Heizeinrichtung 55 ausgestattet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Heizeinrichtung 55, wie in 3 gezeigt, zwischen der ersten Sperrschicht 21 und der zweiten Sperrschicht 22 angeordnet. Die Heizeinrichtung 55 ist beispielsweise ein dünnes Plattenelement aus Cermet, das Platin (Pt) und Keramik (beispielsweise Aluminiumoxid usw.) enthält und ein wärmeerzeugendes Element bildet, das durch Leiten von Strom Wärme erzeugt. Die Heizeinrichtung 55 erhitzt den Elementkörper 50 und die Schutzschicht 60.
Die erste Elektrode 41 und die zweite Elektrode 42 der Sensorzelle 51 sind mit einem elektrischen Schaltkreis 70 verbunden. Der elektrische Schaltkreis 70 ist mit einer Spannungsquelle 71 und einem Stromdetektor 72 versehen. Die Spannungsquelle 71 legt eine Spannung über den Elektroden an, so dass das Potential der zweiten Elektrode 42 höher wird als dass Potential der ersten Elektrode 41. Der Ausgabeport 86 der ECU 80 ist über eine entsprechende Antriebsschaltung 88 mit der Spannungsquelle 71 verbunden. Daher kann die ECU 80 die Spannungsquelle 71 steuern und die Spannung steuern, die an die Sensorzelle 51 angelegt wird. Ferner erfasst der Stromdetektor 72 den Strom, der durch die Sensorzelle 51 fließt, als Ausgabe der Sensorzelle 51. Die Ausgabe des Stromdetektors 72 wird über den entsprechenden AD-Wandler 87 in den Eingabeport 85 der ECU 80 eingegeben. Daher kann die ECU 80 die Ausgabe der Sensorzelle 51, die vom Stromdetektor 72 erfasst wird, vom Stromdetektor 72 abfragen.
Der Gemischzusammensetzungssensor 10 erfasst den Grenzstrom, der durch die Sensorzelle 51 fließt, wenn eine vorgegebene Spannung an die Sensorzelle 51 angelegt wird, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zu erfassen. Daher ist der Gemischzusammensetzungssensor 10 in der vorliegenden Ausführungsform ein sogenannter Grenzstrom-Gemischzusammensetzungssensor.
<Leidenfrost-Phänomen>
Was dies betrifft, so kondensiert Wasserdampf im Abgas und es bildet sich Kondenswasser, wenn die Temperatur des Abgasrohrs 27 höchstens so hoch ist wie die Taupunkttemperatur von Wasser. Wenn sich Kondenswasser in der Abgasleitung befindet, treffen die Kondenswassertropfen zusammen mit dem Abgas auf die Schutzschicht 60 des Gemischzusammensetzungssensors 10. Wenn die Schutzschicht 60 nicht wasserabstoßend ist, dringen die Wassertropfen, die auf die Schutzschicht 60 treffen, in das Innere der Schutzschicht 60 ein. Wenn aufgrund der Erwärmung durch die Heizeinrichtung 55 die Temperatur der Schutzschicht 60 hoch ist, verdampfen die Wassertropfen, die in die Schutzschicht 60 eindringen, im Inneren der Schutzschicht 60. Infolgedessen erleiden die Schutzschicht 60 und der Elementkörper 50 einen Wärmeschock, und manchmal reißt das Element des Gemischzusammensetzungssensors 10.
Die Schutzschicht 60 ist wasserabstoßend, wenn die Temperatur hoch ist. Diese Eigenschaft wird dadurch erhalten, dass das Leidenfrost-Phänomen hervorgerufen wird. Das „Leidenfrost-Phänomen” ist das Phänomen, dass darin besteht, dass beim Auftreffen von Wassertropfen auf einer heißen Schutzschicht 60 eine Schicht aus Wasserdampf zwischen der Schutzschicht 60 und den Wassertropfen gebildet wird, wodurch die Übertragung von Wärme zwischen der Schutzschicht 60 und den Wassertropfen unterdrückt wird. Wenn das Leidenfrost-Phänomen auftritt, werden die Wassertropfen von der Schutzschicht 60 abgestoßen und somit wird Wasser daran gehindert, in die Schutzschicht 60 einzudringen.
<Abnahme der Wasserabstoßung der Schutzschicht>
Wenn sich jedoch Ruß an der Schutzschicht 60 anlagert, die Funktionsfähigkeit des Abgassensors 10 schlechter wird usw., nimmt die Wärmeleitfähigkeit der Schutzschicht 60 ab. 4 ist ein Graph, der eine Region zeigt, wo das Leidenfrost-Phänomen auftritt, wenn die Oberflächentemperatur und die Wärmeleitfähigkeit der Schutzschicht 60 geändert werden. In 4 ist die Region, wo das Leidenfrost-Phänomen auftritt, schraffiert dargestellt.
Wenn die Wärmeleitfähigkeit der Schutzschicht 60 abnimmt, kommt es weniger leicht zu einem Leidenfrost-Phänomen und die Temperatur, die nötig ist, damit das Leidenfrost-Phänomen bewirkt werden kann, nimmt zu, wie in 4 gezeigt ist. Das heißt, wenn die Wärmeleitfähigkeit der Schutzschicht 60 abnimmt, nimmt auch die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 ab. Wenn die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, durchdringt ein Teil der Wassertropfen, die auf die Schutzschicht 60 treffen, die Schutzschicht 60. Wenn der Grad, in dem die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, höher wird, wird die Wassermenge, die durch die Schutzschicht 60 dringt, größer und daher wird das Element des Gemischzusammensetzungssensors 10 rissanfällig.
<Erläuterung der Steuervorrichtung des Abgassensors>
Daher führt die Steuervorrichtung eines Abgassensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform beim Starten des Verbrennungsmotors 1 die folgende Steuerung durch, um zu verhindern, dass das Element des Gemischzusammensetzungssensors 10 wegen einer Bedeckung mit Wasser reißt, auch wenn die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 des Gemischzusammensetzungssensors 10 abnimmt. 5 ist ein Blockschema, das schematisch die Gestaltung einer Steuervorrichtung für einen Abgassensor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Steuervorrichtung für einen Abgassensor ist mit einem Zellentemperaturerfassungsteil 80a, einem Heizeinrichtungssteuerteil 80b und einem Beurteilungsteil 80c versehen. In der vorliegenden Ausführungsform sind der Zellentemperaturerfassungsteil 80a, der Heizeinrichtungssteuerteil 80b und der Beurteilungsteil 80c Teile der ECU 80.
Der Zellentemperaturerfassungsteil 80a erfasst die Temperatur der Sensorzelle 51. Genauer berechnet der Zellentemperaturerfassungsteil 80a die Temperatur der Sensorzelle 51 auf Basis einer Impedanz der Sensorzelle 51. Der Zellentemperaturerfassungsteil 80a berechnet die Impedanz der Sensorzelle 51 auf Basis der Ausgabe der Sensorzelle 51, die vom Stromsensor 72 erfasst wird, wenn eine Hochfrequenzspannung von der Spannungsquelle 71 an die Sensorzelle 51 angelegt wird. Man beachte, dass der Zellentemperaturerfassungsteil 80a die Temperatur der Sensorzelle 51 auf Basis eines Zwischenelektrodenwiderstands der Sensorzelle 51 berechnen kann. Wenn das Innere des Abgassensors (in der vorliegenden Ausführungsform des Gemischzusammensetzungssensors 10) mit einem Thermoelement versehen ist, kann der Zellentemperaturerfassungsteil 80a ferner das Thermoelement verwenden, um die Temperatur der Sensorzelle 51 zu erfassen.
Der Heizeinrichtungssteuerteil 80b stellt die Solltemperatur der Sensorzelle 51 ein und steuert die Heizeinrichtung 55 so, dass die Temperatur der Sensorzelle 51 die Solltemperatur wird. Der Heizeinrichtungssteuerteil 80b steuert die Heizeinrichtung 55 über die Heizeinrichtungssteuerschaltung 56. Genauer regelt der Heizeinrichtungssteuerteil 80b die Leistung, die zur Heizeinrichtung 55 geliefert wird, über die Heizeinrichtungssteuerschaltung 56, so dass die Temperatur der Sensorzelle 51, die vom Zellentemperaturerfassungsteil 80a erfasst wird, die Solltemperatur wird. Wenn die Sensorzelle 51 von der Heizeinrichtung 55 erwärmt wird, wird auch die Schutzschicht 60 von der Heizeinrichtung 55 ähnlich erwärmt. Aus diesem Grund hängt die Temperatur der Schutzschicht 60 mit der Temperatur der Sensorzelle 51 zusammen. Daher kann der Heizeinrichtungssteuerteil 80b durch die oben genannte Regelung nicht nur die Temperatur der Sensorzelle 51, sondern auch die Temperatur der Schutzschicht 60 steuern.
Der Heizeinrichtungssteuerteil 80b stellt die Temperatur der Sensorzelle 51 auf eine Temperatur ein, die mindestens so hoch ist wie die niedrigste Temperatur, bei der das Leidenfrost-Phänomen an der Außenfläche der Schutzschicht 60 auftritt, um zu verhindern, dass das Element des Gemischzusammensetzungssensors 10 wegen einer Bedeckung mit Wasser beim Starten des Verbrennungsmotors 1 oder nach dessen Start reißt. Der Beurteilungsteil 80c beurteilt, ob die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, wenn der Heizeinrichtungssteuerteil 80b die Solltemperatur auf eine Temperatur einstellt, die mindestens so hoch ist wie die niedrigste Temperatur, bei der das Leidenfrost-Phänomen an der Außenfläche der Schutzschicht 60 auftritt. Die „niedrigste Temperatur, bei der das Leidenfrost-Phänomen an der Außenfläche der Schutzschicht 60 auftritt”, ist der untere Grenzwert der Temperatur, bei der das Leidenfrost-Phänomen auftritt, wenn eine äußerst kleine Menge von Wassertropfen auf die Schutzschicht 60 trifft, und beträgt beispielsweise 400°C.
Der Beurteilungsteil 80c urteilt, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, wenn die Anomaliebeurteilungsbedingung erfüllt ist. Wenn die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, durchdringt ein Teil des Wassers, das auf die Schutzschicht 60 trifft, die Schutzschicht 60, und die Temperatur der Schutzschicht 60 und der Sensorzelle 51 nimmt ab. Ferner ist die Geschwindigkeit, mit der die Temperatur der Sensorzelle 51 dabei abnimmt, höher als die Geschwindigkeit, mit der die Temperatur der Sensorzelle 51 abnimmt, wenn die Heizeinrichtung 55 ausgeschaltet wird. Aus diesem Grund beinhaltet in der vorliegenden Ausführungsform die Anomaliebeurteilungsbedingung, dass die Temperatur der Sensorzelle 51, die vom Zellentemperaturerfassungsteil 80a erfasst wird, unter die Solltemperatur sinkt und dass die Abnahmegeschwindigkeit der Temperatur der Sensorzelle 51 dabei höher ist als die Abnahmegeschwindigkeit der Temperatur der Sensorzelle 51, wenn die Heizeinrichtung 55 ausgeschaltet wird. Die Geschwindigkeit, mit der die Temperatur der Sensorzelle 51 abnimmt, wenn die Heizeinrichtung 55 ausgeschaltet wird, wird vorab durch Versuche oder Berechnungen ermittelt. Man beachte, dass „Abnahmegeschwindigkeit der Temperatur”, den Betrag der Abnahme der Temperatur pro Zeiteinheit bedeutet.
Wie in 4 gezeigt ist, kann auch dann, wenn die Wärmeleitfähigkeit der Schutzschicht 60 abnimmt und die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, das Leidenfrost-Phänomen bewirkt werden, indem man die Oberflächentemperatur der Schutzschicht 60 erhöht. Aus diesem Grund erhöht der Heizeinrichtungssteuerteil 80b die Solltemperatur der Sensorzelle 51, wenn der Beurteilungsteil 80c urteilt, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt. Auch wenn die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, kann daher das Leidenfrost-Phänomen an der Außenfläche der Schutzschicht 60 bewirkt werden, und es kann verhindert werden, dass das Element des Gemischzusammensetzungssensors 10 reißt.
Ferner ist einer der Gründe dafür, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, die Anlagerung von Ruß auf der Schutzschicht 60. Aus diesem Grund erhöht der Heizeinrichtungssteuerteil 80b die Solltemperatur der Sensorzelle 51 vorzugsweise so, dass die Außenfläche der Schutzschicht 60 mindestens die Temperatur erreicht, bei der Ruß verbrennt, wenn der Beurteilungsteil 80c urteilt, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt. Deswegen ist es möglich, Ruß von der Schutzschicht 60 zu entfernen. Wenn eine Anlagerung von Ruß auf der Schutzschicht 60 bewirkt, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, kann die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 wiederhergestellt werden. Die Temperatur, bei der Ruß verbrennt, liegt bei 750°C oder höher, und daher wird die Solltemperatur der Sensorzelle 51 beispielsweise auf mindestens 750°C erhöht.
<Erläuterung der Steuerung anhand eines Zeitschemas>
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf das Zeitschema von 6 die Steuerung, die von der Steuervorrichtung für einen Abgassensor in der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird, konkret erläutert. 6 ist ein schematisches Zeitdiagramm der Motorlast, der Wasserabstoßung der Schutzschicht und der Solltemperatur der Sensorzelle 51, nachdem ein Start des Verbrennungsmotor 1 bewirkt worden ist.
In dem dargestellten Beispiel wird zum Zeitpunkt t0 der Verbrennungsmotor 1 gestartet. Wenn der Verbrennungsmotor 1 gestartet wird, wird die Solltemperatur der Sensorzelle 51 auf die Anfangstemperatur T0 eingestellt. Die Anfangstemperatur T ist die Temperatur, die mindestens so hoch ist wie die niedrigste Temperatur, bei der das Leidenfrost-Phänomen an der Außenfläche der Schutzschicht 60 auftritt, und liegt beispielsweise bei 750°C.
In dem dargestellten Beispiel wird zum Zeitpunkt t1 geurteilt, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt. Aus diesem Grund wird zum Zeitpunkt t1 die Solltemperatur der Sensorzelle 51 von der Anfangstemperatur T0 auf die erste Temperatur T1 erhöht. Die erste Temperatur T1 ist die Temperatur, bei der die Außenfläche der Schutzschicht 60 mindestens so hoch wird wie die Temperatur, bei der Ruß verbrennt, und liegt beispielsweise bei 800°C.
<Steuerroutine für eine Anomaliebeurteilungsverarbeitung>
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 7 die Steuerung einer Beurteilung in Bezug auf die Abnahme der Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 ausführlich erläutert. 7 ist ein Ablaufschema, das eine Steuerroutine einer Verarbeitung für eine Anomaliebeurteilung in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die dargestellte Steuerroutine wird von der ECU 80 in vorgegebenen Zeitabständen nach dem Starten des Verbrennungsmotors 1 wiederholt durchgeführt.
Zunächst beurteilt der Beurteilungsteil 80c im Schritt S101, ob es sich bei der Solltemperatur TT der Sensorzelle 51, die vom Heizeinrichtungssteuerteil 80b eingestellt worden ist, um eine Temperatur handelt, die mindestens so hoch ist wie eine niedrigste Temperatur TL, bei der das Leidenfrost-Phänomen an der Außenfläche der Schutzschicht 60 auftritt. Die niedrigste Temperatur TL beträgt beispielsweise 400°C.
Wenn im Schritt S101 geurteilt wird, dass die Solltemperatur TT niedriger ist als die niedrigste Temperatur TL, wird die gegenwärtige Steuerroutine beendet. In diesem Fall wird nicht beurteilt, ob die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt. Wenn dagegen im Schritt S101 geurteilt wird, dass die Solltemperatur TT mindestens so hoch ist wie die niedrigste Temperatur TL, dann geht die gegenwärtige Steuerroutine zu Schritt S102 weiter.
Im Schritt S102 beurteilt der Beurteilungsteil 80c, ob die Temperatur der Sensorzelle 51 unter die Solltemperatur TT sinkt. Die Temperatur der Sensorzelle 51 wird vom Zellentemperaturerfassungsteil 80a erfasst. Wenn im Schritt S102 geurteilt wird, dass die Temperatur der Sensorzelle 51 unter die Solltemperatur TT sinkt, dann geht die gegenwärtige Steuerroutine zu Schritt S103 weiter.
Im Schritt S103 beurteilt der Beurteilungsteil 80c, ob die Abnahmegeschwindigkeit Vdt der Temperatur der Sensorzelle 51 höher ist als die Abnahmegeschwindigkeit Voff der Temperatur der Sensorzelle 51, wenn die Heizeinrichtung 55 ausgeschaltet wird. Die Abnahmegeschwindigkeit Vdt wird vom Zellentemperaturerfassungsteil 80a erfasst. Die Abnahmegeschwindigkeit Voff der Temperatur der Sensorzelle 51, wenn die Heizeinrichtung 55 ausgeschaltet wird, wird vorab durch Versuche oder Berechnungen ermittelt. Wenn im Schritt S103 geurteilt wird, dass die Abnahmegeschwindigkeit Vdt höher ist als die Abnahmegeschwindigkeit Voff, geht die gegenwärtige Steuerroutine zu Schritt S104 weiter.
Im Schritt S104 urteilt der Beurteilungsteil 80c, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, und setzt das Sensoranomalie-Flag Fsa auf „1”. Der Anfangswert des Sensoranomalie-Flags Fsa ist null. Ferner wird das Sensoranomalie-Flag Fsa auf null gestellt, wenn der Zündschalter des Fahrzeugs, in dem der Verbrennungsmotor 1 eingebaut ist, ausgeschaltet wird oder wenn der Verbrennungsmotor 1 angehalten wird. Nach Schritt S104 wird die gegenwärtige Steuerroutine beendet.
Wenn im Schritt S102 dagegen geurteilt wird, dass die Temperatur der Sensorzelle 51 nicht unter die Solltemperatur TT gesunken ist, oder wenn im Schritt S103 geurteilt wird, dass die Abnahmegeschwindigkeit Vdt höchstens so hoch ist wie die Abnahmegeschwindigkeit Voff, wird die gegenwärtige Steuerroutine beendet.
<Verarbeitung zur Einstellung der Solltemperatur>
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf das Ablaufschema von 8 die Steuerung zur Einstellung der Solltemperatur der Sensorzelle 51 erläutert. 8 ist ein Ablaufschema, das die Steuerroutine einer Verarbeitung zur Einstellung einer Solltemperatur in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die gegenwärtige Steuerroutine wird von der ECU 80 in vorgegebenen Zeitabständen nach dem Starten des Verbrennungsmotors 1 wiederholt durchgeführt.
Zuerst beurteilt der Heizeinrichtungssteuerteil 80b im Schritt S201, ob das Sensoranomalie-Flag Fsa auf „1” gesetzt worden ist. Wenn geurteilt wird, dass das Sensoranomalie-Flag Fsa auf „1” gesetzt worden ist, geht die gegenwärtige Steuerroutine zu Schritt S202 weiter. In diesem Fall urteilt der Beurteilungsteil 80c, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt.
Im Schritt S203 erhöht der Heizeinrichtungssteuerteil 80b die Solltemperatur TT. Genauer macht der Heizeinrichtungssteuerteil 80b die Summe des Werts des Erhöhungsbetrags RT der Solltemperatur TT der Sensorzelle 51 und der aktuellen Solltemperatur TT zur neuen Solltemperatur TT. Der Erhöhungsbetrag RT wird vorab bestimmt und beträgt beispielsweise 50°C bis 100°C. Der Anfangswert der Solltemperatur TT ist eine Temperatur, die mindestens so hoch ist wie die niedrigste Temperatur, bei der das Leidenfrost-Phänomen an der Außenfläche der Schutzschicht 60 auftritt, und liegt beispielsweise bei 400°C. Ferner wird die Solltemperatur TT auf den Anfangswert zurückgebracht, wenn der Zündschalter des Fahrzeugs, in dem der Verbrennungsmotor 1 eingebaut ist, ausgeschaltet wird oder wenn der Verbrennungsmotor 1 angehalten wird. Man beachte, dass der Anfangswert der Solltemperatur TT auf eine Temperatur eingestellt werden kann, die höher ist als die Betriebstemperatur der Sensorzelle 51, beispielsweise auf 700°C oder höher. Die Betriebstemperatur der Sensorzelle 51 ist mindestens so hoch wie die Aktivierungstemperatur der Sensorzelle 51 und beträgt beispielsweise 600°C bis 650°C.
Dann stellt der Heizeinrichtungssteuerteil 80b im Schritt S203 das Sensoranomalie-Flag Fsa auf null. Nach Schritt S203 wird die gegenwärtige Steuerroutine beendet.
Wenn im Schritt S201 dagegen geurteilt wird, dass das Sensoranomalie-Flag auf null gesetzt worden ist, wird die gegenwärtige Steuerroutine beendet. In diesem Fall wird die Solltemperatur TT bei der aktuellen Solltemperatur gehalten.
<Zweite Ausführungsform>
Die Gestaltung und die Steuerung der Steuervorrichtung für einen Abgassensor gemäß einer zweiten Ausführungsform sind der Gestaltung und der Steuerung der Steuervorrichtung für einen Abgassensor gemäß der ersten Ausführungsform im Grunde ähnlich, abgesehen von den nachstehend erläuterten Punkten. Aus diesem Grund konzentriert sich die nachstehende Erläuterung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf die Teile, die von der ersten Ausführungsform verschieden sind.
Falls die Schutzschicht 60 mit Wasser bedeckt wird, wenn die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt und die Temperatur der Sensorzelle 51 unter die Solltemperatur sinkt, dann wird der Betrag, über den die Temperatur der Sensorzelle 51 unter die Solltemperatur sinkt, mindestens so groß wie ein vorgegebener Betrag. Aus diesem Grund beinhaltet in der zweiten Ausführungsform die Anomaliebeurteilungsbedingung, dass der Betrag, über den die Temperatur der Sensorzelle 51 unter die Solltemperatur sinkt, mindestens so hoch ist wie ein vorgegebener Betrag. Der vorgegebene Betrag wird vorab durch Versuche oder Berechnungen ermittelt und beträgt beispielsweise 15°C. In der zweiten Ausführungsform kann einem falschen Urteil, das besagt, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, entgegengewirkt werden, weil eine Änderung der Temperatur der Sensorzelle 51 aufgrund von Faktoren erfasst wird, bei denen es sich nicht um eine Bedeckung mit Wasser handelt, so dass es möglich ist, eine Abnahme der Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 exakter zu erfassen.
Ferner beurteilt der Beurteilungsteil 80c in der zweiten Ausführungsform, in welchem Grad die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt. Der Beurteilungsteil 80c urteilt, dass der Grad, in dem die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, umso größer ist, je größer der Betrag ist, über den die Temperatur der Sensorzelle 51 unter die Solltemperatur sinkt, wenn die Temperatur der Sensorzelle 51 mit einer Geschwindigkeit, die höher ist als die Abnahmegeschwindigkeit der Temperatur der Sensorzelle 51 beim Ausschalten der Heizeinrichtung 55, unter die Solltemperatur sinkt. Der Beurteilungsteil 80c verwendet ein Kennfeld wie beispielsweise in 9 gezeigt, um den Grad zu berechnen, in dem die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt. In diesem Kennfeld ist der Grad, in dem die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, als Funktion des Betrags gezeigt, über den die Temperatur ΔT der Sensorzelle 51 abnimmt.
Wie aus 4 hervorgeht, wird die Temperatur, die nötig ist, um das Leidenfrost-Phänomen zu bewirken, umso höher, je höher der Grad ist, in dem die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt. Aus diesem Grund vergrößert der Heizeinrichtungssteuerteil 80b den Erhöhungsbetrag der Solltemperatur der Sensorzelle 51, wenn der Grad, in dem die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, relativ groß ist, im Vergleich zu dann, wenn der Grad, in dem die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, relativ klein ist, mehr. Deswegen ist es möglich, das Leidenfrost-Phänomen zu nutzen, um zu verhindern, dass das Element des Gemischzusammensetzungssensors 10 reißt, während gleichzeitig einer Erhöhung des Leistungsverbrauchs der Heizelement 55 wegen der Erhöhung der Solltemperatur entgegengewirkt wird.
Der Erhöhungsbetrag der Solltemperatur der Sensorzelle 51 wird beispielsweise unter Verwendung eines Kennfelds, wie es in 10 gezeigt ist, berechnet. In diesem Kennfeld ist der Erhöhungsbetrag der Solltemperatur der Sensorzelle 51 als Funktion des Grades gezeigt, in dem die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt. Man beachte, dass der Erhöhungsbetrag der Solltemperatur stufenweise (schrittweise) vergrößert werden kann, wenn der Grad, in dem die Wasserabstoßung abnimmt, größer wird, wie in 10 von der gestrichelten Linie gezeigt ist.
<Steuerroutine für eine Anomaliebeurteilungsverarbeitung>
11 ist ein Ablaufschema, das eine Steuerroutine einer Verarbeitung für eine Anomaliebeurteilung in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die gegenwärtige Steuerroutine wird von der ECU 80 in vorgegebenen Zeitabständen nach dem Starten des Verbrennungsmotors 1 wiederholt durchgeführt. Schritt S301 bis Schritt S303 in 11 sind Schritt S101 bis Schritt S103 in 7 ähnlich, daher wird auf ihre Erläuterung verzichtet.
Die gegenwärtige Steuerroutine geht zu Schritt S304 weiter, wenn im Schritt S303 geurteilt wird, dass die Abnahmegeschwindigkeit Vdt höher ist als die Abnahmegeschwindigkeit Voff. Im Schritt S304 beurteilt der Beurteilungsteil 80c, ob der Betrag ΔT, über den die Temperatur der Sensorzelle 51 unter die Solltemperatur TT sinkt, mindestens so hoch ist wie ein vorgegebener Betrag A. Der Abnahmebetrag ΔT wird vom Zellentemperaturerfassungsteil 80a erfasst. Der vorgegebene Betrag A beträgt beispielsweise 15°C. Wenn im Schritt S304 geurteilt wird, dass der Abnahmebetrag ΔT mindestens so hoch ist wie der vorgegebene Betrag A, dann geht die gegenwärtige Steuerroutine zu Schritt S305 weiter.
Im Schritt S305 urteilt der Beurteilungsteil 80c, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, und setzt das Sensoranomalie-Flag Fsa auf „1”. Der Anfangswert des Sensoranomalie-Flags Fsa ist null. Ferner wird das Sensoranomalie-Flag Fsa auf null gestellt, wenn der Zündschalter des Fahrzeugs, in dem der Verbrennungsmotor 1 eingebaut ist, ausgeschaltet wird oder wenn der Verbrennungsmotor 1 angehalten wird.
Dann beurteilt der Beurteilungsteil 80c im Schritt S306 den Grad der Abnahme der Wasserabstoßung der Schutzschicht 60. Der Beurteilungsteil 80c urteilt, dass der Grad, in dem die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, umso größer ist, je größer der Betrag ist, über den die Temperatur der Sensorzelle 51 unter die Solltemperatur sinkt, wenn die Temperatur mit einer Geschwindigkeit, die höher ist als die Geschwindigkeit, mit der die Temperatur der Sensorzelle 51 abnimmt, wenn die Heizeinrichtung 55 ausgeschaltet wird, unter die Solltemperatur sinkt. Genauer verwendet der Beurteilungsteil 80c ein Kennfeld wie das in 9 gezeigte, um den Grad der Abnahme der Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 auf Basis des Betrags ΔT zu berechnen, über den die Temperatur der Sensorzelle 51 unter die Solltemperatur TT sinkt. Nach Schritt S306 wird die gegenwärtige Steuerroutine beendet.
Wenn andererseits im Schritt S304 der Abnahmebetrag ΔT kleiner ist als der vorgegebene Betrag A, wird die gegenwärtige Steuerroutine beendet.
<Verarbeitung zur Einstellung der Solltemperatur>
12 ist ein Ablaufschema, das die Steuerroutine einer Verarbeitung zur Einstellung einer Solltemperatur in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die gegenwärtige Steuerroutine wird von der ECU 80 in vorgegebenen Zeitabständen nach dem Starten des Verbrennungsmotors 1 wiederholt durchgeführt. Schritt S401 und Schritt S404 in 12 sind Schritt S201 bis Schritt S203 in 8 ähnlich, daher wird auf ihre Erläuterung verzichtet.
Die gegenwärtige Steuerroutine geht zu Schritt S402 weiter, wenn im Schritt S401 geurteilt wird, dass das Sensoranomalie-Flag Fsa auf „1” eingestellt worden ist.
Im Schritt S402 berechnet der Heizeinrichtungssteuerteil 80b den Erhöhungsbetrag RT der Solltemperatur TT der Sensorzelle 51 auf Basis des Grads, in dem die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt. Der Grad, in dem die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, wird vom Beurteilungsteil 80c beurteilt. Der Heizeinrichtungssteuerteil 80b vergrößert den Erhöhungsbetrag RT, wenn der Grad, in dem die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, relativ groß ist, im Vergleich zu dann, wenn der Abnahmebetrag der Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 relativ klein ist, mehr. Zum Beispiel verwendet der Heizeinrichtungssteuerteil 80b ein Kennfeld, wie es in 10 dargestellt ist, um den Erhöhungsbetrag RT zu berechnen.
Im Schritt S403 erhöht dann der Heizeinrichtungssteuerteil 80b die Solltemperatur TT. Genauer macht der Heizeinrichtungssteuerteil 80b die Summe des Werts des Erhöhungsbetrags RT, der im Schritt S402 berechnet wurde, und des Werts der aktuellen Solltemperatur TT zur neuen Solltemperatur TT. Der Anfangswert der Solltemperatur TT ist eine Temperatur, die mindestens so hoch ist wie die niedrigste Temperatur, bei der das Leidenfrost-Phänomen an der Außenfläche der Schutzschicht 60 auftritt, und beträgt beispielsweise 400°C oder mehr. Ferner wird die Solltemperatur TT auf den Anfangswert zurückgebracht, wenn der Zündschalter des Fahrzeugs, in dem der Verbrennungsmotor 1 eingebaut ist, ausgeschaltet wird oder wenn der Verbrennungsmotor 1 angehalten wird. Man beachte, dass der Anfangswert der Solltemperatur TT auf eine Temperatur eingestellt werden kann, die eine Temperatur ist, die höher ist als die Betriebstemperatur der Sensorzelle 51, beispielsweise auf 700°C oder höher. Die Betriebstemperatur der Sensorzelle 51 ist mindestens so hoch wie die Aktivierungstemperatur der Sensorzelle 51 und beträgt beispielsweise 600°C bis 650°C.
<Dritte Ausführungsform>
Die Gestaltung und die Steuerung der Steuervorrichtung für einen Abgassensor gemäß einer dritten Ausführungsform sind der Gestaltung und der Steuerung der Steuervorrichtung für einen Abgassensor gemäß der ersten Ausführungsform im Grunde ähnlich, abgesehen von den nachstehend erläuterten Punkten. Aus diesem Grund konzentriert sich die nachstehende Erläuterung der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf die Teile, die von der ersten Ausführungsform verschieden sind.
Das Wasser, das in die Schutzschicht 60 eindringt, verdampft in der Schutzschicht 60. Aus diesem Grund sinkt die Temperatur der Sensorzelle 51 unter die Solltemperatur und steigt dann wieder auf die Solltemperatur, falls die Schutzschicht 60 mit Wasser bedeckt ist, wenn die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt. Ferner ist die Zeitspanne ab dann, wenn die Temperatur der Sensorzelle 51 unter die Solltemperatur sinkt, bis dann, wenn sie auf die Solltemperatur steigt, kürzer als die Zündperiode des Verbrennungsmotors 1 (die Zeitspanne ab dann, wenn die Zündung in einem bestimmten Zylinder durchgeführt wird, bis dann, wenn die Zündung im nächsten Zylinder durchgeführt wird). Aus diesem Grund beinhaltet in der dritten Ausführungsform die Bedingung für die Anomaliebeurteilung, dass die Temperatur der Sensorzelle 51 unter die Solltemperatur sinkt, dann auf die Solltemperatur steigt, und dass die Zeitspanne ab dann, wenn die Temperatur der Sensorzelle 51 unter die Solltemperatur sinkt, bis dann, wenn sie auf die Solltemperatur steigt, kürzer ist als die Zündperiode im Verbrennungsmotor 1. Die Zeitspanne ab dann, wenn die Temperatur der Sensorzelle 51 unter die Solltemperatur sinkt, bis dann, wenn sie auf die Solltemperatur steigt, wird vom Zellentemperaturerfassungsteil 80a erfasst. Die Zündperiode im Verbrennungsmotor 1 wird auf Basis der Zylinderzahl des Verbrennungsmotors 1 und der Motordrehzahl berechnet. Die Motordrehzahl wird vom Kurbelwinkelsensor 108 erfasst.
13 ist ein schematisches Zeitdiagramm der Temperatur der Sensorzelle 51, die vom Zellentemperaturerfassungsteil 80a erfasst wird, wenn die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt. 13 zeigt die Zeitspanne Tdu ab dann, wenn die Temperatur der Sensorzelle 51 unter die Solltemperatur TT sinkt, bis dann, wenn sie auf die Solltemperatur TT steigt.
Wenn die Wasserbedeckung bewirkt, dass sich die Temperatur der Sensorzelle 51 ändert, werden ferner die Abnahmegeschwindigkeit und die Zunahmegeschwindigkeit der Sensorzelle 51 mindestens so hoch wie eine vorgegebene Geschwindigkeit. Aus diesem Grund beinhaltet in der dritten Ausführungsform die Anomaliebeurteilungsbedingung, dass die Temperatur der Sensorzelle 51 unter die Solltemperatur sinkt, dann auf die Solltemperatur steigt, und dass die Abnahmegeschwindigkeit und die Zunahmegeschwindigkeit der Sensorzelle 51 mindestens so hoch sind wie eine vorgegebene Geschwindigkeit. Die Abnahmegeschwindigkeit und die Zunahmegeschwindigkeit der Temperatur werden vom Zellentemperaturerfassungsteil 80a erfasst. Ferner wird die vorgegebene Geschwindigkeit vorab durch Versuche oder Berechnungen ermittelt und beträgt beispielsweise 1500°C/s.
Falls Wasser in die Schutzschicht 60 eindringt, braucht das Wasser Zeit, um zu verdampfen, und daher wird die Zunahmegeschwindigkeit der Temperatur der Sensorzelle 51 niedriger als die Abnahmegeschwindigkeit der Temperatur der Sensorzelle 51. Aus diesem Grund beinhaltet in der dritten Ausführungsform die Anomaliebeurteilungsbedingung, dass die Temperatur der Sensorzelle 51 unter die Solltemperatur sinkt, dann auf die Solltemperatur steigt, und dass die Abnahmegeschwindigkeit der Temperatur der Sensorzelle 51 höher ist als die Zunahmegeschwindigkeit der Temperatur der Sensorzelle 51.
In der dritten Ausführungsform kann einem falschen Urteil, das besagt, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, entgegengewirkt werden, weil eine Änderung der Temperatur der Sensorzelle 51 aufgrund von Faktoren erfasst wird, bei denen es sich nicht um eine Bedeckung mit Wasser handelt, so dass es möglich ist, die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 exakter zu erfassen.
<Steuerroutine für eine Anomaliebeurteilungsverarbeitung>
14 ist ein Ablaufschema, das eine Steuerroutine einer Verarbeitung für eine Anomaliebeurteilung in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die gegenwärtige Steuerroutine wird von der ECU 80 in vorgegebenen Zeitabständen nach dem Starten des Verbrennungsmotors 1 wiederholt durchgeführt. Schritt S501 bis Schritt S503 in 14 sind Schritt S101 bis Schritt S103 in 7 ähnlich, daher wird auf ihre Erläuterung verzichtet.
Die gegenwärtige Steuerroutine geht zu Schritt S504 weiter, wenn im Schritt S503 geurteilt wird, dass die Abnahmegeschwindigkeit Vdt höher ist als die Abnahmegeschwindigkeit Voff. Im Schritt S504 beurteilt der Beurteilungsteil 80c, ob die Temperatur der Sensorzelle 51 unter die Solltemperatur TT gesunken ist und dann auf die Solltemperatur TT gestiegen ist. Wenn im Schritt S504 geurteilt wird, dass die Temperatur der Sensorzelle 51 unter die Solltemperatur TT gesunken ist und dann auf die Solltemperatur TT gestiegen ist, geht die gegenwärtige Steuerroutine zu Schritt S505 weiter.
Im Schritt S505 beurteilt das Beurteilungsteil 80c, ob die Zeitspanne Tdu ab dann, wenn die Temperatur der Sensorzelle 51 unter die Solltemperatur TT sinkt, bis dann, wenn sie auf die Solltemperatur TT steigt, kürzer ist als die Zündperiode Ti im Verbrennungsmotor 1. Die Zeitspanne Tdu wird vom Zellentemperaturerfassungsteil 80a erfasst. Die Zündperiode Ti im Verbrennungsmotor 1 wird auf Basis der Zylinderzahl des Verbrennungsmotors 1 und der Motordrehzahl berechnet. Wenn im Schritt S505 geurteilt wird, dass die Zeitspanne Tdu kürzer ist als die Zeitspanne Ti, dann geht die gegenwärtige Steuerroutine zu Schritt S506 weiter.
Im Schritt S506 beurteilt der Beurteilungsteil 80c, ob die Abnahmegeschwindigkeit Vdt und die Zunahmegeschwindigkeit Vut der Temperatur der Sensorzelle 51 mindestens so hoch sind wie eine vorgegebene Geschwindigkeit Vref. Die Abnahmegeschwindigkeit Vdt und die Zunahmegeschwindigkeit Vut der Temperatur der Sensorzelle 51 werden vom Zellentemperaturerfassungsteil 80a erfasst. Die vorgegebene Geschwindigkeit Vref ist beispielsweise 1500(°C/s). Wenn im Schritt S506 geurteilt wird, dass die Abnahmegeschwindigkeit Vdt und die Zunahmegeschwindigkeit Vut mindestens so hoch sind wie die vorgegebene Geschwindigkeit Vref, dann geht die gegenwärtige Steuerroutine zu Schritt S507 weiter.
Im Schritt S507 beurteilt der Beurteilungsteil 80c, ob die Abnahmegeschwindigkeit Vdt der Temperatur der Sensorzelle 51 höher ist als die Zunahmegeschwindigkeit Vut der Temperatur der Sensorzelle 51. Wenn im Schritt S507 geurteilt wird, dass die Abnahmegeschwindigkeit Vdt höher ist als die Zunahmegeschwindigkeit Vut der Temperatur, geht die gegenwärtige Steuerroutine zu Schritt S508 weiter.
Im Schritt S508 urteilt der Beurteilungsteil 80c, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, und setzt das Sensoranomalie-Flag Fsa auf „1”. Der Anfangswert des Sensoranomalie-Flags Fsa ist null. Ferner wird das Sensoranomalie-Flag Fsa auf null gestellt, wenn der Zündschalter des Fahrzeugs, in dem der Verbrennungsmotor 1 eingebaut ist, ausgeschaltet wird oder wenn der Verbrennungsmotor 1 angehalten wird. Nach Schritt S508 wird die gegenwärtige Steuerroutine beendet.
Wenn dagegen im Schritt S504 geurteilt wird, dass die Temperatur der Sensorzelle 51 nicht unter die Solltemperatur TT gesunken ist und dann auf die Solltemperatur TT gestiegen ist, wenn im Schritt S505 geurteilt wird, dass die Zeitspanne Tdu mindestens so lang ist wie die Zündperiode Ti, wenn im Schritt S506 geurteilt wird, dass die Abnahmegeschwindigkeit Vdt und die Zunahmegeschwindigkeit Vut niedriger sind als die vorgegebene Geschwindigkeit Vref, oder wenn im Schritt S507 geurteilt wird, dass die Abnahmegeschwindigkeit Vdt höchstens so hoch ist wie die Zunahmegeschwindigkeit Vut der Temperatur, dann wird die gegenwärtige Steuerroutine beendet.
Man beachte, dass in der gegenwärtigen Steuerroutine irgendeiner oder beliebige zwei von Schritt S505 bis S507 weggelassen werden können.
<Vierte Ausführungsform>
Die Gestaltung und die Steuerung der Steuervorrichtung für einen Abgassensor gemäß einer vierten Ausführungsform sind der Gestaltung und der Steuerung der Steuervorrichtung für einen Abgassensor gemäß der ersten Ausführungsform im Grunde ähnlich, abgesehen von den nachstehend erläuterten Punkten. Aus diesem Grund konzentriert sich die nachstehende Erläuterung der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf die Teile, die von der ersten Ausführungsform verschieden sind.
15 ist ein Blockschema, das schematisch die Gestaltung einer Steuervorrichtung für einen Abgassensor gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Steuervorrichtung für einen Abgassensor ist ferner mit einem Ausgabeerfassungsteil 80d versehen. Der Ausgabeerfassungsteil 80d erfasst die Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10, die vom Stromdetektor 72 erfasst wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Ausgabeerfassungsteil 80d Teil der ECU 80.
Wenn die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, dringt ein Teil des Wassers, das auf die Schutzschicht 60 trifft, in die Schutzschicht 60 ein. Infolgedessen wird Abgas daran gehindert, durch die Diffusionsregulierungsschicht 16 zu gelangen und in die Messgaskammer 30 zu strömen. Falls die Schutzschicht 60 mit Wasser bedeckt ist, wenn der absolute Wert der Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 mindestens so hoch ist wie der Wert eines Bezugswerts und die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, nimmt aus diesem Grund der absolute Wert der Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 Richtung null ab.
Aus diesem Grund beinhaltet in der vierten Ausführungsform die Anomaliebeurteilungsbedingung, dass der absolute Wert der Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10, die vom Ausgabeerfassungsteil 80d erfasst wird, unter einen Wert sinkt, der mindestens so hoch ist wie der Bezugswert, wenn die Temperatur der Sensorzelle 51 unter die Solltemperatur sinkt. Der Bezugswert wird vorab bestimmt und ist beispielsweise der Wert der Ausgabe, die einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 14,65 entspricht, oder der absolute Wert der Ausgabe, die einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 14,55 entspricht.
Falls die Schutzschicht 60 mit Wasser bedeckt ist und der absolute Wert der Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 unter einen Wert sinkt, der mindestens so hoch ist wie der Bezugswert, wenn die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, wird der Betrag, über den der absolute Wert der Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 unter einen Wert sinkt, der mindestens so hoch ist wie der Bezugswert, mindestens so hoch wie ein vorgegebener Betrag. Aus diesem Grund beinhaltet in der vierten Ausführungsform die Anomaliebeurteilungsbedingung, dass der Betrag, über den ein absoluter Wert der Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 unter einen Wert sinkt, der mindestens so hoch ist wie ein Bezugswert, mindestens so hoch ist wie ein vorgegebener Betrag. Der vorgegebene Betrag wird vorab durch Versuche oder Berechnungen ermittelt und beträgt beispielsweise 10% des absoluten Werts der Ausgabe vor dem Sinken.
Falls die Schutzschicht 60 mit Wasser bedeckt ist, wenn die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, sinkt ferner der absolute Wert der Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 unter einen Wert, der mindestens so hoch ist wie der Bezugswert, und steigt dann erneut auf einen Wert, der mindestens so hoch ist wie der Bezugswert. Ferner ist die Zeitspanne ab dann, wenn der absolute Wert der Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 unter einen Wert sinkt, der mindestens so hoch ist wie der Bezugswert, bis dann, wenn er auf einen Wert steigt, der mindestens so hoch ist wie der Bezugswert, kürzer als die Zündperiode im Verbrennungsmotor 1. Aus diesem Grund beinhaltet in der vierten Ausführungsform die Anomaliebeurteilungsbedingung, dass der absolute Wert der Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 unter einen Wert sinkt, der mindestens so hoch ist wie der Bezugswert, dann auf einen Wert steigt, der mindestens so hoch ist wie der Bezugswert, und dass die Zeitspanne ab dann, wenn der absolute Wert der Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 unter einen Wert sinkt, der mindestens so hoch ist wie der Bezugswert, bis dann, wenn er auf einen Wert steigt, der mindestens so hoch ist wie der Bezugswert, kürzer ist als eine Zündperiode im Verbrennungsmotor 1. Die Zeitspanne ab dann, wenn der absolute Wert der Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 unter einen Wert sinkt, der mindestens so hoch ist wie der Bezugswert, bis dann, wenn er auf einen Wert steigt, der mindestens so hoch ist wie der Bezugswert, wird vom Ausgabeerfassungsteil 80d erfasst. Die Zündperiode im Verbrennungsmotor 1 wird auf Basis der Zylinderzahl des Verbrennungsmotors 1 und der Motordrehzahl berechnet. Die Motordrehzahl wird vom Kurbelwinkelsensor 108 erfasst.
Wenn sich der absolute Wert der Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 aufgrund einer Bedeckung mit Wasser ändert, werden die Abnahmegeschwindigkeit und die Zunahmegeschwindigkeit des absoluten Werts der Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 mindestens so hoch wie eine vorgegebene Geschwindigkeit. Aus diesem Grund beinhaltet in der vierten Ausführungsform die Anomaliebeurteilungsbedingung, dass der absolute Wert der Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 unter einen Wert sinkt, der mindestens so hoch ist wie der Bezugswert, dann auf einen Wert steigt, der mindestens so hoch ist wie der Bezugswert, und dass die Abnahmegeschwindigkeit und die Zunahmegeschwindigkeit des absoluten Werts der Ausgabe mindestens so hoch sind wie eine vorgegebene Geschwindigkeit. Die Abnahmegeschwindigkeit und die Zunahmegeschwindigkeit des absoluten Werts der Ausgabe werden vom Ausgabeerfassungsteil 80d erfasst. Ferner wird die vorgegebene Geschwindigkeit vorab durch Versuche oder Berechnungen ermittelt und ist beispielsweise die Änderungsrate der Ausgabe, die einer Änderungsrate des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von 100/s entspricht. Man beachte, dass dieser Wert größer ist als der Betrag der Änderung der Ausgabe, die aufgrund einer normalen Verbrennung stattfindet.
Falls Wasser in die Schutzschicht 60 eindringt, braucht das Wasser Zeit, um zu verdampfen, und daher wird ferner die Zunahmegeschwindigkeit des absoluten Werts der Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 niedriger als die Abnahmegeschwindigkeit des absoluten Werts der Ausgabe. Aus diesem Grund beinhaltet in der vierten Ausführungsform die Anomaliebeurteilungsbedingung, dass der absolute Wert der Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 unter einen Wert sinkt, der mindestens so hoch ist wie der Bezugswert, dann auf einen Wert steigt, der mindestens so hoch ist wie der Bezugswert, und dass die Abnahmegeschwindigkeit des absoluten Werts der Ausgabe höher ist als die Zunahmegeschwindigkeit des absoluten Werts der Ausgabe.
Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in die Messgaskammer 30 eingeführt wird, das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (14,60) ist, wird ferner die Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 im Wesentlichen null. Wenn die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, wird jedoch die Wasserkonzentration in dem Abgas, das in die Messgaskammer 30 eingeführt wird, höher, und ein Teil der Sauerstoffatome in den Wassermolekülen werden an der Sensorzelle 51 abgespalten. Falls die Schutzschicht 60 mit Wasser bedeckt ist, wenn die Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 ein Wert ist, der in einer Region nahe null liegt, und die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, wird aus diesem Grund der absolute Wert der Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 vorübergehend größer.
Aus diesem Grund beinhaltet in der vierten Ausführungsform die Anomaliebeurteilungsbedingung, dass die Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10, die vom Ausgabeerfassungsteil 80d erfasst wird, über einen Wert in der Region nahe null steigt, wenn die Temperatur der Sensorzelle 51 abnimmt. Die Region nahe null wird vorab ermittelt und ist ein Ausgabebereich, der einem Bereich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von beispielsweise 14,55 bis 14,65 entspricht.
Ferner ist die Zeitspanne ab dann, wenn die Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 über einen Wert in der Region nahe null steigt, bis dann, wenn sie auf einen Wert in der Region nahe null sinkt, kürzer als die Zündperiode im Verbrennungsmotor 1. Aus diesem Grund beinhaltet die Anomaliebeurteilungsbedingung in der vierten Ausführungsform, dass die Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 über einen Wert in der Region nahe null steigt, dann auf einen Wert in der Region nahe null sinkt, und dass die Zeitspanne ab dann, wenn die Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 über den Wert in der Region nahe null steigt, bis dann, wenn sie auf den Wert in der Region nahe null sinkt, kürzer ist als die Zündperiode im Verbrennungsmotor 1. Die Zeitspanne ab dann, wenn die Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 über einen Wert in der Region nahe null steigt, dann auf einen Wert in der Region nahe null sinkt, wird vom Ausgabeerfassungsteil 80d erfasst. Die Zündperiode im Verbrennungsmotor 1 wird auf Basis der Zylinderzahl des Verbrennungsmotors 1 und der Motordrehzahl berechnet. Die Motordrehzahl wird vom Kurbelwinkelsensor 108 erfasst.
In der vierten Ausführungsform ist es möglich, einem falschen Urteil dahingehend, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, dadurch entgegenzuwirken, dass eine Beurteilung der Abnahme der Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 nicht nur auf der Änderung der Temperatur der Sensorzelle 51, sondern auch auf der Änderung der Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 basiert, und daher ist es möglich, eine Abnahme der Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 exakter zu erfassen.
<Steuerroutine für eine Anomaliebeurteilungsverarbeitung>
16 bis 18 sind Ablaufschemata, die eine Steuerroutine einer Verarbeitung für eine Anomaliebeurteilung in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Die gegenwärtige Steuerroutine wird von der ECU 80 in vorgegebenen Zeitabständen nach dem Starten des Verbrennungsmotors 1 wiederholt durchgeführt. Schritt S601 bis Schritt S603 in 16 sind Schritt S101 bis Schritt S103 in 7 ähnlich, daher wird auf ihre Erläuterung verzichtet.
Die gegenwärtige Steuerroutine geht zu Schritt S604 weiter, wenn im Schritt S603 geurteilt wird, dass die Abnahmegeschwindigkeit Vdt höher ist als die Abnahmegeschwindigkeit Voff. Im Schritt S604 beurteilt der Beurteilungsteil 80c, ob der absolute Wert der Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 unter einen Wert sinkt, der mindestens so hoch ist wie der Bezugswert. Der absolute Wert der Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 wird vom Ausgabeerfassungsteil 80d erfasst. Der Bezugswert ist beispielsweise der Wert der Ausgabe, die einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 14,65 entspricht, oder der absolute Werte der Ausgabe, die einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 14,55 entspricht. Wenn im Schritt S604 geurteilt wird, dass der absolute Wert der Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 unter einen Wert sinkt, der mindestens so hoch ist wie der Bezugswert, geht die gegenwärtige Steuerroutine zu Schritt 5606 weiter.
Im Schritt S606 beurteilt der Beurteilungsteil 80c, ob der Abnahmebetrag ΔO, über den der absolute Wert der Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 unter einen Wert sinkt, der mindestens so hoch ist wie der Bezugswert, mindestens so groß ist wie ein vorgegebener Betrag B. Der vorgegebene Betrag B beträgt beispielsweise 10% des absoluten Werts der Ausgabe vor der Abnahme. Wenn im Schritt S606 geurteilt wird, dass der Abnahmebetrag ΔO mindestens so hoch ist wie der vorgegebene Betrag B, dann geht die gegenwärtige Steuerroutine zu Schritt S607 weiter.
Im Schritt S607 beurteilt der Beurteilungsteil 80c, ob der absolute Wert der Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 unter einen Wert gesunken ist, der mindestens so hoch ist wie der Bezugswert, und dann auf einen Wert gestiegen ist, der mindestens so hoch ist wie der Bezugswert. Wenn im Schritt S607 geurteilt wird, dass der absolute Wert der Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 unter einen Wert gesunken ist, der mindestens so hoch ist wie der Bezugswert, und dann auf einen Wert gestiegen ist, der mindestens so hoch ist wie der Bezugswert, geht die gegenwärtige Steuerroutine zu Schritt S608 weiter.
Im Schritt S608 wird beurteilt, ob die Zeitspanne OTdu ab dann, als der absolute Wert der Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 unter einen Wert gesunken ist, der mindestens so hoch ist wie der Bezugswert, und dann auf einen Wert gestiegen ist, der mindestens so hoch ist wie der Bezugswert, kürzer als die Zündperiode Ti im Verbrennungsmotor 1. Die Zeitspanne OTdu wird vom Ausgabeerfassungsteil 80d erfasst. Die Zündperiode Ti im Verbrennungsmotor 1 wird auf Basis der Zylinderzahl des Verbrennungsmotors 1 und der Motordrehzahl berechnet. Wenn im Schritt S608 geurteilt wird, dass die Zeitspanne OTdu kürzer ist als die Zeitspanne Ti, dann geht die gegenwärtige Steuerroutine zu Schritt S609 weiter.
Im Schritt S609 beurteilt der Beurteilungsteil 80c, ob die Abnahmegeschwindigkeit Vdo und die Zunahmegeschwindigkeit Vuo des absoluten Werts der Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 mindestens so hoch sind wie eine vorgegebene Geschwindigkeit Vrefo. Die Abnahmegeschwindigkeit Vdo und die Zunahmegeschwindigkeit Vuo werden vom Ausgabeerfassungsteil 80d erfasst. Die vorgegebene Geschwindigkeit Vrefo ist beispielsweise die Änderungsrate der Ausgabe, die einer Änderungsrate des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von 100/s entspricht. Wenn im Schritt S609 geurteilt wird, dass die Abnahmegeschwindigkeit Vdo und die Zunahmegeschwindigkeit Vuo mindestens so hoch sind wie die vorgegebene Geschwindigkeit Vrefo, dann geht die gegenwärtige Steuerroutine zu Schritt S610 weiter.
Im Schritt S610 beurteilt der Beurteilungsteil 80c, ob die Abnahmegeschwindigkeit Vdo höher ist als die Zunahmegeschwindigkeit Vuo. Wenn im Schritt S610 geurteilt wird, dass die Abnahmegeschwindigkeit Vdo höher ist als die Zunahmegeschwindigkeit Vuo, geht die gegenwärtige Steuerroutine zu Schritt S611 weiter.
Im Schritt S611 urteilt der Beurteilungsteil 80c, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, und setzt das Sensoranomalie-Flag Fsa auf „1”. Der Anfangswert des Sensoranomalie-Flags Fsa ist null. Ferner wird das Sensoranomalie-Flag Fsa auf null gestellt, wenn der Zündschalter des Fahrzeugs, in dem der Verbrennungsmotor 1 eingebaut ist, ausgeschaltet wird oder wenn der Verbrennungsmotor 1 angehalten wird. Nach Schritt S611 wird die gegenwärtige Steuerroutine beendet.
Wenn dagegen im Schritt S606 geurteilt wird, dass der Abnahmebetrag ΔO kleiner ist als ein vorgegebener Betrag B, wenn im Schritt S607 geurteilt wird, dass der absolute Wert der Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 nicht unter einen Wert gesunken ist, der mindestens so groß ist wie der Bezugswert, und dann auf einen Wert gestiegen ist, der mindestens so hoch ist wie der Bezugswert, wenn im Schritt S608 geurteilt wird, dass die Zeitspanne OTdu mindestens so lang ist wie die Zündperiode Ti, wenn im Schritt S609 geurteilt wird, dass die Abnahmegeschwindigkeit Vdo und die Zunahmegeschwindigkeit Vuo niedriger sind als eine vorgegebene Geschwindigkeit Vrefo, oder wenn im Schritt S610 geurteilt wird, dass die Abnahmegeschwindigkeit Vdo höchstens so hoch ist wie die Zunahmegeschwindigkeit Vuo, wird die gegenwärtige Steuerroutine beendet.
Ferner geht die gegenwärtige Steuerroutine zu Schritt S605 weiter, wenn im Schritt S604 geurteilt wird, dass der absolute Wert der Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 nicht unter einen Wert gesunken ist, der mindestens so hoch ist wie der Bezugswert. Im Schritt S605 beurteilt der Beurteilungsteil 80c, ob die Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 über einen Wert in der Region nahe null gestiegen ist. Die Region nahe null ist beispielsweise ein Ausgabebereich, der einem Bereich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von 14,55 bis 14,65 entspricht. Wenn im Schritt S605 geurteilt wird, dass die Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 über einen Wert in der Region nahe null gestiegen ist, geht die gegenwärtige Steuerroutine zu Schritt S612 weiter.
Im Schritt S612 beurteilt der Beurteilungsteil 80c, ob die Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 über einen Wert in der Region nahe null gestiegen ist und dann auf einen Wert in der Region nahe null gesunken ist. Wenn im Schritt S612 geurteilt wird, dass die Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 über einen Wert in der Region nahe null gestiegen ist, dann auf einen Wert in der Region nahe null gesunken ist, geht die gegenwärtige Steuerroutine zu Schritt S613 weiter.
Im Schritt S613 wird geurteilt, ob die Zeitspanne OTud ab dann, wenn die Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 über einen Wert in der Region nahe null gestiegen ist, bis dann, wenn sie auf einen Wert in der Region nahe null gesunken ist, kürzer ist als die Zündperiode Ti im Verbrennungsmotor 1. Die Zeitspanne OTud wird vom Ausgabeerfassungsteil 80d erfasst. Die Zündperiode Ti im Verbrennungsmotor 1 wird auf Basis der Zylinderzahl des Verbrennungsmotors 1 und der Motordrehzahl berechnet. Wenn im Schritt S613 geurteilt wird, dass die Zeitspanne OTud kürzer ist als die Zeitspanne Ti, dann geht die gegenwärtige Steuerroutine zu Schritt S614 weiter.
Im Schritt S614 urteilt der Beurteilungsteil 80c, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, und setzt das Sensoranomalie-Flag Fsa auf „1”. Nach Schritt S614 wird die gegenwärtige Steuerroutine beendet.
Wenn dagegen im Schritt S605 geurteilt wird, dass die Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 nicht über einen Wert in der Region nahe null gestiegen ist, wenn im Schritt S612 geurteilt wird, dass die Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 nicht über einen Wert in der Region nahe null gestiegen ist und dann auf einen Wert in der Region nahe null gesunken ist, oder wenn im Schritt S613 geurteilt wird, dass die Zeitspanne OTud mindestens so lang ist wie die Zündperiode Ti, dann wird die gegenwärtige Steuerroutine beendet.
Man beachte, dass in der gegenwärtigen Steuerroutine Schritt S604 und Schritt S606 bis Schritt S611 weggelassen werden können. Wenn im Schritt S603 geurteilt wird, dass die Abnahmegeschwindigkeit Vdt höher ist als die Abnahmegeschwindigkeit Voff, geht die gegenwärtige Steuerroutine in diesem Fall zu Schritt S605 weiter. Ferner können in der gegenwärtigen Steuerroutine Schritt S605 und Schritt S612 bis Schritt S614 weggelassen werden. Wenn im Schritt S604 geurteilt wird, dass der absolute Wert der Ausgabe des Gemischzusammensetzungssensors 10 nicht unter einen Wert gesunken ist, der mindestens so hoch ist wie der Bezugswert, wird die gegenwärtige Steuerroutine in diesem Fall beendet. Ferner können beliebige sechs oder weniger Schritte im Schritt S606 bis Schritt S610 und Schritt S612 bis S613 weggelassen werden.
<Fünfte Ausführungsform>
Die Gestaltung und die Steuerung der Steuervorrichtung für einen Abgassensor gemäß einer fünften Ausführungsform sind der Gestaltung und der Steuerung der Steuervorrichtung für einen Abgassensor gemäß der ersten Ausführungsform im Grunde ähnlich, abgesehen von den nachstehend erläuterten Punkten. Aus diesem Grund konzentriert sich die nachstehende Erläuterung der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf die Teile, die von der ersten Ausführungsform verschieden sind.
19 ist ein Blockschema, das schematisch die Gestaltung einer Steuervorrichtung für einen Abgassensor gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Steuervorrichtung für einen Abgassensor ist ferner mit einem Abgasrohrtemperaturbestimmungsteil 80e versehen. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Abgasrohrtemperaturbestimmungsteil 80e Teil der ECU 80.
Der Abgasrohrtemperaturbestimmungsteil 80e bestimmt die Temperatur des Abgasrohrs 27 in der Umgebung des Gemischzusammensetzungssensors 10 (nachstehend einfach als „Temperatur des Abgasrohrs 27” bezeichnet). 20 ist eine Ansicht, die schematisch einen Verbrennungsmotor 1 zeigt, in dem eine Steuervorrichtung für einen Abgassensor gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Zum Beispiel bestimmt der Abgasrohrtemperaturbestimmungsteil 80e die Temperatur des Abgasrohrs 27 aus der Ausgabe des Abgastemperatursensors 105, der in der Abgasleitung in der Nähe des Gemischzusammensetzungssensors 10 angeordnet ist. Der Abgastemperatursensor 105 ist in der Nähe des Gemischzusammensetzungssensors 10 angeordnet und erfasst die Temperatur des Abgasrohrs 27. Die Ausgabe des Abgasrohrtemperaturbestimmungsteils 105 wird über den entsprechenden AD-Wandler 87 in den Eingabeport 85 der ECU 80 eingegeben.
Man beachte, dass der Abgasrohrtemperaturbestimmungsteil 80e die Temperatur des Abgasrohrs 27 bestimmen kann, ohne den Abgastemperatursensor 105 zu verwenden. In diesem Fall muss der Verbrennungsmotor 1 nicht mit dem Abgastemperatursensor 105 in der Nähe des Gemischzusammensetzungssensors 10 versehen sein. Zum Beispiel kann der Abgasrohrtemperaturbestimmungsteil 80e die Temperatur des Abgasrohrs 27 auf Basis der Zeit bestimmen, die seit dem Starten des Verbrennungsmotors 1 vergangen ist. In diesem Fall ist die Temperatur des Abgasrohrs 27, die vom Abgasrohrtemperaturbestimmungsteil 80e bestimmt wird, umso höher, je länger die Zeit ist, die seit dem Starten des Verbrennungsmotors 1 vergangen ist.
Ferner kann der Abgasrohrtemperaturbestimmungsteil 80e die Temperatur des Abgasrohrs 27 auf Basis des kumulativen Wertes der angesaugten Luftmenge, die ab dem Starten des Verbrennungsmotor 1 in eine Brennkammer 2 geliefert wird (nachstehend als „kumulative Luftmenge” bezeichnet), bestimmen. Die kumulative Luftmenge wird beispielsweise auf Basis der Ausgabe des Luftströmungsmessers 102 berechnet. In diesem Fall ist die Temperatur des Abgasrohrs 27, die vom Abgasrohrtemperaturbestimmungsteil 80e bestimmt wird, umso höher, je größer die kumulative Luftmenge ist. Ferner kann der Abgasrohrtemperaturbestimmungsteil 80e die Temperatur des Abgasrohrs 27 auf Basis der abgelaufenen Zeit und der kumulativen Luftmenge ab dem Starten des Verbrennungsmotors 1 bestimmen. In diesem Fall bestimmt der Abgasrohrtemperaturbestimmungsteil 80e die Temperatur des Abgasrohrs 27 beispielsweise unter Verwendung eines Kennfelds, wie es in 21 dargestellt ist. In diesem Kennfeld ist die Temperatur PT des Abgasrohrs 27 als Funktion der abgelaufenen Zeit ET und der kumulativen Luftmenge ΣMc gezeigt.
Ferner kann der Abgasrohrtemperaturbestimmungsteil 80e die Temperatur des Abgasrohrs 27 auf Basis der Temperatur des Kühlwassers des Verbrennungsmotors 1 bestimmen. Die Temperatur des Kühlwassers wird beispielsweise von einem (nicht gezeigten) Wassertemperatursensor erfasst, der im Kühlwasserweg des Verbrennungsmotors 1 angeordnet ist.
Wie oben erläutert, kondensiert Wasserdampf im Abgas, wenn die Temperatur des Abgasrohrs 27 höchstens so hoch ist wie die Taupunkttemperatur des Wassers, und es entsteht Kondenswasser. Aus diesem Grund trifft eine große Menge an Kondenswasser zusammen mit dem Abgas auf die Schutzschicht 60 des Gemischzusammensetzungssensors 10, bis die Temperatur des Abgasrohrs 27 die Taupunkttemperatur des Wassers erreicht. Wenn die Temperatur des Abgasrohrs 27 die Taupunkttemperatur des Wassers erreicht, wird dagegen kein neues Kondenswasser innerhalb der Abgasleitung erzeugt. Aus diesem Grund ist es wenig wahrscheinlich, dass die Schutzschicht 60 von Wasser bedeckt wird, nachdem die Temperatur des Abgasrohrs 27 die Taupunkttemperatur des Wassers erreicht hat.
Daher beurteilt der Beurteilungsteil 80c in der fünften Ausführungsform nicht, ob die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, nachdem die Temperatur des Abgasrohrs 27, die vom Abgasrohrtemperaturbestimmungsteil 80e bestimmt wird, eine vorgegebene Temperatur erreicht hat, die mindestens so hoch ist wie die Taupunkttemperatur. Aufgrund dessen kann einem falschen Urteil, das besagt, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, entgegengewirkt werden, weil eine Änderung der Temperatur der Sensorzelle 51 aufgrund von Faktoren erfasst wird, bei denen es sich nicht um eine Bedeckung mit Wasser handelt, so dass es möglich ist, eine Abnahme der Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 exakter zu erfassen.
Ferner ist es wenig wahrscheinlich, dass das Element des Gemischzusammensetzungssensors 10 wegen einer Bedeckung mit Wasser reißt, nachdem die Temperatur des Abgasrohrs 27 die Taupunkttemperatur des Wassers erreicht hat. Aus diesem Grund stellt der Heizeinrichtungssteuerteil 80b in der fünften Ausführungsform die Solltemperatur Sensorzelle 51 auf eine vorgegebene Betriebstemperatur ein, nachdem die Temperatur des Abgasrohrs 27, die vom Abgasrohrtemperaturbestimmungsteil 80e bestimmt wird, eine vorgegebene Temperatur erreicht hat, die mindestens so hoch ist wie die Taupunkttemperatur. Die Betriebstemperatur der Sensorzelle 51 ist mindestens so hoch wie die Aktivierungstemperatur der Sensorzelle 51 und beträgt beispielsweise 600°C bis 650°C. Deswegen kann einer Zunahme des Leistungsverbrauchs durch die Heizeinrichtung 55 wegen des Haltens der Solltemperatur der Sensorzelle 51 bei einer Temperatur, die höher ist als die Betriebstemperatur, entgegengewirkt werden.
Ferner verdampft das Kondenswasser, das in der Abgasleitung zurückgeblieben ist, wenn die Temperatur des Abgasrohrs 27 den Siedepunkt von Wasser erreicht, und es trifft kein Kondenswasser mehr auf die Schutzschicht 60. Aus diesem Grund kann die oben genannte vorgegebene Temperatur der Siedepunkt von Wasser sein. Man beachte, dass der Taupunkt bei Atmosphärendruck (1 atm) 54°C beträgt, während der Siedepunkt von Wasser bei Atmosphärendruck 100°C beträgt.
<Erläuterung der Steuerung anhand eines Zeitschemas>
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf das Zeitschema von 22 konkret eine Steuerung erläutert, die von der Steuervorrichtung für einen Abgassensor in der fünften Ausführungsform durchgeführt wird. 22 ist ein schematisches Zeitdiagramm der Motorlast, der Temperatur des Abgasrohrs 27 (der Temperatur des Abgasrohrs in der Umgebung des Sensors), der Wasserabstoßung der Schutzschicht und der Solltemperatur der Sensorzelle 51, nachdem der Verbrennungsmotor gestartet worden ist. In dem dargestellten Beispiel wird die Temperatur des Abgasrohrs 27 aus der Ausgabe des Abgastemperatursensors 105 berechnet.
In dem dargestellten Beispiel wird zum Zeitpunkt t0 der Verbrennungsmotor 1 gestartet. Wenn der Verbrennungsmotor 1 gestartet wird, wird die Solltemperatur der Sensorzelle 51 auf die Anfangstemperatur T0 eingestellt. Die Anfangstemperatur T0 ist eine Temperatur, die mindestens so hoch ist wie die niedrigste Temperatur, bei der das Leidenfrost-Phänomen an der Außenfläche der Schutzschicht 60 auftritt, und liegt beispielsweise bei 750°C.
In dem dargestellten Beispiel wird zum Zeitpunkt t1 geurteilt, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt. Aus diesem Grund wird zum Zeitpunkt t1 die Solltemperatur der Sensorzelle 51 von der Anfangstemperatur T0 auf die erste Temperatur T1 erhöht. Die erste Temperatur T1 ist eine Temperatur, bei der die Temperatur der Außenfläche der Schutzschicht 60 mindestens so hoch wird wie die Temperatur, bei der Ruß verbrennt, und liegt beispielsweise bei 800°C.
Ferner wird zum Zeitpunkt t2 geurteilt, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 erneut gesunken ist. Aus diesem Grund wird zum Zeitpunkt t2 die Solltemperatur der Sensorzelle 51 von der ersten Temperatur T1 auf die zweite Temperatur T2 erhöht. Die zweite Temperatur T2 beträgt beispielsweise 850°C.
Nach dem Zeitpunkt t2 erreicht die Temperatur des Abgasrohrs 27 zum Zeitpunkt t3 eine vorgegebene Temperatur PTref, die mindestens so hoch ist wie die Taupunkttemperatur. Aus diesem Grund wird zum Zeitpunkt t3 die Solltemperatur der Sensorzelle 51 auf die Betriebstemperatur OT eingestellt. Die vorgegebene Temperatur PTref ist beispielsweise die Taupunkttemperatur (54°C), während die Betriebstemperatur OT beispielsweise 650°C beträgt.
<Steuerroutine für eine Anomaliebeurteilungsverarbeitung>
23 ist ein Ablaufschema, das eine Steuerroutine einer Verarbeitung für eine Anomaliebeurteilung in der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die gegenwärtige Steuerroutine wird von der ECU 80 in vorgegebenen Zeitabständen nach dem Starten des Verbrennungsmotors 1 wiederholt durchgeführt.
Zunächst beurteilt der Beurteilungsteil 80c im Schritt S701, ob die Temperatur PT des Abgasrohrs 27 eine vorgegebene Temperatur Tref ist, die mindestens so hoch ist wie die Taupunkttemperatur. Die Temperatur PT des Abgasrohrs 27 wird anhand einer der oben genannten Verfahren vom Abgasrohrtemperaturbestimmungsteil 80e bestimmt. Die vorgegebene Temperatur Tref ist beispielsweise der Taupunkt oder der Siedepunkt von Wasser.
Wenn im Schritt S701 geurteilt wird, dass die Temperatur PT des Abgasrohrs 27 mindestens so hoch ist wie eine vorgegebene Temperatur Tref, wird die gegenwärtige Steuerroutine beendet. In diesem Fall wird nicht beurteilt, ob die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt. Wenn im Schritt S701 dagegen geurteilt wird, dass die Temperatur PT des Abgasrohrs 27 unter einer vorgegebenen Temperatur Tref liegt, dann geht die gegenwärtige Steuerroutine zu Schritt S702 weiter.
Im Schritt S702 beurteilt der Beurteilungsteil 80c, ob es sich bei der Solltemperatur TT der Sensorzelle 51, die vom Heizeinrichtungssteuerteil 80b eingestellt worden ist, um eine Temperatur handelt, die mindestens so hoch ist wie eine niedrigste Temperatur TL, bei der das Leidenfrost-Phänomen an der Außenfläche der Schutzschicht 60 auftritt. Die niedrigste Temperatur TL beträgt beispielsweise 400°C.
Wenn im Schritt S702 geurteilt wird, dass die Solltemperatur TT niedriger ist als die niedrigste Temperatur TL, wird die gegenwärtige Steuerroutine beendet. In diesem Fall wird nicht beurteilt, ob die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt. Wenn im Schritt S702 dagegen geurteilt wird, dass die Solltemperatur TT mindestens so hoch ist wie die niedrigste Temperatur TL, dann geht die gegenwärtige Steuerroutine zu Schritt S703 weiter.
Im Schritt S703 beurteilt der Beurteilungsteil 80c, ob die Anomaliebeurteilungsbedingung erfüllt ist. Die Anomaliebeurteilungsbedingung ist mindestens eine der oben in den Erläuterungen zur ersten Ausführungsform bis vierten Ausführungsform genannten Anomaliebeurteilungsbedingungen.
Wenn im Schritt S703 geurteilt wird, dass die Anomaliebeurteilungsbedingung erfüllt ist, geht die gegenwärtige Steuerroutine zu Schritt S704 weiter. Im Schritt S704 urteilt der Beurteilungsteil 80c, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, und setzt das Sensoranomalie-Flag Fsa auf „1”. Der Anfangswert des Sensoranomalie-Flags Fsa ist null. Ferner wird das Sensoranomalie-Flag Fsa auf null gestellt, wenn der Zündschalter des Fahrzeugs, in dem der Verbrennungsmotor 1 eingebaut ist, ausgeschaltet wird oder wenn der Verbrennungsmotor 1 angehalten wird.
Im Schritt S705 urteilt dann der Beurteilungsteil 80c auf die gleiche Weise wie im Schritt S306 in 11 den Grad der Abnahme der Wasserabstoßung der Schutzschicht 60. Nach Schritt S705 wird die gegenwärtige Steuerroutine beendet. Wenn im Schritt S703 dagegen geurteilt wird, dass die Anomaliebeurteilungsbedingung nicht erfüllt ist, wird die gegenwärtige Steuerroutine beendet.
<Verarbeitung zur Einstellung der Solltemperatur>
24 ist ein Ablaufschema, das die Steuerroutine einer Verarbeitung zur Einstellung einer Solltemperatur in der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die gegenwärtige Steuerroutine wird von der ECU 80 in vorgegebenen Zeitabständen nach dem Starten des Verbrennungsmotors 1 wiederholt durchgeführt.
Zunächst beurteilt der Heizeinrichtungssteuerteil 80b im Schritt S801, ob die Temperatur PT des Abgasrohrs 27, die vom Abgasrohrtemperaturbestimmungsteil 80e bestimmt wird, mindestens so hoch ist wie eine vorgegebene Temperatur PTref, die mindestens so hoch ist wie die Taupunkttemperatur. Die vorgegebene Temperatur PTref ist beispielsweise der Taupunkt (54°C) oder der Siedepunkt von Wasser (100°C). Wenn im Schritt S801 geurteilt wird, dass die Temperatur PT des Abgasrohrs 27 mindestens so hoch ist wie eine vorgegebene Temperatur PTref, geht die gegenwärtige Steuerroutine zu Schritt S802 weiter.
Im Schritt S802 stellt der Heizeinrichtungssteuerteil 80b die Solltemperatur TT der Sensorzelle 51 auf die Betriebstemperatur OT ein. Die Betriebstemperatur OT ist mindestens so hoch wie die Aktivierungstemperatur der Sensorzelle 51 und beträgt beispielsweise 600°C bis 650°C. Nach Schritt S802 wird die gegenwärtige Steuerroutine beendet.
Wenn im Schritt S801 dagegen geurteilt wird, dass die Temperatur PT des Abgasrohrs 27 unter einer vorgegebenen Temperatur PTref liegt, dann geht die gegenwärtige Steuerroutine zu Schritt S803 weiter. Schritt S803 bis Schritt S806 sind Schritt S401 bis Schritt S404 in 12 ähnlich, daher wird auf ihre Erläuterung verzichtet.
Man beachte, dass Schritt S705 von 23 und Schritt S804 von 24 weggelassen werden können. In diesem Fall wird als Erhöhungsbetrag RT, der im Schritt S805 verwendet wird, ein vorgegebener Wert genommen, beispielsweise 50°C bis 100°C.
<Sechste Ausführungsform>
Die Gestaltung und die Steuerung der Steuervorrichtung für einen Abgassensor gemäß einer sechsten Ausführungsform sind der Gestaltung und der Steuerung der Steuervorrichtung für einen Abgassensor gemäß der ersten Ausführungsform im Grunde ähnlich, abgesehen von den nachstehend erläuterten Punkten. Aus diesem Grund konzentriert sich die nachstehende Erläuterung der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf die Teile, die von der ersten Ausführungsform verschieden sind.
Wenn der Beurteilungsteil 80c urteilt, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt, erhöht der Heizeinrichtungssteuerteil 80b in der sechsten Ausführungsform die Solltemperatur der Sensorzelle 51, so dass die Temperatur der Außenfläche der Schutzschicht 60 mindestens so hoch wird wie die Temperatur, bei der Ruß verbrennt. Wenn in der Zeitspanne ab dann, wenn die Solltemperatur erhöht wird, bis dann, wenn der Verbrennungsmotor 1 anhält, nicht erneut eine Abnahme der Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 erfasst wird, kann es sein, dass eine Entfernung des Rußes eine Wiederherstellung der Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 ermöglicht hat. Aus diesen Grund bringt in der sechsten Ausführungsform der Heizeinrichtungssteuerteil 80b, wenn der Beurteilungsteil 80c nicht urteilt, dass in der Zeitspanne ab der ersten Erhöhung der Solltemperatur nach dem Starten des Verbrennungsmotors 1 bis zum Anhalten des Verbrennungsmotor 1 die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 erneut gesunken ist, die Solltemperatur nach einem erneuten Starten des Verbrennungsmotors 1 auf den Wert vor der Erhöhung zurück. Deswegen kann einer Zunahme des Leistungsverbrauchs durch die Heizeinrichtung 55 wegen einer Erhöhung der Solltemperatur der Sensorzelle 51 über eine lange Zeitspanne entgegengewirkt werden.
Wenn dagegen in der Zeitspanne ab der Erhöhung der Solltemperatur bis zum Anhalten des Verbrennungsmotors 1 erneut eine Abnahme der Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 erfasst wird, dann kann es sein, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht anhaltend abnimmt. Aus diesen Grund erhöht in der sechsten Ausführungsform der Heizeinrichtungssteuerteil 80b, wenn der Beurteilungsteil 80c urteilt, dass in der Zeitspanne ab der ersten Erhöhung der Solltemperatur nach dem Starten des Verbrennungsmotors 1 bis zum Anhalten des Verbrennungsmotor 1 die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 erneut gesunken ist, die Solltemperatur nach einem erneuten Starten des Verbrennungsmotors 1 weiter und hält sie auf dem Wert nach der Erhöhung. Daher ist es auch nach einem Neustart des Verbrennungsmotors 1 möglich, aufgrund des Leidenfrost-Phänomens wirksam zu verhindern, dass das Element des Gemischzusammensetzungssensors 10 reißt.
Was dies betrifft, so gibt es eine Obergrenze für die Temperatur der Sensorzelle 51, die von der Heizeinrichtung geregelt werden kann. Wenn eine Abnahme der Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 bewirkt, dass mehrmals eine Erhöhung der Solltemperatur der Sensorzelle 51 bewirkt wird, dann überschreitet die Solltemperatur jedoch manchmal die Temperaturobergrenze. Wenn die Temperatur der Schutzschicht 60 eine hohe Temperatur ist, wird jedoch der Wärmeschock größer, den die Schutzschicht 60 und der Elementkörper 50 erleiden, wenn Wasser in die Schutzschicht 60 eindringt. Wenn das Auftreten des Leidenfrost-Phänomens an der Außenfläche der Schutzschicht 60 aufgrund einer Abnahme der Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 erschwert ist, ist es aus diesem Grund bevorzugt, die Temperatur der Außenfläche der Schutzschicht 60 bei einer niedrigen Temperatur zu halten, um zu verhindern, dass das Element des Gemischzusammensetzungssensors 10 aufgrund einer Wasserbedeckung reißt.
Aus diesem Grund schaltet der Heizeinrichtungssteuerteil 80b in der sechsten Ausführungsform die Heizeinrichtung 55 aus, wenn eine mehrmalige Erhöhung der Solltemperatur der Sensorzelle 51 bewirkt, dass die Solltemperatur eine vorgegebene Temperaturobergrenze überschreitet. Die Temperaturobergrenze wird aufgrund der Gestaltung des Sensorelements 12 usw. vorab festgelegt und beträgt beispielsweise 900°C. Man beachte, dass die Temperatur der Sensorzelle 51 unter die Aktivierungstemperatur sinkt, wenn die Heizeinrichtung 55 ausgeschaltet wird, und dass daher eine exakte Erfassung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses schwierig wird. Aus diesem Grund erfasst der Gemischzusammensetzungssensor 10 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht, während die Heizeinrichtung 55 ausgeschaltet ist.
Ferner stellt der Heizeinrichtungssteuerteil 80b in der sechsten Ausführungsform auf die gleiche Weise wie in der fünften Ausführungsform die Solltemperatur der Sensorzelle 51 auf eine vorgegebene Betriebstemperatur ein, nachdem die Temperatur des Abgasrohrs 27, die vom Abgasrohrtemperaturbestimmungsteil 80e bestimmt wird, eine vorgegebene Temperatur, die mindestens so hoch ist wie die Taupunkttemperatur, erreicht hat. Deswegen kann der Gemischzusammensetzungssensor 10 verwendet werden, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erfassen, nachdem die Menge an Kondenswasser innerhalb der Abgasleitung kleiner geworden ist.
Man beachte, dass der Heizeinrichtungssteuerteil 80b die Solltemperatur der Sensorzelle 51 auf eine Temperatur einstellen kann, die niedriger ist als die niedrigste Temperatur, bei der das Leidenfrost-Phänomen an der Außenfläche der Schutzschicht 60 auftritt, wenn eine mehrmalige Erhöhung der Solltemperatur der Sensorzelle 51 bewirkt, dass die Solltemperatur eine vorgegebene Temperaturobergrenze überschreitet. Zum Beispiel stellt der Heizeinrichtungssteuerteil 80b die Solltemperatur der Sensorzelle 51 auf 300°C ein. Deshalb kann im Gegensatz zu dann, wenn die Heizeinrichtung 55 ausgeschaltet wird, bewirkt werden, dass die Solltemperatur schnell auf die Betriebstemperatur steigt, nachdem die Temperatur des Abgasrohrs 27 eine vorgegebene Temperatur erreicht hat, die mindestens so hoch ist wie die Taupunkttemperatur, und daher ist es möglich, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis unter Verwendung des Gemischzusammensetzungssensors 10 frühzeitig zu erfassen.
<Steuerroutine für eine Anomaliebeurteilungsverarbeitung>
25 ist ein Ablaufschema, das eine Steuerroutine einer Verarbeitung für eine Anomaliebeurteilung in der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die dargestellte Steuerroutine wird von der ECU 80 in vorgegebenen Zeitabständen nach dem Starten des Verbrennungsmotors 1 wiederholt durchgeführt. Schritt S901 bis Schritt S905 in 25 sind Schritt S701 bis Schritt S705 in 23 ähnlich, daher wird auf ihre Erläuterung verzichtet.
Die gegenwärtige Steuerroutine geht nach Schritt S905 zu Schritt S906 weiter. Im Schritt S906 aktualisiert der Beurteilungsteil 80c die Anzahl der Beurteilungsereignisse COUNT. Genauer nimmt der Beurteilungsteil 80c den Wert der aktuellen Anzahl der Beurteilungsereignisse COUNT plus 1 als neue Anzahl der Beurteilungsereignisse COUNT. Die Anzahl der Beurteilungsereignisse COUNT zeigt, wie oft seit dem Starten des Verbrennungsmotors 1 bis zu dessen Anhalten geurteilt worden ist, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt. Der Anfangswert der Anzahl der Beurteilungsereignisse COUNT ist null. Ferner wird die Anzahl der Beurteilungsereignisse COUNT auf null gebracht, wenn der Zündschalter des Fahrzeugs, das den Verbrennungsmotor 1 trägt, ausgeschaltet wird oder wenn der Verbrennungsmotor 1 angehalten wird. Nach Schritt S906 wird die gegenwärtige Steuerroutine beendet.
<Verarbeitung zur Einstellung der Solltemperatur>
26 ist ein Ablaufschema, das die Steuerroutine einer Verarbeitung zur Einstellung einer Solltemperatur in der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die gegenwärtige Steuerroutine wird von der ECU 80 in vorgegebenen Zeitabständen nach dem Starten des Verbrennungsmotors 1 wiederholt durchgeführt.
Zunächst beurteilt der Heizeinrichtungssteuerteil 80b im Schritt S1001, ob die Temperatur PT des Abgasrohrs 27, die vom Abgasrohrtemperaturbestimmungsteil 80e bestimmt wird, mindestens so hoch ist wie eine vorgegebene Temperatur PTref, die mindestens so hoch ist wie die Taupunkttemperatur. Die vorgegebene Temperatur PTref ist beispielsweise der Taupunkt (54°C) oder der Siedepunkt von Wasser (100°C). Wenn im Schritt S1001 geurteilt wird, dass die Temperatur PT des Abgasrohrs 27 unter einer vorgegebenen Temperatur PTref liegt, dann geht die gegenwärtige Steuerroutine zu Schritt S1002 weiter.
Im Schritt S1002 beurteilt der Heizeinrichtungssteuerteil 80b, ob das Sensoranomalie-Flag Fsa auf „1” gesetzt worden ist. Wenn geurteilt wird, dass das Sensoranomalie-Flag Fsa nicht auf null gesetzt worden ist, geht die gegenwärtige Steuerroutine zu Schritt S1003 weiter.
Im Schritt S1003 stellt der Heizeinrichtungssteuerteil 80b die Solltemperatur TT auf die Basistemperatur Tb ein. Der Anfangswert der Basistemperatur Tb ist mindestens so hoch ist wie die niedrigste Temperatur, bei der das Leidenfrost-Phänomen an der Außenfläche der Schutzschicht 60 auftritt, und liegt beispielsweise bei 400°C oder höher. Man beachte, dass der Anfangswert der Basistemperatur Tb auf eine Temperatur eingestellt werden kann, die höher ist als die Betriebstemperatur der Sensorzelle 51, beispielsweise auf eine Temperatur von 700°C oder höher.
Dann beurteilt der Heizeinrichtungssteuerteil 80b im Schritt S1004, ob die im Schritt S1003 eingestellte Solltemperatur TT höchstens so hoch ist wie die Temperaturobergrenze Tut. Die Temperaturobergrenze Tut beträgt beispielsweise 900°C. Wenn im Schritt S1004 geurteilt wird, dass die Solltemperatur TT höchstens so hoch ist wie die Temperaturobergrenze Tut, wird die gegenwärtige Steuerroutine beendet.
Wenn im Schritt S1002 dagegen geurteilt wird, dass das Sensoranomalie-Fsa auf „1” gesetzt worden ist, geht die gegenwärtige Steuerroutine zu Schritt S1005 weiter. Im Schritt S1005 beurteilt der Beurteilungsteil 80b, ob die Anzahl der Beurteilungsereignisse COUNT 2 oder höher ist. Die Anzahl der Beurteilungsereignisse COUNT wird im Schritt S906 von 25 aktualisiert. Wenn im Schritt S1005 geurteilt wird, dass die Anzahl der Beurteilungsereignisse COUNT „1” ist, geht die gegenwärtige Steuerroutine zu Schritt S1006 weiter.
Im Schritt S1006 berechnet auf die gleiche Weise wie im Schritt S402 von 12 der Heizeinrichtungssteuerteil 80b den Erhöhungsbetrag RT der Solltemperatur TT des Sensorzelle 51 auf Basis des Grads, in dem die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt. Im Schritt S1007 erhöht dann der Heizeinrichtungssteuerteil 80b die Solltemperatur TT. Genauer macht der Heizeinrichtungssteuerteil 80b die Summe des Werts des Erhöhungsbetrags RT, der im Schritt S1006 berechnet wurde, und der aktuellen Solltemperatur TT zur neuen Solltemperatur TT.
Dann beurteilt der Heizeinrichtungssteuerteil 80b im Schritt S1004, ob die im Schritt S1007 eingestellte Solltemperatur TT höchstens so hoch ist wie die Temperaturobergrenze Tut. Wenn geurteilt wird, dass die Solltemperatur TT höchstens so hoch ist wie die Temperaturobergrenze Tut, wird die gegenwärtige Steuerroutine beendet.
Wenn im Schritt S1005 dagegen geurteilt wird, dass die Anzahl der Beurteilungsereignisse COUNT „2” oder höher ist, geht die gegenwärtige Steuerroutine zu Schritt S1008 weiter. In diesem Fall wird geurteilt, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 in der Zeitspanne ab der Erhöhung der Solltemperatur TT im Schritt S1007 bis zum Anhalten des Verbrennungsmotors 1 erneut gesunken ist.
Im Schritt S1008 berechnet auf die gleiche Weise wie im Schritt S402 von 12 der Heizeinrichtungssteuerteil 80b den Erhöhungsbetrag RT der Basistemperatur Tb auf Basis des Grads, in dem die Wasserabstoßung der Schutzschicht 60 abnimmt. Im Schritt S1009 erhöht dann der Heizeinrichtungssteuerteil 80b die Basistemperatur Tb. Genauer macht der Heizeinrichtungssteuerteil 80b die Summe des Werts des Erhöhungsbetrags RT, der in Schritt S1008 berechnet wurde, und der aktuellen Basistemperatur Tb zur neuen Basistemperatur Tb. Die Basistemperatur Tb wird im RAM 83 der ECU 80 gespeichert. Der aktualisierte Wert wird auch nach dem Ausschalten des Zündschalters gehalten.
Im Schritt S1010 erhöht dann der Heizeinrichtungssteuerteil 80b die Solltemperatur TT. Genauer stellt der Heizeinrichtungssteuerteil 80b die Solltemperatur TT auf die im Schritt S1009 aktualisierte Basistemperatur Tb ein. Dann stellt der Heizeinrichtungssteuerteil 80b im Schritt S1011 das Sensoranomalie-Flag Fsa auf null.
Im Schritt S1004 beurteilt dann der Heizeinrichtungssteuerteil 80b im Schritt S1007, ob die im Schritt S1010 eingestellte Solltemperatur TT höchstens so hoch ist wie die Temperaturobergrenze Tut. Wenn geurteilt wird, dass die Solltemperatur TT höchstens so hoch ist wie die Temperaturobergrenze Tut, wird die gegenwärtige Steuerroutine beendet.
Wenn im Schritt S1004 dagegen geurteilt wird, dass die im Schritt S1003, Schritt S1007 oder Schritt S1010 eingestellte Solltemperatur TT höher ist als die Temperaturobergrenze Tut, dann geht die gegenwärtige Steuerroutine zu Schritt S1012 weiter. In diesem Fall ist es schwierig zu bewirken, dass das Leidenfrost-Phänomen an der Außenfläche der Schutzschicht 60 auftritt und dadurch zu verhindern, dass das Element des Gemischzusammensetzungssensors 10 reißt, und daher schaltet der Heizeinrichtungssteuerteil 80b die Heizeinrichtung 55 im Schritt S1012 aus. Nach Schritt S1012 wird die gegenwärtige Steuerroutine beendet.
Wenn im Schritt S1001 geurteilt wird, dass die Temperatur PT des Abgasrohrs 27 mindestens so hoch ist wie eine vorgegebene Temperatur PTref, geht die gegenwärtige Steuerroutine ferner zu Schritt S1013 weiter. Im Schritt S1013 stellt der Heizeinrichtungssteuerteil 80b die Solltemperatur TT der Sensorzelle 51 auf die Betriebstemperatur OT ein. Die Betriebstemperatur OT ist mindestens so hoch wie die Aktivierungstemperatur der Sensorzelle 51 und beträgt beispielsweise 600°C bis 650°C. Nach Schritt S1013 wird die gegenwärtige Steuerroutine beendet.
Man beachte, dass im Schritt S1012 der Heizeinrichtungssteuerteil 80b die Solltemperatur der Sensorzelle 51 auf eine Temperatur (beispielsweise 300°C) einstellen kann, die niedriger ist als die niedrigste Temperatur, bei der das Leidenfrost-Phänomen an der Außenfläche der Schutzschicht 60 auftritt. Ferner können Schritt S905 von 25 und Schritt S1006 und Schritt S1008 von 26 weggelassen werden. In diesem Fall wird als Erhöhungsbetrag RT, der im Schritt S1007 und Schritt S1009 verwendet wird, ein vorgegebener Wert genommen, beispielsweise 50°C bis 100°C. Ferner kann es sich bei dem Erhöhungsbetrag RT, der im Schritt S1007 verwendet wird, und bei dem Erhöhungsbetrag RT, der im Schritt S1009 verwendet wird, um unterschiedliche Werte handeln.
Vorstehend wurden bevorzugte Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert, aber die vorliegenden Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Innerhalb des Wortsinns der Ansprüche können verschiedene Korrekturen und Änderungen vorgenommen werden. Zum Beispiel kann der Abgassensor, der von der Steuervorrichtung für einen Abgassensor gesteuert wird, ein Sauerstoffsensor sein, der erfasst, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases sauerstoffarm oder sauerstoffreich ist, indem er den Sauerstoff im Abgas erfasst. Ferner kann der Abgassensor ein Stickoxidsensor (NO_x-Sensor), der die Konzentration von Stickoxiden (NO_x) im Abgas erfasst, ein Schwefeloxidsensor (SO_x-Sensor), der die Konzentration von Schwefeloxiden (SO_x) im Abgas erfasst, usw. sein.
Ferner kann der Elementkörper des Abgassensors zusätzlich zur Sensorzelle mit einer anderen elektrochemischen Zelle versehen sein. Die andere elektrochemische Zelle ist beispielsweise eine Pumpzelle, die den Sauerstoff im Messgas aus der Messgaskammer ausführt, eine Monitorzelle, welche die Konzentration einer bestimmten Komponente im Messgas erfasst, usw. In diesem Fall kann der Heizeinrichtungssteuerteil die Solltemperatur der Sensorzelle so einstellen und die Heizeinrichtung so steuern, dass die Temperatur der Pumpzelle oder der Monitorzelle die Solltemperatur wird. Die Temperatur der Pumpzelle oder der Monitorzelle wird durch deren Impedanz usw. berechnet.
Ferner können die oben genannten Ausführungsformen beliebig kombiniert und ausgeführt werden. Zum Beispiel kann nach Schritt S508 von 14, Schritt S611 von 17 oder Schritt S614 von 18, Schritt S306 von 11 durchgeführt werden.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungsmotor
10: Abgassensor (Gemischzusammensetzungssensor)
12: Sensorelement
50: Elementkörper
51: Sensorzelle
55: Heizeinrichtung
60: Schutzschicht
80: elektronische Steuereinheit (ECU)
80a: Zellentemperaturerfassungsteil
80b: Heizeinrichtungssteuerteil
80c: Beurteilungsteil
80d: Ausgabeerfassungsteil
80e: Abgasrohrtemperaturbestimmungsteil

Claims

Steuervorrichtung für einen Abgassensor (10), die einen Abgassensor (10) steuert, der in einer Abgasleitung eines Verbrennungsmotors (1) angeordnet ist, und die eine bestimmte Komponente im Abgas erfasst, wobei der Abgassensor (10) aufweist: einen Elementkörper (50), der mit einer elektrochemischen Zelle (51) versehen ist, eine Schutzschicht (60), die auf der Außenfläche des Elementkörpers (50) ausgebildet ist und aus poröser Keramik besteht, und eine Heizeinrichtung (55), die den Elementkörper (50) und die Schutzschicht (60) erwärmt, die Steuervorrichtung aufweist: einen Heizeinrichtungssteuerteil (80b), der dafür ausgelegt ist, eine Solltemperatur der elektrochemischen Zelle (51) einzustellen und die Heizeinrichtung (55) so zu steuern, dass die Temperatur der elektrochemischen Zelle (51) die Solltemperatur wird, und einen Beurteilungsteil (80c), der dafür ausgelegt ist, zu beurteilen, ob eine Wasserabstoßung der Schutzschicht (60) abnimmt, wenn der Heizeinrichtungssteuerteil (80b) die Solltemperatur auf eine Temperatur einstellt, die mindestens so hoch ist wie eine niedrigste Temperatur, bei der das Leidenfrost-Phänomen an der Außenfläche der Schutzschicht (60) auftritt, und der Heizeinrichtungssteuerteil (80b) dafür ausgelegt ist, die Solltemperatur zu erhöhen, wenn der Beurteilungsteil (80c) urteilt, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht (60) abnimmt.
Steuervorrichtung eines Abgassensors (10) nach Anspruch 1, wobei der Beurteilungsteil (80c) dafür ausgelegt ist, einen Grad zu beurteilen, in dem eine Wasserabstoßung der Schutzschicht (60) abnimmt, und der Heizeinrichtungssteuerteil (80b) dafür ausgelegt ist, dann, wenn der Grad, in dem die Wasserabstoßung der Schutzschicht (60) abnimmt, relativ groß ist, den Erhöhungsbetrag der Solltemperatur im Vergleich zu dann, wenn der Grad über den die Wasserabstoßung der Schutzschicht (60) abnimmt relativ klein ist, stärker zu vergrößern.
Steuervorrichtung eines Abgassensors (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Heizeinrichtungssteuerteil (80b) dafür ausgelegt ist, die Solltemperatur so zu erhöhen, dass eine Temperatur der Außenfläche der Schutzschicht (60) mindestens so hoch wird wie eine Temperatur, bei der Ruß verbrennt, wenn der Beurteilungsteil (80c) urteilt, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht (60) abnimmt.
Steuervorrichtung eines Abgassensors (10) nach Anspruch 3, wobei dann, wenn der Beurteilungsteil (80c) nicht urteilt, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht (60) ab der ersten Erhöhung der Solltemperatur nach dem Starten des Verbrennungsmotors (1) bis zum Anhalten des Verbrennungsmotors (1) erneut gesunken ist, der Heizeinrichtungssteuerteil (80b) die Solltemperatur nach einem erneuten Starten des Verbrennungsmotors (1) auf einen Wert vor der Erhöhung zurückbringt, und dann, wenn der Beurteilungsteil (80c) urteilt, dass die Wasserabstoßung der Schutzschicht (60) ab der ersten Erhöhung der Solltemperatur nach dem Starten des Verbrennungsmotors (1) bis zum Anhalten des Verbrennungsmotors (1) erneut gesunken ist, der Heizeinrichtungssteuerteil (80b) die Solltemperatur nach einem erneuten Starten des Verbrennungsmotors (1) weiter erhöht und sie auf einem Wert nach der Erhöhung hält.
Steuervorrichtung eines Abgassensors (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Heizeinrichtungssteuerteil 80b dafür ausgelegt ist, die Solltemperatur auf eine Temperatur einzustellen, die niedriger ist als die niedrigste Temperatur, oder die Heizeinrichtung (55) auszuschalten, wenn eine mehrmalige Erhöhung der Solltemperatur bewirkt, dass die Solltemperatur eine vorgegebene Temperaturobergrenze überschreitet.
Steuervorrichtung eines Abgassensors (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuervorrichtung ferner einen Abgasrohrtemperaturbestimmungsteil (80e) aufweist, der dafür ausgelegt ist, eine Temperatur eines Abgasrohrs (27) in der Umgebung des Abgassensors (10) zu erfassen, und der Beurteilungsteil (80c) nicht beurteilt, ob die Wasserabstoßung der Schutzschicht (60) abnimmt, und der Heizeinrichtungssteuerteil (80b) die Solltemperatur auf eine vorgegebene Betriebstemperatur einstellt, nachdem die Temperatur des Abgasrohrs (27), die vom Abgasrohrtemperaturbestimmungsteil (80e) bestimmt wird, eine vorgegebene Temperatur erreicht hat, die mindestens so hoch ist wie die Taupunkttemperatur.