DE102019130627A1

DE102019130627A1 - Sensor-steuerungsvorrichtung und sensor-steuerungsverfahren

Info

Publication number: DE102019130627A1
Application number: DE102019130627.2A
Authority: DE
Inventors: Keisuke Shibata; Satoshi Teramoto; Tetsuya Ito
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2018-11-16
Filing date: 2019-11-13
Publication date: 2020-05-20
Also published as: JP7128090B2; JP2020085489A

Abstract

Eine Sensor-Steuerungsvorrichtung (1) steuert einen Gassensor (3), der eine Konzentration eines bestimmten Gases erfasst, das im Abgas eines Verbrennungsmotors enthalten ist. Der Gassensor (3) hat eine Referenz-Sauerstoffkammer, in die Umgebungsluft eingeführt wird; und eine Zelle (13) mit einem Festelektrolyten (14), einer abgasseitigen Elektrode (15), die auf dem Festelektrolyten (14) angeordnet und dem Abgas ausgesetzt ist, und einer umgebungsluftseitigen Elektrode (16), die auf dem Festelektrolyten angeordnet und der Referenz-Sauerstoffkammer zugewandt ist. Die Sensor-Steuerungsvorrichtung (1) hat eine Zustandsbeurteilungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie beurteilt, ob ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gleich oder kleiner als ein vorbestimmtes Änderungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis unter einer Bedingung ist, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases kleiner als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist; und eine Stromversorgungseinheit (35), die so konfiguriert ist, dass sie einen Konzentrationsdetektionsstrom (Ip) durchlässt, der entsprechend der Konzentration des spezifischen Gases zwischen der abgasseitigen Elektrode (15) und der umgebungsluftseitigen Elektrode (16) variiert. Wenn die Zustandsbeurteilungseinheit beurteilt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases größer ist als die Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, leitet die Stromversorgungseinheit (35) kontinuierlich den Konzentrationsdetektionsstrom (Ip) zwischen der abgasseitigen Elektrode (15) und der umgebungsluftseitigen Elektrode (16). Wenn die Zustandsbeurteilungseinheit beurteilt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gleich oder kleiner als die Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist, wiederholt die Stromversorgungseinheit (35) abwechselnd einen Stromversorgungszustand, in dem der Konzentrationsdetektionsstrom zwischen der abgasseitigen Elektrode (15) und der umgebungsluftseitigen Elektrode (16) fließt, und einen Stromversorgungs-Stoppzustand, in dem der Konzentrationsdetektionsstrom (Ip) nicht zwischen der abgasseitigen Elektrode (15) und der umgebungsluftseitigen Elektrode (16) fließt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Sensor-Steuerungsvorrichtung und ein Sensor-Steuerungsverfahren, insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Gassensors, der eine Konzentration eines bestimmten, im Abgas enthaltenen Gases erfasst.
Die japanische geprüfte Patentveröffentlichung Nr. 6-16025 (im Folgenden als „JPH06-16025“ bezeichnet) offenbart eine Vorrichtung, die eine Konzentration eines bestimmten, im Abgas enthaltenen Gases auf der Grundlage eines Wertes des Stroms Ip in beiden Fällen erkennt, wenn sich ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einer mageren Seite (in einem mageren Bereich) und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einer fetten Seite (in einem fetten Bereich) befindet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In JPH06-16025 hat das Gerät, das die Konzentration des spezifischen Gases auf der Grundlage des Stroms Ip erfasst, jedoch das Problem, dass sich die Erfassungsgenauigkeit der Konzentration des im Abgas enthaltenen spezifischen Gases zu verringert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der fetten Seite (im fetten Bereich) liegt.
Ein Gegenstand der vorliegenden Offenbarung ist deshalb die Bereitstellung einer Sensor-Steuerungsvorrichtung und eines Sensor-Steuerungsverfahrens, die die Erfassungsgenauigkeit der Konzentration des spezifischen Gases verbessern, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der fetten Seite (im fetten Bereich) liegt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Sensor-Steuerungsvorrichtung zur Steuerung eines Gassensors bereitgestellt, die die Konzentration eines bestimmten Gases im Abgas eines Verbrennungsmotors erfasst. Der Gassensor umfasst: eine Referenz-Sauerstoffkammer, in die Umgebungsluft einführbar ist; und eine Zelle mit einem Festelektrolyten, einer abgasseitigen Elektrode, die auf dem Festelektrolyten angeordnet und dem Abgas ausgesetzt werden kann, und einer umgebungsluftseitigen Elektrode, die auf dem Festelektrolyten angeordnet und der Referenz-Sauerstoffkammer zugewandt ist. Die Sensor-Steuerungsvorrichtung umfasst: eine Zustandsbeurteilungseinheit, die konfiguriert ist um zu beurteilen, ob ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gleich oder kleiner als ein vorbestimmtes Änderungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis unter einer Bedingung ist, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases kleiner als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist; und eine Stromversorgungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen Konzentrationsdetektionsstrom, der entsprechend der Konzentration des spezifischen Gases variiert, zwischen der abgasseitigen Elektrode und der umgebungsluftseitigen Elektrode durchlässt. Und wenn die Zustandsbeurteilungseinheit beurteilt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases größer als das Änderungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, leitet die Stromversorgungseinheit kontinuierlich den Konzentrationsdetektionsstrom zwischen der abgasseitigen Elektrode und der umgebungsluftseitigen Elektrode, und wenn die Zustandsbeurteilungseinheit beurteilt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gleich oder kleiner als das Änderungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, wiederholt die Stromversorgungseinheit abwechselnd einen Stromversorgungszustand, in dem der Konzentrationsdetektionsstrom zwischen der abgasseitigen Elektrode und der umgebungsluftseitigen Elektrode fließt, und einen Stromversorgungs-Stoppzustand, in dem der Konzentrationsdetektionsstrom nicht zwischen der abgasseitigen Elektrode und der umgebungsluftseitigen Elektrode fließt. Die Sensor-Steuerungsvorrichtung und der Gassensor können zusammen ein Gassensorsystem bilden.
Gemäß der oben konfigurierten Sensor-Steuerungsvorrichtung, stoppt die Sensor-Steuerungsvorrichtung die Zufuhr des Konzentrationsdetektionsstroms, d.h. sie setzt den Konzentrationsdetektionsstrom auf den Stromversorgungs-Stoppzustand, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases kleiner als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Bei diesem Vorgang stoppt die Bewegung des Sauerstoffs von der umgebungsluftseitigen Elektrode zur abgasseitigen Elektrode, wodurch die Senkung der Sauerstoffkonzentration in der Referenz-Sauerstoffkammer unterdrückt wird. Außerdem wird die Referenzsauerstoffkammer durch die Zufuhr von Umgebungsluft in die Referenzsauerstoffkammer während des Stromversorgungs-Stoppzustands mit Sauerstoff versorgt. Deshalb kann die Sensor-Steuerungsvorrichtung die Sauerstoffkonzentration in der Referenz-Sauerstoffkammer durch die Einstellung des Stromversorgungs-Stoppzustands erhöhen.
Damit kann die Sensor-Steuerungsvorrichtung, wenn sie den Konzentrationsdetektionsstrom auf den Stromversorgungszustand unter der Bedingung einstellt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases kleiner als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, den Konzentrationsdetektionsstrom in einem Zustand durchleiten, in dem kein Sauerstoffmangel in der Referenz-Sauerstoffkammer auftritt. Es ist daher möglich, das Auftreten eines Umstandes zu unterdrücken, bei dem der Konzentrationsdetektionsstrom nicht einen Wert annimmt, der der Konzentration des spezifischen Gases entspricht. Dementsprechend kann die Sensor-Steuerungsvorrichtung die Erkennungsgenauigkeit der Konzentration des spezifischen Gases verbessern, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases geringer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-V erhä ltn is.
Wenn die Zustandsbeurteilungseinheit in der oben genannten Sensor-Steuerungsvorrichtung beurteilt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gleich oder kleiner als die Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist, könnte die Stromversorgungseinheit eine Zeitspanne ändern, für die der Stromversorgungs-Stoppzustand entsprechend dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fortbesteht.
Bei diesem Vorgang kann die Sensor-Steuerungsvorrichtung den Konzentrationsdetektionsstrom nach Ablauf einer dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases entsprechenden Zeitspanne durchleiten, und dies verhindert, dass eine Zeitspanne, für die die Konzentration des spezifischen Gases nicht detektiert werden kann, unnötig lange dauert oder sich verlängert.
Wenn die Zustandsbeurteilungseinheit in der oben genannten Sensor-Steuerungsvorrichtung beurteilt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gleich oder kleiner als die Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist, kann die Stromversorgungseinheit eine Zeit lang den Stromversorgungszustand entsprechend dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases ändern.
Mit diesem Vorgang kann die Sensor-Steuerung das Auftreten eines Umstandes unterdrücken, bei dem die Erfassungsgenauigkeit der Konzentration des spezifischen Gases aufgrund von Sauerstoffmangel in der Referenzsauerstoffkammer während des Fließens des Konzentrationsdetektionsstroms verschlechtert wird.
In der oben genannten Sensor-Steuerungsvorrichtung kann die Sensor-Steuerungsvorrichtung den Konzentrationsdetektionsstrom zumindest nach Ablauf einer vorgegebenen Standby-Zeit nach dem Wechsel vom Stromversorgungs-Stoppzustand in den Zustand der Stromversorgung nutzen.
Damit ist es möglich, das Auftreten eines Umstandes zu unterdrücken, bei dem die Konzentration des spezifischen Gases durch Verwenden eines Werts des Konzentrationsnachweisstroms bestimmt wird, der unmittelbar nach dem Wechsel vom Stromversorgungs-Stoppzustand in den Stromversorgungszustand noch nicht stabil ist. Die Sensor-Steuerungsvorrichtung kann somit die Nachweisgenauigkeit der Konzentration des spezifischen Gases weiter verbessern.
In der oben genannten Sensor-Steuerungsvorrichtung könnte das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 12,2 oder kleiner sein.
Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung besteht ein Sensor-Steuerungsverfahren darin, einen Gassensor zu steuern, der eine Konzentration eines bestimmten Gases im Abgas eines Verbrennungsmotors erkennt. Der Gassensor umfasst: eine Referenz-Sauerstoffkammer, in die Umgebungsluft eingeführt wird; und eine Zelle mit einem Festelektrolyten, einer abgasseitigen Elektrode, die auf dem Festelektrolyten angeordnet und dem Abgas ausgesetzt ist, und einer umgebungsluftseitigen Elektrode, die auf dem Festelektrolyten angeordnet und der Referenz-Sauerstoffkammer zugewandt ist. Das Sensor-Steuerungsverfahren umfasst: Beurteilen, ob ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gleich oder kleiner als ein vorbestimmtes Änderungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis unter einer Bedingung ist oder nicht, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases kleiner als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist; Durchleiten eines Konzentrationsdetektionsstroms, der entsprechend der Konzentration des spezifischen Gases variiert, zwischen der abgasseitigen Elektrode und der atmosphärenseitigen Elektrode; wenn beurteilt wird, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases größer als das Änderungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, kontinuierliches Durchleiten des Konzentrationsdetektionsstroms zwischen der abgasseitigen Elektrode und der umgebungsluftseitigen Elektrode; und wenn beurteilt wird, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gleich oder kleiner als das Änderungs- Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, abwechselndes Wiederholen eines Stromversorgungszustands, in dem der Konzentrationsdetektionsstrom zwischen der abgasseitigen Elektrode und der umgebungsluftseitigen Elektrode fließt, und eines Stromversorgungs-Stoppzustands, in dem der Konzentrationsdetektionsstrom nicht zwischen der abgasseitigen Elektrode und der umgebungsluftseitigen Elektrode nicht fließt.
Das obige Sensor-Steuerungsverfahren ist ein Verfahren, das von der oben genannten Sensor-Steuerungsvorrichtung ausgeführt wird. Durch die Ausführung des Verfahrens zur Sensorsteuerung können die gleichen Effekte wie die der oben genannten Sensor-Steuerungsvorrichtung erzielt werden.
Die übrigen Gegenstände und Merkmale dieser Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen verstanden.
Figurenliste
Im Folgenden werden die Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, ohne darauf beschränkt zu sein.

1 ist eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Sensor-Steuerungsvorrichtung als Komponente.
2 ist eine Zeichnung, die schematisch die Konfigurationen der Sensor-Steuerungsvorrichtung und eines Gassensors zeigt.
3 ist eine Schnittdarstellung eines Sensorelements.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Schaltersteuerungsvorgang zeigt.
5 ist ein Flussdiagramm, das einen EIN/AUS-Regelvorgang zeigt.
6 ist ein Diagramm, das die zeitlichen Schwankungen eines Pumpstroms zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert.
Wie in 1 dargestellt, ist eine Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführung an einem Fahrzeug montiert und steuert einen Gassensor 3.
Die Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 ist so konfiguriert, dass es über eine Kommunikationsleitung 8 Daten an eine ECU (elektronische Steuereinheit) 9 senden und von dieser empfangen kann. Die ECU 9 ist eine Motor-ECU, die einen Motor 5 steuert.
Der Gassensor 3 wird an einem Auspuffrohr 7 des Motors 5 befestigt und erfasst eine Sauerstoffkonzentration im Abgas über einen weiten Konzentrationsbereich. Die Gassonde 3 wird auch als lineare Lambdasonde bezeichnet.
Wie in 2 dargestellt, hat der Gassensor 3 ein Sensorelement 11 und ein Heizelement 12.
Das Sensorelement 11 wird durch eine Pumpzelle 13 gebildet. Die Pumpzelle 13 hat einen plattenförmigen sauerstoffionenleitenden Festelektrolyten 14 und Pumpelektroden 15 und 16, die auf einer Vorder- und einer Rückseite des sauerstoffionenleitenden Festelektrolyten 14 ausgebildet sind. Der sauerstoffionenleitende Festelektrolyt 14 besteht aus teilstabilisiertem Zirkoniumdioxid (Zirkondioxid). Die Pumpelektroden 15 und 16 sind hauptsächlich aus Platin hergestellt.
Wie in 3 dargestellt, ist das Sensorelement 11 mit einer Messkammer 17 und einer Referenz-Sauerstoffkammer 18 im Inneren des Sensorelements 11 versehen. Die Pumpelektrode 15 ist in der Messkammer 17 freigelegt, während die Pumpelektrode 16 in der Referenzsauerstoffkammer 18 freigelegt ist. Das zu messende Gas (oder das zu messende Zielgas) wird in die Messkammer 17 von einer Außenseite des Sensorelements 11 durch eine poröse Diffusionsschicht 19 eingeführt. Andererseits wird Umgebungsluft als Referenzgas von der Außenseite des Sensorelements 11 in die Referenzsauerstoffkammer 18 eingeführt.
Das Sensorelement 11 ist ein Sauerstoffsensorelement, das die Sauerstoffkonzentration durch ein so genanntes Kritischer-Strom-Verfahren erfasst. Die Ausgangskennlinien, die eine Beziehung zwischen der Spannung (im Folgenden als Sensorelementspannung Vp bezeichnet), die zwischen dem Paar von Pumpelektroden 15 und 16 angelegt wird, und dem Strom (im Folgenden als Pumpstrom Ip bezeichnet), der zwischen dem Paar von Pumpelektroden 15 und 16 fließt, zeigen, haben einen proportionalen Bereich und einen flachen Bereich. Im proportionalen Bereich steigt der Pumpstrom Ip proportional zur Erhöhung der Sensorelementspannung Vp. Im flachen Bereich variiert der Pumpstrom Ip nicht wesentlich und bleibt auch bei Variation der Sensorelementspannung Vp konstant auf einem bestimmten Wert.
Dieser flache Bereich ist ein Bereich, in dem der Pumpstrom Ip parallel zu einer Achse der Spannung in den Ausgangskennlinien verläuft und gleichmäßig oder gleich groß ist, d.h. ein kritischer Strombereich, in dem der Pumpstrom Ip konstant ist.
Es ist bekannt, dass der Pumpstrom Ip in diesem kritischen Strombereich ein Wert ist, der der Sauerstoffkonzentration entspricht, und wenn die Sauerstoffkonzentration höher wird, wird der Pumpstrom Ip größer. Das heißt, je höher die Sauerstoffkonzentration im Abgas wird (d.h. je näher ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis an eine magere Seite (einen mageren Bereich) rückt, desto mehr steigt der kritische Strom des Pumpstroms Ip, während der kritische Strom stärker abnimmt, je niedriger die Sauerstoffkonzentration im Abgas wird (d.h. je näher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis an eine fette Seite (einen fetten Bereich) rückt). Deshalb kann durch Anlegen der dem kritischen Strombereich entsprechenden Sensorelementspannung Vp an die Pumpzelle 13 des Sensorelements 11 und Messung des durch dieses Spannungsanlegen erhaltenen Pumpstroms Ip die Sauerstoffkonzentration im Abgas ermittelt werden.
Wie in 2 dargestellt, ist das Heizelement 12 aus einem Material mit Aluminiumoxid als Hauptbestandteil geformt und hat einen Heizwiderstand (einen Wärmeerzeugungswiderstand), der hauptsächlich aus Platin im Inneren des Aluminiumoxids besteht. Das Heizelement 12 wird so gesteuert, dass die Temperatur des Sensorelements 11 durch die von der Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 zugeführte Leistung zu einer Aktivierungstemperatur wird. Beide Enden des Heizwiderstandes sind elektrisch mit der Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 verbunden. Hier ist der Gassensor 3 durch die Aktivierung des Sensorelements 11 durch die Erwärmung durch das Heizelement 12 in der Lage, das Gas zu erfassen.
Die Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 verfügt über eine CAN-Schnittstellenschaltung 21 (im Folgenden als CAN-I/F-Schaltung 21 bezeichnet), eine Steuerschaltung 22, einen Mikrocomputer 23, der die Klemmen 24, 25, 26 und 27 verbindet, und einen Schalter 28. CAN steht für Controller Area Network, und CAN ist ein eingetragenes Warenzeichen.
Die CAN I/F-Schaltung 21 sendet und empfängt Daten von der Motor-ECU 9 über die Kommunikationsleitung 8 in Übereinstimmung mit dem CAN-Kommu nikationsprotokoll.
Die Steuerschaltung 22 wird durch ein anwendungsspezifisches IC (d.h. ASIC) konfiguriert.
Die Steuerschaltung 22 hat eine Referenzspannungs-Erzeugungseinheit 31, eine Stromanwendungseinheit 32, eine Analog-Digital-Wandlereinheit 33 (im Folgenden AD-Wandlereinheit 33 genannt), eine PID-Betriebseinheit 34, eine Digital-Analog-Stromwandlereinheit 35 (im Folgenden DA-Stromwandlereinheit 35 genannt), eine Rpvs-Betriebseinheit 36, eine Zyklus-Betriebseinheit 37 und eine Heizelementtreibereinheit 38. Außerdem ist die Steuerschaltung 22 mit einer Pumpstromklemme 41 (im Folgenden als Ip+-Klemme 41 bezeichnet), einer Detektionsspannungsklemme (im Folgenden als Vs+-Klemme 42 bezeichnet), einer gemeinsamen Klemme 43 (im Folgenden als COM-Klemme 43 bezeichnet) und einer Heizelementklemme 44 (im Folgenden als HTR+-Klemme 44 bezeichnet) ausgestattet.
Die Ip+-Klemme 41 und die Vs+-Klemme 42 werden an die Anschlussklemme 25 der Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 angeschlossen. Die COM-Klemme 43 wird an die Anschlussklemme 24 der Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 angeschlossen. Dann werden die Pumpelektroden 15 und 16 des Sensorelements 11 an die Anschlussklemmen 24 bzw. 25 der Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 angeschlossen. Die HTR+-Klemme 44 wird an die Anschlussklemme 26 der Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 angeschlossen. Dann werden beide Enden des Heizgeräts 12 an die Anschlussklemmen 26 bzw. 27 der Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 angeschlossen. Die Anschlussklemme 27 ist geerdet.
Die Referenzspannungs-Erzeugungseinheit 31 erzeugt eine Referenzspannung, die an den COM-Anschluss 43 angelegt wird. In der vorliegenden Ausführung beträgt die Referenzspannung 2,7 V.
Die Stromanwendungseinheit 32 liefert einen Mikrostrom Icp und einen Impulsstrom Irpvs zur Erfassung eines Innenwiderstandswertes der Pumpzelle 13 über die Vs+-Klemme 42 an das Sensorelement 11. Dabei liefert die Stromanwendungseinheit 32 nicht immer den Mikrostrom Icp und den Pulsstrom Irpvs, sondern liefert den Mikrostrom Icp und den Pulsstrom Irpvs zu den jeweils richtigen Zeiten nach einem Befehl des Mikrocomputers 23.
Die AD-Wandlereinheit 33 wandelt einen Spannungswert eines von der Vs+-Klemme 42 eingegebenen Analogsignals in digitale Daten um und gibt ihn an die PID-Betriebseinheit 34 und die Rpvs-Betriebseinheit 36 aus.
Die PID-Betriebseinheit 34 führt eine PID-Operation durch, um eine PID-Regelung des Pumpstroms Ip auf der Grundlage der von der AD-Wandlereinheit 33 eingegebenen digitalen Daten durchzuführen, so dass eine Spannungsdifferenz zwischen der Spannung an der Vs+-Klemme 42 und der Spannung an der COM-Klemme 43 zu einer vorgegebenen Steuerreferenzspannung wird. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Steuer-Referenzspannung 450mV. Die PID-Betriebseinheit 34 berechnet einen Wert des Pumpstroms Ip durch den PID-Betrieb und gibt digitale Daten, die diesen Stromwert anzeigen, an die DA-Stromwandlereinheit 35 aus.
Die DA-Stromwandlereinheit 35 liefert Strom mit dem Stromwert, den die von der PID-Betriebseinheit 34 eingegebenen digitalen Daten dem Sensorelement 11 über die Ip+-Klemme 41 anzeigen.
Die Rpvs-Betriebseinheit 36 führt eine Operation zur Berechnung eines Innenwiderstandswerts Rpvs der Pumpzelle 13 auf der Grundlage der von der AD-Wandlereinheit 33 eingegebenen digitalen Daten durch, wenn die Stromanwendungseinheit 32 den Impulsstrom Irpvs liefert, und gibt digitale Daten aus, die diesen Innenwiderstandswert Rpvs an die Zyklus-Betriebseinheit 37 anzeigen.
Die Zyklus-Betriebseinheit 37 berechnet auf der Grundlage der von der Rpvs-Betriebseinheit 36 eingegebenen digitalen Daten einen Heizwert, der erforderlich ist, um die Temperatur des Sensorelements 11 auf einer vorgegebenen Sensor-Solltemperatur zu halten. Außerdem berechnet die Zyklus-Betriebseinheit 37 auf der Grundlage des berechneten Heizwertes des Heizelements 12 ein Tastverhältnis der an das Heizelement 12 gelieferten Leistung. Darüber hinaus erzeugt die Zyklus-Betriebseinheit 37 ein PWM-Steuersignal, das dem berechneten Tastverhältnis entspricht, und gibt dieses PWM-Steuersignal an die Heizelementtreibereinheit 38 aus. PWM steht für Pulsweitenmodulation.
Die Heizelementtreibereinheit 38 heizt das Heizelement 12 durch PWM-Steuerung einer Spannung Vh, die zwischen den beiden Enden des Heizelements 12 auf der Grundlage des von der Zyklus-Betriebseinheit 37 eingegebenen PWM-Steuersignals angelegt wird.
Der Mikrocomputer 23 hat eine CPU 51, ein ROM 52 und ein RAM 53. Verschiedene Funktionen des Mikrocomputers 23 werden dadurch realisiert, dass die CPU 51 ein Programm ausführt, das in einem nichtflüchtigen physikalischen Speichermedium gespeichert ist. In diesem Beispiel entspricht das ROM 52 dem nicht vorübergehenden physischen Speichermedium, auf dem das Programm gespeichert ist. Außerdem wird durch die Ausführung des Programms ein dem Programm entsprechendes Verfahren ausgeführt. Die Anzahl der Mikrocomputer, die die Sensorsteuerung 1 bilden, könnte eine oder mehrere sein. Darüber hinaus können ein Teil oder alle Funktionen, die vom Mikrocomputer 23 ausgeführt werden, durch Hardware von einem oder mehreren ICs etc. realisiert werden.
Die CPU 51 führt eine Operation zur Steuerung des Sensorelements 11 auf der Grundlage des im ROM 52 gespeicherten Programms und eine Operation zur Berechnung der Sauerstoffkonzentration in Abhängigkeit von einer Strömungsrichtung und einer Größe des Pumpstroms Ip aus.
Der Schalter 28 ist auf einem Erregungspfad angeordnet, der die Ip+-Klemme 41 und die Anschlussklemme 25 elektrisch verbindet. Der Schalter 28 wird zwischen einem EIN-Zustand, in dem die Ip+-Klemme 41 und die Verbindungsklemme 25 elektrisch verbunden sind, und einem AUS-Zustand, in dem die Ip+-Klemme 41 und die Verbindungsklemme 25 entsprechend einem Steuersignal vom Mikrocomputer 23 elektrisch unterbrochen sind, angesteuert.
Die CPU 51 im Mikrocomputer 23 führt einen Schaltersteuerungsvorgang aus. Der Schaltersteuerungsvorgang wird nach der Aktivierung des Sensorelements 11 durch die Erwärmung durch das Heizelement 12 gestartet.
Nach Ausführung des Schaltersteuerungsvorgangs, wie in 4 dargestellt, startet die CPU 51 im Schritt S10 eine kontinuierliche EIN-Steuerung. Wenn die kontinuierliche EIN-Steuerung gestartet wird, schaltet die CPU 51 zunächst den Schalter 28 ein (die CPU 51 bringt den Schalter 28 in den EIN-Zustand). Dann erhält die CPU 51 nach jedem Ablauf einer vorgegebenen Erfassungszeit (in der vorliegenden Ausführungsform z.B. 1ms) von der Steuerschaltung 22 digitale Daten, die den Wert des Pumpstroms Ip (im Folgenden Pumpstromwert genannt) angeben. Es ist zu beachten, dass mit dem Beginn der kontinuierlichen EIN-Regelung eine nachgeschaltete EIN/AUS-Regelung beendet wird.
Als nächstes wird im Schritt S20 beurteilt, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gleich oder kleiner als ein vorgegebenes Änderungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (in der vorliegenden Ausführungsform, z.B. 12.2) ist. Hier entspricht ein Zustand, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 12,2 beträgt, einem Zustand, in dem ein Überschusskoeffizient (ein Luftüberschuss-Verhältnis) λ 0,84 beträgt. Ferner wird in einem Fall, in dem das Abgas durch die Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches durch den Motor 5 aus dem Motor 5 abgesaugt wird, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches, das die Produktion dieses Abgases verursacht, als „Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases“ bezeichnet. Zum Beispiel ist ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Abgase, die durch die Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 12,5 durch den Motor 5 ausgestoßen werden, 12,5. Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das durch die Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches, dessen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis (ein theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis) ist (d.h. 14,55), durch den Motor 5 abgegeben wird, ist ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis (ein theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis).
Bei diesem Schritt S20 erhält die CPU 51 Informationen über das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, die das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches aus der Motor-ECU 9 anzeigen. Wenn dann das durch die Information zum Luft-Kraftstoff-Verhältnis angezeigte Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich oder kleiner als das Änderungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, beurteilt die CPU 51, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gleich oder kleiner als das Änderungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases die Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses überschreitet, wird durch Wiederholung des Vorgangs bei Schritt S20 die Routine so lange angehalten, bis das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gleich oder kleiner als die Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird. Wenn andererseits das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gleich oder kleiner ist als die Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, wird im Schritt S30 die EIN/AUS-Regelung gestartet. Damit startet die CPU 51 einen nachbeschriebenen EIN/AUS-Regelvorgang. Es ist zu beachten, dass mit dem Beginn der EIN/AUS-Regelung die kontinuierliche EIN-Regelung beendet wird.
Im Schritt S40 wird beurteilt, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases das Änderungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis übersteigt. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gleich oder kleiner als das Änderungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, wird durch Wiederholung des Vorgangs in Schritt S40 die Routine so lange abgewartet, bis das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases das Änderungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis übersteigt. Wenn andererseits das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases das Änderungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis übersteigt, geht die Routine zu Schritt S10 über.
Als nächstes wird eine Prozedur der EIN/AUS-Steuerung durch die CPU 51 erläutert. Der EIN/AUS-Steuerungsvorgang wird ausgeführt, wenn die CPU 51 die EIN/AUS-Steuerung im Schaltersteuerungsvorgang startet.
Bei der Ausführung der EIN/AUS-Steuerung, wie in 5 dargestellt, schaltet die CPU 51 im Schritt S110 zunächst den Schalter 28 ein (die CPU 51 bringt den Schalter 28 in den EIN-Zustand). Im Schritt S120 wird beurteilt, ob ab dem Einschalten des Schalters 28 im Schritt S110 eine vorgegebene Bezugsstartzeit (in der vorliegenden Ausführungsform, z.B. 200ms) verstrichen ist oder nicht. Wenn die Bezugsstartzeit nicht verstrichen ist, steht die Routine durch Wiederholung des Vorgangs bei Schritt S120 bis zum Ablauf der Bezugsstartzeit zur Verfügung. Andererseits erhält die CPU 51 nach Ablauf der Bezugsstartzeit im Schritt S130 die digitalen Daten, die den Wert des Pumpstroms anzeigen, von der Steuerschaltung 22.
Im Schritt S140 wird beurteilt, ob die vorgegebene Bezugsdauer (in der vorliegenden Ausführungsform, z.B. 1ms) ab dem Erhalt der digitalen Daten im Schritt S130 verstrichen ist oder nicht. Wenn die Bezugsdauer nicht verstrichen ist, wird durch Wiederholung des Vorgangs bei Schritt S140 die Routine bis zum Ablauf der Bezugsdauer in Bereitschaft gehalten. Andererseits wird nach Ablauf der Bezugsdauer im Schritt S150 beurteilt, ob eine vorgegebene EIN-Endzeit (in der vorliegenden Ausführungsform, z.B. 300ms) ab dem Einschalten des Schalters 28 im Schritt S110 verstrichen ist oder nicht.
Wenn die EIN-Endzeit nicht verstrichen ist, kehrt die Routine zu Schritt S130 zurück. Andererseits schaltet die CPU 51 nach Ablauf der EIN-Endzeit im Schritt S160 den Schalter 28 aus (die CPU 51 bringt den Schalter 28 in einen AUS-Zustand). Anschließend wird im Schritt S170 beurteilt, ob ab dem Einschalten des Schalters 28 im Schritt S110 eine vorgegebene AUS-Endzeit (in der vorliegenden Ausführungsform, z.B. 1000ms) verstrichen ist oder nicht.
Wenn die AUS-Endzeit nicht verstrichen ist, wird durch Wiederholung des Vorgangs bei Schritt S170 die Routine bis zum Ablauf der AUS-Endzeit in Bereitschaft gehalten. Wenn hingegen die AUS-Endzeit verstrichen ist, geht die Routine zu Schritt S110 über.
6 ist ein Diagramm, das die zeitlichen Schwankungen des durch das Sensorelement 11 fließenden Pumpstroms Ip in Fällen zeigt, in denen das Luftüberschussverhältnis λ 0,82, 0,83, 0,84, 0,85 und 0,89 beträgt. Es wird festgestellt, dass sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit abnehmendem Luftüberschuss λ näher an die fette Seite annähert.
Wie in 6 dargestellt, werden die Pumpstromwerte bei einem Luftüberschussverhältnis λ von 0,85 und 0,89 immer auf bestimmten Werten gehalten, die den jeweiligen Sauerstoffkonzentrationen im Abgas entsprechen. Der Pumpstromwert bei einem Luftüberschussverhältnis λ von 0,84 wird auf einem bestimmten Wert gehalten, der einer Sauerstoffkonzentration im Abgas entspricht, bis etwa fünf Sekunden verstrichen sind, und danach variiert der Pumpstromwert. Der Pumpstromwert bei einem Luftüberschussverhältnis λ von 0,83 wird auf einem bestimmten Wert gehalten, der einer Sauerstoffkonzentration im Abgas entspricht, bis etwa vier Sekunden verstrichen sind, und danach variiert der Pumpstromwert. Außerdem wird der Pumpstromwert bei einem Luftüberschussverhältnis λ von 0,82 auf einem bestimmten Wert gehalten, der einer Sauerstoffkonzentration im Abgas entspricht, bis etwa drei Sekunden verstrichen sind, und danach variiert der Pumpstromwert.
Wie oben beschrieben, wird die Zeit, in der der der Sauerstoffkonzentration im Abgas entsprechende Pumpstromwert gehalten wird, kürzer, wenn das Luftüberschussverhältnis λ kleiner wird. Dies liegt daran, dass mit dem abnehmenden Luftüberschussverhältnis λ eine Sauerstoffmenge, die sich von der Seite der Referenzsauerstoffkammer 18 zur Seite der Messkammer 17 durch den sauerstoffionenleitenden Festelektrolyten 14 bewegt, zunimmt und die Zeit, die für das Auftreten von Sauerstoffmangel in der Referenzsauerstoffkammer 18 benötigt wird, kürzer wird.
Die wie oben beschrieben konfigurierte Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 steuert den Gassensor 3, der die Konzentration des im Abgas des Motors 5 enthaltenen Sauerstoffs erfasst. Der Gassensor 3 hat die Referenz-Sauerstoffkammer 18, in die die Umgebungsluft eingeführt wird, und die Pumpzelle 13 mit dem sauerstoffionenleitenden Festelektrolyten 14, die auf dem sauerstoffionenleitenden Festelektrolyten 14 angeordnete und dem Abgas ausgesetzte Pumpelektrode 15 und die auf dem sauerstoffionenleitenden Festelektrolyten 14 angeordnete und der Referenz-Sauerstoffkammer 18 zugewandte Pumpelektrode 16.
Die Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 beurteilt, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gleich oder kleiner als das vorgegebene Änderungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist oder nicht, unter der Bedingung, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases kleiner als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Die Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 leitet den Pumpstrom Ip weiter, der je nach Sauerstoffkonzentration zwischen der Pumpelektrode 15 und der Pumpelektrode 16 variiert.
Wenn dann beurteilt wird, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases größer ist als die Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, leitet die Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 kontinuierlich den Pumpstrom Ip zwischen der Pumpelektrode 15 und der Pumpelektrode 16 weiter. Andererseits wiederholt die Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 bei der Beurteilung, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gleich oder kleiner als die Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist, abwechselnd einen Stromversorgungszustand, in dem der Pumpstrom Ip zwischen der Pumpelektrode 15 und der Pumpelektrode 16 fließt, und einen Stromversorgungs-Stoppzustand, in dem der Pumpstrom Ip zwischen der Pumpelektrode 15 und der Pumpelektrode 16 nicht fließt.
Auf diese Weise stoppt die Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 die Zufuhr des Pumpstroms Ip, d.h. sie setzt den Pumpstrom in den Stromversorgungs-Stoppzustand, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases kleiner als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Bei diesem Vorgang stoppt die Bewegung des Sauerstoffs von der Pumpelektrode 16 zur Pumpelektrode 15, wodurch die Senkung der Sauerstoffkonzentration in der Referenz-Sauerstoffkammer 18 unterdrückt wird. Außerdem wird die Referenzsauerstoffkammer 18 durch die Zufuhr von Umgebungsluft in die Referenzsauerstoffkammer 18 während des Stromversorgungs-Stoppzustands mit Sauerstoff versorgt. Deshalb kann die Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 die Sauerstoffkonzentration in der Referenz-Sauerstoffkammer 18 durch die Einstellung des Stromversorgungs-Stoppzustands erhöhen.
Damit kann die Sensor-Steuerungsvorrichtung 1, wenn sie den Pumpstrom auf den Stromversorgungszustand unter der Bedingung einstellt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases kleiner als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, den Pumpstrom Ip in einem Zustand durchleiten, in dem kein Sauerstoffmangel in der Referenz-Sauerstoffkammer 18 auftritt. Es ist deshalb möglich, das Auftreten eines Umstandes zu unterdrücken, bei dem der Pumpstrom Ip nicht den Wert annimmt, der der Sauerstoffkonzentration entspricht. Dementsprechend kann die Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 die Erkennungsgenauigkeit der Sauerstoffkonzentration verbessern, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases kleiner als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis) ist.
Außerdem kann die Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 selbst dann, wenn ein vom Gassensor 3 ermittelter Wert des Pumpstroms Ip (im Folgenden als Umgebungsluft-Ip-Wert bezeichnet), der der Umgebungs-Luft ausgesetzt ist, groß ist, die Absenkung der Nachweisgrenzen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der fetten Seite unterdrücken. Hier ist es möglich, durch einen großen Wert des Umgebungsluft-Ip-Wertes die Erkennungsgenauigkeit der Sauerstoffkonzentration zu verbessern. Mit anderen Worten, in einem Fall, in dem sich der Wert des Pumpstroms Ip verschiebt oder davon abweicht, kann eine Abweichung bei der Umrechnung des Pumpstroms Ip in das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gering sein.
Die Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 verwendet den Pumpstrom Ip mindestens nach Ablauf der vorgegebenen Bezugsstartzeit nach dem Wechsel vom Stromversorgungs-Stoppzustand in den Stromversorgungszustand. In der vorliegenden Ausführungsform erhält die Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 zur Anwendung des Pumpstroms Ip die den Wert des Pumpstroms angebenden digitalen Daten von der Steuerschaltung 22. Es ist deshalb möglich, das Auftreten eines Umstandes zu unterdrücken, bei dem die Sauerstoffkonzentration bestimmt wird, indem der Wert des Pumpstroms Ip verwendet wird, der unmittelbar nach dem Wechsel vom Stromversorgungs-Stoppzustand in den Stromversorgungszustand noch nicht stabil ist. Die Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 kann somit die Erkennungsgenauigkeit der Sauerstoffkonzentration weiter verbessern.
In der oben erläuterten Ausführungsform entspricht der sauerstoffionenleitende Festelektrolyt 14 einem Festelektrolyten, die Pumpelektrode 15 einer abgasseitigen Elektrode, die Pumpelektrode 16 einer umgebungsluftseitigen Elektrode und die Pumpzelle 13 einer Zelle.
Außerdem entspricht der Motor 5 einem Verbrennungsmotor, Sauerstoff entspricht einem bestimmten Gas, der Pumpstrom Ip entspricht einem Konzentrationsdetektionsstrom und die DA-Stromwandlereinheit 35 entspricht einer Stromversorgungseinheit.
Außerdem entspricht Schritt S20 einer Zustandsbeurteilungseinheit und einer Zustandsbeurteilungsoperation, und die Schritte S10, S30, S110, S150, S160 und S170 entsprechen der Stromversorgungseinheit und einer Stromversorgungsoperation. Außerdem entspricht die Bezugsstartzeit einer Bereitschaftszeit.
Obwohl die Offenbarung oben unter Bezugnahme auf die bestimmte Ausführungsform erklärt wurde, beschränkt sich die Offenbarung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform, sondern beinhaltet verschiedene Modifikationen.
Die obige Ausführungsform zeigt als Beispiel, dass nach Ablauf der AUS-Endzeit ab dem Einschalten des Schalters 28 der Schalter 28 vom AUS-Zustand in den EIN-Zustand übergeht. Wenn jedoch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gleich oder kleiner als die Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist, könnte eine Zeit, für die der AUS-Zustand andauert (d.h. eine Zeit, die (der AUS-Endzeit - der EIN-Endzeit) entspricht), entsprechend dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases geändert werden. Damit kann die Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 den Pumpstrom Ip nach Ablauf einer dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases entsprechenden Zeitspanne durchleiten, und dies verhindert, dass eine Zeitspanne, für die die Sauerstoffkonzentration nicht erfasst werden kann, unnötig lange dauert oder sich verlängert.
Die obige Ausführungsform zeigt als Beispiel, dass nach Ablauf der EIN-Endzeit ab dem Einschalten des Schalters 28 der Schalter 28 ausgeschaltet wird. In dem Fall, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gleich oder kleiner als das Änderungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, könnte die EIN-Endzeit jedoch entsprechend dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases geändert werden. Genauer gesagt wird die EIN-Endzeit kürzer eingestellt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases kleiner wird. Mit dieser Einstellung ist es für die Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 möglich, das Auftreten eines Umstandes zu unterdrücken, bei dem die Erfassungsgenauigkeit der Sauerstoffkonzentration aufgrund von Sauerstoffmangel in der Referenz-Sauerstoffkammer 18 während des Durchflusses des Pumpstroms Ip verschlechtert wird.
Die obige Darstellung zeigt beispielhaft, dass die Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 anhand der von der Motor-ECU 9 gewonnenen Informationen über das Luft-Kraftstoff-Verhältnis beurteilt, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gleich oder kleiner als das Änderungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist oder nicht. Die Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 könnte jedoch auf der Grundlage eines Erkennungsergebnisses des Gassensors 3 beurteilen, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gleich oder kleiner als die Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist oder nicht.
Als Beispiel für den Vorgang, bei dem der Konzentrationsdetektionsstrom nach Ablauf der vorgegebenen Standby-Zeit nach dem Wechsel vom Stromversorgungs-Stoppzustand in den Stromversorgungszustand verwendet wird, erhält die Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 in der obigen Darstellung die digitalen Daten (im Folgenden als Pumpstromdaten bezeichnet), die den Wert des Pumpstroms angeben, von der Steuerschaltung 22, nachdem die vorgegebene Bezugsstartzeit nach dem Wechsel vom Stromversorgungs-Stoppzustand in den Stromversorgungszustand verstrichen ist. Die Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 könnte jedoch auch nach dem Wechsel vom Stromversorgungs-Stoppzustand zum Stromversorgungszustand weiterhin die Daten des Pumpstroms erhalten, kann aber die Berechnung der Gaskonzentration durchführen, nachdem eine vorgegebene Zeit abläuft .
Außerdem könnte die Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 nach dem Wechsel vom Stromversorgungs-Stoppzustand zum Zustand der Stromversorgung weiterhin die Daten des Pumpstroms erhalten und die Gaskonzentration auf der Grundlage der erhaltenen Daten des Pumpstroms berechnen, aber nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit Informationen über die Gaskonzentration, die die berechnete Gaskonzentration anzeigen, an die ECU 9 des Motors übermitteln. Hier könnte die Motor-ECU 9 nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit die Information über die Gaskonzentration von der Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 erhalten.
Darüber hinaus könnte in einem Fall, in dem die Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsgerät in der Motor-ECU 9 eingebaut sind, die Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 die Pumpstromdaten erhalten und die Gaskonzentrationsinformationen, die die auf der Grundlage der erhaltenen Pumpstromdaten berechnete Gaskonzentration anzeigen, an das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuergerät übertragen.
Dann könnte die Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 weiterhin die Pumpstromdaten nach dem Wechsel vom Stromversorgungs-Stoppzustand zum Stromversorgungszustand erhalten und die Gaskonzentrationsinformationen an das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuergerät übertragen, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuergerät könnte weiterhin die Gaskonzentrationsinformationen vom Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 empfangen. In diesem Fall könnte die Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 die von der Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 empfangene Gaskonzentrationsinformation nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nutzen.
Zusätzlich wird in der obigen Ausführungsform als Gassensor der Sauerstoffsensor verwendet. Es könnte jedoch ein Gassensor verwendet werden, der Gas (z.B. NOx) außer Sauerstoff detektiert. Außerdem ist das Sensorelement, selbst wenn der Sauerstoffsensor als Gassensor verwendet wird, nicht auf das Sensorelement in der obigen Ausführung beschränkt, das eine Zelle verwendet und die Sauerstoffkonzentration mit dem Verfahren des kritischen Stroms erfasst. Zum Beispiel kann die vorliegende Offenbarung auf ein Sensorelement angewendet werden, das durch Einfügen einer Messkammer zwischen zwei Zellen gebildet wird; die eine ist eine Sauerstoffzelle mit einem Elektrodenpaar und die andere ist eine Sauerstoffkonzentrationserfassungszelle mit einem Elektrodenpaar.
Funktionen, die von einem Element oder einer Komponente der obigen Ausführungsform ausgeführt werden, könnten von einer Vielzahl von Elementen oder einer Vielzahl von Komponenten ausgeführt werden, und Funktionen, die von einer Vielzahl von Elementen oder einer Vielzahl von Komponenten ausgeführt werden, könnten von einem Element oder einer Komponente ausgeführt werden. Außerdem könnte ein Teil der Konfiguration der oben genannten Ausführungsform weggelassen werden. Darüber hinaus könnte zumindest ein Teil der Konfiguration der obigen Ausführungsform zur Konfiguration der anderen Ausführungsformen hinzugefügt oder in der Konfiguration der anderen Ausführungsformen ersetzt werden.
Die vorliegende Offenbarung kann nicht nur in der Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 realisiert werden, sondern auch in verschiedenen Systemen, Strukturen und Verfahren, wie z.B. einem System mit der Sensor-Steuerungsvorrichtung 1 als Komponente, einem Programm zum Ausführen eines Computers als Sensor-Steuerungsvorrichtung 1, einem Medium, das dieses Programm speichert, und einem Sensor-Steuerungsverfahren.
Der gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-215541 , die am 16. November 2018 eingereicht wurde, wird hier unter Bezugnahme aufgenommen.
Obwohl die Erfindung oben unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Im Lichte der oben genannten Lehren werden dem Fachmann Änderungen und Variationen der oben beschriebenen Ausführungsformen einfallen. Der Umfang der Erfindung wird mit Bezug auf die folgenden Ansprüche definiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018215541 [0081]

Claims

Sensor-Steuerungsvorrichtung (1), die einen Gassensor (3) steuert, der eine Konzentration eines im Abgas eines Verbrennungsmotors (5) enthaltenden bestimmten Gases erfasst, wobei der Gassensor (3) aufweist: eine Referenz-Sauerstoffkammer (18), in die Umgebungsluft eingeführt ist; und eine Zelle (13) mit einem Festelektrolyten (14), einer abgasseitigen Elektrode (15), die auf dem Festelektrolyten (14) angeordnet und dem Abgas ausgesetzt ist, und einer umgebungsluftseitigen Elektrode (16), die auf dem Festelektrolyten (14) angeordnet und der Referenz-Sauerstoffkammer (18) zugewandt ist, wobei die Sensor-Steuerungsvorrichtung (1) aufweist: eine Zustandsbeurteilungseinheit (S20), die konfiguriert ist, um zu beurteilen, ob ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gleich oder kleiner als ein vorbestimmtes Änderungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis unter einer Bedingung, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases kleiner als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, ist oder nicht; und eine Stromversorgungseinheit (35, S10, S30, S110, S150, S160, S170), die so konfiguriert ist, dass sie einen Konzentrationsdetektionsstrom (Ip), der entsprechend der Konzentration des spezifischen Gases variiert, zwischen der abgasseitigen Elektrode (15) und der umgebungsluftseitigen Elektrode (16) leitet, und wobei, wenn die Zustandsbeurteilungseinheit (S20) beurteilt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases größer als das Änderungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, die Stromversorgungseinheit (35, S10, S30, S110, S150, S160, S170) kontinuierlich den Konzentrationsdetektionsstrom (Ip) zwischen der abgasseitigen Elektrode (15) und der umgebungsluftseitigen Elektrode (16) durchleitet, und wenn die Zustandsbeurteilungseinheit (S20) beurteilt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gleich oder kleiner als das Änderungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, die Stromversorgungseinheit (35, S10, S30, S110, S150, S160, S170) abwechselnd einen Stromversorgungszustand, in dem der Konzentrationsdetektionsstrom (Ip) zwischen der abgasseitigen Elektrode (15) und der umgebungsluftseitigen Elektrode (16) fließt, und einen Stromversorgungs-Stoppzustand, in dem der Konzentrationsdetektionsstrom (Ip) nicht zwischen der abgasseitigen Elektrode (15) und der umgebungsluftseitigen Elektrode (16) fließt, wiederholt.
Sensor-Steuerungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei: wenn die Zustandsbeurteilungseinheit (S20) beurteilt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gleich oder kleiner als das Änderungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, die Stromversorgungseinheit (35, S10, S30, S110, S150, S160, S170) eine Zeitspanne ändert, für die der Stromversorgungs-Stoppzustand entsprechend dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fortbesteht.
Sensor-Steuerungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei: wenn die Zustandsbeurteilungseinheit (S20) beurteilt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gleich oder kleiner ist als das Änderungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, die Stromversorgungseinheit (35, S10, S30, S110, S150, S160, S170) eine Zeitspanne ändert, für die der Stromversorgungszustand entsprechend dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fortbesteht.
Sensor-Steuerungsvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei die Sensor-Steuerungsvorrichtung (1) den Konzentrationsdetektionsstrom (Ip) zumindest nach Verstreichen einer vorbestimmten Bereitschaftszeit nach dem Wechsel vom Stromversorgungs-Stoppzustand in den Stromversorgungszustand verwendet.
Die Sensor-Steuerungsvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei: das Änderungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 12,2 oder kleiner ist.
Verfahren zur Steuerung eines Gassensors (3), der eine Konzentration eines bestimmten Gases erfasst, das im Abgas eines Verbrennungsmotors (5) enthalten ist, wobei der Gassensor (3) aufweist: eine Referenz-Sauerstoffkammer (18), in die Umgebungsluft eingeführt ist; und eine Zelle (13) mit einem Festelektrolyten (14), einer abgasseitigen Elektrode (15), die auf dem Festelektrolyten (14) angeordnet und dem Abgas ausgesetzt ist, und einer umgebungsluftseitigen Elektrode (16), die auf dem Festelektrolyten (14) angeordnet und der Referenz-Sauerstoffkammer (18) zugewandt ist, wobei das Verfahren umfasst: Beurteilen, ob ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gleich oder kleiner als ein vorgegebenes Änderungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisunter einer Bedingung, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases kleiner als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, ist oder nicht; Durchleiten eines Konzentrationsdetektionsstroms (Ip), der je nach der Konzentration des spezifischen Gases variiert, zwischen der abgasseitigen Elektrode (15) und der umgebungsluftseitigen Elektrode (16); wenn beurteilt wird, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases größer ist als das Änderungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, kontinuierliches Durchleiten des Konzentrationsdetektionsstroms (Ip) zwischen der abgasseitigen Elektrode (15) und der umgebungsluftseitigen Elektrode (16); und wenn beurteilt wird, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gleich oder kleiner als das Änderungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, abwechselndes Wiederholen eines Stromversorgungszustands, in dem der Konzentrationsdetektionsstrom (Ip) zwischen der abgasseitigen Elektrode (15) und der umgebungsluftseitigen Elektrode (16) fließt, und eines Stromversorgungs-Stoppzustands, in dem der Konzentrationsdetektionsstrom (Ip) nicht zwischen der abgasseitigen Elektrode (15) und der umgebungsluftseitigen Elektrode (16) fließt.