DE10256093A1

DE10256093A1 - Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE10256093A1
Application number: DE2002156093
Authority: DE
Inventors: Jun Hasegawa; Hisashi Iida
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2003-10-02

Abstract

Eine Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen erfasst jeden Elementwiderstandswert einer Überwachungszelle (120) und einer Pumpzelle (110). Ein elektrischer Fluss wird in einer Heizung (151) zugeführt, so dass der Widerstandswert dieser Elemente mit einem Soll-Elementwiderstandswert übereinstimmt, und NOx-Konzentrationen werden in der Sensorzelle (130) erfasst. Der Elementwiderstandswert Rms der Überwachungszelle (120), die als die Steuerungszelle verwendet wird, wird durch Änderung des Soll-Elementwiderstandswertes entsprechend der Größe der Änderung des Elementwiderstandswertes Rps der Pumpzelle (110) korrigiert. Zusätzlich wird der Sollwert des Elementwiderstandswertes auf eine höhere Einstellung geändert, wenn eine Verschlechterung auftritt. Weiterhin wird der Erfassungswert der Sensorzelle (130) entsprechend der Größe der Änderung in dem Soll-Elementwiderstandswert einer anderen Zelle korrigiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen, um die Konzentration festgelegter Gaskomponenten in dem Abgas einer Brennkraftmaschine auf der Grundlage von Werten zu erfassen, die von einem zusammengesetzten Gaskonzentrationssensor erfasst werden.
Im Stand der Technik bekannte Gaserfassungsvorrichtungen für Brennkraftmaschinen verwenden einen zusammengesetzten Gaskonzentrationssensor der Strombegrenzerbauart zur Erfassung von NOx (Stickstoffoxidverbindungen) innerhalb des Abgases von Brennkraftmaschinen. Dieser zusammengesetzte Gaskonzentrationssensor weist beispielsweise eine Drei-Zellen-Struktur auf, die aus einer Pumpzelle, einer Sensorzelle und einer Überwachungszelle zusammengesetzt ist. Die Pumpzelle für diesen Gaskonzentrationssensor saugt Sauerstoff innerhalb des in einer Kammer eingeführten Abgases bzw. saugt es ab. Die Sensorzelle erfasst die Konzentration von NOx als die festgelegte Gaskomponente aus dem Gas, das durch die Pumpzelle gelangt. Die Überwachungswelle erfasst die restliche Sauerstoffkonzentration innerhalb der Kammer.
Eine der vorstehend beschriebenen Zellen in dem zusammengesetzten Gaskonzentrationssensor wird in einem aktiven Zustand als eine Steuerungszelle beibehalten. In der Steuerungszelle muss der Elementwiderstandswert zum Erhalt eines Soll-Steuerungswerts in der Wärme gesteuert werden. Jedoch treten bei der Wärmesteuerung die nachstehend beschriebenen Probleme auf.
Die Temperatur des Steuerungszellenelements tendiert dazu, sich im Verlaufe der Zeit entlang einer Langzeitsensorverwendung nach oben zu verschieben, ungeachtet der Tatsache, dass derselbe elektrische Strom in der Heizeinrichtung fließt. Wenn die Elementtemperatur zur Beibehaltung jeder Zelle in einem aktivierten Zustand ansteigt, tritt ein Fehler in den von dem Gaskonzentrationssensor erfassten Wert auf. Außerdem neigt, wenn der Sensor während des Übergangszeitdauern des Maschinenbetriebs verwendet wird, die Temperatur des Steuerungszellenelements zur zeitweiligen Fluktuation ungeachtet der Tatsache, dass in der Heizeinrichtung der selbe elektrische Strom fließt. Dabei tritt ein Fehler in dem durch den Gaskonzentrationssensor erfassten Wert auf, falls die Elementtemperatur zur Beibehaltung jeder Zelle in einem aktivierten Zustand auch nur zeitweilig fluktuiert.
Wenn während einer Langzeitsensorverwendung eine Verschlechterung auftritt, neigt die Temperatur des Steuerungszellenelements zum allmählichen Anstieg, ungeachtet von der Tatsache, dass in der Heizeinrichtung derselbe elektrische Strom fließt. Wenn die Elementtemperatur zur Beibehaltung jeder Zelle in einem aktivierten Zustand mehr als notwendig angehoben wird, wird die Verschlechterung noch weiter verschlechtert.
Während der Langzeitsensorverwendung neigt der Elementwiderstandswert in jeder Zelle zu einer Änderung im Verlaufe der Zeit (mit dem Alter), ungeachtet der Tatsache, dass derselbe elektrische Strom in der Heizeinrichtung fließt. Wenn sich der Elementwiderstandswert in jeder Zelle ändert, tritt ein Fehler in dem von der spezifischen Zelle des Gaskonzentrationssensors erfassten Werts auf. Wenn der Sensor unter Übergangsbedingungen der Brennkraftmaschine verwendet wird, tendiert der Elementwiderstandswert ungeachtet davon, dass derselbe elektrische Strom in der Heizöffnung fließt, zu einer zeitweiligen Änderung. Falls der Elementwiderstandswert jeder Zelle sich auch nur zeitweilig ändert, tritt ein Fehler in dem für die spezifische Zelle des Gaskonzentrationssensors erfassten Werts auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die durch die Heizungssteuerung zur Beibehaltung des aktivierten Zustands jeder Zelle eines Gaskonzentrationssensors verursachten Probleme lösen. Ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen bereitzustellen, die in der Lage sind, den Erfassungsfehler zu korrigieren, der mit einer zeitweiligen Fluktuation oder einer Fluktuation im Verlaufe der Zeit (mit dem Alter) in der Elementtemperatur auftritt. Das zweite Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen bereitzustellen, die in der Lage ist, die fortschreitende Verschlechterung zu unterdrücken, die aufgrund eines Anstiegs in der Elementtemperatur auftritt. Das dritte Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen bereitzustellen, die in der Lage ist, den spezifizierten Zellerfassungswert aufgrund einer Temperaturfluktuation und einer Fluktuation mit dem Alter in dem Elementwiderstandswert geeignet zu korrigieren.

Zum Lösen der vorstehend genannten Aufgabe und der Ziele wird eine Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen gemäß der Erfindung wie nachstehend beschrieben bereitgestellt. Eine Spannung oder ein Strom für eine spezifizierte Zeitdauer wird zeitweilig umgeschaltet und zumindest an zwei Zellen von der Pumpzelle, der Sensorzelle und der Überwachungszelle angelegt, die zumindest in der zusammengesetzten Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung enthalten sind. Der Elementwiderstandswert jeder Zelle wird anhand der Änderung in dem Strom oder der Änderung in der Spannung zu dieser Zeit erfasst. Eine Energie wird einer Heizung zugeführt und derart geregelt, dass der Elementwiderstandswert mit einem gewünschten Soll- Elementwiderstandswert übereinstimmt. Die festgelegte Gaskomponente wird darauf folgend anhand des in der Sensorzelle fließenden Stroms erfasst. Der spezifische Zellenelementwiderstandswert oder die Größe des der Heizung zugeführten elektrischen Stroms wird entsprechend der Größe der Änderung im einem anderen Zellenelementwiderstandswert korrigiert oder wenn ein anderer Zellenelementwiderstandswert während des Heizungssteuerungsbetriebs von dem spezifizierten Bereich abgewichen ist, um den spezifizierten Zellenelementwiderstandswert in Übereinstimmung mit dem gewünschten Soll-Elementwiderstandswert zu bringen. Der Fehler, der in dem spezifizierten Zellenelementwiderstandswert erfasst wird, der durch eine zeitweilige Änderung oder einer Änderung im Verlaufe der Zeit (mit dem Alter) in der Elementtemperatur verursacht wird, wird auf diese Weise durch eine Heizungssteuerung des Gaskonzentrationssensors korrigiert. Die Genauigkeit zur Erfassung der Konzentration einer festgelegten Gaskomponente wird daher verbessert.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird festgestellt, dass sich der Gaskonzentrationssensor verschlechtert, wenn während des Heizungssteuerungsbetriebs der Elementwiderstandswert einer anderen Zelle von dem spezifizierten Bereich abgewichen ist, um den spezifizierten Zellenelementwiderstandswert in Übereinstimmung mit den gewünschten Soll- Elementwiderstandswert zu bringen. Der Soll- Steuerungswert für den Elementwiderstandswert ist zu diesem Zeitpunkt entsprechend dem Ausmaß (der Größe) der Verschlechterung höher eingestellt, so dass die Elementtemperatur jeder Zelle auf den selben Wert wie vor der Verschlechterung beibehalten wird. Eine fortschreitende Verschlechterung des Gaskonzentrationssensor wird in dieser Weise unterdrückt, und die Genauigkeit zur Erfassung der Konzentration einer festgelegten Gaskomponente wird folglich verbessert.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der spezifische Zellenerfassungswert entsprechend der Größe der Änderung des Soll-Elementwiderstandswert oder des Elementwiderstandswert einer anderen Zelle korrigiert, oder wenn der Soll-Elementwiderstandswert während des Heizungssteuerungsbetriebs von dem spezifizierten Bereich abgewichen ist, um den spezifizierten Zellenelementwiderstandswert mit dem gewünschten Soll- Elementwiderstandswert in Übereinstimmung zu bringen. Der in dem spezifizierten Zellenelementwiderstandswert erfasste Fehler, der durch eine zeitweilige Änderung oder durch eine Änderung im Verlaufe der Zeit (mit dem Alter) in der Elementtemperatur verursacht wird, wird auf diese Weise durch die Heizungssteuerung des Gaskonzentrationssensors korrigiert. Folglich wird die Genauigkeit zur Erfassung der Konzentration einer festgelegten Gaskomponente verbessert.

Die vorstehend beschriebene Aufgabe und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachstehenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlicher. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild, das eine Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, einem zweiten Ausführungsbeispiel und einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt,
Fig. 2a und 2b Querschnittsansichten, die ausführlich dem Gaskonzentrationssensor gemäß Fig. 1 darstellen,
Fig. 3a und 3b Querschnittsansichten, die die Anordnung von Elektroden an einer Überwachungszelle und einer Sensorzelle gemäß Fig. 2a und 2b darstellen.
Fig. 4 ein Flussdiagramm, das einen Verarbeitungsablauf für die Heizungssteuerung gemäß dem ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 5 ein Flussdiagramm, das einen Verarbeitungsablauf zur Erfassung der Impedanz des Elements gemäß Fig. 4 veranschaulicht,
Fig. 6 ein Flussdiagramm, das eine Variation des Verarbeitungsablaufs zur Erfassung der Impedanz des Elements gemäß Fig. 4 darstellt,
Fig. 7 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen dem Elementwiderstandswert und der Elementtemperatur gemäß dem ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt,
Fig. 8 ein Flussdiagramm, das einen Verarbeitungsablauf zur Berechnung des Soll-Widerstandswert der Überwachungszellen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt,
Fig. 9 ein Kennfeld zur Berechnung einer Korrekturgröße des Soll-Elementwiderstandswert der Steuerungszelle,
Fig. 10 Zeitverläufe, die einen Übergangszustand für den Elementwiderstandswert jeder Zelle entsprechend dem Prozess gemäß Fig. 8 darstellen,
Fig. 11 ein Flussdiagramm, das ein erstes Variationsbeispiel des Verarbeitungsablaufs zur Berechnung des Soll-Elementwiderstandswerts der Monitorzellen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt,
Fig. 12 ein Kennfeld zur Berechnung der Korrekturgröße des Soll-Element-Widerstandswerts der Steuerungszelle,
Fig. 13 Zeitverläufe, die einen Übergangszustand für den Elementwiderstand jeder Zelle entsprechend der Verarbeitung gemäß Fig. 11 darstellen,
Fig. 14 ein Flussdiagramm, das ein zweites Variationsbeispiel des Verarbeitungsablaufs zur Berechnung des Soll-Elementwiderstandswerts der Überwachungszelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt,
Fig. 15 ein Kennfeld zur Berechnung der Korrekturgröße des Soll-Elementwiderstandswerts der Steuerungszelle,
Fig. 16 Zeitverläufe, die den Übergangszustand für den Elementwiderstand jeder Zelle entsprechend dem Prozess gemäß Fig. 14 darstellen,
Fig. 17 ein Flussdiagramm, das den Verarbeitungsablauf zur Feststellung einer Verschlechterung des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung darstellt,
Fig. 18 Zeitverläufe, die einen Übergangszustand für jeden Typ einer Steuerungsgröße entsprechend der Verarbeitung gemäß Fig. 17 darstellen,
Fig. 19 ein Kennfeld zur Einstellung der Korrekturgrößen des Soll-Elementwiderstandswerts des Steuerungssensors,
Fig. 20 ein Flussdiagramm, das ein Variationsbeispiel des Verarbeitungsablaufs zur Feststellung einer Verschlechterung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt,
Fig. 21 Zeitverläufe, die einen Übergangszustand für jeden Typ einer Steuerungsgröße entsprechend der Verarbeitung gemäß Fig. 20 darstellen,
Fig. 22 einen Graphen, der die Beziehung zwischen der Sensorzellenelementtemperatur und dem elektrischen Strom der Sensorzellen gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht.
Fig. 23 ein Flussdiagramm, das einen Verarbeitungsablauf zur Berechnung des elektrischen Stroms der Sensorzelle gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt,
Fig. 24 ein Kennfeld zur Berechnung der Korrekturgröße des elektrischen Stroms der Sensorzelle,
Fig. 25 Zeitverläufe, die den Übergangszustand für den Elementwiderstandswert und den elektrischen Strom der Sensorzellen jeder Zelle entsprechend der Verarbeitung gemäß Fig. 23 darstellen,
Fig. 26 ein Flussdiagramm, das ein erstes Variationsbeispiel der Verarbeitung zur Berechnung des elektrischen Stroms der Sensorzelle gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt,
Fig. 27 ein Kennfeld zur Berechnung der Korrekturgröße des elektrischen Stroms der Sensorzelle,
Fig. 28 Zeitverläufe, die den Übergangszustand für den Elementwiderstandswert der Überwachungszellen und den elektrischen Strom der Sensorzelle entsprechend der Verarbeitung gemäß in Fig. 26 veranschaulichen,
Fig. 29 ein Flussdiagramm, das ein zweites Variationsbeispiel für einen Verarbeitungsablauf zur Berechnung des elektrischen Stroms der Sensorzelle gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt,
Fig. 30 ein Kennfeld zur Berechnung der Korrekturgröße des elektrischen Stroms der Sensorzelle,
Fig. 31 Zeitverläufe, die den Übergangszustand für den Elementwiderstandswert der Überwachungszelle und den elektrischen Strom der Sensorzelle entsprechend der Verarbeitung gemäß Fig. 29 darstellt,
Fig. 32 ein Flussdiagramm, das ein drittes Variationsbeispiel der Verarbeitung zur Berechnung des elektrischen Stroms der Sensorzellen gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
Fig. 33 ein Kennfeld zur Berechnung der Korrekturgröße des elektrischen Stroms und der Sensorzelle, und
Fig. 34 Zeitverläufe, die den Übergangszustand für den elektrischen Strom der Sensorzellen und die Abgastemperatur entsprechend der Verarbeitung gemäß Fig. 32 darstellen.

Erstes Ausführungsbeispiel

Eine Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet den Gaskonzentrationssensor 100 der Strombegrenzungsbauart, der in dem rechten Teil von Fig. 1 dargestellt ist. Dieser dient zur Erfassung der Sauerstoffkonzentration (O₂-Konzentration) in Abgas aus einer Brennkraftmaschine als das Abgassubjekt zur Erfassung und ebenfalls zur Erfassung der NOx-Stickstoffoxidverbindungs-Konzentration als die festgelegte Gaskomponenten.
Der Gaskonzentrationssensor 100 weist eine 3-Zellen- Struktur auf, die aus einer Pumpzelle 110, einer Überwachungszelle 120 und einer Sensorzelle 130 besteht, wie es in Fig. 2a und 2b dargestellt ist. Diese Struktur ist in der Lage, gleichzeitig Sauerstoffkonzentrationen und NOx-Konzentrationen in Abgas zu erfassen, und ist insbesondere als zusammengesetzter Gassensor verwendbar.
Der Gaskonzentrationssensor 100, ein Festelektrolyt 141 und 142, das aus einem Sauerstoffionen leitenden Material hergestellt ist, ist in einer Plattenform gebildet und mit festen Intervallen übereinander und untereinander mittels Abstandshalter 143 geschichtet, die aus isolierendem Material wie Aluminium hergestellt sind. Stiftöffnungen 141a sind in dem Festelektrolyt 141 gebildet. Das Abgas in der Umgebung des Gaskonzentrationssensors 100 wird über diese Stiftöffnungen 141a in eine erste Kammer 144 eingeführt. Die erste Kammer 144 ist mit einer zweiten Kammer 146 über einen Verengungsabschnitt 145 verbunden. Der Sensor 100 weist eine poröse Diffusionsschicht 147 auf.
Eine Pumpzelle 110 ist derart eingebaut, dass sie zu der ersten Kammer 144 in dem Festelektrolyt 142 benachbart ist. Außer dass die Pumpzelle 110 den Sauerstoff innerhalb des der ersten Kammer 144 zugeführten Abgases saugt oder absaugt, wird gleichzeitig ebenfalls die Sauerstoffkonzentration innerhalb des Abgases erfasst. Ein Paar Elektroden 111 und 112 ist innerhalb der Pumpzelle 110 gebildet, um das Festelektrolyt 142 einzuschließen. Von diesen Elektroden ist insbesondere die Elektrode 111 auf der Seite der ersten Kammer 144 als eine gegenüber NOx passive Elektrode (Elektrode, die nur unwahrscheinlich mit NOx-Gas reagiert oder dieses zersetzt) gebildet. Sauerstoff innerhalb der ersten Kammer 144 wird zersetzt und von der Elektrode 112 zu dem äußeren Luftweg 150 durch die Pumpzelle 110 abgesaugt oder gesaugt.
Eine Überwachungszelle 120 und eine Sensorzelle 130 sind derart eingebaut, dass sie zu einer zweiten Kammer 146 in dem Festelektrolyt 141 benachbart sind. Eine erregte elektromotorische Kraft oder ein Ausgang elektrischen Stroms, der beim Anlegen einer Spannung auftritt, wird von der Monitorzelle 120 entsprechend der überschüssigen Sauerstoffkonzentration innerhalb der zweiten Kammer 146 erzeugt. Nach Durchlaufen der Pumpzelle 110 wird die NOx- Konzentration aus dem Gas durch die Sensorzelle 130 erfasst.
Die Monitorzelle 120 und die Sensorzelle 130 sind parallel bei äquivalenten Positionen gegenüber der Abgasströmungsrichtung eingebaut, wie es in Fig. 2b gezeigt ist. Eine Elektrode ist auf der Seite des äußeren Luftwegs 148 jeder dieser Zellen 120 und 130 als eine Verbindungselektrode 122 gebildet. Das heißt, dass die Überwachungszelle 120 aus einem Festelektrolyten 141 und durch die Verbindungselektrode 122 und die Elektrode 121 (gegenüberliegende Seite) derart zusammengesetzt ist, dass sie die Überwachungszelle 120 von beiden Seiten einschließt. Die Sensorzelle 130 ist aus einem Festelektrolyten 141 und durch die Verbindungselektrode 122 sowie die Elektrode 131 (gegenüberliegende Seite) derart zusammengesetzt, dass sie den Festelektrolyten 141 von beiden Seiten einschließt. Obwohl die Elektrode 121 (Elektrode auf der Seite der zweiten Kammer 146) der Überwachungszelle 120 aus Edelmetallen wie Au-Pt (Gold und Platinum) gebildet ist, die gegenüber NOx-Gas passiv sind, ist die Elektrode 131 (Elektrode auf der Seite einer zweiten Kammer 146) der Sensorzelle 130 aus Edelmetallen wie Pt gebildet, die mit NOx-Gas reagieren.
Fig. 3a zeigt eine Querschnittsansicht der Überwachungszelle 120 und der Sensorzelle 130, wie aus der zweiten Kammer 146 gesehen, Fig. 3b zeigt eine Querschnittsansicht jeder Zellenelektrode wie von der Seite des äußeren Luftweges 148 gesehen. Mit Ausnahme der Tatsache, dass die Elektroden der Überwachungszelle 120 und der Sensorzelle 130 parallel zu der Abgasströmungsrichtung wie in Fig. 3a gezeigt eingebaut sind, können diese stromaufwärts oder stromabwärts in der Abgasströmungsrichtung eingebaut werden (anders ausgedrückt auf der linken und auf der rechten Seite von Fig. 3a). Überwachungszelle 120 kann beispielsweise auf der stromaufwärtigen Seite (linke Seite von Fig. 3a) eingebaut sein, und die Sensorzelle 130 kann auf der rechten Seite von Fig. 3a eingebaut sein.
Eine Isolierschicht 149 ist an der unteren Seite des Festelektrolyten 142 ausgebildet, wie es in Fig. 2a gezeigt ist. Der äußere Luftweg 150 wird durch diese Isolierschicht (Isolierfilm) 149 gebildet. Eine Heizung 151 ist in dieser Isolierschicht 149 zur Erwärmung des gesamten Sensors eingebettet. Zur Aktivierung des gesamten Sensors einschließlich der Pumpzelle 110, der Überwachungszelle 120 und der Sensorzelle 130 erzeugt die Heizung 151 thermische Energie, indem die mit externer Energie versorgt wird.
In dem Gaskonzentrationssensor 100 wird das Abgas der ersten Kammer 144 über die poröse Diffusionsschicht 147 und die Stiftöffnungen 141a zugeführt. Wenn das Abgas durch die Umgebung der Pumpzelle 110 gelangt, tritt eine Zersetzungsreaktion aufgrund des Anlegens einer Spannung zwischen den Elektroden 111 und 112 der Pumpzelle 110 auf, und Sauerstoff wird mittels der Pumpzelle 110entsprechend der Sauerstoffkonzentration innerhalb der ersten Kammer 144 eingesaugt. Die Elektrode 111 auf der Seite der ersten Kammer 144 ist die gegenüber NOx unempfindliche Elektrode, so dass das NOx innerhalb des Abgases in der Pumpzelle 110 nicht zersetzt wird und lediglich der Sauerstoff zersetzt wird und zu dem äußeren Luftweg 150 abgesaugt wird. Die Konzentration von Sauerstoff innerhalb des Abgases wird durch den Pumpzellestrom IP erfasst, der in der Pumpzelle 110 fließt.
Das durch die Umgebung der Pumpzelle 110 gelangte Abgas strömt in die zweite Kammer 146, wobei in der Überwachungszelle 120 ein Ausgang entsprechend der überschüssigen Sauerstoffkonzentration erzeugt wird. Durch Anlegen einer spezifizierten Spannung über die Elektroden 121 und 122 dieser Überwachungszelle 120 wird der Ausgang der Überwachungszelle 120 als der Überwachungszellenstrom IM erfasst. Das NOx innerhalb des Gases wird reduziert und durch Anlegen der spezifizierten Spannung über Elektroden 122 und 131 der Sensorzelle 130 zersetzt, wobei der zu dieser Zeit erzeugte Sauerstoff zu dem äußeren Luftweg 148 abgesaugt wird. Die innerhalb des Abgases enthaltene NOx-Konzentration wird mittels des in der Sensorzelle 130 fließenden Sensorzellenstroms erfasst.
Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 1 weist eine Steuerungsschaltung 200, wie sie gemäß dem Stand der Technik bekannt ist, einen Mikrocomputer auf, der aus einer CPU, einem A/D-Wandler (Analog-Digital-Wandler), D/A-Wandler (Digital-Analog-Wandler) und einem Eingangs- /Ausgangs-Anschluss (I/-Anschluss) usw. aufgebaut ist. Die Spannungen der Pumpzelle 110, der Überwachungszelle 120 und der Sensorzelle 130 werden hier über den D/A- Wandler (D/AO-D/A2) angelegt. Die Spannungen der Anschlüsse Vc, Ve, Vd, Vb, Vg, Vh zur Messung des in der Pumpzelle 110, der Überwachungszelle 190 und der Sensorzelle 130 fließenden elektrischen Stroms werden jeweils der Steuerungsschaltung 200 über die A/D-Wandler (A/DO-A/D5) zugeführt. In der Steuerungsschaltung 200 werden die NOx-Konzentration und die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas auf der Grundlage dieser elektrischen Ströme erfasst, die mittels der Pumpzelle 100 und der Sensorzelle 130 gemessen werden. Diese erfassten Werte werden mittels der D/A-Wandler (D/A3, D/A4) zu einem externen Abschnitt ausgegeben.
Eine Referenzspannung Va wird aus der Referenzspannung 201 und den Operationsverstärker 202 an eine Elektrode 112 der Pumpzelle 110 angelegt. Außerdem wird eine Befehlsspannung Vb aus der Steuerungsschaltung 200 an die andere Elektrode 112 mittels des Operationsverstärkers (Op Amp) 203 und des Stromerfassungswiderstands 204 angelegt. Wenn ein Strom in der Pumpzelle 110 entsprechend der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas während des Anlegens der Fehlspannung Vb fließt, wird dieser Strom durch den Stromerfassungswiderstand 204 erfasst. Das heißt, dass beide Anschlussspannungen Vb und Vd des Stromerfassungswiderstands 204 der Steuerungsschaltung 200 zugeführt werden, und der Pumpzellenstrom IP auf der Grundlage dieser Spannungen Vb und Vd berechnet wird.
Eine Referenzspannung Vf wird aus der Referenzspannungsversorgung 205 und dem Operationsverstärker 206 an die Verbindungselektrode 122 der Überwachungsquelle 120 und der Sensorzelle 130 angelegt. Eine Befehlspannung Vb wird aus der Steuerungsschaltung 200 über den Operationsverstärker 207 und einem Stromerfassungswiderstand 208 an die andere Sensorzellenelektrode 131 und die Verbindungselektrode 122 angelegt. Wenn ein elektrischer Strom in der Sensorzelle 130 entsprechend der NOx-Konzentration in dem Abgas während des Anlegens dieser Befehlsspannung Vg fließt, wird dieser elektrischer Strom durch den Stromerfassungswiderstand 208 erfasst. Das heißt, dass der Steuerungsschaltung 200 beide Anschlussspannungen Vg und Vh des Stromerfassungswiderstands 208 zugeführt werden, und der Sensorzellenstrom Is auf der Grundlage dieser Spannungen Vg und Vh berechnet wird.
Eine Befehlsspannung Vc wird dann über ein Tiefpassfilter 209, einen Operationsverstärker 210 und einen Stromerfassungswiderstand 211 an die Verbindungselektrode 122 und die andere Überwachungszellenelektrode 121 aus der Steuerungsschaltung 200 angelegt. Wenn während des Anlegens der Befehlsspannung Vc ein elektrischer Strom in der Überwachungszelle 120 entsprechend der NOx- Konzentration in dem Abgas fließt, wird dieser Strom durch den Stromerfassungswiderstand 211 erfasst. Das heißt, dass beide Anschlussspannungen Vc und Ve des Stromerfassungswiderstands 211 der Steuerungsschaltung 200 zugeführt werden, wobei der Überwachungszellenstrom im auf der Grundlage dieser Spannungen Vc und Ve berechnet wird. Das Tiefpassfilter 209 kann beispielsweise durch ein Filter der ersten Ordnung verwirklicht sein, das aus einem Widerstand und einem Kondensator zusammengesetzt ist.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird das Wobbelverfahren zur Erfassung einer Elementimpedanz der Monitorzelle 120 verwendet, die äquivalent zu dem Elementwiderstandswert ist. Das heißt, dass während der Erfassung der Impedanz der Überwachungszelle 120 die an die Überwachungszelle angelegte Spannung (Befehlsspannung Vc) kurzzeitig durch die Steuerungsschaltung 200 auf zumindest einen positiven (+) oder einen negativen (-) Wert umgeschaltet wird. Diese angelegte Spannung wird aus dem Tiefpassfilter 209 als eine Sinuswelle an die Überwachungszelle 120 angelegt. Die Frequenz der Wechselspannung ist vorzugsweise nicht kleiner als 10 kHz. Die Zeitkonstante des Tiefpassfilters 209 ist auf angenähert 5 ms eingestellt. Die Elementimpedanz der Überwachungszelle 120 wird dann aus der Größe der Spannungsänderung und der Größe einer Stromänderung berechnet.
Das Bilden einer Elektrode der Überwachungszelle 120 und der Sensorzelle 130 als die Verbindungselektrode 122 bringt den Vorteil, dass Ansteuerschaltungen auf der Seite der Referenzspannung reduziert werden können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Anzahl von Verdrahtungsleitungen aus dem Gaskonzentrationssensor 100 verringert werden kann. Die Überwachungszelle 120 und die Sensorzelle 130 sind benachbart zueinander auf denselben Festelektrolyten 141 gebildet, wodurch das potentielle Problem erzeugt wird, dass der Stromfluss in der benachbarten Elektrode während des Wobbelns (Sweep) nachteilig die Impedanzerfassungsgenauigkeit beeinträchtigen könnte. Das Bilden der Verbindungselektrode 122 bewirkt jedoch, dass die andere Elektrode dasselbe Spannungspotential erreicht, so dass der potentielle nachteilige Effekt verringert worden ist.
Jedoch fließt, obwohl lediglich einige Mikroampere während der Erfassung von verbleibenden Sauerstoff in der Überwachungszelle 120 fließen, ein Strom in der Größenordnung von einigen Milliampere während des Wrobbelns zur Erfassung der Impedanz. Ein Bereichsüberschreiten wird auftreten, wenn der Erfassungsstrom in einer unterschiedlichen Größenordnung (Maßstab) mit denselben Erfassungswiderstand und derselben Erfassungsgenauigkeit abfällt. Daher wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der elektrische Stromerfassungswiderstand während der Erfassung der Impedanz und während der Erfassung des restlichen Sauerstoffs in der Überwachungszelle 120 umgeschaltet.
Genauer wird ein anderer Erfassungswiderstand 212 und eine Schalt-Schaltung 213 (beispielsweise ein Halbleiterschalter) parallel zu dem Erfassungswiderstand 211 eingebaut. Die Schalt-Schaltung 213 schaltet dann entsprechend dem Ausgang aus dem Eingabe/Ausgabeanschluss der Steuerungsschaltung 200 ein und aus. In diesem Fall schaltet die Schalt-Schaltung 213 während der normalen Erfassung von Gaskonzentrationen aus (öffnet), und der Überwachungszellenstrom Im wird mit einem Widerstandswert von einigen 100 kQ mittels des Stromerfassungswiderstands 211 erfasst. Im Gegensatz dazu schaltet die Schalt-Schaltung 213 während der Erfassung der Impedanz ein (schließt), und der Überwachungszellenstrom Im wird mit einem Widerstandswert von einigen 100 Ω mittels der Stromerfassungswiderstände 211 und 212 erfasst.
Der Steuerungsbefehlwert Duty (Tastverhältnis) wird aus dem Angabe/Ausgabeanschluss durch die CPU innerhalb der Steuerungsschaltung 200 ausgegeben und steuert einen MOSFET-Treiber 251 an. Energie aus der Energieversorgung 253 (beispielsweise eine Batteriespannung), die der Heizung 151 zugeführt wird, wird durch den MOSFET 252 PWM-moduliert.
Die CPU der Steuerungsschaltung 200 ist zur Ausführung des nachstehenden Betriebs programmiert. Zunächst wird in Schritt SiOl von Fig. 4 eine Feststellung durchgeführt, ob eine spezifische Zeit Ta seit der vorhergehenden Erfassung eines (nachstehend auch als A/F-Verhältnis bezeichneten) Luft-Kraftstoffverhältnisses, das durch die Sauerstoffkonzentration wiedergegeben wird, und einer NOx-Konzentration verstrichen ist oder nicht. Diese spezifizierte Zeit Ta ist äquivalent für eine Luft-/Kraftstoff- und NOx-Konzentrationserfassungsperiode und ist beispielsweise auf Ta = 4 ms eingestellt. Wenn die Feststellungsbedingungen in Schritt S101 erfüllt sind, das heißt, wenn die spezifizierte Zeit Ta verstrichen ist, schreitet die Verarbeitung zu Schritt 102 voran, und die Verarbeitung zur Erfassung des Luft/Kraftstoffverhältnisses und der NOx-Konzentration wird implementiert.
Bei dieser Luft/Kraftstoffverhältnis(Sauerstoffkonzentrations-)Erfassungsverarbeitung wird die an die Pumpzelle angelegte Spannung entsprechend dem Pumpzellenstrom Ip zu dieser Zeit eingestellt, und wird der Pumpzellenstrom Ip erfasst, wenn diese Spannung angelegt wird. Dieser erfasste Pumpzellenstrom Ip wird in einen A/F-Wert (Luft/Kraftstoff-Wert) umgewandelt. In der NOx-Konzentrationserfassungsverarbeitung wird die spezifizierte Sensorzellenanlegungsspannung eingestellt, und wird der Sensorzellenstrom Is bei Anlegen dieser Spannung erfasst. Dieser erfasste Sensorzellenstrom Is wird in einen NOx-Konzentrationswert umgewandelt.
Die Verarbeitung schreitet dann zu Schritt 113 voran. In Schritt S103 wird eine Feststellung durchgeführt, ob eine spezifizierte Zeit Tb seit der vorhergehenden Erfassung der Elementimpedanz verstrichen ist oder nicht. Diese spezifiziert Zeit Tb ist die Zeit, die äquivalent zu einer Elementimpedanzerfassungsperiode zur Erfassung der Elementimpedanz ZAC ist, und ist beispielsweise wahlweise auf 128 oder 2 ms entsprechend dem Betriebszustand eingestellt. Wenn festgestellt wird, dass die Feststellungsbedingungen in Schritt S103 erfüllt worden sind, das heißt, wenn die spezifizierte Zeit Tb verstrichen ist, schreitet die Verarbeitung zu Schritt 104 voran, und die Verarbeitung zur Erfassung der Elementimpedanz ZAC wird implementiert, die nachstehend genauer beschrieben ist. Die Verarbeitung schreitet dann zu Schritt 105 voran, in dem an die Heizung 151 angelegte Energie geregelt wird, und dann endet diese Routine.
Falls jedoch die Feststellungsbedingungen in Schritt S101 nicht erfüllt sind, das heißt, wenn die spezifizierte Zeit Ta noch nicht verstrichen ist, oder die Bedingungen in Schritt S103 nicht erfüllt sind, das heißt, wenn die Zeit Tb noch nicht verstrichen ist, endet diese Routine, ohne dass irgendein Vorgang durchgeführt wird.
Ein optionales Steuerungsverfahren kann für die Energieregelung der Heizung 151 angewendet werden, falls die Heizung 151 zum Erreichen eines gewünschten Sollwerts für den Elementwiderstandswert ZAC gesteuert wird. Als ein Beispiel kann, falls die Elementtemperatur des Gaskonzentrationssensors 100 niedrig ist und die Elementimpedanz ZAC vergleichsweise groß ist, eine Energie an die Heizung 151 für ein Tastverhältnis von 100% angelegt werden. Außerdem wird bei Anstieg der Elementtemperatur das Steuerungstastverhältnis unter Verwendung des PID-Regelungsverfahren gemäß einer bekannten Technik berechnet, und dann wird Energie der Heizung 151 entsprechend diesem Tastverhältnis zugeführt.
Die Verarbeitung zur Erfassung der Elementimpedanz ZAC in Schritt S104 gemäß Fig. 4 ist nachstehend unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm gemäß Fig. 4 beschrieben.
Zunächst wird in Schritt S201 von Fig. 5 die Schalt- Schaltung 213 aus dem ausgeschalteten Zustand eingeschaltet. Der Widerstandswert wird in dieser Weise von angenähert einige kΩ auf einen Erfassungswiderstandswert von angenähert einigen 100 Ω umgeschaltet. Die Verarbeitung schreitet dann zu Schritt 202 voran, und eine Spannung (Befehlsspannung Vc) wird an die Überwachungszelle 120 angelegt, wobei die zur Erfassung der restlichen Sauerstoffkonzentration bis zu diesem Zeitpunkt angelegte Spannung zeitweilig auf die positive Seite in einen Zeitraum von etwa 10 bis 100 µsek umgeschaltet wird.
Die Verarbeitung schreitet dann zu Schritt S203 voran und die Änderungsgröße in der an die Überwachungszelle angelegten Spannung und die Änderungsgröße in dem Überwachungszellenstrom Im werden gelesen. Die Verarbeitung schreitet dann zu Schritt S204 voran, und die Elementimpedanz ZAC (gleich Spannungsänderung/Stromänderung) wird aus der Spannungsänderungsgröße und der Stromänderungsgröße berechnet. Die Verarbeitung schreitet dann zu Schritt S210 voran, und diese Routine endet, nachdem die Schalt- Schaltung 213 von dem abgeschalteten Zustand zu dem ausgeschalteten Zustand zurückkehrt.
Die vorstehende Bearbeitung bringt die nachstehend beschrieben Wirkungen.
Die Elementimpedanz ZAC für die Überwachungszelle 120 des Gaskonzentrationssensors 100 wird als nächstes erfasst, so dass die Erfassung der NOx-Konzentration in der Sensorzelle 130 während der Erfassung der Elementimpedanz ZAC nicht gestoppt wird. Das heißt, es gibt keine Unterbrechung in der NOx-Konzentrationserfassungszeit. In derselben Weise gibt es keine Unterbrechung der Luft-/Kraftstoffverhältniserfassung (Erfassung der Sauerstoffkonzentration) in der Pumpzelle 110, da es keine Unterbrechung in der Luft-/Kraftstoffverhältnis- Erfassungszeit gibt. Die Elementimpedanz ZAC kann daher ausreichend erfasst werden, ohne dass die Erfassung der NOx-Konzentration oder der Erfassung des Luftkraftstoffverhältnisses beeinträchtigt wird.
Die Energieregelung der Heizung 151 wird in diesem Fall auf der Grundlage der Elementimpedanz ZAC in der Überwachungszelle 120 durchgeführt, wobei die Sensorzelle 130 und die Überwachungszelle 120 nahe aneinander eingebaut sind und beide in dem gewünschten aktivierten Zustand behalten werden. Das heißt, dass Temperaturänderungen in der Sensorzelle 130 unterdrückt werden, wobei folglich die Genauigkeit bei der Erfassung von NOx-Konzentrationen verbessert wird.
Die Überwachungszelle 120 und die Sensorzelle 130 in dem Gaskonzentrationssensor 100 weisen eine einzige gemeinsam genutzte verbindende Elektrode auf. Die angelegte Spannung wird zeitweilig auf die andere Überwachungszellenelektrode geschaltet, die nicht eine Verbindungselektrode ist, und die Elementimpedanz ZAC wird erfasst. Die Struktur ist auf diese Weise vereinfacht und die Elementimpedanz kann geeignet erfasst werden. Elektroden können ebenfalls getrennt in jeder Zelle gebildet werden, ohne dass eine Verbindungselektrode an der Überwachungszelle 120 und der Sensorzelle 130 gebildet wird. In diesem Fall kann die Elektrode zum zeitweiligen Ändern der an die Überwachungszelle angelegte Spannung jede Elektrode der Überwachungszelle 120 sein.
Der Widerstandswert des Stromerfassungswiderstands wird umgeschaltet, wenn die Elementimpedanz erfasst wird und wenn die restliche Sauerstoffkonzentration in der Überwachungszelle 120 erfasst wird, so dass Probleme, die durch Bereichsüberschreitung (falsche Widerstandswertskala) typifiziert sind, und nachteilige Wirkungen auf der Erfassungsgenauigkeit während der Erfassung des Stroms in der Überwachungszelle 120 beseitigt sind.
Eine Variation der Verarbeitung zur Erfassung der Elementimpedanz ZAC in Schritt S104 von Fig. 4 ist nachstehend unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm in Fig. 6 beschrieben.
In der vorstehend beschriebenen Verarbeitung zur Erfassung der Elementimpedanz ZAC wurde die Elementimpedanz für die Überwachungszelle 120 erfasst. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird jedoch die Elementimpedanz der Pumpzelle 110 erfasst.
Der Unterschied der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen besteht darin, dass während der Erfassung der Elementimpedanz in der Pumpzelle 110 ein Tiefpassfilter (LPF) mit D/A1 der Steuerungsschaltung 200 verbunden ist, so dass die an die Pumpzelle angelegte Spannung (Befehlsspannung Vb), die aus der Steuerungsschaltung 200 ausgegeben wird, als eine Sinuswelle gesendet werden kann.
In Schritt S301 von Fig. 6 wird die Spannung an die Pumpzelle 110 (Steuerungsspannung Vb) angelegt, und Spannungen, die bis zu diesem Zeitpunkt für die A/F- Erfassung angelegt worden sind, werden zeitweilig für etwa 10 bis 100 µsek auf die positive Seite umgeschaltet. Die Verarbeitung schreitet dann zu Schritt S302 voran, und die Änderungsgröße in der an die Pumpzelle angelegten Spannung und die Änderungsgröße des Pumpzellenstroms IP werden gelesen. Die Verarbeitung geht dann zu Schritt S303 voran, in dem die Elementimpedanz ZAC (gleich Spannungsänderung/Stromänderung) anhand der Spannungsänderungsgröße und der Stromänderungsgrößen berechnet wird, woraufhin diese Routine endet.
Ein Strom von etwa einigen Milliampere fließt sowohl während der A/F-Erfassung als auch während der Impedanzerfassung, wenn die Elementimpedanz AC in der Pumpzelle 110 erfasst wird. Daher gibt es keinen Bedarf zum Einbau einer Schalt-Schaltung 213 wie in Fig. 1 gezeigt, um den Erfassungswiderstandswert umzuschalten.
Bei dieser Abänderung wird ebenfalls die Erfassung der NOx-Konzentration in der Sensorzelle 130 während der Erfassung der Elementimpedanz ZAC nicht gestoppt. Das heißt, es gibt keine Unterbrechung in der NOx- Konzentrationserfassungszeit. Daher wird die Erfassung von NOx-Konzentrationen nicht beeinträchtigt, und kann die Elementimpedanz ZAC ausreichend erfasst werden.
In diesem Fall wird die Pumpzelle 110 in dem gewünschten aktivierten Zustand beibehalten, so dass die Sauerstoffabsaugfunktion effizient in der Pumpzelle 110 arbeitet, die restliche Sauerstoffkonzentration auf einem festen Pegel beibehalten wird und die Genauigkeit zur Erfassung von NOx-Konzentrationen beibehalten wird.
Die Beziehung zwischen dem Elementwiderstandswert (Ω) und der Elementtemperatur (°C) vor Verschlechterung und nach der Verschlechterung in dem Gaskonzentrationssensor 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf den Graphen in Fig. 7 beschrieben.
Fig. 7 zeigt eine Heizungssteuerung durch Steuerung der Energie zu der Heizung 151 des Gaskonzentrationssensors 100. Mit allmählichem Fortschritt der Verschlechterung in jeder Zelle von einem Zustand vor der Verschlechterung zu einem Zustand nach einer Verschlechterung, steigt die Elementtemperatur an, wenn ein fester Sollsteuerungswert in jeder Zelle beibehalten wird, wie es durch "Verschlechterung" mit dem hohlen (weißen) Pfeil gezeigt ist. Da die Verschlechterung mit Anstieg der Elementtemperatur in jeder Zelle voranschreitet, ist es wichtig, dass die Elementtemperatur nicht höher als notwendig wird, damit der aktivierte Zustand jeder Zelle beibehalten wird. Dieses Ziel der Unterdrückung der Elementtemperatur in jeder Zelle, um den Zustand vor der Verschlechterung beizubehalten, kann erreicht werden, indem der Soll-Steuerungselementwiderstandswert jeder Zelle mit fortschreitender Verschlechterung höher eingestellt wird, wie es durch den hohlen "Korrektur"- Pfeil gezeigt ist.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, erfasst die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung einschließlich eines zusammengesetzten Gaskonzentrationssensor 100 einen Elementwiderstandswert, steuert eine Heizung und erfasst eine Gaskonzentration. Der zusammengesetzte Gaskonzentrationssensor 100 weist zumindest eine Pumpzelle 110 zum Absaugen oder Saugen von Sauerstoff aus einer ersten Kammer 144 zugeführten Abgas, eine Sensorzelle 130 zur Erfassung von Konzentrationen von NOx als die festgelegte Gaskomponente aus dem Gas, das durch die Pumpzelle 110 hindurchgeführt wird, und eine Überwachungszelle 120 zur Erfassung der restlichen Sauerstoffkonzentration innerhalb der zweiten Kammer 146 auf. Der zusammengesetzte Gaskonzentrationssensor 100 dient zur Beibehaltung des aktivierten Zustand jeder Zelle auf der Grundlage des Elementwiderstandswerts des Festelektrolyten, der jede Zelle bildet. Der Elementwiderstandswert in jeder Zelle wird anhand einer Spannungsänderung und einer Stromänderung erfasst, wenn die Spannung oder der Strom zeitweilig für eine spezifizierte Periode (Zeitdauer) umgeschaltet wird und zumindest an zwei Zellen des Gaskonzentrationssensors 100 unter Verwendung der Steuerungsschaltung angelegt wird. Die Heizung 151, die in jeder Zelle eingebaut ist, wird derart gesteuert, dass sie den erfassten Elementwiderstandswert jeder Zelle in Übereinstimmung mit einem gewünschten Elementwiderstandswert bringt, indem die Steuerungsschaltung 200 durch Regelung der Heizung 151 zugeführten Energie verwendet wird. Die Gaskonzentration der festgelegten Gaskomponente wird darauffolgend durch Erfassung von in der Sensorzelle 130fließenden Stroms und unter Verwendung der Steuerungsschaltung 200 erfasst.
Das heißt, dass von der Pumpzelle 110, der Überwachungszelle 120 und der Sensorzelle 130 des zusammengesetzten Gaskonzentrationssensors 100 eine Spannung oder ein Strom zeitweilig für eine spezifizierte Zeitdauer zu der Pumpzelle 110 und der Überwachungszelle 120 geschaltet wird. Der Elementwiderstandswert Rms der Überwachungszelle 120 und der Elementwiderstandswert Rps der Pumpzelle 110 werden anhand der Spannungsänderung und der Stromänderung zu diesem Zeitpunkt erfasst. Die Energie für die Heizung 151 wird derart geregelt, dass der Elementwiderstandswert mit dem gewünschten Soll- Widerstandswert übereinstimmt, und die NOx- Konzentrationen werden darauffolgend als die festgelegten Gaskomponenten anhand der für den in der Sensorzelle 130 fließenden Strom erfassten Werte erfasst.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel und den Abänderungsbeispiel werden die jeweiligen Elementwiderstandswerte Rps, Rms für die Zellen mit Ausnahme der Sensorzelle 130, d. h. für die Pumpzelle 110 und die Überwachungszelle 120, durch die Steuerungsschaltung 200 erfasst.
Die bis jetzt unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis Fig. 7 beschriebenen Strukturen sind ebenfalls gemeinsam gemäß den nachstehend beschriebenen zweiten und dritten Ausführungsbeispielen vorgesehen.
Die Verarbeitung zur Berechnung des Soll- Elementwiderstandswert der Überwachungszelle nach der Korrektur durch die CPU in der Steuerungsschaltung 200, die in der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 9 auf der Grundlage des Flussdiagramms gemäß Fig. 8 beschrieben. Fig. 9 zeigt ein Kennfeld zur Berechnung der Soll- Elementwiderstandswert-Korrekturgröße in Ω für die Überwachungszelle 120 als die Steuerungszelle gemäß dem Ausmaß (der Größe) der Verschiebung von der anfänglichen Zeitdauer des Elementwiderstandswerts Rps in Ω der Pumpzelle 110 gemäß Fig. 8. Diese Routine zur Verarbeitung des Soll-Elementwiderstandswert der Überwachungszelle nach der Korrektur ist wiederholt durch die CPU nach jeder spezifizierten Periode implementiert, wenn die Steuerungsschaltung 200 eingeschaltet wird.
Gemäß Fig. 8 wird zunächst in Schritt S401 eine Feststellung durchgeführt, ob der Maschinenbetriebszustand sich in stationärem Zustand befindet. Falls die Feststellungsbedingungen für Schritt S401 nicht erfüllt sind, das heißt, falls die Brennkraftmaschinenbetriebsbedingungen sich im Übergangszustand befinden, endet diese Routine ohne Durchführung eines Vorgangs. Falls demgegenüber die Feststellungsbedingungen von Schritt S401 erfüllt sind, das heißt, wenn der Maschinenbetrieb sich in einem stationären Zustand befindet, geht die Verarbeitung zu Schritt S402 voran, und der Elementwiderstandswert Rms der Überwachungszelle 120 als die Steuerungszelle zu diesem Zeitpunkt wird erfasst.
Bei der Erfassung des Elementwiderstandwerts Rms dieser Überwachungszelle 120 wird die an die Überwachungszelle 120 angelegte Spannung (Befehlsspannung Vc) wie vorstehend beschrieben angelegt, und die angelegten Spannungen bis zu diesem Zeitpunkt zur Erfassung restlicher Sauerstoffkonzentrationen werden zeitweilig auf die positive Seite für etwa 10 bis 100 µsek umgeschaltet. Die Änderungsgröße in der an die Überwachungszelle angelegten Spannung und die Änderungsgröße in dem Überwachungszellenstrom Im zu diesem Zeitpunkt werden gelesen. Der Elementwiderstandswert Rms der Überwachungszelle 120 wird dann als Elementimpedanz ZAC (Spannungsänderung/Stromänderung) anhand der Spannungsänderungsgröße und der Stromänderungsgröße zu dieser Zeit erfasst.
Die Verarbeitung schreitet dann zu Schritt S403 voran, und der Elementwiderstandswert Rps der Pumpzelle 110 wird erfasst. Bei der Erfassung des Elementwiderstandswerts Rps dieser Pumpzelle 110 wird die an die Pumpzelle angelegte Spannung (Befehlsspannung Vb) wie vorstehend beschrieben angelegt, und bis zu diesem Zeitpunkt angelegte Spannungen für die A/F-Erfassung werden zeitweilig für etwa 10 bis 100 µsek auf die positive Seite umgeschaltet. Die Änderungsgröße in der an die Pumpzelle angelegten Spannung und die Änderungsgröße des Pumpzellenstroms IP zu dieser Zeit werden gelesen. Der Elementwiderstandswert Rps der Pumpzelle 110 wird dann als Elementimpedanz ZAC (gleich Spannungsänderung/Stromänderung) anhand der Änderungsgröße in dieser Spannung und der Änderungsgröße in dem Strom zu dieser Zeit erfasst.
Die Verarbeitung schreitet dann zu Schritt S404 voran, und auf der Grundlage des in Fig. 9 gezeigten Kennfelds wird eine Soll-Elementwiderstandswert-Korrekturgröße RMSH für die Überwachungszelle 120 als die Steuerungszelle zu dieser Zeit entsprechend dem Ausmaß (der Größe) der Verschiebung von der anfänglichen Zeitdauer des Elementwiderstandswert der Pumpzelle 110 berechnet, die in Schritt S403 berechnet worden ist. Die Verarbeitung schreitet dann zu Schritt S405 voran, und die Soll- Elementwiderstandswert-Korrekturgröße RMSH der Überwachungszelle 120, die in Schritt S404 berechnet worden ist, wird zu dem in Schritt S402 berechneten Elementwiderstandswert Rms der Überwachungszelle 120 hinzu addiert. Der Soll-Elementwiderstandswert RMSHB der Überwachungszelle 120 nach der Korrektur wird dann berechnet, und diese Routine endet.
Eine Sollwertkorrektur unter Verwendung des Soll- Elementwiderstandswerts RMSHB der Überwachungszelle 120 nach der Korrektur, der wie vorstehend beschrieben berechnet wird, ist unter Bezugnahme auf Fig. 9 und 10 beschrieben. Fig. 10 zeigt Zeitverläufe, die Übergangszustände des Elementwiderstandswerts Rps in Ω der Pumpzelle 110 und des Elementwiderstandswerts Rms in Ω der Überwachungszelle 120 als die Steuerungszelle für die Verarbeitung gemäß Fig. 8 darstellen.
Der Elementwiderstandswert Rms der Überwachungszelle 120 wird durch Änderung des Soll-Elementwiderstandswert RMSHB auf der Grundlage der Soll-Elementwiderstandswert- Korrekturgröße RMSH der Überwachungszelle 120 als die Steuerungszelle entsprechend der Änderungsgröße von dem anfänglichen Elementwiderstandswert Rps der Pumpzelle 110 korrigiert, die mit dem in Fig. 9 gezeigten Kennfeld berechnet wird. Das heißt, dass der Elementwiderstandswert Rms nach Verschlechterung der Überwachungszelle 120 gemäß Fig. 10 nach oben korrigiert wird, wie es durch die Sollwertkorrektur von dem Zeitpunkt t02 an dargestellt ist, und die Elementtemperatur nach der Verschlechterung wird auf dieselbe Temperatur wie vor und während der Verschlechterung beibehalten.
Ein erstes Beispiel für eine Abänderung der Verarbeitung zur Berechnung des Soll-Elementwiderstandswerts der Überwachungszelle nach Korrektur in der CPU der Steuerungsschaltung 200, die in der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 12 auf der Grundlage des in Fig. 11 gezeigten Flussdiagramms beschrieben. Dabei zeigt Fig. 12 ein Kennfeld zur Berechnung der Soll-Element-Widerstandswert- Korrekturgröße in Ω der Überwachungszelle 120 als die Steuerungszelle entsprechend der Größe der Verschiebung von dem Elementwiderstandswert Rps in Ω der Pumpzelle 110 während des Betriebs in stationären Zustand gemäß Fig. 11. Diese Routine zur Berechnung des Soll- Elementwiderstandswerts der Überwachungszelle nach der Korrektur wird wiederholt durch die CPU zu jeweils spezifizierten Zeitdauern durchgeführt, wenn die Energieversorgung für die Steuerungsschaltung 200 eingeschaltet wird.
Zunächst wird in Schritt S501 gemäß Fig. 11 eine Feststellung durchgeführt, ob der Maschinenbetriebszustand ein stationärer Zustand ist. Falls die Feststellungsbedingungen in Schritt S501 erfüllt sind, das heißt, wenn die Maschinenbetriebsbedingungen sich in stationärem Zustand befinden, endet diese Routine ohne Durchführung irgendeines Vorgangs. Falls demgegenüber die Feststellungsbedingungen von Schritt S501 nicht erfüllt sind, beziehungsweise, wenn der Brennkraftmaschinenbetrieb sich in einen Übergangszustand befindet, schreitet die Verarbeitung zu Schritt S102 voran, und der Elementwiderstandswert Rms der Überwachungszelle 120 als die Steuerungszellen zu dieser Zeit wird wie vorstehend beschrieben erfasst.
Die Verarbeitung schreitet dann zu Schritt S503 voran, und der Elementwiderstandswert Rps der Pumpzelle 110 wird wie vorstehend beschrieben erfasst. Die Verarbeitung schreitet dann zu Schritt S504 voran, und auf der Grundlage des in Fig. 12 gezeigten Kennfelds wird eine Soll-Elementwiderstandswert-Korrekturgröße RMSH der Überwachungszelle 120 als die Steuerungszelle zu dieser Zeit entsprechend der Änderungsgröße aus dem stationären Zustand des Elementwiderstandswerts Rps der Pumpzelle 110 berechnet, der in Schritt S503 berechnet wird. Die Verarbeitung schreitet dann zu Schritt S505 voran, und die in Schritt S504 berechnete Soll- Elementwiderstandswert-Korrekturgröße RMSH der Überwachungszelle 120 wird zu dem in Schritt S502 berechneten Elementwiderstandswert Rms der Überwachungszelle 120 addiert. Der Sollelementwiderstandswert RMSHB der Überwachungszelle 120 nach der Korrektur wird berechnet und die Routine wird beendet.
Die Soll-Elementtemperaturkorrektur unter Verwendung des Soll-Elementwiderstandswert RMSHB der Überwachungszelle 120 nach der vorstehend berechneten Korrektur ist nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 12 und 13 beschrieben. Fig. 13 zeigt Zeitverläufe, die den Übergangszustand des Elementwiderstandwerts Rps in Ω der Pumpzelle 110 und des Elementwiderstandwerts Rms in Ω der Überwachungszelle 12 als die Steuerungszelle für die Verarbeitung gemäß Fig. 11 darstellt.
Der Elementwiderstandswert Rms der Überwachungszelle 120 wird durch Änderung des Soll-Elementwiderstandswerts RMSHB auf der Grundlage der Soll-Elementwiderstandswert- Korrekturgröße RMSH der Überwachungswelle 120 als die Steuerungszelle entsprechend der Änderungsgröße anhand des Elementwiderstandwerts Rps der Pumpzelle 110 korrigiert, der wie gezeigt mit Hilfe des Kennfeldes gemäß Fig. 12 berechnet wird. Das heißt, dass gemäß Fig. 13 der Elementwiderstandswert Rms der Überwachungszelle 120 während des Betriebs der Brennkraftmaschine in einem Übergangszustand derart korrigiert wird, dass er klein wird, entsprechend der Änderungsgröße des Elementwiderstandswerts Rps der Pumpzelle 110 zu diesem Zeitpunkt, wie es durch die Sollwertkorrektur zur Zeit T11 bis T12 gezeigt ist. Die Elementtemperatur der Überwachungszelle 120 wird auf diese Weise auf dieselbe Elementtemperatur gehalten, als wenn die Brennkraftmaschine in einem stationären Zustand arbeitet.
Der spezifizierte Zellenelementwiderstandswert wird auf diese Weise entsprechend der Änderungsgröße in dem Elementwiderstandswert einer anderen Zelle durch die Steuerungsschaltung 200 während des Heizungsteuerungsbetriebs korrigiert, um den spezifischen Zellenelementwiderstandswert in Übereinstimmung mit dem gewünschten Soll-Element-Widerstandswert zu bringen.
Das heißt, dass die Energie zu der Heizung 151 derart geregelt wird, dass der Elementwiderstandswert Rms der Überwachungszelle 120 und der Elementwiderstandswert Rps der Pumpzelle 110 mit dem gewünschten Soll- Elementwiderstandswert in Übereinstimmung gebracht werden, und die NOx-Konzentration als die festgelegte Gaskomponente wird darauffolgend anhand des erfassten Werts für den in der Sensorzelle 130 fließenden Strom erfasst. Der Elementwiderstandswert Rms der spezifizierten Welle, die die Überwachungszelle 120 als die Steuerungszelle ist, wird zu dieser Zeit entsprechend der Änderungsgröße in dem Elementwiderstandswert Rps der Pumpzelle 110 als die andere Zelle korrigiert. Die Fehler bei der Erfassung des Elementwiderstandswerts in der spezifizierten Zelle aufgrund von zeitweiligen Änderungen oder Änderungen im Verlaufe der Zeit (Alterung) in der Elementtemperatur aufgrund der Heizungssteuerung des Gaskonzentrationssensors 100 können auf diese Weise korrigiert werden, weshalb folglich die Genauigkeit zur Erfassung der NOx-Konzentrationen verbessert wird.
Daher kann während der Berechnung des Soll- Elementwiderstandswerts der Überwachungszelle nach Korrektur für den Gaskonzentrationssensor 100 die NOx- Konzentrationserfassung durch die Sensorzelle 130 ohne Unterbrechungen und ohne Ausübung von Wirkungen auf der Erfassung der NOx-Konzentration durchgeführt werden.
Ein zweites Beispiel für eine Abänderung der Verarbeitung zur Berechnung des Soll-Elementwiderstandwerts der Überwachungszelle nach der Korrektur in der CPU in der Steuerungsschaltung 200, die in der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 15 auf der Grundlage des Flussdiagramms gemäß Fig. 14 beschrieben. Dabei zeigt Fig. 15 ein Kennfeld zur Berechnung der Soll- Elementwiderstandswert-Korrekturgröße in Ω der Überwachungszelle 120 als die Steuerungszelle entsprechend der Größe der Verschiebung von einem stationären Zustand der Abgastemperatur TEMPH (°C) in Fig. 14. Diese Routine zur Berechnung des Soll- Elementwiderstandwerts der Überwachungszelle nach der Korrektur wird wiederholt durch die CPU bei jeweils einer spezifizierten Zeitdauer ausgeführt, wenn die Energieversorgung der Steuerungsschaltung 200 eingeschaltet wird.
Zunächst wird in Schritt S601 gemäß Fig. 14 eine Feststellung getroffen, ob sich der Maschinenbetriebszustand im stationärem Zustand befindet. Falls die Feststellungsbedingungen für Schritt S601 erfüllt sind, das heißt, wenn die Maschinenbetriebsbedingungen sich im stationärem Zustand befinden, endet diese Routine ohne Durchführung irgendeines Vorgangs. Falls demgegenüber die Feststellungsbedingungen von Schritt S601 nicht erfüllt sind, das heißt, wenn der Betrieb der Brennkraftmaschine sich in einem Übergangszustand befindet, schreitet die Verarbeitung zu Schritt S602 voran, und der Elementwiderstandswert Rms der Überwachungszelle 120 als die Steuerungszelle zu dieser Zeit wird wie vorstehend beschrieben erfasst.
Die Verarbeitung schreitet dann zu Schritt S603 voran, und die Abgastemperatur TEMPH des Abgases in der Umgebung des Gaskonzentrationssensors 100 wird durch einen (nicht gezeigten) Abgastemperatursensor erfasst, der in dem Abgasweg der Brennkraftmaschine eingebaut ist. Die Verarbeitung schreitet dann zu Schritt S604 voran, und auf der Grundlage des Kennfelds gemäß Fig. 15 wird die Soll-Elementwiderstandswert-Korrekturgröße RMSH der Überwachungszelle 120 als die Steuerungszelle zu dieser Zeit entsprechend der Änderungsgröße aus dem stationären Zustand der in Schritt S603 berechneten Abgastemperatur TEMPH berechnet. Die Verarbeitung schreitet dann zu Schritt S605 voran, und die in Schritt S604 berechnete Soll-Elementwiderstandswert-Korrekturgröße RMSH der Überwachungszelle 120 wird zu dem in Schritt S602 berechneten Elementwiderstandswert Rms der Überwachungszelle 120 addiert. Der Soll- Elementwiderstandswert RMSHB der Überwachungszelle 120 nach der Korrektur wird dann berechnet, woraufhin diese Routine beendet wird.
Die Soll-Elementtemperaturkorrektur unter Verwendung des Soll-Elementwiderstandswerts RMSHB der Überwachungszelle 120 nach der wie vorstehend beschrieben berechneten Korrektur ist nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 15 und 16 beschrieben. Fig. 16 zeigt Zeitverläufe des Übergangszustands des Elementwiderstandswerts Rps in Ω der Pumpzelle 110 und des Elementwiderstandswert Rms in Ω der Überwachungszelle 12 als die Steuerungszelle für die Verarbeitung gemäß Fig. 14.
Der Elementwiderstandswert Rms der Überwachungszelle 120 wird durch Änderung des Soll-Elementwiderstandwerts RMSHB auf der Grundlage der Soll-Elementwiderstandswert- Korrekturgröße RMSH der Überwachungszelle 120 als die Steuerungszelle entsprechend der Größe der Änderung aus dem stationären Zustand der Abgastemperatur TEMPH korrigiert, die entsprechend dem Kennfeld gemäß Fig. 15 berechnet wird. Das heißt, dass gemäß Fig. 16 der Elementwiderstandwert Rms der Überwachungszelle 120 während eines Übergangszustands des Brennkraftmaschinenbetriebs auf dieselbe Elementtemperatur wie in der Überwachungszelle 120 beibehalten wird, wenn die Brennkraftmaschine in einem stationären Zustand betrieben wird. Dies wird erzielt, indem der Elementwiderstandswert Rms der Überwachungszelle 120 derart korrigiert wird, dass die Temperatur verringert wird, wie es durch die Sollwertkorrektur zu der Zeit t21-t22 entsprechend der Änderungsgröße in dem Elementwiderstandswert Rps der Pumpzelle 110 zu dieser Zeit verringert wird.
Auf diese Weise korrigiert die Steuerungsschaltung 200 den Elementwiderstandswert Rms der Überwachungszelle 120 als die spezifizierte Zelle auf der Grundlage der Abgastemperatur TEMPH der (nicht gezeigten) Brennkraftmaschine. Daher wird selbst während der Berechnung des Soll-Elementwiderstandswerts der Überwachungszelle nach der Korrektur in dem Gaskonzentrationssensor 100 die Erfassung der NOx- Konzentrationen durch die Sensorzelle 130 nicht unterbrochen und gibt es keine Beeinträchtigungen der Genauigkeit der Erfassung von NOx-Konzentrationen.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen und Beispielen für Abänderungen wurden Korrekturen an dem Elementwiderstandswert einer spezifizierten Zelle entsprechend der Änderungsgröße in dem Elementwiderstandswert einer anderen Zelle oder an der der Heizung während der Steuerung zugeführten Energie durchgeführt, damit der Elementwiderstandswert einer spezifizierten Zelle in Übereinstimmung mit einem gewünschten Soll-Elementwiderstandswert unter Verwendung der Heizungssteuerung gebracht wird. Jedoch können Korrekturen durchgeführt werden, wenn der Elementwiderstandswert der anderen Zellen außerhalb eines vorab eingestellten spezifizierten Bereichs abweicht.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen und den Beispielen für Abänderungen wurden Korrekturen an dem Elementwiderstandswert einer spezifizierten Zelle durchgeführt, um die Elementtemperatur während der Regelung zu korrigieren, um den Elementwiderstandswert einer spezifizierten Zelle in Übereinstimmung mit einem gewünschten Soll-Elementwiderstandswert zu bringen. Jedoch können Korrekturen an der der Heizung 151 zugeführten Energiemenge gemacht werden, um die Elementtemperatur zu korrigieren.
In den Beispielen für eine Abänderung wurde die Abgastemperatur des Abgases direkt durch Einbau eines Abgastemperatursensors entlang dem Abgasweg der Brennkraftmaschine erfasst. Jedoch kann stattdessen eine geschätzte Abgastemperatur ohne Verwendung eines Abgastemperatursensors angewendet werden.

Zweites Ausführungsbeispiel

Nachstehend ist ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das zweite Ausführungsbeispiel ist ebenfalls mit derselben Struktur wie vorstehend für das erste Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis Fig. 7 beschrieben versehen. Die Verarbeitung zur Feststellung einer Verschlechterung in der CPU der Steuerungsschaltung 200, die in der Abgaskonzentrationserfassungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen verwendet wird, ist nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 18 auf der Grundlage des Flussdiagramms gemäß Fig. 17 beschrieben. Fig. 18 zeigt Zeitverläufe des Übergangszustands jeder Regelungsgröße für die Verarbeitung gemäß Fig. 17. Diese Verschlechterungsfeststellungsroutine wird wiederholt durch die CPU bei jeder spezifizierten Zeitdauer durchgeführt, wenn die Energieversorgung für die Steuerungsschaltung 200 eingeschaltet wird.
Zunächst wird in Schritt S1401 gemäß Fig. 17 eine Feststellung durchgeführt wird, ob der Maschinenbetriebszustand ein stationärer Zustand ist oder nicht. Falls die Feststellungsbedingungen des Schritts S1401 nicht erfüllt sind, das heißt, wenn der Betrieb der Brennkraftmaschinen sich einem Übergangszustand befindet, schreitet die Verarbeitung zu Schritt S1402 voran, und der derzeitige Elementwiderstandswert Rms der Überwachungszelle 120 als die Steuerungszelle wird erfasst.
Bei der Erfassung des Elementwiderstandswerts Rms dieser Überwachungszelle 120 wird die an die Überwachungszelle 120 angelegte Spannung (Befehlsspannung Vc) wie vorstehend beschrieben angelegt, und bis zu diesem Zeitpunkt angelegte Spannungen zur Erfassung restlicher Sauerstoffkonzentrationen werden zeitweilig auf die positive Seite für etwa 10-100 µsek umgeschaltet. Die Änderungsgröße in der an die Überwachungszelle angelegten Spannung und die Änderungsgröße in dem Überwachungszellenstrom Im zu diesem Zeitpunkt werden gelesen. Der Elementwiderstandswert Rms der Überwachungszelle 120 wird dann als Elementimpedanz ZAC (= Spannungsänderung/Stromänderung) anhand der Änderungsgröße in der Spannung und der Änderungsgröße in dem Strom zu diesem Zeitpunkt erfasst.
Die Verarbeitung schreitet dann zu Schritt S1403 voran, und eine Feststellung wird getroffen, ob der Elementwiderstandswert Rms der Überwachungszelle 120 ein spezifizierter Wert α oder ein höherer ist, um eine Verschlechterung zu entscheiden. Falls die Feststellungsbedingungen von Schritt S1403 erfüllt sind, das heißt, falls der Elementwiderstandswert Rms der Überwachungszelle 120 ein spezifizierter Wert α ist oder ein höherer ist, schreitet die Verarbeitung zu Schritt S1404 voran. Ein Verschlechterungsfeststellungsflag (Verschlechterungsfeststellungskennung) XREKKA wird in Schritt S1404 auf "1" gesetzt (wie es zu dem Zeitpunkt t102 gemäß Fig. 18 gezeigt ist), und die Routine wird beendet.
Falls die Feststellungsbedingungen von Schritt S1403 jedoch nicht erfüllt sind, das heißt, wenn der Elementwiderstandwert Rms der Überwachungszelle 120 unterhalb des spezifizierten Werts α liegt, schreitet die Verarbeitung zu Schritt S1405 voran. In Schritt S1405 wird das Verschlechterungsfeststellungsflag XREKKA auf "0" gesetzt (wie es zu dem Zeitpunkt vor t102 in Fig. 18 gezeigt ist), und die Routine wird beendet. Falls die Feststellungsbedingungen von Schritt S1401 erfüllt sind, das heißt, wenn der Betrieb der Brennkraftmaschine sich in einem stationären Zustand befindet, wird die Routine beendet, ohne dass irgendein Vorgang durchgeführt wird.
Wie es in dem Kennfeld zur Einstellung der Soll- Elementwiderstandswert-Korrekturgröße in Ω der Steuerungszelle entsprechend der Größe (dem Ausmaß) der Verschlechterung von der anfänglichen Zeitdauer (Periode) in Fig. 19 gezeigt ist, wird, wenn das Verschlechterungsfeststellungsflag XREKKA in Schritt S1404 auf "1" gesetzt worden ist, der Elementwiderstandswert Rms der Überwachungszelle 120 als die Steuerungszelle zu diesem Zeitpunkt durch Änderung des Soll-Elementwiderstandswerts RMSHB auf der Grundlage der Korrekturgröße für den Soll-Elementwiderstandswert der Steuerungszelle korrigiert. Das heißt, dass der Elementwiderstandswert Rms nach der Verschlechterung der Überwachungszelle 120 wie durch die Sollwertkorrektur gezeigt von dem Zeitpunkt t102 gemäß Fig. 18 verschoben wird, um die Elementtemperatur nach Verschlechterung auf dieselbe Temperatur wie vor der Verschlechterung beizubehalten.
Ein Beispiel für eine Abänderung der Verarbeitung zur Bestimmung einer Verschlechterung ist nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 21 auf der Grundlage des Flussdiagramms gemäß Fig. 20 beschrieben. Dabei zeigt Fig. 21 Zeitverläufe des Übergangszustands wie für jede Regelungsgröße für die Verarbeitung gemäß Fig. 20. Diese Verschlechterungsfeststellungsroutine wird wiederholt durch die CPU bei jeder spezifizierten Periode durchgeführt, wenn die Energieversorgung für die Steuerungsschaltung 200 eingeschaltet wird.
Zunächst wird in Schritt S1501 gemäß Fig. 20 eine Feststellung getroffen, ob der Betriebszustand der Brennkraftmaschine ein stationärer Zustand ist oder nicht. Falls die Feststellungsbedingungen für Schritt 51501 nicht erfüllt sind, das heißt, wenn der Betrieb der Brennkraftmaschine sich in einem Übergangszustand befindet, schreitet die Verarbeitung zu Schritt S1502 voran. Der Elementwiderstandswert Rps der Pumpzelle 110 wird dann in Schritt S1502 erfasst.
Bei der Erfassung des Elementwiderstandswerts Rps dieser Pumpzelle 110 wird die an die Pumpzelle 110 angelegte Spannung (Befehlsspannung Vb) wie vorstehend beschrieben angelegt, und bis zu diesem Zeitpunkt angelegte Spannungen für die A/F-Erfassung werden zeitweilig auf die positive Seite für etwa 10 bis 100 µsek umgeschaltet. Die Änderungsgröße in der an die Pumpzelle angelegten Spannung und die Änderungsgröße in dem Pumpzellenstrom Ip zu diesem Zeitpunkt werden gelesen. Der Elementwiderstandwert Rps der Pumpzelle 110 wird dann als Elementimpedanz ZAC (Spannungsänderung/Stromänderung) anhand der Änderungsgröße in dieser Spannung und der Änderungsgröße in dem Strom erfasst.
Die Verarbeitung schreitet dann zu Schritt S1503 voran, und eine Feststellung wird getroffen, ob der Elementwiderstandswert Rps der Pumpzelle 110 ein spezifizierter Wert β oder höher ist, um eine Verschlechterung zu entscheiden. Falls die Feststellungsbedingungen von Schritt S1503 erfüllt sind, das heißt, falls der Elementwiderstandwert Rps der Pumpzelle 110 ein spezifizierter Wert β ist oder höher ist, schreitet die Verarbeitung zu Schritt S1504 voran. Das Verschlechterungsfeststellungsflag XREKKA wird in Schritt S1504 auf "1" gesetzt(wie es zu dem Zeitpunkt t112 in Fig. 21 gezeigt ist), und diese Routine wird beendet.
Falls die Feststellungsbedingungen von Schritt S1503 jedoch nicht erfüllt sind, das heißt, wenn der Elementwiderstandswert Rps der Pumpzelle 110 unter dem spezifizierten Wert β liegt, schreitet die Verarbeitung zu Schritt S1505 voran. Das Verschlechterungsfeststellungsflag XREKKA wird auf "0" belassen (wie es zu der Zeit vor t112 in Fig. 21 gezeigt ist), und diese Routine wird beendet. Falls die Feststellungsbedingungen von Schritt S1501 dabei erfüllt sind, das heißt, wenn der Betrieb der Brennkraftmaschine sich in einem stationären Zustand befindet, wird diese Routine ohne Durchführung irgendeines Vorgangs beendet.
Wie es in dem Kennfeld zur Einstellung der Soll- Elementwiderstandswert-Korrekturgröße in Ω der Steuerungszelle entsprechend dem Ausmaß der Verschlechterung von der Anfangsperiode gemäß Fig. 19 an gezeigt ist, wird, wenn das Verschlechterungsfeststellungsflag XREKKA in Schritt S1504 auf "1" gesetzt worden ist, der Elementwiderstandswert Rms der Überwachungszelle 120 als die Steuerungszelle zu diesem Zeitpunkt korrigiert, indem der Soll-Elementwiderstandswert RMSHB auf der Grundlage der Korrekturgröße des Soll-Elementwiderstandswerts der Steuerungszelle geändert wird. Das heißt, dass der Elementwiderstandwert Rms nach Verschlechterung der Überwachungszelle 120 verschoben wird, wie es durch die Sollwertkorrektur von dem Zeitpunkt t112 an in Fig. 21 gezeigt ist, um die Elementtemperatur nach Verschlechterung auf dieselbe Temperatur wie vor der Verschlechterung beizubehalten.
Eine Verschlechterung wird durch die Steuerungsschaltung 200 festgestellt, falls der Gassensor 100 sich verschlechtert, wenn der Elementwiderstandswert einer anderen Zelle von dem spezifizierten Bereich während des Heizungssteuerungsbetriebs abweicht, um den spezifizierten Zellenelementwiderstandwert in Übereinstimmung mit dem gewünschten Soll- Elementwiderstandswert zu bringen.
Das heißt, dass der elektrische Fluss zu der Heizung 151 derart gesteuert wird, dass der Elementwiderstandswert Rms der Überwachungszelle 120 und der Elementwiderstandswert Rps der Pumpzelle 110 mit dem gewünschten Elementwiderstandwert übereinstimmt, und die NOx-Konzentrationen werden darauffolgend als die festgelegten Gaskomponenten anhand des Wertes erfasst, der für den zu der Sensorzelle 130 fließenden Strom erfasst wird. Falls der Elementwiderstandswert Rms der Überwachungszelle 120 von dem spezifizierten Bereich abweicht, das heißt, falls der spezifizierte Wert α ist oder höher ist, wird eine Feststellung getroffen, dass der Gaskonzentrationssensor 100 sich verschlechtert. Weiterhin wird, falls der Elementwiderstandswert Rps der Pumpzelle 110 von dem spezifizierten Bereich zur Bestimmung der Verschlechterung abweicht, das heißt, wenn der Wert zur Bestimmung einer Verschlechterung ein spezifizierter Wert β oder höher ist, eine Feststellung getroffen, das der Gaskonzentrationssensor 100 sich verschlechtert. In diesem Fall wird der Steuerungssollwert des Elementwiderstandswerts entsprechend der Verschlechterung höher eingestellt, um die Elementtemperatur der Überwachungszelle 120 auf die selbe Temperatur wie vor der Verschlechterung beizubehalten. Eine fortschreitende Verschlechterung in dem Gaskonzentrationssensor 100 wird auf diese Weise unterdrückt, und die Genauigkeit zur Erfassung der NOx- Konzentration wird folglich verbessert.
Daher wird eine Erfassung von NOx-Konzentrationen durch die Sensorzelle 130 nicht unterbrochen, weshalb es keine Beeinträchtigungen der Genauigkeit bei der Erfassung von NOx-Konzentrationen gibt, selbst wenn eine Verschlechterung des Gaskonzentrationssensors 100 festgestellt worden ist.

Drittes Ausführungsbeispiel

Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist nachstehend beschrieben. Das dritte Ausführungsbeispiel ist ebenfalls mit derselben Struktur versehen, wie sie vorstehend für das erste Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis Fig. 7 beschrieben worden ist. Die Beziehung zwischen der Elementtemperatur (Grad C) und dem Sensorzellenstrom Is in Nanoampere (nA) für vor und nach der Verschlechterung der Sensorzelle 100 aufgrund der Heizungsregelung in dem Gaskonzentrationssensor 100 ist nachstehend unter Bezugnahme auf einen Kennliniengraphen gemäß Fig. 22 beschrieben.
Der Sensorzellenstrom Is der Sensorzelle 130 gemäß Fig. 22 zeigt eine Tendenz zur Erhöhung mit stufenartigem Fortschreiten der Verschlechterung der Sensorzelle 130 von einem Zustand vor einer Verschlechterung bis zu einem Zustand nach einer Verschlechterung, wenn die Elementtemperatur auf einen festen Steuerungswert durch die Heizungsregelung des elektrischen Flusses zu der Heizung 151 des Gaskonzentrationssensors 100 beibehalten wird. Der Sensorzellenstrom Is der Sensorzelle 130 wird sich daher erhöhen, wenn die Elementtemperatur auf einen festen Soll-Steuerungswert beibehalten wird, während die Verschlechterung in der Sensorzelle 130 voranschreitet. Daher ist es wichtig, dass der Sensorzellenstrom Is der Sensorzelle 130 entsprechend der Verschlechterung korrigiert wird. Um daher den Sensorzellenstrom Is der Sensorzelle 130 auf den Pegel von vor der Verschlechterung beizubehalten, kann der Sensorzellenstrom Is der Sensorzelle 130 auf einen niedrigen Wert eingestellt werden, wenn die Verschlechterung voranschreitet, wie es durch den hohlen weißen "Korrektur"-Pfeil dargestellt ist.
Die in dem Flussdiagramm von Fig. 23 gezeigte Verarbeitung zur Berechnung des Sensorzellenstroms nach der Korrektur durch Verwendung der CPU der Steuerungsschaltung 200, die in der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 24 beschrieben.
Fig. 24 zeigt ein Kennfeld zur Berechnung der (nachstehend als Stromkorrekturgröße bezeichneten) Größe zur Korrektur des elektrischen Stroms ISHOSEI in Nanoampere (nA) der Sensorzelle 130 entsprechend der Änderungsgröße von einem stationären Zustand des Elementswiderstandwert Rps in Ω für die Pumpzelle 110 gemäß Fig. 23. Diese Routine zur Berechnung des Sensorzellenstroms nach Korrektur wird wiederholt durch die CPU bei jeder spezifizierten Zeitdauer durchgeführt, wenn die Energieversorgung für die Steuerungsschaltung 200 eingeschaltet wird.
Gemäß Fig. 23 wird der in der Sensorzelle 130 fließende Sensorzellenstrom Is in Schritt S2401 entsprechend den Gaskonzentrationen in dem Abgas erfasst, das dem Gaskonzentrationssensor 100 zugeführt wird. Die Verarbeitung schreitet danach zu Schritt S2402 voran, und der Elementwiderstandswert Rps der Pumpzelle 110 wird erfasst. Bei der Erfassung des Elementwiderstands Rps der Pumpzelle 110 wird die an die Pumpzelle 110 angelegte Spannung (Befehlsspannung Vb) wie vorstehend beschrieben angelegt, und bis zu diesem Zeitpunkt angelegte Spannungen für die A/F-Erfassung werden zeitweilig für etwa 10 bis 100 Mikrosekunden auf die positive Seite umgeschaltet. Die Änderungsgröße der an die Pumpzelle angelegten Spannung und die Änderungsgröße in dem Pumpzellenstrom Ip zu diesem Zeitpunkt werden gelesen. Der Elementwiderstandwert Rps der Pumpzelle 110 wird dann als Elementimpedanz ZAC (= Spannungsänderung/Stromänderung) anhand der Änderungsgröße in dieser Spannung und der Änderungsgröße in dem Strom erfasst.
Die Verarbeitung schreitet dann zu Schritt S2403 voran, und, wie es in dem Kennfeld gemäß Fig. 24 gezeigt ist, wird die Stromkorrekturgröße ISHOSEI der Sensorzelle 130 entsprechend der Größe der Änderung von einem stationären Zustand des in Schritt S2402 berechneten Elementwiderstandswerts Rps der Pumpzelle 110 berechnet. Danach schreitet die Verarbeitung zu Schritt S2404 voran, und die in Schritt S2403 berechnete Stromkorrekturgröße ISHOSEI der Sensorzelle 130 wird zu dem in Schritt S20401 erfassten Sensorzellenstrom Is der Sensorzelle 130 addiert. Der Sensorzellenstrom nach der Korrektur ISBHOSEI der Sensorzelle 130 wird dann berechnet, woraufhin die Routine beendet wird.
Die Korrektur des Sensorzellenstroms Is unter Verwendung der vorstehend berechneten Stromkorrekturgröße ISHOSEI der Sensorzelle 130 ist nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 24 und Fig. 25 beschrieben. Fig. 25 zeigt Zeitverläufe des Übergangszustands des Sensorzellenstroms Is in Nanoampere des Elementwiderstandswerts Rps in Ω der Pumpzelle 110 und des Elementwiderstandswerts Rms in Ω der Überwachungszelle 120 als die Heizungssteuerungszelle für die Verarbeitung gemäß Fig. 23.
Der Sensorzellenstrom Is der Sensorzelle 130 wird auf der Grundlage der Sensorzellen-Stromkorrekturgröße ISHOSEI der Sensorzelle 130 entsprechend der Größe der Änderung von einem stationären Zustand des durch das Kennfeld gemäß Fig. 24 berechneten Elementwiderstandwerts Rps der Pumpzelle 110 korrigiert. Das heißt, dass gemäß Fig. 25 der Sensorzellenstrom Is vor der Korrektur der Sensorzelle 130 (der durch die gestrichelte Linie dargestellt ist) derart korrigiert wird, dass er ein kleinerer Wert wie durch den Pfeil gezeigt auf der Grundlage der Sensorzellen-Stromkorrekturgröße ISHOSEI entsprechend der Größe der Änderung des Elementwiderstandswerts Rps der Pumpzelle 110 wird. Der Sensorzellenstrom Is der Sensorzelle 130 des Gaskonzentrationssensors 100 wird auf diese Weise geeignet korrigiert, ohne dass er durch Änderungen in jeder Zelle im Verlaufe der Zeit (Alterung) oder zeitweiligen Änderungen beeinträchtigt wird, weshalb die NOx-Konzentration korrekt erfasst werden kann.
Ein erstes Beispiel für eine Abänderung der Verarbeitung des Flussdiagramms gemäß Fig. 26 ist unter Bezugnahme auf Fig. 27 beschrieben. Dabei zeigt Fig. 27 ein Kennfeld zur Berechnung der Stromkorrekturgröße ISHOSEI in Nanoampere der Sensorzelle 130 gemäß der Größe der Änderung von einem stationären Zustand des Elementwiderstandswerts Rms in Ω der Überwachungszelle 120 gemäß Fig. 26. Diesen Nachkorrektur-Sensorzellen-Stromberechnungsroutine wird wiederholt durch die CPU bei jeder spezifizierten Periode durchgeführt, wenn die Energieversorgung für die Steuerungsschaltung 200 eingeschaltet wird.
Gemäß Fig. 26 wird der in der Sensorzelle 130 fließende Sensorzellenstrom Is entsprechend der Konzentration von zu dem Gaskonzentrationssensor 100 strömenden Abgases in Schritt S2501 erfasst. Die Verarbeitung schreitet daraufhin zu Schritt S2502 voran, und der Elementwiderstandswert Rms der Überwachungszelle 120 wird erfasst. Bei der Erfassung des Elementwiderstandswerts Rms dieser Überwachungszelle 120 wird die and die Überwachungszelle 120 angelegte Spannung (Befehlsspannung Vc) wie vorstehend beschrieben angelegt, und bis zu diesem Zeitpunkt angelegte Spannungen zur Erfassung verbleibender Sauerstoffkonzentration werden zeitweilig für etwa 10 bis 100 Mikrosekunden auf die positive Seite umgeschaltet. Die Größe der Änderung in der an die Überwachungszelle angelegten Spannung und die Größe der Änderung des Überwachungszellenstroms Im zu diesem Zeitpunkt werden gelesen. Der Elementwiderstandswert Rms der Überwachungszelle 120 wird dann als Element Impedanz ZAC (= Spannungsänderung/Stromänderung) anhand der Größe der Änderung der Spannung und der Größe der Änderung in dem Strom zu diesem Zeitpunkt erfasst.
Die Verarbeitung schreitet dann zu Schritt S2503 voran, und wie es in dem Kennfeld gemäß Fig. 27 gezeigt ist, wird die Stromkorrekturgröße TSHOSET der Sensorzelle 130 entsprechend der in Schritt S2502 berechneten Größe der Änderung von einem stationären Zustand des Elementwiderstandwerts Rms der Überwachungszelle 120 berechnet. Die Verarbeitung schreitet dann zu Schritt S2504 voran, und die in Schritt S2503 berechneten Stromkorrekturgröße ISHOSEI der Sensorzelle 130 wird zudem in Schritt S2501 berechneten Sensorzellenstrom Is der Sensorzelle 130 addiert. Der Sensorzellenstrom ISBHOSEI nach Korrektur der Sensorzelle 130 wird dann berechnet, woraufhin diese Routine beendet wird.
Die Korrektur des Sensorzellenstroms Is unter Verwendung der Stromkorrekturgröße ISHOSEI der Sensorzelle 130, die vorstehend berechnet worden ist, ist unter Bezugnahme auf Fig. 27 und 28 beschrieben. Fig. 28 zeigt Zeitverläufe des Übergangszustands des Sensorzellenstroms Is in Nanoampere (nA) und des Elementwiderstandswerts Rms in Ω der Überwachungszelle 120 als die Heizungssteuerungszelle für die Verarbeitung gemäß Fig. 26.
Der Sensorzellenstrom Is der Sensorzelle 130 wird auf der Grundlage der Stromkorrekturgröße ISHOSEI der Sensorzelle 130 entsprechend der Größe der Änderung von einem stationären Zustand des Elementwiderstandswerts Rms der Überwachungszelle 120 korrigiert, die durch das Kennfeld gemäß Fig. 27 berechnet wird. Das heißt, dass gemäß Fig. 28 der Sensorzellenstrom Is vor der Korrektur der Sensorzelle 130 (der durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist) auf der Grundlage der Sensorzellen- Stromkorrekturgröße ISHOSEI entsprechend der Größe der Änderung des Elementwiderstandswerts Rms der Überwachungszelle 120 derart korrigiert wird, dass er ein größerer Wert wird, wie es durch den Pfeil dargestellt ist. Der Sensorzellenstrom Is der Sensorzelle 130 des Gaskonzentrationssensors 100 wird auf diese Weise geeignet korrigiert, ohne dass er durch Änderungen in jeder Zelle im Verlaufe der Zeit (Alterung) oder zeitweilige Änderungen beeinträchtigt wird, weshalb die NOx-Konzentration korrekt erfasst werden kann.
Ein zweites Beispiel für eine Abänderung der Verarbeitung des Flussdiagramms gemäß Fig. 29 zur Bestimmung des Sensorzellenstroms nach Korrektur ist nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 30 beschrieben. Dabei zeigt Fig. 30 ein Kennfeld zur Berechnung der Stromkorrekturgröße ISHOSEI in Nanoampere der Sensorzelle 130 entsprechend der Größe der Änderung des Soll-Elementwiderstandswerts RMSHB in Ω der Überwachungszelle 120 gemäß Fig. 29 gegenüber vor der Verschlechterung. Diese Nach-Korrektur- Sensorzellenstromberechnungsroutine wird wiederholt durch die CPU zu jeder spezifizierten Zeitdauer (Periode) durchgeführt, wenn die Energieversorgung für die Steuerungsschaltung 200 eingeschaltet wird.
Gemäß Fig. 29 wird in Schritt S2601 der Sensorzellenstrom Is erfasst, der in der Sensorzelle 130 entsprechend der Konzentration von zu dem Gaskonzentrationssensor 100 strömenden Abgases fließt. Die Verarbeitung schreitet dann zu Schritt S2602 voran, und der Soll- Elementwiderstandswert RMSHB der Überwachungszelle 120 wird berechnet. Dabei wird der Soll- Elementwiderstandswert RMSHB der Überwachungszelle 120 auf der Grundlage der Änderung eines zu erfassenden Faktors berechnet. Die Verarbeitung schreitet dann zu Schritt S2603 voran, und die Stromkorrekturgröße ISHOSEI der Sensorzelle 130 wird entsprechend der in Schritt S2602 berechneten Größe der Änderung gegenüber vor der Verschlechterung des Soll-Elementwiderstandswerts RMSHB der Überwachungszelle 120 auf der Grundlage des in Fig. 30 gezeigten Kennfeldes berechnet. Die Verarbeitung schreitet dann zu Schritt S2604 voran, und die in Schritt S2603 berechnete Stromkorrekturgröße ISHOSEI der Sensorzelle 130 wird zu dem in Schritt S2601 erfassten Sensorzellenstrom Is der Sensorzelle 130 addiert. Der Sensorzellenstrom ISHOSEI nach Korrektur der Sensorzelle 130 wird dann berechnet, woraufhin diese Routine beendet wird.
Die Korrektur des Sensorzellenstroms Is unter Verwendung der wie vorstehend beschrieben berechneten Stromkorrekturgröße ISHOSEI der Sensorzelle 130 ist nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 30 und Fig. 31 beschrieben. Fig. 31 zeigt Zeitverläufe des Übergangszustands des Sensorzellenstroms Is in Nanoampere und des Elementwiderstandswerts Rms in Ω der Überwachungszelle 120 als die Heizungssteuerungszelle für die Verarbeitung gemäß Fig. 29.
Der Sensorzellenstrom Is der Sensorzelle 130 wird auf der Grundlage der Sensorzellen-Stromkorrekturgröße ISHOSET der Sensorzelle 130 entsprechend der Größe der Änderung von einem Zustand vor der Verschlechterung des Soll- Elementwiderstandswerts RMSHB der Überwachungszelle 120 korrigiert, die durch das Kennfeld gemäß Fig. 30 berechnet wird. Das heißt, dass gemäß Fig. 31 der Sensorzellenstrom Is vor der Korrektur der Sensorzelle 130 (der durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist) auf der Grundlage der Sensorzellen-Stromkorrekturgröße ISHOSEI entsprechend der Größe der Änderung des Soll- Elementwiderstandswerts RMSHB der Überwachungszelle 120 von nach der Verschlechterung derart korrigiert wird, dass er einen kleineren Wert als vor der Verschlechterung annimmt, wie es durch den hohlen (weißen) Pfeil dargestellt ist. Der Sensorzellenstrom Is der Sensorzelle 130 des Gaskonzentrationssensors 100 wird auf diese Weise geeignet korrigiert, ohne dass er durch Änderungen in jeder Zelle im Verlaufe der Zeit (Alterung) beeinträchtigt wird, weshalb die NOx-Konzentration korrekt erfasst werden kann.
Eine Korrektur wird auf diese Weise unter Verwendung der Steuerungsschaltung 200 durchgeführt, um den Elementwiderstandswert in jeder Zelle entsprechend dem Elementwiderstandswert einer anderen Zelle zu korrigieren, oder wenn der Soll-Elementwiderstandswert von dem spezifizierten Bereich abweicht, während der Heizungssteuerungsbetrieb durchgeführt wird, um den spezifizierten Zellenelementwiderstandswert in Übereinstimmung mit dem gewünschten Soll- Elementwiderstandswert zu bringen.
Das heißt, dass der elektrische Fluss zu der Heizung 151 derart geregelt wird, dass der Elementwiderstandswert Rms der Überwachungszelle 120 und der Elementwiderstandswert Rps der Pumpzelle 110 mit dem gewünschten Soll- Elementwiderstandswert übereinstimmen, woraufhin die NOx- Konzentrationen als die festgelegten Gastkomponenten anhand der erfassten Werte des zu der Sensorzelle 130 fließenden Stroms erfasst werden. Der spezifizierte Zellenerfassungswert, d. h. der Sensorzellenstrom Is der Sensorzelle 130 wird entsprechend der Größe der Änderung des Elementwiderstandswerts Rps der Pumpzelle 110 und der Größe der Änderung des Elementwiderstandwerts Rms der Überwachungszelle 120 als die andere Zelle zu diesem Zeitpunkt korrigiert. Der Sensorzellenstrom Is der Sensorzelle 130 wird auf diese Weise geeignet durch die Heizungssteuerung des Gaskonzentrationssensors 10 in Bezug auf Änderungen in jeder Zelle im Verlaufe der Zeit (Alterung) oder zeitweiligen Änderungen korrigiert, weshalb die NOx-Konzentration genauer erfasst werden kann.
Daher wird die Erfassung der NOx-Konzentrationen durch die Sensorzelle 130 nicht unterbrochen, weshalb keine Beeinträchtigungen der Genauigkeit der Erfassung der NOx- Konzentrationen auftreten, selbst wenn der Sensorzellenstrom nach Korrektur in dem Gaskonzentrationssensor 100 berechnet wird.
Ein drittes Beispiel für eine Abänderung der Verarbeitung des Flussdiagramms Fig. 32 zur Bestimmung des Sensorzellenstroms nach der Korrektur ist unter Bezugnahme auf Fig. 33 beschrieben. Dabei zeigt Fig. 33 ein Kennfeld zur Berechnung der Stromkorrekturgröße ISHOSEI in Nanoampere der Sensorzelle 130 entsprechend der Größe der Änderung gegenüber dem stationären Zustand der Abgastemperatur TEMPH (Grad Celsius) in Fig. 32. Diese Nachkorrektur-Sensorzellen-Stromberechnungsroutine wird wiederholt durch die CPU zu jeder spezifizierten Zeitdauer (Periode) ausgeführt, wenn die Energieversorgung für die Steuerungsschaltung 200 eingeschaltet wird.
Gemäß Fig. 32 wird der Sensorzellenstrom Is, der in der Sensorzelle 130 entsprechend der Gaskonzentration des dem Gaskonzentrationssensor 100 zugeführten Abgases fließt, in Schritt S2701 erfasst.
Die Verarbeitung schreitet dann zu Schritt S2702 voran, und die Abgastemperatur TEMPH des Abgases in der Umgebung des Gaskonzentrationssensors 100 wird daraufhin durch den (nicht gezeigten) Abgassensor erfasst, der in dem Abgaspfad der Brennkraftmaschine eingebaut ist.
Die Verarbeitung schreitet dann zu Schritt S2703 voran, und auf der Grundlage des Kennfelds gemäß Fig. 33 wird die Stromkorrekturgröße ISHOSEI der Sensorzelle 130 entsprechend der Größe der Änderung gegenüber einem stationären Zustand der Abgastemperatur TEMPH berechnet, die in Schritt S2702 berechnet worden ist. Die Verarbeitung schreitet dann zu Schritt S2704 voran, und die in Schritt S2703 berechnete Stromkorrekturgröße ISHOSEI der Sensorzelle 130 wird zudem in Schritt S2701 erfassten Sensorzellenstrom Is der Sensorzelle 130 addiert. Die Sensorzellen-Stromkorrekturgröße ISBHOSEI der Sensorzelle nach Korrektur wird dann berechnet, woraufhin diese Routine beendet wird.
Die Korrektur des Sensorzellenstroms Is unter Verwendung der Stromkorrekturgröße ISHOSEI der Sensorzelle 130, die wie vorstehend beschrieben berechnet wird, ist unter Bezugnahme auf Fig. 33 und Fig. 34 beschrieben. Fig. 34 zeigt Zeitverläufe des Übergangszustands des Sensorzellenstroms Is in Nanoampere und der Abgastemperatur TEMPH (Grad Celsius) für die Verarbeitung gemäß Fig. 32.
Der Sensorzellenstrom Is der Sensorzelle 130 wird auf der Grundlage der Sensorzellen-Stromkorrekturgröße ISHOSEI der Sensorzelle 130 entsprechend der Größe der Änderung gegenüber einem stationären Zustand der Abgastemperatur TEMPH korrigiert, die durch das Kennfeld gemäß Fig. 33 berechnet wird. Das heißt, dass gemäß Fig. 34 der Sensorstellenstrom Is vor der Korrektur der Sensorzelle 130 (der durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist) auf der Grundlage der Sensorzellen-Stromkorrekturgröße ISHOSEI entsprechend der Größe der Änderung der Abgastemperatur TEMPH derart korrigiert wird, dass er ein größerer Wert wird, wie es durch den Pfeil dargestellt ist. Der Sensorzellenstrom Is der Sensorzelle 130 des Gaskonzentrationssensors 100 wird auf diese Weise geeignet korrigiert, ohne dass er durch Änderungen in jeder Zelle im Verlaufe der Zeit (Alterung) oder zeitweiligen Änderungen beeinträchtigt wird, weshalb die NOx-Konzentration korrekt erfasst werden kann.
Eine Korrektur wird auf diese Weise unter Verwendung der Steuerungsschaltung 200 der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen gemäß der vorliegenden Abänderung durchgeführt. Diese Korrektur korrigiert den Sensorzellenstrom Is der Sensorzelle 130 als die spezifizierte Zelle auf der Grundlage der Abgastemperatur TEMPH für die Brennkraftmaschine (die nicht in der Zeichnung dargestellt ist). Daher wird die Erfassung der NOx-Konzentrationen durch die Sensorzelle 130 nicht unterbrochen, weshalb keine Beeinträchtigungen der Genauigkeit bei der Erfassung der NOx-Konzentrationen auftreten, selbst wenn der Sensorzellenstrom nach der Korrektur in den Gaskonzentrationssensor 100 berechnet wird.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen und den Beispielen für Abänderungen wurden Korrekturen an dem spezifizierten Zellererfassungswert entsprechend der Größe der Änderung des Soll-Elementwiderstandswerts oder des Elementwiderstandswerts von anderen Zellen während der Verwendung einer Heizungssteuerung durchgeführt, durch die der Elementwiderstandswert einer spezifizierten Zelle in Übereinstimmung mit einem gewünschten Soll- Elementwiderstandswert zu bringen ist. Jedoch ist die Umsetzung der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt, und Korrekturen können ebenfalls durchgeführt werden, wenn der Soll-Elementwiderstandswert einer anderen Zelle außerhalb eines vorab eingestellten spezifizierten Bereichs abweicht.
Ein Beispiel wurde ebenfalls beschrieben, um die Abgastemperatur des Abgases direkt zu erfassen, indem ein Abgassensor entlang dem Abgaspfad der Brennkraftmaschine eingebaut wird. Jedoch ist die Umsetzung der vorliegenden Erfindung auf dieses Beispiel beschränkt, und eine geschätzte Abgastemperatur kann angewandt werden, ohne dass ein Abgastemperatursensor verwendet wird.
Wie vorstehend beschrieben, erfasst eine Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen jeden Elementwiderstandswert einer Überwachungszelle (120) und einer Pumpzelle (110). Ein elektrischer Fluss wird einer Heizung (151) zugeführt, so dass der Widerstandswert dieser Elemente mit einem Soll- Elementwiderstandswert übereinstimmt, und NOx- Konzentrationen werden in der Sensorzelle (130) erfasst. Der Elementwiderstandswert Rms der Überwachungszelle (120), die als die Steuerungszelle verwendet wird, wird durch Änderung des Soll-Elementwiderstandswerts entsprechend der Größe der Änderung des Elementwiderstandswerts Rps der Pumpzelle (110) korrigiert. Zusätzlich wird der Sollwert des Elementwiderstandswerts auf eine höhere Einstellung geändert, wenn eine Verschlechterung auftritt. Weiterhin wird der Erfassungswert der Sensorzelle (130) entsprechend der Größe der Änderung in dem Soll- Elementwiderstandswert einer anderen Zelle korrigiert.

Bezugszeichenliste

Fig. 4

S101 Ta?
S102 A/F und NOx erfassen
S103 Tb?
S104 Impedanz erfassen
S105 Heizung steuern

Fig. 5

S201 Einschalten
S202 Überwachungsspannung umschalten
S203 Änderung lesen
S204 Impedanz berechnen
S205 Ausschalten

Fig. 6

S301 Pumpspannung umschalten
S302 Änderung lesen
S303 Impedanz berechnen

Fig. 8

S401 Stationärer Zustand?
S402 Rms erfassen
S403 Rps erfassen
S404 RMSH berechnen
S405 RMSH ← Rms + RMSH

Fig. 11

S501 Stationärer Zustand?
S502 Rms erfassen
S503 Rps erfassen
S504 RMSH berechnen
S505 RMSH ← Rms + RMSH

Fig. 14

S601 Stationärer Zustand?
S602 Rms erfassen
S603 TEMPH erfassen
S604 RMSH berechnen
S605 RMSH ← Rms + RMSH

Fig. 17

S1401 Stationärer Zustand?
S1402 Rms erfassen
S1403 Rms ≥ α
S1404 XREKKA ← 1
S1405 XREKKA ← 0

Fig. 20

S1501 Stationärer Zustand?
S1502 Eins erfassen
S1503 Rms ≥ α
S1504 XREKKA ← 1
S1505 XREKKA ← 0

Fig. 23

S2401 Is erfassen
S2402 Rps erfassen
S2403 ISHOSI berechnen
S2404 ISBHOSEI ← Is+ISHOSEI

Fig. 26

S2501 Is erfassen
S2502 Rms erfassen
S2503 ISHOSI berechnen
S2504 ISBHOSEI ← Is+ISHOSEI

Fig. 29

S2601 Is erfassen
S2602 RMSHB berechnen
S2603 ISHOSI berechnen
S2604 ISBHOSEI ← Is+ISHOSEI

Fig. 32

S2701 Is erfassen
S2702 Rps erfassen
S2703 ISHOSI berechnen
S2704 ISBHOSEI ← IS+ISHOSEI

Claims

1. Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit
einem zusammengesetzten Gaskonzentrationssensor (100), der aufweist:
eine Pumpzelle (110) zum Saugen oder Absaugen von Sauerstoff aus einem Gas, das einer Kammer zur Erfassung zugeführt wird,
eine Sensorzelle (130) zur Erfassung der Konzentration einer festgelegten Gaskomponente aus dem Gas, das durch die Pumpzelle gelangt ist, und
eine Überwachungszelle zur Erfassung der verbleibenden Sauerstoffkonzentration in der Kammer,
wobei der zusammengesetzte Gaskonzentrationssensor (100) zur Beibehaltung eines aktivierten Zustands jeder der Zellen auf der Grundlage eines Elementwiderstandswerts eines Festelektrolyten eingerichtet ist, der jede Zelle bildet,
einer Elementwiderstandswert-Erfassungseinrichtung (200) zum zeitweiligen Umschalten des Anlegens einer elektrischen Spannung oder eines Elektrischen Stroms für eine vorbestimmte Zeitdauer an zumindest zwei Zellen des Gaskonzentrationssensors, und zur Erfassung des Elementwiderstandswerts jeder Zelle anhand einer Änderung der elektrischen Spannung und des Elektrischen Stroms zu dieser Zeit,
einer Heizungssteuerungseinrichtung (200) zur Steuerung eines elektrischen Stroms für eine Heizung (151), die in jeder Zelle eingebaut ist, um den durch die Elementwiderstandwertserfassungseinrichtung erfassten Elementwiderstandswert jeder Zelle in Übereinstimmung mit einem gewünschten Soll-Elementwiderstandswert zu bringen,
einer Gaskonzentrationserfassungseinrichtung (200) zur Erfassung eines elektrischen Stroms in der Sensorzelle und darauffolgende Erfassung der Konzentrationen der festgelegten Gaskomponenten anhand des erfassten elektrischen Stromwerts, und weiterhin mit einer Korrektureinrichtung (200) zur Korrektur eines vorab bestimmten Zellenelementwiderstandswerts oder einer Größe des der Heizung zugeführten elektrischen Stroms während der Regelung durch die Heizungssteuerungseinrichtung, um den vorbestimmten Zellenelementwiderstandswert in Übereinstimmung mit dem gewünschten Soll-Elementwiderstandswert zu bringen, entsprechend der Größe der Änderung des Elementwiderstandswerts einer anderen Zelle, oder wenn ein Elementwiderstandswert einer anderen Zelle von dem vorab bestimmten Bereich abgewichen ist, oder auf der Grundlage von Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine oder einer Abgastemperatur.

2. Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 1,
wobei die Elementwiderstandswerterfassungseinrichtung den Elementwiderstandswert von Zellen erfasst, bei denen es sich nicht um die Sensorzelle handelt.

3. Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit
einem zusammengesetzten Gaskonzentrationssensor (100), der aufweist:
eine Pumpzelle (110) zum Saugen oder Absaugen von Sauerstoff aus einem Gas, das einer Kammer zur Erfassung zugeführt wird,
eine Sensorzelle (130) zur Erfassung der Konzentration einer festgelegten Gaskomponente aus dem Gas, das durch die Pumpzelle gelangt ist, und
eine Überwachungszelle zur Erfassung der verbleibenden Sauerstoffkonzentration in der Kammer, wobei der zusammengesetzte Gaskonzentrationssensor (100) zur Beibehaltung eines aktivierten Zustands jeder der Zellen auf der Grundlage eines Elementwiderstandswerts eines Festelektrolyten eingerichtet ist, der jede Zelle bildet,
einer Elementwiderstandswert-Erfassungseinrichtung (200) zum zeitweiligen Umschalten des Anlegens einer elektrischen Spannung oder eines elektrischen Stroms für eine vorbestimmte Zeitdauer an zumindest zwei Zellen des Gaskonzentrationssensors, und zur Erfassung des Elementwiderstandswerts jeder Zelle anhand einer Änderung der elektrischen Spannung und des elektrischen Stroms zu dieser Zeit,
einer Heizungssteuerungseinrichtung (200) zur Steuerung eines elektrischen Stroms für eine Heizung (151), die in jeder Zelle eingebaut ist, um den durch die Elementwiderstandwertserfassungseinrichtung erfassten Elementwiderstandswert jeder Zelle in Übereinstimmung mit einem gewünschten Soll-Elementwiderstandswert zu bringen,
einer Gaskonzentrationserfassungseinrichtung (200) zur Erfassung eines elektrischen Stroms in der Sensorzelle und darauffolgende Erfassung der Konzentrationen der festgelegten Gaskomponenten anhand des erfassten elektrischen Stromwerts, und weiterhin mit
einer Verschlechterungsfeststellungseinrichtung (200) zur Feststellung, ob der Gaskonzentrationssensor sich verschlechtert, wenn der Elementwiderstandswert einer anderen Zelle von dem vorab bestimmten Bereich abweicht, während der Steuerung unter Verwendung der Heizungssteuerungseinrichtung, durch die der vorbestimmte Zellenelementwiderstandswert in Übereinstimmung mit den gewünschten Soll-Elementwiderstandswert gebracht werden soll.

4. Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 3,
wobei die
Elementwiderstandswerterfassungseinrichtung den Elementwiderstandswert von Zellen erfasst, bei denen es sich nicht um die Sensorzelle handelt.

5. Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit
einem zusammengesetzten Gaskonzentrationssensor (100), der aufweist:
eine Pumpzelle (110) zum Saugen oder Absaugen von Sauerstoff aus einem Gas, das einer Kammer zur Erfassung zugeführt wird,
eine Sensorzelle (130) zur Erfassung der Konzentration einer festgelegten Gaskomponente aus dem Gas, das durch die Pumpzelle gelangt ist, und
eine Überwachungszelle zur Erfassung der verbleibenden Sauerstoffkonzentration in der Kammer,
wobei der zusammengesetzte Gaskonzentrationssensor (100) zur Beibehaltung eines aktivierten Zustands jeder der Zellen auf der Grundlage eines Elementwiderstandswerts eines Festelektrolyten eingerichtet ist, der jede Zelle bildet,
einer Elementwiderstandswert-Erfassungseinrichtung (200) zum zeitweiligen Umschalten des Anlegens einer elektrischen Spannung oder eines Elektrischen Stroms für eine vorbestimmte Zeitdauer an zumindest zwei Zellen des Gaskonzentrationssensors, und zur Erfassung des Elementwiderstandswerts jeder Zelle anhand einer Änderung der elektrischen Spannung und des elektrischen Stroms zu dieser Zeit,
einer Heizungssteuerungseinrichtung (200) zur Steuerung eines elektrischen Stroms für eine Heizung (151), die in jeder Zelle eingebaut ist, um den durch die Elementwiderstandwertserfassungseinrichtung erfassten Elementwiderstandswert jeder Zelle in Übereinstimmung mit einem gewünschten Soll-Elementwiderstandswert zu bringen, einer Gaskonzentrationserfassungseinrichtung (200) zur Erfassung eines elektrischen Stroms in der Sensorzelle und darauffolgende Erfassung der Konzentrationen der festgelegten Gaskomponenten anhand des erfassten elektrischen Stromwerts, und weiterhin mit einer Korrektureinrichtung (200) zur Korrektur des vorbestimmten Zellerfassungswerts während der Steuerung durch die Heizungssteuerungseinrichtung, um den vorbestimmten Zellenelementwiderstandswert in Übereinstimmung mit dem gewünschten Soll- Elementwiderstandswert zu bringen, entsprechend der Größe der Änderung des Elementwiderstandswerts einer anderen Zelle oder einem Sollelementwiderstandswert, oder wenn ein anderer Soll-Elementwiderstandswert einer anderen Zelle von dem vorab bestimmten Bereich abgewichen ist, oder auf der Grundlage von Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine oder einer Abgastemperatur.

6. Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 5,
wobei die
Elementwiderstandswerterfassungseinrichtung den Elementwiderstandswert von Zellen erfasst, bei denen es sich nicht um die Sensorzelle handelt.