DE10261269B4 - Gaskonzentrations-Messgerät mit minimalem Messfehler - Google Patents

Gaskonzentrations-Messgerät mit minimalem Messfehler Download PDF

Info

Publication number
DE10261269B4
DE10261269B4 DE10261269.2A DE10261269A DE10261269B4 DE 10261269 B4 DE10261269 B4 DE 10261269B4 DE 10261269 A DE10261269 A DE 10261269A DE 10261269 B4 DE10261269 B4 DE 10261269B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
value
pump cell
voltage
cell
terminal voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE10261269.2A
Other languages
English (en)
Other versions
DE10261269A1 (de
Inventor
Eiichi Kurokawa
Takanao Tomura
Michiyasu Moritsugu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Publication of DE10261269A1 publication Critical patent/DE10261269A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10261269B4 publication Critical patent/DE10261269B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
    • G01N27/419—Measuring voltages or currents with a combination of oxygen pumping cells and oxygen concentration cells

Abstract

Gaskonzentrations-Messgerät, gekennzeichnet durcheinen Gaskonzentrationssensor mit einer Gaskammer, in die Gase eingeleitet werden, einer Pumpzelle, die in Abhängigkeit vom Anlegen einer Spannung in den Gasen enthaltene Sauerstoffmoleküle selektiv aus der Gaskammer herauspumpt und in die Gaskammer hineinpumpt und einen Pumpzellenstrom erzeugt, einer Sensorzelle, die einen Sensorzellenstrom als Funktion der Konzentration eines in den durch die Pumpzelle hindurch getretenen Gasen enthaltenen spezifizierten Gasbestandteils erzeugt, und einer Überwachungszelle, die einen Überwachungszellenstrom erzeugt, der die Konzentration von Sauerstoff-Restmolekülen in der Gaskammer angibt, wobei die Überwachungszelle eine gegebene Pumpzellenklemmenspannungs-Überwachungszellenstrom-Kennlinie aufweist, bei der sich der Überwachungszellenstrom als Funktion einer an die Pumpzelle angelegten Pumpzellen-Klemmenspannung ändert, undeine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, den Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung zu bestimmen, wenn eine Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als ein gegebener Betrag in der Pumpzellenklemmenspannungs-Überwachungszellenstrom-Kennlinie auftritt, wobei die Steuereinrichtung außerdem dazu eingerichtet ist, unter Verwendung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung einen Regelpunkt zu bestimmen, auf den die an die Pumpzelle angelegte Spannung einzuregeln ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft allgemein ein Gaskonzentrations-Messgerät zur Messung der Konzentration eines gegebenen Gases oder Gasbestandteils, das bei Kraftfahrzeugen bei der Regelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses Verwendung finden kann, und bezieht sich insbesondere auf ein Gaskonzentrations-Messgerät dieser Art, bei dem der bei der Bestimmung der Konzentration eines Gases oder Gasbestandteils auftretende Messfehler minimal gehalten wird.
  • Bekanntermaßen können zur Messung der im Abgas einer Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxide NOx Gaskonzentrationssensoren mit sog. Grenzstromverhalten, d.h., Grenzstrombildung, verwendet werden. In diesem Zusammenhang ist ein derartiger Gaskonzentrationssensor bekannt, der eine Pumpzelle und eine Sensorzelle aufweist, die jeweils aus Festelektrolytkörpern bestehen. Die Pumpzelle dient dazu, selektiv den in den in eine Gaskammer eingetretenen Gasen enthaltenen Sauerstoff (O2) aus dem Sensor heraus zu pumpen und den in äußeren Gasen enthaltenen Sauerstoff (O2) in die Gaskammer hinein zu pumpen. Die Sensorzelle dient zur Messung der Konzentration der in den Gasen enthaltenen Stickoxide NOx nach deren Hindurchtreten durch die Pumpzelle. Beim Anlegen einer Spannung erzeugen die Pumpzelle und die Sensorzelle Stromsignale, die die Konzentration von Sauerstoff (O2) und Stickoxiden NOx angeben.
  • Weiterhin ist ein Gaskonzentrationssensor anderer Art bekannt, der zusätzlich zu der Pumpzelle und der Sensorzelle eine Überwachungszelle aufweist. Die Überwachungszelle dient zur Erzeugung einer nachstehend als EMK bezeichneten Quellenspannung in Abhängigkeit von der Konzentration von Sauerstoff innerhalb der Gaskammer. Außerdem ist ein Regelsystem vorgeschlagen worden, bei dem die der Pumpzelle eines solchen Dreizellen-Gaskonzentrationssensors zuzuführende Spannung als Funktion der Differenz zwischen einem Istwert und einem Sollwert der EMK der Überwachungszelle gesteuert wird.
  • Aus der japanischen Patentschrift Nr. JP 2 885 336 B2 ist z.B. ein Gaskonzentrationssensor dieser Art bekannt.
  • Die Druckschrift US 6 295 862 B1 zeigt ein Gaskonzentrations-Messgerät, das einen Gaskonzentrationssensor mit einer Gaskammer, einer Pumpzelle und einer Sensorzelle aufweist. Ferner weist das Gaskonzentrations-Messgerät eine Referenzzelle auf an der eine Referenzspannung abfällt basierend auf welcher eine Pumpzellenspannung gesteuert wird. Ferner weist das Gaskonzentrations-Messgerät eine Steuervorrichtung auf, die einen Fehler eines Sensorzellenstroms ausgleicht.
  • Die Druckschrift EP 1 231 465 A2 zeigt ebenfalls ein Gaskonzentrations-Messgerät, das einen Gaskonzentrationssensor mit einer Gaskammer, einer Pumpzelle, einer Sensorzelle und einer Überwachungszelle aufweist. Basierend auf einer Ausgabe der Überwachungszelle wird die Pumpzelle angesteuert. Fehler in der Ausgabe der Sensorzelle werden gemäß dieser Druckschrift verringert, indem die Überwachungszelle und die Sensorzelle nah beieinander angeordnet sind, um Gas mit einer im Wesentlichen gleichen Sauerstoffkonzentration zu vermessen.
  • Die vorstehend beschriebenen Gaskonzentrationssensoren weisen jedoch den Nachteil auf, dass Bauelementabweichungen in Form einer (fertigungsbedingten) Streuung der Eigenschaften und/oder Alterung der Sensoren üblicherweise zu einer Änderung des Widerstands- oder Impedanzwertes eines Festelektrolytkörpers führen, was wiederum eine Verringerung der Messgenauigkeit bei der Bestimmung der Konzentration eines Gases oder Gasbestandteils zur Folge hat.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, zur Vermeidung der vorstehend beschriebenen Nachteile des Standes der Technik ein Gaskonzentrations-Messgerät anzugeben, bei dem der auf Grund von Bauelementabweichungen und/oder Alterungserscheinungen eines Gaskonzentrationssensors auftretende Messfehler bei der Bestimmung der Konzentration eines spezifischen Gasbestandteils von Messgasen unterdrückt ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in den Patentansprüchen angegebenen Mitteln gelöst.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Gaskonzentrations-Messgerät vorgesehen, das bei einem Kraftfahrzeug-Regelsystem Verwendung finden kann, welches zur Regelung der in eine fremdgezündete . Brennkraftmaschine eingespritzten Kraftstoffmenge als Funktion des Ausgangssignals des Gaskonzentrations-Messgeräts zur Einregelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses (A/F) auf einen Sollwert in einem geschlossenen Regelkreis (F/B) dient. Hierbei umfasst das Gaskonzentrations-Messgerät: (a) einen Gaskonzentrationssensor mit einer Gaskammer, in die Gase eingeleitet werden, einer Pumpzelle, die in Abhängigkeit vom Anlegen einer Spannung in den Gasen enthaltene Sauerstoffmoleküle selektiv aus der Gaskammer herauspumpt und in die Gaskammer hineinpumpt und einen Pumpzellenstrom erzeugt, einer Sensorzelle, die einen Sensorzellenstrom als Funktion der Konzentration eines in den durch die Pumpzelle hindurch getretenen Gasen enthaltenen spezifizierten Gasbestandteils erzeugt, und einer Überwachungszelle, die einen Überwachungszellenstrom erzeugt, der die Konzentration von Sauerstoff-Restmolekülen in der Gaskammer angibt, wobei die Überwachungszelle eine gegebene Pumpzellenklemmenspannungs-Überwachungszellenstrom-Kennlinie aufweist, bei der sich der Überwachungszellenstrom als Funktion einer an die Pumpzelle angelegten Pumpzellen-Klemmenspannung ändert, und (b) eine Steuereinrichtung, die den Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung bestimmt, wenn eine Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als ein gegebener Betrag in der Pumpzellenklemmenspannungs-Überwachungszellenstrom-Kennlinie auftritt. Hierbei bestimmt die Steuereinrichtung außerdem unter Verwendung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung einen Regelpunkt, auf den die an die Pumpzelle angelegte Spannung einzuregeln ist.
  • Die der Pumpzelle zugeführte Spannung (die nachstehend mit Vp bezeichnet ist) und der Überwachungszellenstrom (der nachstehend mit Im bezeichnet ist) stehen in folgender Beziehung zueinander: innerhalb eines Bereiches niedriger Werte der Pumpzellen-Klemmenspannung ändert sich der Überwachungszellenstrom Im in größerem Ausmaß, während er innerhalb eines Bereiches höherer Werte der Pumpzellen-Klemmenspannung im wesentlichen unverändert bleibt (siehe die Vp-Im-Kennlinie gemäß 2(b)). Insbesondere umfasst die Pumpzellenklemmenspannungs-Überwachungszellenstrom-Abhängigkeit bzw. -Kennlinie einen Wendepunkt, bei dem sich der Änderungsbetrag des Überwachungszellenstroms Im erheblich verändert. Die Beziehung zwischen der Pumpzellen-Klemmenspannung und dem Sensorzellenstrom (der nachstehend mit Is bezeichnet ist) umfasst einen flachen Bereich, in dem sich der Sensorzellenstrom Is unabhängig von einer Änderung der Pumpzellen-Klemmenspannung kaum verändert. Innerhalb dieses flachen Bereiches ist eine genaue Messung der Konzentration eines Gasbestandteils, wie der im Abgas von Brennkraftmaschinen enthaltenen Stickoxide NOx, möglich (siehe Vp-Is-Kennlinie gemäß 2(b)). Der Wendepunkt des Überwachungszellenstroms liegt innerhalb oder geringfügig außerhalb des flachen Bereichs des Sensorzellenstroms. Die Lagebeziehung zwischen dem Wendepunkt des Überwachungszellenstroms und dem flachen Bereich des Sensorzellenstroms ist üblicherweise bei jedem Typ des Gaskonzentrationssensors konstant. Die Korrelation zwischen dem Wendepunkt des Überwachungszellenstroms und dem flachen Bereich des Sensorzellenstroms ist somit normalerweise konstant, und zwar unabhängig von einer Änderung des Widerstandswertes des Gaskonzentrationssensors auf Grund von Alterungserscheinungen und bauelementbedingten Streuungen der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors. Eine Erzeugung des Sensorzellenstroms innerhalb des flachen Bereichs lässt sich somit erzielen, indem der Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung am Wendepunkt des Überwachungszellenstroms bei der Pumpzellenklemmenspannungs-Überwachungszellenstrom-Kennlinie bestimmt und zur Korrektur der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung verwendet wird, wodurch die Genauigkeit der Gaskonzentrationsmessung von bauelementbedingten Streuungen der Eigenschaften und/oder Alterungserscheinungen des Gaskonzentrationssensors nicht beeinflusst wird.
  • Der vorstehend genannte Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung, der am Wendepunkt des Überwachungszellenstroms bei der Pumpzellenklemmenspannungs-Überwachungszellenstrom-Kennlinie gebildet wird, stellt den Spannungswert bei einer Änderung der an die Pumpzelle angelegten Spannung z.B. von höheren Spannungswerten zu niedrigeren Spannungswerten hin dar, was zu einer starken Änderungsrate des Überwachungszellenstroms führt. So ist z.B. dieser Wert durch Änderungen der an die Pumpzelle angelegten Spannung in Einheiten von 2 mV bis 10 mV definiert, wobei die sich ergebende Änderung des Überwachungszellenstroms einen 1,2-fachen Anstieg zeigt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung führt die Steuereinrichtung Änderungen der an die Pumpzelle angelegten Spannung schrittweise und zyklisch mit gegebenen Amplituden in den Bereich höherer Spannungswerte oder den Bereich niedrigerer Spannungswerte herbei und misst den sich ergebenden Wert des Überwachungszellenstroms zur Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung, wenn eine Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag in der Pumpzellenklemmenspannungs-Überwachungszellenstrom-Kennlinie auftritt.
  • Das Gaskonzentrations-Messgerät kann außerdem eine Pumpzellen-Klemmenspannungsbestimmungsschaltung aufweisen, die eine vorgegebene Spannungs-Strom-Beziehung abfragt und einen Anfangswert der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung als Funktion eines vorliegenden Wertes des von der Pumpzelle erzeugten Pumpzellenstroms bestimmt, wobei die Steuereinrichtung den Anfangswert schrittweise und zyklisch in den Bereich höherer Spannungswerte oder niedrigerer Spannungswerte verändert und den sich ergebenden Wert des Überwachungszellenstroms zur Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung misst, wenn eine Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag in der Pumpzellenklemmenspannungs-Überwachungszellenstrom-Kennlinie auftritt.
  • Die vorgegebenen Änderungsamplituden der an die Pumpzelle angelegten Spannung können konstant sein oder alternativ aufeinanderfolgend verringert werden.
  • Die Steuereinrichtung kann den Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag als den Regelpunkt festlegen.
  • Die Steuereinrichtung kann dem Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag einen gegebenen Verschiebungswert hinzuaddieren und den Wert, dem der Verschiebungswert hinzuaddiert worden ist, als den Regelpunkt definieren. Der Verschiebungswert stellt eine Differenz zwischen einem Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung, bei dem der Sensorzellenstrom in einem ebenen Kennlinienbereich erzeugt wird, in dem der Sensorzellenstrom im wesentlichen konstant gehalten wird, und dem von der Steuereinrichtung bestimmten Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag dar, wobei die Differenz durch den Typ des verwendeten Gaskonzentrationssensors vorgegeben ist.
  • Die Steuereinrichtung kann die an die Pumpzelle angelegte Spannung zur Bestimmung einer ersten Pumpzellen-Klemmenspannung verändern, bei der sich der Wert des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag verändert, und kann außerdem die an die Pumpzelle angelegte Spannung zur Bestimmung einer zweiten Pumpzellen-Klemmenspannung verändern, bei der der Überwachungszellenstrom einen konstanten Wert annimmt. Hierbei kann die Steuereinrichtung die zweite Pumpzellen-Klemmenspannung als den Regelpunkt der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung definieren. Die Steuereinrichtung verändert z. B. die an die Pumpzelle angelegte Spannung schrittweise und zyklisch mit gegebenen Amplituden in Richtung eines ersten Spannungswertes zur Bestimmung der ersten Pumpzellen-Klemmenspannung und verändert sodann die an die Pumpzelle angelegte Spannung schrittweise und zyklisch mit gegebenen Amplituden in einer zur Richtung des ersten Spannungswertes entgegengesetzten Richtung eines zweiten Spannungswertes zur Bestimmung der zweiten Pumpzellen-Klemmenspannung. Die Amplituden, mit denen die an die Pumpzelle angelegte Spannung zur Bestimmung der ersten Pumpzellen-Klemmenspannung verändert wird, können größer eingestellt werden als die Amplituden, mit denen die an die Pumpzelle angelegte Spannung zur Bestimmung der zweiten Pumpzellen-Klemmenspannung verändert wird, was zu einer Verringerung der zur Ermittlung der ersten Pumpzellen-Klemmenspannung (d.h., des Wendepunktes des Überwachungszellenstroms) erforderlichen Zeit und einer höheren Genauigkeit bei der Ermittlung der zweiten Pumpzellen-Klemmenspannung (d.h., des Regelpunktes) führt.
  • Die Steuereinrichtung kann die vor und nach einer Änderung der an die Pumpzelle angelegten Spannung in jedem Zyklus erzeugten Werte des Überwachungszellenstroms miteinander vergleichen, um den Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag zu bestimmen.
  • Die Steuereinrichtung kann den einem Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung entsprechenden Wert des Überwachungszellenstroms als Referenzwert festlegen und die Änderung des Überwachungszellenstroms in Bezug auf den Referenzwert bei jedem Zyklus zur Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag messen. Hierdurch werden die nachteiligen Auswirkungen von in dem Überwachungszellenstrom enthaltenen Störsignal- oder Rauschanteilen minimal gehalten.
  • Die Steuereinrichtung kann einen Wert des Überwachungszellenstroms als Referenzwert festlegen, der außerhalb eines ebenen Kennlinienbereichs erzeugt wird, in dem eine Änderung des Überwachungszellenstroms unter einem bestimmten Änderungsbetrag liegt und die Änderung des Überwachungszellenstroms in Bezug auf den Referenzwert in jedem Zyklus zur Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag messen. Hierdurch werden ebenfalls die nachteiligen Auswirkungen von in dem Überwachungszellenstrom enthaltenen Störsignal- oder Rauschanteilen minimal gehalten, wobei außerdem eine unerwünschte Änderung des Überwachungszellenstroms innerhalb des flachen Bereichs bei der Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer starken Änderung des Überwachungszellenstroms unterdrückt wird.
  • Die Steuereinrichtung kann die an die Pumpzelle angelegte Spannung bei jedem Zyklus, bei dem die Spannung schrittweise verändert wird, in den Bereich höherer Spannungswerte oder in den Bereich niedrigerer Spannungswerte ablenken und die sich ergebende Wellenform des Überwachungszellenstroms zur Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag überwachen. Hierdurch entfällt das Erfordernis, eine Konvergenz der Änderung des Überwachungszellenstroms abwarten zu müssen, wenn die Spannung zur Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung abgelenkt wird und starke Änderungen des Wertes des Überwachungszellenstroms auftreten.
  • Die Steuereinrichtung kann zu Beginn der Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag die an die Pumpzelle angelegte Spannung zumindest entweder in den Bereich höherer Spannungswerte oder in den Bereich niedrigerer Spannungswerte ablenken und die sich ergebende Wellenform des Überwachungszellenstroms messen, um zu bestimmen, ob eine Regelung der an die Pumpzelle angelegten Spannung durchzuführen ist oder nicht. Alterungserscheinungen und/oder bauelementbedingte Streuungen der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors können nämlich zu einer Verschiebung der Pumpzellenklemmenspannungs-Überwachungszellenstrom-Kennlinie führen. Eine solche Verschiebung kann durch kurzzeitige Ablenkung der an die Pumpzelle angelegten Spannung korrekt ermittelt werden, sodass die an die Pumpzelle angelegte Spannung nur im erforderlichen Umfang gesteuert werden muss.
  • Die Steuereinrichtung kann die an die Pumpzelle angelegte Spannung zumindest entweder in den Bereich höherer Spannungswerte oder in den Bereich niedrigerer Spannungswerte ablenken und die sich ergebende Wellenform des Überwachungszellenstroms zur Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag überwachen.
  • Die Steuereinrichtung kann die an die Pumpzelle angelegte Spannung auch zyklisch mit unterschiedlichen Amplituden ablenken und die sich ergebende Wellenform des Überwachungszellenstroms in jedem Zyklus zur Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag überwachen. Hierdurch lässt sich die Genauigkeit der Ermittlung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei starken Änderungen des Wertes des Überwachungszellenstroms verbessern.
  • Die Steuereinrichtung kann die an die Pumpzelle angelegte Spannung aufeinanderfolgend sowohl in den Bereich höherer Spannungswerte als auch in den Bereich niedrigerer Spannungswerte ablenken und die sich ergebenden Änderungen des Überwachungszellenstroms messen. Hierbei bestimmt die Steuereinrichtung beim Vorliegen von sich voneinander um weniger als einen bestimmten Differenzbetrag unterscheidenden Änderungen, dass der Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag unverändert bleibt. Wenn der Wert der an die Pumpzelle angelegten Spannung innerhalb des flachen Bereichs des Überwachungszellenstroms und in einem Abstand zu dessen Wendepunkt gebildet wird, sind die Änderungen des Überwachungszellenstroms im wesentlichen gleich. Wenn dies den ursprünglichen Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors entspricht, kann die Steuereinrichtung die Feststellung treffen, dass der Wendepunkt des Überwachungszellenstroms unverändert geblieben ist. Wenn daher unterschiedliche Änderungen des Überwachungszellenstroms auftreten, kann die Steuereinrichtung die Feststellung treffen, dass sich der Wendepunkt des Überwachungszellenstroms verschoben hat.
  • Die Steuereinrichtung kann den Wert der an die Pumpzelle angelegten Spannung aufeinanderfolgend sowohl in den Bereich höherer Spannungswerte als auch in den Bereich niedrigerer Spannungswerte zur jeweiligen Messung der sich hierbei ergebenden Änderungen des Überwachungszellenstroms ablenken und trifft bei unterschiedlichen Änderungen zueinander sowie in Bezug auf die bei einer ursprünglichen Kennlinie des Gaskonzentrationssensors auftretenden Änderungen die Feststellung, dass der bei einer Änderung des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag auftretende Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung in die entgegengesetzte Richtung in Bezug zu der Richtung verschoben ist, in der der Überwachungszellenstrom bei einer Änderung der an die Pumpzelle angelegten Spannung ansteigt.
  • Die Steuereinrichtung kann die an die Pumpzelle angelegte Spannung als Funktion des von der Pumpzelle erzeugten Pumpzellenstroms durch einen Abfragevorgang unter Verwendung einer vorgegebenen Spannungs-Strom-Beziehung steuern und die Konzentration des spezifizierten Gasbestandteils in einem Gaskonzentrations-Messzyklus bestimmen. Hierbei kann die Steuereinrichtung die Bestimmung des Regelpunktes und die Korrektur der an die Pumpzelle angelegten Spannung auf den Regelpunkt in einem Korrekturzyklus vornehmen, der keine Koinzidenz mit dem Gaskonzentrations-Messzyklus aufweist.
  • Eine Alterung des Gaskonzentrationssensors führt zu einem Anstieg seines Widerstandswerts (d.h., seiner Impedanz). Dies hat zur Folge, dass sich die in der Gaskammer verbleibende Sauerstoffmenge trotz der Steuerung der an die Pumpzelle angelegten Spannung verändert. Es erfolgt praktisch ein unzureichendes Abpumpen der Sauerstoffmenge aus der Gaskammer, wodurch sich ein Anstieg der in der Gaskammer verbleibenden Sauerstoffmenge ergibt. Vorzugsweise umfasst somit das Gaskonzentrations-Messgerät eine Verschlechterungsbestimmungsschaltung, die den Grad einer Verschlechterung der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors auf der Basis des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag bestimmt.
  • Die Steuereinrichtung kann eine vorgegebene Spannungs-Strom-Beziehung zur Bestimmung des Wertes der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung als Funktion eines derzeitigen Wertes des von der Pumpzelle erzeugten Pumpzellenstroms abfragen. Hierbei kann die Steuereinrichtung die Differenz zwischen dem Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung am Regelpunkt und dem unter Verwendung der Spannungs-Strom-Beziehung bestimmten Wert der an die Pumpzelle angelegten Spannung als Spannungskorrekturwert festlegen und den Spannungskorrekturwert in einem Sicherungsspeicher abspeichern.
  • Die Steuereinrichtung kann die Spannungs-Strom-Beziehung unter Verwendung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung am Regelpunkt korrigieren.
  • Die in die Gaskammer eintretenden Gase können Abgase der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs sein. Die Steuereinrichtung kann hierbei zur Regelung der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung beim Starten oder im Stillstand der Brennkraftmaschine betrieben werden.
  • Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Gaskonzentrations-Messgerät: (a) einen Gaskonzentrationssensor mit einer Gaskammer, in die Gase eingeleitet werden, einer Pumpzelle, die in Abhängigkeit vom Anlegen einer Spannung in den Gasen enthaltene Sauerstoffmoleküle selektiv aus der Gaskammer herauspumpt und in die Gaskammer hineinpumpt und einen Pumpzellenstrom erzeugt, einer Sensorzelle, die einen Sensorzellenstrom als Funktion der Konzentration eines in den durch die Pumpzelle hindurchgetretenen Gasen enthaltenen spezifischen Gasbestandteils erzeugt, und einer Überwachungszelle, die einen Überwachungszellenstrom erzeugt, der die Konzentration von Sauerstoff-Restmolekülen in der Gaskammer angibt, wobei die Überwachungszelle eine gegebene Pumpzellenklemmenspannungs-Überwachungszellenstrom-Kennlinie aufweist, bei der sich der Überwachungszellenstrom als Funktion einer an die Pumpzelle angelegten Pumpzellen-Klemmenspannung ändert, (b) eine erste Schaltungsanordnung, die den Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung bestimmt, wenn eine Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als ein gegebener Betrag in der Pumpzellenklemmenspannungs-Überwachungszellenstrom-Kennlinie auftritt, und (c) eine zweite Schaltungsanordnung, die den Grad einer Verschlechterung der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors auf der Basis des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag bestimmt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung trifft die zweite Schaltungsanordnung die Feststellung, dass sich der Grad der Verschlechterung erhöht hat, wenn der Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag in den Bereich höherer Spannungswerte verschoben ist.
  • Die in die Gaskammer eintretenden Gase können Abgase der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs sein. Die zweite Schaltungsanordnung kann hierbei zur Bestimmung des Verschlechterungsgrades beim Starten oder im Stillstand der Brennkraftmaschine betrieben werden.
  • Gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Gaskonzentrations-Messgerät: (a) einen Gaskonzentrationssensor mit einer Gaskammer, in die Gase eingeleitet werden, einer Pumpzelle, die in Abhängigkeit vom Anlegen einer Spannung in den Gasen enthaltene Sauerstoffmoleküle selektiv aus der Gaskammer herauspumpt und in die Gaskammer hineinpumpt und einen Pumpzellenstrom erzeugt, einer Sensorzelle, die einen Sensorzellenstrom als Funktion der Konzentration eines in den durch die Pumpzelle hindurch getretenen Gasen enthaltenen spezifischen Gasbestandteils erzeugt, und einer Überwachungszelle, die einen Überwachungszellenstrom erzeugt, der die Konzentration von Sauerstoff-Restmolekülen in der Gaskammer angibt, wobei die Sensorzelle eine gegebene Pumpzellenklemmenspannungs-Sensorzellenstrom-Kennlinie aufweist, bei der sich der Sensorzellenstrom als Funktion einer an die Pumpzelle angelegten Pumpzellen-Klemmenspannung ändert, und (b) eine Steuereinrichtung, die den Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung bestimmt, wenn eine Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als ein gegebener Betrag in der Pumpzellenklemmenspannungs-Sensorzellenstrom-Kennlinie auftritt, wobei die Steuereinrichtung außerdem unter Verwendung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung einen Regelpunkt bestimmt, auf den die an die Pumpzelle angelegte Spannung einzuregeln ist.
  • Die an die Pumpzelle angelegte Spannung und der Sensorzellenstrom stehen in folgender Beziehung zueinander: innerhalb eines Bereiches niedriger Werte der Pumpzellen-Klemmenspannung ändert sich der Sensorzellenstrom Is in größerem Ausmaß, während er innerhalb eines Bereiches höherer Werte der Pumpzellen-Klemmenspannung im wesentlichen unverändert bleibt (siehe die Vp-Is-Kennlinie gemäß 2(b)). Insbesondere umfasst die Pumpzellenklemmenspannungs-Sensorzellenstrom-Abhängigkeit bzw. -Kennlinie einen Wendepunkt, bei dem sich der Änderungsbetrag des Sensorzellenstroms Is in hohem Maße verändert. Die Lagebeziehung zwischen dem Wendepunkt des Sensorzellenstroms und dem flachen Bereich des Sensorzellenstroms ist bei jedem Typ des Gaskonzentrationssensors konstant. Die Steuereinrichtung kann somit in der vorstehend beschriebenen Weise den Regelpunkt, auf den die an die Pumpzelle anzulegende Spannung einzuregeln ist, unter Verwendung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bestimmen, wenn eine starke Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms auftritt. Auf diese Weise wird die Genauigkeit der Gaskonzentratronsmessung von bauelementbedingten Streuungen der Eigenschaften und/oder Alterungserscheinungen des Gaskonzentrationssensors nicht beeinflusst.
  • Der vorstehend genannte Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung, der am Wendepunkt des Sensorzellenstroms bei der Pumpzellenklemmenspannungs-Sensorzellenstrom-Kennlinie gebildet wird, bezeichnet den Wert der bei einer Änderung z.B. von höheren zu niedrigeren Spannungswerten hin an die Pumpzelle angelegten Spannung, wobei sich eine starke Änderungsrate des Sensorzellenstroms ergibt. So ist dieser Wert z.B. durch Änderungen der an die Pumpzelle angelegten Spannungen in Einheiten von 2 mV bis 10 mV definiert, wobei die sich ergebende Änderung des Sensorzellenstroms einen 1,2-fachen Anstieg zeigt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verändert die Steuereinrichtung in der vorstehend beschriebenen Weise die an die Pumpzelle angelegte Spannung schrittweise und zyklisch mit gegebenen Amplituden in den Bereich höherer Spannungswerte oder den Bereich niedrigerer Spannungswerte und misst den sich ergebenden Wert des Sensorzellenstroms zur Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung, wenn eine Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag in der Pumpzellenklemmenspannungs-Sensorzellenstrom-Kennlinie auftritt.
  • Das Gaskonzentrations-Messgerät kann außerdem eine Pumpzellen-Klemmenspannungsbestimmungsschaltung aufweisen, die eine vorgegebene Spannungs-Strom-Beziehung abfragt und einen Anfangswert der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung als Funktion eines vorliegenden Wertes des von der Pumpzelle erzeugten Pumpzellenstroms bestimmt, wobei die Steuereinrichtung den Anfangswert schrittweise und zyklisch in den Bereich höherer Spannungswerte oder niedrigerer Spannungswerte verändert und den sich ergebenden Wert des Sensorzellenstroms zur Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung misst, wenn eine Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag in der Pumpzellenklemmenspannungs-Sensorzellenstrom-Kennlinie auftritt.
  • Die vorgegebenen Änderungsamplituden der an die Pumpzelle angelegten Spannung können konstant sein oder alternativ aufeinanderfolgend verringert werden.
  • Die Steuereinrichtung kann den Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag als den Regelpunkt festlegen.
  • Die Steuereinrichtung kann dem Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag einen gegebenen Verschiebungsbetrag hinzuaddieren und den Wert als den Regelpunkt definieren.
  • Die Steuereinrichtung kann die an die Pumpzelle angelegte Spannung zur Bestimmung einer ersten Pumpzellen-Klemmenspannung verändern, bei der sich der Wert des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag verändert, und kann außerdem die an die Pumpzelle angelegte Spannung zur Bestimmung einer zweiten Pumpzellen-Klemmenspannung verändern, bei der der Sensorzellenstrom einen konstanten Wert annimmt, wobei die Steuereinrichtung die zweite Pumpzellen-Klemmenspannung als den Regelpunkt der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung definieren kann. So ändert z.B. die Steuereinrichtung die an die Pumpzelle angelegte Spannung schrittweise und zyklisch mit gegebenen Amplituden in Richtung eines ersten Spannungswertes zur Bestimmung der ersten Pumpzellen-Klemmenspannung und verändert sodann die an die Pumpzelle angelegte Spannung schrittweise und zyklisch mit gegebenen Amplituden in einer zur Richtung des ersten Spannungswertes entgegengesetzten Richtung eines zweiten Spannungswertes zur Bestimmung der zweiten Pumpzellen-Klemmenspannung. Die Amplituden, mit denen die an die Pumpzelle angelegte Spannung zur Bestimmung der ersten Pumpzellen-Klemmenspannung verändert wird, können größer eingestellt werden als die Amplituden, mit denen die an die Pumpzelle angelegte Spannung zur Bestimmung der zweiten Pumpzellen-Klemmenspannung verändert wird, wodurch sich die zur Ermittlung der ersten Pumpzellen-Klemmenspannung (d.h., des Wendepunktes des Sensorzellenstroms) erforderliche Zeitdauer verringern und die Genauigkeit bei der Ermittlung der zweiten Pumpzellen-Klemmenspannung (d.h., des Regelpunktes) vergrößern lässt.
  • Die Steuereinrichtung kann die vor und nach einer Änderung der an die Pumpzelle angelegten Spannung in jedem Zyklus erzeugten Werte des Sensorzellenstroms miteinander vergleichen, um den Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag zu bestimmen.
  • Die Steuereinrichtung kann den einem Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung entsprechenden Wert des Sensorzellenstroms als Referenzwert festlegen und die Änderung des Sensorzellenstroms in Bezug auf den Referenzwert bei jedem Zyklus zur Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag messen. Auf diese Weise werden nachteilige Auswirkungen von in dem Sensorzellenstrom enthaltenen Stör- oder Rauschanteilen minimal gehalten.
  • Die Steuereinrichtung kann einen Wert des Sensorzellenstroms als Referenzwert festlegen, der außerhalb eines ebenen Kennlinienbereichs erzeugt wird, in dem eine Änderung des Sensorzellenstroms unter einem bestimmten Änderungsbetrag liegt, und die Änderung des Sensorzellenstroms in Bezug auf den Referenzwert in jedem Zyklus zur Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag messen. Hierdurch werden nachteilige Auswirkungen auf Grund von in dem Sensorzellenstrom enthaltenen Stör- oder Rauschanteilen minimal gehalten und eine unerwünschte Änderung des Sensorzellenstroms innerhalb des flachen Bereichs bei der Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei starken Änderungen des Wertes des Sensorzellenstroms vermieden.
  • Die Steuereinrichtung kann die an die Pumpzelle angelegte Spannung bei jedem Zyklus, bei dem die Spannung schrittweise verändert wird, in den Bereich höherer Spannungswerte oder in den Bereich niedrigerer Spannungswerte ablenken und die sich ergebende Wellenform des Sensorzellenstroms zur Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag überwachen. Hierdurch entfällt das Erfordernis, eine Konvergenz der Änderungen des Sensorzellenstroms abwarten zu müssen, wenn die Spannung zur Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung abgelenkt wird und starke Änderungen des Wertes des Sensorzellenstroms auftreten.
  • Die Steuereinrichtung kann zu Beginn der Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag die an die Pumpzelle angelegte Spannung zumindest entweder in den Bereich höherer Spannungswerte oder in den Bereich niedrigerer Spannungswerte ablenken und die sich ergebende Wellenform des Sensorzellenstroms messen, um zu bestimmen, ob eine Regelung der an die Pumpzelle angelegten Spannung durchzuführen ist oder nicht. Eine Alterung und/oder bauelementbedingte Streuungen der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors können nämlich zu einer Verschiebung der Pumpzellenklemmenspannungs-Sensorzellenstrom-Kennlinie führen. Eine solche Verschiebung lässt sich korrekt ermitteln, indem die an die Pumpzelle angelegte Spannung kurzzeitig abgelenkt wird, sodass die an die Pumpzelle angelegte Spannung nur gesteuert werden muss, wenn dies erforderlich ist.
  • Die Steuereinrichtung kann die an die Pumpzelle angelegte Spannung zumindest entweder in den Bereich höherer Spannungswerte oder in den Bereich niedrigerer Spannungswerte ablenken und die sich ergebende Wellenform des Sensorzellenstroms zur Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag überwachen.
  • Die Steuereinrichtung kann auch die an die Pumpzelle angelegte Spannung zyklisch mit unterschiedlichen Amplituden ablenken und die sich ergebende Wellenform des Sensorzellenstroms in jedem Zyklus zur Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag überwachen. Hierdurch wird die Genauigkeit der Ermittlung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei starken Änderungen des Wertes des Sensorzellenstroms verbessert.
  • Die Steuereinrichtung kann die an die Pumpzelle angelegte Spannung auch aufeinanderfolgend sowohl in den Bereich höherer Spannungswerte als auch in den Bereich niedrigerer Spannungswerte ablenken und hierbei die sich ergebenden Änderungen des Sensorzellenstroms messen, wobei die Steuereinrichtung beim Vorliegen von sich voneinander um weniger als einen bestimmten Differenzbetrag unterscheidenden Änderungen bestimmt, dass der Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag unverändert bleibt. Wenn der Wert der an die Pumpzelle angelegten Spannung innerhalb des flachen Bereichs des Sensorzellenstroms und in einem Abstand zum Wendepunkt des Sensorzellenstroms gebildet wird, sind die Änderungen des Sensorzellenstroms im wesentlichen gleich. Wenn dies den ursprünglichen Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors entspricht, kann die Steuereinrichtung die Feststellung treffen, dass der Wendepunkt des Sensorzellenstroms im wesentlichen unverändert geblieben ist. Wenn somit unterschiedliche Änderungen des Sensorzellenstroms auftreten, kann die Steuereinrichtung die Feststellung treffen, dass eine Verschiebung des Wendepunkts des Sensorzellenstroms erfolgt ist.
  • Die Steuereinrichtung kann den Wert der an die Pumpzelle angelegten Spannung aufeinanderfolgend sowohl in den Bereich höherer Spannungswerte als auch in den Bereich niedrigerer Spannungswerte zur jeweiligen Messung der sich hierbei ergebenden Änderungen des Sensorzellenstroms ablenken und trifft bei unterschiedlichen Änderungen zueinander sowie in Bezug auf die bei einer ursprünglichen Kennlinie des Gaskonzentrationssensors auftretenden Änderungen die Feststellung, dass der bei einer Änderung des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag auftretende Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung in die entgegengesetzte Richtung in Bezug zu der Richtung verschoben ist, in der der Sensorzellenstrom bei einer Änderung der an die Pumpzelle angelegten Spannung ansteigt.
  • Die Steuereinrichtung kann die an die Pumpzelle angelegte Spannung als Funktion des von der Pumpzelle erzeugten Pumpzellenstroms durch einen Abfragevorgang unter Verwendung einer vorgegebenen Spannungs-Strom-Beziehung steuern und die Konzentration des spezifizierten Gasbestandteils in einem Gaskonzentrations-Messzyklus bestimmen. Hierbei kann die Steuereinrichtung die Bestimmung des Regelpunktes und die Korrektur der an die Pumpzelle angelegten Spannung auf den Regelpunkt in einem Korrekturzyklus vornehmen, der keine Koinzidenz mit dem Gaskonzentrations-Messzyklus aufweist.
  • Eine Alterung des Gaskonzentrationssensors führt zu einem Anstieg seines Widerstandswertes (d.h., seiner Impedanz). Dies führt zu einer Veränderung der in der Gaskammer verbleibenden Sauerstoffmenge, obwohl die an die Pumpzelle angelegte Spannung gesteuert wird. Die aus der Gaskammer abgepumpte Sauerstoffmenge ist praktisch unzureichend, was zu einer Vergrößerung der in der Gaskammer verbleibenden Sauerstoffmenge führt. Vorzugsweise umfasst das Gaskonzentrations-Messgerät daher außerdem eine Verschlechterungsbestimmungsschaltung, die den Grad einer Verschlechterung der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors auf der Basis des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag bestimmt.
  • Die Steuereinrichtung kann eine vorgegebene Spannungs-Strom-Beziehung zur Bestimmung des Wertes der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung als Funktion eines derzeitigen Wertes des von der Pumpzelle erzeugten Pumpzellenstroms abfragen. Hierbei kann die Steuereinrichtung die Differenz zwischen dem Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung am Regelpunkt und dem unter Verwendung der Spannungs-Strom-Beziehung bestimmten Wert der an die Pumpzelle angelegten Spannung als Spannungskorrekturwert festlegen und den Spannungskorrekturwert in einem Sicherungsspeicher abspeichern.
  • Die Steuereinrichtung kann die Spannungs-Strom-Beziehung unter Verwendung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung am Regelpunkt korrigieren.
  • Die in die Gaskammer eintretenden Gase können Abgase der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs sein, wobei die Steuereinrichtung zur Regelung der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung beim Starten oder im Stillstand der Brennkraftmaschine betrieben werden kann.
  • Gemäß einer vierten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Gaskonzentrations-Messgerät: (a) einen Gaskonzentrationssensor mit einer Gaskammer, in die Gase eingeleitet werden, einer Pumpzelle, die in Abhängigkeit vom Anlegen einer Spannung in den Gasen enthaltene Sauerstoffmoleküle selektiv aus der Gaskammer herauspumpt und in die Gaskammer hineinpumpt und einen Pumpzellenstrom erzeugt, einer Sensorzelle, die einen Sensorzellenstrom als Funktion der Konzentration eines in den durch die Pumpzelle hindurchgetretenen Gasen enthaltenen spezifischen Gasbestandteils erzeugt, und einer Überwachungszelle, die einen Überwachungszellenstrom erzeugt, der die Konzentration von Sauerstoff-Restmolekülen in der Gaskammer angibt, wobei die Sensorzelle eine gegebene Pumpzellenklemmenspannungs-Sensorzellenstrom-Kennlinie aufweist, bei der sich der Sensorzellenstrom als Funktion einer an die Pumpzelle angelegten Pumpzellen-Klemmenspannung ändert, (b) eine erste Schaltungsanordnung, die den Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung bestimmt, wenn eine Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als ein gegebener Betrag in der Pumpzellenklemmenspannungs-Sensorzellenstrom-Kennlinie auftritt, und (c) eine zweite Schaltungsanordnung, die den Grad einer Verschlechterung der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors auf der Basis des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag bestimmt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung trifft die zweite Schaltungsanordnung die Feststellung, dass sich der Grad der Verschlechterung erhöht hat, wenn der Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag in den Bereich höherer Spannungswerte verschoben ist.
  • Die in die Gaskammer eintretenden Gase können Abgase der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs sein. In diesem Falle wird die zweite Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Verschlechterungsgrades beim Starten oder im Stillstand der Brennkraftmaschine herangezogen.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
    • 1 ein Blockschaltbild eines Gaskonzentrations-Messgeräts gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
    • 2(a) eine Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom einer Pumpzelle und einem an die Pumpzelle anzulegenden Spannungswert sowie eine Sollwert-Klemmenspannungskennlinie zur Bestimmung eines Sollwertes der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung,
    • 2(b) eine Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom einer Überwachungszelle und einem an eine Pumpzelle angelegten Spannungswert sowie eine Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom einer Sensorzelle und dem an die Pumpzelle angelegten Spannungswert,
    • 3(a) eine Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom einer Pumpzelle und einem an die Pumpzelle anzulegenden Spannungswert, der z.B. auf Grund von Alterungserscheinungen eines Gaskonzentrationssensors verschoben ist,
    • 3(b) eine Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom einer Überwachungszelle und einem an eine Pumpzelle angelegten Spannungswert sowie eine Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom einer Sensorzelle und dem an die Pumpzelle angelegten Spannungswert, die z.B. auf Grund von Alterungserscheinungen eines Gaskonzentrationssensors verschoben sind,
    • 4(a) eine Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom einer Pumpzelle und einem an die Pumpzelle anzulegenden Spannungswert, der auf Grund einer Impedanzänderung eines Gaskonzentrationssensors verschoben ist,
    • 4(b) eine Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom einer Überwachungszelle und einem an eine Pumpzelle angelegten Spannungswert sowie eine Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom einer Sensorzelle und dem an die Pumpzelle angelegten Spannungswert, die auf Grund einer Vergrößerung der in einer Gaskammer eines Gaskonzentrationssensors verbleibenden Sauerstoffmenge verschoben sind,
    • 5 ein Ablaufdiagramm eines Programms zur Korrektur des an eine Pumpzelle anzulegenden Spannungswertes,
    • 6(a) eine grafische Darstellung, die Änderungen eines zu messenden Überwachungszellenstroms bei einer schrittweisen Veränderung der Pumpzellen-Klemmenspannung veranschaulicht,
    • 6(b) eine teilweise vergrößerte Ansicht von 6(a) zur Veranschaulichung der Änderungen des Überwachungszellenstroms,
    • 7(a) eine grafische Darstellung, die Änderungen eines zu messenden Überwachungszellenstroms bei einer schrittweisen Änderung der Pumpzellen-Klemmenspannung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
    • 7(b) eine teilweise vergrößerte Ansicht von 7(a) zur Veranschaulichung der Änderungen des Überwachungszellenstroms,
    • 8 ein Ablaufdiagramm eines bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgeführten Programms zur Korrektur eines an eine Pumpzelle anzulegenden Spannungswertes,
    • 9(a) eine grafische Darstellung, die Änderungen eines zu messenden Überwachungszellenstroms bei einer schrittweisen Änderung der Pumpzellen-Klemmenspannung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
    • 9(b) eine teilweise vergrößerte Ansicht von 9(a) zur Veranschaulichung der Änderungen des Überwachungszellenstroms,
    • 10 ein Ablaufdiagramm eines bei dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgeführten Programms zur Korrektur eines an eine Pumpzelle anzulegenden Spannungswertes,
    • 11(a) eine grafische Darstellung, die Änderungen eines zu messenden Überwachungszellenstroms bei einer schrittweisen Änderung der Pumpzellen-Klemmenspannung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
    • 11(b) eine teilweise vergrößerte Ansicht von 11(a) zur Veranschaulichung der Änderungen des Überwachungszellenstroms,
    • 12 ein Ablaufdiagramm eines bei dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgeführten Programms zur Korrektur eines an eine Pumpzelle anzulegenden Spannungswertes,
    • 13 eine grafische Darstellung, die Änderungen eines zu messenden Überwachungszellenstroms bei einer aufeinanderfolgenden Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
    • 14 Signalverläufe, die die Änderungen des Überwachungszellenstroms und des Sensorzellenstroms in Abhängigkeit von den Änderungen der Pumpzellen-Klemmenspannung gemäß 13 veranschaulichen,
    • 15 ein Ablaufdiagramm eines bei dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgeführten Programms zur Korrektur eines an eine Pumpzelle anzulegenden Spannungswertes,
    • 16 eine grafische Darstellung, die Änderungen eines zu messenden Überwachungszellenstroms bei einer aufeinanderfolgend mit unterschiedlichen Amplituden erfolgenden Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
    • 17 Signalverläufe, die die Änderungen des Überwachungszellenstroms und des Sensorzellenstroms in Abhängigkeit von den Änderungen der Pumpzellen-Klemmenspannung gemäß 16 veranschaulichen,
    • 18 und 19 ein Ablaufdiagramm eines bei dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgeführten Programms zur Korrektur eines an eine Pumpzelle anzulegenden Spannungswertes,
    • 20 ein Kennlinienfeld, das Verschiebungen einer Pumpzellenklemmenspannungs-Überwachungszellenstrom-Kennlinie auf Grund von Alterungserscheinungen bei einem gemäß den 18 und 19 betriebenen Gaskonzentrationssensor veranschaulicht,
    • 21 eine bei dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgende Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung zur Bestimmung eines Wendepunktes einer Pumpzellenklemmenspannungs-Überwachungszellenstrom-Kennlinie,
    • 22(a) Änderungen des Ausgangsstroms einer Überwachungszelle und einer Sensorzelle auf Grund einer Ablenkung der an die Pumpzelle angelegten Spannung, wenn die an die Pumpzelle angelegte Spannung von einem Wendepunkt des Überwachungszellenstroms beabstandet ist,
    • 22(b) Änderungen des Ausgangsstroms einer Überwachungszelle und einer Sensorzelle auf Grund einer Ablenkung der an die Pumpzelle angelegten Spannung, wenn die an die Pumpzelle angelegte Spannung dicht bei einem Wendepunkt des Überwachungszellenstroms liegt,
    • 23(a) und 23(b) Änderungen eines zu messenden Überwachungszellenstroms, wenn sich die Pumpzellen-Klemmenspannung schrittweise zu höheren Spannungswerten und zu niedrigeren Spannungswerten hin gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung ändert,
    • 24 ein Ablaufdiagramm eines bei dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgeführten Programms zur Korrektur eines an eine Pumpzelle anzulegenden Spannungswertes,
    • 25(a) eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom einer Pumpzelle und einem an die Pumpzelle anzulegenden Spannungswert, die z.B. auf Grund von Alterungserscheinungen eines Gaskonzentrationssensors verschoben ist,
    • 25(b) eine grafische Darstellung einer Verschiebung des Ausgangsstroms einer Überwachungszelle auf Grund von Alterungserscheinungen eines Gaskonzentrationssensors,
    • 26(a) eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom einer Pumpzelle und einem an die Pumpzelle anzulegenden Spannungswert, die z.B. auf Grund von Alterungserscheinungen eines Gaskonzentrationssensors verschoben ist, und
    • 26(b) eine grafische Darstellung einer Verschiebung des Ausgangsstroms einer Sensorzelle auf Grund von Alterungserscheinungen eines Gaskonzentrationssensors.
  • Nachstehend wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, wobei gleiche Bezugszahlen und Bezugszeichen jeweils gleiche Bauteile und Elemente bezeichnen. In 1 ist ein Gaskonzentrations-Messgerät gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das in Verbindung mit einem Regelsystem für ein Kraftfahrzeug Verwendung finden kann, welches zur Regelung der Kraftstoffeinspritzmenge bei einer Brennkraftmaschine als Funktion des Ausgangssignals des Gaskonzentrations-Messgeräts im geschlossenen Regelkreis dient, wobei das Luft/Kraftstoffverhältnis auf einen Sollwert eingeregelt wird. Bei dem Gaskonzentrations-Messgerät findet ein Komposit-Gaskonzentrationssensor mit Grenzstromverhalten Verwendung, der einen Dreizellen-Aufbau aufweist und in der Lage ist, die in den Abgasen der Brennkraftmaschine enthaltenen Konzentrationen von Sauerstoff (O2) und Stickoxiden (NOx) gleichzeitig zu messen.
  • Das in 1 dargestellte Gaskonzentrations-Messgerät umfasst im wesentlichen einen Gaskonzentrationssensor 100, einen Mikrocomputer bzw. eine Steuereinrichtung 170 sowie Stromdetektoren 171, 172 und 173 (z.B. Amperemeter).
  • Die nachstehende Beschreibung bezieht sich auf ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Gaskonzentrationssensor 100 in der Abgasleitung bzw. im Abgasrohr der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
  • Der Gaskonzentrationssensor 100 umfasst im allgemeinen Festelektrolytplatten 141 und 142 aus einem Sauerstoffionen leitenden Material. Die Festelektrolytplatten 141 und 142 sind mit Hilfe eines aus einem Isoliermaterial wie Aluminiumoxid bestehenden Distanzstücks 143 in einem vorgegebenen Abstand übereinanderliegend angeordnet. In der Festelektrolytplatte 141 ist ein feines Nadelloch 141a ausgebildet, durch das die um den Gaskonzentrationssensor 100 herum strömenden Abgase in eine erste Kammer 144 eintreten können. Die erste Kammer 144 steht über eine einen Diffusionsweg bildende Öffnung 145 mit einer zweiten Kammer 146 in Verbindung. Auf der Festelektrolytplatte 141 ist eine poröse Diffusionsschicht 147 ausgebildet.
  • In der Festelektrolytplatte 142 sind eine Pumpzelle 110 und eine Überwachungszelle 120 ausgebildet. Die Pumpzelle 110 hat die Aufgabe, in den in die erste Kammer 144 eingetretenen Abgasen enthaltene Sauerstoffmoleküle (O2) zu dissoziieren bzw. zu ionisieren und herein zu pumpen und sie zur Messung der Konzentration des in den Abgasen enthaltenen Sauerstoffs (O2) abzugeben, sowie außerdem die innerhalb eines Luftkanals 150 enthaltenen Sauerstoffmoleküle (O2) zu dissoziieren bzw. zu ionisieren und in die erste Kammer 144 zu pumpen, wenn die Sauerstoffkonzentration in der ersten Kammer 144 unter einem gegebenen Wert liegt, um die Sauerstoffkonzentration in der ersten Kammer 144 auf dem gegebenen Wert zu halten. Die Überwachungszelle 120 hat die Aufgabe, eine Quellenspannung bzw. EMK oder beim Anlegen einer Spannung einen Strom als Funktion der Konzentration von in der zweiten Kammer 146 enthaltenem Sauerstoff (O2) zu erzeugen. Die Pumpzelle 110 weist eine obere Elektrode 111 und eine untere Elektrode 112 auf, die auf ihren gegenüberliegenden Oberflächen angeordnet sind. Die obere Elektrode 111 steht mit der ersten Kammer 144 in Verbindung und ist in Bezug auf Stickoxide NOx inaktiv, d.h., sie baut NOx kaum ab. In ähnlicher Weise umfasst die Überwachungszelle 120 eine obere Elektrode 121 und eine untere Elektrode 122, die auf ihren gegenüberliegenden Oberflächen angeordnet sind. Die obere Elektrode 121 steht mit der zweiten Kammer 146 in Verbindung und ist wie die Elektrode 111 in Bezug auf Stickoxide NOx inaktiv. Die Pumpzelle 110 und die Überwachungszelle 120 dienen dazu, in den Abgasen enthaltene O2-Moleküle aus der ersten Kammer 144 und der zweiten Kammer 146 abzupumpen und sie über die Elektroden 112 und 122 in den Luftkanal 150 abzuführen.
  • In der Festelektrolytplatte 141 ist gegenüber der Überwachungszelle 120 eine Sensorzelle 130 ausgebildet, die auf ihren gegenüberliegenden Oberflächen eine obere Elektrode 132 und eine untere Elektrode 131 aufweist. Die Sensorzelle 130 hat die Aufgabe, die Konzentration von Stickoxiden NOx in den durch die Pumpzelle 110 hindurchgetretenen Abgasen zu messen und den bei der Aufspaltung von Stickoxiden NOx in der zweiten Kammer 146 erzeugten Sauerstoff über die Elektrode 132 in einen Luftkanal 148 abzuführen.
  • Gemäß 1 ist auf der Unterseite der Festelektrolytplatte 142 eine Isolierschicht 149 ausgebildet, durch die der Luftkanal 150 festgelegt wird. In die Isolierschicht 149 ist ein Heizelement 151 zur Erwärmung des gesamten Sensors 100 auf eine vorgegebene Temperatur eingebettet.
  • Wenn im Betrieb die O2, NOx, CO2 oder H2O enthaltenden Abgase über die poröse Diffusionsschicht 147 und das Nadelloch 141a in die erste Kammer 144 gelangen und durch die Pumpzelle 110 hindurchtreten, führt das Anlegen einer Spannung an die Pumpzelle 110 über die Elektroden 111 und 112 zu einer Dissoziation der Abgase, sodass der Sauerstoff (O2) in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration in der ersten Kammer 144 in die erste Kammer 144 hineingepumpt oder aus ihr herausgepumpt wird. Da die obere Elektrode 111 der Pumpzelle 110, wie vorstehend beschrieben, aus einem Metall besteht, das NOx kaum auflöst, werden bei einer über einem gewünschten Wert liegenden Sauerstoffkonzentration in der ersten Kammer 144 nur O2-Moleküle in der ersten Kammer 144 von der Pumpzelle 110 ionisiert, ohne Stickoxide NOx aufzuspalten, die wiederum in den Luftkanal 150 abgeführt werden. Dies hat zur Folge, dass in der Pumpzelle 110 ein Strom als Funktion des Sauerstoffgehalts der Abgase erzeugt wird (der nachstehend als Pumpzellenstrom bezeichnet wird). Aus der EP 987 546 A2 der Anmelderin ist die Steuerung des Betriebs eines solchen Gassensors bekannt, sodass auf die Lehre dieser Druckschrift Bezug genommen wird.
  • Die in den Abgasen enthaltenen O2-Moleküle werden von der Pumpzelle 110 nicht vollständig dissoziiert, sodass O2-Restmoleküle in die zweite Kammer 146 gelangen und die Überwachungszelle 120 erreichen. Durch Anlegen einer vorgegebenen Konstantspannung an die Überwachungszelle 120 über die Elektroden 121 und 122 wird ein Ausgangsstrom als Funktion der Konzentration des Restsauerstoffs erzeugt (der nachstehend auch als Überwachungszellenstrom bezeichnet wird). Durch Anlegen einer vorgegebenen Konstantspannung an die Sensorzelle 130 über die Elektroden 131 und 132 werden die in den Abgasen enthaltenen NOx-Moleküle aufgespalten oder reduziert, sodass Sauerstoffionen erzeugt und in den Luftkanal 148 abgeführt werden, wodurch ein über die Sensorzelle 130 fließender Strom als Funktion der Konzentration von NOx in der zweiten Kammer 146 erzeugt wird (der nachstehend auch als Sensorzellenstrom oder NOx-Strom bezeichnet ist).
  • Die Steuereinrichtung 170 ist in Form einer typischen arithmetischen Logikeinheit aufgebaut und besteht aus einer Zentraleinheit (CPU), einem Speicher, einem Analog/DigitalUmsetzer, einem Digital/Analog-Umsetzer usw.
  • Wie 1 zu entnehmen ist, ist für die Pumpzelle 110, die Überwachungszelle 120 und die Sensorzelle 130 eine jeweilige Stromversorgungsschaltung vorgesehen. Diese Stromversorgungsschaltungen umfassen Spannungsquellen zur Zuführung einer jeweiligen Spannung Vp, Vm und Vs zu der Pumpzelle 110, der Überwachungszelle 120 bzw. der Sensorzelle 130 sowie die Stromdetektoren 171, 172 und 173. Wie vorstehend beschrieben, wird die der Pumpzelle 110 zugeführte Spannung Vp von der Steuereinrichtung 170 variabel gesteuert. Die der Überwachungszelle 120 zugeführte Spannung Vm sowie die der Sensorzelle 130 zugeführte Spannung Vs werden auf konstanten Werten gehalten. Der Stromdetektor 171 misst den von der Pumpzelle 110 erzeugten Pumpzellenstrom Ip und führt der Steuereinheit 170 ein diesen Strom angebendes Signal zu.
  • Der Stromdetektor 172 misst den von der Überwachungszelle 120 erzeugten Überwachungszellenstrom Im und führt der Steuereinrichtung 170 ein diesen Strom angebendes Signal zu. Der Stromdetektor 173 misst den von der Sensorzelle 130 erzeugten Sensorzellenstrom Is und führt der Steuereinrichtung 170 ein diesen Strom angebendes Signal zu.
  • Die Steuereinrichtung 170 erhält das den Pumpzellenstrom Ip angebende Ausgangssignal des Stromdetektors 171 der Pumpzelle 110 und bestimmt einerseits die Konzentration von Sauerstoff (O2) in den Abgasen und andererseits den Wert einer an die Pumpzelle 110 anzulegenden Pumpzellen-Klemmenspannung Vp unter Verwendung einer vorgegebenen Sollwertkennlinie der Klemmenspannung, worauf nachstehend noch näher eingegangen wird. Außerdem erhält die Steuereinrichtung 170 das den Überwachungszellenstrom Im angebende Ausgangssignal des Stromdetektors 172 der Überwachungszelle 120 zur Bestimmung der in der zweiten Kammer 146 verbliebenen Sauerstoffmenge. Ferner erhält die Steuereinrichtung 170 das den Sensorzellenstrom Is angebende Ausgangssignal des Stromdetektors 173 der Sensorzelle 130 und bestimmt die Konzentration der in den Abgasen enthaltenen Stickoxide NOx. Die Steuereinrichtung 170 kann den Überwachungszellenstrom Im zur Korrektur des Wertes der an die Pumpzelle 110 angelegten Pumpzellen-Klemmenspannung Vp verwenden, um die Sauerstoffkonzentration in der zweiten Kammer 146 konstant zu halten, oder zur Korrektur des Sensorzellenstroms Is verwenden, um Störsignalanteile oder Fehler im Messsignal zu unterdrücken, die durch den in der zweiten Kammer 146 verbleibenden Sauerstoff entstehen.
  • 2(a) zeigt die Vp-Ip-Abhängigkeit zwischen der an die Pumpzelle 110 angelegten Spannung Vp (d.h., der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp) und dem Pumpzellenstrom Ip. 2(b) zeigt die Vp-Im-Abhängigkeit zwischen der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp und dem Überwachungszellenstrom Im sowie die Vp-Is-Abhängigkeit zwischen der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp und dem Sensorzellenstrom Is. Die 2(a) und 2(b) beziehen sich hierbei jeweils auf den Fall einer konstanten Konzentration von O2 und NOx.
  • Wie vorstehend beschrieben, erzeugt die Pumpzelle 110 bei Anliegen der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp den Pumpzellenstrom Ip, der sich in der in 2(a) dargestellten Weise ändert. Der Pumpzellenstrom Ip zeigt ein sog. Grenzstromverhalten. Ein gerades Segment der in Bezug auf die V-Achse (d.h., die Abszisse) leicht aufwärts verlaufenden Kennlinie bezeichnet einen Grenzstrombereich, in dem der Grenzstrom von der Pumpzelle 110 abgegeben wird. Der Grenzstrombereich verschiebt sich mit steigender Sauerstoffkonzentration zur positiven Seite (d.h., zu höheren Werten) der an die Pumpzelle 110 angelegten Spannung. Der bei niedrigeren Spannungswerten als der Grenzstrombereich verlaufende Teil der Kennlinie bezeichnet einen widerstandsabhängigen Bereich. Dieser Abschnitt verläuft mit einer Steigung aufwärts, die im wesentlichen von der Impedanz Rip der Pumpzelle 110 (d.h., der Festelektrolytplatte 142) abhängt. Nachstehend wird die Impedanz Rip auch als Pumpzellenimpedanz Rip bezeichnet.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrations-Messgerätes ist ein V-I-Kennlinienfeld gespeichert, wie es in 2(a) dargestellt ist, wobei der Pumpzellenstrom Ip überwacht wird, um einen Sollwert der an die Pumpzelle 110 anzulegenden Pumpzellen-Klemmenspannung Vp durch einen Abfragevorgang unter Verwendung des V-I-Kennlinienfeldes zu bestimmen. Das V-I-Kennlinienfeld umfasst eine Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1, die zur Bestimmung des Sollwertes der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp dient. Wie vorstehend beschrieben, besteht die in der ersten Kammer 144 angeordnete obere Pumpzellenelektrode 111 der Pumpzelle 110 aus einem NOx kaum angreifenden Material, sodass die NOx-Moleküle in den Abgasen kaum aufgespaltet bzw. abgebaut werden. Wenn jedoch die an die Pumpzelle 110 angelegte Spannung einen bestimmten oberen Grenzwert überschreitet, führt dies zu einem Abbau der NOx-Moleküle, was wiederum eine Abweichung des von der Pumpzelle 110 abgegebenen Pumpzellenstroms Ip (d.h., des Grenzstroms) zur Folge hat. In der Praxis ist die Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 derart festgelegt, dass die Sauerstoffkonzentration (O2) in der ersten Kammer 144 auf einem niedrigeren Wert (nahe dem stöchiometrischen Wert) gehalten wird. So ist z.B. die Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 dahingehend festgelegt, dass eine geringe Menge an O2 (z.B. einige ppm bis einige 10 ppm) in der ersten Kammer 144 verbleibt.
  • Die in 2(b) dargestellte Vp-Im-Abhängigkeit zwischen der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp und dem Überwachungszellenstrom Im zeigt, dass innerhalb eines Bereiches, in dem die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp einen niedrigen Wert aufweist, der Überwachungszellenstrom Im bei einer Verringerung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp stark ansteigt, jedoch abfällt und einen annähernd konstanten Wert erreicht, wenn die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in einem Bereich höherer Werte liegt. Wie aus 2(a) ersichtlich ist, weist der Pumpzellenstrom Ip in dem Bereich niedriger Pumpzellen-Klemmenspannungswerte (d.h., im widerstandsabhängigen Bereich) niedrigere Werte auf, sodass sich die in der ersten Kammer 144 verbleibende Sauerstoffmenge vergrößert. Innerhalb des Grenzstrombereiches der Pumpzelle 110 wird der Pumpzellenstrom Ip annähernd konstant gehalten, sodass auch die in der ersten Kammer 144 verbleibende Sauerstoffmenge konstant gehalten wird. Der Überwachungszellenstrom Im ändert sich daher in der in 2(b) dargestellten Weise als Funktion der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp. Die die Änderung des Überwachungszellenstroms Im angebende Kennlinie besitzt einen Wendepunkt A, bei dem sich der Änderungsbetrag des Überwachungszellenstroms Im erheblich ändert. Der Wendepunkt A kann somit als Punkt definiert werden, bei dem die Steigung der Kennlinie einem vorgegebenen Referenzbetrag der Änderung des Überwachungszellenstroms Im entspricht.
  • Die Vp-Is-Abhängigkeit zwischen der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp und dem Sensorzellenstrom Is umfasst einen flachen Kennlinienbereich, in dem der Sensorzellenstrom Is unabhängig von der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp annähernd konstant gehalten wird. Wenn somit die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp auf einen Wert B eingestellt wird (der nachstehend auch als Regelpunkt bezeichnet ist), kann die Konzentration von NOx in den Abgasen genau gemessen werden. In diesem Falle weist der Wendepunkt A der Vp-Im-Kennlinie einen Abstand zu dem ebenen Bereich des Sensorzellenstroms Is auf, d.h., der Wendepunkt A ist in Bezug zu dem Regelpunkt B versetzt bzw. verschoben. Diese Verschiebung zwischen dem Wendepunkt A und dem Regelpunkt B ist ein Wert, der für jeden Gassensortyp festgelegt ist.
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 3(a) bis 4(b) näher auf Änderungen der Impedanz Rip der Pumpzelle 110 eingegangen, die auf bauelementbedingten Unterschieden oder Alterungserscheinungen des Gaskonzentrationssensors 100 beruhen. In den 3(a) bis 4(b) bezeichnen durchgezogene Kurven V-I-Kennlinien, wie sie in den 2(a) und 2(b) veranschaulicht sind. Gestrichelte Kurven bezeichnen V-I-Kennlinien bei einer Vergrößerung oder Verringerung der Pumpzellenimpedanz Rip.
  • Wenn sich die Impedanz Rip der Pumpzelle 110 vergrößert, führt dies zu einer Verringerung der Steigung der Vp-Ip-Kennlinie gemäß 3(a), sodass sich der Pumpzellenstrom Ip verringert. Dies führt zu einem Anstieg der in der ersten Kammer 144 verbleibenden Sauerstoffmenge. Der Überwachungszellenstrom Im und der Sensorzellenstrom Is ändern sich somit in der in 3(b) durch gestrichelte Kennlinien dargestellten Weise. Hierbei vergrößert sich der Sensorzellenstrom Is, was zu einer Vergrößerung des Fehlers bei der Bestimmung der Konzentration von NOx unter Verwendung des Sensorzellenstroms Is führt.
  • Wenn dagegen die Pumpzellenimpedanz Rip abnimmt, führt dies zu einer Zunahme der Steigung der Vp-Ip-Kennlinie, wie dies in 4(a) durch die gestrichelte Kennlinie veranschaulicht ist, sodass sich der Pumpzellenstrom Ip vergrößert. Dies führt zu einer Abnahme der in der ersten Kammer 144 verbleibenden Sauerstoffmenge. Der Überwachungszellenstrom Im und der Sensorzellenstrom Is ändern sich somit in der in 4(b) durch die gestrichelten Kennlinien veranschaulichten Weise. Hierbei nimmt der Sensorzellenstrom Is ab, was zu einer Vergrößerung des Fehlers bei der Bestimmung der Konzentration von NOx unter Verwendung des Sensorzellenstroms Is führt.
  • Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, führt eine unerwünschte Änderung der Impedanz Rip der Pumpzelle 110 zu einer Abnahme der Messgenauigkeit bei der Messung der Konzentration von NOx unter Verwendung des von der Sensorzelle 130 erzeugten Sensorzellenstroms Is. Dies liegt im wesentlichen daran, dass eine Änderung der Pumpzellenimpedanz Rip zu einer Verschiebung des flachen Bereichs des Sensorzellenstroms Is führt, was wiederum eine größere Abweichung des Sensorzellenstroms Is zur Folge hat. Zur Vermeidung dieses Problems wird bei diesem Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrations-Messgerätes der Umstand ausgenutzt, dass die Korrelation zwischen dem Wendepunkt A der die Änderung des Überwachungszellenstroms Im in Abhängigkeit von Änderungen der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp angebenden Vp-Im-Kennlinie und dem flachen Bereich des Sensorzellenstroms Is unabhängig von einer Änderung der Pumpzellenimpedanz Rip festgelegt ist, indem der Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im ermittelt und die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in Abhängigkeit von der ermittelten Lage des Wendepunkts gesteuert wird.
  • Im einzelnen führt eine Änderung der in der ersten Kammer 144 verbleibenden Sauerstoffmenge zu einer Veränderung der Lage des Wendepunktes A des Überwachungszellenstroms Im. Das Gaskonzentrations Messgerät ermittelt die Lage des Wendepunktes A, addiert dem der Lage des Wendepunktes A entsprechenden Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp einen Verschiebungsbetrag hinzu und definiert dies als Regelpunkt zur Steuerung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp innerhalb des flachen bzw. ebenen Bereichs des Sensorzellenstroms Is, wodurch die Messgenauigkeit der Messung der Konzentration von NOx unter Verwendung des Sensorzellenstroms Is aufrecht erhalten wird.
  • Nachstehend wird näher auf die Steuerung der an die Pumpzelle 110 anzulegenden Pumpzellen-Klemmenspannung Vp eingegangen. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Programms zur Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp, das von der Steuereinrichtung 170 in gleichmäßigen Zeitintervallen von z.B. einigen Sekunden ausgeführt wird.
  • Diese Korrekturzeit für die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp ist in Bezug auf eine Gaskonzentrations-Messzeit verschoben, bei der die Konzentration von NOx zyklisch gemessen wird. Im einzelnen wird während der Gaskonzentrations-Messzeit die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp als Funktion des Pumpzellenstroms Ip unter Verwendung der Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 zur Messung der Konzentration von NOx in Zyklen von z.B. 4 ms bestimmt. Wenn die Korrekturzeit für die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp eingegeben wird, verhindert das Gaskonzentrations-Messgerät die Messung der Konzentration von NOx und korrigiert die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp als Funktion von bauelementbedingten Unterschieden oder dem Ausmaß der Alterung des Gaskonzentrationssensors 100.
  • Nach Eintritt in das Programm gemäß 5 geht der Ablauf auf einen Schritt 101 über, bei dem ein Anfangswert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp durch einen Abfragevorgang unter Verwendung der Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 gemäß 2(a) als Funktion des momentan gemessenen Pumpzellenstroms Ip bestimmt und an die Pumpzelle 110 angelegt wird.
  • Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 102 über, bei dem der beim Anlegen des Anfangswertes der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp an die Pumpzelle 110 erzeugte Überwachungszellenstrom Im gemessen wird.
  • Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 103 über, bei dem bestimmt wird, ob sich der Gaskonzentrationssensor 100 in einem stationären Betriebszustand befindet oder nicht. Wenn nämlich eine Änderung des Pumpzellenstroms Ip, d.h., eine Änderung der Sauerstoffkonzentration in den Abgasen, für eine vorgegebene Zeitdauer unter einem vorgegebenen Wert gehalten wird, wird hierbei eine bejahende Antwort erhalten, die beinhaltet, dass sich der Gaskonzentrationssensor 100 nun im stationären Betriebszustand befindet. Der Ablauf geht dann auf einen Schritt 104 über, bei dem die an die Pumpzelle 110 angelegte Pumpzellen-Klemmenspannung Vp um einen vorgegebenen Wert verringert wird. Hierbei wird die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp bei jedem Programmzyklus um einen Einheitsbetrag von 2 mV bis 10 mV verringert. Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 105 über, bei dem nach Konvergenz der sich aus der Änderung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp ergebende Überwachungszellenstrom Im gemessen wird.
  • Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 106 über, bei dem der in dem vorherigen Programmzyklus gemessene Wert des Überwachungszellenstroms Im von dem im laufenden Programmzyklus gemessenen Wert subtrahiert und eine Überwachungszellenstromänderung ΔIm bestimmt wird. Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 107 über, bei dem die Bestimmung erfolgt, ob die Überwachungszellenstromänderung ΔIm größer als ein vorgegebener Wert ist oder nicht. Wenn eine verneinende Antwort erhalten wird, was beinhaltet, dass die Überwachungszellenstromänderung ΔIm unter dem vorgegebenen Wert liegt, kehrt der Ablauf zum Schritt 103 zurück, woraufhin die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp im Schritt 104 erneut um den vorgegebenen Wert verringert und im Schritt 106 sodann die Überwachungszellenstromänderung ΔIm erneut gemessen wird.
  • Wenn dagegen im Schritt 107 eine bejahende Antwort erhalten wird, geht der Ablauf auf einen Schritt 108 über, bei dem die Lage des Wendepunktes A des Überwachungszellenstroms Im auf der Basis der im Schritt 107 als über dem vorgegebenen Wert liegend ermittelten Überwachungszellenstromänderung ΔIm lokalisiert und ein entsprechender Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp bestimmt wird.
  • Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 109 über, bei dem ein vorgegebener Verschiebungswert zu dem an dem im Schritt 108 bestimmten Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im vorliegenden Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp hinzuaddiert und der Regelpunkt der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp bestimmt wird, der einen Referenzspannungswert darstellt, auf den die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp einzuregeln ist. Der Ablauf geht dann auf einen Schritt 110 über, bei dem die Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 unter Verwendung des im Schritt 109 bestimmten Regelpunktes korrigiert wird. So wird z.B. ein Spannungskorrekturwert auf der Basis der Differenz zwischen dem Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp am Regelpunkt und einem Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp bestimmt, der unter Verwendung der Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 ermittelt und in einem Datensicherungs- oder Reservespeicher, wie einem Datensicherungs-RAM oder einem Flash-ROM gespeichert oder zur Korrektur der Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 verwendet worden ist. Wenn hierbei in die Gaskonzentrations-Messzeit zur Messung der Konzentration von NOx eingetreten wird, korrigiert die Steuereinrichtung 170 die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp unter Verwendung des Spannungskorrekturwertes zur Bestimmung einer an die Pumpzelle 110 anzulegenden Endspannung oder bestimmt die Endspannung unter Verwendung der korrigierten Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1.
  • Die Arbeitsweise der Steuereinrichtung 170 bei der Ausführung des Programms gemäß 5 wird nachstehend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die 6(a) und 6(b) näher beschrieben. 6(a) veranschaulicht Änderungen des Überwachungszellenstroms Im und des Sensorzellenstroms Is in Abhängigkeit von Änderungen der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp, während 6(b) eine teilweise vergrößerte Ansicht von 6(a) darstellt, die die Änderung des Überwachungszellenstroms Im veranschaulicht.
  • Es sei angenommen, dass die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zu Beginn auf einen Spannungswert V1 eingestellt ist, wie dies in 6(a) veranschaulicht ist. Der Überwachungszellenstrom Im wird zu einem Zeitpunkt a1 gemessen. Sodann wird die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in einem Programmzyklus um einen Einheitsbetrag eines vorgegebenen Spannungswertes verringert. Der Überwachungszellenstrom Im wird sodann zum Zeitpunkt a2 gemessen. Bei dem dargestellten Beispiel ist die Differenz des Überwachungszellenstroms Im zwischen den Punkten a1 und a2 (d.h., die im Schritt 106 gemäß 5 bestimmte Überwachungszellenstromänderung ΔIm) immer noch geringer als der vorgegebene Wert, sodass der Überwachungszellenstrom Im an den Punkten a3, a4 und a5 erneut gemessen wird. Im Schritt 107 wird bestimmt, dass die Überwachungszellenstromänderung ΔIm am Punkt a5 größer als der vorgegebene Wert ist. Wie 6(b) zu entnehmen ist, sind die an den Punkten a2 bis a4 gemessenen Überwachungszellenstromänderungen ΔIm1 bis ΔIm3 jeweils kleiner als der vorgegebene Wert, sodass im Schritt 107 eine verneinende Antwort erhalten wird. Die am Punkt a5 gemessene Überwachungszellenstromänderung ΔIm4 ist größer als der vorgegebene Wert, sodass im Schritt 107 eine bejahende Antwort erhalten wird. Der vor dem Punkt a5 liegende Punkt a4 wird im Schritt 108 als Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im definiert. Der vorgegebene Verschiebungswert wird dem am Wendepunkt A (d.h., dem Punkt a4) vorliegenden Wert V2 der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zur Bestimmung des Regelpunktes (d.h., des Wertes V3 der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp) hinzuaddiert, der eine Sollspannung darstellt, auf die die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp korrigiert wird. Auf diese Weise wird der Wert V3 der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp an die Pumpzelle 110 angelegt, wodurch bewirkt wird, dass der Sensorzellenstrom Is innerhalb des flachen bzw. ebenen Bereichs gemessen wird. Hierbei wird die Differenz zwischen dem Wert V3 und dem Wert V1 der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp im Schritt 110 als Spannungskorrekturwert definiert.
  • Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, ist dieses Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrations-Messgerätes dahingehend ausgestaltet, den dem Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im entsprechenden Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zu ermitteln und ihn als Regelpunkt festzulegen, auf den die an die Pumpzelle 110 angelegte Pumpzellen-Klemmenspannung Vp eingeregelt wird, um den Sensorzellenstrom Is innerhalb des flachen bzw. ebenen Bereichs der Vp-Is-Kennlinie zu halten. Auf diese Weise wird die Messgenauigkeit bei der Bestimmung der Konzentration von NOx unter Verwendung des Sensorzellenstroms Is nicht von bauelementbedingten Abweichungen und/oder Alterungserscheinungen des Gaskonzentrationssensors 100 beeinflusst.
  • Das Gaskonzentrations-Messgerät kann auch dahingehend ausgestaltet sein, dass der dem Wendepunkt C gemäß 2(b) des Sensorzellenstroms Is und nicht des Überwachungszellenstroms Im entsprechende Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zur Bestimmung des Regelpunktes ermittelt wird, auf den die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp eingeregelt wird.
  • Wie 2(b) zu entnehmen ist, besitzt die Vp-Is-Kennlinie des Sensorzellenstroms Is wie die Vp-Im-Kennlinie des Überwachungszellenstroms Im ebenfalls einen Wendepunkt C, bei dem sich der Änderungsbetrag des Sensorzellenstroms Is erheblich verändert. Das Gaskonzentrations-Messgerät kann somit auch dahingehend ausgestaltet sein, dass die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp auf der Basis der Lagebeziehung zwischen dem Wendepunkt C und dem flachen bzw. ebenen Bereich, in dem sich der Sensorzellenstrom Is unabhängig von einer Änderung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp kaum verändert, gesteuert wird. Hierbei führt eine Änderung der in der ersten Kammer 144 verbleibenden Sauerstoffmenge zu einer Verschiebung des Wendepunkts C. Die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp wird als Funktion der Verschiebung des Wendepunktes C derart korrigiert, dass der Sollwert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp innerhalb des flachen bzw. ebenen Bereichs liegt. Hierdurch wird die Messgenauigkeit bei der Messung der Konzentration von NOx unter Verwendung des Sensorzellenstroms Is aufrecht erhalten.
  • Der vorstehend beschriebene Steuervorgang lässt sich erzielen, indem das Programm gemäß 5 unter Verwendung des Sensorzellenstroms Is und einer Sensorzellenstromänderung ΔIs anstelle des Überwachungszellenstroms Im und der Überwachungszellenstromänderung ΔIm verwendet wird. Im einzelnen wird hierbei zunächst ein Anfangswert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp durch einen Abfragevorgang unter Verwendung der Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 gemäß 2(a) als Funktion des momentan gemessenen Pumpzellenstroms Ip bestimmt. Die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp wird sodann an die Pumpzelle 110 angelegt und der sich ergebende Wert des Sensorzellenstroms Is gemessen. Die an die Pumpzelle 110 angelegte Pumpzellen-Klemmenspannung Vp wird um einen Einheitsbetrag mit einem vorgegebenen Spannungswert verringert, woraufhin der Sensorzellenstrom Is erneut gemessen wird. Der in dem vorherigen Programmzyklus gemessene Wert des Sensorzellenstroms Is wird von dem im laufenden Zyklus gemessenen Wert subtrahiert und die Sensorzellenstromänderung ΔIs bestimmt. Sodann wird ermittelt, ob die Sensorzellenstromänderung ΔIs größer als ein vorgegebener Wert ist oder nicht. Wenn die Sensorzellenstromänderung ΔIs den vorgegebenen Wert übersteigt, wird die Lage des Wendepunktes C des Sensorzellenstroms Is auf der Basis der den vorgegebenen Wert übersteigenden Sensorzellenstromänderung ΔIs ermittelt und ein entsprechender Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp bestimmt. Ein vorgegebener Verschiebungswert wird dem am Wendepunkt C des Sensorzellenstroms Is vorliegenden Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zur Bestimmung des Regelpunktes der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp hinzuaddiert, der einen Referenzspannungswert darstellt, auf den die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp einzuregeln ist. Schließlich wird die Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 in der vorstehend beschriebenen Weise unter Verwendung des Regelpunkts korrigiert. Auf diese Weise bleibt die Messgenauigkeit bei der Messung der Konzentration von NOx unter Verwendung des Sensorzellenstroms Is ebenfalls unbeeinflusst von bauelementbedingten Unterschieden oder Alterungserscheinungen des Gaskonzentrationssensors 100.
  • Nachstehend wird ein zweites Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrations-Messgerätes näher beschrieben, das sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass die Bestimmung des Wendepunktes A in Abhängigkeit von einer Änderung des Überwachungszellenstroms Im in Bezug auf einen Wert des Überwachungszellenstroms Im erfolgt, der einem unter Verwendung der Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 bestimmten Anfangswert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp entspricht. Die anderen Merkmale und Vorgänge sind identisch, sodass sie nicht erneut beschrieben werden.
  • Die Arbeitsweise der Steuereinrichtung 170 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird nachstehend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die 7(a) und 7(b) näher beschrieben. 7(a) veranschaulicht den Verlauf des Überwachungszellenstroms Im und des Sensorzellenstroms Is als Funktion von Änderungen der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp. 7(b) stellt eine teilweise vergrößerte Ansicht von 7(a) dar, die die Änderung des Überwachungszellenstroms Im veranschaulicht.
  • Es sei angenommen, dass die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zu Beginn auf einen Spannungswert V1 eingestellt ist, wie dies in 7(a) veranschaulicht ist. Der Überwachungszellenstrom Im wird an einem Punkt A1 gemessen und in einem Speicher der Steuereinrichtung 170 abgespeichert. Sodann wird die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in einem Programmzyklus um einen Einheitsbetrag eines vorgegebenen Spannungswertes verringert. Im dargestellten Beispiel werden in einer Folge von Programmzyklen in der in 7(b) veranschaulichten Weise jeweils Differenzen ΔIma1, ΔIma2, ΔIma3 und ΔIma4 des Überwachungszellenstroms Im zwischen dem Punkt a1 und den Punkten a2, a3, a4 und a5 gebildet. Hierbei wird die Überwachungszellenstromänderung ΔIma in Form der an den Punkten a2, a3, a4 und a5 jeweils gemessenen Änderung des Überwachungszellenstroms Im in Bezug auf den am Punkt a1 gemessenen Anfangswert des Überwachungszellenstroms Im bestimmt.
  • Im vorliegende Fall wird ermittelt, dass die Überwachungszellenstromänderung ΔIma4 größer als der vorgegebene Wert ist. Der unmittelbar vor dem Punkt a5 liegende Punkt a4 wird somit als Wendepunkt A definiert. Der vorgegebene Verschiebungswert wird dem am Wendepunkt A (d.h., dem Punkt a4) vorliegenden Wert V2 der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zur Bestimmung des Regelpunkts (d.h., des Wertes V3 der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp) hinzuaddiert, der eine Sollspannung darstellt, auf die die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zu korrigieren ist. Sodann wird die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp mit dem Wert V3 an die Pumpzelle 110 angelegt, sodass der Sensorzellenstrom Is innerhalb des flachen bzw. ebenen Bereiches gemessen werden kann.
  • 8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines von der Steuereinrichtung 170 bei diesem Ausführungsbeispiel ausgeführten Programms zur Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp, das sich von dem Programmablauf gemäß 5 nur in Bezug auf die Schritte 202, 206 und 207 unterscheidet. Die anderen Schritte sind identisch, sodass sie nicht erneut beschrieben sind.
  • Nachdem im Schritt 201 ein Anfangswert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp bestimmt worden ist, geht der Ablauf auf einen Schritt 202 über, bei dem der beim Anlegen des Anfangswertes der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp an die Pumpzelle 110 erzeugte Überwachungszellenstrom Im gemessen und in einem Speicher, wie einem Direktzugriffsspeicher RAM der Steuereinrichtung 170 gespeichert wird. Nachdem im Schritt 203 das Vorliegen eines stationären Betriebszustands des Gaskonzentrationssensors 100 ermittelt worden ist, geht der Ablauf auf einen Schritt 204 über, bei dem die an die Pumpzelle 110 angelegte Pumpzellen-Klemmenspannung Vp um einen vorgegebenen Wert verringert wird. Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 205 über, bei dem nach Vorliegen einer Konvergenz der Überwachungszellenstrom Im gemessen wird.
  • Sodann geht der Ablauf auf einen Schritt 206 über, bei dem der im Schritt 202 gemessene Wert des Überwachungszellenstroms Im von dem im Schritt 205 gemessenen Wert zur Bestimmung der Überwachungszellenstromänderung ΔIma subtrahiert wird. Der Ablauf geht anschließend auf einen Schritt 207 über, bei dem bestimmt wird, ob die Überwachungszellenstromänderung ΔIma größer als ein vorgegebener Wert ist oder nicht. Wenn eine verneinende Antwort erhalten wird, was bedeutet, dass die Überwachungszellenstromänderung ΔIma kleiner als der vorgegebene Wert ist, kehrt der Ablauf zum Schritt 203 zurück, woraufhin im Schritt 204 die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp erneut um den vorgegebenen Wert verringert und im Schritt 206 die Überwachungszellenstromänderung ΔIma erneut gemessen werden.
  • Wenn dagegen im Schritt 207 eine bejahende Antwort erhalten wird, geht der Ablauf auf einen Schritt 208 über, bei dem die Lage des Wendepunktes A des Überwachungszellenstroms Im in der vorstehend beschriebenen Weise auf der Basis der im Schritt 207 als über dem vorgegebenen Wert liegend bestimmten Überwachungszellenstromänderung ΔIma festgelegt und ein entsprechender Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp bestimmt wird.
  • Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 209 über, bei dem der gegebene Verschiebungswert dem an dem im Schritt 208 bestimmten Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im vorliegenden Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zur Bestimmung des Regelpunktes der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp hinzuaddiert wird, der einen Referenzspannungswert darstellt, auf den die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp einzuregeln ist. Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 210 über, bei dem die Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 unter Verwendung des im Schritt 209 bestimmten Regelpunktes korrigiert wird.
  • Dieses Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrations-Messgerätes besitzt den zusätzlichen Vorteil, dass durch die Bestimmung des Wendepunktes A unter Verwendung einer Änderung des Überwachungszellenstroms Im in Bezug auf einen Anfangswert des Überwachungszellenstroms Im eine Verringerung der nachteiligen Auswirkungen von Stör- oder Rauschanteilen in dem Überwachungszellenstrom Im erzielt werden kann.
  • Alternativ kann das zweite Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrations-Messgerätes auch dahingehend ausgestaltet sein, dass der dem Wendepunkt C des Sensorzellenstroms Is und nicht des Überwachungszellenstroms Im entsprechende Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp ermittelt und auf dieser Basis der Regelpunkt bestimmt wird, auf den die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp einzuregeln ist.
  • Ein solches Vorgehen kann erhalten werden, indem das Programm gemäß 8 unter Verwendung des Sensorzellenstroms Is und einer Sensorzellenstromänderung ΔIs anstelle des Überwachungszellenstroms Im und der Überwachungszellenstromänderung ΔIm ausgeführt wird. Hierbei wird zunächst ein Anfangswert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp durch einen Abfragevorgang unter Verwendung der Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 gemäß 2(a) als Funktion des momentan gemessenen Pumpzellenstroms Ip bestimmt und sodann an die Pumpzelle 110 angelegt. Der sich ergebende Wert des Sensorzellenstroms Is wird gemessen und im Speicher der Steuereinrichtung 170 abgespeichert. Sodann wird die an der Pumpzelle 110 anliegende Pumpzellen-Klemmenspannung Vp um einen Einheitsbetrag eines vorgegebenen Spannungswertes verringert. Von dem sich hierbei ergebenden Messwert des Sensorzellenstroms Is wird der Anfangswert des Sensorzellenstroms Is zur Bestimmung der Sensorzellenstromänderung ΔIs subtrahiert. Sodann wird bestimmt, ob die vorliegende Sensorzellenstromänderung ΔIs größer als ein vorgegebener Wert ist oder nicht. Wenn die Sensorzellenstromänderung ΔIs über dem vorgegebenen Wert liegt, wird die Lage des Wendepunktes C des Sensorzellenstroms Is auf der Basis der über dem vorgegebenen Wert liegenden Sensorzellenstromänderung ΔIs festgelegt und ein entsprechender Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp bestimmt. Ein gegebener Verschiebungswert wird dem am Wendepunkt C des Sensorzellenstroms Is vorliegenden Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zur Bestimmung des Regelpunktes der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp hinzuaddiert, der einen Referenzspannungswert darstellt, auf den die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp einzuregeln ist. Schließlich wird die Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 unter Verwendung des Regelpunktes in der vorstehend bereits beschriebenen Weise korrigiert. Auf diese Weise bleibt die Messgenauigkeit bei der Messung der Konzentration von NOx unter Verwendung des Sensorzellenstroms Is ebenfalls unbeeinflusst von bauelementbedingten Abweichungen und/oder Alterungserscheinungen des Gaskonzentrationssensors 100.
  • Nachstehend wird ein drittes Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrations-Messgerätes unter Bezugnahme auf die 9(a) und 9(b) näher beschrieben, das dahingehend ausgestaltet ist, bei einer Bestimmung der Überwachungszellenstromänderung ΔIma einen Referenzstromwert außerhalb des ebenen Bereichs zu bilden, in dem sich der Überwachungszellenstrom Im unabhängig von einer Änderung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp kaum ändert, und den Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im unter Verwendung dieser Überwachungszellenstromänderung ΔIma zu bestimmen. 9(a) veranschaulicht den Verlauf des Überwachungszellenstroms Im und des Sensorzellenstroms Is in Abhängigkeit von einer Änderung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp, während 9(b) eine teilweise vergrößerte Ansicht von 9(a) darstellt, die die Änderung des Überwachungszellenstroms Im verdeutlicht.
  • Es sei angenommen, dass die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zunächst in der in 9(a) dargestellten Weise auf einen Spannungswert V1 eingestellt ist und der Überwachungszellenstrom Im an einem Punkt a1 gemessen wird. Sodann wird die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in einem Programmzyklus um einen Einheitsbetrag eines vorgegebenen Spannungswertes verringert. Im dargestellten Fall wird die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp über eine Folge von vier Programmzyklen hinweg verringert, wobei die sich ergebenden Werte des Überwachungszellenstroms Im an Punkten a2 bis a5 gemessen werden. Diese vorstehend beschriebenen Vorgänge sind im wesentlichen identisch mit den entsprechenden Vorgängen bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen.
  • Der am Punkt a1 gemessene Wert des Überwachungszellenstroms Im wird im Speicher der Steuereinrichtung 170 gespeichert. Wenn die am Punkt a2 und a3 jeweils auftretende Änderung des Überwachungszellenstroms Im gering ist, erfolgt eine Erneuerung des im Speicher abgespeicherten Wertes des Überwachungszellenstroms Im. Wenn somit der Überwachungszellenstrom Im in der in 9(a) deutlich dargestellten Weise vor dem Punkt a3 im wesentlichen konstant gehalten wird, wird festgestellt, dass der Überwachungszellenstrom Im innerhalb des ebenen Bereiches der Vp-Im-Kennlinie liegt. Der am Punkt a1 gemessene und im Speicher abgespeicherte Wert des Überwachungszellenstroms Im wird aufeinanderfolgend erneuert und durch die an den Punkten a2 und a3 gemessenen Werte ersetzt. Hierbei wird der am Punkt a3 gemessene Wert des Überwachungszellenstroms Im schließlich im Speicher als der Referenzstromwert gespeichert. Sodann erfolgt auf der Basis des Referenzstromwertes eine Bestimmung der Überwachungszellenstromänderung ΔIma.
  • Im dargestellten Fall werden Überwachungszellenstromänderungen ΔIma11 und ΔIma12 als jeweilige Differenz zwischen dem Referenzstromwert (d.h., dem am Punkt a3 gemessenen Wert des Überwachungszellenstroms Im) und dem am Punkt a4 gemessenen Wert des Überwachungszellenstroms Im bzw. als Differenz zwischen dem Bezugsstromwert und dem am Punkt a5 gemessenen Wert des Überwachungszellenstroms Im berechnet. Wenn die Überwachungszellenstromänderung ΔIma12 größer als ein vorgegebener Wert ist, wird der vor dem Punkt a5 liegende Punkt a4 als Wendepunkt A des Überwachungszellenstrom Im definiert. Sodann wird ein gegebener Verschiebungswert wie im Falle des Ablaufs gemäß den 5 und 8 dem am Wendepunkt A (d.h., dem Punkt a4) vorliegenden Wert V2 der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zur Bestimmung des Regelpunktes (d.h., des Wertes V3 der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp) hinzuaddiert, der eine Sollspannung darstellt, auf die die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp korrigiert wird.
  • 10 zeigt ein Ablaufdiagramm eines von der Steuereinrichtung 170 bei dem dritten Ausführungsbeispiel ausgeführten Programms zur Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp, das sich von dem Programm gemäß 8 lediglich in Bezug auf die Schritte 306 und 307 unterscheidet. Die anderen Schritte sind identisch und werden daher nicht erneut beschrieben.
  • Nachdem in einem Schritt 301 ein Anfangswert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp bestimmt worden ist, geht der Ablauf auf einen Schritt 302 über, bei dem der beim Anlegen des Anfangswertes der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp an die Pumpzelle 110 erzeugte Überwachungszellenstrom Im gemessen und in dem in der Steuereinrichtung 170 vorgesehenen Speicher abgespeichert wird. Nachdem in einem Schritt 303 ein stationärer Betriebszustand des Gaskonzentrationssensors 100 ermittelt worden ist, geht der Ablauf auf einen Schritt 304 über, bei dem die an die Pumpzelle 110 angelegte Pumpzellen-Klemmenspannung Vp um einen gegebenen Wert verringert wird. Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 305 über, bei dem nach Vorliegen einer Konvergenz der Überwachungszellenstrom Im gemessen wird.
  • Daraufhin geht der Ablauf auf einen Schritt 306 über, bei dem bestimmt wird, ob der sich bei der Verringerung des Überwachungszellenstroms Im ergebende Änderungsbetrag des Überwachungszellenstroms Im annähernd konstant ist oder nicht. Wenn z.B. die Änderung des Überwachungszellenstroms Im unter 10% liegt, geht der Ablauf auf einen Schritt 307 über, bei dem der im Speicher abgespeicherte Wert des Überwachungszellenstroms Im erneuert und durch den letzten Wert ersetzt wird. Der Ablauf kehrt dann zum Schritt 303 zurück.
  • Wenn dagegen im Schritt 306 eine verneinende Antwort erhalten wird, was bedeutet, dass der Wert des Überwachungszellenstroms Im sich verschoben hat und außerhalb des ebenen Bereiches liegt, geht der Ablauf auf einen Schritt 308 über, bei dem der im Speicher abgespeicherte Wert des Überwachungszellenstroms Im von dem im Schritt 305 dieses Programmzyklus gemessenen Wert zur Bestimmung der Überwachungszellenstromänderung ΔIma subtrahiert wird. Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 309 über, bei dem bestimmt wird, ob die Überwachungszellenstromänderung ΔIma größer als ein vorgegebener Wert ist oder nicht. Wenn eine verneinende Antwort erhalten wird, was bedeutet, dass die Überwachungszellenstromänderung ΔIma unter dem vorgegebenen Wert liegt, kehrt der Ablauf zum Schritt 303 zurück, woraufhin im Schritt 304 die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp erneut um den gegebenen Wert verringert und im Schritt 308 die Überwachungszellenstromänderung ΔIma erneut gemessen werden.
  • Wenn dagegen im Schritt 309 eine bejahende Antwort erhalten wird, geht der Ablauf auf einen Schritt 310 über, bei dem der Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im in der vorstehend beschriebenen Weise festgelegt und ein entsprechender Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp bestimmt wird.
  • Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 311 über, bei dem der gegebene Verschiebungswert dem an dem im Schritt 310 bestimmten Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im vorliegenden Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zur Bestimmung des Regelpunkts der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp hinzuaddiert wird, der einen Referenzspannungswert darstellt, auf den die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp einzuregeln ist. Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 312 über, bei dem die Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 unter Verwendung des im Schritt 311 bestimmten Regelpunktes korrigiert wird.
  • Dieses Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrations-Messgerätes weist den zusätzlichen Vorteil auf, dass durch die Bestimmung des Wendepunktes A unter Verwendung einer außerhalb des ebenen Bereichs des Überwachungszellenstroms Im bestimmten Änderung des Überwachungszellenstroms Im eine Verringerung von nachteiligen Auswirkungen durch in dem Überwachungszellenstrom Im enthaltene Stör- oder Rauschanteile ermöglicht wird. Hierbei wird der Wendepunkt A auf der Basis des Wertes des Überwachungszellenstroms Im in einem Bereich bestimmt, in dem sich der Überwachungszellenstrom Im stark verändert, wodurch sich die Messgenauigkeit bei der Messung der Konzentration von NOx unabhängig von Änderungen des Überwachungszellenstroms Im innerhalb des ebenen Bereichs verbessern lässt.
  • Alternativ kann dieses dritte Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrations-Messgerätes auch dahingehend ausgestaltet sein, dass der dem Wendepunkt C des Sensorzellenstroms Is und nicht des Überwachungszellenstroms Im entsprechende Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zur Bestimmung des Regelpunktes ermittelt wird, auf den die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp einzuregeln ist.
  • Ein solches Vorgehen lässt sich erzielen, indem das Programm gemäß 10 unter Verwendung des Sensorzellenstroms Is und einer Sensorzellenstromänderung ΔIsa anstelle des Überwachungszellenstroms Im und der Überwachungszellenstromänderung ΔIma verwendet werden. Hierbei wird zunächst ein Anfangswert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp bestimmt und sodann an die Pumpzelle 110 angelegt. Der sich ergebende Wert des Sensorzellenstroms Is wird gemessen und im Speicher der Steuereinrichtung 170 abgespeichert. Sodann wird der im Speicher abgespeicherte Wert des Sensorzellenstroms Is erneuert, bis er innerhalb des ebenen Bereiches der Vp-Is-Kennlinie liegt. Die an die Pumpzelle 110 angelegte Pumpzellen-Klemmenspannung Vp wird sodann um einen Einheitsbetrag eines gegebenen Spannungswertes verringert. Von dem sich hierdurch ergebenden Messwert des Sensorzellenstroms Is wird der im Speicher abgespeicherte Wert des Sensorzellenstroms Is zur Bestimmung der Sensorzellenstromänderung ΔIsa subtrahiert. Sodann wird ermittelt, ob die erhaltene Sensorzellenstromänderung ΔIsa größer als ein vorgegebener Wert ist oder nicht. Wenn die Sensorzellenstromänderung ΔIsa über dem vorgegebenen Wert liegt, wird die Lage des Wendepunktes C des Sensorzellenstroms Is auf der Basis der über dem vorgegebenen Wert liegenden Sensorzellenstromänderung ΔIsa festgelegt und ein entsprechender Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp bestimmt. Dem am Wendepunkt C des Sensorzellenstroms Is vorliegenden Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp wird ein gegebener Verschiebungswert zur Bestimmung des Regelpunktes der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp hinzuaddiert, der einen Referenzspannungswert darstellt, auf den die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp einzuregeln ist. Schließlich wird die Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 unter Verwendung des Regelpunktes in der vorstehend bereits beschriebenen Weise korrigiert.
  • Nachstehend wird ein viertes Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrations-Messgerätes näher beschrieben.
  • Wenn die Alterung des Gaskonzentrationssensors 100 zu einem Anstieg der Pumpzellenimpedanz Rip führt und sich die Steigung der Ip-Vp-Kennlinie der Pumpzelle 110 in der in 3(a) dargestellten Weise verändert, vergrößert sich unerwünschterweise die in der ersten Kammer 144 verbleibende Sauerstoffmenge. Dies kann dazu führen, dass der Anfangswert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in einem zu niedrigen Spannungsbereich des Wendepunkts A des Überwachungszellenstroms Im eingestellt wird. In diesem Falle dient dieses Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrations-Messgerätes zur Anhebung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp und entsprechender Bestimmung des Wendepunktes A des Überwachungszellenstroms Im.
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 11(a) und 11(b) näher auf Betrieb und Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels des Gaskonzentrations-Messgerätes eingegangen. 11(a) veranschaulicht den Verlauf des Überwachungszellenstroms Im und des Sensorzellenstroms Is als Funktion einer Änderung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp, während 11(b) eine teilweise vergrößerte Ansicht von 11(a) ist, die die Änderung des Überwachungszellenstroms Im veranschaulicht.
  • Es sei angenommen, dass die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in der in 11(a) dargestellten Weise unter Verwendung der Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 zunächst auf einen Spannungswert V11 eingestellt ist, wobei der Überwachungszellenstrom Im an einem Punkt b1 gemessen wird. Sodann wird die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in einem Programmzyklus um einen Einheitsbetrag eines vorgegebenen Spannungswertes vergrößert. Im dargestellten Fall wird die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp über eine Folge von drei Programmzyklen hinweg vergrößert und die sich ergebenden Werte des Überwachungszellenstroms Im an Punkten b2 bis b4 gemessen. Bei diesem Beispiel wird die Änderung des Überwachungszellenstroms Im (d.h., die Überwachungszellenstromänderung ΔIm), die die Differenz zwischen dem am Punkt b4 gemessenen Wert des Überwachungszellenstroms Im und dem am Punkt b3 gemessenen Wert des Überwachungszellenstroms Im darstellt, größer als ein vorgegebener Wert. Wie 11(b) deutlich zu entnehmen ist, liegen die an den Punkten b2 und b3 bestimmten Überwachungszellenstromänderungen ΔIm11 und ΔIm12 unter dem vorgegebenen Wert, während die am Punkt b4 bestimmte Überwachungszellenstromänderung Δzm13 über dem vorgegebenen Wert liegt. In diesem Fall wird der Punkt b3 als Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im definiert.
  • Sodann wird ein gegebener Verschiebungsbetrag dem am Wendepunkt A (d.h., dem Punkt b3) vorliegenden Wert V12 der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zur Bestimmung des Regelpunktes (d.h., des Werte V13 der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp) hinzuaddiert, der eine Sollspannung darstellt, auf die die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp einzuregeln ist. Auf diese Weise kann der Sensorzellenstrom Is innerhalb des flachen bzw. ebenen Bereiches der Vp-Is-Kennlinie gemessen werden.
  • 12 zeigt ein Ablaufdiagramm eines von der Steuereinrichtung 170 bei diesem Ausführungsbeispiel zur Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp ausgeführten Programms, das sich von dem Programm gemäß 5 lediglich in Bezug auf den Schritt 404 unterscheidet. Die anderen Schritte sind identisch, sodass sich eine detaillierte Beschreibung dieser Schritte erübrigt.
  • Nachdem in einem Schritt 401 ein Anfangswert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp bestimmt ist, geht der Ablauf auf einen Schritt 402 über, bei dem der beim Anlegen des Anfangswertes der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp an die Pumpzelle 110 erzeugte Überwachungszellenstrom Im gemessen wird. Nachdem in einem Schritt 403 ermittelt worden ist, dass sich der Gaskonzentrationssensor 100 in einem stationären Betriebszustand befindet, geht der Ablauf auf einen Schritt 404 über, bei dem die an die Pumpzelle 110 angelegte Pumpzellen-Klemmenspannung Vp um einen gegebenen Wert vergrößert wird. Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 405 über, bei dem nach Vorliegen einer Konvergenz der Überwachungszellenstrom Im gemessen wird.
  • Der Ablauf geht dann auf einen Schritt 406 über, bei dem der im Schritt 406 gemessene Wert des Überwachungszellenstroms Im von dem im vorherigen Programmzyklus gemessenen Wert subtrahiert und die Überwachungszellenstromänderung ΔIm bestimmt wird. Daraufhin geht der Ablauf auf einen Schritt 407 über, bei dem bestimmt wird, ob die Überwachungszellenstromänderung ΔIm über einem vorgegebenen Wert liegt oder nicht. Wenn eine verneinende Antwort erhalten wird, was bedeutet, dass die Überwachungszellenstromänderung ΔIm unter dem vorgegebenen Wert liegt, kehrt der Ablauf zum Schritt 403 zurück, woraufhin die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp im Schritt 404 erneut um den gegebenen Wert vergrößert und im Schritt 406 die Überwachungszellenstromänderung ΔIm erneut gemessen werden.
  • Wenn dagegen im Schritt 407 eine bejahende Antwort erhalten wird, geht der Ablauf auf einen Schritt 408 über, bei dem der Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im in der vorstehend beschriebenen Weise auf der Basis der im Schritt 407 als unter dem vorgegebenen Wert liegend bestimmten Überwachungszellenstromänderung ΔIm festgelegt und ein entsprechender Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp bestimmt wird.
  • Der Ablauf geht dann auf einen Schritt 409 über, bei dem der gegebene Verschiebungswert dem am Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im vorliegenden Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zur Bestimmung des Regelpunktes der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp hinzuaddiert wird, der einen Referenzspannungswert darstellt, auf den die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp einzuregeln ist. Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 410 über, bei dem die Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 unter Verwendung des im Schritt 409 bestimmten Regelpunktes korrigiert wird.
  • Alternativ kann die Bestimmung des Wendepunktes A des Überwachungszellenstroms Im auch unter Verwendung der in Verbindung mit dem zweiten Ausführungsbeispiel beschriebenen Überwachungszellenstromänderung ΔIm in Bezug auf den Anfangswert des Überwachungszellenstroms Im erfolgen oder indem die in der in Verbindung mit dem dritten Ausführungsbeispiel beschriebenen Weise bestimmte Überwachungszellenstromänderung ΔIm verwendet wird, deren Bestimmung auf der Basis eines Referenzstromwertes erfolgt, der außerhalb des flachen bzw. ebenen Bereiches festgelegt ist, in dem sich der Überwachungszellenstrom Im unabhängig von einer Änderung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp kaum verändert.
  • Das Gaskonzentrations-Messgerät gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel kann alternativ derart ausgestaltet sein, dass der dem Wendepunkt C des Sensorzellenstroms Is und nicht des Überwachungszellenstroms Im entsprechende Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zur Bestimmung des Regelpunktes ermittelt wird, auf den die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp einzuregeln ist.
  • Dies lässt sich erzielen, indem das Programm gemäß 12 unter Verwendung des Sensorzellenstroms Is und einer Sensorzellenstromänderung ΔIs anstelle des Überwachungszellenstroms Im und der Überwachungszellenstromänderung ΔIm verwendet wird. Hierbei wird zunächst ein Anfangswert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp bestimmt und sodann an die Pumpzelle 110 angelegt. Der sich ergebende Wert des Sensorzellenstroms Is wird gemessen. Sodann wird die an die Pumpzelle 110 angelegte Pumpzellen-Klemmenspannung Vp um einen Einheitsbetrag eines gegebenen Spannungswertes vergrößert. Von dem sich hierbei ergebenden Messwert des Sensorzellenstroms Is wird der Anfangswert des Sensorzellenstroms Is zur Bestimmung der Sensorzellenstromänderung ΔIs subtrahiert. Sodann wird bestimmt, ob die Sensorzellenstromänderung ΔIs kleiner als ein vorgegebener Wert ist oder nicht. Wenn die Sensorzellenstromänderung ΔIs über dem vorgegebenen Wert liegt, wird der Wendepunkt C des Sensorzellenstroms Is auf der Basis der über dem vorgegebenen Wert liegenden Sensorzellenstromänderung ΔIs festgelegt und ein entsprechender Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp bestimmt. Dem am Wendepunkt C des Sensorzellenstroms Is vorliegenden Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp wird ein gegebener Verschiebungswert zur Bestimmung des Regelpunktes der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp hinzuaddiert, der einen Referenzspannungswert darstellt, auf den die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp einzuregeln ist. Schließlich wird die Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 unter Verwendung des in der vorstehend beschriebenen Weise bestimmten Regelpunktes korrigiert.
  • Nachstehend wird ein fünftes Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrations-Messgerätes näher beschrieben.
  • Bei dem ersten bis vierten Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrations-Messgerätes wird jeweils die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp schrittweise verändert, wobei die sich ergebenden Werte des Überwachungszellenstroms Im zur Ermittlung des Wendepunktes A gemessen werden. Hierbei ist es erforderlich, das Vorliegen einer Konvergenz des Überwachungszellenstroms Im nach einer Änderung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp abzuwarten, sodass eine relativ lange Zeitdauer zur Messung der Überwachungszellenstromänderung ΔIm erforderlich ist. Bei der Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zur Ermittlung des Wendepunktes A ändern sich nämlich der Sensorzellenstrom Is und der Überwachungszellenstrom Im synchron zueinander in erheblichem Ausmaß, was zu einer Verringerung der Zeitdauer führt, innerhalb der die Konzentration von NOx gemessen werden kann. Es ist daher von wesentlicher Bedeutung, die zur Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp erforderliche Zeitdauer minimal zu halten.
  • Zur Vermeidung dieses Problems ist dieses Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrations-Messgerätes dahingehend ausgestaltet, dass die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp entweder in den Bereich höherer Spannungswerte oder in den Bereich niedrigerer Spannungswerte abgelenkt und der Verlauf bzw. die Wellenform der sich ergebenden Änderung des Überwachungszellenstroms Im zur Bestimmung des Wendepunktes A gemessen wird. Dieser Vorgang wird nachstehend unter Bezugnahme auf 13 näher beschrieben.
  • Es sei angenommen, dass die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zunächst auf einen Spannungswert V1 eingestellt wird. Sodann wird die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp kurzzeitig auf einen niedrigeren Wert abgelenkt. Der Verlauf bzw. die Wellenform der sich ergebenden Änderung des Überwachungszellenstroms Im wird zur Festlegung des Wendepunktes A analysiert. Hierbei wird die Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp auf einen größeren Wert als eine gegebene zyklische Spannungsänderung eingestellt, worauf nachstehend noch näher eingegangen wird. Die Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp erfolgt vorzugsweise in Zyklen von 200 ms oder weniger (d.h., 5 Hz oder mehr), wobei Zyklen von 100 ms oder weniger (d.h., 10 Hz oder mehr) noch vorteilhafter sind.
  • Im dargestellten Falle entspricht der Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im einem Wert V2 der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp. Wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird dem Wert V2 ein gegebener Verschiebungswert zur Festlegung des Regelpunktes (d.h., des Wertes V3 der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp) hinzuaddiert, der eine Sollspannung darstellt, auf die die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp korrigiert wird.
  • 14 zeigt zeitabhängige Signalverläufe, die Änderungen des Überwachungszellenstroms Im und des Sensorzellenstroms Is bei einer Änderung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp veranschaulichen.
  • Die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp wird zyklisch vom Wert Va auf den Wert Vd verringert. Jeder der Werte Va bis Vd wird außerdem für eine kurze Zeitdauer abgelenkt. Der Überwachungszellenstrom Im und der Sensorzellenstrom Is zeigen dann entsprechende Änderungen. Im dargestellten Fall sind die sich bei der Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp von den Werten Va, Vb und Vc ergebenden Änderungen des Überwachungszellenstroms Im und des Sensorzellenstroms Is kleiner, während die sich bei der Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp von dem Wert Vd ergebenden Änderungen größer sind. Die in Abhängigkeit von der Ablenkungsänderung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp auftretende Änderung des Überwachungszellenstroms Im nimmt in der Nähe des Wendepunktes A des Überwachungszellenstroms Im einen größeren Wert an. Die Lokalisierung des Wendepunktes A kann daher auf einfache Weise erfolgen, indem der Verlauf bzw. die Wellenform der Änderung des Überwachungszellenstroms Im bei der Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp überwacht wird.
  • 15 zeigt ein Ablaufdiagramm eines von der Steuereinrichtung 170 zur Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp bei dem fünften Ausführungsbeispiel ausgeführten Programms, das sich von dem Programm gemäß 5 in Bezug auf die Schritte 502 bis 505 unterscheidet.
  • Nach Eintritt in das Programm geht der Ablauf auf einen Schritt 501 über, bei dem ein Anfangswert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp bestimmt und an die Pumpzelle 110 angelegt wird.
  • Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 502 über, bei dem der im Schritt 501 bestimmte Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp mit einer gegebenen Amplitude auf einen niedrigeren Wert abgelenkt wird. Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 503 über, bei dem die von der Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp herrührende Änderung des Überwachungszellenstroms ΔI gemessen wird. Sodann geht der Ablauf auf einen Schritt 504 über, bei dem bestimmt wird, ob die Überwachungszellenstromänderung ΔI einen vorgegebenen Wert überschreitet oder nicht. Wenn eine verneinende Antwort erhalten wird, was bedeutet, dass die Überwachungszellenstromänderung ΔI kleiner als der gegebene Wert oder gleich dem Wert ist, geht der Ablauf auf einen Schritt 505 über, bei dem die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp um einen Konstantwert verringert wird. Der Ablauf kehrt sodann zum Schritt 502 zurück, bei dem der im Schritt 505 gebildete Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp erneut mit der gegebenen Amplitude auf den niedrigeren Wert abgelenkt wird. Die Schritte 502 bis 505 werden wiederholt, bis im Schritt 504 ermittelt wird, dass die Überwachungszellenstromänderung ΔI größer als der vorgegebene Wert ist. Wenn diese Bestimmung vorliegt, geht der Ablauf auf einen Schritt 506 über, bei dem der Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im in der vorstehend beschriebenen Weise lokalisiert wird. Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 507 über, bei dem ein gegebener Verschiebungswert dem an dem im Schritt 506 bestimmten Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im vorliegenden Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zur Bestimmung des Regelpunktes der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp hinzuaddiert wird, der einen Referenzspannungswert darstellt, auf den die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp einzuregeln ist. Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 508 über, bei dem die Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 unter Verwendung des im Schritt 507 bestimmten Regelpunktes korrigiert wird.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrations-Messgerätes ist das Erfordernis nicht mehr gegeben, das Vorliegen einer Konvergenz des Überwachungszellenstroms Im nach einer Änderung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zur Festlegung des Wendepunkts A des Überwachungszellenstroms Im abwarten zu müssen, wodurch sich eine Verringerung der zur Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp erforderlichen Zeitdauer erzielen lässt.
  • Alternativ kann im Schritt 502 die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp auch sowohl in den Bereich höherer als auch in den Bereich niedrigerer Spannungswerte abgelenkt werden, wodurch sich die Rückkehr bzw. Rückführung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp vereinfacht.
  • Alternativ kann dieses fünfte Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrations-Messgerätes auch dahingehend ausgestaltet sein, dass der dem Wendepunkt C des Sensorzellenstroms Is und nicht des Überwachungszellenstroms Im entsprechende Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zur Bestimmung des Regelpunktes ermittelt wird, auf den die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp eingeregelt wird.
  • Dies lässt sich erzielen, indem das Programm gemäß 15 unter Verwendung des Sensorzellenstroms Is und einer Sensorzellenstromänderung ΔIs anstelle des Überwachungszellenstroms Im und der Überwachungszellenstromänderung ΔIm verwendet wird. Hierbei wird zunächst ein Anfangswert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp bestimmt und an die Pumpzelle 110 angelegt, woraufhin er mit einer gegebenen Amplitude abgelenkt wird. Die sich ergebende Änderung des Sensorzellenstroms Is wird hierbei gemessen. Diese Messung wird jeweils durchgeführt, wenn die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp um den Konstantwert verringert wird. Wenn die Sensorzellenstromänderung ΔIs den vorgegebenen Wert überschreitet, wird der Wendepunkt C des Sensorzellenstroms Is in der vorstehend beschriebenen Weise lokalisiert. Der vorgegebene Verschiebungswert wird dem am Wendepunkt C des Sensorzellenstroms Is vorliegenden Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zur Bestimmung des Regelpunktes der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp hinzuaddiert, der einen Bezugsspannungswert darstellt, auf den die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp einzuregeln ist. Schließlich wird die Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 unter Verwendung des in der vorstehend beschriebenen Weise bestimmten Regelpunktes korrigiert.
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 16 ein sechstes Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrations-Messgerätes näher beschrieben, das dahingehend ausgestaltet ist, dass ein Anfangswert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zyklisch mit unterschiedlichen Amplituden abgelenkt und die sich ergebenden Änderungen des Überwachungszellenstroms Im zur Lokalisierung des Wendepunkts A gemessen werden.
  • Gemäß 16 wird die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zunächst auf einen Spannungswert V1 eingestellt. Sodann wird der Spannungswert V1 aufeinanderfolgend mit unterschiedlichen Amplituden abgelenkt. Die sich ergebenden Änderungen des Überwachungszellenstroms Im werden zur Lokalisierung des Wendepunkts A analysiert. Die Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp erfolgt vorzugsweise in Zyklen von 200 ms oder weniger (d.h., 5 Hz oder mehr), wobei Zyklen von 100 ms oder weniger (d.h., 10 Hz oder mehr) noch vorteilhafter sind.
  • Im dargestellten Fall entspricht der Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im dem Wert V2 der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp. Wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird dem Wert V2 ein vorgegebener Verschiebungswert zur Festlegung des Regelpunktes (d.h., des Wertes V3 der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp) hinzuaddiert, der eine Sollspannung darstellt, auf die die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zu korrigieren ist.
  • 17 zeigt Signalverläufe, die Änderungen des Überwachungszellenstroms Im und des Sensorzellenstroms Is bei der Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp veranschaulichen.
  • Bei dem dargestellten Beispiel wird der Anfangswert V1 der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp aufeinanderfolgend mit drei Amplituden ΔV1, ΔV2 und ΔV3 abgelenkt. Die Amplitude ΔV2 hat z.B. den doppelten Betrag der Amplitude ΔV1, während die Amplitude ΔV3 den dreifachen Betrag der Amplitude ΔV1 aufweist. Die Ablenkung des Anfangswertes V1 mit den Amplituden ΔV1, ΔV2 und ΔV3 führt zu Änderungen ΔI1, ΔI2 und ΔI3 des Überwachungszellenstroms Im, die zur Lokalisierung des Wendepunkts A des Überwachungszellenstroms Im dienen.
  • Die 18 und 19 zeigen ein Programm gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel, das von der Steuereinrichtung 170 in einem Zyklus von z.B. mehreren Sekunden zur Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp ausgeführt wird.
  • Nach Eintritt in das Programm geht der Ablauf auf einen Schritt 601 über, bei dem ein Anfangswert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp bestimmt und an die Pumpzelle 110 angelegt wird.
  • Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 602 über, bei dem der im Schritt 601 bestimmte Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp mit der ersten Amplitude ΔV1 abgelenkt wird. Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 603 über, bei dem die bei der Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp auftretende Änderung des Überwachungszellenstroms Im (d.h., die Überwachungszellenstromänderung ΔI1) gemessen wird. Sodann geht der Ablauf auf einen Schritt 604 über, bei dem der im Schritt 601 bestimmte Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp mit der zweiten Amplitude ΔV2 abgelenkt wird. Der Ablauf geht daraufhin auf einen Schritt 605 über, bei dem die bei der im Schritt 604 erfolgenden Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp auftretende Überwachungszellenstromänderung ΔI2 gemessen wird. Sodann geht der Ablauf auf einen Schritt 606 über, bei dem der im Schritt 601 bestimmte Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp mit der dritten Amplitude ΔV3 abgelenkt wird. Der Ablauf geht dann auf einen Schritt 607 über, bei dem die bei der im Schritt 606 erfolgenden Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp auftretende Überwachungszellenstromänderung ΔI3 gemessen wird.
  • Sodann geht der Ablauf auf einen Schritt 608 über, bei dem eine Differenz A zwischen den Überwachungszellenstromänderungen ΔI1 und ΔI2 (ΔI2 - ΔI1) sowie eine Differenz B zwischen den Überwachungszellenstromänderungen ΔI2 und ΔI3 (ΔI3 - ΔI2) gebildet werden.
  • Der Ablauf geht dann auf den Schritt 609 gemäß 19 über. In den Schritten 609 bis 615 wird der Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im unter Verwendung der Überwachungszellenstromänderung ΔI1 und der Differenzen A und B bestimmt. Auf die Vorgänge in den Schritten 609 bis 615 wird nachstehend unter Bezugnahme auf 20 näher eingegangen.
  • 20 veranschaulicht Beispiele, bei denen die Vp-Im-Kennlinie auf Grund von Alterungserscheinungen des Gaskonzentrationssensors 100 von T1 nach T2, T3 und T4 verschoben ist, wodurch sich eine Verschiebung des Wendepunktes A des Überwachungszellenstroms Im von 1 nach 2, 3 und 4 ergibt. Mit V1 ist der Anfangswert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp bezeichnet.
  • Mit X1, X2, X3 und X4 sind Spannungsbereiche der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp bezeichnet, die zur Lokalisierung des Wendepunktes A des Überwachungszellenstroms Im dienen. Der Spannungsbereich X1 liegt unterhalb des Wertes von V1 - ΔV3. Der Spannungsbereich X2 liegt zwischen dem Wert von V1 - ΔV3 und dem Wert von V1 - ΔV2. Der Spannungsbereich X3 liegt zwischen dem Wert von V1 - ΔV2 und dem Wert von V1 - ΔV1. Der Spannungsbereich X4 liegt über dem Wert von V1 - ΔV1.
  • Im Schritt 609 wird bestimmt, ob die bei der Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp mit der ersten Amplitude ΔV1 auftretende Überwachungszellenstromänderung ΔI1 größer als ein vorgegebener Referenzwert K ist oder nicht. Wenn eine verneinende Antwort erhalten wird, geht der Ablauf auf einen Schritt 610 über, bei dem ermittelt wird, ob die Differenz A größer als der Referenzwert K ist oder nicht. Wenn hierbei eine verneinende Antwort erhalten wird, geht der Ablauf auf einen Schritt 611 über, bei dem ermittelt wird, ob die Differenz B größer als der Referenzwert K ist oder nicht.
  • Wenn als Vp-Im-Kennlinie des Überwachungszellenstroms Im die mit T4 bezeichnete Kennlinie vorliegt, überschreitet die bei der Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp mit der ersten Amplitude ΔV1 auftretende Überwachungszellenstromänderung ΔI1 den Referenzwert K. Im Schritt 609 wird somit eine bejahende Antwort erhalten. Der Ablauf geht dann auf einen Schritt 612 über, bei dem der Punkt 4 der Vp-Im-Kennlinie T4 gemäß 20 als Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im definiert wird.
  • Wenn als Vp-Im-Kennlinie des Überwachungszellenstroms Im die mit T3 bezeichnete Kennlinie vorliegt, führt dies dazu, dass die Differenz A (= ΔI2 - ΔI1) den Referenzwert K überschreitet. Im Schritt 610 wird somit eine bejahende Antwort erhalten. Der Ablauf geht daraufhin auf einen Schritt 613 über, bei dem der Punkt 3 der Vp-Im-Kennlinie T3 als Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im definiert wird.
  • Wenn als Vp-Im-Kennlinie des Überwachungszellenstroms Im die mit T2 bezeichnete Kennlinie vorliegt, führt dies dazu, dass die Differenz B (= ΔI3 - ΔI2) den Referenzwert K überschreitet. Im Schritt 611 wird somit eine bejahende Antwort erhalten. Der Ablauf geht dann auf einen Schritt 614 über, bei dem der Punkt 2 der Vp-Im-Kennlinie T2 als Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im bestimmt wird.
  • Wenn als Vp-Im-Kennlinie des Überwachungszellenstroms Im die mit T1 bezeichnete Kennlinie vorliegt, wird in sämtlichen Schritten 609 bis 611 eine verneinende Antwort erhalten. Der Ablauf geht dann auf einen Schritt 615 über, bei dem der Punkt 1 der Vp-Im-Kennlinie T1 als Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im definiert wird.
  • Nach der Bestimmung des Wendepunktes A des Überwachungszellenstroms Im im Schritt 612, 613, 614 oder 615 geht der Ablauf auf einen Schritt 616 über, bei dem ein gegebener Verschiebungswert dem am Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im vorliegenden Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zur Bestimmung des Regelpunktes der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp hinzuaddiert wird, der einen Referenzspannungswert darstellt, auf den die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp einzuregeln ist. Der Ablauf geht anschließend auf einen Schritt 617 über, bei dem die Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 unter Verwendung des im Schritt 616 bestimmten Regelpunktes korrigiert wird.
  • Alternativ kann die Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp auch zyklisch mit einer einzigen Amplitude oder zwei oder mehr als drei unterschiedlichen Amplituden zur Lokalisierung des Wendepunkts A des Überwachungszellenstroms Im erfolgen. Die Ablenkung kann auch in den Bereich höherer Spannungswerte hinein erfolgen. Außerdem kann auch ein anderer Algorithmus zur Lokalisierung des Wendepunkts A unter Verwendung der Änderung des Überwachungszellenstroms Im Anwendung finden.
  • Alternativ kann dieses Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrations-Messgerätes auch dahingehend ausgestaltet sein, dass die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in der in 21 dargestellten Weise sowohl in Bereiche höherer Spannungswerte als auch in Bereiche niedrigerer Spannungswerte abgelenkt wird und die sich ergebenden Änderungen des Überwachungszellenstroms Im zur Lokalisierung des Wendepunktes A des Überwachungszellenstroms Im gemessen werden. Eine Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp von dem Wert V1 in Bereiche höherer Spannungswerte und niedrigerer Spannungswerte führt zu einer Änderung des Überwachungszellenstroms Im mit einer Amplitude, die eine Funktion des Abstands zwischen dem Spannungswert V1 und dem Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im darstellt.
  • Wenn z.B. der Wendepunkt A nicht in der Nähe des Spannungswertes V1 liegt, führt die Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in der in 22(a) dargestellten Weise zu geringen Änderungen des Überwachungszellenstroms Im und des Sensorzellenstroms Is, die im wesentlichen gleiche Beträge aufweisen. In diesem Falle kann die Steuereinrichtung 170 die Entscheidung treffen, dass keine Verschiebung des Wendepunktes A in Bezug auf den im vorherigen Zyklus ermittelten Wendepunkt vorliegt, sodass der entsprechende Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp unverändert bleibt und der Sollwert der an die Pumpzelle 110 anzulegenden Pumpzellen-Klemmenspannung Vp nicht korrigiert werden muss und direkt an die Pumpzelle 110 angelegt werden kann.
  • Wenn dagegen der Wendepunkt A in der Nähe des Spannungswertes V1 liegt, führt dies in der in 22(b) dargestellten Weise zu großen Differenzen zwischen den bei der Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in den Bereich höherer Spannungswerte und niedrigerer Spannungswerte entstehenden Änderungen des Überwachungszellenstroms Im und des Sensorzellenstroms Is. Wenn hierbei die Änderung des Überwachungszellenstroms Im oder des Sensorzellenstroms Is in den Bereich höherer Werte oder niedrigerer Werte unterschiedlich in Bezug auf die Änderungen zum jeweils anderen Bereich hin ist, kann die Steuereinrichtung 170 daraus schließen, dass eine Verschiebung des Wendepunktes A aufgetreten ist. Im dargestellten Fall kann die Steuereinrichtung 170 die Entscheidung treffen, dass eine Verschiebung des Wendepunktes A in der entgegengesetzten Richtung (d.h., in 21 nach rechts) zu der Änderungsrichtung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp erfolgt ist, die eine größere Änderung des Überwachungszellenstroms Im zur Folge hat, sodass die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zu korrigieren ist.
  • Alternativ kann das sechste Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrations-Messgerätes auch dahingehend ausgestaltet sein, dass der dem Wendepunkt C des Sensorzellenstroms Is und nicht des Überwachungszellenstroms Im entsprechende Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zur Bestimmung des Regelpunktes ermittelt wird, auf den die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp eingeregelt wird.
  • Dies lässt sich erzielen, indem das Programm gemäß den 18 und 19 unter Verwendung der Sensorzellenstromänderung ΔIs anstelle der Überwachungszellenstromänderung ΔIm ausgeführt wird. Hierbei wird zunächst ein Anfangswert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp bestimmt und an die Pumpzelle 110 angelegt, woraufhin er aufeinanderfolgend mit den Amplituden ΔV1, ΔV2 und ΔV3 abgelenkt wird. Die sich ergebenden Änderungen des Sensorzellenstroms Is werden hierbei gemessen und der Wendepunkt C des Sensorzellenstroms Is in der in Verbindung mit 20 vorstehend beschriebenen Weise lokalisiert. Der vorgegebene Verschiebungswert wird dem am Wendepunkt C des Sensorzellenstroms Is vorliegenden Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zur Bestimmung des Regelpunkts der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp hinzuaddiert, der einen Referenzspannungswert darstellt, auf den die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp einzuregeln ist. Schließlich wird die Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 unter Verwendung des Regelpunktes in der vorstehend beschriebenen Weise korrigiert.
  • Die Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp kann in der in 21 veranschaulichten Weise von dem Spannungswert V1 sowohl in den Bereich höherer Spannungswerte als auch niedrigerer Spannungswerte zur Lokalisierung des Wendepunktes C des Sensorzellenstroms Is erfolgen. Wenn der Wendepunkt C in der Nähe des Spannungswertes V1 liegt, führt dies wie im Falle des Überwachungszellenstroms Im dazu, dass eine Änderung des Sensorzellenstroms Is zu dem Bereich höherer oder niedrigerer Spannungswerte hin erhebliche Unterschiede in Bezug auf die Änderung zum jeweils anderen Bereich hin aufweist. Die Steuereinrichtung 170 kann dann die Entscheidung treffen, dass eine unerwünschte Veränderung des Wendepunktes C aufgetreten ist.
  • Nachstehend wird ein siebtes Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrations-Messgerätes näher beschrieben, das dahingehend ausgestaltet ist, dass die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp schrittweise entweder zu höheren Spannungswerten hin oder zu niedrigeren Spannungswerten hin zur Ermittlung einer dem Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im entsprechenden ersten Pumpzellen-Klemmenspannung Vp verändert und außerdem die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp schrittweise zur jeweils anderen Seite hin zur Ermittlung einer dem Wert des annähernd konstant gehaltenen Überwachungszellenstroms entsprechenden zweiten Pumpzellen-Klemmenspannung Vp verändert und entsprechend dieser Spannung der Regelpunkt festgelegt wird, auf den die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp eingeregelt wird.
  • 23(a) veranschaulicht schrittweise Änderungen der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in den Bereich niedrigerer Spannungswerte zur Ermittlung der ersten Pumpzellen-Klemmenspannung Vp, während 23(b) schrittweise Änderungen der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in den Bereich höherer Spannungswerte zur Ermittlung der zweiten Pumpzellen-Klemmenspannung veranschaulicht.
  • Gemäß 23(a) wird die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zunächst auf einen Spannungswert V1 eingestellt und der Überwachungszellenstrom Im an einem Punkt a1 gemessen. Sodann wird die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zyklisch um einen Einheitsbetrag eines vorgegebenen Spannungswertes verringert. Die sich hierbei ergebenden Werte des Überwachungszellenstroms Im werden an Punkten a2, a3, a4 und a5 gemessen und zur Ermittlung des Wendepunkts A des Überwachungszellenstroms Im verwendet. Bei dem dargestellten Beispiel wird der dem Punkt a5 unmittelbar vorhergehende Punkt a4 als Wendepunkt A definiert.
  • Nach der Ermittlung des Wendepunkts A wird die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in der in 23(b) veranschaulichten Weise von dem am Wendepunkt A vorliegenden Spannungswert V2 zyklisch um einen Einheitsbetrag eines vorgegebenen Spannungswertes vergrößert. Die sich hierbei ergebenden Werte des Überwachungszellenstroms Im werden an Punkten b1, b2, b3, b4 und b5 gemessen und dienen zur Ermittlung des Regelpunkts, auf den die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp eingeregelt wird. Bei dem dargestellten Beispiel wird der Spannungswert V3 am Punkt b5 als Regelpunkt definiert.
  • 24 zeigt ein Ablaufdiagramm eines bei diesem Ausführungsbeispiel von der Steuereinrichtung 170 ausgeführten Programms zur Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp.
  • Nach Eintritt in das Programm geht der Ablauf auf einen Schritt 700 über, bei dem der Wendepunkt A ermittelt wird und der Wert des Überwachungszellenstroms Im im Speicher der Steuereinrichtung 170 abgespeichert wird. Dieser Vorgang lässt sich erzielen, indem die Folge der Schritte 101 bis 108 gemäß 5, der Schritte 201 bis 208 gemäß 8, der Schritte 301 bis 310 gemäß 10, der Schritte 501 bis 506 gemäß 15 oder der Schritte 601 bis 615 gemäß den 18 und 19 durchgeführt wird.
  • Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 701 über, bei dem die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in der vorstehend beschriebenen Weise um den vorgegebenen Spannungswert erhöht wird. Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 702 über, bei dem nach Vorliegen einer Konvergenz der Überwachungszellenstrom Im gemessen wird. Der Ablauf geht dann auf einen Schritt 703 über, bei dem bestimmt wird, ob der auf Grund des Anstiegs der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp auftretende Änderungsbetrag ΔIm des Überwachungszellenstroms Im annähernd konstant ist oder nicht. So wird z.B. ermittelt, ob die Überwachungszellenstromänderung ΔIm mehr als 10% des Wertes des Überwachungszellenstroms Im vor der Änderung beträgt oder nicht. Wenn eine bejahende Antwort erhalten wird, geht der Ablauf auf einen Schritt 704 über, bei dem der im Speicher abgespeicherte Wert des Überwachungszellenstroms Im erneuert und durch den im Schritt 702 gemessenen Wert ersetzt wird. Der Ablauf kehrt sodann zum Schritt 701 zurück, um die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp erneut um den vorgegebenen Spannungswert zu erhöhen.
  • Wenn dagegen im Schritt 703 eine verneinende Antwort erhalten wird, was bedeutet, dass der Überwachungszellenstrom Im einen annähernd konstanten Wert aufweist, geht der Ablauf auf einen Schritt 705 über, bei dem der im Schritt 702 gemessene Wert des Überwachungszellenstroms Im von dem im Speicher abgespeicherten Wert zur Bestimmung der Überwachungszellenstromänderung ΔIma subtrahiert wird. Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 706 über, bei dem ermittelt wird, ob die Überwachungszellenstromänderung ΔIma unter einem gegebenen Wert liegt oder nicht. Wenn eine verneinende Antwort erhalten wird, kehrt der Ablauf zum Schritt 701 zurück. Wenn jedoch eine bejahende Antwort erhalten wird, geht der Ablauf auf einen Schritt 707 über, bei dem der in diesem Programmzyklus gebildete Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp als Regelpunkt definiert wird. Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 708 über, bei dem die Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 unter Verwendung des im Schritt 707 bestimmten Regelpunktes korrigiert wird. Dies ermöglicht eine Messung des Sensorzellenstroms Is innerhalb des flachen bzw. ebenen Bereiches der Vp-Is-Kennlinie, wodurch die Messgenauigkeit bei der Messung der Konzentration von NOx aufrecht erhalten wird.
  • Die erste Pumpzellen-Klemmenspannung (d.h., der Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im) kann durch Verringerung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp mit einer größeren Amplitude ermittelt werden, während die zweite Pumpzellen-Klemmenspannung (d.h., der Regelpunkt) durch Vergrößerung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp mit einer kleineren Amplitude ermittelt werden kann. Dies ermöglicht einerseits eine schnelle Bestimmung des Wendepunkts A des Überwachungszellenstroms Im, während andererseits eine genaue Ermittlung des Regelpunktes gewährleistet werden kann.
  • Alternativ kann dieses Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrations-Messgerätes auch dahingehend ausgestaltet sein, dass der Regelpunkt unter Verwendung des Wendepunktes C des Sensorzellenstroms Is ermittelt wird.
  • Dies lässt sich erzielen, indem das Programm gemäß 24 unter Verwendung des Sensorzellenstroms Is und einer Sensorzellenstromänderung ΔIsa anstelle des Überwachungszellenstroms Im und der Überwachungszellenstromänderung ΔIma ausgeführt wird. Hierbei wird die Lage des Wendepunktes C des Sensorzellenstroms Is in der vorstehend beschriebenen Weise ermittelt. Der am Wendepunkt C vorliegende Wert des Sensorzellenstroms Is wird bestimmt und im Speicher abgespeichert. Anschließend wird die Pumpzellen-Klemmenspannung zyklisch um den Einheitsbetrag des vorgegebenen Spannungswertes erhöht. Der Wert des Sensorzellenstroms Is wird hierbei zyklisch erneuert, bis der ebene Bereich der Vp-Is-Kennlinie des Sensorzellenstroms Is erreicht wird. Sodann wird die Sensorzellenstromänderung ΔIsa bestimmt, indem der letzte Wert des Sensorzellenstroms Is von dem im Speicher gespeicherten Wert subtrahiert wird. Wenn die Sensorzellenstromänderung ΔIsa den vorgegebenen Wert unterschreitet, wird der dann vorliegende Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp als Regelpunkt festgelegt. Schließlich wird die Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 unter Verwendung des Regelpunktes in der vorstehend bereits beschriebenen Weise korrigiert. Auf diese Weise kann die Messgenauigkeit bei der Messung der Konzentration von NOx unter Verwendung des Sensorzellenstroms Is ebenfalls eingehalten bzw. aufrecht erhalten werden.
  • Der Wendepunkt C des Sensorzellenstroms Is kann ermittelt werden, indem die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp mit einer größeren Amplitude verringert wird, während die Ermittlung des Regelpunktes durch Vergrößerung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp mit einer kleineren Amplitude erfolgen kann. Auf diese Weise lässt sich eine schnelle Bestimmung des Wendepunkts C des Sensorzellenstroms Is erzielen, während gleichzeitig eine genaue Ermittlung des Regelpunktes gewährleistet ist.
  • Nachstehend wird ein achtes Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrations-Messgerätes näher beschrieben, das zur Bestimmung des Ausmaßes einer Verschlechterung der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors 100 auf der Basis des Wendepunktes A des Überwachungszellenstroms Im ausgestaltet ist.
  • Üblicherweise hat eine Alterung oder Verschlechterung der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors 100 eine Verschiebung des Wendepunkts A des Überwachungszellenstroms Im zur Folge. Mit fortschreitender Verschlechterung der Eigenschaften tritt eine immer größere Verschiebung des Wendepunktes A auf. Hierbei wird der Wendepunkt des Überwachungszellenstroms Im mit fortschreitender Verschlechterung der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors 100 zu höheren Werten der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp hin verschoben. So verschiebt sich z.B. der Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im mit fortschreitender Verschlechterung der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors 100 in der in 25(b) dargestellten Weise von M1 nach M2.
  • Zur Bestimmung einer solchen Verschiebung des Wendepunktes A ändert die Steuereinrichtung 170 die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp schrittweise oder lenkt die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp vorübergehend in der vorstehend beschriebenen Weise ab und bestimmt das Ausmaß der Verschlechterung des Gaskonzentrationssensors 100 als Funktion der Verschiebung des Wendepunkts A. Wenn z.B. die Verschiebung des Wendepunktes A einen vorgegebenen Wert überschreitet, kann die Steuereinrichtung 170 die Entscheidung treffen, dass das Ausmaß der Verschlechterung einen zulässigen Bereich überschritten hat, und ein diesen Zustand anzeigendes Warnsignal abgeben.
  • Alternativ lässt sich das Ausmaß der Verschlechterung des Gaskonzentrationssensors 100 auch durch Verwendung der Verschiebung des Wendepunkts C des Sensorzellenstroms Is anstelle der Verschiebung des Wendepunkts A des Überwachungszellenstroms Im bestimmen. Dies beruht auf dem Umstand, dass sich der Wendepunkt C des Sensorzellenstroms Is mit fortschreitender Verschlechterung des Gaskonzentrationssensors 100 zu höheren Werten der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp hin in der in 26(b) dargestellten Weise von S1 nach S2 verschiebt. Die Steuereinrichtung 170 ermittelt die Verschiebung des Wendepunkts C und bestimmt das Ausmaß der Verschlechterung des Gaskonzentrationssensors 100 als Funktion der Verschiebung des Wendepunktes C in der vorstehend bereits beschriebenen Weise. Wenn z.B. die Verschiebung des Wendepunkts C einen vorgegebenen Wert überschreitet, kann die Steuereinrichtung 170 die Entscheidung treffen, dass das Ausmaß der Verschlechterung einen zulässigen Bereich überschreitet, und ein diesen Zustand anzeigendes Warnsignal abgeben.
  • Dieses Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrations-Messgerätes kann derart ausgestaltet sein, dass lediglich die Verschlechterung der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors 100 ermittelt wird, ohne eine Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp unter Verwendung des Überwachungszellenstroms Im oder des Sensorzellenstroms Is vorzunehmen.
  • Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann der Wendepunkt A oder der Wendepunkt C ermittelt werden, indem die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp mit schrittweise verkleinerten Amplituden verändert wird. Auf diese Weise lässt sich eine höhere Genauigkeit bei der Ermittlung des Wendepunkts A oder des Wendepunktes C erzielen.
  • Der Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im kann innerhalb des flachen bzw. ebenen Bereichs der Vp-Is-Kennlinie des Sensorzellenstroms Is liegen bzw. auftreten, was vom Aufbau des Gaskonzentrationssensors abhängt. In diesem Falle kann der Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp am Wendepunkt A als Regelpunkt definiert werden, auf den die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp einzuregeln ist.
  • Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann die Steuereinrichtung 170 unmittelbar vor einer Änderung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp mit einer gegebenen Amplitude die Entscheidung treffen, ob eine Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp vorzunehmen ist oder nicht. So kann z.B. die Steuereinrichtung 170 zunächst den Anfangswert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp vorübergehend zumindest entweder in den Bereich höherer Spannungswerte oder in den Bereich niedrigerer Spannungswerte ablenken und den sich ergebenden Verlauf des Überwachungszellenstroms Im oder des Sensorzellenstroms Is überwachen. Wenn eine auf bauelementbedingten Abweichungen und Alterungserscheinungen des Gaskonzentrationssensors 100 beruhende Verschiebung des Wendepunktes A oder des Wendepunktes C festgestellt wird, kann die Entscheidung getroffen werden, dass eine Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp vorzunehmen ist. Auf diese Weise ist die Möglichkeit gegeben, die Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp nur dann durchzuführen, wenn dies erforderlich ist.
  • Wie 2(b) zu entnehmen ist, treten praktisch zwei Wendepunkte des Sensorzellenstroms Is in der Nähe des ebenen Bereichs der Vp-Is-Kennlinie auf. Die Steuereinrichtung 170 kann die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp unter Verwendung des im Bereich höherer Spannungswerte gelegenen Wendepunkts wie auch unter Verwendung des im Bereich niedrigerer Spannungswerte gelegenen Wendepunktes korrigieren. In diesem Fall kann die Steuereinrichtung 170 bei der Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp auch den Umstand ausnutzen, dass die Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zumindest entweder in den Bereich höherer Spannungswerte oder in den Bereich niedrigerer Spannungswerte dann zu einer starken Änderung des Verlaufs bzw. der Wellenform des Überwachungszellenstroms Im oder des Sensorzellenstroms Is führt, wenn die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in der Nähe von dessen Wendepunkt gebracht wird.
  • Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erfolgt die Bestimmung des Anfangswertes der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp durch einen Abfragevorgang unter Verwendung der Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1, jedoch kann der Anfangswert auch fest vorgegeben sein oder schrittweise als Funktion der Sauerstoffkonzentration bestimmt werden.
  • Die Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp und/oder die Bestimmung einer Verschlechterung der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors 100 kann nur beim Starten der Brennkraftmaschine oder beim Abschalten bzw. im Stillstand der Brennkraftmaschine erfolgen. In diesem Falle werden diese Vorgänge durchgeführt, ohne die Messung der Konzentration von Gasen zu unterbrechen.
  • Bei jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele des Gaskonzentrations-Messgerätes kann auch ein mehrzelliger Gaskonzentrationssensor Verwendung finden, der mehr als drei Zellen aufweist. So kann z.B. ein Gaskonzentrationssensor verwendet werden, der mit zwei Pumpzellen ausgestattet ist.
  • Ferner kann bei jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele ein Gaskonzentrationssensor verwendet werden, der dahingehend ausgestaltet ist, dass O2 in den Messgasen über eine Pumpzelle abgebaut und abgegeben wird und HC oder CO, das in den Gasen nach dem Abbau von O2 enthalten ist, über eine Sensorzelle abgebaut wird. Ferner kann das Gaskonzentrations-Messgerät bei jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele auch zur Messung der Konzentration von anderen Gasen als den Abgasen der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs verwendet werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, umfasst das Gaskonzentrations-Messgerät einen Gassensor, der aus zumindest einer Pumpzelle, einer Sensorzelle und einer Überwachungszelle besteht. Das Gaskonzentrations-Messgerät nimmt eine Bestimmung des Wertes der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung vor, wenn bei einer Änderung der an die Pumpzelle angelegten Spannung eine starke Änderung des von der Überwachungszelle oder der Sensorzelle erzeugten Stroms auftritt und verwendet dies zur Bestimmung eines Regelpunktes, auf den die an die Pumpzelle anzulegende Spannung einzuregeln ist. Auf diese Weise leidet die Genauigkeit der Gaskonzentrationsmessung nicht unter z.B. Alterungserscheinungen des Sensors.

Claims (55)

  1. Gaskonzentrations-Messgerät, gekennzeichnet durch einen Gaskonzentrationssensor mit einer Gaskammer, in die Gase eingeleitet werden, einer Pumpzelle, die in Abhängigkeit vom Anlegen einer Spannung in den Gasen enthaltene Sauerstoffmoleküle selektiv aus der Gaskammer herauspumpt und in die Gaskammer hineinpumpt und einen Pumpzellenstrom erzeugt, einer Sensorzelle, die einen Sensorzellenstrom als Funktion der Konzentration eines in den durch die Pumpzelle hindurch getretenen Gasen enthaltenen spezifizierten Gasbestandteils erzeugt, und einer Überwachungszelle, die einen Überwachungszellenstrom erzeugt, der die Konzentration von Sauerstoff-Restmolekülen in der Gaskammer angibt, wobei die Überwachungszelle eine gegebene Pumpzellenklemmenspannungs-Überwachungszellenstrom-Kennlinie aufweist, bei der sich der Überwachungszellenstrom als Funktion einer an die Pumpzelle angelegten Pumpzellen-Klemmenspannung ändert, und eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, den Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung zu bestimmen, wenn eine Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als ein gegebener Betrag in der Pumpzellenklemmenspannungs-Überwachungszellenstrom-Kennlinie auftritt, wobei die Steuereinrichtung außerdem dazu eingerichtet ist, unter Verwendung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung einen Regelpunkt zu bestimmen, auf den die an die Pumpzelle angelegte Spannung einzuregeln ist.
  2. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung Änderungen der an die Pumpzelle angelegten Spannung schrittweise und zyklisch mit gegebenen Amplituden in den Bereich höherer Spannungswerte oder den Bereich niedrigerer Spannungswerte herbeiführt und den sich ergebenden Wert des Überwachungszellenstroms zur Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung misst, wenn eine Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag in der Pumpzellenklemmenspannungs-Überwachungszellenstrom-Kennlinie auftritt.
  3. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Pumpzellen-Klemmenspannungsbestimmungsschaltung, die eine vorgegebene Spannungs-Strom-Beziehung abfragt und einen Anfangswert der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung als Funktion eines vorliegenden Wertes des von der Pumpzelle erzeugten Pumpzellenstroms bestimmt, wobei die Steuereinrichtung den Anfangswert schrittweise und zyklisch in den Bereich höherer Spannungswerte oder niedrigerer Spannungswerte verändert und den sich ergebenden Wert des Überwachungszellenstroms zur Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung misst, wenn eine Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag in der Pumpzellenklemmenspannungs-Überwachungszellenstrom-Kennlinie auftritt.
  4. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gegebenen Amplituden, mit denen die an die Pumpzelle angelegte Spannung verändert wird, konstant sind.
  5. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gegebenen Amplituden, mit denen die an die Pumpzelle angelegte Spannung verändert wird, aufeinanderfolgend verringert werden.
  6. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung den Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag als den Regelpunkt festlegt.
  7. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dem Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag einen gegebenen Verschiebungswert hinzuaddiert und den Wert, dem der Verschiebungswert hinzuaddiert worden ist, als den Regelpunkt definiert.
  8. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschiebungswert eine Differenz darstellt zwischen einem Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung, bei dem der Sensorzellenstrom in einem ebenen Kennlinienbereich erzeugt wird, in dem der Sensorzellenstrom im wesentlichen konstant gehalten wird, und dem von der Steuereinrichtung bestimmten Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag, wobei die Differenz durch den Typ des verwendeten Gaskonzentrationssensors vorgegeben ist.
  9. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung die an die Pumpzelle angelegte Spannung zur Bestimmung einer ersten Pumpzellen-Klemmenspannung verändert, bei der sich der Wert des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag verändert, und außerdem die an die Pumpzelle angelegte Spannung zur Bestimmung einer zweiten Pumpzellen-Klemmenspannung verändert, bei der der Überwachungszellenstrom einen konstanten Wert annimmt, wobei die Steuereinrichtung die zweite Pumpzellen-Klemmenspannung als den Regelpunkt der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung definiert.
  10. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung die an die Pumpzelle angelegte Spannung schrittweise und zyklisch mit gegebenen Amplituden in Richtung eines ersten Spannungswertes zur Bestimmung der ersten Pumpzellen-Klemmenspannung verändert und sodann die an die Pumpzelle angelegte Spannung schrittweise und zyklisch mit gegebenen Amplituden in einer zur Richtung des ersten Spannungswertes entgegengesetzten Richtung eines zweiten Spannungswertes zur Bestimmung der zweiten Pumpzellen-Klemmenspannung verändert.
  11. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplituden, mit denen die an die Pumpzelle angelegte Spannung zur Bestimmung der ersten Pumpzellen-Klemmenspannung verändert wird, größer sind als die Amplituden, mit denen die an die Pumpzelle angelegte Spannung zur Bestimmung der zweiten Pumpzellen-Klemmenspannung verändert wird.
  12. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung die vor und nach einer Änderung der an die Pumpzelle angelegten Spannung in jedem Zyklus erzeugten Werte des Überwachungszellenstroms miteinander vergleicht, um den Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag zu bestimmen.
  13. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung den einem Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung entsprechenden Wert des Überwachungszellenstroms als Referenzwert festlegt und die Änderung des Überwachungszellenstroms in Bezug auf den Referenzwert bei jedem Zyklus zur Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag misst.
  14. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung einen Wert des Überwachungszellenstroms als Referenzwert festlegt, der außerhalb eines ebenen Kennlinienbereichs erzeugt wird, in dem eine Änderung des Überwachungszellenstroms unter einem bestimmten Änderungsbetrag liegt, und die Änderung des Überwachungszellenstroms in Bezug auf den Referenzwert in jedem Zyklus zur Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag misst.
  15. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung die an die Pumpzelle angelegte Spannung bei jedem Zyklus, bei dem die Spannung schrittweise verändert wird, in den Bereich höherer Spannungswerte oder in den Bereich niedrigerer Spannungswerte ablenkt und die sich ergebende Wellenform des Überwachungszellenstroms zur Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag überwacht.
  16. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung zu Beginn der Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag die an die Pumpzelle angelegte Spannung zumindest entweder in den Bereich höherer Spannungswerte oder in den Bereich niedrigerer Spannungswerte ablenkt und die sich ergebende Wellenform des Überwachungszellenstroms misst um zu bestimmen, ob eine Regelung der an die Pumpzelle angelegten Spannung durchzuführen ist oder nicht.
  17. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung die an die Pumpzelle angelegte Spannung zumindest entweder in den Bereich höherer Spannungswerte oder in den Bereich niedrigerer Spannungswerte ablenkt und die sich ergebende Wellenform des Überwachungszellenstroms zur Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag überwacht.
  18. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung die an die Pumpzelle angelegte Spannung zyklisch mit unterschiedlichen Amplituden ablenkt und die sich ergebende Wellenform des Überwachungszellenstroms in jedem Zyklus zur Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag überwacht.
  19. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung die an die Pumpzelle angelegte Spannung aufeinanderfolgend sowohl in den Bereich höherer Spannungswerte als auch in den Bereich niedrigerer Spannungswerte ablenkt und die sich ergebenden Änderungen des Überwachungszellenstroms misst, wobei die Steuereinrichtung beim Vorliegen von sich voneinander um weniger als einen bestimmten Differenzbetrag unterscheidenden Änderungen die Bestimmung trifft, dass der Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag unverändert bleibt.
  20. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung den Wert der an die Pumpzelle angelegten Spannung aufeinanderfolgend sowohl in den Bereich höherer Spannungswerte als auch in den Bereich niedrigerer Spannungswerte zur jeweiligen Messung der sich hierbei ergebenden Änderungen des Überwachungszellenstroms ablenkt und bei unterschiedlichen Änderungen zueinander sowie in Bezug auf die bei einer ursprünglichen Kennlinie des Gaskonzentrationssensors auftretenden Änderungen die Feststellung trifft, dass der bei einer Änderung des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag auftretende Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung in die entgegengesetzte Richtung in Bezug zu der Richtung verschoben ist, in der der Überwachungszellenstrom bei einer Änderung der an die Pumpzelle angelegten Spannung ansteigt.
  21. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung die an die Pumpzelle angelegte Spannung als Funktion des von der Pumpzelle erzeugten Pumpzellenstroms durch einen Abfragevorgang unter Verwendung einer vorgegebenen Spannungs-Strom-Beziehung steuert und die Konzentration des spezifizierten Gasbestandteils in einem Gaskonzentrations-Messzyklus bestimmt, und dass die Steuereinrichtung die Bestimmung des Regelpunktes und die Korrektur der an die Pumpzelle angelegten Spannung auf den Regelpunkt in einem Korrekturzyklus vornimmt, der keine Koinzidenz mit dem Gaskonzentrations-Messzyklus aufweist.
  22. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Verschlechterungsbestimmungsschaltung, die den Grad einer Verschlechterung der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors auf der Basis des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag bestimmt.
  23. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung eine vorgegebene Spannungs-Strom-Beziehung zur Bestimmung des Wertes der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung als Funktion eines derzeitigen Wertes des von der Pumpzelle erzeugten Pumpzellenstroms abfragt und dass die Steuereinrichtung die Differenz zwischen dem Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung am Regelpunkt und dem unter Verwendung der Spannungs-Strom-Beziehung bestimmten Wert der an die Pumpzelle angelegten Spannung als Spannungskorrekturwert festlegt und den Spannungskorrekturwert in einem Sicherungsspeicher abspeichert.
  24. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung eine vorgegebene Spannungs-Strom-Beziehung zur Bestimmung des Wertes der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung als Funktion eines derzeitigen Wertes des von der Pumpzelle erzeugten Pumpzellenstroms abfragt und dass die Steuereinrichtung die Spannungs-Strom-Beziehung unter Verwendung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung am Regelpunkt korrigiert.
  25. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Gaskammer eintretenden Gase Abgase der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs sind und dass die Steuereinrichtung zur Regelung der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung beim Starten oder im Stillstand der Brennkraftmaschine betrieben wird.
  26. Gaskonzentrations-Messgerät, gekennzeichnet durch einen Gaskonzentrationssensor mit einer Gaskammer, in die Gase eingeleitet werden, einer Pumpzelle, die in Abhängigkeit vom Anlegen einer Spannung in den Gasen enthaltene Sauerstoffmoleküle selektiv aus der Gaskammer herauspumpt und in die Gaskammer hineinpumpt und einen Pumpzellenstrom erzeugt, einer Sensorzelle, die einen Sensorzellenstrom als Funktion der Konzentration eines in den durch die Pumpzelle hindurch getretenen Gasen enthaltenen spezifizierten Gasbestandteils erzeugt, und einer Überwachungszelle, die einen Überwachungszellenstrom erzeugt, der die Konzentration von Sauerstoff-Restmolekülen in der Gaskammer angibt, wobei die Überwachungszelle eine gegebene Pumpzellenklemmenspannungs-Überwachungszellenstrom-Kennlinie aufweist, bei der sich der Überwachungszellenstrom als Funktion einer an die Pumpzelle angelegten Pumpzellen-Klemmenspannung ändert, und eine erste Schaltungsanordnung, die dazu eingerichtet ist, den Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung zu bestimmen, wenn eine Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als ein gegebener Betrag in der Pumpzellenklemmenspannungs-Überwachungszellenstrom-Kennlinie auftritt, und eine zweite Schaltungsanordnung, die dazu eingerichtet ist, den Grad einer Verschlechterung der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors auf der Basis des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag zu bestimmen.
  27. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schaltungsanordnung die Feststellung trifft, dass sich der Grad der Verschlechterung erhöht hat, wenn der Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Überwachungszellenstroms größer als der gegebene Betrag in den Bereich höherer Spannungswerte verschoben ist.
  28. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Gaskammer eintretenden Gase Abgase der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs sind und dass die zweite Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Verschlechterungsgrades beim Starten oder im Stillstand der Brennkraftmaschine betrieben wird.
  29. Gaskonzentrations-Messgerät, gekennzeichnet durch einen Gaskonzentrationssensor mit einer Gaskammer, in die Gase eingeleitet werden, einer Pumpzelle, die in Abhängigkeit vom Anlegen einer Spannung in den Gasen enthaltene Sauerstoffmoleküle selektiv aus der Gaskammer herauspumpt und in die Gaskammer hineinpumpt und einen Pumpzellenstrom erzeugt, einer Sensorzelle, die einen Sensorzellenstrom als Funktion der Konzentration eines in den durch die Pumpzelle hindurch getretenen Gasen enthaltenen spezifizierten Gasbestandteils erzeugt, und einer Überwachungszelle, die einen Überwachungszellenstrom erzeugt, der die Konzentration von Sauerstoff-Restmolekülen in der Gaskammer angibt, wobei die Sensorzelle eine gegebene Pumpzellenklemmenspannungs-Sensorzellenstrom-Kennlinie aufweist, bei der sich der Sensorzellenstrom als Funktion einer an die Pumpzelle angelegten Pumpzellen-Klemmenspannung ändert, und eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, den Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung zu bestimmen, wenn eine Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als ein gegebener Betrag in der Pumpzellenklemmenspannungs-Sensorzellenstrom-Kennlinie auftritt, wobei die Steuereinrichtung außerdem dazu eingerichtet ist, unter Verwendung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung einen Regelpunkt zu bestimmen, auf den die an die Pumpzelle angelegte Spannung einzuregeln ist.
  30. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung Änderungen der an die Pumpzelle angelegten Spannung schrittweise und zyklisch mit gegebenen Amplituden in den Bereich höherer Spannungswerte oder den Bereich niedrigerer Spannungswerte herbeiführt und den sich ergebenden Wert des Sensorzellenstroms zur Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung misst, wenn eine Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag in der Pumpzellenklemmenspannungs-Sensorzellenstrom-Kennlinie auftritt.
  31. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 30, gekennzeichnet durch eine Pumpzellen-Klemmenspannungsbestimmungsschaltung, die eine vorgegebene Spannungs-Strom-Beziehung abfragt und einen Anfangswert der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung als Funktion eines vorliegenden Wertes des von der Pumpzelle erzeugten Pumpzellenstroms bestimmt, wobei die Steuereinrichtung den Anfangswert schrittweise und zyklisch in den Bereich höherer Spannungswerte oder niedrigerer Spannungswerte verändert und den sich ergebenden Wert des Sensorzellenstroms zur Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung misst, wenn eine Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag in der Pumpzellenklemmenspannungs-Sensorzellenstrom-Kennlinie auftritt.
  32. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die gegebenen Amplituden, mit denen die an die Pumpzelle angelegte Spannung verändert wird, konstant sind.
  33. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die gegebenen Amplituden, mit denen die an die Pumpzelle angelegte Spannung verändert wird, aufeinanderfolgend verringert werden.
  34. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung den Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag als den Regelpunkt festlegt.
  35. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dem Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag einen gegebenen Verschiebungswert hinzuaddiert und den Wert, dem der Verschiebungswert hinzuaddiert worden ist, als den Regelpunkt definiert.
  36. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung die an die Pumpzelle angelegte Spannung zur Bestimmung einer ersten Pumpzellen-Klemmenspannung verändert, bei der sich der Wert des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag verändert, und außerdem die an die Pumpzelle angelegte Spannung zur Bestimmung einer zweiten Pumpzellen-Klemmenspannung verändert, bei der der Sensorzellenstrom einen konstanten Wert annimmt, wobei die Steuereinrichtung die zweite Pumpzellen-Klemmenspannung als den Regelpunkt der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung definiert.
  37. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung die an die Pumpzelle angelegte Spannung schrittweise und zyklisch mit gegebenen Amplituden in Richtung eines ersten Spannungswertes zur Bestimmung der ersten Pumpzellen-Klemmenspannung verändert und sodann die an die Pumpzelle angelegte Spannung schrittweise und zyklisch mit gegebenen Amplituden in einer zur Richtung des ersten Spannungswertes entgegengesetzten Richtung eines zweiten Spannungswertes zur Bestimmung der zweiten Pumpzellen-Klemmenspannung verändert.
  38. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplituden, mit denen die an die Pumpzelle angelegte Spannung zur Bestimmung der ersten Pumpzellen-Klemmenspannung verändert wird, größer sind als die Amplituden, mit denen die an die Pumpzelle angelegte Spannung zur Bestimmung der zweiten Pumpzellen-Klemmenspannung verändert wird.
  39. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung die vor und nach einer Änderung der an die Pumpzelle angelegten Spannung in jedem Zyklus erzeugten Werte des Sensorzellenstroms miteinander vergleicht, um den Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag zu bestimmen.
  40. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung den einem Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung entsprechenden Wert des Sensorzellenstroms als Referenzwert festlegt und die Änderung des Sensorzellenstroms in Bezug auf den Referenzwert bei jedem Zyklus zur Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag misst.
  41. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung einen Wert des Sensorzellenstroms als Referenzwert festlegt, der außerhalb eines ebenen Kennlinienbereichs erzeugt wird, in dem eine Änderung des Sensorzellenstroms unter einem bestimmten Änderungsbetrag liegt, und die Änderung des Sensorzellenstroms in Bezug auf den Referenzwert in jedem Zyklus zur Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag misst.
  42. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung die an die Pumpzelle angelegte Spannung bei jedem Zyklus, bei dem die Spannung schrittweise verändert wird, in den Bereich höherer Spannungswerte oder in den Bereich niedrigerer Spannungswerte ablenkt und die sich ergebende Wellenform des Sensorzellenstroms zur Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag überwacht.
  43. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung zu Beginn der Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag die an die Pumpzelle angelegte Spannung zumindest entweder in den Bereich höherer Spannungswerte oder in den Bereich niedrigerer Spannungswerte ablenkt und die sich ergebende Wellenform des Sensorzellenstroms misst um zu bestimmen, ob eine Regelung der an die Pumpzelle angelegten Spannung durchzuführen ist oder nicht.
  44. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung die an die Pumpzelle angelegte Spannung zumindest entweder in den Bereich höherer Spannungswerte oder in den Bereich niedrigerer Spannungswerte ablenkt und die sich ergebende Wellenform des Sensorzellenstroms zur Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag überwacht.
  45. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung die an die Pumpzelle angelegte Spannung zyklisch mit unterschiedlichen Amplituden ablenkt und die sich ergebende Wellenform des Sensorzellenstroms in jedem Zyklus zur Bestimmung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag überwacht.
  46. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung die an die Pumpzelle angelegte Spannung aufeinanderfolgend sowohl in den Bereich höherer Spannungswerte als auch in den Bereich niedrigerer Spannungswerte ablenkt und die sich ergebenden Änderungen des Sensorzellenstroms misst, wobei die Steuereinrichtung beim Vorliegen von sich voneinander um weniger als einen bestimmten Differenzbetrag unterscheidenden Änderungen die Bestimmung trifft, dass der Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag unverändert bleibt.
  47. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung den Wert der an die Pumpzelle angelegten Spannung aufeinanderfolgend sowohl in den Bereich höherer Spannungswerte als auch in den Bereich niedrigerer Spannungswerte zur jeweiligen Messung der sich hierbei ergebenden Änderungen des Sensorzellenstroms ablenkt und bei unterschiedlichen Änderungen zueinander sowie in Bezug auf die bei einer ursprünglichen Kennlinie des Gaskonzentrationssensors auftretenden Änderungen die Feststellung trifft, dass der bei einer Änderung des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag auftretende Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung in die entgegengesetzte Richtung in Bezug zu der Richtung verschoben ist, in der der Sensorzellenstrom bei einer Änderung der an die Pumpzelle angelegten Spannung ansteigt.
  48. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung die an die Pumpzelle angelegte Spannung als Funktion des von der Pumpzelle erzeugten Pumpzellenstroms durch einen Abfragevorgang unter Verwendung einer vorgegebenen Spannungs-Strom-Beziehung steuert und die Konzentration des spezifizierten Gasbestandteils in einem Gaskonzentrations-Messzyklus bestimmt, und dass die Steuereinrichtung die Bestimmung des Regelpunktes und die Korrektur der an die Pumpzelle angelegten Spannung auf den Regelpunkt in einem Korrekturzyklus vornimmt, der keine Koinzidenz mit dem Gaskonzentrations-Messzyklus aufweist.
  49. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch eine Verschlechterungsbestimmungsschaltung, die den Grad einer Verschlechterung der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors auf der Basis des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag bestimmt.
  50. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung eine vorgegebene Spannungs-Strom-Beziehung zur Bestimmung des Wertes der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung als Funktion eines derzeitigen Wertes des von der Pumpzelle erzeugten Pumpzellenstroms abfragt und dass die Steuereinrichtung die Differenz zwischen dem Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung am Regelpunkt und dem unter Verwendung der Spannungs-Strom-Beziehung bestimmten Wert der an die Pumpzelle angelegten Spannung als Spannungskorrekturwert festlegt und den Spannungskorrekturwert in einem Sicherungsspeicher abspeichert.
  51. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung eine vorgegebene Spannungs-Strom-Beziehung zur Bestimmung des Wertes der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung als Funktion eines derzeitigen Wertes des von der Pumpzelle erzeugten Pumpzellenstroms abfragt und dass die Steuereinrichtung die Spannungs-Strom-Beziehung unter Verwendung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung am Regelpunkt korrigiert.
  52. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Gaskammer eintretenden Gase Abgase der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs sind und dass die Steuereinrichtung zur Regelung der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung beim Starten oder im Stillstand der Brennkraftmaschine betrieben wird.
  53. Gaskonzentrations-Messgerät, gekennzeichnet durch einen Gaskonzentrationssensor mit einer Gaskammer, in die Gase eingeleitet werden, einer Pumpzelle, die in Abhängigkeit vom Anlegen einer Spannung in den Gasen enthaltene Sauerstoffmoleküle selektiv aus der Gaskammer herauspumpt und in die Gaskammer hineinpumpt und einen Pumpzellenstrom erzeugt, einer Sensorzelle, die einen Sensorzellenstrom als Funktion der Konzentration eines in den durch die Pumpzelle hindurchgetretenen Gasen enthaltenen spezifizierten Gasbestandteils erzeugt, und einer Überwachungszelle, die einen Überwachungszellenstrom erzeugt, der die Konzentration von Sauerstoff-Restmolekülen in der Gaskammer angibt, wobei die Sensorzelle eine gegebene Pumpzellenklemmenspannungs-Sensorzellenstrom-Kennlinie aufweist, bei der sich der Sensorzellenstrom als Funktion einer an die Pumpzelle angelegten Pumpzellen-Klemmenspannung ändert, und eine erste Schaltungsanordnung, die dazu eingerichtet ist, den Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung zu bestimmen, wenn eine Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag mit einem gegebenen Betrag in der Pumpzellenklemmenspannungs-Sensorzellenstrom-Kennlinie auftritt, und eine zweite Schaltungsanordnung, die dazu eingerichtet ist, den Grad einer Verschlechterung der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors auf der Basis des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag zu bestimmen.
  54. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schaltungsanordnung die Feststellung trifft, dass sich der Grad der Verschlechterung erhöht hat, wenn der Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung bei einer Änderung des Wertes des Sensorzellenstroms größer als der gegebene Betrag in den Bereich höherer Spannungswerte verschoben ist.
  55. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Gaskammer eintretenden Gase Abgase der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs sind und dass die zweite Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Verschlechterungsgrades beim Starten oder im Stillstand der Brennkraftmaschine betrieben wird.
DE10261269.2A 2001-12-27 2002-12-27 Gaskonzentrations-Messgerät mit minimalem Messfehler Expired - Fee Related DE10261269B4 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP01-397348 2001-12-27
JP2001397348 2001-12-27
JP2002321043A JP3880506B2 (ja) 2001-12-27 2002-11-05 ガス濃度検出装置
JP02-321043 2002-11-05

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10261269A1 DE10261269A1 (de) 2003-07-17
DE10261269B4 true DE10261269B4 (de) 2021-06-24

Family

ID=26625332

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10261269.2A Expired - Fee Related DE10261269B4 (de) 2001-12-27 2002-12-27 Gaskonzentrations-Messgerät mit minimalem Messfehler

Country Status (3)

Country Link
US (1) US6901785B2 (de)
JP (1) JP3880506B2 (de)
DE (1) DE10261269B4 (de)

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4134600B2 (ja) * 2002-05-29 2008-08-20 トヨタ自動車株式会社 ガス処理装置
KR100529233B1 (ko) * 2003-09-06 2006-02-24 한국전자통신연구원 센서 및 그 제조 방법
JP3849678B2 (ja) * 2003-09-19 2006-11-22 トヨタ自動車株式会社 ガス濃度測定装置
US7263823B2 (en) * 2004-05-27 2007-09-04 Cummins, Inc. System for measuring NOx content of exhaust gas
DE102004048136A1 (de) * 2004-10-02 2006-04-06 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Diagnose eines in einem Abgasbereich einer Brennkraftmaschine angeordneten NOx-Sensors und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
JP2006200930A (ja) * 2005-01-18 2006-08-03 Toyota Motor Corp 排気ガスセンサの制御装置
JP4603471B2 (ja) * 2005-11-25 2010-12-22 日本特殊陶業株式会社 センサ素子劣化判定装置およびセンサ素子劣化判定方法
JP4592570B2 (ja) * 2005-11-25 2010-12-01 日本特殊陶業株式会社 センサ素子劣化判定装置およびセンサ素子劣化判定方法
JP4592571B2 (ja) * 2005-11-25 2010-12-01 日本特殊陶業株式会社 センサ素子劣化判定装置およびセンサ素子劣化判定方法
US20080140301A1 (en) * 2006-11-20 2008-06-12 Yi Ding System and Method for Improving Accuracy of a Gas Sensor
JP5030177B2 (ja) * 2007-11-05 2012-09-19 日本特殊陶業株式会社 ガスセンサ制御装置およびガスセンサ制御システム
CN101910833B (zh) * 2007-12-26 2014-02-19 丰田自动车株式会社 气体浓度检测设备
JP4941325B2 (ja) * 2008-01-22 2012-05-30 トヨタ自動車株式会社 ガス濃度検出装置
DE102009001840A1 (de) * 2009-03-25 2010-09-30 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Sensorelements und Sensorelement
DE102009001839A1 (de) * 2009-03-25 2010-09-30 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Sensorelements und Sensorelement
DE102011084734A1 (de) * 2011-10-18 2013-04-18 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Abgleichen eines Gassensors
JP5907345B2 (ja) * 2012-02-03 2016-04-26 株式会社デンソー ガスセンサ制御装置及び内燃機関の制御装置
CN103376286B (zh) * 2012-04-26 2015-03-25 金坛鸿鑫电子科技有限公司 尾气检测传感器及其氮氧化物浓度、颗粒物浓度检测方法
JP6558109B2 (ja) * 2014-07-25 2019-08-14 株式会社デンソー ガス濃度検出装置
JP6776533B2 (ja) * 2015-12-25 2020-10-28 株式会社デンソー ガスセンサの制御装置
JP6560152B2 (ja) * 2016-04-06 2019-08-14 日本特殊陶業株式会社 ガスセンサ素子の劣化判定装置
JP6658672B2 (ja) * 2017-05-26 2020-03-04 株式会社デンソー ガスセンサ制御装置
JP6819538B2 (ja) * 2017-10-19 2021-01-27 株式会社デンソー ガスセンサ制御装置
JP2019090690A (ja) * 2017-11-15 2019-06-13 日立金属株式会社 ガス測定装置および方法
JP7138069B2 (ja) * 2019-03-29 2022-09-15 日本碍子株式会社 センサ素子の制御用の目標値の決定方法，センサ素子の製造方法，及びガスセンサの製造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2885336B2 (ja) * 1994-04-21 1999-04-19 日本碍子株式会社 被測定ガス中のＮＯｘ濃度の測定方法及び測定装置
US6295862B1 (en) * 1998-11-02 2001-10-02 Denso Corporation Gas concentration measuring apparatus compensating for error component of output signal
EP1231465A2 (de) * 2001-02-08 2002-08-14 Denso Corporation Gassensorelement mit Sensorzelle und Sauerstoffmonitor an praktisch gleicher Stelle im Gasstrom

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5672811A (en) * 1994-04-21 1997-09-30 Ngk Insulators, Ltd. Method of measuring a gas component and sensing device for measuring the gas component
JP3488591B2 (ja) 1996-03-28 2004-01-19 日本碍子株式会社 酸化物センサ

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2885336B2 (ja) * 1994-04-21 1999-04-19 日本碍子株式会社 被測定ガス中のＮＯｘ濃度の測定方法及び測定装置
US6295862B1 (en) * 1998-11-02 2001-10-02 Denso Corporation Gas concentration measuring apparatus compensating for error component of output signal
EP1231465A2 (de) * 2001-02-08 2002-08-14 Denso Corporation Gassensorelement mit Sensorzelle und Sauerstoffmonitor an praktisch gleicher Stelle im Gasstrom

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003254938A (ja) 2003-09-10
DE10261269A1 (de) 2003-07-17
US6901785B2 (en) 2005-06-07
US20030121310A1 (en) 2003-07-03
JP3880506B2 (ja) 2007-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10261269B4 (de) Gaskonzentrations-Messgerät mit minimalem Messfehler
DE10261281B4 (de) Gaskonzentrations-Messgerät mit minimalem Messfehler
DE69737043T2 (de) Verfahren zur Steuerung des Abgassystems eines Motors
DE10223963B4 (de) Leistungszuführungssteuerungssystem für eine in einem Gassensor verwendete Heizeinrichtung
DE10352064B4 (de) Gaskonzentrationsmessgerät mit hohem Auflösungsvermögen
DE19708011B4 (de) Verfahren zum Erfassen von Sensorelement-Widerständen
DE3710155C2 (de)
DE3515588A1 (de) Luft/kraftstoff-verhaeltnis-detektor und diesen enthaldendes regelsystem
DE3627227C2 (de)
DE19818050B4 (de) Verfahren zur Steuerung einer in einem Gaskonzentrationssensor enthaltenen Heizeinrichtung
DE3635624A1 (de) Vorrichtung zum messen eines bestandteils eines gasfoermigen gemisches
DE102011001028B4 (de) Gassensorelement, Gassensor und Kontrollsystem eines Gassensors
DE4304966A1 (de) Lambdawert-Ermittlungsvorrichtung
DE102004040291B4 (de) Konzentrationsdetektor
EP1616174B1 (de) Verfahren zum betreiben eines gassensors
DE102004015572A1 (de) Gaskonzentrationsmessgerät
DE69738007T2 (de) Gassensor, Verfahren zur Überwachung des Gassensors und der Gaskonzentration
DE102018108493A1 (de) Sensorvorrichtung und Sensoreinheit
EP1144830B1 (de) Verfahren zur funktionsüberwachung und/oder regenerierung einer gassonde
DE69826748T2 (de) Gassensor und Verfahren zur Überwachung des Gassensors
DE60027978T2 (de) Gasanalysegerät und Kalibrierverfahren dafür
DE102004045161B4 (de) Gaskonzentrations-Messvorrichtung
DE102018201266A1 (de) Verfahren zum Ermitteln eines angepassten Kompensationsfaktors eines amperometrischen Sensors und amperometrischer Sensor
DE4122828A1 (de) Luft-brennstoff-verhaeltnis-steuersystem
DE10339685A1 (de) Störsignalfreies Gaskonzentrations-Messgerät

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
8125 Change of the main classification

Ipc: G01N 27/407 AFI20051017BHDE

R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee