DE10339684B4

DE10339684B4 - Gassensor-Störungsermittlungsvorrichtung zur Erfassung des Vorliegens oder Nichtvorliegens eines Störzustands eines Gassensors mit einer Vielzahl von Zellen

Info

Publication number: DE10339684B4
Application number: DE10339684.5A
Authority: DE
Inventors: Eiichi Kurokawa; Tomoo Kawase
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2019-05-16
Anticipated expiration: 2023-08-29
Also published as: DE10339684A1; US20040153258A1; US6996499B2; JP4020019B2; JP2004144733A

Abstract

Gassensor-Störungsermittlungsvorrichtung zur Erfassung des Vorliegens oder Nichtvorliegens eines Störzustands eines Gassensors mit einer Vielzahl von Zellen, die jeweils ein auf einem Festelektrolytmaterial ausgebildetes Elektrodenpaar zur Erzeugung eines der Zusammensetzung eines an den Oberflächen der Elektroden befindlichen Messgases entsprechenden Signals und Abgabe des Signals über eine mit den Elektroden verbundene Signalleitung aufweisen und derart ausgebildet sind, dass die einen Elektroden der Elektrodenpaare der Vielzahl von Zellen in einer gemeinsamen Kammer angeordnet sind, wobei die Gassensor-Störungsermittlungsvorrichtung aufweist:eine Signaleingabeeinrichtung zur zeitweiligen Zuführung eines eine Wechselstromkomponente enthaltenden Testsignals über die Signalleitung zu einer einer Störzustandsermittlung unterzogenen Zelle der Vielzahl von Zellen,eine Ansprechsignal-Detektoreinrichtung zur Messung eines an der Signalleitung für die der Störzustandsermittlung unterzogenen Zelle in Abhängigkeit von der Eingabe des Testsignals auftretenden Ansprechsignals, wobei für die Messung des Ansprechsignals eine vorgegebene Verzögerungszeit in Bezug auf das Testsignal eingestellt ist, undeine Beurteilungseinrichtung zum Vergleichen eines Messwertes des Ansprechsignals mit einem vorgegebenen Wert, wobei die Beurteilung getroffen wird, dass ein Unterbrechungs-Störzustand bei der der Störzustandsermittlung unterzogenen Zelle vorliegt, wenn der Messwert in einem Bereich von durch den vorgegebenen Wert festgelegten Bereichen liegt,wobei die Beurteilung dahingehend getroffen wird, bei welcher der zwei Elektroden der Unterbrechungs-Störzustand vorliegt, indem der vorgegebene Wert in Abhängigkeit von der vorgegebenen Verzögerungszeit eingestellt wird, sodassdie Beurteilung getroffen wird, dass bei der einen der zwei Elektroden der Unterbrechungs-Störzustand vorliegt, wenn der zu einer ersten vorgegebenen Verzögerungszeit gemessene Messwert in einem Bereich von durch einen ersten vorgegebenen Wert festgelegten Bereichen liegt, unddie Beurteilung getroffen wird, dass bei der anderen der zwei Elektroden der Unterbrechungs-Störzustand vorliegt, wenn der zu einer zweiten vorgegebenen Verzögerungszeit gemessene Messwert in einem Bereich von durch den ersten vorgegebenen Wert und einen zweiten vorgegebenen Wert festgelegten Bereichen liegt,wobei der zweite vorgegebene Wert größer ist als der erste vorgegebene Wert, und die zweite vorgegebene Verzögerungszeit verschieden ist von der ersten vorgegebenen Verzögerungszeit.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gassensor-Störungsermittlungsvorrichtung zur Erfassung des Vorliegens oder Nichtvorliegens eines Störzustands eines Gassensors mit einer Vielzahl von Zellen.
Gassensoren finden auf verschiedenen Gebieten Verwendung. Bekanntermaßen kann z.B. ein Gassensor im Abgasrohr einer Brennkraftmaschine zur Messung einer Gaskonzentration, wie der Konzentration von Sauerstoff, in dem von der Brennkraftmaschine ausgestoßenen Abgas angeordnet und das erhaltene Messsignal zur Steuerung von Elementen oder Stellgliedern der Brennkraftmaschine verwendet werden.
Im allgemeinen wird in jüngerer Zeit ein solcher Gassensor für Brennkraftmaschinen aus einem Sauerstoffionen leitenden Festelektrolytmaterial wie Zirkondioxid hergestellt. In einem bekannten Gassensor dieser Art ist z.B. eine Kammer ausgebildet, um einen Austausch von Sauerstoff zwischen dem ein zu messendes Gas enthaltenden Außenbereich des Gassensors und dem Innenbereich des Gassensors herbeiführen zu können, wobei der Sauerstoff unter Verwendung einer Zelle aus einem Festelektrolytmaterial (Festelektrolytelement) mit zwei daran angeordneten Elektroden in die Kammer eingeführt und aus der Kammer abgeführt wird. Bei diesem Gassensor wird eine Spannung an die beiden Elektroden über mit diesen verbundene Signalleitungen angelegt, um als Ladungsträger im Inneren des Festelektrolytmaterials dienende Sauerstoffionen zum Einleiten und Ableiten von Sauerstoff zu bewegen (pumpen). Darüber hinaus wird ein der Sauerstoffkonzentration im Inneren der Kammer entsprechender Grenzstrom herbeigeführt, um einen über die Signalleitungen fließenden Strom zur Ermittlung der Sauerstoffkonzentration zu messen. In diesem Zusammenhang ist auch ein Gassensor bekannt, in dem mehrere Zellen mit einem solchen Aufbau zur zusätzlichen Erfassung von NOx, CO und HC vorgesehen sind.
Ferner ist es seit einigen Jahren bekannt, bei Brennkraftmaschinen und anderen Geräten das Vorliegen oder Nichtvorliegen von Störzuständen verschiedener Art in Form einer Selbstdiagnose unter Betriebsbedingungen oder dergleichen zu erfassen. Aus der japanischen Patent-Offenlegungsschrift JP H11- 6 812 A ist in diesem Zusammenhang eine Vorrichtung bekannt, die eine Feststellung bezüglich des Vorliegens eines Störzustands bei einem Gassensor trifft. Diese Vorrichtung ist zur Ermittlung eines Ausfalls der Stromzufuhr eines in den Gassensor eingebauten Heizelements ausgestaltet, wobei eine Entscheidung bezüglich des Vorliegens oder Nichtvorliegens einer Fehlfunktion oder eines Störzustands wie einer Unterbrechung oder eines Bruchs im eingeschalteten Zustand des Heizelements in Form einer binären Beurteilung einer Spannung oder eines Stroms auf der Basis des jeweiligen Betrages der Spannung oder des Stroms getroffen wird.
Durch die in der vorstehend genannten Literaturstelle offenbarten Maßnahmen soll somit eine Unterbrechung zwischen den Zellenelektroden und den Signalleitungen oder in der Mitte der Signalleitungen erfasst werden, um schnell eine Beurteilung bezüglich eines bestehenden Störzustandes treffen und damit eine normale Messung der Gaskonzentration gewährleisten zu können. So wird z.B. das Anlegen einer Spannung an die Elektroden der Zelle in Betracht gezogen, wodurch die Möglichkeit gegeben ist, das Auftreten oder Nichtauftreten eines Stroms zu erfassen.
Die allgemeine Entwicklung bei Gassensoren geht jedoch in Richtung einer Verringerung der Abmessungen und eines vielzelligen Aufbaus, sodass sich das Vorliegen oder Nichtvorliegen einer Unterbrechung auf der Basis einer Stromdetektion nicht immer mit der erforderlichen Genauigkeit feststellen lässt. Dies beruht im wesentlichen auf den durch die integrierte Anordnung eines Heizelements oder der Zellen gegebenen gegenseitigen Einwirkungen.
Die DE 199 62 654 A1 offenbart eine Luft-Kraftstoff-Verhältniserfassungseinrichtung und ein -verfahren, insbesondere einen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor mit einzelligem Sensoraufbau. Dabei wird gelehrt, dass unter normalen Bedingungen die Temperatur eines in einem Sensoraufbau vorgesehenen Sauerstoff leitenden Elements etwa 700°C beträgt und die Elementimpedanz etwa 30Ω beträgt. Falls ein Fehler in dem Sensoraufbau oder einer Sensoraufbauansteuerschaltung auftritt, wird der Strom null und die Elementimpedanz unendlich. Falls eine Heizung sich verschlechtert hat, steigt die Elementtemperatur lediglich auf beispielsweise etwa 550°C an und wird die Elementimpedanz etwa 150Ω. Falls ein Fehler in der Heizung oder der Heizungsansteuerschaltung auftritt, wird das Element lediglich durch Abgas erhitzt, so dass die Elementtemperatur lediglich auf die Temperatur des Abgases ansteigt und die Elementimpedanz einen Wert entsprechend einer Elementtemperatur von 300°C annimmt. Damit eine Fehlerdiagnose durchgeführt wird, sind zum Vergleich des erfassten Elementimpedanzwertes drei Referenzwerte eingestellt.
Weiterer relevanter Stand der Technik ist etwa bekannt aus den Druckschriften JP 2000 - 180 405 A , EP 1 202 048 A2 , JP 2000 - 121 600 A , JP 10 - 206 371 A , EP 0 892 265 A1 und JP 2000 - 205 032 A
Unter Berücksichtigung der vorstehend beschriebenen Gegebenheiten liegt der Erfindung daher die Aufgabe zu Grunde, eine Gassensor-Störungsermittlungsvorrichtung anzugeben, mit deren Hilfe sich das Vorliegen oder Nichtvorliegen eines Störzustands eines Gassensors mit einer Vielzahl von Zellen (z.B. einer Unterbrechung in dem mehrzelligen Gassensor) genau erfassen bzw. feststellen lässt.
Diese Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen angegebenen Mitteln gelöst.
Insbesondere lehrt die Erfindung eine Gassensor-Störungsermittlungsvorrichtung, wie sie in unabhängigem Patentanspruch 1 dargelegt ist, und eine Gassensor-Störungsermittlungsvorrichtung, wie sie in unabhängigem Patentanspruch 9 dargelegt ist, wobei vorteilhafte Weiterbildungen dieser in jeweiligen abhängigen Patentansprüchen dargelegt sind.
Nachstehend folgt eine Zusammenfassung zur Erläuterung und zum Verständnis der Erfindungen.
Da die Zellenelektroden eine zweidimensionale Anordnung aufweisen, um die Bewegung einer Sauerstoffmenge in einem Festelektrolytmaterial zu gewährleisten, besitzt die Ersatzschaltung der Zelle eine relativ große parasitäre Kapazität. Die Impedanz für eine Wechselstromkomponente ist daher im Vergleich zu der Impedanz in einem Unterbrechungsabschnitt beim Auftreten eines Unterbrechungs-Störzustandes in der Zelle erheblich niedriger. Das Ansprechsignal zeigt daher in Abhängigkeit vom Vorliegen oder Nichtvorliegen einer Unterbrechung starke Änderungen. Dies ermöglicht eine deutliche Unterscheidung von einem Stromsignal eines in der Signalleitung auf Grund der Einwirkung anderer Zellen oder dergleichen in einem stationären Zustand fließenden Stroms, wodurch sich die Bestimmungs- bzw. Beurteilungsgenauigkeit verbessert.
Wenn ferner die Temperatur des Festelektrolytmaterials in einem gewissen Ausmaß ansteigt und dessen Impedanz in einem gewissen Ausmaß abfällt, kann auf Grund der Tatsache, dass das Ansprechsignal starke Änderungen in Abhängigkeit vom Vorliegen oder Nichtvorliegen einer Unterbrechung zeigt, eine sofortige Unterbrechungsermittlung erfolgen.
Wenn bei einem mehrzelligen Gassensor mit verringerten Abmessungen z.B. die Elektroden einer Anzahl von Zellen auf dem gleichen Festelektrolytmaterial ausgebildet sind, liegen die einer Detektion unterzogene Zelle und die anderen Zellen dicht beieinander, sodass zwischen den Zellen eine parasitäre Kapazität vorhanden ist. Somit fließt auch bei Vorliegen einer Unterbrechung in oder an einer Elektrode bei einem Testsignal ein Strom über eine parasitäre Kapazität zwischen einer Elektrode, bei der keine Unterbrechung vorliegt, und einer Elektrode einer anderen Zelle. Aus diesem Grund wird für die Detektion des Ansprechsignals eine vorgegebene Zeitverzögerung in Bezug auf ein Testsignal eingestellt, um die Ermittlung einer Unterbrechung in einem Zustand durchführen zu können, bei dem sich der Einfluss der parasitären Kapazität zwischen den Zellen auf ein Signal an der Signalleitung verringert hat, wodurch sich die Genauigkeit der Unterbrechungsermittlung verbessert.
Wenn bei einem mehrzelligen Gassensor mit verkleinerten Abmessungen die Elektroden einer Anzahl von Zellen auf dem gleichen Festelektrolytmaterial ausgebildet sind, befinden sich eine einer Detektion unterzogene Zelle und andere Zellen dicht beieinander, sodass zwischen den Zellen eine parasitäre Kapazität vorhanden ist. Die Impedanz für eine Wechselstromkomponente ist daher im Vergleich zu der Impedanz in einem unterbrochenen Abschnitt bei Vorliegen eines Unterbrechungs-Störzustands in einer Zelle erheblich niedriger, sodass das Ansprechsignal entsprechend dem Vorliegen oder Nichtvorliegen einer Unterbrechung eine starke Änderung zeigt. Dies ermöglicht eine deutliche Unterscheidung von dem Stromsignal eines in den Signalleitungen in einem stationären Zustand auf Grund der Einwirkungen der anderen Zellen oder dergleichen fließenden Stroms, wodurch sich die Beurteilungsgenauigkeit erhöht.
Wenn ferner eine verlängerte Zeit für die Testsignalabgabe vorgesehen wird, um eine ausreichende Zeitdauer für die Unterbrechungsdetektion vorzugeben, verändert sich bei der Beaufschlagung einer bestimmten Zelle mit dem Testsignal die Sauerstoffkonzentration in der Kammer, in der die Elektrode der spezifischen Zelle angeordnet ist, in Abhängigkeit von dem Vorgang des Hereinpumpens und Abpumpens von Sauerstoff. Wenn somit keine Unterbrechung der mit der in der gleichen Kammer angeordneten Elektrode der detektierten Zelle verbundenen Signalleitungen vorliegt, ändert sich das Gasmesssignal in Abhängigkeit von der Änderung der Sauerstoffkonzentration, was zur Bildung eines Ansprechsignals führt. Dies ermöglicht die Ermittlung des Vorliegens oder Nichtvorliegens eines Unterbrechungszustands. Da das Ansprechsignal auf der tatsächlichen Veränderung der Sauerstoffkonzentration in der Kammer basiert, ist eine deutliche Unterscheidung von einem Stromsignal eines in der Signalleitung im stationären Zustand auf Grund der Einwirkung der anderen Zellen oder dergleichen fließenden Stroms möglich, wodurch sich die Beurteilungsgenauigkeit erhöht.
Da außerdem keine Testsignal-Eingabeeinrichtung in Bezug auf die der Detektion unterzogenen Zelle vorgesehen ist, ergibt sich eine höhere Gestaltungsfreiheit.
Die Vorrichtung kann außerdem eine Temperaturzustands-Detektoreinrichtung zur Ermittlung des Temperaturzustands des Festelektrolytmaterials umfassen und eine Sperreinrichtung zur Verhinderung der Störzustands-Beurteilungsverarbeitung durch die Beurteilungseinrichtung, bis der Temperaturzustand des Festelektrolytmaterials einen vorgegebenen Temperaturbereich erreicht hat.
Wenn sich das Festelektrolytmaterial in einem abgekühlten Zustand befindet, liegt eine hohe Impedanz zwischen den Elektroden vor, während die parasitäre Kapazität niedrig ist. Wenn in diesem Zustand eine Unterbrechungsermittlung erfolgt, ist es schwierig, ein Ansprechsignal mit einem ausreichenden Betrag zu erhalten. Aus diesem Grund wird die Störzustandsbeurteilung erst durchgeführt, nachdem der Temperaturzustand des Festelektrolytmaterials einen vorgegebenen Temperaturbereich erreicht hat, wodurch sich eine genauere Unterbrechungsbeurteilung erzielen lässt.
die Impedanz zwischen den Elektroden auf der Basis des Testsignals und des Ansprechsignals, wobei die ermittelte Impedanz als Parameter für den Temperaturzustand verwendet wird.
Da die Impedanz zwischen den Elektroden abfällt, während sich der Temperaturzustand des Festelektrolytmaterials erhöht und in Richtung des Aktivierungstemperaturbereichs ansteigt, kann der Temperaturzustand des Festelektrolytmaterials auf der Basis der Zwischenelektroden-Impedanz relativ genau erfasst werden. Auf diese Weise ist die Verwendung zusätzlicher Sensoren nicht erforderlich, wodurch sich die Konfiguration vereinfacht.
Wenn als Testsignal eine Wechselspannung angelegt wird, um die Unterbrechungsermittlung auf der Basis einer auf der vorstehend beschriebenen parasitären Kapazität beruhenden Stromänderung durchzuführen, fließt zwischen den Elektroden ein Wechselstrom, wenn in den mit den Elektroden verbundenen Signalleitungen keine Unterbrechung vorliegt, wobei das von diesem Wechselstrom erhaltene Strom-Ansprechsignal einen relativ hohen Betrag annimmt. Im Falle einer Unterbrechung wird dagegen dieser Wechselstrom im wesentlichen zu 0. Wenn somit der eine Bereich auf einen kleineren Bereich als der vorgeschriebene Wert eingestellt wird, lässt sich eine Unterbrechungsbeurteilung durchführen.
Wenn als Testsignal ein Wechselstrom angelegt wird, um die Unterbrechungsbeurteilung auf der Basis einer auf der vorstehend beschriebenen parasitären Kapazität beruhenden Spannungsänderung durchzuführen, fließt zwischen den Elektroden ein Wechselstrom, wenn in den mit den Elektroden verbundenen Signalleitungen keine Unterbrechung vorliegt. Da die Impedanz für eine Wechselstromkomponente - wie vorstehend beschrieben - in einer Zelle niedrig ist, nimmt das durch diesen Wechselstrom erhaltene Spannungs-Ansprechsignal einen relativ niedrigen Betrag an. Da die Zelle eine niedrige Impedanz aufweist, nimmt das Spannungs-Ansprechsignal bei Auftreten einer Unterbrechung auf Grund der Impedanz am unterbrochenen Abschnitt einen hohen Wert an. Wenn somit der eine Bereich auf einen größeren Bereich als der vorgegebene Wert eingestellt wird, ist eine Unterbrechungsermittlung durchführbar.
Da die Elektroden einer Zelle in Form einer zweidimensionalen Anordnung vorgesehen sind, um zu gewährleisten, dass sich eine gewisse Menge an Sauerstoff in dem Festelektrolytmaterial bewegt, weist das Ersatzschaltbild der Zelle eine relativ große parasitäre Kapazität auf. Wenn somit ein Unterbrechungs-Störzustand in der Zelle auftritt, ist die Impedanz für die Wechselstromkomponente im Vergleich zu der Impedanz des unterbrochenen Abschnitts äußerst gering. Das Impedanz- oder Ansprechsignal zeigt somit in Abhängigkeit vom Vorliegen oder Nichtvorliegen eines Unterbrechungszustands starke Änderungen. Die Impedanz kann auf der Basis einer als Testsignal dienenden Spannungsänderung oder Stromänderung und einer als Ansprechsignal dienenden Stromänderung oder Spannungsänderung erhalten werden. Da das Ansprechsignal in der vorstehend beschriebenen Weise eine große Differenz aufweist, besteht bei der Beurteilung einer Unterbrechung auf der Basis der hierbei ermittelten Impedanz nur eine äußerst geringfügige Beeinflussung durch das Stromsignal eines über die Signalleitung auf Grund der Einwirkung anderer Zellen oder dergleichen fließenden Stroms, sodass eine hohe Beurteilungsgenauigkeit erzielbar ist.
Wenn sich das Festelektrolytmaterial in einem abgekühlten Zustand befindet, liegt zwischen den Elektroden eine hohe Impedanz vor, während die parasitäre Kapazität niedrig ist. Wenn die Unterbrechungsbeurteilung in diesem Zustand erfolgt, ist es schwierig, ein Ansprechsignal mit einem ausreichenden Betrag zu erhalten. Aus diesem Grund erfolgt die Störzustandsbeurteilung erst nachdem der Temperaturzustand des Festelektrolytmaterials einen vorgegebenen Temperaturbereich erreicht hat, wodurch eine höhere Beurteilungsgenauigkeit bei der Ermittlung eines Unterbrechungszustands erhalten wird.
Wenn sich das Festelektrolytmaterial in einem abgekühlten Zustand befindet, liegt zwischen den Elektroden eine hohe Impedanz vor. Auch wenn kein Unterbrechungszustand auftritt, besteht hierdurch jedoch die Möglichkeit, dass eine fehlerhafte Unterbrechungsbeurteilung getroffen wird. Aus diesem Grund erfolgt die Störzustandsbeurteilung erst nach Ablauf einer ausreichenden Heizelement-Einschaltzeit zur Erwärmung des Festelektrolytmaterials, sodass der Temperaturzustand des Festelektrolytmaterials einen vorgegebenen Temperaturbereich des Festelektrolytmaterials erreicht hat, wodurch die Beurteilungsgenauigkeit bei der Ermittlung eines Unterbrechungszustands weiter verbessert wird.
Wenn sich das Festelektrolytmaterial in einem abgekühlten Zustand befindet, liegt zwischen den Elektroden eine hohe Impedanz vor. Auch wenn kein Unterbrechungszustand auftritt, besteht somit die Möglichkeit, dass eine fehlerhafte Unterbrechungsbeurteilung getroffen wird. Aus diesem Grund erfolgt die Störzustandsbeurteilung erst nachdem dem Heizelement zur Erwärmung des Festelektrolytmaterials ein ausreichender Gesamtbetrag an elektrischer Energie zugeführt worden ist, sodass der Temperaturzustand des Festelektrolytmaterials einen vorgegebenen Temperaturbereich des Festelektrolytmaterials erreicht hat, wodurch sich die Beurteilungsgenauigkeit bei der Ermittlung eines Unterbrechungszustands weiter verbessern lässt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Gaskonzentrations-Messgeräts, bei dem eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Störzustands bei einem Gassensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung Verwendung findet,
2 eine Querschnittsansicht wesentlicher Elemente des Gassensors,
3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III gemäß 2,
4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV gemäß 2,
5 ein erstes Ablaufdiagramm, das eine von einem das Gaskonzentrations-Messgerät bildenden Mikrocomputer auszuführende Ablaufsteuerung einer Gaskonzentrationsermittlung veranschaulicht,
6 ein zweites Ablaufdiagramm, das eine von einem das Gaskonzentrations-Messgerät bildenden Mikrocomputer auszuführende Ablaufsteuerung für eine Gaskonzentrationsermittlung veranschaulicht,
7 eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung der Abhängigkeit der Gaskonzentrations-Ermittlungssteuerung,
8 ein erstes Ablaufdiagramm, das eine von dem das Gaskonzentrations-Messgerät bildenden Mikrocomputer auszuführende Ablaufsteuerung für eine Gassensor-Störzustandsermittlung veranschaulicht,
9 ein zweites Ablaufdiagramm, das eine von dem das Gaskonzentrations-Messgerät bildenden Mikrocomputer auszuführende Ablaufsteuerung für eine Gassensor-Störzustandsermittlung veranschaulicht,
10 eine erste Zelle zur Veranschaulichung des Steuerablaufs bei der Gassensor-Störzustandsermittlung,
11 ein Ersatzschaltbild einer den Gassensor bildenden Zelle,
12 erste Signalverläufe zur Veranschaulichung der Ablaufsteuerung bei der Gassensor-Störzustandsermittlung,
13 zweite Signalverläufe zur Veranschaulichung der Ablaufsteuerung bei der Gassensor-Störzustandsermittlung,
14 eine erste grafische Darstellung der Steuerung bei der Gassensor-Störzustandsermittlung,
15 dritte Signalverläufe zur Veranschaulichung der Ablaufsteuerung bei der Gassensor-Störzustandsermittlung,
16 vierte Signalverläufe zur Veranschaulichung der Ablaufsteuerung bei der Gassensor-Störzustandsermittlung,
17 fünfte Signalverläufe zur Veranschaulichung der Ablaufsteuerung bei der Gassensor-Störzustandsermittlung,
18 erste Signalverläufe zur Veranschaulichung der Ablaufsteuerung der Gassensor-Störzustandsermittlung gemäß einem modifizierten Ausführungsbeispiel,
19 zweite Signalverläufe zur Veranschaulichung der Ablaufsteuerung der Gassensor-Störzustandsermittlung gemäß einem modifizierten Ausführungsbeispiel,
20 ein drittes Ablaufdiagramm, das eine von dem das Gaskonzentrations-Messgerät bildenden Mikrocomputer auszuführende Ablaufsteuerung für eine Gassensor-Störzustandsermittlung veranschaulicht,
21 ein viertes Ablaufdiagramm, das eine von dem das Gaskonzentrations-Messgerät bildenden Mikrocomputer auszuführende Ablaufsteuerung für eine Gassensor-Störzustandsermittlung veranschaulicht, die von einer erfindungsgemäßen Gassensor-Störungsermittlungsvorrichtung durchgeführt wird,
22 eine Doppelzelle zur Veranschaulichung der parasitären Kapazität CSM bei der erfindungsgemäßen Gassensor-Störzustandsermittlung,
23 normale Signalverläufe zur Veranschaulichung der Ablaufsteuerung bei der erfindungsgemäßen Gassensor-Störzustandsermittlung,
24 Signalverläufe im Unterbrechungszustand zur Veranschaulichung der Ablaufsteuerung bei der erfindungsgemäßen Gassensor-Störzustandsermittlung,
25 eine zweite grafische Darstellung zur Veranschaulichung der Steuerung bei der Gassensor-Störzustandsermittlung,
26 erste Signalverläufe zur Veranschaulichung der Ablaufsteuerung bei der Gassensor-Störzustandsermittlung gemäß einem anderen Beispiel
27 zweite Signalverläufe zur Veranschaulichung der Ablaufsteuerung bei der Gassensor-Störzustandsermittlung gemäß einem weiteren Beispiel,
28 ein fünftes Ablaufdiagramm, das eine von dem das Gaskonzentrations-Messgerät bildenden Mikrocomputer auszuführende Ablaufsteuerung für eine Gassensor-Störzustandsermittlung veranschaulicht,
29 ein sechstes Ablaufdiagramm, das eine von dem das Gaskonzentrations-Messgerät bildenden Mikrocomputer auszuführende Ablaufsteuerung für eine Gassensor-Störzustandsermittlung veranschaulicht, die von einer Gassensor-Störungsermittlungsvorrichtung durchgeführt wird,
30 achte Signalverläufe zur Veranschaulichung der Ablaufsteuerung bei einer Gassensor-Störzustandsermittlung,
31 neunte Signalverläufe zur Veranschaulichung der Ablaufsteuerung bei einer Gassensor-Störzustandsermittlung,
32 eine schematische Darstellung des wesentlichen Teils eines anderen Beispiels des Gaskonzentrations-Messgeräts,
33 eine Querschnittsansicht des Gassensors gemäß 1 zur Verdeutlichung und Erläuterung eines Steuerverfahrens für diesen Gassensor,
34 eine Querschnittsansicht des Gassensors gemäß 1 zur Verdeutlichung und Erläuterung eines modifizierten Steuerverfahrens für diesen Gassensor,
35 eine Querschnittsansicht eines modifizierten Ausführungsbeispiels des Gassensors, die gleichzeitig zur Verdeutlichung und Erläuterung eines Steuerverfahrens für diesen Gassensor dient, und
36 eine Querschnittsansicht eines weiteren modifizierten Ausführungsbeispiels des Gassensors, die gleichzeitig zur Verdeutlichung und Erläuterung eines Steuerverfahrens für diesen Gassensor dient.

1 zeigt in Form einer schematischen Darstellung ein Gaskonzentrations-Messgerät, bei dem eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Störzustands bei einem Gassensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung Verwendung findet. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Gaskonzentrations-Messgerät z.B. in Verbindung mit der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs verwendet.
Hierbei ist ein allgemein mit der Bezugszahl 1 bezeichneter Gassensor in einem vom Abgas der Brennkraftmaschine durchströmten Abgasrohr angeordnet und über eine Verbindungsleitung mit einer Steuerschaltung verbunden, die in der Figur allgemein mit der Bezugszahl 2 bezeichnet ist. Ein die Steuerschaltung 2 im wesentlichen bildender Mikrocomputer 28 führt hierbei Berechnungen bezüglich der Sauerstoffkonzentration und NOx-Konzentration (die nachstehend beide als „Gaskonzentration“ bezeichnet sind) auf der Basis der vom Gassensor 1 abgegebenen Signale durch und gibt die Rechenergebnisse aus.
Wie in den 2, 3 und 4 im einzelnen veranschaulicht ist, weist der Gassensor 1 in seiner Gesamtheit eine in Längsrichtung verlaufende längliche Konfiguration auf und besteht in seiner Dickenrichtung aus einem Laminat, das von Festelektrolytschichten 111 und 112, die jeweils aus einem Sauerstoffionen leitenden Festelektrolytmaterial wie Zirkondioxid bestehen, Isolierschichten 113 und 114 aus einem Isoliermaterial wie Aluminiumoxid, einer Schicht 115, die aus einem Isoliermaterial wie Aluminiumoxid oder einem Festelektrolytmaterial wie Zirkondioxid besteht, sowie weiteren Schichten gebildet wird. Die zwischen den Festelektrolytschichten 111 und 112 angeordnete Isolierschicht 114 weist in ihrer Dickenrichtung Ausnehmungen zur Bildung von zwei Kammern 101 und 102 auf, die zwischen den Festelektrolytschichten 111 und 112 angeordnet sind und über einen Bereich 103 mit verringertem Querschnitt (Querschnittsverringerungsbereich) miteinander verbunden sind. Die Kammern 101 und 102 sind hierbei in Längsrichtung angeordnet, wobei die zweite Kammer 102 im unteren Bereich des Gassensors 1 annähernd die doppelte Größe wie die im Spitzenbereich des Gassensors 1 angeordnete erste Kammer 101 aufweist.
Bei zwischenliegenden Festelektrolytschichten 111 und 112 sind auf der gegenüberliegenden Seite der Kammern 101 und 102 unter teilweiser Verwendung der Festelektrolytschichten 111 und 112 als Kanalwände Luftkanäle 104 und 105 ausgebildet. Die Luftkanäle 104 und 105 sind auf der unteren Seite des Gassensors 1 zur Atmosphäre (Umgebungsluft) hin geöffnet. Der erste Luftkanal 104 verläuft über der ersten Kammer 101, wobei zwischenliegend die Festelektrolytschicht 112 angeordnet ist, während der zweite Luftkanal 105 über der zweiten Kammer 102 verläuft, wobei zwischenliegend die Festelektrolytschicht 111 angeordnet ist. Wenn der Gassensor 1 bei einer Brennkraftmaschine Verwendung findet, wird der Gassensor 1 zusammen mit einer Halterung zur Anbringung des Gassensors 1 und dergleichen in einer Öffnung der Rohrwand eines Abgasrohrs angeordnet, wobei die Luftkanäle 104 und 105 mit dem Außenbereich des Abgasrohrs in Verbindung stehen und somit eine Verbindung zu einem Bereich mit einer Referenz-Sauerstoffkonzentration herstellen.
Wie 2 zu entnehmen ist, weist die oberseitige Festelektrolytschicht 111 in der Position der ersten Kammer 101 in ihrer Dickenrichtung ein Nadelloch 106 auf, sodass das um den Gassensor 1 herum strömende Abgas über das Nadelloch 106 in das Innere der ersten Kammer 101 gelangt. Das Öffnungsende des Nadellochs 106 ist mit einer porösen Diffusionsschicht 116 wie porösem Aluminiumoxid bedeckt, um das Eindringen von feinen Abgaspartikeln in das Innere der Kammer 101 zu verhindern.
In der Position der ersten Kammer 101 sind zwei Elektroden 121 und 122 auf der Oberseite und der Unterseite der Festelektrolytschicht 112 einander gegenüberliegend ausgebildet, wobei die Festelektrolytschicht 112 zwischen ihnen angeordnet ist, sodass die Festelektrolytschicht 112 und die Elektroden 121 und 122 eine Pumpzelle 1a bilden. Von den Elektroden 121 und 122 der Pumpzelle 1a besteht die der Kammer 101 gegenüberliegende Elektrode 121 aus einem Edelmetall wie Au-Pt, das in Bezug auf eine Aufspaltung (Reduktion) von NOx inaktiv bzw. nicht reaktionsfähig ist. Im Rahmen der nachstehenden Beschreibung wird die der Kammer 101 gegenüberliegende Elektrode 121 auch als kammerseitige Pumpelektrode 121 bezeichnet, während die dem Luftkanal 104 gegenüberliegende Elektrode 122 nachstehend auch als umgebungsluftseitige Pumpelektrode 122 bezeichnet ist.
In der Position der zweiten Kammer 102 sind zwei Elektrodenpaare aus Elektroden 123, 125 und 124, 125 auf der Oberseite und der Unterseite der Festelektrolytschicht 111 ausgebildet, wobei die Festelektrolytschicht 111 zwischen diesen Elektroden angeordnet ist und die dem Luftkanal 105 gegenüberliegenden Elektroden 125, 125 als gemeinsame Elektrode ausgebildet sind. Hierbei bilden die Festelektrolytschicht 111 und die Elektroden 123 und 125 eine Überwachungszelle 1b, während die Festelektrolytschicht 111 und die Elektroden 124 und 125 eine Sensorzelle 1c bilden. Von den der Kammer 102 gegenüberliegenden Elektroden 123 und 124 besteht die Elektrode 123 der Überwachungszelle 1b aus einem Edelmetall wie Au-Pt, das in Bezug auf die Aufspaltung (Reduktion) von NOx inaktiv bzw. nicht reaktionsfähig ist, während die Elektrode 124 der Sensorzelle 1c aus einem Edelmetall wie Pt besteht, das in Bezug auf die Aufspaltung (Reduktion) von NOx reaktionsfähig ist. In der nachstehenden Beschreibung wird die der Kammer 102 gegenüberliegende Elektrode 123 der Überwachungszelle 1b auch als kammerseitige Überwachungselektrode 123 bezeichnet, während die der Kammer 102 gegenüberliegende Elektrode 124 der Sensorzelle 1c nachstehend auch als kammerseitige Sensorelektrode 124 bezeichnet ist. Ferner wird die dem Luftkanal 106 gegenüberliegende gemeinsame Elektrode 125 für die Überwachungszelle 1b und die Sensorzelle 1c nachstehend auch als umgebungsluftseitige Sensor/Überwachungselektrode 125 bezeichnet.
Weiterhin ist ein z.B. aus Pt bestehendes Leitermuster in die zusammen mit der Festelektrolytschicht 112 eine Kanalwand bildende Schicht 115 zur Bildung eines Heizelements 13 zur Erwärmung des gesamten Gassensors 1 eingebettet. Das Heizelement 13 wird elektrisch betrieben und erzeugt bei Erregung Joule'sche Wärme.
Das um den Gassensor 1 herum strömende Abgas tritt durch die poröse Diffusionsschicht 116 und das Nadelloch 106 hindurch und gelangt in die erste Kammer 101. Wenn hierbei eine Spannung an die Elektroden 121 und 122 der Pumpzelle 1a derart angelegt wird, dass die luftseitige Pumpelektrode 122 die positive Elektrode bildet, wird Sauerstoff des Abgases an der kammerseitigen Pumpelektrode 122 aufgespalten und ionisiert und sodann über die Festelektrolytschicht 111 in den Luftkanal 104 abgeführt. Hierbei hängt das Eintreten von Sauerstoff in das Innere der ersten Kammer 101 von den Durchlasswiderständen des Nadellochs 106 und der porösen Diffusionsschicht 116 ab. Wenn die Klemmenspannung zwischen den Elektroden 121 und 122 der Pumpzelle 1a innerhalb eines Grenzstrombereichs liegt, lässt sich die Sauerstoffkonzentration im Abgas auf der Basis des Wertes eines zu dieser Zeit fließenden Stroms ermitteln. Da die kammerseitige Pumpelektrode 121 in Bezug auf eine Aufspaltung von NOx inaktiv bzw. nicht reaktionsfähig ist, verbleibt NOx im Inneren der ersten Kammer 101.
Da das Abgas von der ersten Kammer 101 über den Querschnittsverringerungsbereich 103 in die zweite Kammer 102 diffundiert, befindet sich in der zweiten Kammer 102 Abgas mit einer geringeren Sauerstoffkonzentration. Wenn eine Spannung an die Elektroden 123 und 125 der Überwachungszelle 1b und an die Elektroden 124 und 125 der Sensorzelle 1c angelegt wird und hierbei die umgebungsluftseitige Sensor/Überwachungselektrode 125 die positive Elektrode bildet, fließt in den Zellen 1b und 1c ein Grenzstrom, da der überschüssige Sauerstoff im Inneren der Kammer 102 in den Luftkanal 105 abgeführt wird. Hierbei ist von den der zweiten Kammer 102 gegenüberliegenden Elektroden 123 und 124 nur die kammerseitige Sensorelektrode 124 in Bezug auf eine Aufspaltung von NOx reaktionsfähig, sodass der in der Sensorzelle 1c fließende Strom den in der Überwachungszelle 1b fließenden Strom um einen Betrag übersteigt, der der Menge an Sauerstoffionen entspricht, die durch die Aufspaltung von NOx an der kammerseitigen Sensorelektrode 124 gebildet werden. Die NOx-Konzentration im Abgas lässt sich somit auf der Basis der Differenz zwischen dem in der Überwachungszelle 1b fließenden Strom und dem in der Sensorzelle 1c fließenden Strom ermitteln.
Nachstehend wird auf den elektrischen bzw. schaltungstechnischen Aufbau des Gaskonzentrations-Messgeräts näher eingegangen.
Die Steuerschaltung 2 umfasst allgemein einen Mikrocomputer 28 mit einer Zentraleinheit CPU, Analog/Digital-Umsetzern A/D 0 bis A/D 5, Digital/Analog-Umsetzern D/A 0 bis D/A 4, Ein-Ausgabeschnittstellen I/O 0, I/O 1 und dergleichen. Hierbei dient der Mikrocomputer 28 als Spannungsversorgungsquelle für die Pumpzelle 1a und die Überwachungszelle 1b und führt der Pumpzelle 1a und der Überwachungszelle 1b über die Digital/Analog-Umsetzer D/A 1 und D/A 0 Steuerspannungen als Klemmenspannungen zu. Außerdem erhält der Mikrocomputer 28 Gasmesssignale über die Analog/Digital-Umsetzer A/D 0 bis A/D 5 zur Messung der in den jeweiligen Zellen 1a bis 1c fließenden Ströme und berechnet die Sauerstoffkonzentration oder NOx-Konzentration im Abgas auf der Basis der gemessenen Ströme der Zellen 1a bis 1c zur Ausgabe der Berechnungsergebnisse über die Digital/Analog-Umsetzer D/A 4 und D/A 3. Außerdem gibt der Mikrocomputer 28 Steuersignale über die Ein-Ausgabeschnittstellen I/O 0 und I/O 1 ab.
Im einzelnen wird hierbei der umgebungsluftseitigen Pumpelektrode 122 der Pumpzelle 1a von einem mit der Ausgangsspannung einer Bezugsspannungsquelle 211 beaufschlagten Spannungsfolger-Operationsverstärker 212 eine Bezugsspannung Va zugeführt, während der kammerseitigen Pumpelektrode 121 über einen Stromdetektorwiderstand 233 eine Spannung Vb von einem Operationsverstärker 232 zugeführt wird, der über ein Tiefpassfilter 231 vom Digital/Analog-Umsetzer D/A 1 des Mikrocomputers 28 mit einer Steuerspannung beaufschlagt wird. Die Spannung Vb sowie die Ausgangsspannung Vd des Operationsverstärkers 232 werden dem Digital/Analog-Umsetzer A/D 3 bzw. A/D 2 des Mikrocomputers 28 zugeführt. Somit wird an die Elektroden 121 und 122 der Pumpzelle 1a die Spannung Va - Vb (die nachstehend auch als Pumpzellenspannung Vp bezeichnet ist) angelegt, wobei zwischen den Elektroden 121 und 122 ein Strom Ip fließt (der nachstehend auch als Pumpzellenstrom bezeichnet ist). Dies wird am Widerstand 233 in Form eines Spannungsabfalls (Vb - Vd) gemessen. Das Tiefpassfilter 231 wird z.B. von einem elementaren Filter aus einem Widerstand und einem Kondensator gebildet. Der Signalverlauf der vom Mikrocomputer 28 abgegebenen Steuerspannung, die einen diskreten Wert annimmt, wird vom Tiefpassfilter 231 gedämpft oder in geeigneter Weise geglättet und sodann dem Operationsverstärker 232 zugeführt.
In ähnlicher Weise sind Messschaltungen auch für die Überwachungszelle 1b und die Sensorzelle 1c vorgesehen. Somit wird der gemeinsam für die Überwachungszelle 1b und die Sensorzelle 1c vorgesehenen Elektrode 122 eine Bezugsspannung Vf von einem Spannungsfolger-Operationsverstärker 222 zugeführt, der mit der Ausgangsspannung einer Bezugsspannungsquelle 221 beaufschlagt wird. Der kammerseitigen Überwachungselektrode 123 der Überwachungszelle 1b wird über einen Stromdetektorwiderstand 243 eine Spannung Vc von einem Operationsverstärker 242 zugeführt, der über ein Tiefpassfilter 241 vom Digital/Analog-Umsetzer D/A 0 des Mikrocomputers 28 mit einer Steuerspannung beaufschlagt wird. Die Spannung Vc sowie die Ausgangsspannung Ve des Operationsverstärkers 242 werden dem Analog/DigitalUmsetzer A/D 0 bzw. A/D 1 des Mikrocomputers 28 zugeführt. Somit wird an die Elektroden 123 und 125 der Überwachungszelle 1a die Spannung Vf - Vc angelegt (die nachstehend auch als Überwachungszellenspannung Vm bezeichnet ist), während zwischen den Elektroden 123 und 125 ein Strom Im fließt (der nachstehend auch als Überwachungszellenstrom bezeichnet ist). Dies wird in Form eines Spannungsabfalls (Vc - Ve) am Widerstand 243 gemessen.
Weiterhin wird der der Kammer 102 ausgesetzten Elektrode 124 der Sensorzelle 1c über einen Stromdetektorwiderstand 253 eine Spannung Vg von einem Operationsverstärker 252 zugeführt, der über ein Tiefpassfilter 251 vom Digital/Analog-Umsetzer D/A 2 des Mikrocomputers 28 mit einer Steuerspannung beaufschlagt wird. Die Spannung Vg sowie die Ausgangsspannung Vh des Operationsverstärkers 252 werden über den Analog/Digital-Umsetzer A/D 4 bzw. A/D 5 des Mikrocomputers 28 seiner Zentraleinheit CPU zugeführt. Somit wird an die Elektroden 124 und 125 der Sensorzelle 1c die Spannung Vf - Vg angelegt (die nachstehend auch als Sensorzellenspannung Vs bezeichnet ist), wobei zwischen den Elektroden 124 und 125 ein Strom Is fließt (der nachstehend auch als Sensorzellenstrom bezeichnet ist). Dies wird in Form eines Spannungsabfalls (Vg - Vh) am Widerstand 253 gemessen.
Darüber hinaus ist die Steuerschaltung 2 zur Ermittlung der Impedanzen der Zellen 1a bis 1c ausgestaltet. Diese Impedanzmessung erfolgt, indem die Überwachungszelle 1b als repräsentative Zelle herangezogen wird, wobei die zu messende Impedanz die zwischen den beiden Elektroden 123 und 125 vorliegende Impedanz ist (die nachstehend auch als Überwachungsimpedanz bezeichnet ist). Bei dieser Impedanzmessung wird die vom Digital/Analog-Umsetzer D/A 0 zugeführte Steuerspannung kurzzeitig zur positiven Seite oder negativen Seite hin abgelenkt. Diese Spannungsänderung wird vom Tiefpassfilter 241 gedämpft bzw. geglättet, sodass die der kammerseitigen Überwachungselektrode 123 der Überwachungszelle 1b zugeführte Spannung Vc, d.h., die Überwachungszellenspannung Vm, eine sinusartige Wechselstromkomponente enthält. Diese Wechselstromkomponente liegt vorzugsweise über 1 kHz, wobei die Zeitkonstante des Tiefpassfilters 241 auf annähernd 15 µs eingestellt ist. Im Mikrocomputer 28 wird sodann die Impedanz auf der Basis der hierbei erfolgenden Spannungsänderung der Überwachungszellenspannung Vm und Stromänderung des Überwachungszellenstroms Im erhalten.
In diesem Zusammenhang ist ein weiterer Widerstand 244 für die Messung des Überwachungszellenstroms Im dem Widerstand 243 für die Messung des Überwachungszellenstroms Im parallel geschaltet. Die Parallelschaltung des Widerstands 244 kann unter Verwendung eines Schalters 245 beliebig hergestellt und unterbrochen werden. Hierbei nimmt der Schalter 245 in Abhängigkeit von einem über die Eingabe-Ausgabeschnittstelle I/O 1 des Mikrocomputers 28 zugeführten Steuersignal den geöffneten Zustand (Abschaltzustand) oder den geschlossenen Zustand (Einschaltzustand) ein, wobei sich im Einschaltzustand der Widerstandswert des Widerstands für die Messung des Überwachungszellenstroms Im verringert. Der Grund für diese Verringerung des Widerstandswertes des Widerstands für die Messung des Überwachungszellenstroms Im durch Einschalten des Schalters 245 besteht darin, dass der Überwachungszellenstrom Im bei der Impedanzmessung größer wird als bei der Gaskonzentrationsmessung, sodass es erforderlich ist, diesen unabgeglichenen Zustand zwischen der Strommessspannung (Vc - Ve) bei der Impedanzmessung und der Strommessspannung (Vc - Ve) bei der Gaskonzentrationsmessung zu verhindern.
Nachstehend wird das Ansteuersystem des Heizelements 13 näher beschrieben. Das Heizelement 13 wird von einer Batterie 26 mit Strom versorgt, wobei diese Stromversorgung durch Umschalten zwischen einem Einschaltzustand und einem Abschaltzustand unter Verwendung eines MOS-Feldeffekttransistors 272 erfolgt. Von der Eingabe-Ausgabeschnittstelle I/O 0 des Mikrocomputers 28 wird hierbei über eine MOSFET-Ansteuerschaltung 271 der Gate-Elektrode des MOS-Feldeffekttransistors 272 ein Ansteuersignal zur Durchführung dieses EIN/AUS-Betriebs zugeführt. Die Stromversorgungssteuerung des Heizelements 13 beruht auf einer pulsbreiten- bzw. pulsdauermodulierten Steuerung, durch die eine impulsartige Spannung angelegt wird, wobei die Einstellung des Treiberstroms (Treiberenergie) durch Vergrößerung oder Verringerung der Impuls-Einschaltdauer (Ansteuer-Tastverhältnis) innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer erfolgt.
Nachstehend werden ein vom Mikrocomputer 28 auszuführendes Steuerprogramm sowie Betrieb und Wirkungsweise des Gaskonzentrations-Messgeräts näher beschrieben. Zunächst wird unter Bezugnahme auf die 5 und 6 die grundlegende Steuerung zur Ermittlung einer Gaskonzentration näher beschrieben.
5 zeigt den Ablauf eines Hauptprogramms, das in Abhängigkeit vom Einschalten der Steuerschaltung 2 einsetzt.
Zunächst wird in einem Schritt S101 ermittelt, ob eine vorgegebene Zeitdauer Ta seit dem Zeitpunkt der letzten Gaskonzentrationsmessung verstrichen ist oder nicht. Diese vorgegebene Zeitdauer Ta entspricht dem Zyklus bzw. der Periode der Gaskonzentrationsmessung und ist z.B. auf 4 ms eingestellt.
Wenn im Schritt S101 das Ergebnis JA erhalten wird, geht der Steuerablauf auf einen Schritt S102 über, in dem die Verarbeitung der Gaskonzentrationsmessung erfolgt. Bei dieser Verarbeitung der Gaskonzentrationsmessung wird jeweils kurzzeitig eine Steuerspannung in Bezug auf den Pumpzellenstrom Ip eingestellt und sodann der in Abhängigkeit von dieser Steuerspannung erhaltene Pumpzellenstrom Ip gemessen. Die Einstellung der Steuerspannung erfolgt entsprechend einem Klemmenspannungs-Kennfeld bzw. Kennlinienfeld, das in einem (nicht dargestellten) Festspeicher des Mikrocomputers 28 abgespeichert ist. Der Pumpzellenstrom Ip wird hierbei in einen Sauerstoff-Konzentrationswert umgesetzt. Außerdem werden der Überwachungszellenstrom Im und der Sensorzellenstrom Is jeweils kurzzeitig detektiert und in einen NOx-Konzentrationswert umgesetzt.
In einem nächsten Schritt S103 wird bestimmt, ob eine vorgegebene Zeitdauer Tb seit der letzten Impedanzmessung verstrichen ist oder nicht. Diese vorgegebene Zeitdauer Tb entspricht dem Zyklus bzw. der Periode der Impedanzmessung und wird z.B. in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine auf 128 ms, 2 s, usw. eingestellt.
Wenn im Schritt S103 das Ergebnis „JA“ erhalten wird, geht der Steuerablauf auf einen Schritt S104 zur Verarbeitung der Impedanzmessung über, woraufhin in einem folgenden Schritt S105 die Stromversorgungssteuerung des Heizelements 13 auf der Basis der im Schritt S104 ermittelten Impedanz durchgeführt wird.
Die im Schritt S104 erfolgende Verarbeitung der Impedanzmessung dient als Maßnahme zur Ermittlung des Temperaturzustands, wobei in der in 6 veranschaulichten Weise in einem Schritt S201 eine vom Digital/Analog-Umsetzer D/A 0 abgegebene Steuerspannung zur Veränderung der Überwachungszellenspannung Vm für eine äußerst kurze Zeitdauer (von einigen 10 bis einigen 100 µs) z.B. zur positiven Seite hin verschoben bzw. abgelenkt wird, woraufhin in einem Schritt S202 die hierbei erhaltene Änderung ΔVm der Überwachungszellenspannung Vm und die Änderung ΔIm des Überwachungszellenstroms Im gemessen werden. Vor der Ausführung des Schritts S201 wird hierbei der Widerstand 244 durch ein von der Ein-Ausgabeschnittstelle I/O 1 abgegebenes Signal in einen Impedanzmessbetrieb geschaltet (d.h., verbunden). In einem Schritt S203 erfolgt eine zur Impedanzberechnung dienende Verarbeitung, wobei die Impedanz auf der Basis der erhaltenen Messergebnisse berechnet wird, d.h., es erfolgt eine Berechnung des Verhältnisses ΔVm/ΔIm der Überwachungszellenspannungsänderung ΔVm zur Überwachungszellenstromänderung ΔIm, wodurch sich die Impedanz ergibt. Die Änderung der Überwachungszellenspannung Vm wird vom Tiefpassfilter 241 zur Dämpfung bzw. Glättung der Anstiegsflanken und abfallenden Flanken des Signalverlaufs verarbeitet, um auf diese Weise das Auftreten übermäßiger Stromspitzen im Überwachungszellenstrom Im auf Grund der Reaktanzkomponente der Überwachungszelle 1b zu verhindern und damit die Genauigkeit der Impedanzmessung zu verbessern. Wie in 7 veranschaulicht ist, gibt die hierbei erhaltene Impedanz den Temperaturzustand der Festelektrolytschichten 111 und 112 wieder und nimmt mit steigenden Temperaturen ab. Bei Erreichen des Festelektrolyt-Aktivierungstemperaturbereichs wird ein zufriedenstellender Fluss der Sauerstoffionen erhalten.
Die Stromversorgungssteuerung des Heizelements (Schritt S105) dient als Maßnahme zur Heizelementsteuerung, wobei z.B. eine Feststeuerung der relativen Einschaltdauer, d.h., ein Einschalt-Tastverhältnis von 100%, vorgesehen ist, bis die gemessene Impedanz 75% eines gewünschten Impedanzwertes erreicht. Wenn die gemessene Impedanz jedoch 75% des gewünschten Impedanzwertes überschreitet, erfolgt eine PI-Regelung zur Einregelung des gewünschten Impedanzwertes.
Nachstehend wird die Steuerung zur Ermittlung einer Unterbrechung der Signalleitungen des Gassensors 1 näher beschrieben.
Unterbrechungszustand bei der Pumpzelle:
In den 8 und 9 ist ein Verarbeitungsablauf zur Unterbrechungsermittlung veranschaulicht, der in Bezug auf die Pumpzelle 1a durchzuführen ist.
In einem Schritt S301 wird die bei der vorstehend beschriebenen Verarbeitung der Impedanzmessung (Schritt S104) ermittelte Impedanz ZAC mit einem vorgegebenen Wert verglichen und hierbei bestimmt, ob sie unter dem vorgegebenen Wert liegt oder nicht. Der Schritt S301 dient als Sperrmaßnahme. Wenn nämlich die Bestimmung im Schritt S301 negativ ausfällt, d.h., wenn die Impedanz ZAC den vorgegebenen Wert überschreitet, erfolgt eine Rückkehr der Ablaufsteuerung. Wenn dagegen die Bestimmung positiv ausfällt, geht der Ablauf auf einen Schritt S302 über, in dem die Ermittlung eines Unterbrechungszustands der Pumpzelle ausgeführt wird.
Bei der Verarbeitung dieser Pumpzellen-Unterbrechungsermittlung (Schritt S302) wird zunächst ein Schritt S401 durchgeführt, in dem bestimmt wird, ob der Zeitpunkt für eine Unterbrechungsermittlung gegeben ist. Bei einem positiven Ergebnis im Schritt S401 geht der Ablauf auf einen Schritt S402 über. Wenn dagegen ein negatives Ergebnis erhalten wird, erfolgt eine Rückkehr des Steuerablaufs. Im Schritt S401 wird eine positive Entscheidung vom Mikrocomputer 28 nach einer jeweiligen vorgegebenen Zeitdauer zur Durchführung des Schritts S402 und des anschließenden Verarbeitungsablaufs getroffen.
Der Schritt S402 dient als Testsignal-Eingabemaßnahme, durch die eine Veränderung der Pumpzellenspannung Vp erzwungen wird. Eine dem Tiefpassfilter 231 vom Digital/Analog-Umsetzer D/A 1 zugeführte Steuerspannung wird für eine äußerst kurze Zeitdauer in Bezug zu einem unmittelbar vorhergehenden Spannungswert zur positiven Seite hin geringfügig verschoben, woraufhin sodann aus diesem Zustand in Bezug auf den unmittelbar vorhergehenden Spannungswert eine Verschiebung zur negativen Seite hin erfolgt. Hierdurch wird eine Pumpzellenspannung Vp mit einer Spannungsänderung erhalten, die in Bezug auf den unmittelbar vorhergehenden Spannungswert jeweils zur positiven und zur negativen Seite hin verschoben ist. Die Änderung der Steuerspannung, d.h., die Änderung der ein Testsignal bildenden Pumpzellenspannung Vp, wird vom Tiefpassfilter 231 zur Dämpfung bzw. Glättung der Anstiegsflanken und abfallenden Flanken des Signalverlaufs verarbeitet.
Ein Schritt S403 dient wie im Falle der Verarbeitung der Impedanzmessung (Schritt S104) als Ansprechsignal-Detektionsmaßnahme zur Erfassung (Detektion) der Änderung ΔIp des ein Ansprechsignal bildenden Pumpzellenstroms Ip, der entsprechend der erzwungenen Veränderung der Pumpzellenspannung Vp fließt.
Schritte S404 bis S408 dienen als Bestimmungsmaßnahmen, wobei im Schritt S404 die ermittelte Pumpzellenstromänderung ΔIp mit einem voreingestellten bzw. vorgegebenen Wert verglichen und hierbei bestimmt wird, ob sie unter dem vorgegebenen Wert liegt. Bei einem positiven Ergebnis im Schritt S404 geht der Ablauf auf einen Schritt S405 über, bei dem ein Pumpzellen-Unterbrechungszähler um „1“ erhöht wird.
Im Schritt S404 wird ein positives Ergebnis erhalten, wenn in der Pumpzelle eine Unterbrechung aufgetreten ist. Wie in 10 veranschaulicht ist, existiert zwischen den Elektroden der Pumpzelle 1a eine parasitäre Kapazität, wobei das zugehörige Ersatzschaltbild der Pumpzelle 1a in 11 dargestellt ist. Die Elektroden weisen jeweils bestimmte Abmessungen auf, damit gewährleistet ist, dass sich eine entsprechende Menge an Sauerstoff im Festelektrolytmaterial bewegt, sodass die parasitäre Kapazität einen relativ hohen Wert aufweist. Die auf dieser parasitären Kapazität basierende Impedanzkomponente ist daher äußerst gering. Wenn somit kein Unterbrechungszustand in der Pumpzelle 1a vorliegt, tritt bei der erzwungenen Änderung der Pumpzellenspannung Vp eine relativ große Stromänderung ΔIp auf, die in der in 12 veranschaulichten Weise von der Impedanz der vorstehend genannten Ersatzschaltung abhängt.
Wenn dagegen bei den Elektroden 121 und 122 der Pumpzelle 1a ein Unterbrechungszustand vorliegt, verringert sich die Pumpzellenstromänderung ΔIp um einen Betrag, der der Impedanz im unterbrochenen Abschnitt bezogen auf den Fall des Nichtvorliegens eines Unterbrechungszustands entspricht. Da jedoch die auf der parasitären Kapazität basierende Impedanzkomponente, wie vorstehend beschrieben, äußerst gering ist, ergibt sich ein großer Verringerungsbereich, sodass keine wesentliche Pumpzellenstromänderung ΔIp auftritt, wie dies in 13 veranschaulicht ist.
Wenn somit der vorgegebene Wert für die Pumpzellenstromänderung ΔIp auf einen Wert eingestellt wird, bei dem davon ausgegangen werden kann, dass die Pumpzellenstromänderung ΔIp im wesentlichen den Wert 0 aufweist, kann eine Beurteilung in Bezug auf das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Unterbrechungszustands in der Pumpzelle 1a getroffen werden.
Da anderen Beispiels die Pumpzellenspannung Vp vorübergehend für (oder innerhalb einer) eine äußerst kurze Zeitdauer verändert wird, zeigt die sich ergebende Wechselstromkomponente auf Grund der parasitären Kapazität der Pumpzelle 1a eine große Pumpzellenstromänderung ΔIp. Auch wenn auf Grund der Einwirkung der mit der Pumpzelle 1a integrierten anderen Zellen 1b und 1c oder des Heizelements 13 eine Schwankung des Massepotentials oder dergleichen auftritt, führt die hierdurch verursachte Stromänderung nur zu einer leichten oder mäßigen Veränderung des Pegels des Pumpzellenstroms Ip, der im Vergleich zu der bei der erzwungenen Änderung der Pumpzellenspannung Vp auftretenden Stromänderung ΔIp winzig ist. Im Vergleich zu der Maßnahme einer einfachen Überprüfung des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins eines Stroms kann somit diese Beurteilung des Vorliegens oder Nichtvorliegens eines Unterbrechungszustands in der Pumpzelle 1a mit höherer Genauigkeit erfolgen. Wenn hierbei die parasitäre Kapazität in der Pumpzelle 1a einen Betrag erreicht, bei dem eine ausreichende Pumpzellenstromänderung ΔIp auftritt, kann die Unterbrechungsermittlung auch durchgeführt werden, ohne dass das Erreichen der Aktivierungstemperatur der Festelektrolytschichten 111 und 112 abgewartet werden muss. Es ist somit nicht immer erforderlich, dass der im vorstehend beschriebenen Schritt S301 vorgegebene Impedanzwert auf einen einem Aktivierungstemperaturbereich entsprechenden Impedanzwert eingestellt werden muss, sondern er kann auf einen relativ höheren Wert als der dem Aktivierungstemperaturbereich entsprechende Impedanzwert eingestellt werden. Darüber hinaus sind auf Grund der Verwendung der durch die Änderung der Pumpzellenspannung Vp auftretenden Wechselstromkomponente die Tiefpassfilter 231 und 241 für die nachstehend noch näher beschriebene Unterbrechungsermittlung bei der Überwachungszelle 1b zur Formung des Signalverlaufs zwecks Unterdrückung von Störsignalspitzen vorgesehen, wobei deren Grenzfrequenz unter Berücksichtigung der Impedanz bei der zu messenden Frequenz eingestellt wird.
Wenn die Pumpzellenstromänderung ΔIp unter den vorgegebenen Wert abfällt und der Pumpzellen-Unterbrechungszähler inkrementiert wird (Schritte S404 und S405), wird in einem Schritt S406 der Zählwert des Pumpzellen-Unterbrechungszählers mit einem vorgegebenen Wert verglichen und bestimmt, ob der Zählwert den vorgegebenen Wert erreicht hat oder nicht. Bei einem negativen Ergebnis erfolgt eine Rückkehr des Steuerablaufs. Bei einem positiven Ergebnis erfolgt jedoch in einem folgenden Schritt S407 die Bestimmung des Vorliegens eines Unterbrechungszustands der Pumpzelle 1a. Hierbei wird z.B. ein das Vorliegen einer Pumpzellen-Unterbrechung anzeigendes Kennzeichen bzw. Kennbit gesetzt, woraufhin eine Rückkehr der Ablaufsteuerung erfolgt. Auf diese Weise lässt sich im Rahmen einer anderen Steuerung, wie einer Kraftstoff-Einspritzsteuerung ein Störzustand oder Ausfall des Gassensors 1 ermitteln. So wird z.B. der vorgeschriebene Wert für den Pumpzellen-Unterbrechungszähler mehrfach eingestellt, wodurch sich die Genauigkeit der Pumpzellen-Unterbrechungsbestimmung verbessern lässt.
Wenn dagegen im Schritt S404 ein negatives Ergebnis erhalten wird, d.h., wenn die Pumpzellenstromänderung ΔIp den vorgegebenen Wert überschreitet, geht der Ablauf auf einen Schritt S408 zum Löschen oder Rückstellen des Pumpzellen-Unterbrechungszählers über, woraufhin eine Rückkehr erfolgt. Der Zählwert des Pumpzellen-Unterbrechungszählers wird somit nur dann inkrementiert, wenn das Ergebnis einer unter dem vorgegebenen Wert liegenden Pumpzellenstromänderung ΔIp (Schritt S404) kontinuierlich erhalten wird, sodass bei einem unerwarteten Abfallen der Pumpzellenstromänderung ΔIp unter den vorgegebenen Wert vermieden werden kann, dass dies als fehlerhafte Ermittlung eines Pumpzellen-Unterbrechungszustands bewertet wird.
Darüber hinaus wird die Verarbeitung der Pumpzellen-Unterbrechungsermittlung (Schritt S302) nur dann durchgeführt, wenn die Impedanz unter dem vorgegebenen Wert liegt. Wie in 14 veranschaulicht ist, ist es nämlich bei einer niedrigen Temperatur der Festelektrolytschichten 111 und 112 auf Grund der dann hohen Impedanz und der ebenfalls geringen parasitären Kapazität schwierig, bei der erzwungenen Änderung der Pumpzellenspannung Vp eine ausreichend große Pumpzellenstromänderung ΔIp zu erhalten, wodurch sich der Unterschied zu einer Stromänderung beim Vorliegen eines Unterbrechungszustands verwischt. Außerdem wird in diesem Fall ein unzureichender Störabstand erhalten. Die Verarbeitung der Pumpzellen-Unterbrechungsermittlung (Schritt S302) wird daher nur dann durchgeführt, wenn die Impedanz unter den vorgegebenen Wert abfällt, wodurch sich die Genauigkeit der Ermittlung eines Pumpzellen-Unterbrechungszustands erhöht.
Außerdem wird bei der erzwungenen Änderung der Pumpzellenspannung Vp (Schritt S402) die Zeitdauer der Spannungsänderung vorzugsweise auf eine äußerst kurze Zeitdauer eingestellt. 15 zeigt die Pumpzellenspannung Vp, den Pumpzellenstrom Ip, den Überwachungszellenstrom Im und den Sensorzellenstrom Is für den Fall, dass diese Zeit auf eine äußerst kurze Zeitdauer eingestellt ist, während 16 den Fall der Einstellung einer längeren Zeitdauer veranschaulicht. Wenn diese Zeit wie bei der Verarbeitung der Gaskonzentrationsermittlung (Schritt S102) bei der Einstellung der Pumpzellenspannung Vp entsprechend dem Pumpzellenstrom Ip auf eine längere Zeitdauer eingestellt wird, besteht die Gefahr, dass die Pumpzellenspannung Vp statistische Änderungen zeigt. Dies wiederum führt zu Änderungen der Sauerstoffkonzentrationen im Inneren der Kammern 101 und 102 sowie des Überwachungszellenstroms Im und des Sensorzellenstroms Is, wodurch sich die Genauigkeit der NOx-Konzentrationsmessung verschlechtert. Wenn dagegen die erzwungene Änderung der Pumpzellenspannung Vp nur während einer äußerst kurzen Zeitdauer erfolgt, tritt keine wesentliche Änderung der Sauerstoffkonzentration im Inneren der Kammern 101 und 102 auf, sodass sich auch keine Beeinträchtigung der Messgenauigkeit bei der Ermittlung der NOx-Konzentration ergibt.
Hierbei hängt die Ansprechzeit, bei der sich die Sauerstoffkonzentration in Bezug auf die erzwungene Änderung der Pumpzellenspannung Vp zu verändern beginnt, von den Durchlasswiderständen des Nadellochs 106 und der porösen Diffusionsschicht 116 ab, sodass die Zeitdauer der erzwungenen Änderung der Pumpzellenspannung Vp vorzugsweise unter Berücksichtigung dieser Faktoren festgelegt wird.
Außerdem wird bei diesem Ausführungsbeispiel die Pumpzellenspannung Vp aufeinanderfolgend zur positiven und negativen Seite hin verändert, wodurch sich der nachstehend näher beschriebene Vorteil im Vergleich zu dem Fall ergibt, bei dem die Veränderung nur entweder in positiver Richtung oder negativer Richtung erfolgt. Wenn nämlich die Pumpzellenspannung Vp nur entweder in positiver Richtung oder negativer Richtung verändert wird, hängt die Entladung der durch die parasitäre Kapazität der Pumpzelle 1a in Abhängigkeit von der Spannungsänderung erfolgten elektrischen Aufladung von der Zeitkonstanten einer die Pumpzelle 1a umfassenden Schaltungsanordnung ab, wobei während der Entladung ein Fehler in dem das Sauerstoffkonzentrations-Messsignal bildenden Pumpzellenstrom Ip auftritt.
Da jedoch bei der Spannungsänderung der Pumpzellenspannung Vp gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Spannung in einer Richtung und sodann in der entgegengesetzten Richtung zu dieser ersten Verschiebungsrichtung in Bezug auf den unmittelbar vor dieser Spannungsänderung vorliegenden Spannungswert verschoben wird, wird die von der ersten Spannungsverschiebung herbeigeführte Aufladung der parasitären Kapazität schnell durch die in Gegenrichtung erfolgende Spannungsverschiebung aufgehoben, sodass eine schnelle Rückkehr zum Normalzustand der Gaskonzentrationsmessung erfolgt.
Natürlich kann auch in einigen Fällen je nach den Erfordernissen die erzwungene Änderung der Pumpzellenspannung Vp nur in einer Richtung stattfinden.
Obwohl bei diesem Beispiel eine erzwungene Änderung der Pumpzellenspannung Vp stattfindet und die Beurteilung des Vorliegens oder Nichtvorliegens eines Unterbrechungszustandes auf der Basis der hierbei auftretenden Pumpzellenstromänderung ΔIp vorgenommen wird, kann gleichermaßen auch eine zwangsweise Änderung des Pumpzellenstroms Ip erfolgen und die Beurteilung des Vorliegens oder Nichtvorliegens eines Unterbrechungszustands auf der Basis der hierbei auftretenden Änderung ΔVp der Pumpzellenspannung Vp getroffen werden. Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 9 näher auf diesen Vorgang eingegangen. Im Schritt S402 wird eine erzwungene Veränderung des Pumpzellenstroms Ip herbeigeführt, was als Maßnahme zur Eingabe eines Testsignals dient. Sodann wird ein Schritt S403 zur Eingabe der ein Ansprechsignal bildenden Pumpzellenspannungsänderung ΔVp ausgeführt, die bei der erzwungenen Veränderung des Pumpzellenstroms Ip erhalten wird. In einem nächsten Schritt S404 wird anders als bei der erzwungenen Veränderung der Pumpzellenspannung Vp die Beurteilung getroffen, ob die Pumpzellen-Spannungsänderung ΔVp einen vorgegebenen Wert überschreitet oder nicht. Natürlich unterscheidet sich dieser vorgegebene Wert von demjenigen im Falle der Veränderung der Pumpzellenspannung. Im Schritt S404 wird ein positives Ergebnis erhalten, wenn ein Unterbrechungszustand der Pumpzelle 1a vorliegt. Wenn somit kein Unterbrechungszustand vorliegt, entspricht die zu detektierende Pumpzellen-Spannungsänderung ΔVp einem Spannungsabfall in der Pumpzelle 1a, wobei auf Grund der vorstehend beschriebenen Tatsache, dass die Impedanz für die Wechselstromkomponente in der Pumpzelle 1a gering ist, die Pumpzellen-Spannungsänderung ΔVp nur einen geringen Wert aufweist.
Wenn dagegen ein Unterbrechungszustand vorliegt, erhöht sich der Spannungsabfall um einen der Impedanz in dem unterbrochenen Abschnitt entsprechenden Betrag, sodass eine große Pumpzellen-Spannungsänderung ΔVp auftritt, wie sie in 19 dargestellt ist. Da die Pumpzelle 1a - wie vorstehend beschrieben - eine geringe Impedanz aufweist, nimmt der Anstiegsgrad der Pumpzellen-Spannungsänderung ΔVp bei Vorliegen eines Unterbrechungszustands im Vergleich zu demjenigen bei Nichtvorliegen eines Unterbrechungszustands einen extrem hohen Wert an.
Hierdurch ist somit die Möglichkeit gegeben, eine von Interferenzströmen der anderen Zellen 1b und 1c und dergleichen weitgehend unbeeinflusste und damit sehr genaue Ermittlung des Vorliegens eines Unterbrechungszustands bei der Pumpzelle 1a vornehmen zu können.
Überwachungszellen-Unterbrechungsermittlung:
Die 20 und 21 veranschaulichen die Verarbeitung der Ermittlung eines Unterbrechungszustands bei der Überwachungszelle 1b. In einem Schritt S501 wird eine Erregungszeit (Stromversorgungszeit) für das Heizelement 13 (die nachstehend auch als Heizelement-Erregungszeit bezeichnet ist) mit einem vorgegebenen Wert verglichen und hierbei beurteilt, ob sie gleich dem vorgegebenen Wert ist oder diesen übersteigt. Die Heizelement-Erregungszeit wird von einem als Temperaturzustands-Detektoreinrichtung dienenden Zeitgeber gemessen, der die seit Beginn der Erregung des Heizelements 13 verstrichene Zeit zählt. Wenn sich hierbei ergibt, dass die Heizelement-Erregungszeit unter dem vorgegebenen Wert liegt, erfolgt eine Rückkehr der Ablaufsteuerung. Falls jedoch ein positives Ergebnis erhalten wird, geht der Ablauf auf einen Schritt S502 über, um die Ermittlung eines Unterbrechungszustands der Überwachungszelle durchzuführen. Der Schritt S501 stellt somit eine Sperrmaßnahme dar.
Die Verarbeitung zur Ermittlung eines Unterbrechungszustands der Überwachungszelle (Schritt S502) wird wie die Verarbeitung zur Ermittlung eines Unterbrechungszustands der Pumpzelle (Schritt S302) durchgeführt. Zunächst wird in einem Schritt S601 der Zeitpunkt der Unterbrechungsermittlung bestimmt. Bei einem positiven Ergebnis geht der Ablauf auf einen Schritt S602 über. Im Falle eines negativen Ergebnisses erfolgt jedoch eine Rückkehr der Ablaufsteuerung. Im Schritt S601 wird wie bei der Verarbeitung zur Ermittlung eines Unterbrechungszustands der Pumpzelle ein positives Ergebnis bei einem jeweiligen vorgegebenen Steuerzyklus erhalten, woraufhin der Schritt S602 und die nachfolgende Verarbeitung ausgeführt werden.
Der Schritt S602 dient als Testsignal-Eingabemaßnahme, durch die eine erzwungene Änderung der Überwachungszellenspannung Vm herbeigeführt wird. Hierbei wird der Schalter 245 in Abhängigkeit von einem von der Ein-Ausgabeschnittstelle I/O 1 abgegebenen Steuersignal eingeschaltet, um die Parallelschaltung des Widerstands 244 herzustellen. Hierbei wird eine von dem Digital/Analog-Umsetzer D/A 0 abgegebene Steuerspannung in Bezug auf einen unmittelbar vorher vorliegenden Spannungswert geringfügig zur positiven Seite hin und sodann aus diesem Zustand in Bezug auf den unmittelbar vorhergehenden Spannungswert zur negativen Seite hin verschoben. Hierdurch ergibt sich eine Spannungsänderung, d.h., die Überwachungszellenspannung Vm wird in Bezug auf den jeweils unmittelbar vorhergehenden Spannungswert zur positiven und zur negativen Seite hin verschoben bzw. abgelenkt.
Ein Schritt S603 stellt eine als Ansprechsignal-Detektionsmaßnahme dienende Signalverarbeitung dar, bei der die in Abhängigkeit von der erzwungenen Veränderung der Überwachungszellenspannung Vm auftretende Änderung ΔIm des Überwachungszellenstroms Im ermittelt wird. Hierbei wird nach dem Beginn der Spannungsänderung die Überwachungszellen-Stromänderung ΔIm erst nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer ermittelt, auf die nachstehend noch näher eingegangen wird.
Schritte S604 bis S608 dienen als Bestimmungsmaßnahmen. Zunächst wird im Schritt S604 die ermittelte Überwachungszellen-Stromänderung ΔIm mit einem vorgegebenen Wert verglichen und hierbei bestimmt, ob sie unter dem vorgegebenen Wert liegt oder nicht. Bei einem positiven Ergebnis geht der Ablauf zur Inkrementierung eines Überwachungszellen-Unterbrechungszählers um „1“ auf den Schritt S605 über.
Im Schritt S604 wird ein positives Ergebnis erhalten, wenn ein Unterbrechungszustand der Überwachungszelle 1b vorliegt. Wie im Falle der Pumpzelle 1a existiert auch zwischen den Elektroden 123 und 125 der Überwachungszelle 1b eine parasitäre Kapazität, jedoch sind die Umstände nicht so einfach wie bei der Pumpzelle 1a. Bei der Überwachungszelle 1b bildet nämlich die dem Luftkanal 105 gegenüberliegende Elektrode 125 eine gemeinsame Elektrode auch für die Sensorzelle 1c, wobei die andere Elektrode 123 und die Elektrode 124 der Sensorzelle 1c in der gleichen Kammer 102 dicht beieinander angeordnet sind. Wie in 22 veranschaulicht ist, existiert bei der Überwachungszelle 1b und der Sensorzelle 1c zusätzlich zu einer parasitären Kapazität CM zwischen den Elektroden 123 und 125 der Überwachungszelle 1b auch noch eine parasitäre Kapazität CS zwischen den Elektroden 124 und 125 der Sensorzelle 1c sowie eine parasitäre Kapazität CSM zwischen der kammerseitigen Überwachungselektrode 123 und der kammerseitigen Sensorelektrode 124 (die nachstehend als parasitäre Sensor-Überwachungszellenkapazität bezeichnet ist). Bei der erzwungenen Veränderung der Überwachungszellenspannung Vm entsteht somit in Abhängigkeit von den parasitären Kapazitäten CM und CS sowie der parasitären Sensor-Überwachungszellenkapazität CSM in der in 23 veranschaulichten Weise eine Überwachungszellen-Stromänderung ΔIm, wenn bei der Überwachungszelle 1b kein Unterbrechungszustand vorliegt. In diesem Fall wird die parasitäre Überwachungszellenkapazität CM durch die parasitäre Sensorzellenkapazität CS und die parasitäre Sensor-Überwachungszellenkapazität CSM vergrößert, sodass sich eine entsprechend größere Überwachungszellen-Stromänderung ΔIm ergibt.
Wenn dagegen angenommen wird, dass bei der Überwachungszelle 1b ein Unterbrechungszustand vorliegt, bei dem eine Signalleitung auf der Seite der kammerseitigen Überwachungselektrode 123 unterbrochen ist und/oder bei dem eine Signalleitung auf der Seite der umgebungsluftseitigen Sensor/Überwachungselektrode 125 unterbrochen ist, ergibt sich der in 24 veranschaulichte Signalverlauf. Bezüglich der Überwachungszellenspannung Vm wird nämlich die vom Digital/Analog-Umsetzer D/A 0 abgegebene Steuerspannung verändert und über das Tiefpassfilter 241, den Operationsverstärker 242, den Widerstand 243 und den Widerstand 244 der kammerseitigen Überwachungselektrode 123 zugeführt, sodass bei Vorliegen eines Unterbrechungszustands einer Signalleitung auf der Seite der kammerseitigen Überwachungselektrode 123 unabhängig von der Veränderung der Steuerspannung des Digital/Analog-Umsetzers D/A 0 keine Überwachungszellen-Stromänderung ΔIm auftritt. In diesem Fall kann der vorstehend beschriebene vorgegebene Wert auf einen oberen Grenzwert eingestellt werden, bei dem davon ausgegangen werden kann, dass die Überwachungszellen-Stromänderung ΔIm hierbei den Wert 0 aufweist.
Wenn dagegen ein Unterbrechungszustand bei einer Signalleitung auf der Seite der luftseitigen Sensor/Überwachungselektrode 125 vorliegt, ist eine Kapazitätskopplung der kammerseitigen Überwachungselektrode 123 und der kammerseitigen Sensorelektrode 124 gegeben, durch die die Überwachungszellen-Stromänderung ΔIm erzeugt wird. Da hierbei die parasitäre Sensor-Überwachungszellenkapazität CSM im Vergleich zu der parasitären Überwachungszellenkapazität CM oder dergleichen kleiner ist, ist die erzeugte Überwachungszellen-Stromänderung ΔIm kleiner als die Überwachungszellen-Stromänderung ΔIm in einem Zustand, bei dem keine Unterbrechung vorliegt, wobei sich die Stromänderungszeit verkürzt.
Der vorgegebene Wert für die Überwachungszellen-Stromänderung ΔIm verändert sich somit in Abhängigkeit von einer Einstellung der vorstehend beschriebenen vorgegebenen Zeit, d.h., wenn die Überwachungszellen-Stromänderung ΔIm an einem Punkt A oder C gemäß 24 erhalten wird, wird die Überwachungszellen-Stromänderung ΔIm durch die parasitäre Sensor-Überwachungszellenkapazität CSM beeinträchtigt, sodass es erforderlich ist, den vorgegebenen Wert auf einen größeren Wert als den vorstehend beschriebenen oberen Grenzwert einzustellen. Außerdem wird die Überwachungszellen-Stromänderung ΔIm an einem Punkt B erhalten, bei dem die parasitäre Sensor-Überwachungszellenkapazität CSM wie bei dem Unterbrechungszustand bei der kammerseitigen Überwachungselektrode 123 keinen Einfluss auf die Überwachungszellen-Stromänderung ΔIm ausübt, wobei in diesem Fall der vorgegebene Wert zu einem oberen Grenzwert wird, bei dem davon ausgegangen werden kann, dass er den Wert 0 aufweist.
Da erfindungsgemäß wie im Falle der Unterbrechungsermittlung bei der Pumpzelle 1a hierbei die Unterbrechungsermittlung auf der Basis einer bei der erzwungenen Veränderung der Überwachungszellenspannung Vm auftretenden Stromänderung ΔIm erfolgt, kann im Vergleich zu der einfachen Maßnahme der Überprüfung des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins eines Stroms eine wesentlich genauere Beurteilung des Vorliegens oder Nichtvorliegens eines Unterbrechungszustands der Überwachungszelle 1b getroffen werden.
Wenn die Überwachungszellen-Stromänderung ΔIm unter dem vorgegebenen Wert liegt und der Überwachungszellen-Unterbrechungszähler inkrementiert wird (Schritte S604 und S605), folgt gemäß 21 ein Schritt S606 zur Durchführung eines Vergleichs des Zählwertes des Überwachungszellen-Unterbrechungszählers mit einem vorgegebenen Wert, um hierbei zu bestimmen, ob der Zählwert den vorgegebenen Wert erreicht hat oder nicht. Im Falle einer negativen Beurteilung erfolgt eine Rückkehr der Ablaufsteuerung. Wenn dagegen ein positives Ergebnis erhalten wird, geht der Ablauf auf einen Schritt S607 über, in dem die Bestimmung erfolgt, dass ein Unterbrechungszustand der Überwachungszelle 1b vorliegt. Diese Folge von Schritten entspricht im wesentlichen den Schritten S405 bis S407 bei der Verarbeitung zur Ermittlung eines Unterbrechungszustands der Pumpzelle 1a, wobei auch hier die Beurteilung eines Unterbrechungszustands der Überwachungszelle 1b mit hoher Genauigkeit erfolgen kann.
Wenn dagegen die Überwachungszellen-Stromänderung ΔIm unter dem vorgegebenen Wert liegt bzw. unter diesen abfällt und im Schritt S604 ein negatives Ergebnis erhalten wird, erfolgt eine Rückkehr der Ablaufsteuerung, nachdem der Überwachungszellen-Unterbrechungszähler im Schritt S608 zurückgestellt worden ist. Auch wenn somit die Überwachungszellen-Stromänderung ΔIm plötzlich unter den vorgegebenen Wert abfällt, kann wie im Falle des Schrittes S408 der bei der Pumpzelle 1a erfolgenden Unterbrechungsermittlungsverarbeitung eine fehlerhafte Beurteilung des Vorliegens eines Unterbrechungszustands bei der Überwachungszelle 1b vermieden werden.
Außerdem wird die Verarbeitung zur Ermittlung eines Unterbrechungszustands der Überwachungszelle (Schritt S502) nur dann durchgeführt, wenn die Heizelement-Erregungszeit einen vorgegebenen Wert überschreitet. Wie in 25 veranschaulicht ist, steigt die Temperatur der Festelektrolytschichten 111 und 112 während der Heizelement-Erregungszeit an, sodass die Impedanz abnimmt und die parasitären Kapazitäten CM, CS und CSM größer werden, während bei einer kurzen Heizelement-Erregungszeit nur geringe parasitäre Kapazitäten CM, CS und CSM vorliegen, sodass es schwierig ist, bei der erzwungenen Veränderung der Überwachungszellenspannung Vm eine ausreichend große Stromänderung ΔIm zu erhalten und somit eine deutliche Unterscheidung vom Vorliegen eines Unterbrechungszustands mit Schwierigkeiten verbunden ist. Außerdem kann der Störabstand (S/N-Verhältnis) unzureichend sein. Die Verarbeitung zur Ermittlung eines Unterbrechungszustands der Überwachungszelle (Schritt S502) wird daher nur dann durchgeführt, wenn die Heizelement-Erregungszeit den vorgegebenen Wert überschreitet, wodurch sich eine genaue Beurteilung bezüglich des Vorliegens eines Unterbrechungszustands bei der Überwachungszelle 1b gewährleisten lässt.
Obwohl bei diesem Beispiel die Entscheidung, ob die Verarbeitung der Ermittlung eines Unterbrechungszustands der Überwachungszelle (Schritt S502) durchzuführen ist oder nicht, auf der Basis der Heizelement-Erregungszeit getroffen wird, lässt sich eine höhere Genauigkeit bei dieser Beurteilung erzielen, wenn die Entscheidung auf der Basis der dem Heizelement 13 zugeführten elektrischen Gesamtenergie getroffen wird. In diesem Falle wird z.B. die zugeführte elektrische Energie bei jedem Unterbrechungsermittlungszeitpunkt (S601) erfasst und die erfasste elektrische Energie akkumuliert, wobei der Akkumulationswert die zugeführte elektrische Energie angibt. Alternativ kann auch in Betracht gezogen werden, die Spannung der als Energiequelle für das Heizelement 13 dienenden Batterie 26 beim Einschalten zu messen, sodass eine Entscheidung, ob die Temperatur der Festelektrolytschichten 111 und 112 in ausreichendem Maße angestiegen ist, d.h., eine Entscheidung bezüglich des Zeitpunktes der Durchführung der Verarbeitung zur Ermittlung eines Unterbrechungszustands der Überwachungszelle (Schritt S502), auf der Basis eines Wertes erfolgen kann, der durch Multiplikation der gemessenen Spannung mit der vorstehend beschriebenen Heizelement-Erregungszeit erhalten wird. Als Durchführungsbedingung für die Verarbeitung zur Ermittlung eines Unterbrechungszustands der Überwachungszelle (Schritt S502) können auch andere Parameter unter der Bedingung herangezogen werden, dass sie einen monotonen bzw. gleichförmigen Anstieg in Abhängigkeit von der zugeführten elektrischen Energie aufweisen.
Außerdem wird in Bezug auf die Unterbrechungsermittlung bei den anderen Zellen außer der Überwachungszelle 1b in Betracht gezogen, in den Schritten S201 bis S203 eine Impedanzermittlungsverarbeitung zur Ermittlung des Temperaturzustands der Festelektrolytschichten 111 und 112 durchzuführen. Wenn jedoch z.B. bezüglich der Sensorzelle 1c eine Impedanzermittlung erfolgen soll, ist eine Schaltungsanordnung zur Änderung der Sensorzellenspannung wie bei der Überwachungszelle 1b oder dergleichen erforderlich, was den Schaltungsaufbau verkompliziert und den Steuerumfang vergrößert. Aus diesem Grund ist das vorstehend beschriebene Beispiel praktischer.
Obwohl bei diesem Beispiel eine Beurteilung nur in Bezug auf das Vorliegen oder Nichtvorliegen eines Unterbrechungszustands der Überwachungszelle 1b erfolgt, besteht auch die Möglichkeit, eine Beurteilung dahingehend zu treffen, bei welcher der Elektroden 123 und 125 der Überwachungszelle 1b ein Signalleitungs-Unterbrechungszustand vorliegt. Wenn nämlich die Überwachungszellen-Stromänderung ΔIm am Punkt A oder C gemäß 24 abgetastet wird, unterscheidet sich der Betrag der Überwachungszellen-Stromänderung ΔIm im Unterbrechungszustand von demjenigen, der bei einem bei der kammerseitigen Überwachungselektrode 123 und der luftseitigen Sensor/Überwachungselektrode 125 vorliegenden Unterbrechungszustand erhalten wird. Wenn somit zwei Arten von vorgegebenen Werten mit unterschiedlichem Betrag eingestellt werden und hierbei die Überwachungszellen-Stromänderung ΔIm unter den kleineren vorgegebenen Wert abfällt, kann eine Bestimmung getroffen werden, dass ein Unterbrechungszustand bei der kammerseitigen Überwachungselektrode 123 vorliegt. Wenn dagegen die Überwachungszellen-Stromänderung ΔIm den kleineren vorgegebenen Wert übersteigt, jedoch unter dem größeren vorgegebenen Wert liegt, kann die Beurteilung erfolgen, dass bei der luftseitigen Sensor/Überwachungselektrode 125 ein Unterbrechungszustand vorliegt.
In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass die Überwachungszellen-Stromänderung ΔIm gemäß 24 an den Punkten A und C unterschiedliche Werte aufweist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Änderungsbereich der Spannungsänderung ΔVm der Überwachungszellenspannung Vm am Punkt C größer ist.
Außerdem kann es auch zweckmäßig sein, ohne eine Beurteilung des Vorliegens oder Nichtvorliegens eines Unterbrechungszustands auf der Basis der Überwachungszellen-Stromänderung ΔIm eine solche Beurteilung des Vorliegens oder Nichtvorliegens eines Unterbrechungszustands auf der Basis eines Impedanzwertes vorzunehmen, indem die Überwachungszellen-Spannungsänderung ΔVm durch die Überwachungszellen-Stromänderung ΔIm dividiert wird. Wenn hierbei die Impedanz einen vorgegebenen Wert überschreitet, wird dies als Vorliegen eines Unterbrechungszustands bewertet. In diesem Fall wird die Verarbeitung zur Impedanzermittlung (Schritt S104) in Bezug auf die Impedanz durchgeführt, wobei diese Beurteilung natürlich auch auf der Basis der Admittanz erfolgen kann.
Wie im Rahmen der „Pumpzellen-Unterbrechungsermittlung“ vorstehend bereits beschrieben, kann es außerdem zweckmäßig sein, durch zwangsweise Veränderung eines einer Zelle zuzuführenden Stroms eine Spannungsänderung zu erfassen, d.h., in einem solchen Falle wird der Überwachungszellenstrom Im zwangsweise verändert und die Beurteilung bezüglich des Vorliegens oder Nichtvorliegens eines Unterbrechungszustands auf der Basis der hierbei erhaltenen Überwachungszellen-Spannungsänderung ΔVm herbeigeführt. Wenn zur Veranschaulichung dieses Vorgangs 21 herangezogen wird, wird somit im Schritt S602 der Überwachungszellenstrom Im zwangsweise verändert, wobei diese Verarbeitung eine Testsignal-Eingabemaßnahme darstellt. Sodann wird im Schritt S603 die in Abhängigkeit von der erzwungenen Veränderung des Überwachungszellenstroms Im auftretende und ein Ansprechsignal bildende Überwachungszellen-Spannungsänderung ΔVm eingegeben (ermittelt), woraufhin im Schritt S604 anders als im Falle der erzwungenen Veränderung der Überwachungszellenspannung Vm beurteilt wird, ob die Überwachungszellen-Spannungsänderung ΔVm einen vorgegebenen Wert überschreitet oder nicht. Im Schritt S604 wird ein positives Ergebnis erhalten, wenn ein Unterbrechungszustand der Überwachungszelle 1b vorliegt. Wenn somit kein Unterbrechungszustand vorliegt, entspricht die erhaltene Überwachungszellen-Spannungsänderung ΔVm nur dem Spannungsabfall in der Überwachungszelle 1b, da in der vorstehend beschriebenen Weise eine niedrige Impedanz für die Wechselstromkomponente in der Überwachungszelle 1b vorliegt, sodass die Überwachungszellen-Spannungsänderung ΔVm den in 26 dargestellten niedrigen Wert aufweist.
Wenn dagegen ein Unterbrechungszustand vorliegt, steigt der Spannungsabfall um einen der Impedanz am Unterbrechungsabschnitt entsprechenden Betrag an, sodass die Überwachungszellen-Spannungsänderung ΔVm in der in 27 veranschaulichten Weise ansteigt. Da die Impedanz in der Überwachungszelle 1b, wie vorstehend beschrieben, äußerst gering ist, nimmt der Anstiegsbetrag der Überwachungszellen-Spannungsänderung ΔVm bei Auftreten einer Unterbrechung in Bezug auf den sich bei Nichtvorliegen einer Unterbrechung ergebenden Änderungsbetrag einen äußerst hohen Wert an. Die Überwachungszellen-Spannungsänderung ΔVm fällt hierbei auf Grund des Einflusses der parasitären Kapazität CSM beim Auftreten eines Unterbrechungszustands bei der kammerseitigen Überwachungselektrode 123 und beim Auftreten eines Unterbrechungszustands bei der luftseitigen Sensor/Überwachungselektrode 125 unterschiedlich aus.
Auf diese Weise kann die Ermittlung eines Unterbrechungszustands der Überwachungszelle 1b mit hoher Genauigkeit erfolgen, ohne Einflüssen durch Interferenzströme der anderen Zellen 1a und 1c oder dergleichen ausgesetzt zu sein.
Sensorzellen-Unterbrechungsermittlung:
In den 28 und 29 ist eine Signalverarbeitung zur Ermittlung eines Unterbrechungszustands der Sensorzelle 1c veranschaulicht. In einem Schritt S701 wird wie im Falle der Pumpzellen-Unterbrechungsermittlung (Schritt S301) eine bei der Impedanzmessungsverarbeitung (Schritt S104) ermittelte Impedanz ZAC mit einem vorgegebenen Wert verglichen. Wenn hierbei der vorgegebene Wert überschritten wird, erfolgt eine Rückkehr der Ablaufsteuerung. Wenn dagegen die Impedanz unter dem vorgegebenen Wert liegt, geht der Ablauf auf einen Schritt S702 über, bei dem bestimmt wird, ob der Sensorzellenstrom Is unter einem vorgegebenen Wert liegt. Im Falle eines negativen Ergebnisses erfolgt eine Rückkehr der Ablaufsteuerung. Wenn dagegen ein positives Ergebnis erhalten wird, wird auf einen Schritt S703 übergegangen, in dem die Verarbeitung der Ermittlung eines Unterbrechungszustands der Sensorzelle erfolgt. Wenn hierbei der Sensorzellenstrom Is sehr groß ist, überschreitet die Stromänderung (siehe 30) bei der Durchführung der nachstehend noch näher beschriebenen Unterbrechungsermittlung den eingangsseitigen Dynamikbereich der Analog/Digital-Umsetzung. Aus diesem Grund ist der Schritt S702 vorgesehen, der zur Verhinderung der Unterbrechungsermittlung in einer solchen Situation dient.
Bei der Verarbeitung der Ermittlung eines Unterbrechungszustands der Sensorzelle (Schritt S703) wird zunächst in einem Schritt S801 eine Bestimmung bezüglich des Zeitpunktes der Unterbrechungsermittlung getroffen. Wenn hierbei ein positives Ergebnis erhalten wird, geht der Ablauf auf einen Schritt S802 über. Bei einem negativen Ergebnis erfolgt hingegen eine Rückkehr der Ablaufsteuerung. Wie im Falle der Pumpzellen-Unterbrechungsermittlungsverarbeitung wird im Schritt S801 ein positives Ergebnis bei einem jeweiligen vorgegebenen Steuerzyklus des Mikrocomputers 28 zur Durchführung des Schritts S802 und der anschließenden Verarbeitung erhalten.
Der Schritt S802 dient hierbei als Testsignal-Eingabemaßnahme, bei der die Überwachungszellenspannung Vm zwangsweise verändert wird. Wie im Falle der Überwachungszellen-Unterbrechungsermittlungsverarbeitung (Schritt S602) erfolgt dies durch Veränderung einer vom Digital/Analog-Umsetzer D/A 0 abgegebenen Steuerspannung.
Ein Schritt S803 dient als Ansprechsignal-Ermittlungsmaßnahme, durch die nach Ablauf einer nachstehend noch näher beschriebenen vorgegebenen Zeitdauer nach dem Beginn der erzwungenen Änderung der Überwachungszellenspannung Vm die sich hierbei ergebende Sensorzellen-Stromänderung ΔIs ermittelt wird.
Schritte S804 bis S808 stellen Beurteilungsmaßnahmen dar. Zunächst wird im Schritt S804 die Sensorzellen-Stromänderung ΔIs mit einem vorgegebenen Wert verglichen und hierbei bestimmt, ob sie unter dem vorgegebenen Wert liegt oder nicht. Im Falle eines positives Ergebnisses geht der Ablauf auf den Schritt S805 über, bei dem ein Sensorzellen-Unterbrechungszähler um „1“ inkrementiert wird.
Im Schritt S804 wird ein positives Ergebnis erhalten, wenn ein Unterbrechungszustand einer Signalleitung der kammerseitigen Sensorelektrode 124 der Sensorzelle 1c vorliegt. Da bei der Sensorzelle 1c und der Überwachungszelle 1b die Elektroden 123 und 124 in der gleichen Kammer 102 angeordnet sind, ändert sich die Sauerstoffpumpleistung beim Hineinpumpen/Herauspumpen von Sauerstoff in die/aus der Kammer 102 auf Grund der erzwungenen Änderung der Überwachungszellenspannung Vm, wodurch die Sensorzelle 1c beeinflusst wird. Auch wenn kein Unterbrechungszustand der Sensorzelle 1c vorliegt, tritt somit bei einer Änderung der Sauerstoffkonzentration in der Kammer 102 in der in 30 veranschaulichten Weise eine Stromänderung ΔIs in Bezug auf den unmittelbar vorhergehenden Sensorzellenstrom Is auf.
Wenn dagegen ein Unterbrechungszustand der Sensorzelle 1c vorliegt, tritt keine Sensorzellen-Stromänderung ΔIs auf, wie dies in 31 veranschaulicht ist. Da hierbei die dem Luftkanal 105 gegenüberliegende Elektrode 125 der Sensorzelle 1c gleichzeitig auch für die Überwachungszelle 1b vorgesehen ist, beinhaltet die Beurteilung des Nichtvorliegens eines Unterbrechungszustands in Bezug auf die Elektrode 125, dass der Unterbrechungszustand bei der kammerseitigen Sensorelektrode 124 vorliegt.
Wenn die Sensorzellen-Stromänderung ΔIs unter dem vorgegebenen Wert liegt und der Sensorzellen-Unterbrechungszähler inkrementiert ist (Schritte S804 und S805), wird der Zählwert des Sensorzellen-Unterbrechungszählers im Schritt S806 mit einem vorgegebenen Wert verglichen und hierbei bestimmt, ob der Zählwert den vorgegebenen Wert erreicht hat oder nicht. Im Falle eines negativen Ergebnisses erfolgt eine Rückkehr der Ablaufsteuerung. Bei einem positiven Ergebnis geht der Ablauf auf einen Schritt S807 über, in dem bestimmt wird, dass ein Unterbrechungszustand der Sensorzelle 1c vorliegt. Diese Folge von Schritten entspricht im wesentlichen den Schritten S405 bis S407 bei der Unterbrechungsermittlungsverarbeitung für die Pumpzelle 1a, wobei die Bestimmung eines Unterbrechungszustands der Sensorzelle 1c auch hier mit hoher Genauigkeit erfolgen kann.
Wenn hierbei im Schritt S804 ein negatives Ergebnis erhalten wird, d.h., wenn die Sensorzellen-Stromänderung ΔIs den vorgegebenen Wert überschreitet, erfolgt eine Rückkehr der Ablaufsteuerung, nachdem der Sensorzellen-Unterbrechungszähler im Schritt S808 zurückgestellt worden ist. Auch wenn die Sensorzellen-Stromänderung ΔIs plötzlich unter den vorgegebenen Wert abfällt, kann somit wie im Falle des Schritts S408 bei der Unterbrechungsermittlungsverarbeitung für die Pumpzelle 1a eine fehlerhafte Beurteilung eines Unterbrechungszustands bei der Überwachungszelle 1b vermieden werden.
Da außerdem die Sensorzellen-Unterbrechungsermittlungsverarbeitung (Schritt S703) unter der Bedingung erfolgt, dass die Impedanz unter dem vorgegebenen Wert liegt, wird wie im Falle der Pumpzellen-Unterbrechungsermittlungsverarbeitung (Schritt S301) die Sensorzellen-Unterbrechungsermittlungsverarbeitung nur dann durchgeführt, wenn die Impedanz gering ist und eine ausreichend große Sensorzellen-Stromänderung ΔIs erhalten wird, sodass eine hohe Genauigkeit der Beurteilung eines Unterbrechungszustands bei der Sensorzelle 1c gewährleistet ist.
Bei der auf diese Weise erfolgenden Ermittlung eines Unterbrechungszustands der Sensorzelle 1c besteht keine Notwendigkeit für eine zwangsweise Veränderung der Sensorzellenspannung Vs. Da nämlich im Schritt S802 die Überwachungszellenspannung Vm wie bei der Unterbrechungsermittlung für die Überwachungszelle 1b (Schritt S502) zwangsweise verändert oder die Impedanzermittlungsverarbeitung (Schritt S104) (Schritte S602, S201) durchgeführt wird, ist diese Testsignal-Eingabemaßnahme auch bei der vorliegenden Verarbeitung einsetzbar, wodurch sich die Konfiguration vereinfacht.
Wenn hierbei die Zeitdauer der erzwungenen Veränderung der Überwachungszellenspannung zu groß ist, treten erhebliche Veränderungen der Sauerstoffkonzentration in der Kammer 102 auf, was zu einer entsprechend höheren Sensorzellen-Stromänderung ΔIs führt. Die für die Rückkehr der Sauerstoffkonzentration auf ihren ursprünglichen Wert erforderliche Zeitdauer ΔT wird hierbei jedoch ebenfalls zu groß, sodass sich die Zeit, bei der eine normale Ermittlung der NOx-Konzentration mit Schwierigkeiten verbunden ist, entsprechend verlängert. Vorzugsweise wird daher die Zeitdauer der erzwungenen Veränderung der Überwachungszellenspannung so kurz wie möglich innerhalb eines Bereichs eingestellt, in dem eine Sensorzellen-Stromänderung ΔIs erhalten werden kann, sodass eine genaue Beurteilung des Vorliegens oder Nichtvorliegens eines Unterbrechungszustands erfolgen kann.
Auch bei einer kurzen Zeitdauer der Spannungsänderung ΔVm der Überwachungszellenspannung Vm wird auf Grund der parasitären Kapazität CSM zwischen der Überwachungszelle 1b und der Sensorzelle 1c in der in 30 veranschaulichten Weise eine Stromänderung ΔIs des Sensorzellenstroms Is erhalten, was ebenfalls eine Unterbrechungsermittlung ermöglicht.
Die bei der Überwachungszellen-Unterbrechungsermittlung gegebene Möglichkeit, den der Zelle zugeführten Strom zur Ermittlung einer Spannungsänderung zwangsweise zu verändern, besteht auch bei der Sensorzellen-Unterbrechungsermittlung, indem eine erzwungene Änderung des Überwachungszellenstroms Im herbeigeführt wird. Hierbei erfolgt in dem als Testsignal-Eingabemaßnahme dienenden Schritt S802 gemäß 29 eine zwangsweise Veränderung des Überwachungszellenstroms Im. Der Schritt S803 sowie die nachfolgende Verarbeitung bleiben gleich. Auf Grund dieser erzwungenen Veränderung des Überwachungszellenstroms Im verändert sich die Sauerstoffkonzentration im Inneren der Kammer 102 und damit auch der Sensorzellenstrom Is, sodass eine binäre Beurteilung seines Betrages getroffen werden kann.
Obwohl bei diesem Ausführungsbeispiel eine Stromdetektion und eine Spannungsveränderung bei der Pumpzelle 1a und der Überwachungszelle 1b auf der Seite der gleichen Elektrode 121, 123 erfolgen, kann weiterhin auch in Betracht gezogen werden, in der in 32 veranschaulichten Weise eine Bezugsspannungsquelle mit einem auf der Stromdetektionsseite befindlichen Operationsverstärker zu verbinden, während eine Spannungsänderungseinrichtung mit einem weiteren Operationsverstärker verbunden ist.
Obwohl bei diesem Ausführungsbeispiel ein in 33 veranschaulichtes Steuerverfahren Anwendung findet, bei dem eine Pumpzellenspannung Vp entsprechend einem Klemmenspannungs-Kennfeld bzw. -Kennlinienfeld auf der Basis eines Pumpzellenstroms Ip eingestellt wird, kann erfindungsgemäß außerdem auch ein in 34 veranschaulichtes Steuerverfahren verwendet werden, bei dem eine Pumpzellenspannung Vp auf der Basis eines Überwachungszellenstroms Im durch Rückkopplung dahingehend geregelt wird, dass der Überwachungszellenstrom Im einen vorgegebenen Wert annimmt.
Der Gassensor ist jedoch nicht auf den dargestellten Aufbau beschränkt. 35 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Gassensors, bei dem die Erfindung Anwendung findet.
Dieser, allgemein mit dem Bezugszeichen 1A bezeichnete und insgesamt eine längliche Konfiguration aufweisende Gassensor besitzt einen laminierten Aufbau in Form einer Schichtanordnung, bei der in Dickenrichtung Festelektrolytschichten 151, 152, 153 aus einem Festelektrolytmaterial wie Zirkondioxid, eine Diffusionsraten-Bestimmungsschicht 154 aus einem Isoliermaterial wie porösem Aluminiumoxid, eine Schicht 155 aus einem Isoliermaterial wie Aluminiumoxid oder aus Zirkondioxid oder dergleichen sowie andere Schichten angeordnet sind.
Die Festelektrolytschicht 152 und die Diffusionsraten-Bestimmungsschicht 154 sind in Form einer einzigen Schicht zwischen der Festelektrolytschicht 151 und der Festelektrolytschicht 153 angeordnet. Die Diffusionsraten-Bestimmungsschicht 154 ist im Bereich der Spitze des Gassensors 1A angeordnet, während die Festelektrolytschicht 152 in seinem unteren Bereich angeordnet ist. Die Festelektrolytschicht 152 und die Diffusionsraten-Bestimmungsschicht 154 sind in ihrer Dickenrichtung teilweise mit Ausnehmungen versehen, wobei zwischen den Festelektrolytschichten 151 und 152 in Längsrichtung des Gassensors 1A zwei Kammern 141 und 142 ausgebildet sind. Die Diffusionsraten-Bestimmungsschicht 154 ist im Bereich der Spitze des Gassensors 1A angeordnet, um ein im Außenbereich des Gassensors 1A enthaltenes Messgas in die erste Kammer 141 einzuleiten und um eine Verbindung zwischen der ersten Kammer 141 und der zweiten Kammer 142 in einem Grenzbereich zwischen den beiden Kammern 141 und 142 herzustellen.
Auf der gegenüberliegenden Seite der Kammern 141 und 142 ist ein Luftkanal 143 ausgebildet, wobei die Festelektrolytschicht 153 zwischenliegend angeordnet ist und einen Teil der Kanalwand bildet. Der vordere Bereich des Luftkanals 143 erstreckt sich bis zu einer der ersten Kammer 141 gegenüberliegenden Position, wobei die Festelektrolytschicht 153 zwischenliegend angeordnet ist und der Luftkanal 143 sich im unteren Bereich des Gassensors 1A zur Atmosphäre (Umgebungsluft) hin öffnet. Wenn der Gassensor 1A bei einer Brennkraftmaschine Verwendung findet, wird der Gassensor 1A zusammen mit einer Halterung zur Anbringung des Gassensors 1A und dergleichen in einer Öffnung der Rohrwand eines Abgasrohrs angeordnet, wobei der Luftkanal 143 mit dem Außenbereich des Abgasrohrs in Verbindung steht.
Im Bereich der ersten Kammer 141 sind zwei Elektroden 161 und 162 an der Oberseite und Unterseite der Festelektrolytschicht 151 einander gegenüberliegend angeordnet, wobei sich die Festelektrolytschicht 151 zwischen ihnen befindet und zusammen mit den Elektroden 161 und 162 eine Pumpzelle 1d bildet. Von den die Pumpzelle 1d bildenden Elektroden 161 und 162 besteht die in der Kammer 141 angeordnete Elektrode 161 aus einem Edelmetall wie Au-Pt, das in Bezug auf die Aufspaltung (Reduktion) von NOx inaktiv bzw. nicht reaktionsfähig ist.
Im Bereich der ersten Kammer 141 und des Luftkanals 143 sind an der Oberseite und der Unterseite der Festelektrolytschicht 153 außerdem zwei Elektroden 163 und 165 einander gegenüberliegend angeordnet, wobei sich die Festelektrolytschicht 153 zwischen ihnen befindet und zusammen mit den Elektroden 163 und 165 eine Überwachungszelle 1e bildet. Von den die Überwachungszelle 1e bildenden Elektroden 163 und 165 besteht die in der Kammer 141 angeordnete Elektrode 163 aus einem Edelmetall wie Au-Pt, das in Bezug auf die Aufspaltung (Reduktion) von NOx inaktiv bzw. nicht reaktionsfähig ist. Die im Luftkanal 143 angeordnete Elektrode 165 erstreckt sich bis zu dem Bereich der zweiten Kammer 142 und ist länger als die Elektrode 163. Auf diese Weise wirkt die Elektrode 165 als gemeinsame Elektrode für eine Sensorzelle 1f und eine weitere Pumpzelle 1g, worauf nachstehend noch näher eingegangen wird.
Im Bereich der zweiten Kammer 142 sind an der Oberseite und der Unterseite der Festelektrolytschicht 153 zwei Elektroden 164 und 165 einander gegenüberliegend angeordnet, wobei sich die Festelektrolytschicht 153 zwischen ihnen befindet und zusammen mit den Elektroden 164 und 165 die Sensorzelle 1f bildet.
Außerdem ist in der zweiten Kammer 142 an der Festelektrolytschicht 151 eine Elektrode 166 ausgebildet, wobei die Festelektrolytschichten 151 bis 153 sowie die Elektroden 166 und 165 die weitere Pumpzelle 1g bilden. Wie bei der Sensorzelle 1f liegt auch bei dieser weiteren Pumpzelle 1g eine Elektrode 166 in der zweiten Kammer 142, während die andere Elektrode 165 in dem Luftkanal 143 angeordnet ist.
Von den in der zweiten Kammer 142 angeordneten Elektroden 164 und 166 besteht die Elektrode 164 der Sensorzelle 1f aus einem in Bezug auf die Aufspaltung (Reduktion) von NOx reaktionsfähigen Edelmetall wie Pt, während die Elektrode 166 der weiteren Pumpzelle 1g aus einem Edelmetall wie Au-Pt besteht, das in Bezug auf die Aufspaltung (Reduktion) von NOx inaktiv bzw. nicht reaktionsfähig ist.
Außerdem ist ein z.B. aus Pt bestehendes Leitermuster in eine Schicht 155 eingebettet, die zusammen mit der Festelektrolytschicht 153 eine Kanalwand für den Luftkanal 143 bildet, wodurch ein Heizelement 17 zur Erwärmung des gesamten Gassensors 1A erhalten wird. Dieses Heizelement 17 wird elektrisch betrieben und erzeugt bei Erregung Joule'sche Wärme.
Bei diesem Gassensor 1A wird eine Klemmenspannung der Pumpzelle 1d durch Rückkopplung auf der Basis einer in der Überwachungszelle 1e erzeugten Quellenspannung (EMK) derart geregelt, dass die Quellenspannung (EMK) zu einer Bezugsspannung wird, d.h., dass die Sauerstoffkonzentration im Inneren der ersten Kammer 141 konstant wird und einen niedrigen Wert annimmt, wobei der Sauerstoff im Inneren der ersten Kammer 141 abgeleitet wird. Der im Inneren der mit der ersten Kammer 141 in Verbindung stehenden zweiten Kammer 142 befindliche Sauerstoff wird ebenfalls um einen im wesentlichen gleichen Betrag abgeführt bzw. verringert.
Zusätzlich wird der im Inneren der zweiten Kammer 142 verbleibende Sauerstoff durch die weitere Pumpzelle 1g abgeführt. In der Sensorzelle 1f fließt ein Strom auf Grund der Aufspaltung von NOx an der in der zweiten Kammer 142 liegenden Elektrode 164. Dieser Strom entspricht der Konzentration von NOx in der zweiten Kammer 142.
Auch bei dem auf diese Weise aufgebauten Gassensor 1A lässt sich ein Zellen-Unterbrechungszustand ohne Beeinflussung durch die anderen Zellen oder dergleichen feststellen, indem an den Zellenelektroden eine Spannungsänderung zur Bildung einer von der parasitären Kapazität zwischen den Elektroden abhängigen Stromänderung herbeigeführt wird.
Alternativ kann die Erfindung auch bei einem Gassensor Anwendung finden, wie er in 36 dargestellt und dort allgemein mit dem Bezugszeichen 1B bezeichnet ist. Der Gassensor 1B weist mit Ausnahme der Elektrodenanordnung den gleichen Aufbau wie der Gassensor gemäß 35 auf. Bei dieser Elektrodenanordnung ist die Elektrode 163 gemäß 35 entfallen. Die Festelektrolytschicht 151 sowie die Elektroden 161 und 162, zwischen denen die Festelektrolytschicht 151 angeordnet ist, bilden eine erste Pumpzelle 1d, während die Festelektrolytschichten 151 bis 153 und die Elektroden 161 und 165 eine erste Überwachungszelle 1h bilden. Die Klemmenspannung zwischen den Elektroden 161 und 162 der ersten Pumpzelle 1d wird durch Rückkopplung auf der Basis einer in der ersten Überwachungszelle 1h erzeugten Quellenspannung (EMK) derart geregelt, dass die Quellenspannung (EMK) zu einer Bezugsspannung wird, d.h., dass die Sauerstoffkonzentration im Inneren der ersten Kammer 141 konstant wird und einen niedrigen Wert annimmt, wobei der Sauerstoff aus dem Inneren der ersten Kammer 141 abgeführt wird.
Außerdem bilden die Festelektrolytschicht 151 und die Elektroden 166 und 162, zwischen denen die Festelektrolytschicht 151 angeordnet ist, eine zweite Pumpzelle 1i, während die Festelektrolytschichten 151 bis 153 und die Elektroden 166 und 165 eine zweite Überwachungszelle 1j bilden. Hierbei wird die Klemmenspannung zwischen den Elektroden 166 und 162 der zweiten Pumpzelle 1i durch Rückkopplung auf der Basis einer in der zweiten Überwachungszelle 1j erzeugten Quellenspannung (EMK) derart geregelt, dass die Quellenspannung (EMK) zu einer Bezugsspannung wird, d.h., dass die Sauerstoffkonzentration im Inneren der ersten Kammer 142 konstant wird und einen niedrigen Wert annimmt, wobei der im Inneren der zweiten Kammer 142 befindliche Sauerstoff abgeführt wird.
Die Festelektrolytschicht 153 und die Elektroden 164 und 165, zwischen denen die Festelektrolytschicht 153 angeordnet ist, bilden eine Sensorzelle 1f, bei der ein Strom auf Grund der Aufspaltung von NOx an der in der zweiten Kammer 142 liegenden Elektrode 164 fließt. Dieser Strom entspricht der Konzentration von NOx in der zweiten Kammer 142.
Auch bei dem auf diese Weise aufgebauten Gassensor 1B kann ein Zellen-Unterbrechungszustand ohne Beeinflussung durch die anderen Zellen oder dergleichen festgestellt werden, indem zwischen den Zellenelektroden eine Spannungsänderung zur Bildung einer von der parasitären Kapazität zwischen den Elektroden abhängigen Stromänderung herbeigeführt wird.
Anstelle der in diesem Fall erfolgenden Veränderung einer an die Zellenelektroden anzulegenden Spannung besteht gleichermaßen auch die Möglichkeit, einen einer Signalleitung zugeführten Strom zu verändern.
Außerdem kann es zweckmäßig sein, die Unterbrechungsermittlung nicht immer periodisch durchzuführen, sondern eine Unterbrechungsermittlung nur dann vorzunehmen, wenn eine Zelle sich in einem Zustand befindet, in dem keine Steuerung mehr möglich ist, oder wenn bei einer Kraftstoff-Einspritzsteuerung oder dergleichen unter Verwendung einer gemessenen Gaskonzentration ein ungewöhnlicher Zustand bzw. Störzustand auftritt.
Bei der vorstehend beschriebenen Vorrichtung zur Ermittlung eines Störzustands bei einem Gassensor mit einer detektierten Zelle, bei der zwei Elektroden an einem Festelektrolytmaterial angeordnet sind, führt somit ein Mikrocomputer zeitweilig ein eine Wechselstromkomponente enthaltendes Testsignal einer mit der Elektrode verbundenen Signalleitung zu und wertet das in Abhängigkeit von diesem Testsignal auftretende Ansprechsignal aus. Wenn kein Unterbrechungszustand bei der Zelle vorliegt, wird das Ansprechsignal von einem Strom gebildet, der zwischen den Elektroden auf Grund der parasitären Kapazität der Zelle entsprechend der Wechselstromkomponente fließt. Liegt dagegen ein Unterbrechungszustand vor, fällt das Ansprechsignal auf den Wert 0 ab. Wenn der Messwert des Ansprechsignals unter einen Referenzwert abfällt, wird somit die Beurteilung getroffen, dass in der Zelle ein Unterbrechungs-Störzustand vorliegt. Auf diese Weise lässt sich das Vorliegen eines Unterbrechungszustands bei dem Gassensor mit hoher Genauigkeit feststellen.

Claims

Gassensor-Störungsermittlungsvorrichtung zur Erfassung des Vorliegens oder Nichtvorliegens eines Störzustands eines Gassensors mit einer Vielzahl von Zellen, die jeweils ein auf einem Festelektrolytmaterial ausgebildetes Elektrodenpaar zur Erzeugung eines der Zusammensetzung eines an den Oberflächen der Elektroden befindlichen Messgases entsprechenden Signals und Abgabe des Signals über eine mit den Elektroden verbundene Signalleitung aufweisen und derart ausgebildet sind, dass die einen Elektroden der Elektrodenpaare der Vielzahl von Zellen in einer gemeinsamen Kammer angeordnet sind, wobei die Gassensor-Störungsermittlungsvorrichtung aufweist: eine Signaleingabeeinrichtung zur zeitweiligen Zuführung eines eine Wechselstromkomponente enthaltenden Testsignals über die Signalleitung zu einer einer Störzustandsermittlung unterzogenen Zelle der Vielzahl von Zellen, eine Ansprechsignal-Detektoreinrichtung zur Messung eines an der Signalleitung für die der Störzustandsermittlung unterzogenen Zelle in Abhängigkeit von der Eingabe des Testsignals auftretenden Ansprechsignals, wobei für die Messung des Ansprechsignals eine vorgegebene Verzögerungszeit in Bezug auf das Testsignal eingestellt ist, und eine Beurteilungseinrichtung zum Vergleichen eines Messwertes des Ansprechsignals mit einem vorgegebenen Wert, wobei die Beurteilung getroffen wird, dass ein Unterbrechungs-Störzustand bei der der Störzustandsermittlung unterzogenen Zelle vorliegt, wenn der Messwert in einem Bereich von durch den vorgegebenen Wert festgelegten Bereichen liegt, wobei die Beurteilung dahingehend getroffen wird, bei welcher der zwei Elektroden der Unterbrechungs-Störzustand vorliegt, indem der vorgegebene Wert in Abhängigkeit von der vorgegebenen Verzögerungszeit eingestellt wird, sodass die Beurteilung getroffen wird, dass bei der einen der zwei Elektroden der Unterbrechungs-Störzustand vorliegt, wenn der zu einer ersten vorgegebenen Verzögerungszeit gemessene Messwert in einem Bereich von durch einen ersten vorgegebenen Wert festgelegten Bereichen liegt, und die Beurteilung getroffen wird, dass bei der anderen der zwei Elektroden der Unterbrechungs-Störzustand vorliegt, wenn der zu einer zweiten vorgegebenen Verzögerungszeit gemessene Messwert in einem Bereich von durch den ersten vorgegebenen Wert und einen zweiten vorgegebenen Wert festgelegten Bereichen liegt, wobei der zweite vorgegebene Wert größer ist als der erste vorgegebene Wert, und die zweite vorgegebene Verzögerungszeit verschieden ist von der ersten vorgegebenen Verzögerungszeit.
Vorrichtung nach Anspruch 1, zusätzlich mit: einer Temperaturzustands-Detektoreinrichtung zur Ermittlung des Temperaturzustands des Festelektrolytmaterials, und einer Sperreinrichtung zur Verhinderung der Störzustands-Beurteilungsverarbeitung durch die Beurteilungseinrichtung, bis der Temperaturzustand des Festelektrolytmaterials einen vorgegebenen Temperaturbereich erreicht hat.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Temperaturzustands-Detektoreinrichtung die Impedanz zwischen den Elektroden auf der Basis des Testsignals und des Ansprechsignals ermittelt, und die ermittelte Impedanz als Parameter für den Temperaturzustand verwendet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Testsignal-Eingabeeinrichtung der Signalleitung eine kurzzeitige Spannungsänderung als Testsignal zuführt, die Ansprechsignal-Detektoreinrichtung die Änderung eines über die Signalleitung fließenden Stroms als das Ansprechsignal misst und die Beurteilungseinrichtung als den einen Bereich einen kleineren Bereich als den vorgegebenen Wert einstellt und die Beurteilung trifft, dass bei der der Störzustandsermittlung unterzogenen Zelle ein Unterbrechungs-Störzustand vorliegt, wenn der Messwert unter dem vorgegebenen Wert liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Testsignal-Eingabeeinrichtung der Signalleitung eine kurzzeitige Stromänderung als Testsignal zuführt, die Ansprechsignal-Detektoreinrichtung die Änderung einer an der Signalleitung anstehenden Spannung als das Ansprechsignal misst und die Beurteilungseinrichtung als den einen Bereich einen größeren Bereich als den vorgegebenen Wert einstellt und die Beurteilung trifft, dass bei der der Störzustandsermittlung unterzogenen Zelle ein Unterbrechungs-Störzustand vorliegt, wenn der Messwert über dem vorgegebenen Wert liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Testsignal-Eingabeeinrichtung eine Stromversorgungseinrichtung der Zelle bildet und zeitweilig die Signalleitung entweder mit einer Spannungsänderung oder einer Stromänderung beaufschlagt, und die Ansprechsignal-Detektoreinrichtung entweder die Änderung eines über die Signalleitung fließenden Stroms oder die Änderung einer Spannung zwischen den Elektroden als das Ansprechsignal misst.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Testsignal-Eingabeeinrichtung entweder eine Spannung oder einen Strom eingibt, die/der sich sowohl in positiver als auch in negativer Richtung in Bezug auf eine unmittelbar vorhergehende Spannung oder einen unmittelbar vorhergehenden Strom verändert.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Testsignal-Eingabeeinrichtung entweder eine Spannung oder einen Strom eingibt, die/der sich entweder in positiver oder in negativer Richtung in Bezug auf eine unmittelbar vorhergehende Spannung oder einen unmittelbar vorhergehenden Strom verändert.
Gassensor-Störungsermittlungsvorrichtung zur Erfassung des Vorliegens oder Nichtvorliegens eines Störzustands eines Gassensors mit einer Vielzahl von Zellen, die jeweils ein auf einem Festelektrolytmaterial ausgebildetes Elektrodenpaar zur Erzeugung eines der Zusammensetzung eines an den Oberflächen der Elektroden befindlichen Messgases entsprechenden Gasmesssignals und Abgabe des Gasmesssignals über eine mit den Elektroden verbundene Signalleitung aufweisen und derart ausgestaltet sind, dass die einen Elektroden der Elektrodenpaare der Vielzahl von Zellen in einer gemeinsamen Kammer angeordnet sind, wobei die Gassensor-Störungsermittlungsvorrichtung aufweist: eine Testsignal-Eingabeeinrichtung zur zeitweiligen Zuführung eines eine Wechselstromkomponente enthaltenden Testsignals über die Signalleitungen zu einer spezifizierten Zelle der Vielzahl von Zellen, eine Ansprechsignal-Detektoreinrichtung zur Messung eines an der Signalleitung für eine andere, einer Störzustandsermittlung unterzogenen Zelle als der spezifizierten Zelle in Abhängigkeit von der Eingabe des Testsignals auftretenden Ansprechsignals, und eine Beurteilungseinrichtung zum Vergleichen des Messwertes des Ansprechsignals mit einem vorgegebenen Wert, wobei die Beurteilung getroffen wird, dass in der der Störzustandsermittlung unterzogenen Zelle ein Unterbrechungs-Störzustand vorliegt, wenn der Messwert in einem vorgegebenen Bereich der durch den vorgegebenen Wert festgelegten Bereiche liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, zusätzlich mit: einer zweiten Ansprechsignal-Detektoreinrichtung zur Messung eines an der Signalleitung für die spezifizierte Zelle in Abhängigkeit von dem in Bezug auf die spezifizierte Zelle zugeführten Testsignal auftretenden Ansprechsignals, und einer zweiten Beurteilungseinrichtung zum Vergleichen des Messwertes des Ansprechsignals mit einem vorgegebenen Wert, wobei die Beurteilung getroffen wird, dass in der spezifizierten Zelle ein Unterbrechungs-Störzustand vorliegt, wenn der Messwert in einem vorgegebenen Bereich von durch den vorgegebenen Wert festgelegten Bereichen liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, zusätzlich mit: einer Ansprechsignal-Detektoreinrichtung zur Messung eines an der Signalleitung für die spezifizierte Zelle in Abhängigkeit von der Zuführung des Testsignals zu der spezifizierten Zelle auftretenden Ansprechsignals, einer Impedanz-Berechnungseinrichtung zur Ermittlung der Impedanz zwischen den Elektroden der spezifizierten Zelle auf der Basis des Testsignals und des Ansprechsignals, und einer Heizelement-Steuereinrichtung zur Steuerung eines in den Gassensor zusammen mit der Zelle integrierten Heizelements auf der Basis der ermittelten Impedanz.