DE19612387A1

DE19612387A1 - Sauerstoffkonzentration-Erfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE19612387A1
Application number: DE19612387A
Authority: DE
Inventors: Yasuo Sagisaka; Yukihiro Yamashita
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1996-03-28
Publication date: 1996-10-02
Also published as: US6009866A; JP3711582B2; US5709198A; JPH08271475A; US6314790B1

Description

Die vorliegende Patentanmeldung hat Bezug auf die und beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmel dung Nr. Hei 7-76338, die hierin durch Bezugnahme ein bezogen wird.

Die Erfindung betrifft eine Sauerstoffkonzentration- Erfassungsvorrichtung mit einem mit Strombegrenzung ar beitenden Sauerstoffsensor, der ein Sauerstoffkonzen tration-Erfassungselement, welches einen Grenzstrom proportional zur Sauerstoffkonzentration ausgibt, und eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des Sauerstoffkonzen tration-Erfassungselements umfaßt, und bezieht sich insbesondere auf eine Sauerstoffkonzentration-Erfas sungsvorrichtung, die auf eine Abnormalität des mit Strombegrenzung arbeitenden Sauerstoffsensors prüft.

Viele moderne Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuersysteme verwenden mit Strombegrenzung arbeitende Sauerstoffsen soren (Sauerstoffkonzentrationsdetektoren). In einem solchen System wird die durch den Luft/Kraftstoff-Ver hältnis-Sensor erfaßte Sauerstoffkonzentration in einen Mikrocomputer eingegeben, um ein Luft/Kraftstoff-Ver hältnis zu berechnen, und um mittels des Mikrocomputers eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerung auf der Grundlage des berechneten Luft/Kraftstoff-Ver hältnisses durchzuführen.

Das Steuersystem erzielt hierdurch eine optimale Ver brennung in der Brennkraftmaschine und reduziert schäd liche Substanzen wie beispielsweise CO, HC, NOx und dergleichen im Abgas.

Da sich jedoch die Steuergenauigkeit der Luft/Kraft stoff-Verhältnis-Steuersysteme stark verschlechtert, wenn die Zuverlässigkeit der Erfassung des Luft/Kraft stoff-Verhältnisses abnimmt, besteht großer Bedarf an einer Technologie, die eine Abnormalität eines Luft/ Kraftstoff-Verhältnis-Sensors präzise erfaßt.

Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. Hei 1-232143, "Air-Fuel Ratio Control Apparatus for In ternal Combustion Engine", beispielsweise beschreibt eine Technologie, die eine Abnormalität einer Heizein richtung erfaßt, falls die durch einen Temperatursensor erfaßte Temperatur des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sen sors (Sauerstoffkonzentration-Erfassungselement) nicht auf eine vorbestimmte Temperatur ansteigt.

Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. Hei 3-189350, "Oxygen Sensor Heater Control Apparatus", beschreibt eine Technologie zur Anwendung in einer An ordnung zum Steuern der Energiezufuhr zu der Heizein richtung so, daß der Widerstand der Heizeinrichtung gleich einem Sollwiderstand wird, wobei diese Technolo gie eine Abnormalität des Sollwiderstands erfaßt, falls die Energiezufuhr zu der Heizeinrichtung von einem vor bestimmten Bereich abweicht.

Im Stand der Technik treten jedoch die folgenden Pro bleme auf. Die vorstehend erwähnte, frühere Technologie (gemäß der ungeprüften japanischen Patentveröffentli chung Nr. Hei 1-232143) erfordert einen Sensor zum Er fassen der Temperatur des Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Sensors und führt dadurch zu Problemen hoher Kosten. Die letztgenannte Technologie (gemäß der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei 3-189350) ermittelt lediglich, ob der Sollwiderstand korrekt ein gehalten wird, und die Situationen, in welchen diese Diagnosetechnologie eine Abnormalität erfaßt, beschrän ken sich im wesentlichen auf diejenigen Situationen, in welchen die Batterie oder der Sensor ausgetauscht wur de. Infolgedessen ermittelt diese Technologie nicht hinsichtlich der Zuverlässigkeit des Sauerstoffsensors.

In Anbetracht der Probleme des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neue Diagnosetechnik vorzuschlagen und dadurch eine Sauer stoffkonzentration-Erfassungsvorrichtung bereitzustel len, die genau und auf einfache Weise auf eine Abnorma lität eines mit Strombegrenzung arbeitenden Sauerstoff sensors prüft.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Sauerstoffkonzentration-Erfassungsvorrichtung, gekenn zeichnet durch einen mit Strombegrenzung arbeitenden Sauerstoffsensor mit einem Sauerstoffkonzentration- Erfassungselement zum Ausgeben eines Grenzstroms pro portional zur Sauerstoffkonzentration und einer Heiz einrichtung zum Erwärmen des Sauerstoffkonzentration- Erfassungselements; einer Heizeinrichtungs-Steuerein richtung zum Steuern der Versorgung der Heizeinrichtung mit Energie, um den Sauerstoffsensor zu aktivieren; ei ne Elementwiderstand-Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Elementwiderstands des Sauerstoffsensors; und ei ne Sensor-Diagnoseeinrichtung zum Durchführen einer Diagnose des Sauerstoffsensors in Übereinstimmung da mit, ob der durch die Elementwiderstand-Erfassungsein richtung erfaßte Elementwiderstand des Sauerstoffkon zentration-Erfassungselements innerhalb eines vorbe stimmten Bereichs liegt.

D. h., gemäß dem ersten Gesichtspunkt wird eine Sauer stoffkonzentration-Erfassungsvorrichtung bereitge stellt, welche auf der Grundlage einer Ermittlung, ob die Elementtemperatur des Sauerstoffsensors innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, ermittelt, ob der Zustand des Sauerstoffsensors abnormal ist. Hierdurch erfolgt die Sensordiagnose präzise und auf einfache Art und Weise.

Bevorzugt führt die Sauerstoffkonzentration-Erfassungs vorrichtung die Sensordiagnose derart durch, daß eine Elementniedrigtemperatur-Abnormalität und eine Element hochtemperatur-Abnormalität unterschieden wird.

Alternativ wird die vorstehende Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Sauerstoffkonzentration-Erfassungs vorrichtung, gekennzeichnet durch einen in einer Ab gasanlage einer Brennkraftmaschine angeordneten, mit Strombegrenzung arbeitenden Sauerstoffsensor mit einem Sauerstoffkonzentration-Erfassungselement zum Ausgeben eines Grenzstroms proportional zur Sauerstoffkonzentra tion und einer Heizeinrichtung zum Erwärmen des Sauer stoffkonzentration-Erfassungselements; einer Heizein richtungs-Steuereinrichtung zum Steuern der Versorgung der Heizeinrichtung mit Energie, um den Sauerstoffsen sor zu aktivieren; eine Kraftstoff-Variationseinrich tung zum Variieren der Kraftstoffzufuhr zu der Brenn kraftmaschine′; und eine Sensor-Diagnoseeinrichtung zum Durchführen einer Diagnose des Sauerstoffsensors in Übereinstimmung damit, ob sich ein Ausgangswert des Sauerstoffsensors innerhalb eines vorbestimmten Be reichs ändert, wenn die Kraftstoffmenge durch die Kraftstoff-Variationseinrichtung variiert wird.

Es ist also auch möglich, daß die Sauerstoffkonzentra tion-Erfassungsvorrichtung auf der Grundlage einer Er mittlung, ob sich das Ausgangssignal des Sauerstoffsen sors in Antwort auf eine Zunahme oder eine Abnahme der Kraftstoffzufuhr innerhalb eines vorbestimmten Bereichs geändert hat, ermittelt, ob der Zustand des Sauer stoffsensors abnormal ist. Infolgedessen führt auch diese Anordnung die Sensordiagnose präzise und auf ein fache Art und Weise durch.

Außerdem ist es möglich, daß die Sauerstoffkonzentrati on-Erfassungsvorrichtung die Sensordiagnose durchführt, wenn der Sauerstoffsensor aktiviert ist oder aktiviert sein oder werden muß, so daß infolgedessen eine genaue Diagnose erreicht wird.

Weiter alternativ die vorstehend genannte Aufgabe er findungsgemäß gelöst durch eine Sauerstoffkonzentrati on-Erfassungsvorrichtung, gekennzeichnet durch einen mit Strombegrenzung arbeitenden Sauerstoffsensor mit einem Sauerstoffkonzentration-Erfassungselement zum Ausgeben eines Grenzstroms proportional zur Sauerstoff konzentration und einer Heizeinrichtung zum Erwärmen des Sauerstoffkonzentration-Erfassungselements; eine Elementwiderstand-Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Elementwiderstands des Sauerstoffkonzentration- Erfassungselements; eine Heizeinrichtungs-Energiezu fuhr-Steuereinrichtung zum rückgekoppelten Steuern der Energiezufuhr zu der Heizeinrichtung, um einen Unter schied zwischen dem durch die Elementwiderstand-Erfas sungseinrichtung erfaßten Elementwiderstand und einem Soll-Elementwiderstand des Sauerstoffkonzentration-Er fassungselements zu eliminieren; und eine Sensor-Diag noseeinrichtung zum Durchführen einer Diagnose des Sau erstoffsensors in Übereinstimmung damit, ob die durch die Heizeinrichtungs-Energiezufuhr-Steuereinrichtung rückgekoppelt gesteuerte Energiezufuhr zu der Heizein richtung größer ist als ein vorbestimmtes Abnormali täts-Ermittlungskriterium.

Das System kann also die Energiezufuhr zu der Heizein richtung rückgekoppelt steuern, um die Elementtempera tur im wesentlichen gleich einer Soll-Elementtemperatur zu machen, und die Diagnose des Sauerstoffsensors auf der Grundlage einer Ermittlung, ob die Energiezufuhr zur Heizeinrichtung größer ist als ein vorbestimmtes Abnormalitäts-Ermittlungskriterium ist, durchführen. Infolgedessen führt dieses System die Sensordiagnose genau und auf einfache Art und Weise durch.

Darüber hinaus kann die Vorrichtung eine optimale Dia gnose in Übereinstimmung mit Betriebszuständen oder -bedingungen der Brennkraftmaschine erzielen.

Die Vorrichtung kann die Diagnose des Sauerstoffsensors auf der Grundlage einer Ermittlung, ob die Akkumulation der Energiezufuhr oder die gesamte Energiezufuhr zur Heizeinrichtung größer ist als ein vorbestimmtes Abnor malitäts-Ermittlungskriterium, durchführen. Infolgedes sen erhöht diese Vorrichtung die Genauigkeit von Dia gnosedaten und erzielt eine genaue Diagnose.

Ferner kann die Vorrichtung ermöglichen, daß die Sen sordiagnose nur dann ausgeführt wird, wenn der Anfangs widerstand der Heizeinrichtung gleich oder kleiner ist als ein vorbestimmter Wert, der den Kaltzustand des Sauerstoffsensors kennzeichnet. Infolgedessen verhin dert die Vorrichtung die Sensordiagnose beispielsweise dann, wenn die Brennkraftmaschine nach dem Aufwärmen erneut gestartet wird und die gesamte der der Heizein richtung zugeführten Energie verhältnismäßig klein ist, und erhält dadurch die hohe Genauigkeit der Sensordia gnose aufrecht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Aus führungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 vereinfacht den Gesamtaufbau einer Sauerstoff konzentration-Erfassungsvorrichtung gemäß einem Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt eines Sauerstoffsensors und den Schaltungsaufbau einer elektronischen Steuereinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 3 ein Diagramm, welches die Spannungs-Strom-Kenn linie des Sauerstoffsensors gemäß dem ersten Ausfüh rungsbeispiel zeigt;

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm, welches eine Heizeinrich tungs-Energiezufuhr-Steuerroutine gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel zeigt;

Fig. 5 ein Diagramm, welches den Zusammenhang zwischen der Elementtemperatur und dem Elementwiderstand gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;

Fig. 6 ein Ablaufdiagramm, welches eine Luft/Kraft stoff-Verhältnis-Erfassungsroutine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;

Fig. 7 ein Diagramm, welches die Strom-Spannungs-Kenn linie des Sauerstoffsensors gemäß dem ersten Ausfüh rungsbeispiel zeigt;

Fig. 8 ein Ablaufdiagramm, welches eine Sensor-Diag noseroutine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;

Fig. 9 ein Ablaufdiagramm, welches eine Fehlerbehand lungsroutine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;

Fig. 10 ein Ablaufdiagramm, welches die Sensor-Diag noseroutine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;

die Fig. 11A bis 11C Diagramme, die die jeweiligen Strom-Spannungs-Kennlinien des Sauerstoffsensors zei gen, wenn der Zustand des Elements normal ist (Fig. 11A), wenn die Elementtemperatur abnormal niedrig ist (Fig. 11B) und wenn die Elementtemperatur abnormal hoch ist (Fig. 11C);

die Fig. 12A bis 12D Zeitverlaufsdiagramme, die den Be triebsablauf einer Heizeinrichtungs-Steuerung gemäß ei nem dritten Ausführungsbeispiel veranschaulichen;

Fig. 13 ein Ablaufdiagramm, welches eine Heizeinrich tungs-Steuerroutine gemäß dem dritten Ausführungsbei spiel zeigt;

Fig. 14 ein Ablaufdiagramm, welches eine Berechnungs routine für verarbeitete Daten gemäß dem dritten Aus führungsbeispiel zeigt;

Fig. 15 ein Ablaufdiagramm, welches eine Sensor-Diag noseroutine gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt;

Fig. 16 ein Ablaufdiagramm, welches eine Sensor-Diag noseroutine gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel zeigt;

Fig. 17 eine Tabelle zum Ableiten eines Heizeinrich tungsenergie-Kriteriums gemäß dem vierten Ausführungs beispiel;

die Fig. 18A bis 18E Zeitverlaufsdiagramme, die den Be triebsablauf der Heizeinrichtungs-Steuerung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel veranschaulichen;

die Fig. 19A und 19B ein Ablaufdiagramm, welches eine Heizeinrichtungs-Steuerroutine gemäß dem fünften Aus führungsbeispiel veranschaulicht;

Fig. 20 ein Diagramm, welches den Zusammenhang zwischen dem Anfangswiderstand der Heizeinrichtung und der Akku mulation einer Sollenergie gemäß dem fünften Ausfüh rungsbeispiel zeigt; und

Fig. 21 ein Ablaufdiagramm, welches eine Heizeinrich tungs-Diagnoseroutine gemäß dem fünften Ausführungsbei spiel zeigt.

Nachstehend wird die Sauerstoffkonzentration-Erfas sungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbei spiel, in dem die Sauerstoffkonzentration-Erfassungs vorrichtung in einer Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steu ervorrichtung einer Brennkraftmaschine für Automobile verkörpert ist, unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt vereinfacht den Gesamtaufbau der Luft/ Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung der Brennkraft maschine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Bezug nehmend auf Fig. 1 ist eine Vierzylinder-Otto-Brenn kraftmaschine (nachstehend als "Brennkraftmaschine" be zeichnet) 1 mit einem Einlaß- oder Ansaugrohr 2 und ei nem Auslaß- oder Abgasrohr 3 verbunden. Ein Luftfilter 4 ist an einer äußersten stromaufwärtigen Position des Einlaßrohrs 2 vorgesehen. Ein Druckausgleichbehälter 5 ist nahe der bitte des Einlaßrohrs 2 angeordnet. Strom auf des Druckausgleichbehälters 5 ist eine Drosselklap pe 17 angeordnet, die in Abhängigkeit von dem Nieder drücken eines (nicht gezeigten) Gaspedals betätigt wird. Ein die Drosselklappe 17 umgehender Nebenschluß kanal 18 ist mit einem Leerlauf-Steuerventil oder ISC- Ventil 19 versehen.

Das mit jedem Zylinder der Brennkraftmaschine 1 verbun dene Einlaßrohr (Einlaßports) 2 ist dort mit einem In jektor 6 versehen. Kraftstoff wird durch eine Kraft stoffpumpe 8 aus einem Kraftstofftank 7 gefördert und dann über ein Kraftstoffilter 9 einem Druckregler 10 zugeführt. Der Druckregler 10 versorgt den Injektor 6 mit Kraftstoff mit einem geregelten, konstanten Druck und führt auch überschüssigen Kraftstoff in den Kraft stofftank 7 zurück. Der Injektor 6 öffnet sein Ventil bei Zufuhr von Energie aus einer Batterie 15, um Kraft stoff einzuspritzen. Der aus dem Injektor 6 einge spritzte Kraftstoff wird mit Ansaugluft vermischt, um ein Luft/Kraftstoff-Gemisch zu bilden. Das Gemisch wird dann durch ein Einlaßventil 11 in eine Verbrennungskam mer 12 geleitet.

Ein Ansauglufttemperatursensor 20 ist nahe dem Luftfil ter 4 angeordnet, um die Temperatur der Ansaugluft zu erfassen. Der Druckausgleichbehälter 5 ist mit einem Einlaßrohrdrucksensor 22 versehen, um den Druck im In nern des Einlaßrohrs 2 (Einlaß-Unterdruck) zu erfassen. Der Zylinderblock der Brennkraftmaschine 1 ist mit ei nem Kühlmitteltemperatursensor versehen, um die Tempe ratur des Kühlmittels der Brennkraftmaschine 1 zu er fassen.

Eine Zündkerze 13 ist in der Verbrennungskammer 12 je des Zylinders angeordnet. Eine Zündspule 14 erzeugt ei ne Hochspannung aus der durch die Batterie 15 bereitge stellten Energie. Die Hochspannung wird dann mittels eines Verteilers 16 auf die Zündkerze 13 jedes Zylin ders verteilt. Der Verteiler 16 umfaßt einen Zylinder unterscheidungssensor 24 und einen Kurbelwinkelsensor 25. Der Kurbelwinkelsensor 25 erzeugt während der Dre hung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1 Kurbel winkelsignale bei vorbestimmten Kurbelwinkeln (bei spielsweise nach jeweils 30° Kurbelwinkel). Der Zylin derunterscheidungssensor 24 erzeugt während der Drehung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1 Zylinderunter scheidungssignale zu bestimmten Zeitpunkten in bezug auf einen bestimmten Zylinder (beispielsweise den obe ren Totpunkt TDC der Verdichtung des ersten Zylinders).

Die Auslaßleitung 3 der Brennkraftmaschine 1 ist mit einem mit Strombegrenzung arbeitenden Sauerstoffsensor 26 versehen, der Erfassungssignale linear mit bzw. pro portional zu der Sauerstoffkonzentration im Abgas ab gibt. Stromab des Sauerstoffsensors 26 ist ein Kataly sator angeordnet, der Abgas reinigt.

Die Erfassungssignale aus den vorstehend erwähnten Sen soren werden einer elektronischen Steuereinheit (nach stehend als ECU bezeichnet) 40 zugeführt. Die ECU 40 arbeitet mit Energieversorgung durch die Batterie 15. Bei Empfang eines EIN-Signals von einem Zündschalter 28 startet die ECU die Brennkraftmaschine 1. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 steuert die ECU rück gekoppelt das Luft/Kraftstoff-Verhältnis näherungsweise auf ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (beispielsweise das theoretisch optimale Luft/Kraft-stoff-Verhältnis) durch Variieren des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Korrek turkoeffizienten auf der Grundlage der Signale aus dem Sauerstoffsensor 26. Ferner führt die ECU 40 einen (noch zu beschreibenden) Sensor-Diagnosebetrieb durch, um zu ermitteln, ob in dem Sauerstoffsensor 26 eine Ab normalität aufgetreten ist, und aktiviert dann, wenn eine Abnormalität aufgetreten ist, eine Warnleuchte 29, um den Fahrer über die Abnormalität zu informieren.

Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Querschnittsansicht des Sauerstoffsensors 26 und des Schaltungsaufbaus der mit dem Sauerstoffsensor 26 verbundenen ECU 40. Der Sauer stoffsensor 26 ragt in das Auslaßrohr 3 hinein, wie in Fig. 2 dargestellt, und umfaßt eine Abdeckung 31, einen Sensorkörper 32 und eine Heizeinrichtung 33. Die Abdec kung 31 hat einen vorwiegend U-förmigen Querschnitt, und ihre Umfangswandung weist viele Poren 31a auf, die die Innenseite der Abdeckung 31 mit deren Außenseite verbinden. Der Sensorkörper 32 erzeugt einen Grenzstrom entsprechend der Sauerstoffkonzentration im Magerbe reich der Luft/Kraftstoff-Verhältnisses oder der Kon zentration von Kohlenmonoxid (CO) im fetten Bereich oder Anreicherungsbereich des Luft/Kraftstoff-Verhält nisses.

Der Aufbau des Sensorkörpers 32 wird nachstehend im einzelnen beschrieben. Eine abgasseitige Elektroden schicht 36 ist auf der äußeren Oberfläche einer festen Elektrolytschicht 34 mit tassenförmigem Querschnitt fi xiert. Die innenliegende Oberfläche der festen Elektro lytschicht 34 ist fest mit der atmosphärenseitigen Elektrodenschicht 37 verbunden. Eine dotierte oder ein diffundierte Widerstandsschicht 35 wurde durch Plas masprühen auf der Außenseite der abgasseitigen Elektro denschicht 36 ausgebildet. Die feste Elektrolytschicht 34 besteht aus einem Sauerstoffionen leitenden, gesin terten Oxydmaterial, in welchem ein Stabilisator wie beispielsweise CaO, MgO, Y₂O₃ oder Yb₂O₃ in ZrO₂, HfO₂, ThO₂, Bi₂O₃ oder dergleichen gelöst ist. Die diffundier te Widerstandsschicht 35 besteht aus einer wärmebestän digen, anorganischen Substanz wie beispielsweise Alumi niumoxid, Magnesiumoxid, Quarzit, Spinell oder Mullit. Die abgasseitige Elektrodenschicht 36 und die atmosphä renseitige Elektrodenschicht 37 bestehen aus einem Edelmetall mit hoher katalytischer Aktivität, bei spielsweise Platin, und sind mit einer chemisch aufge brachten, porösen Beschichtung versehen. Die abgassei tige Elektrodenschicht 36 hat eine Oberfläche von etwa 10 bis 100 mm² und eine Dicke von etwa 0,5 bis 2.0 µm.

Die atmosphärenseitige Elektrodenschicht 37 hat eine Oberfläche von 10 mm² oder größer und eine Dicke von etwa 0,5 bis 2,0 µm. Die feste Elektrolytschicht ent spricht dem Sauerstoffkonzentration-Erfassungselement gemäß den beigefügten Patentansprüchen.

Die Heizeinrichtung 33 ist in einem von der atmosphä renseitigen Elektrodenschicht umgebenen Raum angeord net. Die thermische Energie aus der Heizeinrichtung 33 erwärmt den Sensorkörper 32 (die atmosphärenseitige Elektrodenschicht 37, die feste Elektrolytschicht 34, die abgasseitige Elektrodenschicht 36 und die diffun dierte Widerstandsschicht 35). Die Heizeinrichtung 33 hat eine ausreichende Wärmeerzeugungskapazität, um den Sensorkörper 32 zu aktivieren.

Mit diesem Aufbau des Sauerstoffsensors 26 erzeugt der Sensorkörper 32 eine veränderliche elektromotorische Kraft am Punkt des theoretischen Luft/Kraftstoff-Ver hältnisses, und erzeugt einen Grenzstrom in Überein stimmung mit der Sauerstoffkonzentration innerhalb des in bezug auf das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhält nis definierten Magerbereichs. Der Grenzstrom in Über einstimmung mit der Sauerstoffkonzentration ändert sich in Abhängigkeit von der Fläche der abgasseitigen Elek trodenschicht 36, der Dicke der diffundierten Wider standsschicht 35, der Porösität und der mittleren Po rengröße. Der Sensorkörper 32 erfaßt die Sauerstoffkon zentration linear. Da jedoch eine hohe Temperatur von etwa 650° oder höher erforderlich ist, um dem Sensor körper 32 zu aktivieren, und da der Aktivierungstempe raturbereich des Sensorkörpers 32 verhältnismäßig schmal ist, reicht die thermische Energie des Abgases aus der Brennkraftmaschine 1 nicht aus, um die Aktivie rung des Sensorkörpers 32 zu steuern. In Übereinstim mung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Heizeinrichtung 33 wie noch beschrieben gesteuert, um eine Steuerung der Temperatur des Sensorkörpers 32 zu erreichen. Innerhalb eines in bezug auf das theoreti sche Luft/Kraftstoff-Verhältnis fetten Bereichs ande rerseits ändert sich die Konzentration von Kohlenmon oxid, d. h., die Konzentration eines unverbrannten Ga ses, im wesentlichen linear mit dem Luft/Kraftstoff- Verhältnis. Der Sensorkörper 32 erzeugt im fetten Be reich einen Grenzstrom in Übereinstimmung mit der CO- Konzentration.

Die Spannungs-Strom-Kennlinien des Sensorkörpers 32 werden unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. Die Strom-Spannungs-Kennlinien gemäß Fig. 3 zeigen, daß der proportional zu der durch den Sauerstoffsensor 26 er faßten Sauerstoffkonzentration (dem Luft/Kraftstoff- Verhältnis) in die feste Elektrolytschicht 34 des Sen sorkörpers fließende Strom linear mit der an der festen Elektrolytschicht 34 angelegten Spannung verläuft. Wenn sich der Sensorkörper 32 im aktivierten Zustand auf ei ner Temperatur T = T1 befindet, zeigt die Strom-Span nungs-Kennlinie des Sensorkörpers 32 einen stabilen Zu stand, wie durch die durch ausgezogene Linien in Fig. 3 repräsentierte Kennlinie L1 gezeigt. Die geraden Teil stücke oder Segmente der Kennlinie L1 parallel zur Spannungsachse V geben Grenzströme an, die im Sensor körper 32 auftreten. Die Änderung des Grenzstroms ver läuft parallel zu der Änderung des Luft/Kraftstoff-Ver hältnisses (d. h. fett oder mager). Genauer ausgedrückt nimmt der Grenzstrom zu, wenn sich das Luft/Kraftstoff- Verhältnis weiter auf die Magerseite verschiebt, und nimmt ab, wenn sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wei ter auf die Anreicherungsseite verschiebt.

Der Bereich der Spannungs-Strom-Kennlinien, in dem die Spannung kleiner ist als die den geraden Segmenten par allel zur Spannungsachse V entsprechenden Pegel, ist ein Widerstands-Dominanzbereich. Der Verlauf der Kenn linie L1 innerhalb eines solchen Widerstands-Dominanz bereichs wird durch den inneren Widerstand (nachstehend als Elementwiderstand bezeichnet) der in dem Sensorkör per 32 bereitgestellten festen Elektrolytschicht 34 be stimmt. Der Elementwiderstand ändert sich mit der Tem peratur. Mit abnehmender Temperatur des Sensorkörpers 32 nimmt der Elementwiderstand zu, und infolgedessen wird die Steigung reduziert. Ist die Temperatur T des Sensorkörpers 32 gleich T2, welche Temperatur niedriger ist als T1, entsteht eine Strom-Spannungs-Kennlinie des Sensorkörpers 32 wie durch die mit durchbrochener Linie in Fig. 3 dargestellten Kennlinie L2 gezeigt. Die gera den Segmente der Kennlinie L2 parallel zur Spannungs achse V geben Grenzströme an, die im Sensorkörper 32 auftreten. Die durch die Kennlinie L2 festgelegten Grenzströme sind im wesentlichen gleich den durch die Kurve L1 festgelegten Grenzströmen.

Mit der Kennlinie L1 wird dann, wenn eine positive Spannung an die feste Elektrolytschicht 34 des Sensor körpers 32 angelegt wird, der durch den Sensorkörper 32 fließende Strom gleich einem Grenzstrom Ipos (vgl. den Punkt Pa in Fig. 3). Wird eine negative Spannung an die feste Elektrolytschicht 34 des Sensorkörpers 32 ange legt, wird der Strom durch den Sensorkörper 32 zu einem negativen Grenzstrom Ineg, der nicht von der Sauer stoffkonzentration abhängt, sondern nur zu der Tempera tur proportional ist (vgl. den Punkt Pb in Fig. 3).

Erneut bezugnehmend auf Fig. 2 ist die abgasseitige Elektrodenschicht 36 des Sensorkörpers 32 mit einer Bias- oder Vorspannungs-Steuerschaltung 41 verbunden, die an die atmosphärenseitige Elektrodenschicht 37 des Sensorkörpers 32 über eine positiv vorspannende Gleich signal-Energieversorgung 42 gekoppelt ist. Die Vorspan nungs-Steuerschaltung 41 besteht allgemein aus der po sitiv vorspannenden Gleichsignal-Energieversorgung 42, einer negativ vorspannenden Gleichsignal-Energieversor gung 43 und einer Umschaltschaltung 44. Die negative Elektrode der positiv vorspannenden Gleichsignal-Ener gieversorgung 42 und die positive Elektrode der negativ vorspannenden Gleichsignal-Energieversorgung 43 sind mit der abgasseitigen Elektrodenschicht 36 verbunden.

Die Umschaltschaltung 44 verbindet selektiv nur die po sitive Elektrode der positiv vorspannenden Gleichsi gnal-Energieversorgung 42 mit einer Sensorstrom-Erfas sungsschaltung 45, wenn sie in einen ersten Auswahlzu stand geschaltet wird. Wird sie in einen zweiten Aus wahlzustand geschaltet, verbindet die Umschaltschaltung 44 nur die negative Elektrode der negativ vorspannenden Gleichsignal-Energieversorgung 43 mit der Sensorstrom- Erfassungsschaltung 45. D. h., wenn sich die Umschalt schaltung 44 in dem ersten Auswahlzustand befindet, spannt die positiv vorspannenden Gleichsignal-Energie versorgung 42- die feste Elektrolytschicht 34 des Sen sorkörpers positiv vor, so daß Strom in der positiven Richtung durch die feste Elektrolytschicht 34 fließt. Befindet sich andererseits die Umschaltschaltung 44 in ihrem zweiten Auswahlzustand, so spannt die negativ vorspannende Gleichsignal-Energieversorgung 43 die fe ste Elektrolytschicht 34 negativ vor, so daß Strom in der negativen Richtung durch die feste Elektrolyt schicht 34 fließt. Die Anschlußspannungen der positiv und negativ vorspannenden Gleichsignal-Energieversor gungen 42, 43 entsprechen den vorstehend erwähnten an gelegten Spannungen oder Strömen Ipos bzw. Ineg.

Die Sensorstrom-Erfassungseinrichtung 45 erfaßt den von der atmosphärenseitigen Elektrodenschicht 37 des Sen sorkörpers 32 zu der Umschaltschaltung 44 oder in der umgekehrten Richtung fließenden Strom, d. h. den durch durch die feste Elektrolytschicht 34 fließenden Strom. Eine Heizeinrichtungs-Steuerschaltung 46 steuert die von einer Batterie-Energiequelle VB der Heizeinrichtung 33 zugeführte Energie mit einem Tastverhältnis in Über einstimmung mit der Temperatur der Heizeinrichtung 33 und/oder der Elementtemperatur des Sauerstoffsensors 26, und steuert infolgedessen die Erwärmung durch die Heizeinrichtung 33. Der durch die Heizeinrichtung 33 fließende Strom (nachstehend als Heizeinrichtungsstrom Ih bezeichnet) wird durch einen Stromerfassungswider stand 50 erfaßt.

Ein A/D-Umsetzer 47 setzt den durch die Sensorstrom-Er fassungsschaltung 45 erfaßten Strom (Ipos, Ineg wie in Fig. 3 angegeben), den Heizeinrichtungsstrom Ih und die an die Heizeinrichtung 33 angelegte Spannung (nachsteh end als Heizeinrichtungsspannung Vh bezeichnet) in Di gitalsignale um und gibt diese Signale an einen Mikro prozessor 48 aus. Der Mikroprozessor 48 umfaßt eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 48a zum Aus- und Durchführen verschiedener Betriebsabläufe und einen Speicher 48b, der aus einem Nurlesespeicher (ROM) und einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) besteht. In Übereinstimmung mit vorbestimmten Berechnungsroutinen steuert der Mikroprozessor 48 die Vorspannungs-Steuer schaltung 41, die Heizeinrichtungs-Steuerschaltung 46 und eine Kraftstoffeinspritz-Steuervorrichtung (nach stehend als EFI bezeichnet) 49. Die EFI 49 empfängt verschiedene Signale aus den vorstehend erwähnten Sen soren als Brennkraftmaschinen-Information und erfaßt dadurch die Ansauglufttemperatur Tam, den Ansaug-Unter druck Pm, die Kühlmitteltemperatur Thw, die Drehzahl NE der Brennkraftmaschine, die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs und dergleichen. Auf der Grundlage solcher Brennkraft maschinen-Information steuert die EFI 49 die Kraft stoffeinspritzung durch den Injektor 6. Gemäß dem vor liegenden Ausführungsbeispiel bildet die CPU 48a des Mikrocomputers 48 die Heizeinrichtungs-Steuereinrich tung, die Elementwiderstand-Erfassungseinrichtung, eine Sensor-Diagnoseeinrichtung und eine Heizeinrichtungs- Energiezufuhr-Schätz- oder Berechnungseinrichtung, wie in den beigefügten Patentansprüchen angegeben.

Nachstehend wird der Betriebsablauf gemäß diesem Aus führungsbeispiel unter Bezugnahme auf die durch die CPU 48a des Mikrocomputers 48 ausgeführten Steuerroutinen beschrieben. Erklärt werden nachstehend die Steuerung der Energiezufuhr zur Heizeinrichtung, ein Luft/Kraft stoff-Verhältnis-Erfassungsvorgang und dann der Sensor- Diagnosebetrieb.

Das Ablaufdiagramm gemäß Fig. 4 veranschaulicht eine Heizeinrichtungs-Energiezufuhr-Steuerroutine, die in einem vorbestimmten Zyklus durch die CPU 48a ausgeführt wird. In einem Schritt 101 ermittelt die CPU 48a den Steuerzustand der Heizeinrichtung 33 auf der Grundlage von Heizeinrichtungs-Steuerflags F1, F2. Gemäß dem er sten Ausführungsbeispiel durchläuft die Heizeinrich tungs-Steuerbetriebsart auf das Einschalten des Zünd schalters 28 hin eine Steuerung mit 100% Tastverhält nis, eine erste Heizeinrichtungs-Energiezufuhr-Steue rung und dann eine zweite Heizeinrichtungs-Energiezu fuhr-Steuerung (in dieser Reihenfolge). Das Heizein richtungs-Steuerflag F1 = 1 zeigt an, daß die erste Heizeinrichtungs-Energiezufuhr-Steuerung ausgeführt wird. Das Heizeinrichtungs-Steuerflag F2 = 1 zeigt an, daß die zweite Heizeinrichtungs-Energiezufuhr-Steuerung ausgeführt wird.

In einer Anfangsperiode der Heizeinrichtungs-Energie zufuhr-Steuerung wurden die Heizeinrichtung-Steuer flags F1, F2 auf 0 zurückgesetzt (Anfangswerte), so daß daher die CPU 48a zu einem Schritt 102 fortschreitet, um die Steuerung mit 100% Tastverhältnis auszuführen. Im einzelnen steuert die CPU 48a die in Fig. 2 gezeigte Heizeinrichtungs-Steuerschaltung 46 mit einem Tastver hältnis von 100%, um die Energiezufuhr zu der Heizein richtung 33 auf den Maximalwert festzulegen, und er wärmt infolgedessen die Heizeinrichtung 33 schnell. In einem Schritt 103 liest die CPU 48a den auf der Grund lage der Heizeinrichtungsspannung Vh und des Heizein richtungsstroms Ih berechneten Heizeinrichtungswider stand RH ein (RH = Vh/Ih). Die CPU 48a ermittelt dann in einem Schritt 104, ob der Heizeinrichtungswiderstand RH gleich 2 Ω ist oder diesen übersteigt (d. h., ob RH 2 Ω ist). Falls RH < 2 Ω ist, beendet die CPU 48a die se Routine unverzüglich. In diesem Fall wird die Steue rung mit 100% Tastverhältnis fortgesetzt.

Falls andererseits in Schritt 104 ermittelt wird, daß der Heizeinrichtungswiderstand RH 2 Ω ist, schreitet die CPU 48a zu einem Schritt 105 fort, um das Heizein richtungs-Steuerflag F1 auf 1 zu setzen, und dann zu einem Schritt 106, um die erste Heizeinrichtungs-Ener giezufuhr-Steuerung auszuführen. In der ersten Heizein richtungs-Energiezufuhr-Steuerung wird das Steuer-Tast verhältnis für die Heizeinrichtung 33 unter Verwendung einer ersten Tabelle auf der Grundlage der Brennkraft maschinenlast (beispielsweise dem Ansaug-Unterdruck Pm) und der Drehzahl NE der Brennkraftmaschine ermittelt.

Die erste Tabelle wurde so ausgelegt, daß die Element temperatur des Sauerstoffsensors 26 gleich einer vorbe stimmten Aktivierungstemperatur werden wird; beispiels weise wird ein großes Steuer-Tastverhältnis für einen Niedriglast- oder Niedrigdrehzahl-Betriebsbereich ein gestellt, da die thermische Energie des Abgases in ei nem solchen Bereich gering ist. Wurde das Flag F1 in folgedessen einmal gesetzt, springt die CPU 48a von Schritt 101 zu Schritt 106, um die erste Heizeinrich tungs-Energiezufuhr-Steuerung auszuführen.

In einem auf Schritt 106 nachfolgenden Schritt 107 liest die CPU 48a den Elementwiderstand des Sauer stoffsensors 26 Zdc (den Innenwiderstand der festen Elektrolytschicht 34) ein. Der Elementwiderstand Zdc wird auf der Grundlage der an das Element angelegten Spannung Vneg (negative angelegte Spannung) und dem durch die Sensorstrom-Erfassungsschaltung 45 erfaßten negativen Strom Ineg berechnet (Zdc = Vneg/Ineg). In einem Schritt 108 ermittelt die CPU 48a, ob der Ele mentwiderstand Zdc 90 Ω oder weniger erreicht hat (d. h., ob Zdc 90 Ω ist). Falls Zdc < 90 Ω ist, been det die CPU 48a die Routine unmittelbar. In diesem Fall wird die erste Heizeinrichtungs-Energiezufuhr-Steuerung fortgesetzt. Zu Referenzzwecken ist der Zusammenhang zwischen der Elementtemperatur und dem Elementwider stand Zdc in Fig. 5 angegeben.

Falls andererseits in Schritt 108 ermittelt wird, daß Zdc 90 Ω ist, schreitet die CPU 48a zu einem Schritt 109 fort, um das Flag F1 auf 0 und dann das Flag F2 auf 1 zu setzen, und führt in einem Schritt 110 die zweite Heizeinrichtungs-Energiezufuhr-Steuerung durch. Die zweite Heizeinrichtungs-Energiezufuhr-Steuerung verwen det eine zweite Tabelle, die sich von der ersten Tabel le unterscheidet, um ein Steuer-Tastverhältnis für die Heizeinrichtung 33 (mit allgemein denselben Eigenschaf ten wie in der ersten Heizeinrichtungs-Energiezufuhr- Steuerung) in Übereinstimmung mit der Brennkraftmaschi nenlast (beispielsweise dem Ansaug-Unterdruck Pm) und der Drehzahl NE der Brennkraftmaschine zu ermitteln. Wurde das Flag F2 = 1 einmal gesetzt, springt die CPU 48a von Schritt 101 zu Schritt 110, um die zweite Hei zeinrichtungs-Energiezufuhr-Steuerung durchzuführen. Wie vorstehend beschrieben steuert dieses Ausführungs beispiel die Energiezufuhr zur Heizeinrichtung 33 in einer offenen Regelschleife durch die Steuerung mit 100% Tastverhältnis in der Anfangsperiode des Steue rungsbetriebs, und dann durch die erste Heizeinrich tungs-Energiezufuhr-Steuerung gefolgt von der zweiten Heizeinrichtungs-Energiezufuhr-Steuerung.

Das Ablaufdiagramm gemäß Fig. 6 veranschaulicht eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsroutine, die in Antwort auf das Einschalten des Zündschalters 28 begon nen und durch die CPU 48a in einem Zyklus von bei spielsweise 8 ms ausgeführt wird.

In Schritten 201 bis 204 gemäß Fig. 6 führt die CPU 48a Prozeduren zum Ermitteln der Sensoraktivierung durch. Schritt 201 legt eine vorbestimmte Spannung Vm inner halb eines in Fig. 7 angegebenen Elementwiderstand-Er fassungsbereichs an (beispielsweise Vm = -1 V). Schritt 202 liest den durch die in Fig. 2 gezeigte Sensorstrom- Erfassungsschaltung 45 erfaßten Strom Im (vgl. Fig. 7) ein. Schritt. 203 berechnet einen Elementwiderstand Zdc auf der Grundlage der angelegten Spannung Vm und dem erfaßten Strom Im (Zdc = Vm/Im).

In Schritt 204 ermittelt die CPU 48a auf der Grundlage einer Ermittlung, ob der Elementwiderstand Zdc inner halb eines vorbestimmten Aktivierungsbereichs (KREL bis KREH) liegt, ob der Sauerstoffsensor 26 aktiviert wur de. Im einzelnen gelangt dann, wenn KREL ¯Zdc ¯KREH ist, Schritt 204 zu einem bejahenden Ergebnis, so daß dann ermittelt wird, daß der Sauerstoffsensor 26 akti viert wurde. Die CPU 48a schreitet dann zu Schritt 205 fort. Falls andererseits Schritt 204 zu einem negativen Ergebnis gelangt, wiederholt die CPU 48a die Schritte 201 bis 204, bis die Sensoraktivierung ermittelt wird.

In Schritt 205 legt die CPU 48a 0,4 V als den Anfangs wert der angelegten Spannung Vp innerhalb des in Fig. 7 angegebenen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsbe reichs an den Sauerstoffsensor 26 an. In einem Schritt 206 liest die CPU 48a dann den durch die in Fig. 2 ge zeigte Sensorstrom-Erfassungsschaltung 45 erfaßten Grenzstrom Ip(n) ein. Die CPU 48a konvertiert in einem Schritt 207 den Grenzstrom IP(n) in ein Luft/Kraft stoff-Verhältnis (A/F). In einem Schritt 208 berechnet die CPU 48a eine bei einem nächsten Durchführen der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassung anzulegende Span nung Vp(n+1) {Vp(+1)=f(Ip)} bzw. {Vp(n+1)=f(Ip)} und legt die anzulegende Spannung Vp(n+1) an den Sauer stoffsensor 26 an. Bezugnehmend auf Fig. 7 resultiert dann, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Betriebs ablaufzyklus (n) gleich 16 und im Betriebsablaufzyklus (n+1) gleich 15 ist, das Anlegen von Vp(n) in der Er fassung von Ip(n) und sodann das Anlegen von Vp(n+1) in der Erfassung vin Ip(n+1).

Sodann ermittelt die CPU 48a in einem Schritt 209, ob eine vorbestimmte Zeitdauer nach dem Beginn der Luft/ Kraftstoff-Verhältnis-Erfassung verstrichen ist. Falls die vorbestimmte Zeitdauer nicht verstrichen ist, wie derholt die CPU 48a die Schritte 206 bis 209. Falls die vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist, schreitet die CPU 48a zu einem Schritt 210 fort. In Schritten 210 bis 213 führt die CPU 48a einen Sensoraktivierungs-Ermitt lungsvorgang wie in den Schritten 201 bis 204 aus.

Im einzelnen ermittelt die CPU 48a in Schritt 213, ob der durch die Schritte 210 bis 212 ermittelte Element widerstand Zdc innerhalb des vorbestimmten Aktivie rungsbereichs (KREL bis KREH) liegt. Falls KREL Zdc KREH ist, wird ermittelt, daß der Sauerstoffsensor 26 aktiviert worden ist. Die CPU 48a schreitet dann zu Schritt 206 fort. Falls andererseits Schritt 213 zu ei nem negativen Ergebnis gelangt, wiederholt die CPU 48a die Schritte 210 bis 213.

Nachstehend wird die Sensor-Diagnoseroutine unter Be zugnahme auf Fig. 8 beschrieben. Die Routine wie durch das Ablaufdiagramm gemäß Fig. 8 dargestellt wird durch die CPU 48a in einem vorbestimmten Zyklus von bei spielsweise 32 ms ausgeführt. Mittels Schritten 301 bis 307 gemäß Fig. 8 ermittelt die CPU 48a, ob Vorbedingun gen für die Sensordiagnose erfüllt worden sind. Im ein zelnen wird in Schritt 301 ermittelt, ob die Ansaug lufttemperatur Tam gleich einem vorbestimmten Kriterium KTA (beispielsweise 5°C) ist oder dieses übersteigt. In Schritt 302 wird ermittelt, ob die Kühlmitteltempe ratur Thw gleich einem vorbestimmten Kriterium KTW (beispielsweise 5°C) ist oder dieses übersteigt. In Schritt 303 wird ermittelt, ob die Drehzahl NE der Brennkraftmaschine gleich einem vorbestimmten Kriterium (beispielsweise 500 l/min) ist oder dieses übersteigt. In Schritt 304 wird ermittelt, ob die Fahrzeuggeschwin digkeit Vs kleiner als ein vorbestimmtes Kriterium (beispielsweise 100 km/h) ist. In Schritt 305 wird er mittelt, ob die seit dem Start der Brennkraftmaschine 1 verstrichene Zeit CAST gleich einem vorbestimmten Kri terium KCAST ist (beispielsweise 20 s) oder dieses übersteigt. In Schritt 306 wird ermittelt, ob die Bat teriespannung VB gleich einem vorbestimmten Kriterium KVB ist (beispielsweise 13 V) oder dieses übersteigt. In Schritt 307 wird ermittelt, ob ein Kraftstoffab schaltflag XFC zur Anzeige der Durchführung eines Kraftstoffabschaltvorgangs auf 0 zurückgesetzt ist, d. h. der Kraftstoffabschaltvorgang nicht ausgeführt wird.

Von den vorstehend erwähnten Vorbedingungen werden die seit dem Start der Brennkraftmaschine 1 verstrichene Zeit CAST und die Batteriespannung VB dazu verwendet, eine akkumulierte oder aufsummierte Heizeinrichtungs- Energiezufuhr bzw. eine der Heizeinrichtung zugeführte, akkumulierte oder aufsummierte Leistungsmenge zu schät zen oder zu ermitteln. Es wird ermittelt, daß die Akku mulation der Heizeinrichtungs-Energiezufuhr bzw. die insgesamt der Heizeinrichtung zugeführte Gesamt-Energie einen vorbestimmten Wert erreicht oder diesen über schritten hat) wenn diese Werte gleich oder größer als vorbestimmte Werte werden. Falls diese Bedingungen er füllt worden sind, wird angenommen, daß der Sauerstoff sensor 26 aktiviert wurde oder aktiviert sein oder wer den muß, so daß infolgedessen die CPU 48a die Durchfüh rung der Diagnose freigibt. Diese Diagnose-Vorbeding ungen stellen eine präzise Diagnose bereit.

Falls ein beliebiger der Schritte 301 bis 307 zu einem negativen Ergebnis gelangt bzw. dort eine negative Ent scheidung getroffen wird, beendet die CPU 48a diese Routine unverzüglich. Falls in allen der Schritte 301 bis 307 bejahende Entscheidungen getroffen werden, schreitet die CPU 48a zu einem Schritt 308 fort, um die Sensordiagnose auf der Grundlage des Elementwiderstands Zdc des Sauerstoffsensors 26 durchzuführen. Der Ele mentwiderstand des Sauerstoffsensors 26 wird wie in den vorstehend beschriebenen Schritten 201 bis 203 berech net.

In Schritt 308 ermittelt die CPU 48a, ob der Elementwi derstand Zdc kleiner ist als ein erstes Kriterium KREL (10 Ω gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel) Falls Zdc < KREL ist, schreitet die CPU 48a zu einem Schritt 309 fort. Wenn der Elementwiderstand Zdc klei ner ist als das erste Kriterium KREL, so bedeutet dies, daß die Elementtemperatur zu stark angestiegen ist. In diesem Fall ermittelt die CPU 48a, daß der Sauerstoff sensor 26 eine "hohe Elementtemperatur-Abnormalität" aufweist. Die Abnormalität hoher Elementtemperatur um faßt die folgenden Formen: eine Form, bei der sich der Heizeinrichtungswiderstand des Sauerstoffsensors 26 zu kleineren Werten hin ändert und dadurch übermäßig große Ströme zuläßt; und eine Form, bei der die erdseitige Verdrahtung der Heizeinrichtung 33 fortwährend zur Erde oder Masse kurzgeschlossen ist, so daß die Stromsteue rung versagt und infolgedessen übermäßig große Ströme zugelassen werden.

Falls andererseits Zdc KREL ist, ermittelt die CPU 48a in Schritt 310, ob der Elementwiderstand Zdc gleich dem zweiten Kriterium KREH (90 Ω gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel) ist oder dieses übersteigt. Falls Zdc KREH ist, schreitet die CPU 48a zu einem Schritt 311 fort. Wenn der Elementwiderstand Zdc gleich dem zweiten Kriterium KREH ist oder dieses übersteigt, so bedeutet dies, daß die Elementtemperatur zu niedrig ge blieben ist. Daher ermittelt die CPU 48a in Schritt 311, daß der Sauerstoffsensor 26 eine "niedrige Ele menttemperatur-Abnormalität", aufweist. Die Abnormalität niedriger Elementtemperatur umfaßt die folgenden For men: eine Form, bei der sich der Heizeinrichtungswider stand des Sauerstoffsensors 26 auf große Werte ändert und dadurch der Strom verringert wird; eine Form, bei der sich der Zustand der Heizeinrichtung 33 so ver schlechtert, daß ihr Widerstand erhöht und dadurch der Strom verringert wird; und eine Form, bei der die Ver drahtung der Heizeinrichtung 33 unterbrochen ist, so daß infolgedessen der Strom darang gehindert wird, durch den Sensor zu fließen.

Falls die vorstehend beschriebene Element-Abnormalität des Sauerstoffsensors 26 ermittelt wird, wird eine Feh lerbehandlungsroutine gemäß Fig. 9 durchgeführt (bei spielsweise in einem Zyklus von 32 ms). In einem Schritt 401 gemäß Fig. 9 ermittelt die CPU 48a, ob die Element-Abnormalität aufgetreten ist. Falls die Ele ment-Abnormalität (Abnormalität hoher oder niedriger Elementtemperatur) in dem in Fig. 8 gezeigten Betriebs ablauf ermittelt wurde, schreitet die CPU 48a zu einem Schritt 402 fort, um die Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Rückkopplung zu beenden. Sodann unterbricht die CPU 48a in einem Schritt 403 die Energiezufuhr zu der Heiz einrichtung 33 und aktiviert in einem Schritt 404 die Warnleuchte 29, um das Auftreten der Element-Abnormali tät anzuzeigen. Die Prozedur gemäß Schritt 404 kann so ausgebildet sein, daß die Abnormalität hoher Element temperatur und die Abnormalität niedriger Elementtempe ratur auf getrennte bzw. unterschiedliche Art und Weise angezeigt wird.

Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel auf der Grundlage einer Ermittlung, ob der Elementwiderstand des Sauerstoffsensors 26 inner halb des vorbestimmten Bereichs liegt, ermittelt, ob in dem Sauerstoffsensor 26 eine Abnormalität aufgetreten ist (Schritte 308 bis 311 gemäß Fig. 8). Im einzelnen werden die Ausgangseigenschaften des mit Strombegren zung arbeitenden Sauerstoffsensors 26 anhand des Ver laufs bzw. der Steigung der Kennlinie innerhalb des Wi derstands-Dominanzbereichs gemäß Fig. 3 (dem Verlauf bzw. der Steigung eines Segments der Kurve entsprechend Spannungen kleiner als die Spannungen entsprechend den geraden Segmenten der zur Spannungsachse parallelen Kurve), d. h. der Größe des Elementwiderstands, ermit telt oder spezifiziert. Falls der Zustand des Sauer stoffsensors 26 abnormal ist, wird der Elementwider stand zu groß oder zu klein. Durch Auswerten dieser Er scheinung kann eine Abnormalität des Sauerstoffsensors 26 genau und auf einfache Weise ermittelt werden.

Außerdem wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbei spiel ermittelt, ob der Sauerstoffsensor 26 eine Abnor malität niedriger Elementtemperatur (oder hoher Ele menttemperatur) aufweist. Diese Ermittlung erfolgt auf der Grundlage einer Entscheidung, ob der Elementwider stand des Sauerstoffsensors 26 oberhalb (oder unter halb) des zugelassenen Bereichs liegt. Im einzelnen kann dann, wenn der Elementwiderstand zu hoch ist, sinnvoll geschlossen werden, daß die Elementtemperatur zu niedrig ist, so daß infolgedessen die Abnormalität niedriger Elementtemperatur ermittelt wird. Falls der Elementwiderstand zu niedrig ist, kann sinnvoll ge schlossen werden, daß die Elementtemperatur zu hoch ist, so daß infolgedessen die Abnormalität hoher Ele menttemperatur ermittelt wird.

Da ferner - und im Gegensatz zum Stand der Technik - die Vorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbei spiel keinen Temperatursensor zum Erfassen der Element temperatur erfordert, leidet diese Vorrichtung nicht unter einer Zunahme der Kosten. Obwohl eine herkömmli che Einrichtung die Abnormalität des Sauerstoffsensors in der Hauptsache dann ermitteln kann, wenn die Batte rie oder der Sensor ausgetauscht worden sind, prüft die Vorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf die Abnormalität des Sensors fortlaufend während der Fahrt des Fahrzeugs. Infolgedessen verbessert die Vorrichtung die Zuverlässigkeit des Ausgangssignals des Sensors und kann ein hochpräzises Luft/Kraftstoff-Ver hältnis-Steuersystem bereitstellen.

Obwohl gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Steue rung mit einem Tastverhältnis von 100%, die erste Hei zeinrichtungs-Energiezufuhr-Steuerung und die zweite Heizeinrichtungs-Energiezufuhr-Steuerung in dieser Rei henfolge durchgeführt werden, ist das Verfahren der Heizeinrichtungs-Energiezufuhr-Steuerung nicht auf die se Ausführungsbeispiel beschränkt. Andere Verfahren, die verwendet werden können, sind beispielsweise: ein Verfahren, in welchem lediglich die erste Heizeinrich tungs-Energiezufuhr-Steuerung und die zweite Heizein richtungs-Energiezufuhr-Steuerung durchgeführt werden; und ein Verfahren, in welchem die Steuerung mit einem Tastverhältnis von 100% für eine vorbestimmte Zeitdauer nach dem Start der Brennkraftmaschine durchgeführt wird und dann, im späteren Betrieb, nur die erste Heizein richtungs-Energiezufuhr-Steuerung und die zweite Hei zeinrichtungs-Energiezufuhr-Steuerung ausgeführt wer den.

Nachstehend wird ein zweites Ausführungsbeispiel unter hauptsächlicher Bezugnahme auf diejenigen Merkmale, die dieses Ausführungsbeispiel von dem ersten Ausführungs beispiel unterscheiden, beschrieben. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel bildet die in dem Mikroprozessor 48 bereitgestellte CPU 48a die Heizeinrichtungs-Steuerein richtung, die Kraftstoff-Variationseinrichtung und die Sensor-Diagnoseeinrichtung gemäß den beigefügten Pa tentansprüchen. Fig. 10 zeigt eine Sensor-Diagnoserou tine gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.

In einem Schritt 501 gemäß Fig. 10 ermittelt die CPU 48a, ob Vorbedingungen für die Sensordiagnose erfüllt worden sind. Die Ermittlung hinsichtlich der Vorbedin gungen in Schritt 501 entspricht den Schritten 301 bis 307 gemäß Fig. 8. In einem Schritt 501 ermittelt die CPU 48a, ob die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplung ausgeführt wird. Falls entweder in Schritt 501 oder in Schritt 502 eine negative Entscheidung getroffen wird, beendet die CPU 48a diese Routine. Falls sowohl in Schritt 501 als auch in Schritt 502 eine bejahenden Entscheidung getroffen wird, schreitet die CPU 48a zu einem Schritt 503 fort.

In Schritt 503 speichert die CPU 48a den gegenwärtig durch die in Fig. 2 gezeigte Sensorstrom-Erfassungs schaltung 45 erfaßten Grenzstrom Ip als Strom Ipo. In einem Schritt 504 speichert die CPU 48a die gegenwärti gen Brennkraftmaschinen-Betriebszustände (den Ansaug- Unterdruck Pm, die Drehzahl NE der Brennkraftmaschine) als Werte Pmo und Neo.

Dann erhöht oder verringert die CPU 48a in einem Schritt 505 die durch den Injektor 6 einzuspritzende Kraftstoffmenge um α% (beispielsweise 10%) und ermit telt dann in einem Schritt 506, ob eine vorbestimmte Zeitdauer nach der Kraftstoffmengenerhöhung oder -ver ringerung verstrichen ist. Die Kraftstoffmengenerhöhung bedeutet, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zwangswei se auf die Anreicherungsseite verschoben wird, und die Kraftstoffmengenverringerung bedeutet, daß das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis zwangsweise auf die Magerseite verschoben wird. Wenn die vorbestimmte Zeitdauer nach der Kraftstoffmengenerhöhung oder -verringerung ver strichen ist, schreitet die CPU 48a zu einem Schritt 507 fort, um zu ermitteln, ob der gegenwärtige Ansaug unterdruck Pm und die gegenwärtige Drehzahl NE der Brennkraftmaschine im wesentlichen gleich den vor der Kraftstoffmengenerhöhung erfaßten Werten Pmo und Neo (den in Schritt 504 gespeicherten Werten) sind. Falls in Schritt 507 ermittelt wird, daß sich die Brennkraft maschinen-Betriebsbedingungen geändert haben, beendet die CPU 48a die Routine unmittelbar, ohne die Sensor diagnose auszuführen. Falls in Schritt 507 andererseits ermittelt wird, daß sich die Brennkraftmaschinen-Be triebsbedingungen nicht geändert haben, schreitet die CPU 48a zu einem Schritt 508 fort, um die Sensordiagno se durchzuführen.

In Schritt 508 liest die CPU 48a den gegenwärtig durch die Sensorstrom-Erfassungsschaltung 45 erfaßten Grenz strom Ip ein. In einem Schritt 509 wird sodann eine Stromänderung ΔIp zwischen den Stromwerten vor und nach der Kraftstoffmengenerhöhung berechnet (ΔIp = Ip-Ipo) In einem Schritt 510 ermittelt die CPU 48a, ob die Stromänderung ΔIp (Absolutwert) größer ist als ein er stes Stromkriterium KDIL (ob ΔIp < KDIL). In einem Schritt 511 wird ermittelt, ob die Stromänderung ΔIp (Absolutwert) gleich oder kleiner ist als ein zweites Stromkriterium KDIH (ob ΔIp KDIH, wobei KDIL < KDIH). Der zulässige Bereich für die Stromänderung (KDIL-KDIH) wurde entsprechend der tatsächlichen durch die Kraft stoffmengenerhöhung verursachten Änderung des Luft/ Kraftstoff-Verhältnisses festgelegt.

Falls die Stromänderung ΔIp innerhalb des Bereichs KDIL-KDIH liegt, gelangt die CPU 48a in sowohl dem Schritt 510 als auch dem Schritt 511 zu einem bejahen den Ergebnis. Falls ΔIp KDIL ist, gelangt die CPU 48a in Schritt 510 zu einem negativen Ergebnis und ermit telt dann in einem Schritt 512, daß die Abnormalität niedriger Elementtemperatur aufgetreten ist. Falls ΔIp < KDIH, gelangt die CPU 48a in Schritt 511 zu einem negativen Ergebnis und ermittelt dann in einem Schritt 513, daß die Abnormalität hoher Elementtemperatur auf getreten ist.

Die Fig. 11A, 11B und 11C sind Diagramme, die die durch den Sauerstoffsensor 26 in jeweils dessen Normalzu stand, dessen Zustand der Abnormalität niedriger Ele menttemperatur und dessen Zustand der Abnormalität ho her Elementtemperatur ausgegebenen Signale zeigen. In den Diagrammen repräsentieren die Stromänderungen ΔIp1, ΔIp2 und ΔIp3 Änderungen des Grenzstroms, die durch die Änderung der angelegten Spannung von Vp1 auf Vp2 verur sacht sind. Falls der Sauerstoffsensor 26 die Abnorma lität niedriger Elementtemperatur zeigt, werden der Elementwiderstand groß und die Steigung der Kennlinie im Widerstands-Dominanzbereich klein, wie in Fig. 113 gezeigt. Infolgedessen wird ΔIp2 kleiner als ΔIp1, wel ches unter Normalbedingungen auftritt (ΔIp2 < ΔIp1). In diesem Fall ergibt Schritt 510 gemäß Fig. 10 eine nega tive Entscheidung, so daß infolgedessen die Abnormali tät niedriger Elementtemperatur ermittelt wird. Falls andererseits der Sauerstoffsensor 26 die Abnormalität hoher Elementtemperatur aufweist, wird der Elementwi derstand klein, und die Steigung der Kurve im Wider- Stands-Dominanzbereich wird groß, wie in Fig. 11C ge zeigt. Infolgedessen wird ΔIp3 größer als ΔIp1, welches unter Normalbedingungen auftritt (ΔIp3 < ΔIp1). In die sem Fall führt Schritt 511 gemäß Fig. 10 zu einer nega tiven Entscheidung, so daß infolgedessen die Abnormali tät hoher Elementtemperatur ermittelt wird.

Wie vorstehend beschrieben wird gemäß dem zweiten Aus führungsbeispiel die Kraftstoffzufuhr zu der Brenn kraftmaschine 1 erhöht (in Schritt 501 gemäß Fig. 10) und ermittelt, ob die Kraftstoffmengen-Erhöhung eine Änderung des Ausgangssignals (Grenzstrom) des Sauer stoffsensors 26 innerhalb des vorbestimmten Bereichs bewirkt hat, um zu ermitteln, ob der Sauerstoffsensor 26 eine Abnormalität aufweist (Schritte 510 bis 513 ge mäß Fig. 10). Mit diesem Vorgehen kann ermittelt wer den, ob sich die durch die Kraftstoffmengenerhöhung verursachte Verschiebung des Luft/Kraftstoff-Verhält nisses zur Anreicherungsseite (Abnahme der Sauerstoff konzentration) korrekt im Sensor-Ausgangssignal wider spiegelt, so daß eine Abnormalität des Sauerstoffsen sors 26 präzise und auf einfache Weise ermittelt werden kann. Darüber hinaus ist, da ein Kriterienbereich zur Ermittlung der Abnormalität herangezogen wird, die Sau erstoffkonzentration-Erfassungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in der Lage, die Ab normalität niedriger Elementtemperatur und die Abnorma lität hoher Elementtemperatur getrennt zu ermitteln.

Nachstehend wird ein drittes Ausführungsbeispiel be schrieben. Während gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel die Heizeinrichtung 33 des Sauer stoffsensors 26 in einer offenen Schleife gesteuert wird, erfolgt gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel die Steuerung der Heizeinrichtung 33 mit Rückkopplung der Elementtemperatur. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel bildet die in dem Mikroprozessor 48 bereitgestellte CPU 48a die Elementwiderstand-Erfassungseinrichtung, die Heizeinrichtungs-Energiezufuhr-Steuereinrichtung und die Sensor-Diagnoseeinrichtung gemäß den beigefügten Patentansprüchen.

Die Fig. 12A bis 12D zeigen Zeitverlaufsdiagramme, die eine Heizeinrichtungssteuerung gemäß dem dritten Aus führungsbeispiel zeigen. Genauer ausgedrückt, zeigen die Zeitverlaufsdiagramme den Betriebsablauf der ab Be ginn der Energiezufuhr zu der Heizeinrichtung 33 in Antwort auf den Start der Brennkraftmaschine 1 bis zur ausreichenden Aktivierung des Sauerstoffsensors 26 durchgeführten Heizeinrichtungs-Steuerung. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Heizeinrichtungs-Steuerung in Anbetracht der unterschiedlichen Zwecke und Steuer verfahren in hier Betriebsarten (1) bis (4) unterteilt werden, wie in den Fig. 12A bis 12D gezeigt. Diese vier Steuerbetriebsarten werden nacheinander beschrieben. Die Steuerbetriebsarten (1) bis (3) werden ausgeführt, um die Heizeinrichtung 33 zu steuern, bevor der Sauer stoffsensor 26 aktiviert wird, und die Steuerbetriebs art (4) wird ausgeführt, um die Heizeinrichtung 33 zu steuern, nachdem der Sauerstoffsensor 26 aktiviert wor den ist.

In der unmittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschi ne 1 ausgeführten Steuerbetriebsart (1) wird die Heiz einrichtungsspannung mit 100% Tastverhältnis an die Heizeinrichtung 33 angelegt (nachstehend wird diese Steuerung als Vollenergiezufuhr-Steuerung bezeichnet) D.h., die maximale Spannung wird an die Heizeinrichtung 33 angelegt, um die Heizeinrichtung 33 schnell zu er wärmen, wenn die Heizeinrichtung 33 und der Sauerstoff sensor 26 (der Sensorkörper 32) kalt sind.

Die Steuerbetriebsarten (2) und (3) steuern die Ener giezufuhr zu der Heizeinrichtung 33, um die Temperatur der Heizeinrichtung auf einer Solltemperatur der Heiz einrichtung (beispielsweise 1200°C; d. h. auf der obe ren Grenztemperatur der Heizeinrichtung) zu halten. Nachstehend werden diese Steuerbetriebsarten als Lei stungssteuerung bezeichnet. Da die Temperatur der Heiz einrichtung speziell durch die Energiezufuhr zu der Heizeinrichtung 33 bestimmt ist, wenn die Elementtempe ratur im wesentlichen die Aktivierungstemperatur (700°C) ist, kann die Temperatur der Heizeinrichtung 33 in solchen Fällen durch fortgesetztes Zuführen einer vor bestimmten Energie oder Leistung auf einem gleichblei benden Niveau gehalten werden. Wenn jedoch die Element temperatur niedrig ist, ändert sich die zum Aufrechter halten der Temperatur der Heizeinrichtung auf einem gleichbleibenden Niveau erforderliche Energie mit der Elementtemperatur. Normalerweise ist, da die Element temperatur niedriger ist, die erforderliche Energiezu fuhr größer. Während der Leistungssteuerung wird die Energiezufuhr zu der Heizeinrichtung 33 in Übereinstim mung mit dem Elementwiderstand (der den wie in Fig. 5 gezeigten Zusammenhang mit der Elementtemperatur hat) gesteuert.

In einer Anfangsperiode der Leistungssteuerung jedoch ist der Elementwiderstand beträchtlich groß; d. h., er überschreitet den maximal erfaßbaren Wert (beispiels weise 600 Ω). In einem solchen Bereich, in dem der Ele mentwiderstand nicht erfaßbar ist, wird die Energiezu fuhr zu der Heizeinrichtung 33 auf einem gleichbleiben den Niveau (beispielsweise 60 W) gehalten (Steuerbe triebsart (2)). Erhöht sich die Elementtemperatur so, daß der Elementwiderstand gleich 600 Ω oder weniger wird, so wird die Leistung der Heizeinrichtung 33 in Übereinstimmung mit dem Elementwiderstand zugeführt (Steuerbetriebsart (3)).

Die Steuerbetriebsart (4) steuert die Energiezufuhr zu der Heizeinrichtung 33 rückgekoppelt, um einen Element widerstand von 30 Ω (entsprechend einer Elementtempera tur von 700°C) zu erzielen, um die Aktivierung des Sensorelements aufrechtzuerhalten. Diese Steuerbe triebsart wird nachstehend als Elementtemperatur-Rück kopplungssteuerung bezeichnet.

Nachstehend wird eine Heizeinrichtungs-Steuerroutine gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf Fig. 13 beschrieben.

In einem Schritt 601 gemäß Fig. 13 ermittelt die CPU 48a, ob die Vorbedingung für die Elementtemperatur- Rückkopplungssteuerung erfüllt worden sind. Die Vorbe dingung ist erfüllt, wenn der Elementwiderstand des Sauerstoffsensors 26 gleich oder kleiner ist als 30 Ω. Die CPU 48a ermittelt in einem Schritt 602, ob die Vor bedingungen für die Leistungssteuerung erfüllt sind. Es wurden hier zwei unterschiedliche Vorbedingungen ge trennt vorgesehen, je nachdem, ob sich der Sauerstoff sensor 26 (der Sensorkörper 32 und die Heizeinrichtung 33) in einem Kaltzustand befindet oder nicht. Wenn sich der Sauerstoffsensor 26 im Kaltzustand befindet, ist die Vorbedingung erfüllt, wenn eine vorbestimmte Zeit dauer nach dem Beginn der Vollenergiezufuhr-Steuerung (der Steuerbetriebsart (1) wie in den Fig. 12A bis 12D gezeigt) verstrichen ist. Wenn sich der Sauerstoffsen sor 26 nicht mehr länger im Kaltzustand befindet, ist die Vorbedingung erfüllt, wenn der Heizeinrichtungswi derstand einen Soll-Heizeinrichtungswiderstand erreicht oder diesen überschritten hat. Durch Ausführen der Vollenergiezufuhr-Steuerung selektiv dann, wenn sich der Sauerstoffsensor 26 im Kaltzustand befindet, kann ein übermäßiger Anstieg der Temperatur der Heizeinrich tung vermieden werden, wenn die Brennkraftmaschine 1 von neuem gestartet wird.

Falls sowohl Schritt 601 als auch Schritt 602 in einer Anfangsperiode der Heizeinrichtungs-Steuerung zu einem negativen Ergebnis führen, schreitet die CPU 48a zu ei nem Schritt 603 fort, um die Vollenergiezufuhr-Steue rung der Heizeinrichtung 33 (die Steuerbetriebsart (1)) auszuführen. D.h., die Heizeinrichtungsspannung wird der Heizeinrichtung 33 mit einem Tastverhältnis von 100% zugeführt.

Falls in Schritt 603 die Vorbedingungen für die Lei stungssteuerung erfüllt sind, schreitet die CPU 48a zu einem Schritt 640 fort, um die Leistungssteuerung (die Steuerbetriebsarten (2) und (3)) auszuführen. Wie vor stehend beschrieben wird dann, wenn der Elementwider stand in dem nicht erfaßbaren Bereich liegt (Elementwi derstand < 600 Ω), die Energiezufuhr zu der Heizein richtung 33 auf einen festen Wert gesteuert (die Steu erbetriebsart (2)).

Wird der Elementwiderstand erfaßbar, wird die Energie zufuhr zu der Heizeinrichtung 33 in Übereinstimmung mit dem Elementwiderstand gesteuert, um die Temperatur der Heizeinrichtung auf einer Heizeinrichtungs-Solltempera tur zu halten (die Steuerbetriebsart (3)).

Falls in Schritt 601 später die Vorbedingung für die Elementtemperatur-Rückkopplungssteuerung erfüllt ist, schreitet die CPU 48a zu einem Schritt 605 fort, um die Elementtemperatur-Rückkopplungssteuerung (die Steuerbe triebsart (4)) auszuführen. Für diese Steuerung berech net die CPU 48a ein Heizeinrichtungssteuerungs-Tastver hältnis DUTY auf der Grundlage nachstehender Gleichun gen (1) bis (3):

DUTY = DUTY.I + GP + GI (1)
GP = KP·(Zdc - ZdcT) (2)
GI = GI + KI·(Zdc - ZdcT) (3)

worin DUTY.I ein Anfangswert des Steuer-Tastverhältnis ses DUTY; ZdcT ein Steuer-Sollwert (gemäß dem betrach teten Ausführungsbeispiel ist DUTY.I = 20 und ZdcT = 30 Ω); GP eine Proportionalitätskonstante; GI ein Inte gralterm; KP eine Proportionalitätskonstante; und KI eine Integrationskonstante sind (gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist KP = 4,2% und KI = 0,2%). Diese Werte können experimentell ermittelt werden und werden sich in Übereinstimmung mit den Spezifikationen des Sauerstoffsensors 26 ändern.

Das Ablaufdiagramm gemäß Fig. 14 veranschaulicht eine durch die CPU 48a in einem Zyklus von beispielsweise 28 ms ausgeführte Routine zur Berechnung verarbeiteter Daten. In einem Schritt 701 gemäß Fig. 14 liest die CPU 48a den durch den in Fig. 2 gezeigten Stromerfassungs widerstand 50 erfaßten Heizeinrichtungsstrom Ih ein. Nach dem Einlesen der Heizeinrichtungsspannung Vh in einem Schritt 702 berechnet die CPU 48a einen Heizein richtungswiderstand RH durch Teilen der Heizeinrich tungsspannung Vh durch den Heizeinrichtungsstrom Ih (RH = Vh/Ih) in einem Schritt 703. Ein Schritt 704 mul tipliziert die Heizeinrichtungsspannung Vh mit dem Hei zeinrichtungsstrom Ih, um die Heizeinrichtungs-Energie zufuhr WH (WH = Vh·Ih) zu ermitteln. Dann berechnet die CPU 48a einen gewichteten Mittelwert (nachstehend als Leistungs-Mittelwert oder Energie-Mittelwert WHAV be zeichnet) der Heizeinrichtungs-Energiezufuhr WH mittels einer mittelwertbildenden Berechnung
{WHAV = (63·WHAVi-1 + WH)/64}.

Das Ablaufdiagramm gemäß Fig. 15 veranschaulicht eine durch die CPU 48a in beispielsweise einem Zyklus von 1 s ausgeführte Sensor-Diagnoseroutine. Die Sensor- Diagnoseroutine prüft auf eine Sensor-Abnormalität auf der Grundlage der während der Ausführung der Element temperatur-Rückkopplungssteuerung benötigten Heizein richtungs-Energiezufuhr WH. Im einzelnen kann, da die zum Halten der Elementtemperatur auf einem Sollwert (beispielsweise 700°C) benötigte Heizeinrichtungs- Energiezufuhr WH zunimmt, wenn der Sauerstoffsensor 26 eine Abnormalität aufweist, die Sensor-Abnormalität leicht durch Vergleichen dieser Heizeinrichtungs-Ener giezufuhr mit dem Normalwert ermittelt werden. Die Dia gnoseprozedur wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 15 beschrieben.

In einem Schritt 801 gemäß Fig. 15 ermittelt die CPU 48a, ob eine vorbestimmte Zeitdauer KSTFB (beispiels weise 10 s) seit Beginn der Elementtemperatur-Rückkopp lungssteuerung verstrichen ist. In einem Schritt 802 wird ermittelt, ob eine vorbestimmte Zeitdauer KAFST (beispielsweise 100 s) seit der letzten Abnormalitäts ermittlung verstrichen ist. Ferner wird in einem Schritt 803 ermittelt, ob ein stationärer Brennkraftma schinen-Betriebs zustand (beispielsweise der Leerlaufzu stand) für eine vorbestimmte Zeitdauer KSMST (bei spielsweise 5 s) angedauert hat. Falls ein beliebiger der Schritte 801 bis 803 zu einer negativen Entschei dung führt, beendet die CPU 48a die Routine unverzüg lich. Falls alle der Schritte 801 bis 803 zu einer be jahenden Entscheidung führen, schreitet die CPU 48a zu einem Schritt 804 fort.

In Schritt 804 ermittelt die CPU 48a, ob der Energie- oder Leistungs-Mittelwert WHAV gleich oder größer ist als ein vorbestimmtes Heizeinrichtungs-Energiekriterium KWHAV (ob WHAV KWHAV ist). Falls WHAV < KWHAV ist, wird geschlossen, daß keine Sensor-Abnormalität aufge treten ist. Die CPU 48a schreitet dann zu einem Schritt 805 fort, um ein Abnormalitäts-Ermittlungsflag XELER auf 0 zurückzusetzen, und beendet dann die Routine.

Falls andererseits WHAV KWHAV ist, schreitet die CPU 48a zu einem Schritt 806 fort, um zu ermitteln, ob ir gendeine andere Abnormalität als die Sensor-Abnormali tät erfaßt wurde. Falls eine solche Abnormalität nicht erfaßt wurde, schreitet die CPU 48a zu einem Schritt 807 fort, um zu ermitteln, ob das Abnormalitäts-Ermitt lungsflag XELER auf 1 gesetzt wurde. Falls XELER = 0 ist, setzt die CPU 48a in einem Schritt 808 das Abnor malitäts-Ermittlungsflag XELER auf 1. Falls XELER = 1 ist, schreitet die CPU 48a zu einem Schritt 809 fort, um anhand einer Diagnose-Anzeigeprozedur die Warnleuch te zu aktivieren und das Auftreten einer Abnormalität anzuzeigen. Wenn in dem Betriebsablauf gemäß Schritten 804 bis 809 das Auftreten einer Abnormalität (WHAV KWHAV) zweimal aufeinanderfolgend ermittelt wird, wird daraufhin die Diagnose-Anzeigeprozedur durchgeführt.

Wie vorstehend beschrieben steuert die Rückkopplungs steuerung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel die Energiezufuhr zu der Heizeinrichtung 33 derart, daß der Elementwiderstand (die Elementtemperatur) des Sauer stoffsensors 26 gleich einem Soll-Elementwiderstand von 30 Ω (entsprechend einer Elementtemperatur von 700°C) wird (in Fig. 13 gezeigte Elementtemperatur-Rückkopp lungssteuerung), und ermittelt auf der Grundlage einer Ermittlung, ob die so gesteuerte Heizeinrichtungs-Ener giezufuhr größer ist als ein vorbestimmtes Abnormali täts-Ermittlungskriterium, ob der Zustand des Sauer stoffsensors 26 abnormal ist (Schritte 804 bis 809 ge mäß Fig. 13). Da die Elementtemperatur-Rückkopplungs steuerung den Elementwiderstand (die Elementtemperatur) selbst dann, wenn eine Sensor-Abnormalität wie bei spielsweise eine Verschlechterung des Sensors auftritt, innerhalb eines gewünschten Aktivierungsbereichs hält, ist eine beträchtlich große Heizeinrichtungs-Energie zufuhr erforderlich, falls der Zustand des Sauerstoff sensors 26 abnormal ist. Durch Auswerten dieser Er scheinung erfaßt die Vorrichtung gemäß dem dritten Aus führungsbeispiel präzise und auf einfache Art und Weise Sensor-Abnormalitäten. Außerdem vermeidet die Vorrich tung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel nachteilige Einflüsse der Abgastemperatur auf die Heizeinrichtungs- Energiezufuhr, da der Diagnosevorgang nur während sta tionären Betriebs der Brennkraftmaschine 1 (Schritt 803 gemäß Fig. 15) durchgeführt wird, und führt daher eine genaue Diagnose durch.

Nachstehend wird ein viertes Ausführungsbeispiel be schrieben. Das vierte Ausführungsbeispiel führt eine gegenüber der des dritten Ausführungsbeispiels modifi zierte Diagnose durch. Das Ablaufdiagramm gemäß Fig. 16 veranschaulicht eine Sensor-Diagnoseroutine gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel.

Die in Fig. 16 veranschaulichte Routine führt anstelle des Schritts 803 gemäß Fig. 15 einen Schritt 820 aus. In Schritt 820 wird ein Heizeinrichtungs-Energiekri terium KWHAV in Übereinstimmung mit den Brennkraftma schinen-Betriebszuständen festgelegt. Das Heizeinrich tungs-Energiekriterium WHAV wird unter Verwendung einer in Fig. 17 gezeigten Tabelle ermittelt. D.h., das Kri terium WHAV wird auf der Grundlage der gegenwärtigen Drehzahl NE der Brennkraftmaschine 1 und der Brenn kraftmaschinenlast (Ansaug-Unterdruck Pm oder Ansaug luftstrom GN) (zu beispielsweise KWHAV1 oder KWHAV2 ge mäß Fig. 17) bestimmt. Die Tabelle wurde so ausgelegt, daß das Heizeinrichtungs-Energiekriterium KWHAV ab nimmt, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder die Brennkraftmaschinenlast zunimmt, und so, daß das Heizeinrichtungs-Energiekriterium KWHAV zu nimmt, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder die Brennkraftmaschinenlast abnimmt. Infolge dessen ist die Vorrichtung gemäß dem vierten Ausfüh rungsbeispiel in der Lage, einen optimalen Diagnosebe trieb in Übereinstimmung mit den Betriebszuständen der Brennkraftmaschine durchzuführen.

Nachstehend wird ein fünftes Ausführungsbeispiel be schrieben. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel bildet die in dem Mikrocomputer 48 bereitgestellte CPU 48a die Energieakkumulations-Berechnungseinrichtung, die Erfas sungseinrichtung zum Erfassen des Anfangswiderstands der Heizeinrichtung, und die Sensor-Diagnoseeinrich tung.

Die in den Fig. 18A bis 18E gezeigten Zeitverlaufsdia gramme zeigen die Heizeinrichtungs-Steuerung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel Genauer ausgedrückt, zei gen die Zeitverlaufsdiagramme den Betriebsablauf der nach Beginn der Energiezufuhr zu der Heizeinrichtung 33 in Antwort auf das Starten der Brennkraftmaschine 1 durchgeführten Heizeinrichtungs-Steuerung bis zur aus reichenden Aktivierung des Sauerstoffsensors 26. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Heizeinrichtungs- Steuerung in drei Betriebsarten (1) bis (3) unterteilt werden (d. h. (1) Vollenergiezufuhr-Steuerung, (2) Lei stungssteuerung und (3) Elementtemperatur-Rückkopp lungssteuerung), unter Berücksichtigung deren unter schiedlicher Zwecke und Steuerverfahren, wie in den Fig. 18A bis 18E angegeben. Diese Steuerbetriebsarten werden nachstehend nacheinander beschrieben.

Bei der unmittelbar nach dem Starten der Brennkraftma schine ausgeführten Vollenergiezufuhr-Steuerung (der Steuerbetriebsart (1)) wird die Heizeinrichtungsspan nung mit einem Tastverhältnis von 100% an die Heizein richtung 33 angelegt. D.h., der Heizeinrichtung 33 wird die maximale Spannung zugeführt, um die Heizeinrichtung 33 schnell zu erwärmen, wenn die Heizeinrichtung 33 und das Sensorelement kalt sind. Die Leistungssteuerung (die Steuerbetriebsart (2)) steuert die Energiezufuhr zu der Heizeinrichtung 33, um die Temperatur der Heiz einrichtung 33 auf einer Heizeinrichtungs-Solltempe ratur (beispielsweise 1200°C, d. h. der oberen Grenz temperatur der Heizeinrichtung)zu halten. Die Element temperatur-Rückkopplungssteuerung (die Steuerbetriebs art (3)) steuert die Energiezufuhr zu der Heizeinrich tung 33 rückgekoppelt, um einen Elementwiderstand von 30 Ω (entsprechend einer Elementtemperatur von 700°C) zu erreichen derart, daß die Aktivierung des Sensorele ments aufrechterhalten wird. Falls die Energiezufuhr zu der Heizeinrichtung 33 während der Elementtemperatur- Rückkopplungssteuerung einen oberen Grenzwert über schreitet, wird die Energiezufuhr zu der Heizeinrich tung 33 geregelt.

Das in den Fig. 19A und 19B gezeigte Ablaufdiagramm veranschaulicht eine durch die CPU 48a in beispielswei se einem Zyklus von 128 ms ausgeführte Heizeinrich tungs-Steuerroutine. Die Heizeinrichtungs-Steuerung und der Diagnosevorgang werden nachstehend unter Bezugnahme auf dieses Ablaufdiagramm beschrieben.

In einem Schritt 901 gemäß Fig. 19A ermittelt die CPU 48a, ob der Zündschalter 28 eingeschaltet wurde (ob Spannung vorhanden ist). Ist keine Spannung vorhanden, beendet die CPU 48a die Routine. Falls Spannung vorhan den ist, schreitet die CPU 48a zu einem Schritt 902 fort, um zu ermitteln, ob ein Initialisierungsflag XI- NIT 0 ist (das Initialisierungsflag XINIT wird auf 0 initialisiert, wenn die Spannung eingeschaltet wird) Falls XINIT = 0, schreitet die CPU 48a zu einem Schritt 903 fort. Falls XINIT = 1, schreitet die CPU 48a zu ei nem Schritt 908 fort.

Dann speichert die CPU 48a in Schritt 903 den auf der Grundlage des Heizeinrichtungsstroms Ih und der Heizein richtungsspannung Vh ermittelten Heizeinrichtungswider stand RH (RH = Vh/Ih) als einen Heizeinrichtungs-An fangswiderstand RHINT. In einem Schritt 904 wird dann eine Soll-Energieakkumulation WADTG auf der Grundlage des Heizeinrichtungs-Anfangswiderstands RHINT in Über einstimmung mit dem Zusammenhang gemäß Fig. 20 ermit telt. In einem Schritt 905 wird ermittelt, ob der Heiz einrichtungs-Anfangswiderstand RHINT gleich oder klei ner ist als ein Kriterium KRHINT zum Ermitteln eines semi-aktivierten Zustands des Sauerstoffsensors 26.

Falls RHINT KRHINT ist, setzt die CPU 48a in einem Schritt 906 ein Diagnose-Freigabeflag XWADER auf 1.

Dann setzt die CPU 48a in einem Schritt 907 das Initia lisierungsflag XINIT auf 1 und schreitet dann zu einem Schritt 908 fort. Wenn nach dem Einschalten der Span nung oder Zündung einmal eine Soll-Energieakkumulation WADTG angefordert und ermittelt ist, wird in Schritt 902 eine negativen Entscheidung getroffen, und der Be triebsablauf schreitet sofort zu Schritt 908 fort.

In Schritt 908 ermittelt die CPU 48a, ob ein Element temperatur-Rückkopplungssteuerungsflag XEFB 1 ist. In einer Anfangsperiode der Heizeinrichtungs-Steuerung (vor einem in den Fig. 18 A bis 18E angegebenen Zeit punkt t1) ist das Elementtemperatur-Rückkopplungssteu erungsflag XEFB = 0. Infolgedessen führt ein Schritt 909 zu einem negativen Ergebnis. Die CPU 48a schreitet dann zu Schritt 909 fort, um zu ermitteln, ob der Ele mentwiderstand Zdc des Sauerstoffsensors 26 gleich oder kleiner ist als 30 Ω (entsprechend einer Elementtempe ratur von 700°C) entsprechend der Temperatur zum Aus führen der Elementtemperatur-Rückkopplungssteuerung Falls der Elementwiderstand Zdc 30 Ω beträgt oder weni ger, schreitet die CPU 48a zu einem Schritt 915 fort. Falls andererseits der Elementwiderstand Zdc größer ist als 30 Ω, schreitet die CPU 48a zu einem Schritt 910 fort.

In Schritt 910 ermittelt die CPU 48a, ob der gegenwär tige Heizeinrichtungs-Widerstand RH gleich einem ge lernten Heizeinrichtungs-Widerstand RHADP ist oder die sen übersteigt. Der gelernte Heizeinrichtungs-Wider stand RHADP wurde durch Lernen von Heizeinrichtungs- Widerstandswerten bei einer Soll-Heizeinrichtungstem peratur (beispielsweise 1200°C), die für die Lei stungssteuerung zum Eliminieren des Einflusses von durch individuelle Produktunterschiede oder zeitliche Änderungen verursachten Schwankungen des Heizeinrich tungs-Widerstands verwendet wurde, erhalten. In einem Schritt 911 ermittelt die CPU 48a, ob eine Energieakku mulation WADD gleich der Soll-Energieakkumulation WADTG (in Schritt 904 ermittelter Wert) ist oder diese über steigt. Die Energie-Akkumulation WADD wird durch eine (nicht gezeigte) Berechnungsroutine ermittelt, bei spielsweise durch aufeinanderfolgendes Akkumulieren (WADD = WADDi-1 + WH) einer alle 128 ms erfaßten Heiz einrichtungs-Energiezufuhr WH (=Vh·Ih).

Falls entweder Schritt 910 oder ein Schritt 922 zu ei nem negativen Ergebnis führen (d. h., RH < RHADP oder WADD < WADTG), so schreitet die CPU 48a zu Schritt 912 fort, um die Vollenergiezufuhr-Steuerung (Steuerbe triebsart (1)) auszuführen. In der Anfangsperiode vor dem in den Fig. 18A bis 18E angegebenen Zeitpunkt t1 schreitet die CPU 48a durch die Schritte 908, 909, 910, (911) und 912, in dieser Reihenfolge, um an die Heiz einrichtung 33 die Heizeinrichtungsspannung mit 100% Tastverhältnis anzulegen. Falls sowohl Schritt 910 und 911 zu bejahenden Ergebnissen führen (d. h. RH RHADP und WADD WADTG sind), so schreitet die CPU 48a zu ei nem Schritt 920 fort, um die Leistungssteuerung (die Steuerbetriebsart (2)) auszuführen. In dem in den Fig. 18A bis 18E angegebenen Zeitraum t1-t2 schreitet die CPU 48a durch die Schritte 908, 910, 911 und 920 in dieser Reihenfolge, um die Energiezufuhr zu der Heiz einrichtung 33 in Übereinstimmung mit dem Elementwider stand zu steuern, so daß die Heizeinrichtungstemperatur auf einer Soll-Heizeinrichtungstemperatur gehalten wird. In Schritt 920 wird ein Leistungssteuerungs- Ausführungsflag XEWAT auf 1 gesetzt.

Zu dem in den Fig. 18A bis 18E angegebenen Zeitpunkt t2 gelangt die CPU 48a in Schritt 909 zu einem bejahenden Ergebnis und schreitet dann zu einem Schritt 915 fort, um zu ermitteln, ob das Leistungssteuerungs-Ausführ ungsflag XEWAT 1 ist. Falls XEWAT = 1, schreitet die CPU 48a zu einem Schritt 930 fort, um das Lernen des Heizeinrichtungs-Widerstands durchzuführen, und schrei tet dann zu einem Schritt 940 fort. Falls andererseits XEWAT = 0 ist, schreitet die CPU 48a unmittelbar zu Schritt 940 fort. Der Heizeinrichtungs-Widerstands- Lernvorgang in Schritt 930 ermittelt, ob der gegenwär tige Heizeinrichtungs-Widerstand RH größer ist als ein durch die nachstehende Berechnung erhaltener Wert: Der gelernte Heizeinrichtungs-Widerstandswert RHADP + α% (beispielsweise α = 2%). Falls der gegenwärtige Heiz einrichtungs-Widerstand RH größer ist als dieser Wert, wird der gelernte Heizeinrichtungs-Widerstandswert RHADP auf den gegenwärtigen Heizeinrichtungs-Widerstand RH aktualisiert.

Dann führt die CPU 48a in Schritt 940 die (noch zu be schreibende) Heizeinrichtungs-Diagnoseroutine und in einem Schritt 950 die Elementtemperatur-Rückkopplungs steuerung aus. In diesem Fall setzt die CPU 48a das Leistungssteuerungs-Ausführungsflag XEWAT auf 0 zurück und setzt das Elementtemperatur-Rückkopplungssteue rungsflag XEFB auf 1. Die CPU 48a ermittelt das Steuer- Tastverhältnis DUTY für die Heizeinrichtungs-Steuer schaltung 46 getrennt auf drei verschiedene Arten (a) bis (c) wie folgt:

(a) wenn die nach dem Einschalten der Zündung verstri chene Zeit eine vorbestimmte Zeitdauer erreicht (bei spielsweise 24,5 s) oder mehr, wird das Steuer-Tast verhältnis auf der Grundlage der Gleichungen (4) bis (7) ermittelt: DUTY = GP + GI/16 + GD (4)
GP = KP·(Zdc - ZdcT) (5)
GI = GIi-1 + KI·(Zdc - ZdcT) (6)
GD = KD·(Zdci - Zdci-1) (7),worin ZdcT ein Steuer-Sollwert (gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist DUTY.I = 20% und ZdcT = 30 Ω); GP eine Proportionalitätskonstante; GI ein Integral term; GD ein Differenzenterm; KP eine Proportionali tätskonstante; KI eine Integrationskonstante; und KD eine Differentiationskonstante sind.
(b) wenn die nach dem Einschalten der Zündung verstri chene Zeit kürzer ist als die vorbestimmte Zeitdauer (beispielsweise 24,5 s) und wenn das Luft/Kraftstoff- Verhältnis größer ist als 12, wird das Steuer-Tast verhältnis auf der Grundlage der Gleichung (8) unter Verwendung des Proportionalterms GP und des Integral terms GI ermittelt: DUTY = GP + GI/16 + GD (8)
(c) wenn die nach dem Einschalten der Zündung verstri chene Zeit kürzer ist als die vorbestimmte Zeitdauer (beispielsweise 24,5 s) und wenn das Luft/Kraftstoff- Verhältnis kleiner oder gleich 12 ist, wird das Steuer- Tastverhältnis auf der Grundlage der Gleichung (9) er mittelt. In diesem Fall jedoch (Luft/Kraftstoff-Ver hältnis ( 12) ist die Elementtemperatur-Rückkopplungs steuerung durch PID schwierig, so daß daher die Hei zeinrichtungswiderstands-Rückkopplungssteuerung anstel le der Elementtemperatur-Rückkopplungssteuerung ausge führt wird: DUTY = HDUTYi-1 + KPA·(RHG - RH) (9),worin KPA eine Konstante und RHG ein Soll-Heizeinrich tungswiderstand (2,1 Ω entsprechend 1020°C) sind.

Die Heizeinrichtungs-Diagnoseroutine in Schritt 940 ge mäß Fig. 19B wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 21 beschrieben.

In einem Schritt 941 ermittelt die CPU 48a, ob das Dia gnose-Freigabeflag XWADER 1 ist. Falls XWADER = 0 ist, beendet die CPU 48a die Routine unverzüglich. Falls XWADER = 1 ist, schreitet die CPU 48a zu einem Schritt 942 fort, um zu ermitteln, ob die Energie-Akkumulation WADD gleich eine vorbestimmten Abnormalitäts-Ermitt lungskriterium KWADER ist oder dieses übersteigt (ob WADD KWADER ist). Falls WADD < KWADER ist, schreitet die CPU 48a zu einem Schritt 943 fort, um ein Abnorma litäts-Ermittlungsflag XELER auf 0 zurückzusetzen.

Falls andererseits WADD KWADER ist, schreitet die CPU 48a zu einem Schritt 944 fort, um zu ermitteln, ob das Abnormalitäts-Ermittlungsflag XELER auf 1 gesetzt wur de. In dem Betriebsablauf gemäß den Schritten 944 bis 946 wird dann die Diagnose-Anzeigeprozedur ausgeführt (die Warnleuchte 29 wird eingeschaltet), wenn das Auf treten einer Abnormalität zweimal aufeinanderfolgend ermittelt wird.

Wie vorstehend beschrieben, berechnet die Vorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel die Akkumulation (Energie-Akkumulation WADD) der Heizeinrichtungs-Ener giezufuhr seit Beginn der Energiezufuhr zu der Heizein richtung 33, und ermittelt, ob die Energie-Akkumulation WADD größer ist als das vorbestimmte Abnormalitäts-Er mittlungskriterium KWADER, um zu ermitteln, ob der Zu stand des Sauerstoffsensors 26 abnormal ist (Schritte 942 bis 946 in Fig. 21). Durch Durchführen einer Dia gnose auf der Grundlage der Akkumulation der Heizein richtungs-Energiezufuhr erhöht und verbessert die Vor richtung gemäß dem vorliegenden fünften Ausführungsbei spiel die Präzision von Diagnosedaten und stellt da durch eine akkurate Diagnose bereit.

Ferner erfaßt die Vorrichtung gemäß dem fünften Ausfüh rungsbeispiel den Heizeinrichtungs-Anfangswiderstand zu Beginn der Energiezufuhr zu der Heizeinrichtung 33 (Schritt 903 in Fig. 19A) und erlaubt, die Sensordia gnose nur dann durchzuführen, wenn der Heizeinrich tungs-Anfangswiderstand innerhalb eines Bereichs liegt derart, daß ermittelt werden wird, daß sich der Sauer stoffsensor 26 in einem Kaltzustand befindet (d. h. JA in Schritt 905 gemäß Fig. 19A). Wenn beispielsweise die Heizeinrichtungs-Energiezufuhr in Antwort auf das er neute Ingangsetzen der Brennkraftmaschine nach deren Warmlaufen begonnen wird, ist die Akkumulation der Heizeinrichtungs-Energiezufuhr verhältnismäßig klein 01956 00070 552 001000280000000200012000285910184500040 0002019612387 00004 01837, so daß unter Berücksichtigung der Genauigkeit der Sen sordiagnose es nicht zu bevorzugen ist, diese Akkumula tion als Grundlage für die Diagnose heranzuziehen. Da her führt die Vorrichtung gemäß dem vorliegenden Aus führungsbeispiel die Diagnose nur dann durch, wenn sich der Sauerstoffsensor im Kaltzustand befindet, und stellt infolgedessen gleichbleibend eine gute Diagnose bereit.

Die vorstehend beschriebene Sauerstoffkonzentration- Erfassungsvorrichtung führt auf einfache Weise und ge nau eine Diagnose eines mit begrenztem Strom arbeiten den Sauerstoffsensors durch. Der mit begrenztem Strom arbeitende Sauerstoffsensor weist ein Sauerstoffkonzen tration-Erfassungselement auf zum Ausgeben eines Grenz stroms proportional zur Sauerstoffkonzentration sowie eine Heizeinrichtung zum Heizen des Sauerstoffkonzen tration-Erfassungselements. Eine zentrale Verarbei tungseinheit (CPU) einer elektronischen Steuereinheit (ECU) steuert die Versorgung der Heizeinrichtung mit Energie, um den Sauerstoffsensor zu aktivieren. Die CPU berechnet einen Elementwiderstand auf der Grundlage der an den Sauerstoffsensor angelegten Spannung und des in dem Sauerstoffsensor erfaßten Stroms. In einer Sensor- Diagnoseroutine ermittelt die CPU, ob Vorbedingungen für die Diagnose erfüllt wurden. Falls alle Vorbedin gungen erfüllt wurden, führt die CPU die Diagnose durch. D.h., die CPU ermittelt, ob der Elementwider stand innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt. Liegt dieser unterhalb des vorbestimmten Bereichs, er mittelt die CPU, daß der Sauerstoffsensor eine große Elementtemperatur-Abnormalität aufweist. Falls der Ele mentwiderstand oberhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, ermittelt die CPU, daß der Sauerstoffsensor eine geringe Elementtemperatur-Abnormalität aufweist.

Claims

1. Sauerstoffkonzentration-Erfassungsvorrichtung, gekennzeichnet durch
einen mit Strombegrenzung arbeitenden Sauerstoff sensor (26) mit einem Sauerstoffkonzentration-Erfas sungselement (34) zum Ausgeben eines Grenzstroms (Im) proportional zur Sauerstoffkonzentration und einer Heizeinrichtung (33) zum Erwärmen des Sauerstoffkonzen tration-Erfassungselements (34);
einer Heizeinrichtungs-Steuereinrichtung (48a, 101 bis 110) zum Steuern der Versorgung der Heizeinrichtung (33) mit Energie, um den Sauerstoffsensor (26) zu akti vieren;
eine Elementwiderstand-Erfassungseinrichtung (48a, 107, 203) zum Erfassen eines Elementwiderstands (Zdc) des Sauerstoffsensors (26); und
eine Sensor-Diagnoseeinrichtung (48a, 301 bis 311) zum Durchführen einer Diagnose des Sauerstoffsensors (26) in Übereinstimmung damit, ob der durch die Ele mentwiderstand-Erfassungseinrichtung (48a) erfaßte Ele mentwiderstand (Zdc) des Sauerstoffkonzentration-Erfas sungselements (34) innerhalb eines vorbestimmten Be reichs liegt.

2. Sauerstoffkonzentration-Erfassungsvorrichtung, gekennzeichnet durch
einen in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschi ne (1) angeordneten, mit Strombegrenzung arbeitenden Sauerstoffsensor (26) mit einem Sauerstoffkonzentrati on-Erfassungselement (34) zum Ausgeben eines Grenz stroms proportional zur Sauerstoffkonzentration und ei ner Heizeinrichtung (33) zum Erwärmen des Sauerstoff konzentration-Erfassungselements (34);
einer Heizeinrichtungs-Steuereinrichtung (48a, 101 bis 110) zum Steuern der Versorgung der Heizeinrichtung (33) mit Energie, um den Sauerstoffsensor (26) zu akti vieren;
eine Kraftstoff-Variationseinrichtung (6, 505) zum Variieren der Kraftstoffzufuhr zu der Brennkraftmaschi ne (1); und
eine Sensor-Diagnoseeinrichtung (48a, 301 bis 311) zum Durchführen einer Diagnose des Sauerstoffsensors (26) in Übereinstimmung damit, ob sich ein Ausgangswert des Sauerstoffsensors (26) innerhalb eines vorbestimm ten Bereichs ändert, wenn die Kraftstoffmenge durch die Kraftstoff-Variationseinrichtung (6) variiert wird.

3. Sauerstoffkonzentration-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Sensor-Diagnoseeinrichtung (48a, 501 bis 512) zur Durchführung der Diagnose des Sauerstoffsensors (26) verwendete Bereich in Übereinstimmung mit einer durch die Kraftstoff-Variationseinrichtung (6) bewirkten Va riation der Kraftstoffmenge festgelegt wird.

4. Sauerstoffkonzentration-Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß die Heizeinrichtung (48a) ein Ausmaß der Ener gieversorgung der Heizeinrichtung (33) in Übereinstim mung mit Betriebsbedingungen einer Brennkraftmaschine (1) steuert.

5. Sauerstoffkonzentration-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Be triebsbedingungen der Brennkraftmaschine (1) eine Last (Pm, GN) und eine Drehzahl (NE) umfassen.

6. Sauerstoffkonzentration-Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Heizeinrichtungs-Energiezufuhr-Ermittlungseinrich tung (48a, 305, 306) zum Ermitteln einer Heizeinrich tungs-Gesamt-Energiezufuhr seit Beginn der Versorgung der Heizeinrichtung (33) mit Energie; wobei die Sensor- Diagnoseeinrichtung (48a, 301, 311) derart angeordnet ist, daß sie die Diagnose des Sauerstoffsensors (26) durchführt, falls ermittelt wird, daß die durch die Heizeinrichtungs-Energiezufuhr-Ermittlungseinrichtung (48a, 305, 306) ermittelte Heizeinrichtungs-Gesamt- Energiezufuhr zumindest einen vorbestimmten Wert er reicht hat.

7. Sauerstoffkonzentration-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hei zeinrichtungs-Energiezufuhr-Ermittlungseinrichtung (48a, 305, 306) die Heizeinrichtungs-Gesamt-Energie zufuhr auf der Grundlage einer nach dem Starten der Brennkraftmaschine (1) verstrichenen Zeit (CAST) ermit telt.

8. Sauerstoffkonzentration-Erfassungsvorrichtung, gekennzeichnet durch
einen mit Strombegrenzung arbeitenden Sauerstoff sensor (26) mit einem Sauerstoffkonzentration-Erfas sungselement (34) zum Ausgeben eines Grenzstroms pro portional zur Sauerstoffkonzentration und einer Heiz einrichtung (33) zum Erwärmen des Sauerstoffkonzentra tion-Erfassungselements (34);
eine Elementwiderstand-Erfassungseinrichtung (48a, 107, 203) zum Erfassen eines Elementwiderstands, des Sauerstoffkonzentration-Erfassungselements (34);
eine Heizeinrichtungs-Energiezufuhr-Steuereinrich tung (48a, 601 bis 605) zum rückgekoppelten Steuern der Energiezufuhr zu der Heizeinrichtung (33), um einen Un terschied zwischen dem durch die Elementwiderstand-Er fassungseinrichtung (48a) erfaßten Elementwiderstand und einem Soll-Elementwiderstand des Sauerstoffkonzen tration-Erfassungselements (34) zu eliminieren; und
eine Sensor-Diagnoseeinrichtung (48a, 801 bis 809, 820, 901 bis 950) zum Durchführen einer Diagnose des Sauerstoffsensors (26) in Übereinstimmung damit, ob die durch die Heizeinrichtungs-Energiezufuhr-Steuereinrich tung (48a, 601 bis 605) rückgekoppelt gesteuerte Ener giezufuhr zu der Heizeinrichtung (33) größer ist als ein vorbestimmtes Abnormalitäts-Ermittlungskriterium

9. Sauerstoffkonzentration-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sen sor-Diagnoseeinrichtung (48a, 801 bis 803) das vorbe stimmte Abnormalitäts-Ermittlungskriterium in Überein stimmung mit Betriebszuständen der Brennkraftmaschine (1) festlegt.

10. Sauerstoffkonzentration-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sen sor-Diagnoseeinrichtung (48a, 820) das vorbestimmte Ab normalitäts-Erfassungskriterium erhöht, wenn die Dreh zahl (NE) der Brennkraftmaschine (1) abnimmt oder wenn die Last (Pm, GN) der Brennkraftmaschine (1) abnimmt.

11. Sauerstoffkonzentration-Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch eine Energieakkumulations-Berechnungseinrichtung (48a, 911) zum Berechnen einer Gesamt-Energiezufuhr zu der Heizeinrichtung (33) seit Beginn der Versorgung der Heizeinrichtung (33) mit Energie; wobei die Sensor- Diagnoseeinrichtung (48a, 910 bis 950) die Diagnose des Sauerstoffsensors (26) in Übereinstimmung damit durch führt, ob die durch die Energieakkumulations-Berech nungseinrichtung (48a, 911) berechnete Gesamt-Energie zufuhr zu der Heizeinrichtung (33) größer ist als ein vorbestimmtes Abnormalitäts-Ermittlungskriterium.

12. Sauerstoffkonzentration-Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, gekennzeichnet durch eine Erfassungseinrichtung (48a, 903) zum Erfas sen eines Anfangswiderstands der Heizeinrichtung (33) zu Beginn der Versorgung der Heizeinrichtung (33) mit Energie; und eine Diagnose-Freigabeeinrichtung (48a, 905) zum Freigeben der Diagnose durch die Sensor- Diagnoseeinrichtung (48a, 901 bis 950) nur dann, wenn der durch die Erfassungseinrichtung (48a, 903) zum Er fassen des Anfangswiderstands der Heizeinrichtung (33) erfaßte Anfangswiderstand der Heizeinrichtung (33) in nerhalb eines Bereichs liegt derart, daß ermittelt wird, daß sich der Sauerstoffsensor (26) in einem Kalt zustand befindet.