DE19612387A1 - Sauerstoffkonzentration-Erfassungsvorrichtung - Google Patents
Sauerstoffkonzentration-ErfassungsvorrichtungInfo
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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)
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}.
{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 (12)
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.
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.
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
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.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DENSO CORP., KARIYA, AICHI, JP |
|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |
Effective date: 20130301 |