DE19708011A1 - Method for detecting sensor element resistances - Google Patents

Method for detecting sensor element resistances

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Abstract

Element resistance of an oxygen sensor is determined by setting a time constant corresponding to a frequency at which the impedance characteristics of the sensor are stable, applying a changing voltage having the time constant, and determining the resulting current and hence the sensor impedance. Air-fuel ratio sensor 30 generates linear signals proportional to concentration of oxygen in exhaust gas from an engine 11. A bias command signal vr is converted to an analog signal Vb by D/A converter 21 and high frequency components are removed by low pass filter LPF 22. The output voltage vc of the LPF 22 is provided to a bias control circuit 40. A single AC signal which has a predetermined frequency and which is provided with a predetermined time constant of about 159 ~s by the LPF 22 is applied to the air-fuel ratio sensor 30. Element resistance R of the air-fuel ratio sensor 30 is detected based on the voltage of the AC signal and the change in the current level Ip of the air-fuel ratio sensor 30 caused by the application of the AC signal.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sauerstoffkonzentrations­ sensor bzw. Sauerstoffsensor für das Erfassen des Sauerstoff­ gehaltes beispielsweise im Abgas aus einer Fahrzeugmaschine. Im einzelnen bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Erfassen des Elementwiderstandes aufgrund von Spannungs- und Strom-Frequenzgängen des Sauerstoffsensors.The invention relates to an oxygen concentration sensor or oxygen sensor for the detection of oxygen content, for example, in the exhaust gas from a vehicle engine. in the individual, the invention relates to a method for Detection of element resistance due to voltage and Current-frequency responses of the oxygen sensor.

In den letzten Jahren wurden hinsichtlich der Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses in einer Fahrzeugmaschine für das Unterstützen der Magergemischverbrennung und dergleichen Forderungen gestellt, die Regelgenauigkeit zu verbessern. Zum Erfüllen dieser Forderungen wurde für das lineare Erfassen des Luft/Brennstoff-Verhältnisses in einem in die Maschine eingesaugten Gemisch, nämlich des Sauerstoffgehaltes in dem Abgas ein als Lambda-Sonde bezeichneter linearer Luft/Brennstoff-Verhältnissensor (Sauerstoffkonzentrations­ sensor bzw. Sauerstoffsensor) vorgeschlagen und ausgeführt. Zum Aufrechterhalten der Meßgenauigkeit der Sonde muß die Lambda- Sonde dieser Art in einem aktiven Zustand gehalten werden. Im allgemeinen wird dieser aktive Zustand dadurch aufrechterhalten, daß durch Steuern des Einschaltens eines in der Sonde angebrachten Heizelementes ein Sensorelement der Sonde erwärmt wird.In recent years, the regulation of the Air / fuel ratio in a vehicle engine for that Support lean burn and the like Demands made to improve the control accuracy. To the Fulfilling these requirements was for the linear registration of the Air / fuel ratio in one in the machine sucked-in mixture, namely the oxygen content in the Exhaust gas is a linear one called a lambda probe Air / fuel ratio sensor (oxygen concentration sensor or oxygen sensor) proposed and executed. To the To maintain the measuring accuracy of the probe, the lambda This type of probe should be kept in an active state. in the generally this makes this active state maintain that by controlling the turning on of an in the probe attached heating element a sensor element of Probe is heated.

Bei dieser Schaltsteuerung des Heizelementes wird die nachfolgend einfach als "Elementtemperatur" bezeichnete Temperatur des Sensorelementes erfaßt und dann eine Rückführungsregelung derart ausgeführt, daß die Element­ temperatur schließlich eine erwünschte Aktivierungstemperatur (von z. B. ungefähr 700°C) erreicht. In diesem Fall kann zwar die Elementtemperatur gemäß einem Meßergebnis eines an dem Sensorelement angebrachten Temperatursensors in Echtzeit erfaßt werden, aber das Anbringen des Temperatursensors erhöht voraussichtlich die Gesamtkosten der Sensorvorrichtung. Deshalb wurden Vorschläge gemacht, den nachstehend einfach als "Elementwiderstand" bezeichneten Widerstand des Sensorelementes zu erfassen und aufgrund eines vorbestimmten Zusammenhanges zwischen dem Elementwiderstand und der Elementtemperatur auf diese Weise aus dem erfaßten Elementwiderstand die Element­ temperatur herzuleiten. Es ist anzumerken, daß der erfaßte Elementwiderstand auch zum Bestimmen beispielsweise einer Verschlechterung der Eigenschaften der Sonde herangezogen werden kann.With this switching control of the heating element hereinafter simply referred to as "element temperature" Detected temperature of the sensor element and then a Return control implemented such that the element finally a desired activation temperature (e.g. around 700 ° C). In this case, though the element temperature according to a measurement result at the Sensor element attached temperature sensor detected in real time be increased, but the attachment of the temperature sensor probably the total cost of the sensor device. That's why suggestions have been made, which are simply referred to below as “Element resistance” denotes the resistance of the sensor element to capture and based on a predetermined relationship between the element resistance and the element temperature  this way the element from the detected element resistance derive temperature. It should be noted that the captured Element resistance also for determining one, for example Deterioration of the properties of the probe can be.

Fig. 46A und 46B sind graphische Darstellungen, die ein herkömmliches Verfahren zum Erfassen des Elementwiderstandes veranschaulichen, wie es beispielsweise in der US-PS 4 543 176 offenbart ist. Diese Figuren veranschaulichen einen Fall, bei dem als Lambda-Sonde für die Maschinenregelung ein Strom­ begrenzung-Sauerstoffsensor verwendet wird. Gemäß der Darstellung in Fig. 46A wird vor einem Zeitpunkt t11 zum Messen des Luft/Brennstoff-Verhältnisses an das Sensorelement eine vorbestimmte Spannung, nämlich eine positive Spannung Vpos angelegt. Das Luft/Brennstoff-Verhältnis wird aufgrund eines Sensorstromes Ipos ermittelt, der gemäß Fig. 46B entsprechend der angelegten Spannung Vneg hervorgerufen wird. Zwischen dem Zeitpunkt t11 und einem Zeitpunkt t12 wird eine negative Spannung Vneg zum Messen des Elementwiderstandes angelegt und ein entsprechender Sensorstrom Ineg erfaßt. Dann wird die negative Spannung Vneg durch den Sensorstrom Ineg dividiert, um den Elementwiderstand ZDC zu erhalten (ZDC = Vneg/Ineg). Dieses Verfahren ist allgemein als Verfahren zum Erfassen des Elementwiderstandes aufgrund der Gleichstromeigenschaften der Lambda-Sonde bekannt. FIG. 46A and 46B are diagrams illustrating a conventional method for detecting the resistance element, as disclosed for example in U.S. Patent No. 4,543,176. These figures illustrate a case in which a current limiting oxygen sensor is used as the lambda probe for machine control. As shown in FIG. 46A, a predetermined voltage, namely a positive voltage Vpos, is applied to the sensor element before a time t11 for measuring the air / fuel ratio. The air / fuel ratio is determined on the basis of a sensor current Ipos, which is produced in accordance with FIG. 46B in accordance with the applied voltage Vneg. Between time t11 and time t12, a negative voltage Vneg for measuring the element resistance is applied and a corresponding sensor current Ineg is detected. Then the negative voltage Vneg is divided by the sensor current Ineg in order to obtain the element resistance ZDC (ZDC = Vneg / Ineg). This method is commonly known as a method of sensing element resistance based on the DC properties of the lambda probe.

Während dieses herkömmliche Verfahren zum Erfassen des Elementwiderstandes, nämlich der Gleichstromkomponente der Impedanz durch Anlegen einer Gleichspannung an das Sensor­ element angewandt wird, ist in der US-PS 4 419 190 ein Verfahren zum Erfassen des Elementwiderstandes durch Anlegen einer Wechselspannung an das Sensorelement beschrieben. Bei diesem Verfahren wird kontinuierlich an die Lambda-Sonde eine Wechselspannung angelegt und das Sensorausgangssignal aus der Lambda-Sonde wird über ein Tiefpaßfilter geleitet, um das Luft/Brennstoff-Verhältnis zu erfassen. Das gleiche Sensorausgangssignal wird über ein Hochpaßfilter geleitet und gemittelt, um die Wechselstromimpedanz zu messen. Dieses Verfahren ist allgemein als Verfahren zum Erfassen des Elementswiderstandes durch Nutzung der Wechselstrom­ eigenschaften der Lambda-Sonde bekannt.During this conventional method of detecting the Element resistance, namely the DC component of the Impedance by applying a DC voltage to the sensor element is used is in U.S. Patent 4,419,190 Method for detecting element resistance by applying an AC voltage to the sensor element described. At This process is continuously applied to the lambda probe AC voltage applied and the sensor output signal from the Lambda probe is passed through a low pass filter in order to Air / fuel ratio. The same Sensor output signal is passed through a high pass filter and averaged to measure AC impedance. This The method is generally considered to be the method of capturing the  Element resistance by using the alternating current properties of the lambda probe known.

Bei allen vorstehend beschriebenen herkömmlichen Verfahren bestehen jedoch die folgenden Probleme: Wenn bei dem Gleichstromimpedanz-Verfahren eine negative Spannung Vneg mit Rechteckkurvenform angelegt wird, ändert sich der Sensorstrom Ineg sehr schnell und es kann daher der Spitzenstrom der Sonde nicht auf genaue Weise erfaßt werden. Aus diesem Grund ist das Messen des Spitzenstromes bis zum Stabilisieren des Sensor­ stromes auszusetzen. Demgemäß kann während einer Zeitspanne das Luft/Brennstoff-Verhältnis nicht erfaßt werden. Dieses Problem, nämlich daß der Spitzenstrom während des Anlegens der Spannung mit der Rechteckkurvenform nicht möglich ist, wird ferner wahrscheinlich auch bei dem Verfahren zum Erfassen des Element­ widerstandes aufgrund der Wechselstromeigenschaften auftreten.In all of the conventional methods described above however, there are the following problems: DC impedance method using a negative voltage Vneg Rectangular waveform is applied, the sensor current changes Ineg very quickly and therefore it can be the peak current of the probe cannot be grasped exactly. For this reason it is Measuring the peak current until the sensor stabilizes suspend current. Accordingly, during a period of time, that Air / fuel ratio cannot be recorded. This problem, namely that the peak current during the application of the voltage is not possible with the rectangular curve shape probably also in the method of capturing the element resistance due to the AC properties.

Da bei dem in der US-PS 4 419 190 offenbarten Wechselstromimpedanz-Verfahren das Sensorausgangssignal zum Erfassen des Luft/Brennstoff-Verhältnisses über das Tiefpaß­ filter geleitet wird, können auch Probleme hinsichtlich des Verhältnis-Ausgangssignals wie eine Phasenverschiebung oder ein Wechselspannung-Störsignal auftreten. Diese Probleme treten insbesondere dann in Erscheinung, wenn die Maschine in einem Übergangszustand betrieben wird.Since the one disclosed in U.S. Patent 4,419,190 AC impedance method the sensor output signal to Detection of the air / fuel ratio via the low pass filter can also cause problems with the Ratio output signal such as a phase shift or a AC voltage interference signal occur. These problems occur especially when the machine is in one Transitional state is operated.

In Anbetracht der vorstehend genannten Probleme bei dem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, zum Erfassen des Elementwiderstandes eines Sauerstoffsensors ein Verfahren zu schaffen, welches darauf gerichtet ist, den Elementwiderstand auf genaue Weise zu erfassen und die Zeit für das Erfassen des Elementwiderstandes zu verkürzen.In view of the above problems with the Prior art, the invention is based on the object Detecting the element resistance of an oxygen sensor To create a process which is aimed at the Element resistance to be recorded accurately and the time for to shorten the detection of the element resistance.

Zur Lösung der Aufgabe ergibt die Erfindung gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren zum Erfassen des Element­ widerstandes des Sauerstoffsensors mit Schritten, bei denen eine Zeitkonstante eingestellt wird, die einer Frequenz entspricht, bei der die Impedanzeigenschaften des Sauerstoffsensors stabil sind, an den Sauerstoffsensor eine sich mit der Zeitkonstante ändernde Spannung angelegt wird, eine Stromänderung des in dem Sauerstoffsensor infolge der sich ändernden Spannung fließenden Stromes ermittelt wird und aufgrund der sich ändernden Spannung und der Stromänderung der Elementwiderstand des Sauerstoffsensors ermittelt wird.To achieve the object, the invention results in one first aspect a method for detecting the element resistance of the oxygen sensor with steps where a time constant is set, that of a frequency corresponds in which the impedance properties of the Oxygen sensor are stable to the oxygen sensor voltage that changes with the time constant is applied, a current change in the oxygen sensor due to the  changing voltage flowing current is determined and due to the changing voltage and current change of the Element resistance of the oxygen sensor is determined.

Da auf diese Weise an den Sauerstoffsensor eine sich mit einer vorbestimmten Zeitkonstante ändernde Spannung angelegt wird, können plötzliche Änderungen hinsichtlich des Stromwertes des Sauerstoffsensors verhindert werden und es kann damit der Pegel der Stromänderung auf genaue Weise erfaßt werden. Infolge dessen kann der Elementwiderstand des Sauerstoffsensors genau erfaßt werden.Because in this way the oxygen sensor is one with voltage changing at a predetermined time constant , there may be sudden changes in the current value of the oxygen sensor can be prevented and the Level of current change can be detected in an accurate manner. As a result the element resistance of the oxygen sensor can do this exactly be recorded.

Vorzugsweise wird bei dem Anlegen der sich ändernden Spannung eine Spannung angelegt, die eine sich mit der Zeitkonstante ändernde einzige Spannungskurve hat. Auf diese Weise kann im Vergleich mit herkömmlichen Verfahren, bei denen der Elementwiderstand aufgrund einer Folge von fortgesetzten Spannungssignalen erfaßt wird, der Elementwiderstand des Sauerstoffsensors in kurzer Zeit erfaßt werden.Preferably, when changing, the changing Voltage applied a voltage that matches the Has time constant changing only voltage curve. To this Way compared to conventional methods in which the element resistance due to a sequence of continued Voltage signals is detected, the element resistance of the Oxygen sensor can be detected in a short time.

Bei diesem Verfahren wird vorzugsweise bei dem Einstellen der Zeitkonstante ein Frequenzbereich bestimmt, in welchem die Impedanzeigenschaften des Sauerstoffsensors stabil sind, und es wird eine Zeitkonstante angesetzt, die einer vorbestimmten Frequenz innerhalb dieses Frequenzbereiches entspricht. Die Impedanzeigenschaften des Sensorelementes des Strombegrenzung Sauerstoffsensors sind bei Spannungswechselfrequenzen von mindestens 1 kHz gleichmäßig. Daher sollte die Zeitkonstante auf 159 µs eingestellt werden, was einer Grenzfrequenz von nicht weniger als 1 kHz entspricht.In this method, preference is given to setting the time constant determines a frequency range in which the Impedance properties of the oxygen sensor are stable, and it a time constant is set which corresponds to a predetermined one Frequency within this frequency range corresponds. The Impedance properties of the sensor element of the current limitation Oxygen sensors are at voltage change frequencies of at least 1 kHz evenly. Hence the time constant can be set to 159 µs, which is a cutoff frequency of corresponds to not less than 1 kHz.

Bei dem Anlegen der sich ändernden Spannung wird vorzugsweise eine Spannung angelegt, die einen Abschnitt mit negativer Neigung und einen Abschnitt mit positiver Neigung hat, wobei die Stromänderung ermittelt wird, die auf den Abschnitt mit der negativen Neigung oder mit der positiven Neigung zurückzuführen ist, und der Elementwiderstand aufgrund der sich mit der negativen Neigung ändernden Spannung und der Stromänderung bei deren Ermittlung aus dem Abschnitt mit der negativen Neigung bzw. aus der sich mit der positiven Neigung ändernden Spannung und der Stromänderung bei deren Ermittlung aufgrund des Abschnittes mit der positiven Neigung bestimmt wird.When the changing voltage is applied preferably applied a voltage having a section negative slope and a section with positive slope has, the current change is determined, which is due to the Section with the negative slope or with the positive Inclination is due, and element resistance due to the voltage changing with the negative inclination and the Current change in their determination from the section with the negative inclination or from which deals with the positive inclination changing voltage and the current change when determining it  determined based on the section with the positive slope becomes.

Bei dem Anlegen der sich ändernden Spannung wird vorzugsweise dann, wenn mit dem Sauerstoffsensor ein Magergemischverhältnis erfaßt wird, eine sich mit einem Abschnitt positiver Neigung ändernden Spannung angelegt, und dann, wenn mit den Sauerstoffsensor ein Fettgemischverhältnis erfaßt wird, eine sich mit einem Abschnitt negativer Neigung ändernde Spannung angelegt, wobei dann, wenn mit dem Sauerstoffsensor das Magergemischverhältnis erfaßt wird, die auf den Abschnitt negativer Neigung zurückzuführende Stromänderung ermittelt wird, bzw. dann, wenn mit dem Sauerstoffsensor das Fettgemischverhältnis erfaßt wird, die auf den Abschnitt positiver Neigung zurückzuführende Stromänderung ermittelt wird. Auf diese Weise kann der Strom des Sauerstoff­ sensors genau erfaßt werden, ohne daß der Dynamikbereich des Sensorstromdetektors überschritten wird.When the changing voltage is applied preferably when using the oxygen sensor Lean mixture ratio is detected, one with one Section of positive slope changing voltage applied, and then when using the oxygen sensor a fat mixture ratio is detected, one with a section of negative slope changing voltage applied, when when with the Oxygen sensor the lean mixture ratio is detected due to the negative tendency section Current change is determined, or when with the Oxygen sensor the fat mixture ratio that is detected on current change due to the positive slope section is determined. In this way, the flow of oxygen sensors can be detected precisely without the dynamic range of the Sensor current detector is exceeded.

Gemäß einem anderen Aspekt ergibt die Erfindung ein Verfahren zum Erfassen des Elementwiderstandes des Sauerstoffsensors mit einem Schritt, bei dem selektiv ein erstes und/oder ein zweites Meßverfahren ausgeführt wird. Das erste Meßverfahren umfaßt Schritte zum Einstellen einer Zeitkonstante, die einer Frequenz entspricht, bei der die Impedanzkennlinie des Sauerstoffsensors gleichmäßig ist, zum Anlegen einer sich mit der Zeitkonstante ändernden Spannung an den Sauerstoffsensor, zum Ermitteln einer auf die sich ändernde Spannung zurückzuführenden Stromänderung des in dem Sauerstoff­ sensor fließenden Stroms und zum Ermitteln des Element­ widerstandes des Sauerstoffsensors aus der sich ändernden Spannung und der Stromänderung. Das zweite Meßverfahren umfaßt Schritte, bei denen der Sauerstoffsensor abgeschaltet wird, eine Änderung der Spannung an dem Sauerstoffsensor nach dem Abschalten desselben erfaßt wird, eine auf der Spannungs­ änderung beruhende Stromänderung hinsichtlich des Stromes des Sauerstoffsensors erfaßt wird und der Elementwiderstand aus der Spannungsänderung und der Stromänderung ermittelt wird. In another aspect, the invention provides Method for detecting the element resistance of the Oxygen sensor with a step that selectively one first and / or a second measuring method is carried out. The first measuring method comprises steps for setting a Time constant that corresponds to a frequency at which the Impedance characteristic of the oxygen sensor is uniform to Apply a voltage that changes with the time constant the oxygen sensor, to detect one on the changing Voltage due to current change in the oxygen sensor flowing current and to determine the element resistance of the oxygen sensor from the changing Voltage and current change. The second measurement method includes Steps in which the oxygen sensor is switched off a change in the voltage on the oxygen sensor after the Shutdown of the same is detected, one on the voltage change based current change with respect to the current of the Oxygen sensor is detected and the element resistance from the Voltage change and the current change is determined.  

Auf diese Weise kann dann, wenn der Ausgangsstrom des Sauerstoffsensors nahe an oder Mitte des erfaßbaren Strom­ bereiches liegt, zum Ermitteln des Elementwiderstandes des Sauerstoffsensors das erste Meßverfahren angewandt werden. Falls andererseits der Ausgangsstrom nahe an dem Maximalwert oder dem Minimalwert des Strombereiches liegt, kann zum genauen Erfassen des Elementwiderstandes des Sauerstoffsensors das zweite Meßverfahren angewandt werden. Somit kann das für das Erfassen des Stromes des Sauerstoffsensors geeignete Meßverfahren entsprechend dem Strompegel desselben gewählt werden.In this way, when the output current of the Oxygen sensor close to or center of the detectable current range is to determine the element resistance of the Oxygen sensor the first measurement method can be applied. On the other hand, if the output current is close to the maximum value or the minimum value of the current range can be used for the exact Detecting the element resistance of the oxygen sensor second measurement methods are used. So that can be for the Suitable detection of the current of the oxygen sensor Measuring method selected according to the current level of the same will.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.The invention is based on execution examples explained with reference to the drawing.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Luft/Brennstoff-Verhältnis-Meßeinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 1 is a schematic representation of an air / fuel ratio measurement means according to a first embodiment of the invention,

Fig. 2 ist eine Schnittansicht, die ausführlich den Aufbau einer Lambda-Sonde der Meßeinrichtung zeigt, Fig. 2 is a sectional view showing in detail the structure of an oxygen sensor of the measuring device,

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung von Spannung/Strom- Kennlinien der Lambda-Sonde, Fig. 3 is a graph of voltage / current characteristics of the lambda probe,

Fig. 4A und 4B zeigen Kurvenformen einer Ausgangsspannung eines D/A-Umsetzers und einer Ausgangsspannung eines Tiefpaß­ filters der Meßeinrichtung, FIGS. 4A and 4B show waveforms of an output voltage of a D / A converter and an output voltage of low-pass filters of the measuring device,

Fig. 5 ist ein Äquivalenzschaltbild der Lambda-Sonde, Fig. 5 is an equivalent circuit diagram of the lambda probe,

Fig. 6 ist eine graphische Darstellung von Impedanz­ kennlinien der Schaltung nach Fig. 5 in bezug auf die Frequenz einer eingegebenen Wechselspannung, Fig. 6 is a graphical representation of impedance characteristics of the circuit of Fig. 5 with respect to the frequency of an input AC voltage,

Fig. 7 ist eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen der Frequenz der in die Lambda-Sonde eingegebenen Wechselspannung und der Gesamtimpedanz der Lambda- Sonde veranschaulicht, Fig. 7 is a graph illustrating the relationship between the frequency of the AC voltage input to the lambda probe and the total impedance of the lambda probe,

Fig. 8 ist ein Schaltbild einer Vorspannungssteuer­ schaltung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 8 is a circuit diagram of a Vorspannungssteuer circuit according to the first embodiment,

Fig. 9 ist ein Ablaufdiagramm einer Hauptroutine, die durch einen Mikroprozessor der Luft/Brennstoff-Verhältnis- Meßeinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt wird, Fig. 9 is a flowchart of a main routine, the fuel ratio is carried out measuring device according to the first embodiment by a microprocessor of the air /

Fig. 10 ist ein Ablaufdiagramm einer durch den Mikro­ prozessor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführten Subroutine zur Elementwiderstandserfassung, Fig. 10 is a flowchart of a, by the micro-processor constructed in accordance with the first embodiment subroutine for detecting element resistance

Fig. 11A bis 11D sind graphische Darstellungen, die Beispiele für Änderungen der an die Lambda-Sonde angelegten Spannung und durch diese Spannungsänderungen verursachte jeweilige Stromänderungen zeigen, FIG. 11A to 11D are graphs showing examples of changes in the voltage applied to the lambda probe voltage and caused by these voltage changes respective current changes show

Fig. 12 ist eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen der Elementtemperatur und dem Element­ widerstand der Lambda-Sonde veranschaulicht, Fig. 12 is a graph showing the resistance the relation between the element temperature and the member of the lambda probe illustrated

Fig. 13A bis 13D, 14A bis 14D und 15A bis 15D sind graphische Darstellungen, die andere Varianten von Änderungen der an die Lambda-Sensor angelegten Spannung und jeweils durch diese Spannungsänderungen verursachte Stromänderungen zeigen, FIG. 13A to 13D, 14A to 15D are graphs showing the other variants of changes in the voltage applied to the lambda sensor voltage and current variations caused by these voltage changes are each show to 14D and 15A,

Fig. 16 ist ein Ablaufdiagramm einer Subroutine zur Elementwiderstandsmessung gemäß einem zweiten Ausführungs­ beispiel der Erfindung, Fig. 16 is a flow chart of a subroutine for resistance measurement element according to a second execution of the invention,

Fig. 17 ist eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen Spannung/Strom-Kennlinien der Lambda- Sonde und deren Dynamikbereich veranschaulicht, Fig. 17 is a graph illustrating the relationship between voltage / current characteristics of the lambda probe and its dynamic range,

Fig. 18 ist eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen Spannung/Strom-Kennlinien der Lambda- Sonde und deren Dynamikbereich, der nur für den Magergemisch­ bereich eingestellt ist, Fig. 18 is a graph showing the relationship between voltage / current characteristics of the lambda probe and its dynamic range, the range is set only for the lean mixture,

Fig. 19 ist ein Ablaufdiagramm einer Subroutine zur Elementwiderstandsmessung gemäß einem dritten Ausführungs­ beispiel der Erfindung, Fig. 19 is a flow chart of a subroutine for resistance measurement element according to a third example of the invention execution,

Fig. 20A und 20B sind graphische Darstellungen der Spannung/Strom-Kennlinien von Lambda-Sonden mit voneinander verschiedenen Elementtemperaturen, FIG. 20A and 20B are graphical representations of the voltage / current characteristics of oxygen sensors having mutually different element temperatures,

Fig. 21A und 21B sind graphische Darstellungen, die den Zusammenhang zwischen der an die Lambda-Sonde angelegten Spannung und dem Sensorstrom der Lambda-Sonde veranschaulichen, FIG. 21A and 21B are graphs illustrating the relationship between the voltage applied to the lambda probe voltage and the current sensor of the lambda probe,

Fig. 22A und 22B sind graphische Darstellungen, die den Zusammenhang zwischen der an die Lambda-Sonde angelegten Spannung und den Sensorstrom der Lambda-Sonde veranschaulichen, FIG. 22A and 22B are graphs illustrating the relationship between the voltage applied to the lambda probe voltage and the sensor current of the lambda probe,

Fig. 23 ist eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen der Frequenz einer in die Lambda-Sonde eingegebenen Wechselspannung und der Wechselstromimpedanz der Lambda-Sonde veranschaulicht, Fig. 23 is a graph illustrating the relationship between the frequency of an input into the lambda probe AC voltage and the AC impedance of the lambda probe,

Fig. 24 ist ein schematisches Schaltbild einer Schalteinheit gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 24 is a schematic diagram of a switching unit according to a fourth embodiment of the invention,

Fig. 25 ist eine schematische Darstellung der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Meßeinrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel, Fig. 25 is a schematic representation of the air / fuel ratio measurement means according to the fourth embodiment,

Fig. 26 ist ein Schaltbild einer Vorspannungssteuer­ schaltung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel, Fig. 26 is a circuit diagram of a Vorspannungssteuer circuit according to the fourth embodiment,

Fig. 27 ist ein Ablaufdiagramm einer Subroutine zur Grenzstrommessung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel, Fig. 27 is a flow chart of a subroutine for limiting current measurement according to the fourth embodiment,

Fig. 28 ist ein Ablaufdiagramm einer Subroutine zur Elementwiderstandsmessung gemäß dem vierten Ausführungs­ beispiel, Fig. 28 is a flow chart of a subroutine for the element resistance measurement according to the fourth execution,

Fig. 29 ist ein graphische Darstellung, die konkret die Funktion bei dem vierten Ausführungsbeispiel veranschaulicht, Fig. 29 is a graph concretely illustrating the operation in the fourth embodiment,

Fig. 30A bis 30C sind graphische Darstellungen, die Spannung/Strom-Kennlinien der Lambda-Sonde außerhalb des Dynamikbereiches einer Strommeßschaltung zeigen, FIG. 30A to 30C are graphs showing the voltage / current characteristic curves show the lambda probe outside the dynamic range of a current measuring circuit,

Fig. 31A bis 31C sind graphische Darstellungen, die Spannung/Strom-Kennlinien der Lambda-Sonde bei dem Abschalten der Sonde zeigen, FIG. 31A to 31C are graphs showing the voltage / current characteristic curves show the lambda probe in which the probe is switched off,

Fig. 32 ist eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen einem aufgrund einer Spannungsänderung ermittelten Elementwiderstand R und der Kennlinie eines aufgrund des Abschaltens der Lambda-Sonde erfaßten Element­ widerstandes Re veranschaulicht, Fig. 32 is a graph showing the result of the shutdown of the lambda probe detected element resistance Re illustrates a relationship between a detected due to a voltage change element resistance R and the characteristic curve,

Fig. 33A und 33B sind graphische Darstellungen für den Vergleich eines auf der Spannungsänderung basierenden Element­ widerstand-Meßverfahrens mit einem auf dem Abschalten der Lambda-Sonde basierenden Elementwiderstand-Meßverfahren, FIG. 33A and 33B are graphs for comparing a member based on the voltage change resistance measurement method by a factor based on the deactivation of the lambda sensor element resistance measurement method,

Fig. 34 ist eine schematische Darstellung einer Luft/Brennstoff-Verhältnis-Meßeinrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 34 is a schematic illustration of an air / fuel ratio measurement means according to a fifth embodiment of the invention,

Fig. 35 ist ein Schaltbild einer Vorspannungssteuer­ schaltung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel, Fig. 35 is a circuit diagram of a Vorspannungssteuer circuit according to the fifth embodiment,

Fig. 36 ist ein Ablaufdiagramm einer Subroutine zur Elementwiderstandsmessung gemäß dem fünften Ausführungs­ beispiel, Fig. 36 is a flow chart of a subroutine for the element resistance measurement according to the fifth execution,

Fig. 37 ist ein Ablaufdiagramm einer Routine für das auf der Spannungsänderung basierende Messen des Elementwiderstandes gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel, Fig. Is a flowchart of a routine for 37 based on the voltage change measuring the resistance element according to the fifth embodiment,

Fig. 38 ist ein Ablaufdiagramm einer Routine für das auf dem Abschalten der Lambda-Sonde basierende Messen des Element­ widerstandes gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel, Fig. 38 is a flowchart of a routine for based on the deactivation of the lambda probe measuring the resistance element according to the fifth embodiment,

Fig. 39 ist ein Spannung/Strom-Kennliniendiagramm, das die Strombereiche zeigt, in denen das auf der Spannungsänderung basierende Elementwiderstand-Meßverfahren angewandt wird und das auf dem zeitweiligen Abschalten der Lambda-Sonde basierende Elementwiderstand-Meßverfahren angewandt wird, Fig. 39 is a voltage / current characteristic diagram showing the current ranges in which the based on the voltage change element resistance measurement method is applied and based on the temporary deactivation of the lambda sensor element resistance measurement method is applied,

Fig. 40 ist ein Spannung/Strom-Kennliniendiagramm, das die Strombereiche zeigt, in denen das auf der Spannungsänderung basierende Elementwiderstand-Meßverfahren angewandt wird und das auf dem zeitweiligen Abschalten der Lambda-Sonde basierende Elementwiderstand-Meßverfahren angewandt wird, Fig. 40 is a voltage / current characteristic diagram showing the current ranges in which the based on the voltage change element resistance measurement method is applied and based on the temporary deactivation of the lambda sensor element resistance measurement method is applied,

Fig. 41 ist eine Schnittansicht, die ausführlich den Aufbau einer integrierten Lambda-Sonde gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, Fig. 41 is a sectional view showing in detail the construction of an integrated oxygen sensor according to a sixth embodiment of the invention,

Fig. 42 ist eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen einer elektromotorischen Sensorspannung der integrierten Lambda-Sonde und dem Luft/Brennstoff- Verhältnis gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel veranschaulicht, Fig. 42 is a graph illustrating the relationship between an electromotive voltage of the integrated sensor lambda sensor and the air / fuel ratio according to the sixth embodiment,

Fig. 43 ist eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen einem Pumpstrom in der integrierten Lambda-Sonde und dem Luft/Brennstoff-Verhältnis veranschaulicht, Fig. 43 is a graph illustrating the relationship between a pumping current in the integrated lambda sensor and the air / fuel ratio,

Fig. 44 ist ein Schaltbild einer Vorspannungssteuer­ schaltung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel, Fig. 44 is a circuit diagram of a Vorspannungssteuer circuit according to the sixth embodiment,

Fig. 45A und 45B zeigen Kurvenformen einer Spannungs­ änderung und einer entsprechenden Stromänderung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel, FIG. 45A and 45B illustrate waveforms of a voltage change and a corresponding change in current according to the sixth embodiment,

Fig. 46A und 46B zeigen Kurvenformen einer Spannungs­ änderung und einer durch eine solche Spannungsänderung verursachten Stromänderung bei einem herkömmlichen Element­ widerstand-Meßverfahren. FIG. 46A and 46B illustrate waveforms of a voltage change and a current change caused by such a change in voltage in a conventional resistive element measuring method.

Nachstehend wird ein erstes Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem die Erfindung bei einer Luft/Brennstoff- Verhältnis-Meßeinrichtung angewandt wird. Die Meßeinrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird für einen Benzinmotor mit elektronischer Einspritzregelung verwendet, der in ein Fahrzeug eingebaut ist. Ein Luft/Brennstoff-Verhältnis-Regelsystem der Maschine regelt die Menge an in die Maschine einzuspritzenden Brennstoff gemäß dem durch die Meßeinrichtung erfaßten Luft/Brennstoff-Verhältnis, um ein erwünschtes Luft/Brennstoff-Verhältnis zu erzielen. Nachstehend werden ausführlich die Prozeduren zum Erfassen des Luft/Brennstoff- Verhältnisses A/F mittels einer Lambda-Sonde und zum Messen des Elementwiderstandes unter Nutzung der Wechselstromeigenschaften der Lambda-Sonde erläutert.The following is a first embodiment described in which the invention in an air / fuel Ratio measuring device is applied. The measuring device according to this embodiment, for a gasoline engine Electronic fuel injection control used in a vehicle is installed. An air / fuel ratio control system from The machine controls the amount of fuel to be injected into the machine Fuel according to that detected by the measuring device Air / fuel ratio to a desired one To achieve air / fuel ratio. Be below detailed the procedures for detecting the air / fuel Ratio A / F using a lambda probe and for measuring the Element resistance using the AC properties of the lambda probe explained.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die eine Gestaltung der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Meßeinrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel zeigt. Gemäß Fig. 1 enthält die Meßeinrichtung einen nachstehend als Lambda-Sonde bezeichneten Strombegrenzung-Luft/Brennstoff-Verhältnissensor 30, der als Sauerstoffkonzentrationssensor dient. Die Lambda-Sonde 30 ist in ein Auspuffrohr 12 eingebaut, welches sich von einem Motorblock 11 einer Maschine 10 weg erstreckt. Im Ansprechen auf das Anlegen einer Spannung gemäß Führung durch einen Mikroprozessor 20 erzeugt die Lambda-Sonde 30 ein lineares Lambda-Meßsignal mit einem Wert, der zu dem Sauerstoffgehalt in dem Abgas proportional ist. Der Mikroprozessor 20 enthält eine Zentraleinheit CPU, einen Festspeicher ROM, einen Schreib/Lese­ speicher RAM und dergleichen. Der Mikroprozessor 20 steuert gemäß einem vorbestimmten Steuerprogramm eine Vorspannungs­ steuerschaltung 40 und eine Heizsteuerschaltung 25, die nachfolgend beschrieben werden. Fig. 1 is a schematic diagram showing a configuration of the air / fuel ratio measurement means of this embodiment. Referring to FIG. 1, the measuring device includes a designated hereinafter referred to as lambda probe current limiting air / fuel ratio sensor 30 serving as oxygen concentration sensor. The lambda probe 30 is installed in an exhaust pipe 12 which extends away from an engine block 11 of an engine 10 . In response to the application of a voltage as guided by a microprocessor 20 , the lambda probe 30 generates a linear lambda measurement signal with a value that is proportional to the oxygen content in the exhaust gas. The microprocessor 20 contains a central processing unit CPU, a read-only memory ROM, a read / write memory RAM and the like. The microprocessor 20 controls a bias control circuit 40 and a heating control circuit 25 according to a predetermined control program, which will be described below.

Die Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht der Lambda-Sonde 30. Gemäß Fig. 2 ragt die Lambda-Sonde 30 in das Innere des Auspuffrohres 12. Die Lambda-Sonde 30 besteht hauptsächlich aus einer Abdeckung 31, einem als Sensorelement bekannten Sensorhauptteil 32 und einem Heizelement 33. Die Abdeckung 31 hat U-förmigen Querschnitt. In dem Umfang der Abdeckung 31 ist eine grobe Anzahl von kleinen Löchern 31a zum Herstellen der Verbindung zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Abdeckung 31 ausgebildet. Das Sensorelement 32 ruft einen Grenzstrom hervor, der in einem Bereich, in dem das Luft/Brennstoff-Gemisch mager ist, der Sauerstoffkonzentration entspricht, oder in einem Bereich, in dem das Gemisch fett ist, der Konzentration an unverbrannten Gasen (CO, HC, H₂ und dergleichen) entspricht. FIG. 2 is a schematic sectional view of the lambda probe 30. Referring to FIG. 2, the oxygen sensor 30 protrudes into the interior of the exhaust pipe 12. The lambda probe 30 mainly consists of a cover 31 , a main sensor part 32 known as a sensor element and a heating element 33 . The cover 31 has a U-shaped cross section. In the periphery of the cover 31 , a large number of small holes 31 a for forming the connection between the inside and the outside of the cover 31 is formed. The sensor element 32 generates a limit current which corresponds to the oxygen concentration in a region in which the air / fuel mixture is lean or in a region in which the mixture is rich, the concentration of unburned gases (CO, HC, H₂ and the like) corresponds.

Nachstehend wird der Aufbau des Sensorelementes 32 ausführlich beschrieben. In dem Sensorelement 32 ist auf die Außenfläche einer Trockenelektrolytschicht 34, die U-förmigen Querschnitt hat, eine abgasseitige Elektronenschicht 36 aufgebracht, während an der Innenfläche der Trockenelektrolyt­ schicht 34 eine atmosphärenseitige Elektrodenschicht 37 aufgebracht ist. Ferner ist auf die Außenfläche der abgas­ seitigen Elektronenschicht 36 durch Plasma-Aufsprühen oder dergleichen eine Diffusionswiderstandsschicht 35 ausgebildet. Die Trockenelektrolytschicht 34 hat einen Sinterkörper aus einem für Sauerstoffionen leitfähigen Oxid, welches durch Versetzen von ZrO₂, HfO₂, ThO₂, Bi₂O₃ oder dergleichen mit CaO, MgO, Y₂O₃, Yb₂O₃ oder dergleichen als Stabilisator erhalten wird. Die Diffusionswiderstandsschicht 35 besteht aus einem wärmebeständigen anorganischen Material wie Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Silikatmaterial. Spinell, Mullit oder dergleichen. Die beiden Elektronenschichten 36 und 37 seitens der Abgase und seitens der Atmosphäre sind aus einem Edelmetall gebildet, welches hohe Katalysatoreigenschaften wie Platin oder dergleichen hat, und dessen Oberfläche ist mit porösen chemischen Materialien beschichtet. Die Fläche und die Dicke der abgasseitigen Elektronenschicht 36 betragen jeweils ungefähr 10 bis 100 mm² bzw. ungefähr 0,5 bis 2,0 mm, während die atmosphärenseitige Elektronenschicht 37 einen Flächeninhalt von weniger als 10 mm² und eine Dicke von ungefähr 0.5 bis 2,0 mm hat.The structure of the sensor element 32 is described in detail below. In the sensor element 32 of a solid electrolyte layer 34 has the U-shaped cross section, an exhaust-side electrode layer 36 is applied to the outer surface, while layer on the inner surface of the solid electrolyte 34, an atmosphere-side electrode layer is applied 37th Furthermore, a diffusion resistance layer 35 is formed on the outer surface of the exhaust gas side electron layer 36 by plasma spraying or the like. The dry electrolyte layer 34 has a sintered body made of an oxide conductive for oxygen ions, which is obtained by adding ZrO₂, HfO₂, ThO₂, Bi₂O₃ or the like with CaO, MgO, Y₂O₃, Yb₂O₃ or the like as a stabilizer. The diffusion resistance layer 35 consists of a heat-resistant inorganic material such as aluminum oxide, magnesium oxide, silicate material. Spinel, mullite or the like. The two electron layers 36 and 37 on the part of the exhaust gases and on the part of the atmosphere are formed from a noble metal which has high catalyst properties such as platinum or the like, and the surface of which is coated with porous chemical materials. The area and the thickness of the exhaust-side electron layer 36 are respectively about 10 to 100 mm² and about 0.5 to 2.0 mm, while the atmosphere-side electron layer 37 has an area of less than 10 mm² and a thickness of about 0.5 to 2.0 mm.

Das Heizelement 33 ist innerhalb der atmosphärenseitigen Elektrodenschicht 37 angeordnet und erzeugt Wärmeenergie zum Erwärmen des Sensorelements 32 (welches aus der atmosphären­ seitigen Elektronenschicht 37, der Trockenelektrolytschicht 34, der abgasseitigen Elektronenschicht 36 und der Diffusions­ widerstandsschicht 35 besteht). Das Heizelement 33 hat eine Wärmeerzeugungskapazität, die für das Aktivieren des Sensor­ elements 32 ausreichend ist.The heating element 33 is arranged within the atmosphere-side electrode layer 37 and generates thermal energy for heating the sensor element 32 (which consists of the atmosphere-side electron layer 37 , the dry electrolyte layer 34 , the exhaust-side electron layer 36 and the diffusion resistance layer 35 ). The heating element 33 has a heat generation capacity which is sufficient for activating the sensor element 32 .

In der auf die vorstehend beschriebene Weise gestalteten Lambda-Sonde 30 ruft das Sensorelement 32 in einem Bereich, in welchem das Luft/Brennstoffverhältnis in bezug auf einen theoretischen Wert des Luft/Brennstoffverhältnisses in dem Magergemischbereich liegt, einen der Sauerstoffkonzentration entsprechenden Grenzstrom. Der dem Sauerstoffgehalt entsprechende Grenzstrom ist in diesem Fall durch die Fläche der abgasseitigen Elektrodenschicht 36 sowie durch die Dicke, die Porosität und die mittleren Lochdurchmesser der Diffusionswiderstandsschicht 35 bestimmt. Das Sensorelement 32 ist zwar zum linearen Erfassen der Sauerstoffkonzentration geeignet, es ist aber unmöglich, den Aktivierungsbereich ausschließlich durch Nutzung der Wärme der Abgase aus der Maschine 10 zu steuern, da die für das Aktivieren des Sensor­ elementes 32 erforderlichen Temperaturen hohe Temperaturen über 600°C sind und der Temperaturbereich zum Aktivhalten des Sensorelementes 32 verhältnismäßig schmal ist. Daher wird bei diesem Ausführungsbeispiel das Sensorelement 32 durch Wärme­ regelung mit den Heizelement 33 bis zu dem Aktivierungs­ temperaturbereich aufgeheizt. Andererseits ändert sich in dem Bereich, in dem das Luft/Brennstoff-Verhältnis in bezug auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis in dem Fettgemisch­ bereich liegt, die Konzentration von unverbrannten Gasen wie Kohlenmonoxid CO und dergleichen im wesentlichen linear in bezug auf Änderungen des Luft/Brennstoff-Verhältnisses. In diesem Fall ruft das Sensorelement 32 einen Grenzstrom hervor, welcher der Konzentration von CO und dergleichen entspricht.In the lambda probe 30 configured in the manner described above, the sensor element 32 calls a limit current corresponding to the oxygen concentration in a range in which the air / fuel ratio is in the lean mixture range with respect to a theoretical value of the air / fuel ratio. In this case, the limit current corresponding to the oxygen content is determined by the area of the electrode layer 36 on the exhaust gas side and by the thickness, the porosity and the average hole diameter of the diffusion resistance layer 35 . The sensor element 32 is indeed suitable for linear detection of the oxygen concentration, but it is impossible to control the activation area solely by using the heat of the exhaust gases from the machine 10 , since the temperatures required for activating the sensor element 32 are high temperatures above 600 ° C. are and the temperature range for keeping the sensor element 32 active is relatively narrow. Therefore, in this embodiment, the sensor element 32 is heated by heat control with the heating element 33 up to the activation temperature range. On the other hand, in the area where the air / fuel ratio is in relation to the stoichiometric air / fuel ratio in the rich mixture area, the concentration of unburned gases such as carbon monoxide CO and the like changes substantially linearly with respect to changes in the air / Fuel ratio. In this case, the sensor element 32 produces a limit current which corresponds to the concentration of CO and the like.

Die Spannung/Strom-Kennlinien des Sensorelementes 32 werden unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. Gemäß Fig. 3 ist zwischen dem in die Trockenelektrolytschicht 34 des Sensorelementes 32 fließenden Strom, der zu dem durch die Lambda-Sonde 30 erfaßten Luft/Brennstoff-Verhältnis proportional ist, und der an der Trockenelektrolytschicht 34 anliegenden Spannung ein linearer Zusammenhang zu beobachten. Dabei ist der Grenzstrom des Sensorelementes 32 durch die zu der Spannungsachse V parallelen geraden Kurvenabschnitte dargestellt. Der Grenzstrom (Sensorstrom) wird proportional zu dem Verhältnis A/F stärker oder geringer, nämlich in Abhängigkeit davon, ob das Luft/Brennstoff-Gemisch magerer oder fetter ist. Das heißt, je größer das Luft/Brennstoff-Verhältnis A/F ist, um so stärker wird der Grenzstrom. Andererseits wird der Grenzstrom um so schwächer, je kleiner das Verhältnis A/F ist.The voltage / current characteristics of the sensor element 32 are described with reference to FIG. 3. According to FIG. 3, a linear relationship can be observed between the current flowing into the dry electrolyte layer 34 of the sensor element 32 , which is proportional to the air / fuel ratio detected by the lambda probe 30 , and the voltage applied to the dry electrolyte layer 34 . The limit current of the sensor element 32 is represented by the straight curve sections parallel to the voltage axis V. The limit current (sensor current) becomes stronger or lower in proportion to the ratio A / F, namely depending on whether the air / fuel mixture is leaner or richer. That is, the larger the air / fuel ratio A / F, the stronger the limit current. On the other hand, the lower the A / F ratio, the weaker the limiting current.

In der die Spannung/Strom-Kennlinien darstellenden Figur sind die Spannungsbereiche unterhalb der zu der Spannungsachse V parallelen geraden Kurvenabschnitte widerstandsabhängige Bereiche, in denen der Gradient einer geraden Linie, z. B. einer Linie L1 durch den Innenwiderstand der Trockenelektrolytschicht 34 des Sensorelementes 32 bestimmt ist, der dem Element­ widerstand entspricht. Dieser Elementwiderstand ändert sich proportional zu der Sensortemperatur und daher wird dieser Gradient infolge einer Erhöhung des Elementwiderstandes kleiner, wenn die Temperatur des Sensorelementes 32 niedriger wird.In the figure representing the voltage / current characteristic curves, the voltage ranges below the straight curve sections parallel to the voltage axis V are resistance-dependent ranges in which the gradient of a straight line, e.g. B. a line L1 is determined by the internal resistance of the dry electrolyte layer 34 of the sensor element 32 , which corresponds to the element resistance. This element resistance changes in proportion to the sensor temperature and therefore this gradient becomes smaller as the element resistance increases as the temperature of the sensor element 32 becomes lower.

Gemäß der Darstellung in Fig. 1 wird von dem Mikro­ prozessor 20 an einen D/A-Umsetzer 21 ein digitales Vorspannungssteuersignal Vr zum Anlegen von Spannung an die Lambda-Sonde 30 abgegeben, welches durch den D/A-Umsetzer 21 zu einem analogen Signal Vb umgesetzt und danach an ein Tiefpaß­ filter TPF 22 abgegeben wird. An die Vorspannungssteuer­ schaltung 40 wird dann eine Ausgangsspannung Vc abgegeben, die von dem Tiefpaßfilter 22 durch Ausscheiden von Hochfrequenz­ komponenten aus dem analogen Signal Vb erzeugt wird. Diese Vorspannungssteuerschaltung 40 ist dazu ausgelegt, an die Lambda-Sonde 30 entweder eine Spannung zum Erfassen des Luft/Brennstoff-Verhältnisses A/F oder eine Spannung zum Messen des Elementwiderstandes anzulegen. Wenn das Verhältnis A/F erfaßt wird, wird die in Fig. 3 dargestellte Kennlinie L1 dazu herangezogen, die angelegte Spannung Vp gemäß dem entsprechenden Verhältnis A/F einzustellen. Wenn andererseits der Elementwiderstand erfaßt wird, wird an die Lambda-Sonde 30 ein einzelnes Spannungssignal mit einer vorbestimmten Zeitkonstante angelegt, die eine vorbestimmte Frequenz für das Ändern der angelegten Spannung darstellt.As shown in Fig. 1, the microprocessor 20 to a D / A converter 21 outputs a digital bias control signal Vr for applying voltage to the lambda probe 30 , which by the D / A converter 21 becomes an analog signal Vb implemented and then delivered to a low-pass filter TPF 22 . An output voltage Vc is then output to the bias voltage control circuit 40 , which is generated by the low-pass filter 22 by eliminating high-frequency components from the analog signal Vb. This bias control circuit 40 is designed to apply to the lambda probe 30 either a voltage to sense the air / fuel ratio A / F or a voltage to measure the element resistance. When the ratio A / F is detected, the characteristic curve L1 shown in FIG. 3 is used to set the applied voltage Vp in accordance with the corresponding ratio A / F. On the other hand, when the element resistance is detected, a single voltage signal having a predetermined time constant, which is a predetermined frequency for changing the applied voltage, is applied to the lambda probe 30 .

Die Vorspannungssteuerschaltung 40 enthält eine Strommeß­ schaltung 50, die den Strom erfaßt, der nach dem Anlegen von Spannung an die Lambda-Sonde 30 hervorgerufen wird. Ein analoges Signal, welches den durch die Strommeßschaltung 50 erfaßten Stromwert anzeigt, wird über einen A/D-Umsetzer 23 dem Mikroprozessor 20 zugeführt. Eine Gestaltung der Vorspannungs­ steuerschaltung 40 wird nachfolgend ausführlich beschrieben.The bias control circuit 40 includes a current measurement circuit 50 that detects the current that is generated after voltage is applied to the lambda probe 30 . An analog signal, which indicates the current value detected by the current measuring circuit 50 , is fed to the microprocessor 20 via an A / D converter 23 . A configuration of the bias control circuit 40 is described in detail below.

Die Heizsteuerschaltung 25 steuert die Funktion des Heizelementes 33, das in der Lambda-Sonde 30 angebracht ist. Das heißt, die Heizsteuerschaltung 25 steuert den Einschaltfaktor, der aus einer (nicht dargestellten) Batteriestromquelle dem Heizelement 33 zugeführten elektrischen Leistung gemäß der Elementtemperatur der Lambda-Sonde 30 oder der Heizelementtemperatur, um die Heizfunktion des Heiz­ elementes 33 zu regeln.The heating control circuit 25 controls the function of the heating element 33 which is installed in the lambda probe 30 . That is, the heating control circuit 25 controls the turn-on factor of the electric power supplied to the heating element 33 from a battery power source (not shown) according to the element temperature of the lambda probe 30 or the heating element temperature to regulate the heating function of the heating element 33 .

Nachstehend wird ausführlich die an die Lambda-Sonde 30 angelegte Steuerspannung für das Erfassen des Element­ widerstandes beschrieben. Der Mikroprozessor 20 erzeugt das digitale Vorspannungssteuersignal Vr. Dieses Vorspannungs­ steuersignal Vr wird nach dem Durchlaufen durch den D/A-Umsetzer 21 und das Tiefpaßfilter 22 in ein analoges einzelnes bzw. impulsförmiges Spannungssignal mit einer vorbestimmten Zeitkonstante umgewandelt. In Fig. 4A und 4B sind Beispiele für Signalkurvenformen der Ausgangsspannung Vb aus dem D/A-Umsetzer 21 und der Ausgangsspannung Vc aus den Tiefpaßfilter 22 bei dem Erfassen des Elementwiderstandes dargestellt. In diesem Fall wird gemäß Fig. 4A und 4B zu einem Zeitpunkt t1 die Ausgangs­ spannung Vb aus dem D/A-Umsetzer 21 auf einen Wert umgeschaltet, der um ΔV höher ist als die zum Zeitpunkt t1 angelegte Spannung Vp, nämlich die Spannung für das Erfassen des Verhältnisses A/F. Zu einem Zeitpunkt t2 wird nur für eine kurze Zeitdauer, welche kürzer als die Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 ist, die Ausgangsspannung auf einen Wert umgeschaltet, der niedriger als die vorstehend genannte angelegte Spannung Vp ist. Dann wird zu einem Zeitpunkt t3 die Ausgangsspannung Vb auf ihren ursprünglichen Spannungswert Vp zurückgestellt. Andererseits ist das Ausgangssignal Vc aus den Tiefpaßfilter 22 ein Signal, dessen Hochfrequenzkomponenten dadurch beseitigt sind, daß eine vorbestimmte Zeitkonstante eingeführt ist.The control voltage applied to the lambda probe 30 for sensing the element resistance is described in detail below. The microprocessor 20 generates the digital bias control signal Vr. This bias control signal Vr is converted after passing through the D / A converter 21 and the low pass filter 22 into an analog single or pulse voltage signal with a predetermined time constant. In Fig. 4A and 4B, examples of signal waveforms of the output voltage Vb from the D / A converter 21 and the output voltage Vc from the low-pass filter 22 are shown in detecting the element resistance. In this case, according to FIGS. 4A and 4B, at a time t1, the output voltage Vb from the D / A converter 21 is switched to a value which is higher by ΔV than the voltage Vp applied at time t1, namely the voltage for the Detect the A / F ratio. At a point in time t2, the output voltage is switched to a value which is lower than the above-mentioned applied voltage Vp only for a short period of time which is shorter than the period between times t1 and t2. The output voltage Vb is then reset to its original voltage value Vp at a time t3. On the other hand, the output signal Vc from the low-pass filter 22 is a signal whose high-frequency components are eliminated by introducing a predetermined time constant.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist als Spannung mit einer vorbestimmten Zeitkonstante ein Signal bezeichnet, welches nur eine einzige Frequenzkomponente enthält. Die Bestimmung dieser Frequenzkomponente wird nachstehend beschrieben.In this embodiment, as a voltage with a predetermined time constant denotes a signal which only contains a single frequency component. The determination of this Frequency component is described below.

Die Fig. 5 ist ein Äquivalenzschaltbild der Lambda-Sonde 30. Im einzelnen ist in Fig. 5 die Äquivalenzschaltung des Sensorelementes 32 dargestellt. In dieser Schaltung sind der Teilchenwiderstand der Trockenelektrolytschicht 34 gegenüber Sauerstoffionen mit Rg der Teilchenwiderstand und die interkristalline Kapazität der Trockenelektrolytschicht 34 an deren Korngrenzflächen jeweils mit Ri und Ci und der Elektrodengrenzflächenwiderstand und die Elektrodengrenz­ kapazität der Platinelektrodenschichten 36 und 37 jeweils mit Rf und Cf bezeichnet.The Fig. 5 is an equivalent circuit diagram of the lambda probe 30. The equivalent circuit of the sensor element 32 is shown in detail in FIG. 5. In this circuit, the particle resistance of the dry electrolyte layer 34 to oxygen ions with Rg is the particle resistance and the intergranular capacity of the dry electrolyte layer 34 at their grain interfaces, respectively with Ri and Ci, and the electrode interface resistance and the electrode limit capacity of the platinum electrode layers 36 and 37 with Rf and Cf, respectively.

Die Fig. 6 zeigt die komplexen Impedanzkennlinien der in Fig. 5 dargestellten Lambda-Sonde 30. In dieser Fig. 6 ist auf der X-Achse ein realer Teil Zreal der komplexen Impedanz dargestellt, während auf der Y-Achse ein imaginärer Teil Zimaginär der komplexen Impedanz dargestellt ist. Die Impedanz ZAC ist durch die folgende Gleichung ausgedrückt: FIG. 6 shows the complex impedance characteristics of the lambda probe 30 shown in FIG. 5. In this Fig. 6, a real part of the complex impedance Zreal is shown on the X-axis, while an imaginary part of the complex impedance Zimaginär is shown on the Y-axis. The impedance ZAC is expressed by the following equation:

ZAC = Zreal + j · Zimaginär (1)ZAC = Zreal + jZimaginary (1)

In Fig. 6 ist an einem Punkt A die Impedanz bei einer Änderung der angelegten Spannung mit einer Frequenz von 1 kHz dargestellt. Wenn die Frequenz niedriger als 1 kHz ist, ist die Impedanzkennlinie diejenige rechts von dem Punkt A, während bei einer Frequenz über 1 kHz die Impedanzkennlinie diejenige links von dem Punkt A ist. Das heißt, wenn die Frequenz nahe an 1 kHz liegt, wird als Impedanz die Summe aus Rg und Ri gemessen. In FIG. 6, the impedance is shown with a change of the applied voltage with a frequency of 1 kHz at a point A. If the frequency is lower than 1 kHz, the impedance characteristic is that to the right of point A, whereas if the frequency is above 1 kHz, the impedance characteristic is that to the left of point A. That is, if the frequency is close to 1 kHz, the sum of Rg and Ri is measured as the impedance.

Die Fig. 7 ist eine Abwandlung der Fig. 6, wobei auf der X-Achse die Frequenz dargestellt ist und auf der Y-Achse die Impedanz ZAC aufgetragen ist. Gemäß der Darstellung in Fig. 7 konvergiert die Impedanz ZAC der Lambda-Sonde in dem Frequenzbereich von 1 kHz bis 10 MHz auf den bestimmten Wert Rg der kleiner als (Rg + Ri) ist. Somit ist der Frequenz­ bereich von 1 kHz bis 10 MHz am besten geeignet da in diesem Bereich die Impedanz ZAC unabhängig von der Frequenz f des Änderns oder Schaltens der angelegten Spannung konstant ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird unter Ansetzen der Frequenz auf 1 kHz die Zeitkonstante durch das Tiefpaßfilter 22 auf ungefähr 159 µs eingestellt, um die entsprechend ansteigende Kurvenform zu erhalten (Zeit t1 bis t2 in Fig. 4B). Die untere Grenze der Zeitkonstante, nämlich die obere Grenze der Frequenz ist von der Verarbeitungsfähigkeit des D/A-Umsetzers 21 oder des A/D-Umsetzers 23 abhängig. Durch Verwendung schnellerer Schaltungen kann die untere Grenze der Zeitkonstante weiter gesenkt werden. FIG. 7 is a modification of FIG. 6, the frequency being shown on the X axis and the impedance ZAC being plotted on the Y axis. As shown in FIG. 7, the impedance ZAC of the lambda probe converges in the frequency range from 1 kHz to 10 MHz to the determined value Rg which is less than (Rg + Ri). Thus, the frequency range from 1 kHz to 10 MHz is best suited because in this range the impedance ZAC is constant regardless of the frequency f of changing or switching the applied voltage. In this embodiment, by setting the frequency to 1 kHz, the time constant is set by the low-pass filter 22 to approximately 159 μs in order to obtain the correspondingly increasing curve shape (time t1 to t2 in FIG. 4B). The lower limit of the time constant, namely the upper limit of the frequency, depends on the processing capability of the D / A converter 21 or the A / D converter 23 . The lower limit of the time constant can be further reduced by using faster circuits.

Aus diesen Gründen erzeugt bei dem Ändern der an die Lambda-Sonde 30 anzulegenden Spannung der Mikroprozessor 20 ein digitales Signal, welches Frequenzkomponenten mit ungefähr 1 KHz hat. Dieses digitale Signal ist nach dem Durchlaufen des D/A-Umsetzers 21 und des Tiefpaßfilters 22 in ein Signal mit einer vorbestimmten Zeitkonstante (von ungefähr 159 µs) umgewandelt. Das von dem Mikroprozessor 20 abgegebene Steuersignal kann verhältnismäßig einfach erzeugt werden, da es Rechteckform hat.For these reasons, when the voltage to be applied to the lambda probe 30 is changed, the microprocessor 20 generates a digital signal which has frequency components with approximately 1 kHz. After passing through the D / A converter 21 and the low-pass filter 22, this digital signal is converted into a signal with a predetermined time constant (of approximately 159 μs). The control signal output by the microprocessor 20 can be generated relatively easily since it has a rectangular shape.

Wenn andererseits von der Spannung für das Erfassen des Elementwiderstandes auf die Spannung für das Erfassen des Verhältnisses A/F zurückgeschaltet wird und dieses Schalten auf die Spannung für das Erfassen des Verhältnisses auf direkte Weise erfolgt, erreicht der Sensorstrom unmittelbar nach diesem Schalten infolge der Einwirkungen von in den vorstehend beschriebenen Kapazitäten Ci und Cf gespeicherten elektrischen Ladungen sofort seinen Spitzenwert, so daß daher die Zeit verlängert ist, welche für das Konvergieren des Stromes auf seinen ursprünglichen Wert erforderliche ist. Infolgedessen wird bei diesem Ausführungsbeispiel bei dem Schalten von der Spannung für das Erfassen des Elementwiderstandes auf die ursprüngliche Spannung, welche die Spannung für das Erfassen des Verhältnisses A/F ist, für eine kurze Zeitdauer (von t2 bis t3 nach Fig. 4A) eine Spannung mit einer zur Polarität der zuvor (in der Zeit t1 bis t2 nach Fig. 4A) angelegten Spannung entgegengesetzten Polarität angelegt, um innerhalb kurzer Zeitdauer die elektrischen Ladungen in den Kapazitäten Ci und Cf vollständig zu entladen und ferner die Zeit für das Stabilisieren des Sensorstromes zu verkürzen. In diesem Fall ist es anzustreben, die Spannung derart zu steuern, daß in dem Sensorelement im wesentlichen die gleiche Menge an elektrischen Ladungen bewegt wird, wenn die angelegte Spannung auf die eine Polung (die die positive oder negative Polung sein kann) und wenn danach die angelegte Spannung auf die andere Polung geschaltet wird. Zu diesem Zweck kann bei dem Schalten der angelegten Spannung diese Spannung positive und negative Kurvenform haben, die zueinander symmetrisch sind.On the other hand, if the voltage for sensing the element resistance is switched back to the voltage for sensing the ratio A / F and this switching to the voltage for sensing the ratio is done directly, the sensor current reaches immediately after this switching due to the effects of Electrical charges stored in the capacitances Ci and Cf described above immediately peak, so that the time required for the current to converge to its original value is therefore increased. As a result, in this embodiment, when switching from the voltage for sensing the element resistance to the original voltage, which is the voltage for sensing the ratio A / F, a voltage becomes short (from t2 to t3 in FIG. 4A) with a polarity opposite to the polarity of the voltage previously applied (in the time t1 to t2 according to FIG. 4A), in order to completely discharge the electrical charges in the capacitances Ci and Cf within a short period of time and also to increase the time for stabilizing the sensor current shorten. In this case, the aim should be to control the voltage in such a way that essentially the same amount of electrical charges is moved in the sensor element if the voltage applied is to one polarity (which can be the positive or negative polarity) and if thereafter that applied voltage is switched to the other polarity. For this purpose, when switching the applied voltage, this voltage can have positive and negative waveforms that are symmetrical to each other.

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf das in Fig. 8 dargestellte Schaltbild der Aufbau der Vorspannungssteuer­ schaltung 40 beschrieben. Gemäß Fig. 8 enthält die Vorspannungssteuerschaltung 40 hauptsächlich einen Bezugs­ spannungsschaltkreis 44, eine erste Spannungszuführschaltung 45, eine zweite Spannungszuführschaltung 47 und die Strommeß­ schaltung 50. Der Bezugsspannungsschaltkreis 44 teilt eine konstante Spannung Vcc mit Spannungsteilerwiderständen 44a und 44b auf eine konstante Bezugsspannung Va herunter.Next, the structure of the bias control circuit 40 will be described with reference to the circuit diagram shown in FIG. 8. According to Fig. 8, the bias control circuit 40 includes mainly a reference voltage switching circuit 44, a first voltage supply circuit 45, a second voltage supply circuit 47 and the current sensing circuit 50. The reference voltage circuit 44 divides a constant voltage Vcc with voltage dividing resistors 44 a and 44 b down to a constant reference voltage Va.

Die erste Spannungszuführschaltung 45 ist durch eine Spannungsfolgerschaltung gebildet. Diese erste Spannungs­ zuführschaltung 45 führt eine Spannung, die gleich der Bezugsspannung Va des Bezugsspannungsschaltkreises 44 ist, einem Anschluß 42 der Lambda-Sonde 30 zu, der mit der in Fig. 2 dargestellten atmosphärenseitigen Elektrodenschicht 37 verbunden ist. Im einzelnen enthält die erste Spannungs­ zuführschaltung 45 einen Rechenverstärker 45a, dessen nicht invertierender Eingangsanschluß mit einem Spannungsteilerpunkt zwischen den Spannungsteilerwiderständen 44a und 44b verbunden ist und dessen invertierender Eingangsanschluß mit dem einen Anschluß 42 der Lambda-Sonde 30 verbunden ist, einen Widerstand 45b, der mit einem Anschluß an den Ausgangsanschluß des Rechenverstärkers 45a angeschlossen ist, einen NPN-Transistor 45c und einen PNP-Transistor 45d. Die Basen des NPN-Transistors 45c und des PNP-Transistors 45d sind an den anderen Anschluß des Widerstandes 45b angeschlossen. Der Kollektor des NPN-Transistors 45c ist an die konstante Speisespannung Vcc angeschlossen und der Emitter desselben ist über einen Strommeßwiderstand 50a mit dem einen Anschluß der Lambda-Sonde 30 verbunden. Dieser Strommeßwiderstand 50a stellt die Strom­ meßschaltung 50 dar. Der Emitter des PNP-Transistors 45d ist mit dem Emitter des NPN-Transistors 45c verbunden, während der Kollektor des PNP-Transistors 45d mit Masse verbunden ist.The first voltage supply circuit 45 is formed by a voltage follower circuit. This first voltage supply circuit 45 supplies a voltage, which is equal to the reference voltage Va of the reference voltage circuit 44 , to a terminal 42 of the lambda probe 30 , which is connected to the atmosphere-side electrode layer 37 shown in FIG. 2. In detail, the first voltage includes supplying circuit 45 includes an operational amplifier 45 a, its non-inverting input terminal is connected to a voltage dividing point between the voltage dividing resistors 44 a connected to b and 44 and its inverting input terminal connected to one terminal 42 of the oxygen sensor 30 is connected, a resistor 45 b, which is connected at one terminal to the output terminal of the operational amplifier 45a, an NPN transistor 45c and an PNP transistor 45 d. The bases of the NPN transistor 45 c and the PNP transistor 45 d are connected to the other terminal of the resistor 45 b. The collector of the NPN transistor 45 c is connected to the constant supply voltage Vcc and the emitter of the same is connected via a current measuring resistor 50 a to the one connection of the lambda probe 30 . This current measuring resistor 50 a represents the current measuring circuit 50. The emitter of the PNP transistor 45 d is connected to the emitter of the NPN transistor 45 c, while the collector of the PNP transistor 45 d is connected to ground.

Die zweite Spannungszuführschaltung 47 ist gleichfalls durch eine Spannungsfolgerschaltung gebildet. Diese zweite Spannungszuführschaltung 47 führt eine Spannung, die gleich der Ausgangsspannung Vc aus den Tiefpaßfilter 22 ist, dem anderen Anschluß 41 der Lambda-Sonde 30 zu, der mit der in Fig. 2 dargestellten abgasseitigen Elektrodenschicht 36 verbunden ist. Im einzelnen enthält die zweite Spannungszuführschaltung 47 einen Rechenverstärker 47a, dessen nicht invertierender Eingangsanschluß mit den Ausgangsanschluß des Tiefpaßfilters 22 verbunden ist und dessen invertierender Eingangsanschluß mit dem anderen Anschluß 41 der Lambda-Sonde 30 verbunden ist, einen Widerstand 47b, der mit einem Anschluß an den Ausgangsanschluß des Rechenverstärkers 47a angeschlossen ist, einen NPN-Transistor 47c und einen PNP-Transistor 47d. Die Basen des NPN-Transistors 47c und des PNP-Transistors 47d sind beide mit dem anderen Anschluß des Widerstandes 47b verbunden. Der Kollektor des NPN-Transistors 47c ist an die konstante Spannung Vcc angeschlossen und der Emitter dieses Transistors 47c ist mit dem anderen Anschluß der Lambda-Sonde 30 verbunden. Der Emitter des PNP-Transistors 47d ist mit dem Emitter des NPN-Transistors 47c verbunden, während der Kollektor des Transistors 47c mit Masse verbunden ist.The second voltage supply circuit 47 is also formed by a voltage follower circuit. This second voltage supply circuit 47 supplies a voltage, which is equal to the output voltage Vc from the low-pass filter 22 , to the other connection 41 of the lambda probe 30 , which is connected to the exhaust-side electrode layer 36 shown in FIG. 2. In detail, the second voltage supply circuit 47 includes an operational amplifier 47 a, its non-inverting input terminal is connected to the output terminal of the lowpass filter 22 and the inverting input terminal is connected to the other terminal 41 of the oxygen sensor 30, a resistor 47 b, connected to one terminal an NPN transistor 47 c and a PNP transistor 47 is connected to the output terminal of the operational amplifier 47 a, d. The bases of the NPN transistor 47 c and the PNP transistor 47 d are both connected to the other terminal of the resistor 47 b. The collector of the NPN transistor 47 c is connected to the constant voltage Vcc and the emitter of this transistor 47 c is connected to the other connection of the lambda probe 30 . The emitter of the PNP transistor 47 d is connected to the emitter of the NPN transistor 47 c, while the collector of the transistor 47 c is connected to ground.

Bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird dem einen Anschluß 42 der Lambda-Sonde 30 ständig die konstante Spannung Va zugeführt. Wenn dem anderen Anschluß 41 der Lambda-Sonde 30 über das Tiefpaßfilter 22 eine Spannung Vc zugeführt wird, die niedriger als die konstante Spannung Va ist, erhält die Lambda- Sonde 30 eine positive Vorspannung. Wenn dem anderen Anschluß der Lambda-Sonde 30 über das Tiefpaßfilter 22 eine Spannung Vc zugeführt wird, die höher als die konstante Spannung Va ist, wird die Lambda-Sonde 30 negativ vorgespannt.With the structure described above, the one terminal 42 of the lambda probe 30 is constantly supplied with the constant voltage Va. If the other terminal 41 of the lambda probe 30 is supplied with a voltage Vc which is lower than the constant voltage Va via the low-pass filter 22 , the lambda probe 30 receives a positive bias. If a voltage Vc is supplied to the other connection of the lambda probe 30 via the low-pass filter 22 , which is higher than the constant voltage Va, the lambda probe 30 is negatively biased.

Nachstehend wird die Funktion der Luft/Brennstoff- Verhältnis-Meßeinrichtung mit dem vorangehend beschriebenen Aufbau erläutert. Die Fig. 9 ist ein Ablaufdiagramm einer Steuerprozedur gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Diese Steuerprozedur wird auf den Beginn der Stromversorgung des Mikroprozessors 20 hin ausgeführt. Gemäß Fig. 9 ermittelt der Mikroprozessor 20 in einem Schritt 100, ob nach der letzten Erfassung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses A/F eine vorbestimmte Zeit T1 abgelaufen ist. Die vorbestimmte Zeit T1 entspricht der Frequenz für das Erfassen des Verhältnisses A/F. Vorzugsweise wird T1 auf z. B. 2 bis 4 ms eingestellt. Wenn nach dem letzten Erfassen des Verhältnisses A/F die vorbestimmte Zeit T abgelaufen ist, erhält der Mikroprozessor 20 bei dem Schritt 100 eine positive Antwort und die Steuerung schreitet zu einem Schritt 110 weiter. Bei dem Schritt 110 wird von dem Mikroprozessor 20 der durch die Strommeßschaltung 50 erfaßte Sensorstrom Ip (Grenzstrom- bzw. Schwellenwertstrom) aufgenommen und unter Anwendung eines im voraus festgelegten Kennlinienfeldes ein entsprechender Wert des Luft/Brennstoff- Verhältnisses der Maschine 10 bestimmt, welcher dem Sensorstrom Ip entspricht. Unter Anwenden der in Fig. 3 dargestellten Kennlinie L1 legt der Mikroprozessor 20 an die Lambda-Sonde 30 eine Spannung Vp an welche dem erfaßten Verhältnis A/F entspricht.The operation of the air-fuel ratio measuring device having the structure described above will be explained below. The Fig. 9 is a flowchart of a control procedure according to this embodiment. This control procedure is carried out upon the start of the power supply to the microprocessor 20 . According to FIG. 9, the microprocessor 20 determines in step 100 whether or has expired after the last detection of the air / fuel ratio A / F for a predetermined time T1. The predetermined time T1 corresponds to the frequency for detecting the ratio A / F. Preferably T1 is set to e.g. B. set 2 to 4 ms. If the predetermined time T has elapsed after the last detection of the ratio A / F, the microprocessor 20 receives an affirmative answer in step 100 and control proceeds to step 110. In step 110, the microprocessor 20 receives the sensor current Ip (limit current or threshold current) detected by the current measuring circuit 50 and, using a predetermined characteristic field, determines a corresponding value of the air / fuel ratio of the machine 10 , which is the sensor current Ip corresponds. Using the characteristic curve L1 shown in FIG. 3, the microprocessor 20 applies a voltage Vp to the lambda probe 30 which corresponds to the detected ratio A / F.

Im weiteren ermittelt der Mikroprozessor 20 in einem Schritt 120, ob nach dem letzten Erfassen des Element­ widerstandes eine vorbestimmte Zeit T2 abgelaufen ist. Die vorbestimmte Zeit T2 entspricht der Frequenz der Erfassung des Elementwiderstandes. Diese vorbestimmte Zeit wird selektiv beispielsweise gemäß dem Betriebszustand der Maschine 10 eingestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird normalerweise dann, wenn eine verhältnismäßig kleine Änderung des Verhältnisses A/F auftritt, nämlich der Maschinenbetriebs­ zustand normal ist, die vorbestimmte Zeit T2 auf 2 s eingestellt. Andererseits wird bei einer plötzlichen Änderung des Verhältnisses A/F, nämlich einem Übergangsbetriebszustand der Maschine die Zeit T2 auf 128 ms eingestellt. Wenn der Mikroprozessor 20 bei dem Schritt 120 eine negative Bestimmung erhält, wird bei jedem Ablaufen der vorstehend beschriebenen vorbestimmten Zeit das Verhältnis A/F erfaßt. Wenn der Mikro­ prozessor 20 bei dem Schritt 120 eine positive Antwort erhält, wird darauffolgend in einem Schritt 130 der Elementwiderstand gemessen.Furthermore, the microprocessor 20 determines in a step 120 whether a predetermined time T2 has expired after the last detection of the element resistance. The predetermined time T2 corresponds to the frequency of the element resistance detection. This predetermined time is set selectively, for example, according to the operating state of the machine 10 . In this embodiment, when a relatively small change in the ratio A / F occurs, namely, the machine operating condition is normal, the predetermined time T2 is set to 2 s. On the other hand, in the event of a sudden change in the ratio A / F, namely a transitional operating state of the machine, the time T2 is set to 128 ms. If the microprocessor 20 receives a negative determination at step 120, the ratio A / F is detected each time the predetermined time described above elapses. If the microprocessor 20 receives a positive answer in step 120, the element resistance is subsequently measured in step 130.

Unter Bezugnahme auf eine in Fig. 10 dargestellte Subroutine wird eine Prozedur für das Messen des Element­ widerstandes beschrieben. Gemäß Fig. 10 ermittelt der Mikroprozessor 20 in einem Schritt 131, ob das Gemisch mit dem gegenwärtigen Verhältnis A/F ein fettes oder ein mageres Gemisch ist. Wenn das Verhältnis A/F ein Magergemisch anzeigt, schaltet der Mikroprozessor 20 in einem Schritt 132 die angelegte Spannung Vp, nämlich die Verhältnismeßspannung von negativ auf positiv. Wenn das Verhältnis A/F einem fetten Gemisch entspricht, wechselt bei einem Schritt 133 die angelegte Spannung Vp von positiv auf negativ, wobei das Vorspannungssteuersignal Vr abgeändert wird.A procedure for measuring element resistance will be described with reference to a subroutine shown in FIG. 10. Referring to FIG. 10, the microprocessor 20 determines in a step 131, is whether the mixture with the current ratio A / F, a rich or a lean mixture. If the ratio A / F indicates a lean mixture, the microprocessor 20 switches the applied voltage Vp, namely the ratio measurement voltage, from negative to positive in a step 132. If the ratio A / F corresponds to a rich mixture, the applied voltage Vp changes from positive to negative in a step 133, whereby the bias control signal Vr is changed.

Dann nimmt der Mikroprozessor 20 bei einem Schritt 134 nach dem Schalten der angelegten Spannung den Betrag ΔV der Spannungsänderung und den Betrag ΔI der Änderung des durch den Strommeßschaltkreis 50 erfaßten Sensorsstromes auf. In einem nachfolgenden Schritt 135 wird von dem Mikroprozessor 20 aus AV und ΔI der Elementwiderstand R berechnet (R = ΔV/ΔI). Nach dem Schritt 135 kehrt die Steuerung zu der ursprünglichen Hauptroutine zurück.Then, in a step 134, after switching the applied voltage, the microprocessor 20 records the amount ΔV of the voltage change and the amount ΔI of the change in the sensor current detected by the current measuring circuit 50 . In a subsequent step 135 the element resistance R is calculated by the microprocessor 20 from AV and ΔI (R = ΔV / ΔI). After step 135, control returns to the original main routine.

In Fig. 11A bis 11D sind Kurvenformen von Spannungen, die an die Lambda-Sonde 30 angelegt werden (Ausgangsspannungen Vc nach dem Durchlaufen des Tiefpaßfilters 22) und Kurvenformen des Sensorstromes dargestellt, der bei dem Anlegen dieser Spannungen fließt. Das heißt, wenn das Verhältnis A/F dem Magergemisch entspricht, z. B. gleich 18 ist, wird gemäß Fig. 11A und 11B die an die Lambda-Sonde 30 angelegte Spannung um einen Spannungsbetrag ΔV zur negativen Polung hin umgeschaltet und es wird eine entsprechende Stromänderung ΔI des Strom­ wertes zu der negativen Polung hin erfaßt. Die angelegte Spannung a [V] und der Sensorstrom b [A], die in Fig. 11A und 11B dargestellt sind, entsprechen jeweils Punkten a bzw. b in Fig. 3, Falls andererseits das Verhältnis A/F dem fetten Gemisch entspricht, z. B. gleich 13 ist, wird gemäß der Darstellung in Fig. 11C und 11D die an die Lambda-Sonde 30 angelegte Spannung um den Spannungsbetrag ΔV zu der positiven Polung hin umgeschaltet und es wird eine entsprechende Strom­ änderung ΔI des Stromwertes zu der positiven Polung hin erfaßt. Die angelegte Spannung c und der Sensorstrom d, die in Fig. 11C und 11D dargestellt sind, entsprechen jeweils Punkten c bzw. d in Fig. 3.In FIGS. 11A to 11D are waveforms of voltages applied to the oxygen sensor 30 (output voltages Vc 22 after passing through the low pass filter) and waveforms of the current sensor shown, the flow at the application of these voltages. That is, if the ratio A / F corresponds to the lean mixture, e.g. B. is equal to 18, the voltage applied to the lambda probe 30 is switched by a voltage amount .DELTA.V toward the negative polarity, and a corresponding current change .DELTA.I of the current value is detected toward the negative polarity, as shown in FIGS . 11A and 11B. The applied voltage a [V] and the sensor current b [A] shown in Figs. 11A and 11B correspond to points a and b in Fig. 3, respectively . On the other hand, if the ratio A / F corresponds to the rich mixture, e.g. . B. is equal to 13, as shown in FIGS. 11C and 11D, the voltage applied to the lambda probe 30 is switched over to the positive polarity by the voltage amount .DELTA.V and a corresponding current change .DELTA.I of the current value becomes the positive polarity detected. The applied voltage c and the sensor current d shown in FIGS . 11C and 11D correspond to points c and d in FIG. 3, respectively.

Da hierbei der Sensorstrom bei dem Magergemisch-Verhältnis A/F gemäß einer Spannungsänderung zu der negativen Seite hin bzw. bei dem Fettgemisch-Verhältnis A/F gemäß einer Spannungs­ änderung zu der positiven Seite hin ermittelt wird, gelangt der Sensorstrom niemals aus dem (in Fig. 3 dargestellten) Dynamik­ bereich des Strommeßschaltkreises 50 heraus.Since the sensor current is determined for the lean mixture ratio A / F according to a voltage change to the negative side or for the fat mixture ratio A / F according to a voltage change to the positive side, the sensor current never comes from the (in Fig. 3 shown) dynamic range of the current measuring circuit 50 out.

Andererseits besteht gemäß der Darstellung in Fig. 12 ein bestimmter Zusammenhang zwischen dem Sensorelementwiderstand R, der auf die vorstehend beschriebene Weise ermittelt werden kann, und der Sensorelementtemperatur. Das heißt, sobald die Elementtemperatur sinkt, steigt der Elementwiderstand R beträchtlich an. Gemäß der Darstellung in dieser Figur entspricht ein Elementwiderstand R von 90 Ω einer Element­ temperatur von 600°C welche eine Temperatur ist, bei der die Lambda-Sonde 30 in einem gewissen Ausmaß aktiviert ist, während ein Elementwiderstand R von 30 Ω einer Elementtemperatur von 700°C entspricht, die eine Temperatur ist, bei der die Lambda­ Sonde 30 vollständig aktiviert ist. Bei der Heizelement­ steuerung wird der Betrag der Leistung berechnet, die dem Heizelement 33 zum Aufheben einer Differenz zwischen dem berechneten Elementwiderstand R und einem Widerstandssollwert (von beispielsweise 30 Ω) zuzuführen ist, bei dem die Lambda­ Sonde 30 vollständig aktiviert ist, und zum Steuern des Einschaltfaktors der Leistungszufuhr zu dem Heizelement 33 herangezogen. Das heißt, es wird eine auf der Elementtemperatur basierende Rückführungsregelung ausgeführt.On the other hand, as shown in FIG. 12, there is a certain relationship between the sensor element resistance R, which can be determined in the manner described above, and the sensor element temperature. That is, as soon as the element temperature drops, the element resistance R increases considerably. As shown in this figure, an element resistance R of 90 Ω corresponds to an element temperature of 600 ° C which is a temperature at which the lambda probe 30 is activated to a certain extent, while an element resistance R of 30 Ω corresponds to an element temperature of 700 ° C corresponds to a temperature at which the lambda probe 30 is fully activated. In the case of the heating element control, the amount of power is calculated which is to be supplied to the heating element 33 in order to cancel a difference between the calculated element resistance R and a resistance setpoint (of, for example, 30 Ω) at which the lambda probe 30 is fully activated, and for controlling the Activation factor of the power supply to the heating element 33 is used. That is, feedback control based on the element temperature is carried out.

Die sich durch das vorstehend beschriebene Ausführungs­ beispiel bietenden Vorteile werden nachstehend aufgezählt:Which is characterized by the execution described above Examples of advantages are listed below:

  • (a) Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die an die Lambda­ Sonde 30 zum Erfassen des Luft/Brennstoff-Verhältnisses angelegte Spannung auf die Spannung für das Messen des Sensor­ elementwiderstandes der Lambda-Sonde 30 durch das Einstellen einer vorbestimmten Zeitkonstante für diese Spannungsänderung verändert und der Elementwiderstand des Sensorelementes der Lambda-Sonde 30 wird aus der Spannungsänderung und einer durch die Spannungsänderung verursachten Stromänderung ermittelt. Daher kann gemäß diesem Ausführungsbeispiel an dem Sauerstoffsensor während des Umschaltens von der angelegten Spannung auf die Spannung zum Messen des Elementwiderstandes der steile Stromanstieg verhindert werden, der ein bei dem Stand der Technik zu beobachtendes Problem ist. Infolge dessen können die Sensorstromwerte auf genaue Weise gemessen werden, was eine hochgenaue Erfassung des Elementwiderstandes der Lambda-Sonde 30 ermöglicht. Da in diesem Fall der Element­ widerstand mittels einer einzigen Wechselspannungswelle erfaßt wird, die während des Prozesses zum Erfassen des Luft/Brennstoff-Verhältnisses angelegt wird, ist die für das Erfassen des Elementwiderstandes erforderliche Zeit verkürzt. Ferner ist die Genauigkeit der Erfassung des Verhältnisses A/F nicht beeinträchtigt und bleibt auf einem beträchtlich hohen Wert selbst dann, wenn die Maschine in deren Übergangszustand betrieben wird.(a) In this embodiment, the voltage applied to the lambda probe 30 for detecting the air / fuel ratio is changed to the voltage for measuring the sensor element resistance of the lambda sensor 30 by setting a predetermined time constant for this voltage change, and the element resistance of the sensor element of the lambda probe 30 is determined from the change in voltage and a change in current caused by the change in voltage. Therefore, according to this embodiment, the steep current rise, which is a problem observed in the prior art, can be prevented at the oxygen sensor during the switching from the applied voltage to the voltage for measuring the element resistance. As a result, the sensor current values can be measured accurately, which enables highly accurate detection of the element resistance of the lambda probe 30 . In this case, since the element resistance is detected by a single AC wave applied during the air-fuel ratio detection process, the time required for element resistance detection is shortened. Furthermore, the accuracy of the detection of the ratio A / F is not impaired and remains at a considerably high value even when the machine is operated in its transient state.
  • (b) Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die vorangehend genannte Zeitkonstante auf einen Wert (von weniger als 159 µs) angesetzt der die Grenzfrequenz für das Schalten der Spannung zum Messen des Elementwiderstandes auf 1 kHz setzt. Infolge dessen wird gemäß der Darstellung in Fig. 7 der Frequenzgang der Lambda-Sonde 30 gleichmäßig. Zum weiteren Stabilisieren des Impedanzverlaufes ist es anzustreben, die Zeitkonstante innerhalb eines Bereiches von 32 bis 53 µs einzuschränken, der dem Frequenzbereich von 3 kHz bis 5 kHz entspricht.(b) In this embodiment, the above-mentioned time constant is set to a value (less than 159 µs) that sets the cutoff frequency for switching the voltage for measuring the element resistance to 1 kHz. As a result, the frequency response of the lambda probe 30 becomes uniform as shown in FIG. 7. To further stabilize the impedance curve, the aim should be to limit the time constant within a range from 32 to 53 µs, which corresponds to the frequency range from 3 kHz to 5 kHz.
  • (c) Bei diesem Ausführungsbeispiel wird zum Anlegen eines Wechselspannungssignals mit einer vorbestimmten Zeitkonstante an die Lambda-Sonde 30 das Tiefpaßfilter 22 verwendet. Infolge dessen ist es möglich, den erwünschten Zweck mit einem weitaus einfacheren Aufbau zu erzielen. In diesem Fall muß der Mikro­ prozessor 20 lediglich digitale Signale erzeugen und nicht irgendwelche hochwertigen Rechenvorgänge ausführen. Somit ist es möglich, eine Luft/Brennstoff-Verhältnis-Meßeinrichtung zu schaffen, die auf einfache Weise hergestellt werden kann.(c) In this embodiment, the low-pass filter 22 is used to apply an AC signal having a predetermined time constant to the lambda probe 30 . As a result, it is possible to achieve the desired purpose with a much simpler structure. In this case, the microprocessor 20 only has to generate digital signals and does not have to perform any high-quality calculations. It is thus possible to provide an air / fuel ratio measuring device which can be manufactured in a simple manner.
  • (d) Darüber hinaus wird bei der Gestaltung gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Elementwiderstand aus einer Strom­ änderung ermittelt, die durch das Anlegen einer Spannung zu der negativen Seite hin hervorgerufen wird, wenn das Verhältnis A/F einem Magergemisch entspricht. Andererseits wird der Element­ widerstand von einer Stromänderung ausgehend erfaßt, die durch das Anlegen einer Spannung zu der positiven Seite hin hervor­ gerufen wird, wenn das Verhältnis A/F einem fetten Gemisch entspricht. In jedem Fall wird der Elementwiderstand durch Nutzung einer Stromänderung erfaßt, die in den Dynamikbereich hinein gerichtet ist, welcher von vorne herein für die Strommeßschaltung 50 angesetzt ist. Somit kann eine durch Stromänderungen außerhalb des Dynamikbereiches verursachte Verschlechterung der Meßgenauigkeit verhindert werden. Eine weitere vorteilhafte Wirkung besteht ferner darin, daß der Dynamikbereich auf einem minimalen Bereich gehalten werden kann, das heißt, der Dynamikbereich innerhalb eines schmalen Bereiches angesetzt werden kann, um eine hohe Meßgenauigkeit der Strommeßschaltung 50 sicherzustellen.(d) In addition, in the design according to this embodiment, the element resistance is determined from a current change caused by the application of a voltage to the negative side when the ratio A / F corresponds to a lean mixture. On the other hand, the element resistance is detected from a current change caused by the application of a voltage to the positive side when the ratio A / F corresponds to a rich mixture. In any case, the element resistance is detected by using a current change which is directed into the dynamic range which is set for the current measuring circuit 50 from the outset. A deterioration in the measurement accuracy caused by current changes outside the dynamic range can thus be prevented. Another advantageous effect is that the dynamic range can be kept to a minimum range, that is, the dynamic range can be set within a narrow range in order to ensure a high measuring accuracy of the current measuring circuit 50 .
  • (e) Die Spannungskurvenform wird derart eingestellt, daß bei dem Anlegen einer positiven Spannung und bei dem Anlegen einer negativen Spannung in gleicher Größe an die Lambda-Sonde 30 in dem Sensorelement im wesentlichen die gleiche elektrische Ladungsmenge bewegt wird. Auf diese Weise kann die Konvergenz des Sensorstromes nach dem Beenden der Elementwiderstands­ messung beschleunigt werden.(e) The voltage waveform is set so that when a positive voltage and a negative voltage of the same magnitude are applied to the lambda probe 30 in the sensor element, substantially the same amount of electric charge is moved. In this way, the convergence of the sensor current can be accelerated after the element resistance measurement has ended.
  • (f) Wenn gemäß der vorangehenden Beschreibung der Elementwiderstand auf sehr genaue Weise erfaßt werden kann, ist es auch möglich, bei den Regeln der Aktivierung der Lambda­ Sonde 30, nämlich der Steuerung der Stromzufuhr zu dem Heizelement 33 unter Ansetzen des erfaßten Elementwiderstandes die Genauigkeit zu verbessern. Außerdem kann der erfaßte Elementwiderstand auch wirkungsvoll zum Beurteilen einer Verschlechterung der Funktionen der Sonde herangezogen werden.(f) If, as described above, the element resistance can be detected in a very precise manner, it is also possible to increase the accuracy in the rules of activating the lambda probe 30 , namely controlling the power supply to the heating element 33 using the detected element resistance improve. In addition, the detected element resistance can also be used effectively to judge deterioration in the functions of the probe.

Das Schalten der bei dem Messen des Elementwiderstandes angelegten Spannung kann gemäß der Darstellung in Fig. 13A bis 15D abgewandelt werden. Bei der in Fig. 13A bis 13D dargestellten Variante wird die für das Messen des Element­ widerstandes angelegte Spannung wie bei dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sowohl auf positive als auch auf negative Spannung geschaltet. Bei dieser Variante werden jedoch das Ausmaß der Spannungsänderung ΔV und das Ausmaß der Stromänderung ΔI gemäß der zweiten Spannungskurve und nicht wie gemäß der Darstellung in Fig. 11A bis 11D gemäß der ersten Spannungskurve gemessen. Wenn das Verhältnis A/F dem Mager­ gemisch entspricht, z. B. gleich 18 ist, wird gemäß Fig. 13A und 13B die Spannung von positiver auf negative Spannung in bezug auf die unmittelbar davor angelegte Spannung, nämlich die Spannung für das Erfassen des Verhältnisses A/F geändert und der Elementwiderstand aus dem Betrag ΔV der negativen Spannungsänderung und dem Betrag ΔI der negativen Stromänderung berechnet. Wenn andererseits das Verhältnis A/F dem fetten Gemisch entspricht, nämlich beispielsweise gleich 13 ist, wird gemäß Fig. 13C und 13D die Spannung von negativer auf positive Spannung in bezug auf die unmittelbar davor angelegte Spannung umgeschaltet und der Elementwiderstand aus den Betrag ΔV der positiven Spannungsänderung und dem Betrag ΔI der positiven Stromänderung berechnet. The switching of the voltage applied when measuring the element resistance can be modified as shown in FIGS. 13A to 15D. In the variant shown in FIGS. 13A to 13D, the voltage applied for measuring the element resistance is switched to both positive and negative voltages, as in the exemplary embodiment described above. In this variant, however, the extent of the voltage change ΔV and the extent of the current change ΔI are measured according to the second voltage curve and not according to the representation in FIGS. 11A to 11D according to the first voltage curve. If the ratio A / F corresponds to the lean mixture, e.g. B. is 18, as shown in FIGS. 13A and 13B, the voltage is changed from positive to negative voltage with respect to the voltage immediately before, namely the voltage for detecting the ratio A / F and the element resistance from the amount ΔV of the negative Voltage change and the amount ΔI of the negative current change are calculated. On the other hand, if the ratio A / F corresponds to the rich mixture, namely, for example, is equal to 13, the voltage is switched from negative to positive voltage with reference to the voltage applied immediately before, and the element resistance from the amount ΔV of the positive, as shown in FIGS. 13C and 13D Voltage change and the amount ΔI of the positive current change are calculated.

Ferner wird bei der in Fig. 14A bis 14D dargestellten Variante die angelegte Spannung nur zu einer Seite hin, nämlich entweder zu einer positive oder zu einer negativen Spannung verändert. Dann werden der Betrag ΔV der Spannungsänderung und der Betrag ΔI der Stromänderung gemessen. Wenn das Verhältnis A/F dem Magergemisch entspricht, wird gemäß der Darstellung in Fig. 14A und 14B wie bei den jeweiligen vorangehenden Ausführungsbeispielen die angelegte Spannung auf eine negative Spannung eingestellt und der Elementwiderstand aus dem Betrag der Stromänderung und dem Betrag der Spannungsänderung ermittelt. Wenn andererseits das Verhältnis A/F dem fetten Gemisch entspricht, wird gemäß der Darstellung in Fig. 14C und 14D die angelegte Spannung auf eine positive Spannung eingestellt und der Elementwiderstand aus dem Betrag der Stromänderung und dem Betrag der Spannungsänderung ermittelt. Obgleich in diesem Fall die Zeit verlängert ist, die für das Konvergieren des Sensorstromes auf seinen ursprünglichen Grenzstrompegel erforderlich ist, ist für die Erfassung des Elementwiderstandes die Genauigkeit nicht beeinträchtigt.Furthermore, in the variant shown in FIGS. 14A to 14D, the applied voltage is changed only to one side, namely either to a positive or to a negative voltage. Then the amount ΔV of the voltage change and the amount ΔI of the current change are measured. If the ratio A / F corresponds to the lean mixture, as shown in FIGS . 14A and 14B, as in the respective previous exemplary embodiments, the applied voltage is set to a negative voltage and the element resistance is determined from the magnitude of the current change and the magnitude of the voltage change. On the other hand, when the ratio A / F corresponds to the rich mixture, as shown in FIGS. 14C and 14D, the applied voltage is set to a positive voltage and the element resistance is determined from the amount of the current change and the amount of the voltage change. In this case, although the time required for the sensor current to converge to its original limit current level is extended, the accuracy is not affected for the detection of the element resistance.

Bei den in Fig. 13A bis 14D dargestellten Varianten wird wie bei dem vorangehenden ersten Ausführungsbeispiel die negative Sensorstromänderung gemessen, wenn das Verhältnis A/F dem Magergemisch entspricht, wogegen die positive Sensorstrom­ änderung gemessen wird, wenn das Verhältnis A/F dem fetten Gemisch entspricht. Somit kann der Sensorstrom auf genaue Weise innerhalb des Dynamikbereiches des Strommeßschaltkreises 50 gemessen werden. Ferner kann von Anfang an der Dynamikbereich des Strommeßschaltkreises 50 auf einen minimalen Bereich eingestellt werden.In the variants shown in FIGS. 13A to 14D, as in the preceding first exemplary embodiment, the negative sensor current change is measured when the ratio A / F corresponds to the lean mixture, whereas the positive sensor current change is measured when the ratio A / F corresponds to the rich mixture . Thus, the sensor current can be measured precisely within the dynamic range of the current measuring circuit 50 . Furthermore, the dynamic range of the current measuring circuit 50 can be set to a minimum range from the beginning.

Ferner wird bei einer in Fig. 15A bis 15D dargestellten weiteren Variante die angelegte Spannung sowohl auf die positive als auch auf die negative Spannung eingestellt und es werden der Betrag ΔV der Spannungsänderung und der Betrag ΔI der Stromänderung gemäß einer Differenz zwischen dem maximalen Wert und dem minimalen Wert gemessen welche bei der Spannungsänderung erhalten werden. Dabei kann zwar der Elementwiderstand im Vergleich zu den anderen Fällen am genauesten gemessen werden, aber es muß für die Strommeß­ schaltung 50 ein verhältnismäßig großer Dynamikbereich eingestellt werden. In diesem Fall kann die angelegte Spannung unabhängig von dem Wert des Luft/Brennstoff-Verhältnisses zuerst entweder auf die positive oder auf die negative Spannung verändert werden, nämlich entweder die in Fig. 15A oder die in Fig. 15C dargestellte Ausführungsform angewandt werden.Furthermore, in a further variant shown in FIGS. 15A to 15D, the applied voltage is set to both the positive and the negative voltage, and the amount ΔV of the voltage change and the amount ΔI of the current change are set according to a difference between the maximum value and the minimum value measured which are obtained with the voltage change. The element resistance can be measured most precisely in comparison to the other cases, but a relatively large dynamic range must be set for the current measuring circuit 50 . In this case, regardless of the value of the air / fuel ratio, the applied voltage may first be changed to either the positive or the negative voltage, namely either the embodiment shown in FIG. 15A or the embodiment shown in FIG. 15C.

Nachstehend wird die Erfindung gemäß einem zweiten bis sechsten Ausführungsbeispiel beschrieben. Hierbei ist die Erläuterung von Teilen oder dergleichen weggelassen, die mit denjenigen bei dem ersten Ausführungsbeispiel identisch sind. Die nachstehende Beschreibung ist daher lediglich auf Unter­ schiede gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel gerichtet.Below, the invention is according to a second to sixth embodiment described. Here is the Explanation of parts or the like omitted with those in the first embodiment are identical. The following description is therefore only on sub differed from the first embodiment.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf Fig. 16 bis 18 das zweite Ausführungsbeispiel beschrieben. Gemäß der Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels wird der Elementwiderstand ohne Bedingung gemäß einer Stromänderung erfaßt, die bei dem Magergemischverhältnis durch das Anlegen negativer Spannung und bei dem Fettgemischverhältnis durch das Anlegen positiver Spannung hervorgerufen wird. Der vorbestimmte Dynamikbereich der Strommeßschaltung 50 ist jedoch nicht immer in bezug auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis, nämlich das ideale Verhältnis festgelegt. Infolge dessen wird bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel die Reihenfolge des Umschaltens der angelegten Spannung auf positive und negative Spannung aufgrund eines als Bezugswert wirkenden vorbestimmten Stromwertes innerhalb des Dynamikbereiches bestimmt.The second embodiment will be described below with reference to FIGS. 16 to 18. According to the description of the first embodiment, the element resistance is unconditionally detected according to a current change which is caused by the application of negative voltage in the lean mixture ratio and by the application of positive voltage in the fat mixture ratio. However, the predetermined dynamic range of the current measuring circuit 50 is not always set with respect to the stoichiometric air / fuel ratio, namely the ideal ratio. As a result, in this second exemplary embodiment the sequence of switching the applied voltage to positive and negative voltage is determined on the basis of a predetermined current value acting as a reference value within the dynamic range.

Die Fig. 16 ist ein Ablaufdiagramm einer Subroutine für das Messen des Elementwiderstandes gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Dieses Ablaufdiagramm ist eine Abwandlung des in Fig. 10 dargestellten Ablaufdiagramms für das erste Ausführungsbeispiel. Das heißt, in dem Ablaufdiagramm nach Fig. 16 ist ein Schritt 131 nach Fig. 10 durch einen Schritt 231 ersetzt. Im einzelnen vergleicht der Mikroprozessor 20 bei dem Schritt 231 den bei dem Schritt 110 nach Fig. 9 erfaßten Sensorstrom (Grenzstrom) Ip mit einem vorbestimmten Bezugswert Ipo, der innerhalb des Dynamikbereiches angesetzt ist. Wenn sich hierbei Ip Ipo ergibt, schreitet der Prozeß zu dem Schritt 132 weiter, bei dem der Mikroprozessor 20 die angelegte Spannung Vp zuerst auf eine negative Spannung und dann auf eine positive Spannung umschaltet. Bei Ip Ipo ändert der Mikro­ prozessor 20 bei dem Schritt 133 die angelegte Spannung zuerst auf die positive Spannung und dann auf die negative Spannung. Die anderen Schritte sind die gleichen wie diejenigen gemäß dem Ablaufdiagramm in Fig. 10 und werden daher hier nicht erläutert. FIG. 16 is a flow chart of a subroutine for measuring the resistance element according to the second embodiment. This flowchart is a modification of the flowchart shown in FIG. 10 for the first embodiment. That is, in the flowchart in FIG. 16, a step 131 in FIG. 10 is replaced by a step 231. Specifically, in step 231, the microprocessor 20 compares the sensor current (limit current) Ip detected in step 110 of FIG. 9 with a predetermined reference value Ipo, which is set within the dynamic range. If Ip Ipo results, the process proceeds to step 132, where the microprocessor 20 first switches the applied voltage Vp to a negative voltage and then to a positive voltage. In Ip Ipo of the micro-processor 20 at step 133 changes the voltage applied to the first positive voltage, and then to the negative voltage. The other steps are the same as those shown in the flowchart in Fig. 10 and are therefore not explained here.

Der Bezugswert Ipo kann hierbei derart eingestellt werden, daß er etwa in der Nähe eines Mittelwertes des Dynamikbereiches liegt. Beispielsweise kann der Bezugswert Ipo gemäß der Darstellung in Fig. 17 und 18 eingestellt werden. Falls der Dynamikbereich derart angesetzt ist, daß gemäß der Darstellung in Fig. 17 das Verhältnis A/F über einen sich von dem Fettgemischbereich bis zu dem Magergemischbereich erstreckenden Bereich erfaßt werden kann, kommt der Bezugswert Ipo nahe an "Null" (in die Nähe des stöchiometrischen Wertes). Falls andererseits der Dynamikbereich derart angesetzt ist, daß gemäß der Darstellung in Fig. 18 das Verhältnis A/F nur über den Magergemischbereich hinweg erfaßt wird, kann der Bezugswert Ipo auf einige wenige mA eingestellt werden, was einem Verhältnis A/F von ungefähr 20 entspricht.The reference value Ipo can be set in such a way that it is approximately in the vicinity of an average value of the dynamic range. For example, the reference value Ipo can be set as shown in FIGS . 17 and 18. If the dynamic range is set such that, as shown in Fig. 17, the ratio A / F can be detected over a range extending from the rich mixture range to the lean mixture range, the reference value Ipo comes close to "zero" (near the stoichiometric value). On the other hand, if the dynamic range is set such that, as shown in Fig. 18, the ratio A / F is detected only over the lean mixture range, the reference value Ipo can be set to a few mA, which corresponds to an A / F ratio of about 20 .

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel kann der Ausgangsstrom Ip der Lambda-Sonde 30 stets ohne Abweichung aus dem Dynamik­ bereich heraus gemessen und daher der Elementwiderstand R auf genaue Weise erfaßt werden. Dabei tritt selbst dann, wenn der Dynamikbereich nicht in bezug auf den stöchiometrischen Wert angesetzt ist, wie es gemäß Fig. 18 der Fall ist, keine Verringerung der Genauigkeit bei dem Erfassen des Element­ widerstandes R auf.In the second embodiment, the output current Ip of the lambda probe 30 can always be measured without a deviation from the dynamic range and therefore the element resistance R can be detected in a precise manner. Here, even if the dynamic range is not set with respect to the stoichiometric value, as is the case in FIG. 18, there is no decrease in accuracy in detecting the element resistance R.

Das dritte Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 19 bis 20B beschrieben.The third embodiment of the invention will be described with reference to Figs. 19 to 20B.

Bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen wird zum Messen des Elementwiderstandes die angelegte Spannung Vp mit einer vorbestimmten Zeitkonstante geändert. Bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen ist jedoch die Größe der Spannungsänderung ΔV festgelegt (wobei in der US-PS 4 419 190 nur ein oberer Grenzwert für die Spannungsänderung ΔV angeführt ist). Daher wird dann, wenn die Elementtemperatur der Lambda-Sonde 30 sinkt oder dergleichen und die Spannungs­ änderung ΔV auf einem festen Wert gehalten wird, der Betrag ΔI der Stromänderung klein. Infolge dessen besteht die Wahrscheinlichkeit, daß bei dem Erfassen des Element­ widerstandes P Fehler auftreten, was zu einer Verschlechterung der Genauigkeit der Elementwiderstandsmessung führen kann.In the foregoing embodiments, to measure the element resistance, the applied voltage Vp is changed with a predetermined time constant. In the preceding exemplary embodiments, however, the size of the voltage change ΔV is fixed (only an upper limit value for the voltage change ΔV is given in US Pat. No. 4,419,190). Therefore, when the element temperature of the lambda probe 30 drops or the like and the voltage change ΔV is kept at a fixed value, the amount ΔI of the current change becomes small. As a result, there is a possibility that errors will occur in the detection of the element resistance P, which may lead to deterioration in the accuracy of the element resistance measurement.

Der Grund hierfür wird unter Bezugnahme auf Fig. 20A und 20B erläutert. Die Fig. 20A zeigt Spannung/Strom-Kennlinien bei einer verhältnismäßig hohen Elementtemperatur der Lambda-Sonde 30, z. B. bei der Elementtemperatur von ungefähr 700°C. Die Fig. 20B zeigt Spannung/Strom-Kennlinien bei einer verhältnismäßig niedrigen Elementtemperatur, z. B. bei der Elementtemperatur von ungefähr 600°C.The reason for this will be explained with reference to Figs. 20A and 20B. FIG. 20A shows voltage / current characteristics at a relatively high temperature member of the lambda probe 30, z. B. at the element temperature of about 700 ° C. FIG. 20B shows voltage / current characteristics at a relatively low temperature member, z. B. at the element temperature of about 600 ° C.

Vergleicht man Fig. 20A und 20B, so ist in einem widerstandsabhängigen Bereich nach Fig. 20B, nämlich in einem Spannungsbereich der unter dem zu der Spannungsachse V parallelen geraden Abschnitt liegt, die Steilheit eines ersten geraden Abschnittes kleiner als die Steilheit des ersten geraden Abschnittes in dem widerstandsabhängigen Bereich nach Fig. 20A. Dies bedeutet, daß der innere Elementwiderstand (Ri gemäß der Darstellung in Fig. 20A und 20B) des Sensorelementes gemäß Fig. 20B größer als der innere Elementwiderstand des Sensorelementes gemäß Fig. 20A ist. Daher ist dann, wenn die an die beiden Sensorelemente nach Fig. 20A und 20B angelegte Spannung im gleichen Ausmaß geändert wird, eine Stromänderung ΔI′ bei dem Sensorelement nach Fig. 20B nur halb so groß wie die Stromänderung ΔI bei dem Sensorelement nach Fig. 20A. Somit besteht die Wahrscheinlichkeit, daß bei dem Erfassen des Ausgangsstromes Fehler auftreten, was zu einer fehlerhaften Erfassung des Elementwiderstandes führen kann. Comparing FIGS. 20A and 20B, in a resistance-dependent region according to FIG. 20B, namely in a voltage range which lies below the straight section parallel to the voltage axis V, the slope of a first straight section is smaller than the slope of the first straight section in the resistance dependent area of Fig. 20A. This means that the internal element resistance (Ri as shown in FIGS. 20A and 20B) of the sensor element according to FIG. 20B is greater than the internal element resistance of the sensor element according to FIG. 20A. Therefore, if the voltage applied to the two sensor elements according to FIGS. 20A and 20B is changed to the same extent, a current change ΔI 'in the sensor element according to FIG. 20B is only half as large as the current change ΔI in the sensor element according to FIG. 20A . Thus, there is a likelihood that errors will occur in the detection of the output current, which can lead to an incorrect detection of the element resistance.

Demgemäß wird bei diesem Ausführungsbeispiel die Amplitude der Spannungsänderung ΔV gemäß dem Elementwiderstand R abgeändert, um sicherzustellen, daß der gleiche Pegel des Ausgangsstroms, der bei hoher Elementtemperatur erreicht wird, auch dann erzielt werden kann, wenn die Elementtemperatur niedrig ist, nämlich der Innenwiderstand Ri groß ist. Gemäß Fig. 20B kann die Stromänderung ΔI dadurch erreicht werden, daß der Betrag der Spannungsänderung auf ΔV′ eingestellt wird (ΔV′ ΔV).Accordingly, in this embodiment, the amplitude of the voltage change ΔV is changed according to the element resistance R to ensure that the same level of the output current that is obtained at the high element temperature can be obtained even when the element temperature is low, namely, the internal resistance Ri is large is. According to FIG. 20B, the current change .DELTA.I can be achieved in that the amount of the voltage change of the DV 'is set (.DELTA.V' .DELTA.V).

Die Fig. 19 ist ein Ablaufdiagramm einer erfindungsgemäßen Subroutine für die Elementwiderstandsmessung. Dieses Ablaufdiagramm ist eine teilweise Abwandlung des in Fig. 16 dargestellten Ablaufdiagramms bei dem zweiten Ausführungs­ beispiel. Das heißt, es wurde ein Schritt 230 hinzugefügt. Gemäß dem in Fig. 19 dargestellten Ablaufdiagramm wird bei dem Schritt 230 von dem Mikroprozessor 20 zuerst der bei dem vorangehenden Prozeß erfaßte Elementwiderstand R mit einem vorbestimmten Proportionalkoeffizienten k multipliziert, um die Spannungsänderung ΔV zu erhalten (ΔV = k × R). Dann wird bei dem Schritt 132 oder 133 die Spannung Vp gemäß der bei dem Schritt 230 berechneten Spannungsänderung ΔV geändert. Die Prozesse in den Schritten 231 und 132 bis 135 nach Fig. 19 sind die gleichen wie die schon vorangehend beschriebenen und werden daher hier nicht erläutert. Fig. 19 is a flowchart of an element resistance measurement subroutine according to the present invention. This flowchart is a partial modification of the flowchart shown in FIG. 16 in the second embodiment. That is, step 230 has been added. According to the flowchart shown in Fig. 19, at step 230, the microprocessor 20 first multiplies the element resistance R detected in the previous process by a predetermined proportional coefficient k to obtain the voltage change ΔV (ΔV = k × R). Then, at step 132 or 133, the voltage Vp is changed according to the voltage change ΔV calculated at step 230. The processes in steps 231 and 132 to 135 of FIG. 19 are the same as those described above and are therefore not explained here.

Der Proportionalkoeffizient k ist eine Konstante, die im voraus nach dem folgenden Konzept bestimmt wird: Es kann vorteilhaft sein, den Proportionalkoeffizienten k zu vergrößern, um die Genauigkeit bei der Erfassung des Element­ widerstandes R zu verbessern. Die Stromänderung ΔT kann jedoch nicht auf genaue Weise erfaßt werden, falls sie aus dem Dynamikbereich der Strommeßschaltung 50 heraustritt. Das heißt, ΔI darf nicht die Hälfte der Breite des Dynamikbereiches überschreiten. Vorzugsweise wird ΔI auf ungefähr ein Viertel der Breite des Dynamikbereiches eingestellt. The proportional coefficient k is a constant which is determined in advance according to the following concept: It may be advantageous to increase the proportional coefficient k in order to improve the accuracy in the detection of the element resistance R. However, the current change .DELTA.T cannot be detected precisely if it comes out of the dynamic range of the current measuring circuit 50 . This means that ΔI must not exceed half the width of the dynamic range. ΔI is preferably set to approximately a quarter of the width of the dynamic range.

Bei dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Spannungsänderung ΔV für das Messen des Elementwiderstandes derart eingestellt, daß sie größer ist, wenn dieser Element­ widerstand R größer wird. Somit wird der Betrag der Strom­ änderung ΔI selbst dann nicht drastisch verringert, wenn beispielsweise die Elementtemperatur niedrig ist, nämlich der Innenwiderstand des Elementes groß ist, und somit wird eine Verschlechterung der Genauigkeit bei dem Erfassen des Element­ widerstandes R verhindert.In the third embodiment of the invention, the Voltage change ΔV for measuring the element resistance set to be larger when this element resistance R increases. Thus the amount of electricity change ΔI is not drastically reduced even if for example, the element temperature is low, namely Internal resistance of the element is large, and thus one Deterioration in accuracy when detecting the element resistance R prevented.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf Fig. 21A bis 29 das vierte Ausführungsbeispiel beschrieben. Bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird das Vorspannungs­ steuersignal Vr für die an die Lambda-Sonde 30 anzulegende Spannung stets über den D/A-Umsetzer 21 und das Tiefpaßfilter 22 geleitet. Gemäß der vorangehenden Erläuterung wird die Zeitkonstante des Tiefpaßfilters 22 auf geeignete Weise für das Messen des Innenwiderstandes des Sensorelementes eingestellt. Wenn jedoch die Zeitkonstante des Tiefpaßfilters 22 unverändert für das Erfassen des Luft/Brennstoff-Verhältnisses angewandt wird, könnten bei dem Erfassen des Verhältnisses A/F beträchtliche Fehler auftreten. Der Grund hierfür wird unter Bezugnahme auf Fig. 21A und 21B erläutert.The fourth embodiment will be described below with reference to FIGS. 21A to 29. In the exemplary embodiments described above, the bias control signal Vr for the voltage to be applied to the lambda probe 30 is always passed via the D / A converter 21 and the low-pass filter 22 . According to the above explanation, the time constant of the low-pass filter 22 is appropriately set for measuring the internal resistance of the sensor element. However, if the time constant of the low-pass filter 22 is used unchanged for the detection of the air / fuel ratio, considerable errors could occur in the detection of the ratio A / F. The reason for this will be explained with reference to Figs. 21A and 21B.

In Fig. 21A und 21B sind Änderungen der angelegten Spannung Vp und des Sensorstromes Ip bei dem Erfassen des Verhältnisses A/F dargestellt. Gemäß Fig. 21A und 21B ändert sich das Verhältnis A/F von dem Verhältnis für das fette Gemisch zu dem Verhältnis für das Magergemisch. Das heißt, die Werte von Vp und Ip bewegen sich entlang der in Fig. 3 dargestellten geraden Kennlinie L1 nach rechts oben in Nachführung mit einen Grenzstrombereich. Gemäß Fig. 21A wird die angelegte Spannung Vp bei jedem Zeitabschnitt Ta stufen­ weise größer. In Fig. 21A ist die Ausgangsspannung Vb des D/A-Umsetzers 21 nach Fig. 1 durch gestrichelte Linien dargestellt, während die Ausgangsspannung Vc des Tiefpaßfilters 22. nämlich die direkt an die Lambda-Sonde 30 angelegte Spannung durch eine ausgezogene Linie dargestellt ist. In diesem Fall weicht gemäß Fig. 21B der Sensorstrom Ip von dem durch eine gestrichelte Linie dargestellten wahren Wert des Grenzstromes ab und wird größer. Diese Abweichung beruht auf dem Frequenzgang der Lambda-Sonde 30, der unter Bezugnahme auf Fig. 5, 6 und 7 erläutert wurde. Das Ausmaß der Abweichung ist durch die Zeitkonstante des Tiefpaßfilters 22 bestimmt.In Fig. 21A and 21B changes the applied voltage Vp and the sensor current Ip at the detection of the ratio A / F shown. Referring to FIG. 21A and 21B, the ratio A / F changes from the ratio for the rich mixture to the ratio for the lean mixture. This means that the values of Vp and Ip move along the straight characteristic curve L1 shown in FIG. 3 to the top right in tracking with a limit current range. Referring to FIG. 21A, the applied voltage Vp at each time interval Ta is gradually larger. In Fig. 21A, the output voltage Vb of the D / A converter 21 of FIG. 1 shown by dashed lines, while the output voltage Vc of the low pass filter 22. namely the voltage applied directly to the lambda probe 30 is represented by a solid line. In this case, as shown in FIG. 21B, the sensor current Ip deviates from the true value of the limit current shown by a broken line and becomes larger. This deviation is based on the frequency response of the lambda probe 30 , which was explained with reference to FIGS. 5, 6 and 7. The extent of the deviation is determined by the time constant of the low-pass filter 22 .

Wenn bei der Änderung des Verhältnisses A/F der Sensor­ strom Ip unmittelbar nach dem Schalten der angelegten Spannung Vp, nämlich zu den in Fig. 21B durch Vollkreise dargestellten Zeitpunkten erfaßt wird, entsteht kein Meßfehler, da der Sensorstrom nahe an dem wahren Wert des Grenzstromes liegt. Falls jedoch das Verhältnis A/F in Abständen erfaßt wird, die kürzer als der Zeitabschnitt Ta sind, in welchem die angelegte Spannung Vp geändert wird, hat der Sensorstrom Ip die in Fig. 21B durch leere Kreise dargestellten Werte, welche von den wahren Werten abweichen. Infolge dessen treten Fehler bei der Erfassung des Verhältnisses A/F auf.If, when the ratio A / F is changed, the sensor current Ip is detected immediately after the applied voltage Vp has been switched, namely at the times shown by full circles in FIG. 21B, no measurement error occurs because the sensor current is close to the true value of the limit current lies. However, if the ratio A / F is detected at intervals shorter than the time period Ta in which the applied voltage Vp is changed, the sensor current Ip has the values shown by blank circles in Fig. 21B which differ from the true values . As a result, errors occur in the detection of the ratio A / F.

Bei diesem vierten Ausführungsbeispiel, welches in Anbetracht des vorstehend genannten Problems ausgelegt wurde, wird bei dem Erfassen des Verhältnisses A/F der hierbei gemäß der Darstellung in Fig. 21B entstehende Fehler dadurch auf ein Mindestmaß herabgesetzt, daß ein anderes Tiefpaßfilter eingesetzt wird, dessen Zeitkonstante größer ist als diejenige des für das Erfassen des Elementwiderstandes verwendeten Tiefpaßfilters.In this fourth embodiment, which has been designed in view of the above-mentioned problem, when the ratio A / F is detected, the error that arises as shown in FIG. 21B is minimized by using another low-pass filter whose time constant is larger than that of the low-pass filter used for the detection of the element resistance.

Nachstehend wird der Grund dafür erläutert, daß der bei dem Erfassen des Verhältnisses A/F entstehende Fehler geringer wird, wenn die Zeitkonstante des Tiefpaßfilters vergrößert wird. Eine Vergrößerung der Zeitkonstante des Tiefpaßfilters bedeutet eine Verringerung der Frequenz einer Änderung der an die Lambda-Sonde 30 angelegten Spannung. Wenn die Spannungs­ anlegefrequenz verringert wird, wird gemäß der Darstellung in Fig. 23 die Impedanz ZAC größer. Wenn die Impedanz ZAC größer wird, wird bei dem Ändern der angelegten Spannung der Betrag der Stromänderung geringer. Daher wird gemäß der Darstellung in Fig. 22A und 22B die Abweichung des Grenzstromes von seinem wahren Wert gemäß Fig. 21B geringer, wodurch der Fehler bei dem Erfassen des Verhältnisses A/F verringert wird. Ein Punkt A (f = 1 kHz) in Fig. 23 stellt eine Grenzfrequenz dar, die einer Zeitkonstante des Tiefpaßfilters entspricht, welches für das Messen des Elementwiderstandes geeignet ist, und ein Punkt B (bei der Frequenz f = 10 HZ) stellt eine Grenzfrequenz dar, die einer Zeitkonstante des Tiefpaßfilters entspricht, welches für die Erfassung des Verhältnisses A/F geeignet ist.The reason why the error in detecting the ratio A / F becomes smaller becomes smaller as the time constant of the low-pass filter is increased. Increasing the time constant of the low-pass filter means reducing the frequency of a change in the voltage applied to the lambda probe 30 . As the voltage application frequency is decreased, as shown in FIG. 23, the impedance ZAC becomes larger. As the impedance ZAC increases, the amount of current change decreases as the applied voltage changes. Therefore, as shown in FIGS. 22A and 22B, the deviation of the limit current from its true value as shown in FIG. 21B becomes smaller, thereby reducing the error in detecting the ratio A / F. A point A (f = 1 kHz) in Fig. 23 represents a cut-off frequency corresponding to a time constant of the low-pass filter suitable for measuring the element resistance, and a point B (at the frequency f = 10 Hz) represents a cut-off frequency represents a time constant of the low-pass filter, which is suitable for the detection of the ratio A / F.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß dieses Problem durch Ändern der Zeitkonstante des Tiefpaß­ filters 22 gemäß Fig. 1 in Abhängigkeit davon gelöst werden kann, ob der Elementwiderstand oder das Luft/Brennstoff- Verhältnis A/F erfaßt werden soll. Eine vereinfachte Gestaltung des Tiefpaßfilters 22 ist in Fig. 24 dargestellt. Das heißt, bei der Gestaltung gemäß Fig. 24 wird die Zeitkonstante mit einem Schalter 26 durch Schalten eines Widerstandes des Tiefpaßfilters 22 auf R1 oder R2 umgeschaltet (wobei R1 R2 ist). Im einzelnen wird bei dem Erfassen des Verhältnisses A/F der in der Fig. 24 dargestellte Schaltzustand aufrechterhalten, um die Zeitkonstante zu vergrößern. Andererseits wird bei dem Messen des Elementwiderstandes der Schalter 26 umgeschaltet, um die Zeitkonstante zu verringern. Alternativ kann zum Einstellen der Zeitkonstante die Kapazität eines Kondensators geändert werden.From the above description it can be seen that this problem can be solved by changing the time constant of the low-pass filter 22 according to FIG. 1 depending on whether the element resistance or the air / fuel ratio A / F is to be detected. A simplified design of the low-pass filter 22 is shown in FIG. 24. That is, in the embodiment according to Fig. 24, the time constant is switched to a switch 26 by connecting a resistor of the low pass filter 22 on R1 or R2 (wherein R2 is R1). Specifically, when the ratio A / F is detected, the switching state shown in Fig. 24 is maintained to increase the time constant. On the other hand, when measuring the element resistance, the switch 26 is switched to reduce the time constant. Alternatively, the capacitance of a capacitor can be changed to set the time constant.

Es kann jedoch schwierig sein, wegen der bei dem Ein- und Ausschalten des Schalters 26 hervorgerufenen Störung, der sich aus dem Durchlaßwiderstand des Schalters 26 ergebenden Abweichung der Zeitkonstante und dergleichen das Verhältnis A/F oder den Elementwiderstand auf genaue Weise zu erfassen. Daher kann bei diesem Ausführungsbeispiel eine Schaltung ohne Schalter gemäß der Darstellung in Fig. 25 verwendet werden.However, it may be difficult to accurately detect the ratio A / F or the element resistance due to the disturbance caused when the switch 26 is turned on and off, the variation in the time constant resulting from the forward resistance of the switch 26, and the like. Therefore, a circuit without a switch as shown in FIG. 25 can be used in this embodiment.

Die Fig. 25 ist eine Darstellung, die derjenigen in Fig. 1 für das erste Ausführungsbeispiel gleichartig ist. Ein wichtiger Unterschied des in Fig. 25 dargestellten Systems von dem System nach Fig. 1 besteht darin, daß in dem System nach Fig. 25 zwei Tiefpaßfilter 22a und 22b und zwei D/A-Umsetzer 21a und 21b vorgesehen sind. Es ist anzumerken, daß das Tiefpaßfilter 22a eine Zeitkonstante haben muß, die im wesentlichen gleich derjenigen des Tiefpaßfilters 22 nach Fig. 1 ist, und daß das Tiefpaßfilter 22b eine Zeitkonstante haben muß, die größer ist als diejenige des Tiefpaßfilters 22a. Fig. 25 is an illustration similar to that in Fig. 1 for the first embodiment. An important difference between the system shown in FIG. 25 and the system according to FIG. 1 is that two low-pass filters 22 a and 22 b and two D / A converters 21 a and 21 b are provided in the system according to FIG. 25. It should be noted that the low-pass filter 22 a must have a time constant which is substantially equal to that of the low-pass filter 22 shown in FIG. 1, and that the low-pass filter 22 b must have a time constant which is greater than that of the low-pass filter 22 a.

Hierbei erzeugt der Mikroprozessor 20 ein erstes Vorspannungssteuersignal Vr1 für das Messen des Element­ widerstandes R und ein zweites Vorspannungssteuersignal Vr2 für das Erfassen des Verhältnisses A/F. Die Vorspannungssteuer­ signale Vr1 und Vr2 werden jeweils den D/A-Umsetzern 21a und 21b zugeführt. Durch die D/A-Umsetzer 21a und 21b werden die Vorspannungssteuersignale Vr1 und Vr2 in jeweilige analoge Signale Vb1 und Vb2 umgesetzt deren Hochfrequenzkomponenten durch die Tiefpaßfilter 22a und 22b unterdrückt werden. Die sich dann jeweils ergebenden Ausgangsspannungen Vc1 und Vc2 werden der Vorspannungssteuerschaltung 40 zugeführt. Durch die Vorspannungssteuerschaltung 40 werden die Ausgangsspannungen Vc1 und Vc2 verstärkt und dann an die Anschlüsse angelegt, die jeweils mit der atmosphärenseitigen bzw. der abgasseitigen Elektrode der Lambda-Sonde 30 verbunden sind.Here, the microprocessor 20 generates a first bias control signal Vr1 for measuring the element resistance R and a second bias control signal Vr2 for detecting the ratio A / F. The Vorspannungssteuer signals Vr1 and Vr2, respectively to D / A converters 21 a and b are supplied to the 21st Through the D / A converter 21 a and 21 b, the bias control signals Vr1 and Vr2 are converted into respective analog signals Vb1 and Vb2, the high-frequency components of which are suppressed by the low-pass filters 22 a and 22 b. The output voltages Vc1 and Vc2 then respectively obtained are fed to the bias control circuit 40 . By the bias control circuit 40, the output voltages Vc1 and Vc2 are amplified and then applied to the terminals which are respectively connected to the atmosphere-side and the exhaust-side electrode of the lambda probe 30th

Die Fig. 26 ist ein Schaltbild der Vorspannungssteuer­ schaltung 40 gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Ein Unterschied der Vorspannungssteuerschaltung 40 gemäß diesem Ausführungs­ beispiel gegenüber der in Fig. 8 dargestellten Vorspannungs­ steuerschaltung 40 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, daß kein Bezugsspannungsschaltkreis 44 für die Abgabe einer Festspannung an den Rechenverstärker 45a der ersten Spannungszuführschaltung 45 vorgesehen ist und dem nicht invertierenden Eingangsanschluß dieses Rechenverstärkers 45a die Ausgangsspannung Vc2 aus dem zusätzlichen Tiefpaßfilter 22b zugeführt wird. Die Ausgangsspannung Vc2 des Tiefpaßfilters 22b wird an den Anschluß 42, nämlich den mit der atmosphären­ seitigen Elektrodenschicht 32 verbundenen Anschluß der Lambda­ Sonde 30 angelegt. FIG. 26 is a circuit diagram of Vorspannungssteuer circuit 40 according to this embodiment. A difference of the bias control circuit 40 according to this embodiment example compared to the bias control circuit 40 shown in Fig. 8 according to the first embodiment is that no reference voltage circuit 44 is provided for the delivery of a fixed voltage to the computing amplifier 45 a of the first voltage supply circuit 45 and the non-inverting Input terminal of this computing amplifier 45 a, the output voltage Vc2 is supplied from the additional low-pass filter 22 b. The output voltage Vc2 of the low-pass filter 22 b is applied to the connection 42 , namely the connection of the lambda probe 30 connected to the atmosphere-side electrode layer 32 .

Nachstehend wird die Funktion des Mikroprozessors 20 unter Bezugnahme auf die in Fig. 27 und 28 dargestellten Ablauf­ diagramme beschrieben. The operation of the microprocessor 20 will now be described with reference to the flowcharts shown in FIGS. 27 and 28.

In Fig. 27 ist das Ablaufdiagramm einer Subroutine für das Erfassen eines Grenzstromes, nämlich eines Luft/Brennstoff- Verhältnisses A/F dargestellt. Dieses Ablaufdiagramm zeigt ausführlich den Schritt 110 nach Fig. 9. Gemäß Fig. 27 erfaßt der Mikroprozessor 20 in einem Schritt 111 zuerst gemäß einem Meßergebnis der in Fig. 26 dargestellten Strommeßschaltung 50 einen über die Lambda-Sonde 30 fließenden Grenzstrom Ip. Dann ermittelt der Mikroprozessor 20 in einem Schritt 112, ob seit der letzten Änderung der angelegten Spannung Vp eine vorbestimmte Zeit T3 verstrichen ist. Das heißt, die vorbestimmte Zeit T3 ist der Zeitabstand zwischen den Zeitpunkten für das Ändern der Spannungen zum Erfassen des Verhältnisses A/F. Diese Zeitdauer T3 muß lediglich länger als die vorbestimmte Zeit T1 für das Erfassen des Verhältnisses A/F sein (siehe Fig. 9). Die vorbestimmte Zeit T3 wird vorzugsweise auf 2 bis 10 ms angesetzt. FIG. 27 shows the flowchart of a subroutine for the detection of a limit current, namely an air / fuel ratio A / F. This flowchart shows step 110 according to FIG. 9 in detail . According to FIG. 27, in a step 111 the microprocessor 20 first detects a limit current Ip flowing via the lambda probe 30 according to a measurement result of the current measuring circuit 50 shown in FIG . Then, in a step 112, the microprocessor 20 determines whether a predetermined time T3 has passed since the last change in the applied voltage Vp. That is, the predetermined time T3 is the interval between times for changing the voltages to detect the ratio A / F. This time period T3 need only be longer than the predetermined time T1 for the detection of the ratio A / F (see FIG. 9). The predetermined time T3 is preferably set to 2 to 10 ms.

Wenn sich in diesem Fall bei dem Schritt 112 eine negative Antwort ergibt, da die vorbestimmte Zeit T3 noch nicht abgelaufen ist, beendet der Mikroprozessor 20 diese Subroutine. Wenn der Schritt 112 eine positive Antwort ergibt, da die vorbestimmte Zeit T3 abgelaufen ist, schreitet die Steuerung zu einem Schritt 113 weiter.In this case, if the answer to step 112 is negative because the predetermined time T3 has not yet expired, the microprocessor 20 ends this subroutine. If step 112 gives an affirmative answer because the predetermined time T3 has elapsed, control proceeds to step 113.

Bei dem Schritt 113 bestimmt der Mikroprozessor 20 gemäß dem während des vorangehenden Prozesses erfaßten Element­ widerstand R und dem Grenzstrom Ip die an die Lambda-Sonde 30 anzulegende Spannung Vp (Vp = R · Ip + Ve). Die Gleichung bei dem Schritt 113 entspricht der geraden Linie L1 in Fig. 3, Hierbei entspricht Ve dem Schnittpunkt der geraden Linie L1 mit der V-Achse und wird anfänglich auf einen Wert von ungefähr 0,4 V in der Nähe der Mitte des Grenzstrombereiches angesetzt.At step 113, the microprocessor 20 determines the voltage Vp to be applied to the lambda probe 30 in accordance with the element resistance R and the limit current Ip detected during the previous process (Vp = R * Ip + Ve). The equation at step 113 corresponds to the straight line L1 in FIG. 3, where Ve corresponds to the intersection of the straight line L1 with the V-axis and is initially set to a value of approximately 0.4 V near the center of the limit current range .

Dann wird in einem Schritt 114 die Spannung Vp an die Lambda-Sonde 30 angelegt. Dabei wird der Vorspannungssteuer­ schaltung 40 als Steuerspannung die zweite Vorspannungs­ steuerspannung Vr2 für das Tiefpaßfilter 22b angelegt, welches mit dem Anschluß 42 der Lambda-Sonde 30 in Verbindung steht. Das Tiefpaßfilter 22b beseitigt dabei gemäß seiner Zeitkonstante die Hochfrequenzkomponenten der tatsächlich an die Lambda-Sonde 30 angelegten Spannung. Hierbei muß die erste Vorspannungssteuerspannung Vr1 für das Tiefpaßfilter 22a lediglich auf eine vorbestimmte Spannung festgelegt werden.Then, in a step 114, the voltage Vp is applied to the lambda probe 30 . The bias control circuit 40 is applied as the control voltage, the second bias control voltage Vr2 for the low-pass filter 22 b, which is connected to the terminal 42 of the lambda probe 30 . The low-pass filter 22 b eliminates the high-frequency components of the voltage actually applied to the lambda probe 30 according to its time constant. Here, the first bias control voltage Vr1 for the low-pass filter 22 a only needs to be set to a predetermined voltage.

Nachstehend wird das Bestimmen der Zeitkonstante des Tiefpaßfilters 22b beschrieben. Diese Zeitkonstante wird vorzugsweise auf einen möglichst großen Wert angesetzt, um die Genauigkeit des Erfassens des Verhältnisses A/F zu verbessern. Falls jedoch die Zeitkonstante zu groß ist, entsteht ein anderes Problem: Wenn die Zeitkonstante des Tiefpaßfilters 22b größer als ein bestimmter Wert ist, kann die an die Lambda­ Sonde 30 anzulegende Spannung nicht einer plötzlichen Änderung des Grenzstromwertes Ip folgen. Dadurch weicht dann die an die Lambda-Sonde 30 anzulegende Spannung Vp stark von der geraden Linie L1 nach Fig. 3 ab. Wenn diese Zeitkonstante weiter vergrößert wird, tritt die angelegte Spannung Vp aus dem Grenzstrombereich heraus und daher kann der Grenzstrom Ip bzw. das Verhältnis A/F nicht genau erfaßt werden. Somit wird unter Berücksichtigung der Genauigkeit des Erfassens des Verhältnisses A/F und des Ansprechens auf Änderungen des Grenzstromes Ip die Zeitkonstante des Tiefpaßfilters 22b vorzugsweise derart eingestellt, daß gemäß Fig. 23 die Grenzfrequenz dieses Tiefpaßfilters 22b ungefähr 10 Hz ist.The determination of the time constant of the low-pass filter 22 b is described below. This time constant is preferably set to the greatest possible value in order to improve the accuracy of the detection of the ratio A / F. However, if the time constant is large, there arises another problem: If the time constant of the low pass filter 22 b is greater than a certain value, to be applied to the lambda probe 30 voltage can not follow a sudden change of the limiting current value Ip. As a result, the voltage Vp to be applied to the lambda probe 30 deviates greatly from the straight line L1 according to FIG. 3. If this time constant is increased further, the applied voltage Vp comes out of the limit current range and therefore the limit current Ip or the ratio A / F cannot be detected exactly. Thus, taking into account the accuracy of detecting the ratio A / F and responding to changes in the limit current Ip, the time constant of the low-pass filter 22 b is preferably set such that the cut-off frequency of this low-pass filter 22 b is approximately 10 Hz as shown in FIG. 23.

Die Fig. 28 ist ein Ablaufdiagramm, das der Subroutine zur Elementwiderstandmessung gemäß Fig. 16 für das zweite Ausführungsbeispiel entspricht. Die Funktion der in Fig. 28 dargestellten Subroutine ist zwar grundlegend die gleiche wie diejenige der Subroutine nach Fig. 16, jedoch ist anzumerken, daß bei Schritten 132 und 133 diejenige Steuerspannung geändert wird, die die erste Vorspannungssteuerspannung Vr1 ist. In diesem Fall werden aus der tatsächlich an die Lambda-Sonde 30 angelegten Spannung die Hochfrequenzkomponenten durch das Tiefpaßfilter 22a ausgeschieden. Die Zeitkonstante des Tiefpaßfilters 22a ist im wesentlichen die gleiche wie diejenige bei dem ersten Ausführungsbeispiel, aber kleiner als die Zeitkonstante des Tiefpaßfilters 22b. FIG. 28 is a flowchart corresponding to the element resistance measurement subroutine shown in FIG. 16 for the second embodiment. Although the function of the subroutine shown in Fig. 28 is basically the same as that of the subroutine of Fig. 16, it should be noted that in steps 132 and 133, the control voltage which is the first bias control voltage Vr1 is changed. In this case, the high-frequency components are eliminated by the low-pass filter 22 a from the voltage actually applied to the lambda probe 30 . The time constant of the low-pass filter 22 a is substantially the same as that in the first embodiment, but less than the time constant of the low-pass filter 22 b.

Der vorstehend beschriebene Betriebsvorgang wird unter Bezugnahme auf die graphische Darstellung in Fig. 29 beschrieben. Die obere Kurve, in Fig. 29 stellt die Differenz (Vr1-Vr2) zwischen den von dem Mikroprozessor 20 erzeugten beiden Spannungen dar, die mittlere Kurve stellt die tatsächlich an die Lambda-Sonde 30 angelegte Spannung dar und die untere Kurve stellt den Sensorstrom dar. Die mit einem Vollkreis markierten Punkte an der Sensorstromkurve entsprechen dem bei dem Schritt 111 nach Fig. 27 erfaßten Grenzstrom Ip. Die mit einem leeren Kreis markierten Punkte an der Sensor­ spannungskurve und der Sensorstromkurve entsprechen den bei dem Schritt 134 nach Fig. 28 erfaßten Werten ΔV und ΔI. Gemäß der vorangehenden Beschreibung wird der Grenzstrom Ip in vorbestimmten Zeitabständen T1 erfaßt, während der Element­ widerstand R (=ΔV/ΔI) in vorbestimmten Zeitabständen T2 gemessen wird. Ferner wird der Sensorspannung-Steuerwert, nämlich die zweite Vorspannungssteuerspannung Vr2 für das Erfassen des Verhältnisses A/F in vorbestimmten Zeitabständen T3 geändert.The above-described operation is described with reference to the graph in FIG. 29. The upper curve, in Fig. 29, represents the difference (Vr1-Vr2) between the two voltages generated by the microprocessor 20 , the middle curve represents the voltage actually applied to the lambda probe 30 , and the lower curve represents the sensor current The points on the sensor current curve marked with a full circle correspond to the limit current Ip detected in step 111 in FIG . The points marked with an empty circle on the sensor voltage curve and the sensor current curve correspond to the values .DELTA.V and .DELTA.I recorded in step 134 in FIG. 28. As described above, the limit current Ip is detected at predetermined time intervals T1, while the element resistance R (= ΔV / ΔI) is measured at predetermined time intervals T2. Furthermore, the sensor voltage control value, namely the second bias control voltage Vr2 for detecting the ratio A / F is changed at predetermined time intervals T3.

Da ferner gemäß der Abgasmessung in Fig. 29 das Luft/Brennstoff-Verhältnis A/F zu dem Magergemischverhältnis hin verändert wird, steigt der Sensorstrom bzw. Grenzstrom Ip an und demgemäß wird auch die Steuerspannung (Vr1-Vr2) größer.Furthermore, since the air / fuel ratio A / F is changed toward the lean mixture ratio according to the exhaust gas measurement in FIG. 29, the sensor current or limit current Ip increases and accordingly the control voltage (Vr1-Vr2) also increases.

In diesem Fall muß die Zeitkonstante des für das Unterdrücken der Hochfrequenzkomponenten der Steuerspannung eingesetzten Tiefpaßfilters in Abhängigkeit davon geändert werden, ob das Verhältnis A/F oder der Elementwiderstand erfaßt werden soll. Daher ist in diesen beiden Fällen das Ansprechen der Sensorspannung auf die Steuerspannung unterschiedlich. Auf diese Weise können der Grenzstrom Ip und die Werte ΔV und ΔI genau erfaßt werden.In this case, the time constant for the Suppress the high frequency components of the control voltage Low pass filter used changed depending on it whether the ratio A / F or the element resistance is detected shall be. Therefore, in these two cases, the response is the sensor voltage to the control voltage different. On in this way the limit current Ip and the values ΔV and ΔI to be grasped exactly.

In der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Pegeleinrichtung wird für das Erfassen des Verhältnisses A/F das an den Anschluß 42 der Lambda-Sonde 30 anzulegende zweite Vorspannungssteuersignal Vr2 und dann für das Messen des Elementwiderstandes das an den Anschluß 41 anzulegende erste Vorspannungssteuersignal Vr1 erzeugt. Die Luft/Brennstoff-Verhältnis-Regeleinrichtung ist jedoch nicht auf diese Ausführung beschränkt. Das heißt, es können andere Gestaltungen angewandt werden, sofern die Luft/Brennstoff-Regeleinrichtung eine Spannung liefert, die sich bei dem Erfassen des Verhältnisses A/F mit einer Zeitkonstante ändert, welche größer ist als die Zeitkonstante bei dem Messen des Elementwiderstandes.In the air / fuel ratio level means the ratio A / F is generated to be applied to the terminal 42 of the oxygen sensor 30 second bias voltage Vr2, and for measuring the element resistance to be applied to the terminal 41 first bias voltage Vr1 for detecting. However, the air / fuel ratio control device is not limited to this embodiment. That is, other designs can be applied so long as the air / fuel control device supplies a voltage that changes with the detection of the ratio A / F with a time constant that is larger than the time constant when the element resistance is measured.

Auf gleiche Weise wie bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist bei dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung das genaue Messen des Elementwiderstandes R ermöglicht. Selbstverständlich wird mit diesem Ausführungs­ beispiel die Aufgabe der Erfindung gelöst. Außerdem ergeben sich die folgenden Vorteile:In the same way as described above Embodiments is in the fourth embodiment the invention the exact measurement of the element resistance R enables. Of course, with this execution example solved the object of the invention. Also revealed yourself the following benefits:

  • (a) Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Zeitkonstante für das Ändern der an die Lambda-Sonde 30 anzulegenden Spannung in Abhängigkeit davon eingestellt, ob der Elementwiderstand oder das Verhältnis A/F erfaßt werden soll. Hierbei wird im Vergleich zu der Zeitkonstante bei dem Erfassen des Element­ widerstandes die Zeitkonstante der Spannungsänderung bei dem Erfassen des Verhältnisses A/F auf einen größeren Wert angesetzt. Infolge dessen können selbst dann, wenn das Verhältnis A/F in einer Periode erfaßt wird, die kürzer ist als die Periode für das Schalten der zum Erfassen des Verhältnisses A/F angewandten angelegten Spannung Vp (z. B. T1 T3 gemäß Fig. 29), Fehler hinsichtlich des Grenzstromes Ip der Lambda-Sonde 30 ausgeschaltet werden und es kann damit eine Verschlechterung der Genauigkeit der Erfassung des Verhältnisses A/F verhindert werden.(a) In this embodiment, the time constant for changing the voltage to be applied to the lambda probe 30 is set depending on whether the element resistance or the A / F ratio is to be detected. Here, in comparison to the time constant when the element resistance is detected, the time constant of the voltage change when the ratio A / F is detected is set to a larger value. As a result, even if the ratio A / F is detected in a period that is shorter than the period for switching the applied voltage Vp used to detect the ratio A / F (e.g., T1 T3 in FIG. 29 ), Errors with regard to the limit current Ip of the lambda probe 30 can be switched off and a deterioration in the accuracy of the detection of the ratio A / F can be prevented.
  • (b) Ferner sind mit den beiden Anschlüssen 41 und 42, die mit der Trockenelektrolytschicht 34 der Lambda-Sonde 30 in Verbindung stehen, zwei Tiefpaßfilter 22a und 22b verbunden, die jeweils eine eigene Zeitkonstante haben. Für das Erfassen des Elementwiderstandes und des Verhältnisses A/F werden die beiden Tiefpaßfilter 22a und 22b selektiv eingesetzt. In diesem Fall tritt im Vergleich zu dem Fall, daß ein Schalter vorgesehen ist, welcher zum Ändern der Zeitkonstante ein- und ausgeschaltet wird, kein durch den Widerstand des Schalters verursachter Meßfehler oder kein durch den Schaltvorgang verursachtes Störsignal auf. Infolge dessen kann eine Verringerung der Meßgenauigkeit verhindert werden.(b) Furthermore, two low-pass filters 22 a and 22 b are connected to the two connections 41 and 42 , which are connected to the dry electrolyte layer 34 of the lambda probe 30 , each of which has its own time constant. For the detection of the element resistance and the ratio A / F, the two low-pass filters 22 a and 22 b are used selectively. In this case, in comparison with the case where a switch is provided which is switched on and off to change the time constant, no measurement error caused by the resistance of the switch or no interference signal caused by the switching process occurs. As a result, the measurement accuracy can be prevented from being reduced.

Unter Bezugnahme auf Fig. 30A bis 40 wird ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.A fifth embodiment of the invention will be described with reference to FIGS. 30A to 40.

Zuerst wird kurz unter Bezugnahme auf Fig. 30A bis 31C das der Funktion bei diesem Ausführungsbeispiel zugrundeliegende Prinzip beschrieben. Wenn bei dem Meßverfahren gemäß den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen die durch das Ändern der angelegten Spannung Vp hervorgerufene Stromänderung ΔI erfaßt wird, kann in der Nähe eines maximalen oder minimalen Wertes des Dynamikbereiches der Betrag der Stromänderung ΔI nicht gemessen werden. Dies führt folglich zu einer fehlerhaften Messung des Elementwiderstandes P. Wenn gemäß der Darstellung in Fig. 30A das Verhältnis A/F in der Nähe eines minimalen Wertes des Dynamikbereiches liegt und eine Spannungsänderung ΔV derart hervorgerufen wird, daß sie über den Minimalwert des Dynamikbereiches hinausgeht, fällt gemäß Fig. 30C die Stromänderung ΔI aus dem Bereich und es kann daher der Elementwiderstand R nicht gemessen werden. Dieses Problem kann in einem gewissen Ausmaß durch das Einstellen der Richtung der Spannungsänderung gemäß dem Verhältnis A/F oder gemäß dem Sensorstrom gelöst werden, wobei dieses fünfte Ausführungsbeispiel eine alternative Lösung für dieses Problem ergibt.First, the principle underlying the function in this embodiment will be briefly described with reference to Figs. 30A to 31C. If the current change ΔI caused by changing the applied voltage Vp is detected in the measuring method according to the exemplary embodiments described above, the magnitude of the current change ΔI cannot be measured in the vicinity of a maximum or minimum value of the dynamic range. This consequently leads to an incorrect measurement of the element resistance P. If, as shown in FIG. 30A, the ratio A / F is close to a minimum value of the dynamic range and a voltage change ΔV is caused in such a way that it exceeds the minimum value of the dynamic range, falls as shown in FIG. 30C, the current change .DELTA.I from the field and therefore it can not be measured, the element resistance R. To some extent, this problem can be solved by adjusting the direction of the voltage change according to the ratio A / F or according to the sensor current, this fifth embodiment providing an alternative solution to this problem.

Zur Lösung des vorstehend beschriebenen Problems wird bei diesem Ausführungsbeispiel als Verfahren zum Erfassen von ΔI in der Nähe des minimalen oder des maximalen Wertes des Dynamikbereiches die Spannungszufuhr zu der Lambda-Sonde 30 vorübergehend unterbrochen und dann der Elementwiderstand R aufgrund der elektromotorischen Sensorspannung und der Stromänderung erfaßt, die bei der momentanen Unterbrechung der Spannungszufuhr entstehen. Auf diese Weise kann der Elementwiderstand R durch Kombinieren dieses Meßverfahrens mit dem Verfahren zum Messen des Elementwiderstandes aufgrund der Spannungsänderung über dem ganzen Bereich hinweg genau erfaßt werden.To solve the problem described above, in this embodiment, as a method of detecting ΔI near the minimum or maximum value of the dynamic range, the voltage supply to the lambda probe 30 is temporarily interrupted, and then the element resistance R due to the electromotive sensor voltage and the current change is detected that arise during the current interruption of the voltage supply. In this way, the element resistance R can be accurately detected by combining this measuring method with the method for measuring the element resistance due to the voltage change over the entire area.

Nachstehend wird das Verfahren zum Messen des Element­ widerstandes R unter Nutzung der Spannung der Lambda-Sonde 30 beschrieben. Fig. 31A bis 31C sind graphische Darstellungen, die das diesem Meßverfahren zugrundeliegende Prinzip veranschaulichen. Bei dem Erfassen des Luft/Brennstoff- Verhältnisses wird an die Lambda-Sonde 30 die Spannung Vp angelegt und der Sensorstrom bzw. Grenzstrom bei dem Anlegen der Spannung Vp als Ip erfaßt. Dann wird bei dem Messen des Elementwiderstandes für einen Moment derjenige Kreis unterbroc 36727 00070 552 001000280000000200012000285913661600040 0002019708011 00004 36608hen, durch den der Sensorstrom Ip fließt, nämlich der Stromkreis für das Zuführen der Spannung zu der Lambda-Sonde 30. Damit wird der Sensorstrom Ip sofort zu "Null" und die Lambda-Sonde 30 erzeugt eine Spannung Ve, welche einer Differenz des Sauerstoffteildruckes zwischen der Innenseite und der Außenseite der Trockenelektrolytschicht 34 entspricht. Ausgehend von einem Zusammenhang des Spannungsänderungsbetrages ΔV (= Ve-Vp) mit dem Stromänderungsbetrag ΔI kann der Elementwiderstand Re erfaßt werden, wobei "Re" zur Unterscheidung dieses Widerstandes von dem aufgrund der Spannungsänderung gemessenen Elementwiderstand R verwendet wird. Der auf diese Weise erfaßte Elementwiderstand Re ist im wesentlichen gleich dem gemäß der Spannungsänderung erfaßten Elementwiderstand R (Re ≈ R).The method for measuring the element resistance R using the voltage of the lambda probe 30 will be described below. FIG. 31A to 31C are graphs which illustrate the underlying principle of this measurement method. When the air / fuel ratio is detected, the voltage Vp is applied to the lambda probe 30 and the sensor current or limit current is detected as Ip when the voltage Vp is applied. Then, when measuring the element resistance, that circuit is interrupted for a moment 36727 00070 552 001000280000000200012000285913661600040 0002019708011 00004 36608hen through which the sensor current Ip flows, namely the circuit for supplying the voltage to the lambda probe 30 . The sensor current Ip thus immediately becomes "zero" and the lambda probe 30 generates a voltage Ve which corresponds to a difference in the partial oxygen pressure between the inside and the outside of the dry electrolyte layer 34 . The element resistance Re can be determined on the basis of a relationship between the voltage change amount ΔV (= Ve-Vp) and the current change amount ΔI, "Re" being used to distinguish this resistance from the element resistance R measured on the basis of the voltage change. The element resistance Re detected in this way is substantially equal to the element resistance R (Re ≈ R) detected according to the voltage change.

Der Grund für diese Übereinstimmung des bei dem Unter­ brechen des Stromkreises erfaßten Elementwiderstandes Re mit dem bei der Spannungsänderung erfaßten Elementwiderstand R wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläutert, in welcher die Äquivalenzschaltung der Lambda-Sonde 30 dargestellt ist. Da diese Schaltung bei dem Erfassen des Verhältnisses A/F in ihrem Normalzustand ist, fließt Strom über Rg, Ri und Rf. Wenn unter diesen Bedingungen der Stromkreis kurzzeitig ausgeschaltet wird, nämlich der Stromfluß vorübergehend unterbrochen wird, entfällt sofort die Potentialdifferenz an dem Widerstand Rg, da dieser ein Gleichstromwiderstand ist. Hinsichtlich des Widerstandes Ri fließt gemäß der vorangehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 die in der Kapazität Ci gesammelte elektrische Ladung wegen der kleinen Zeitkonstante augenblicklich über den Widerstand Ri ab, so daß die Potentialdifferenz an dem Widerstand Ri sofort verschwindet. Daher wird das Verhältnis zwischen der durch das Unterbrechen des Stromkreises hervorgerufenen Spannungsänderung und der hervorgerufenen Stromänderung zu der Summe aus Rg und Ri und somit nimmt der bei dem Unterbrechen des Stromkreises erfaßte Elementwiderstand Re den gleichen Wert wie der Element­ widerstand R an, der gemäß der Spannungsänderung erfaßt wird.The reason for this correspondence of the element resistance Re detected when the circuit is broken with the element resistance R detected when the voltage change is explained with reference to FIG. 5, in which the equivalent circuit of the lambda probe 30 is shown. Since this circuit is in its normal state when the ratio A / F is detected, current flows through Rg, Ri and Rf. If the circuit is briefly switched off under these conditions, namely the current flow is temporarily interrupted, the potential difference across the resistor Rg is immediately eliminated because it is a DC resistor. With regard to the resistor Ri, the electrical charge accumulated in the capacitance Ci immediately flows through the resistor Ri due to the small time constant as described above with reference to FIGS. 6 and 7, so that the potential difference across the resistor Ri immediately disappears. Therefore, the ratio between the voltage change caused by the circuit break and the current change caused becomes the sum of Rg and Ri, and thus the element resistance Re detected when the circuit is broken takes the same value as the element resistance R that according to the voltage change is detected.

Tatsächlich hat jedoch die Lambda-Sonde 30 nicht genau die gleiche Schaltung wie die in Fig. 5 dargestellte. Daher stimmt gemäß Fig. 32 der gemäß der Spannungsänderung erfaßte Element­ widerstand R nicht völlig mit dem bei dem momentanen Abschalten der Lambda-Sonde 30 erfaßten Elementwiderstand Re überein und es können gewisse Fehler auftreten. Infolge dessen könnte bei dem Umschalten zwischen diesen beiden Meßverfahren eine Diskontinuität hinsichtlich der Meßwerte des Elementwider­ standes entstehen. Folglich kann in diesem Diskontinuitätsteil bei der Heizelementsteuerung beispielsweise für das Konstant­ halten des Elementwiderstandes die Elementtemperatur nicht stabilisiert werden.In fact, however, the lambda probe 30 does not have the exact same circuit as that shown in FIG. 5. Therefore, according to FIG. 32, the element resistance R detected according to the voltage change does not completely agree with the element resistance Re detected when the lambda probe 30 is switched off at the moment, and certain errors can occur. As a result, a discontinuity in the measured values of the element resistance could arise when switching between these two measuring methods. Consequently, in this discontinuity part in the heating element control, for example, for keeping the element resistance constant, the element temperature cannot be stabilized.

Daher werden bei diesem Ausführungsbeispiel zum Beseitigen dieser Diskontinuität hinsichtlich der gemessenen Element­ widerstände diese beiden Elementwiderstand-Meßverfahren, die auf der Spannungsänderung bzw. auf dem zeitweiligen Unterbrechen des Stromkreises beruhen, innerhalb eines Bereiches mit einer vorbestimmten Breite angewandt. Dann wird aus einer Differenz zwischen den nach den beiden Meßverfahren erfaßten Elementwiderständen ein Korrekturkoeffizient ka berechnet. Mit diesem Korrekturkoeffizienten wird der aufgrund des zeitweiligen Unterbrechens des Stromkreises berechnete Elementwiderstand Re korrigiert.Therefore, in this embodiment, are eliminated this discontinuity in terms of the measured element resist these two element resistance measurement methods, the on the voltage change or on the temporary Interrupt the circuit based within one Area applied with a predetermined width. Then it will be from a difference between those according to the two measurement methods detected element resistances a correction coefficient ka calculated. With this correction coefficient is due of the temporary break in the circuit Element resistance Re corrected.

Falls andererseits der Grenzstrom Ip außerhalb des Dynamikbereiches liegt, kann zum Erfassen des genauen Wertes des Elementwiderstandes keines der vorangehend beschriebenen Meßverfahren angewandt werden. Auch in diesem Fall kann jedoch das auf dem zeitweiligen Unterbrechen des Stromkreises basierende Meßverfahren zum Erfassen des Elementwiderstandes herangezogen werden, obgleich es gewisse Fehler hervorrufen könnte. In Fig. 33A und 33B sind Spannung/Strom-Kennlinien der Lambda-Sonde 30 bei einem Grenzstrom Ip außerhalb des Dynamik­ bereiches dargestellt. In Fig. 33A ist der aufgrund der Spannungsänderung erfaßte Elementwiderstand R dargestellt, während in Fig. 33B der aufgrund des momentanen Unterbrechens des Stromkreises erfaßte Elementwiderstand Re dargestellt ist. Die wahren Werte der Elementwiderstände R und Re sind in den jeweiligen Figuren durch gestrichelte Linien dargestellt.If, on the other hand, the limit current Ip lies outside the dynamic range, none of the measuring methods described above can be used to detect the exact value of the element resistance. Even in this case, however, the measurement method based on the temporary interruption of the circuit can be used to detect the element resistance, although it could cause certain errors. In Fig. 33A and 33B are flow characteristics of the oxygen sensor 30 is shown in a region limiting current Ip outside the dynamic voltage /. FIG. 33A shows the element resistance R detected due to the voltage change, while FIG. 33B shows the element resistance Re detected due to the current interruption of the circuit. The true values of the element resistances R and Re are shown in the respective figures by dashed lines.

Gemäß Fig. 33A und 33B kann mit dem Elementwiderstand- Meßverfahren nach Fig. 33A der Stromänderungsbetrag ΔI nicht gemessen werden (ΔI = 0). Daher kann selbst bei einer Änderung des Elementwiderstandes diese Änderung nicht erfaßt werden, Dagegen kann mit dem Elementwiderstand-Meßverfahren nach Fig. 33B stets ein brauchbarer Wert von ΔI berechnet werden, da der gemessene Strom immer zu 0 mA wird, und auf diese Weise können immer Änderungen des Elementwiderstandes erfaßt werden. Auch wenn beispielsweise die Steuerung des Heizelementes der Lambda­ Sonde 30 zum Konstanthalten des Elementwiderstandes ausgeführt wird, kann selbst dann, wenn der Grenzstrom Ip außerhalb des Dynamikbereiches liegt, durch die Anwendung des auf dem momentanen Unterbrechen des Stromkreises basierenden Element­ widerstand-Meßverfahrens das Auftreten einer kritischsten Situation verhindert werden, bei der das Heizen nicht geregelt werden kann.Referring to FIG. 33A and 33B 33A can Elementwiderstand- with the measuring method according to Fig., The current change amount .DELTA.I not be measured (.DELTA.I = 0). Therefore, even if the element resistance changes, this change cannot be detected. On the other hand, with the element resistance measurement method shown in Fig. 33B, a usable value of ΔI can always be calculated because the measured current always becomes 0 mA, and so can always Changes in element resistance can be detected. For example, even if the control of the heating element of the lambda probe 30 is performed to keep the element resistance constant, even if the limit current Ip is outside the dynamic range, by using the element resistance measurement method based on the current circuit break, the occurrence of a most critical one Situation in which the heating cannot be regulated.

Nachstehend wird die konkrete Gestaltung dieses Ausführungsbeispiels beschrieben, welches auf dem vorangehend beschriebenen Funktionsprinzip beruht. Die Fig. 34 zeigt den Gesamtaufbau der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Meßeinrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Ein Unterschied hinsichtlich der Gestaltung der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Meßeinrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel gegenüber der Gestaltung bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, daß der Mikroprozessor 20 der Vorspannungssteuer­ schaltung 40 Signale für das Ein- und Ausschalten eines Schalters für das zeitweilige Unterbrechen des Sensor­ stromkreises zu führt.The concrete design of this exemplary embodiment is described below, which is based on the functional principle described above. Fig. 34 shows the overall construction of the air / fuel ratio measurement means of this embodiment. A difference in the design of the air / fuel ratio measuring device according to this embodiment compared to the design in the first embodiment shown in Fig. 1 is that the microprocessor 20 of the bias control circuit 40 signals for turning on and off a switch for the intermittent interruption of the sensor circuit leads.

Die Fig. 35 zeigt eine Gestaltung der Vorspannungs- Steuerschaltung 40. Ein Unterschied hinsichtlich der Gestaltung der Vorspannungssteuerschaltung 40 gemäß diesem Ausführungs­ beispiel gegenüber der in Fig. 8 dargestellten Vorspannungs­ steuerschaltung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, daß zwischen dem Widerstand 45b und den Basen der Transistoren 45c und 45d der ersten Spannungszuführschaltung 45 ein Analogschalter 51 angebracht ist. Dieser Analogschalter 51 wird durch Ein-/Aus-Signale aus dem Mikroprozessor 20 geschaltet. Wenn der Analogschalter 51 ausgeschaltet ist, sind die beiden Transistoren 54c und 54d abgeschaltet. Folglich haben die Emitteranschlüsse der beiden Transistoren 45c und 45d hohe Impedanz und daher wird der mit dem Sensoranschluß 42 in Verbindung stehende Stromkreis sofort unterbrochen. Fig. 35 shows a configuration of the bias control circuit 40. A difference in the design of the bias control circuit 40 according to this embodiment example compared to the bias control circuit shown in Fig. 8 according to the first embodiment is that between the resistor 45 b and the bases of the transistors 45 c and 45 d of the first voltage supply circuit 45, an analog switch 51 is attached. This analog switch 51 is switched by on / off signals from the microprocessor 20 . When the analog switch 51 is turned off, the two transistors are switched off 54 c and 54d. Consequently, the emitter connections of the two transistors 45 c and 45 d have high impedance and therefore the circuit connected to the sensor connection 42 is immediately interrupted.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Ablaufdiagramme in Fig. 36. 37 und 38 die Funktion des Mikroprozessors 20 bei diesem Ausführungsbeispiel beschrieben. In Fig. 36 ist eine Subroutine bei dem Schritt 130 der Hauptroutine nach Fig. 9 dargestellt und in Fig. 37 und 38 sind Subroutinen bei Schritten 140 und 150 nach Fig. 36 dargestellt.The operation of the microprocessor 20 in this embodiment will be described below with reference to the flowcharts in Figs. 36, 37 and 38. FIG. 36 shows a subroutine at step 130 of the main routine of FIG. 9, and FIGS. 37 and 38 show subroutines at steps 140 and 150 of FIG. 36.

Wenn die Routine nach Fig. 36 begonnen wird, bestimmt der Mikroprozessor 20 bei einem Schritt 231 aufgrund des vorangehend gemessenen Grenzstromes Ip, welches Elementwiderstand-Meßverfahren angewandt werden soll. Für den Mikroprozessor 20 besteht die Wahl zwischen drei Alternativen:
Anwenden allein des auf der Spannungsänderung beruhenden Elementwiderstand-Meßverfahrens, Anwenden allein des auf dem momentanen Abschalten des Stromkreises beruhenden Elementwiderstand-Meßverfahrens und Anwenden der beiden vorangehend beschriebenen Elementwiderstand-Meßverfahren.
When the routine of Fig. 36 is started, the microprocessor 20 determines at step 231 which element resistance measurement method should be used based on the previously measured limit current Ip. There are three alternatives for the microprocessor 20 :
Applying only the element resistance measurement method based on the voltage change, applying only the element resistance measurement method based on the momentary switching off of the circuit, and applying the two element resistance measurement methods described above.

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden gemäß der Darstellung in dem Spannung/Strom-Kennliniendiagramm in Fig. 39 in der Nähe des Minimalwertes des Dynamikbereiches zwei vorbestimmte Werte Ip0 und Ip1 mit Ip0 < Ip1 angesetzt. Ip0 und Ip1 bestimmen einen Bezugsstrombereich. Bei Ip < Ip0 wird der Elementwiderstand aufgrund der Spannungsänderung erfaßt, während bei Ip < Ip1 der Elementwiderstand aufgrund der Stromkreisunterbrechung erfaßt wird. Wenn ferner Ip einen Wert Ip0 Ip Ip1 hat, nämlich Ip innerhalb des Bezugsstrom­ bereiches liegt, wird der Elementwiderstand sowohl aufgrund der Spannungsänderung als auch aufgrund der momentanen Stromkreisunterbrechung erfaßt.In this exemplary embodiment, as shown in the voltage / current characteristic diagram in FIG. 39, two predetermined values Ip0 and Ip1 with Ip0 <Ip1 are set near the minimum value of the dynamic range. Ip0 and Ip1 determine a reference current range. If Ip <Ip0, the element resistance is detected due to the voltage change, while if Ip <Ip1, the element resistance is detected due to the circuit break. Furthermore, if Ip has a value Ip0 Ip Ip1, namely Ip is within the reference current range, the element resistance is detected both due to the voltage change and due to the current circuit break.

Falls daher bei dem Schritt 231 nach Fig. 36 Ip < Ip1 ermittelt wird, schreitet das Programm des Mikroprozessors 20 zu dem Schritt 140 weiter, bei dem der Elementwiderstand R aufgrund einer Änderung der angelegten Spannung erfaßt wird. Das heißt, bei dem Schritt 140 werden in Schritten 141 bis 143 nach Fig. 37 die gleichen Vorgänge wie bei den Schritten 132, 134 und 135 der in Fig. 10 dargestellten Routine bei dem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt, um den Elementwiderstand R = ΔV/ΔI zu messen.Therefore, if Ip <Ip1 is determined in step 231 of FIG. 36, the program of the microprocessor 20 proceeds to step 140, in which the element resistance R is detected due to a change in the applied voltage. That is, at step 140, in steps 141 to 143 of FIG. 37, the same operations as in steps 132, 134 and 135 of the routine shown in FIG. 10 in the first embodiment are carried out by the element resistance R = ΔV / ΔI to eat.

Wenn bei dem Schritt 231 Ip < Ip0 ermittelt wird, schreitet das Programm des Mikroprozessors 20 zu dem Schritt 150 weiter, bei dem der Elementwiderstand Re gemäß dem hier eingeführten Verfahren, nämlich aufgrund der momentanen Stromkreisunterbrechung erfaßt wird. In Fig. 38 ist eine Routine für das auf der Stromkreisunterbrechung basierende Messen des Elementwiderstandes Re dargestellt. Das heißt, gemäß Fig. 38 wird von dem Mikroprozessor 20 der in Fig. 35 dargestellte Schalter 51 ausgeschaltet, um die erste Spannungszuführschaltung 45 abzuschalten. Darauffolgend erfaßt der Mikroprozessor 20 bei einem Schritt 152 eine durch die Stromkreisunterbrechung hervorgerufene Spannung Eo (Differenz zwischen Va und Vc nach Fig. 35) an der Lambda-Sonde 30.If Ip <Ip0 is determined in step 231, the program of the microprocessor 20 proceeds to step 150, in which the element resistance Re is detected in accordance with the method introduced here, namely on the basis of the current circuit break. Fig. 38 shows a routine for measuring the element resistance Re based on the circuit break. That is, according to FIG. 38, the off by the microprocessor 20 in Fig. Switch 51 shown 35, to turn off the first voltage supply circuit 45th Subsequently, in a step 152, the microprocessor 20 detects a voltage Eo (difference between Va and Vc according to FIG. 35) on the lambda probe 30 caused by the circuit interruption.

Danach wird von dem Mikroprozessor 20 bei einem Schritt 153 der Schalter 51 eingeschaltet und dann in einem Schritt 154 aus der zuvor gemessenen elektromotorischen Spannung Eo, dem zuvor gemessenen Grenzstrom Ip und der vor dem zeitweiligen Abschalten der Spannung angelegten Spannung Vp der Element­ widerstand Re berechnet (Re = (Vp - Eo)/Ip).Thereafter, the switch 51 is switched on by the microprocessor 20 in a step 153 and then in a step 154 the element resistance Re is calculated from the previously measured electromotive voltage Eo, the previously measured limit current Ip and the voltage Vp applied before the voltage was temporarily switched off ( Re = (Vp - Eo) / Ip).

Das Programm des Mikroprozessors 20 schreitet dann zu einem Schritt 232 nach Fig. 36 weiter, bei dem zum Berechnen des Elementwiderstandes R der bei dem Schritt 150 ermittelte Elementwiderstand Re mit einem Korrekturkoeffizienten ka korrigiert wird (R = ka · Re). Dieser Korrekturkoeffizient ka wird zum Beseitigen der Diskontinuität zwischen dem aufgrund der Spannungsänderung erfaßten Elementwiderstand R und dem aufgrund der zeitweiligen Stromkreisunterbrechung erfaßten Elementwiderstand Re herangezogen und bei einem Grenzstrom Ip in dem Bereich von Ip0 bis Ip1 berechnet.The program of the microprocessor 20 then proceeds to a step 232 according to FIG. 36, in which to calculate the element resistance R, the element resistance Re determined in step 150 is corrected with a correction coefficient ka (R = ka · Re). This correction coefficient ka is used to eliminate the discontinuity between the element resistance R detected due to the voltage change and the element resistance Re detected due to the temporary circuit break and is calculated at a limit current Ip in the range from Ip0 to Ip1.

Nachstehend wird der Prozeß beschrieben, der auszuführen ist, wenn der Grenzstrom Ip in dem Bereich von Ip0 bis Ip1 liegt. Das heißt, wenn bei dem Schritt 231 Ip0 Ip Ip1 ermittelt wird, führt der Mikroprozessor 20 den Schritt 140 (für den Prozeß nach Fig. 37) aus, um den Elementwiderstand R gemäß der Änderung der angelegten Spannung zu erfassen, und darauffolgend den Schritt 150 (für den Prozeß nach Fig. 38), um den Elementwiderstand Re aufgrund der Stromkreisunterbrechung zu erfassen. Entsprechend dem Verhältnis zwischen den Elementwiderstandswerten R und Re bestimmt der Mikroprozessor 20 den Korrekturkoeffizienten ka (ka = R/Re). Dieser Korrekturkoeffizient ka wird bei dem vorangehend genannten Schritt 232 verwendet.The process to be performed when the limit current Ip is in the range from Ip0 to Ip1 will be described below. That is, if Ip0 Ip Ip1 is determined at step 231, the microprocessor 20 executes step 140 (for the process of FIG. 37) to detect the element resistance R according to the change in the applied voltage, and then step 150 (for the process of Fig. 38) to detect the element resistance Re due to the open circuit. The microprocessor 20 determines the correction coefficient ka (ka = R / Re) according to the relationship between the element resistance values R and Re. This correction coefficient ka is used in the above-mentioned step 232.

Die vorbestimmten Werte Ip0 und Ip1 bei der Routine nach Fig. 36 können auf beliebige Weise auf Werte zwischen einem Minimalwert des Dynamikbereiches und 0 mA angesetzt werden. Es muß beachtet werden, daß die Meßgenauigkeit des Element­ widerstand-Meßverfahrens aufgrund der Spannungsänderung in der Nähe des Minimalwertes des Dynamikbereiches verschlechtert ist. Da andererseits die Meßgenauigkeit des Elementwiderstand- Meßverfahrens in der Nähe von 0 mA verschlechtert ist, wird vorzugsweise ein Spielraum von nicht weniger als 1 bis 2 mA zwischen 0 mA und Ip1 vorgesehen. The predetermined values Ip0 and Ip1 in the routine according to FIG. 36 can be set in any way to values between a minimum value of the dynamic range and 0 mA. It must be noted that the measuring accuracy of the element resistance measuring method is deteriorated due to the voltage change in the vicinity of the minimum value of the dynamic range. On the other hand, since the measuring accuracy of the element resistance measuring method is deteriorated in the vicinity of 0 mA, a margin of not less than 1 to 2 mA between 0 mA and Ip1 is preferably provided.

Bei dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es möglich, wie bei den jeweils vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen den Elementwiderstand R mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu messen. Mit diesem Ausführungsbeispiel ist nicht nur das Lösen der Aufgabe der Erfindung ermöglicht, sondern es bietet auch die folgenden zusätzlichen Vorteile:In the fifth embodiment of the invention, it is possible, as with the previously described Embodiments the element resistance R with a high Measure degree of accuracy. With this embodiment not only enables the object of the invention to be achieved, but it also offers the following additional benefits:

  • (a) Bei diesem Ausführungsbeispiel werden das auf der Spannungsänderung beruhende Elementwiderstand-Meßverfahren und das auf der zeitweiligen Stromkreisunterbrechung beruhende Elementwiderstand-Meßverfahren selektiv entsprechend dem Grenzstrom Ip der Lambda-Sonde 30 angewandt. Im einzelnen wird in der Nähe des Minimalwertes des Dynamikbereiches, in der das Meßergebnis bei dem auf der Spannungsänderung beruhenden Elementwiderstand-Meßverfahren voraussichtlich fehlerhaft ist, das auf der Stromkreisunterbrechung beruhende Element­ widerstand-Meßverfahren angewandt. Andererseits werden in der Nähe von 0 mA, in der bei dem auf der Stromkreisunterbrechung beruhenden Elementwiderstand-Meßverfahren Fehler wahrscheinlich sind, daß auf der Spannungsänderung beruhende Element­ widerstand-Meßverfahren angewandt. Infolge dessen kann der Elementwiderstand in einem jeglichen Strommeßbereich auf genaue Weise erfaßt werden.(a) In this embodiment, the element resistance measurement method based on the voltage change and the element resistance measurement method based on the temporary open circuit are selectively applied in accordance with the limit current Ip of the lambda probe 30 . In detail, in the vicinity of the minimum value of the dynamic range in which the measurement result in the element resistance measurement method based on the voltage change is likely to be faulty, the element resistance measurement method based on the open circuit is used. On the other hand, in the vicinity of 0 mA where the element resistance measuring method based on the open circuit is likely to fail, the element resistance measuring method based on the voltage change is applied. As a result, the element resistance in any current measuring range can be detected accurately.
  • (b) Ferner werden für das Einschalten dieser beiden Elementwiderstand-Meßverfahren vorbestimmte Werte in der Nähe eines Minimalwertes (oder eines Maximalwertes) des Dynamik­ bereiches angesetzt. Auf diese Weise kann das auf der Spannungsänderung beruhende Elementwiderstand-Meßverfahren für einen breiteren Strommeßbereich angewandt werden.(b) Furthermore, for turning on these two Element resistance measuring method near predetermined values a minimum value (or a maximum value) of the dynamics area. That way it can be done on the Element resistance measurement methods for voltage change a wider current measurement range can be used.
  • (c) Durch das Ansetzen der vorbestimmten Werte für das Bestimmen des Grenzstromes Ip der Lambda-Sonde 30 mit einem vorbestimmten Abstand (Ip0 bis Ip1) zwischen diesen werden beide Elementwiderstand-Meßverfahren ausgeführt, wenn der Grenzstrom Ip der Lambda-Sonde 30 innerhalb des vorbestimmten Abstandes zwischen den vorbestimmten Werten liegt. Aus dem Verhältnis zwischen den Ergebnissen bei den beiden Meßverfahren wird der Korrekturkoeffizient ka ermittelt, mit dem der bei dem zeitweiligen Unterbrechen des Stromkreises erfaßte Element­ widerstand Re korrigiert wird.(c) By setting the predetermined values for determining the limit current Ip of the lambda probe 30 with a predetermined distance (Ip0 to Ip1) between them, both element resistance measurement methods are carried out when the limit current Ip of the lambda probe 30 is within the predetermined Distance between the predetermined values. The correction coefficient ka is determined from the relationship between the results in the two measurement methods, with which the element resistance Re detected during the temporary interruption of the circuit is corrected.

Daher können selbst dann, wenn Unterschiede zwischen den Kennlinien des nach dem auf der Spannungsänderung beruhenden Elementwiderstand-Meßverfahren erfaßten Elementwiderstandes R und den Kennlinien des nach dem auf der Stromkreisunterbrechung beruhenden Elementwiderstand-Meßverfahren erfaßten Element­ widerstandes Re bestehen, die Abweichungen zwischen den Ergebnissen bei den beiden Meßverfahren beseitigt werden, um die Diskontinuität zu beseitigen. Infolge dessen kann auch bei dem Ausführen der Heizregelung aufgrund des Elementwiderstandes R eine gleichmäßige Regelung der Elementtemperatur herbei­ geführt werden. Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel ist auch für das Korrigieren von Fehlern bei Abweichungen zwischen einzusetzenden verschiedenen Sonden und bei einer Verschlechterung der Güten der Sonden nutzvoll.Therefore, even if there are differences between the Characteristic curves of the one based on the voltage change Element resistance measuring method detected element resistance R and the characteristics of the after on the circuit break based element resistance measurement method resisted Re, the differences between the Results in the two measurement methods are eliminated in order to eliminate the discontinuity. As a result, the execution of the heating control due to the element resistance R bring about a uniform regulation of the element temperature be performed. The embodiment described above is also for correcting errors in the event of deviations between different probes to be used and at one Deterioration in the quality of the probes useful.

Dabei kann dieses Ausführungsbeispiel auch auf folgende Weise verwirklicht werden:
Bei der in Fig. 36 dargestellten Routine werden die Schritte 140 und 150 dann ausgeführt, wenn der Grenzstrom Ip in dem Bereich von Ip0 bis Ip1 liegt, und aus den hierbei erhaltenen Werten R und Re wird der Korrekturkoeffizient ka berechnet. Es ist jedoch auch möglich, die R/Re-Kennlinie der Lambda-Sonde 30 zu berechnen und dann den Korrektur­ koeffizienten ka aus einer solchen Kennlinie nach einer vorbestimmten Gleichung oder Tabelle zu ermitteln. Es ist ferner möglich, einen der Elementwiderstände gemäß den Kennlinien für beide Widerstände zu korrigieren. Im einzelnen kann dann, wenn von vorneherein bekannt ist, daß R und Re einen Zusammenhang wie den in Fig. 32 dargestellten haben, aus Re1, welcher der auf der Stromkreisunterbrechung basierende Elementwiderstand ist, den Widerstand R1 ermittelt werden, welcher ein auf einer Änderung der angelegten Spannung basierender Elementwiderstand ist.
This embodiment can also be implemented in the following way:
In the routine shown in FIG. 36, steps 140 and 150 are carried out when the limit current Ip is in the range from Ip0 to Ip1, and the correction coefficient ka is calculated from the values R and Re obtained here. However, it is also possible to calculate the R / Re characteristic of the lambda probe 30 and then to determine the correction coefficient ka from such a characteristic according to a predetermined equation or table. It is also possible to correct one of the element resistances according to the characteristic curves for both resistors. Specifically, if it is known from the outset that R and Re have a relationship like that shown in Fig. 32, from Re1, which is the element resistance based on the circuit break, the resistance R1, which is due to a change in the applied voltage based element resistance.

Während bei diesem Ausführungsbeispiel der Element­ widerstand R aus der Stromänderung ΔI bei dem Schalten der angelegten Spannung Vp von negativ auf positiv berechnet wird und dann die durch die Änderung der angelegten Spannung Vp verursachte Stromänderung ΔI berechnet wird, ist es natürlich möglich, den Elementwiderstand R durch Ändern der angelegten Spannung Vp von positiv nach negativ zu ermitteln. In diesem Fall kann bei dem Schritt 231 das Bestimmen des Stromes Ip gemäß den Werten Ip0 und Ip1 derart vorgenommen werden, daß Ip0 und Ip1 auf Werte angesetzt werden, welche in bezug auf die horizontale V-Achse zu den Werten derselben gemäß Fig. 39 symmetrisch sind.While in this embodiment the element resistance R is calculated from the current change ΔI when the applied voltage Vp is switched from negative to positive and then the current change ΔI caused by the change in the applied voltage Vp is calculated, it is of course possible to measure the element resistance R by To change the applied voltage Vp from positive to negative. In this case, in step 231, the determination of the current Ip according to the values Ip0 and Ip1 can be carried out in such a way that Ip0 and Ip1 are set to values which are symmetrical with respect to the horizontal V-axis to the values thereof according to FIG. 39 are.

Wenn der Grenzstrom Ip aus den Dynamikbereich heraustritt, ist die Meßgenauigkeit bei dem auf der Spannungsänderung beruhenden Elementwiderstand-Meßverfahren schlechter als diejenige bei dem auf der Stromkreisunterbrechung beruhenden Elementwiderstand-Meßverfahren. Falls ferner der Grenzstrom Ip sehr stark zu dem Magergemischbereich hin abweicht, kann der Elementwiderstand nicht erfaßt werden. Dieses Problem kann dadurch gelöst werden, daß gemäß der Darstellung in Fig. 40 sowohl an der negativen Seite als auch an der positiven Seite Ip0 und Ip1, die einen Bezugsstrombereich bestimmen, bzw. Ip0′ und Ip1′ angesetzt werden, die einen weiteren Bezugsstrom­ bereich bestimmen. In diesem Fall wird gemäß der Darstellung in Fig. 40 bei einem Grenzstrom Ip nahe an 0 mA das auf der Spannungsänderung beruhende Elementwiderstand-Meßverfahren angewandt. Falls der Grenzstrom Ip nahe an dem maximalen Wert oder nahe an dem minimalen Wert des Dynamikbereiches liegt, wird das auf der Stromkreisunterbrechung beruhende Element­ widerstand-Meßverfahren angewandt.When the limit current Ip comes out of the dynamic range, the measurement accuracy in the element resistance measurement method based on the voltage change is worse than that in the element resistance measurement method based on the open circuit. Furthermore, if the limit current Ip deviates very much towards the lean mixture area, the element resistance cannot be detected. This problem can be solved in that, as shown in Fig. 40, both on the negative side and on the positive side Ip0 and Ip1, which determine a reference current range, or Ip0 'and Ip1', which apply a further reference current range determine. In this case, as shown in FIG. 40, the element resistance measurement method based on the voltage change is applied at a limit current Ip close to 0 mA. If the limit current Ip is close to the maximum value or close to the minimum value of the dynamic range, the element resistance measurement method based on the open circuit is applied.

Falls die Differenz zwischen dem gemäß der Spannungs­ änderung erfaßten Elementwiderstand R und dem gemäß der Stromkreisunterbrechung erfaßten Elementwiderstand Re so gering ist, daß keine Korrekturen erforderlich sind, oder falls die Differenz zwischen R und Re zum Vereinfachen der Verarbeitung außer acht gelassen werden soll, kann Ip0 gleich Ip1 gesetzt werden, so daß die vorangehend genannten Meßverfahren nicht gleichzeitig ausgeführt werden. In diesem Fall ist der gemäß dem Ablaufdiagramm in Fig. 36 verwendete Korrekturkoeffizient ka nicht erforderlich.If the difference between the element resistance R detected according to the voltage change and the element resistance Re detected according to the circuit interruption is so small that no corrections are required, or if the difference between R and Re should be disregarded to simplify the processing, Ip0 are set equal to Ip1, so that the above-mentioned measurement methods are not carried out simultaneously. In this case, the correction coefficient ka used in the flowchart in Fig. 36 is not required.

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 41 bis 45B ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Während bei den vorangehend beschriebenen jeweiligen Ausführungs­ beispielen die Luft/Brennstoff-Verhältnis-Meßeinrichtung mit einer becherförmigen Lambda-Sonde 30 aufgebaut ist, so daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis aus den Grenzstrom ermittelt werden, der fließt wenn an diese Sonde 30 Spannung angelegt wird, ist bei diesem sechsten Ausführungsbeispiel die Luft/Brennstoff- Verhältnis-Meßeinrichtung mit einer integrierten Lambda-Sonde 60 anstelle der vorstehend genannten Lambda-Sonde 30 gestaltet. Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die Zeichnung der Aufbau und die Merkmale der integrierten Lambda-Sonde 60 beschrieben.Next, a sixth embodiment of the invention will be described with reference to Figs. 41 to 45B. While in the respective embodiments described above, the air / fuel ratio measuring device is constructed with a cup-shaped lambda probe 30 , so that the air / fuel ratio can be determined from the limit current which flows when voltage is applied to this probe 30 In this sixth exemplary embodiment, the air / fuel ratio measuring device is designed with an integrated lambda probe 60 instead of the aforementioned lambda probe 30 . The structure and features of the integrated lambda probe 60 will be described below with reference to the drawing.

Die Fig. 41 ist eine Schnittansicht, die den Aufbau der integrierten Lambda-Sonde 60 zeigt. Die integrierte Lambda­ Sonde 60 enthält zwei Trockenelektrolytschichten 61 und 62 aus Zirkondioxyd, die allgemein als Pumpzelle (Trockenelektrolyt­ schicht 61) bzw. Meßzelle (Trockenelektrolytschicht 62) bezeichnet werden. Ein unterhalb der Trockenelektrolytschicht 61 vorgesehener Diffusionsspalt 63 wirkt als Sauerstoff­ konzentrationsmeßkammer. Andererseits wirkt ein unterhalb der Trockenelektrolytschicht 62 vorgesehener Luftkanal 64 als Atmosphärendruckkammer. In der Trockenelektrolytschicht 61 sind Nadelstichlöcher 65 ausgebildet, damit Abgas in den Diffusionsspalt 63 eindringen kann. Heizelemente 66 dienen zum Beheizen der Sonde 60. FIG. 41 is a sectional view showing the structure of the integrated lambda sonde 60. The integrated lambda probe 60 contains two dry electrolyte layers 61 and 62 made of zirconium dioxide, which are generally referred to as a pump cell (dry electrolyte layer 61 ) or measuring cell (dry electrolyte layer 62 ). A diffusion gap 63 provided below the dry electrolyte layer 61 acts as an oxygen concentration measuring chamber. On the other hand, an air channel 64 provided below the dry electrolyte layer 62 acts as an atmospheric pressure chamber. Pinholes 65 are formed in the dry electrolyte layer 61 so that exhaust gas can penetrate into the diffusion gap 63 . Heating elements 66 are used to heat the probe 60 .

An der oberen und unteren Fläche der Trockenelektrolyt­ schicht 61. nämlich der Pumpzelle sind Platinelektroden 67 und 68 befestigt, während an der oberen und unteren Fläche der Trockenelektrolytschicht 62, nämlich der Meßzelle Platin­ elektroden 69 und 70 angebracht sind. Die Elektrode 67 ist mit einem Anschluß 71 verbunden, die Elektroden 68 und 69 sind mit einem Anschluß 72 verbunden und die Elektrode 70 ist mit einem Anschluß 73 verbunden. On the upper and lower surfaces of the dry electrolyte layer 61 . namely the pump cell, platinum electrodes 67 and 68 are attached, while on the upper and lower surface of the dry electrolyte layer 62 , namely the measuring cell, platinum electrodes 69 and 70 are attached. The electrode 67 is connected to a connection 71 , the electrodes 68 and 69 are connected to a connection 72 and the electrode 70 is connected to a connection 73 .

Nachstehend wird das Funktionsprinzip dieser integrierten Lambda-Sonde 60 erläutert. Die Fig. 42 ist eine graphische Darstellung, welche die Kennlinie einer zwischen den Anschlüssen 72 und 73 erzeugten elektromotorischen Sensor­ spannung Vs zeigt. Durch eine Sauerstoffkonzentration Pv in dem Diffusionsspalt 63 und eine Sauerstoffkonzentration Po in dem Luftkanal 64, die gleich der Sauerstoffkonzentration in der Außenluft ist, ist die elektromotorische Sensorspannung Vs nach folgender Gleichung bestimmt:The principle of operation of this integrated lambda probe 60 is explained below. Fig. 42 is a graph showing the characteristic of an electromotive sensor voltage Vs generated between the terminals 72 and 73 . The electromotive sensor voltage Vs is determined by an oxygen concentration Pv in the diffusion gap 63 and an oxygen concentration Po in the air channel 64 , which is equal to the oxygen concentration in the outside air:

Vs = (RT * In[Po/Pv])/4F (2)Vs = (RT * In [Po / Pv]) / 4F (2)

In der Gleichung (2) sind R eine Gaskonstante, T die absolute Temperatur und F die Faraday-Konstante.In equation (2), R is a gas constant, T is the absolute temperature and F the Faraday constant.

Die Sauerstoffkonzentration Pv in dem Diffusionsspalt 63 ist gewöhnlich gleich der Sauerstoffkonzentration PA in dem Abgas. Daher wird dann, wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis fetter wird und die Sauerstoffkonzentration PA in dem Abgas geringer wird, auch die Sauerstoffkonzentration Pv in dem Diffusionsspalt 63 geringer und somit die elektromotorische Sensorspannung Vs größer. Falls dagegen das Luft/Brennstoff­ verhältnis magerer wird, wird die Sauerstoffkonzentration Pv in den Diffusionsspalt 63 größer und die elektromotorische Sensorspannung Vs geringer. Diese elektromotorische Sensor­ spannung Vs wird an dem Anschluß 73 gemessen.The oxygen concentration Pv in the diffusion gap 63 is usually equal to the oxygen concentration PA in the exhaust gas. Therefore, when the air / fuel ratio becomes richer and the oxygen concentration PA in the exhaust gas becomes lower, the oxygen concentration Pv in the diffusion gap 63 also becomes lower, and thus the electromotive sensor voltage Vs increases. On the other hand, if the air / fuel ratio becomes leaner, the oxygen concentration Pv in the diffusion gap 63 becomes larger and the electromotive sensor voltage Vs becomes smaller. This electromotive sensor voltage Vs is measured at the terminal 73 .

Ferner treten durch das Anlegen einer Spannung Vp an den Anschluß 71 für den Durchfluß eines Pumpstromes Ip Sauerstoffionen durch die Trockenelektrolytschicht 61 hindurch. Auf diese Weise kann die Sauerstoffkonzentration Pv in dem Diffusionsspalt 63 nach Belieben gesteuert werden. Wenn nach dem vorangehend beschriebenen Prinzip die elektromotorische Sensorspannung Vs gemessen und die an den Anschluß 71 angelegte Spannung Vp derart gesteuert wird, daß Vs konstant wird, kann die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas bzw. das Luft/Brennstoffverhältnis A/F gemäß dem Pumpstrom Ip geregelt werden. Furthermore, by applying a voltage Vp to the terminal 71 for the flow of a pump current Ip, oxygen ions pass through the solid electrolyte layer 61 . In this way, the oxygen concentration Pv in the diffusion gap 63 can be controlled as desired. If, according to the principle described above, the electromotive sensor voltage Vs is measured and the voltage Vp applied to the terminal 71 is controlled such that Vs becomes constant, the oxygen concentration in the exhaust gas or the air / fuel ratio A / F can be regulated in accordance with the pump current Ip .

Das heißt, zum Einregeln einer konstanten elektro­ motorischen Sensorspannung Vs muß die Sauerstoffkonzentration Pv in dem Diffusionsspalt 63 ständig auf eine konstante Sauerstoffkonzentration Pvo geregelt werden. Zu diesem Zweck muß eine Sauerstoffmenge zugeführt werden, die zu einer Differenz zwischen der Sauerstoffkonzentration PA in dem Abgas und der Sauerstoffkonzentration Pvo äquivalent ist. In diesem Fall wird die der Differenz zwischen PA und Pvo entsprechende Menge an zugeführtem Sauerstoff durch die Stärke des Pumpstromes Ip bestimmt. Somit kann die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas bzw. das Verhältnis A/F aus dem Pumpstrom Ip ermittelt werden. Wenn gemäß der Darstellung in Fig. 42 die elektromotorische Sensorspannung Vs auf einen vorbestimmten Wert (Vs = 0,45 V) eingeregelt wird, wenn das Verhältnis A/F gleich 14,7 ist, nämlich gleich dem stöchiometrischen Wert A/F, der sich geringfügig in Abhängigkeit von der Art der Maschine ändert, ergibt sich zwischen dem Pumpstrom Ip und dem Verhältnis A/F der in Fig. 43 dargestellte Zusammenhang, wobei Ip gleich Null ist, wenn das Verhältnis A/F gleich 14,7 ist. Das Kennliniendiagramm in Fig. 43 zeigt, daß ein positiver Pumpstrom Ip fließt, wenn das Luft/Brennstoff-Gemisch mager ist. Andererseits fließt bei einem fetten Luft/Brennstoff- Gemisch ein negativer Pumpstrom Ip.That is, in order to regulate a constant electromotive sensor voltage Vs, the oxygen concentration Pv in the diffusion gap 63 must be constantly regulated to a constant oxygen concentration Pvo. For this purpose, an amount of oxygen equivalent to a difference between the oxygen concentration PA in the exhaust gas and the oxygen concentration Pvo must be supplied. In this case, the amount of oxygen supplied corresponding to the difference between PA and Pvo is determined by the strength of the pump current Ip. The oxygen concentration in the exhaust gas or the ratio A / F can thus be determined from the pump current Ip. As shown in Fig. 42, when the electromotive sensor voltage Vs is adjusted to a predetermined value (Vs = 0.45 V) when the ratio A / F is 14.7, namely equal to the stoichiometric value A / F that is changes slightly depending on the type of machine, the relationship shown in FIG. 43 results between the pump current Ip and the ratio A / F, where Ip is zero if the ratio A / F is 14.7. The characteristic diagram in FIG. 43 shows that a positive pump current Ip flows when the air / fuel mixture is lean. On the other hand, a negative pump current Ip flows with a rich air / fuel mixture.

Die Fig. 44 ist ein Schaltbild, welches die Gestaltung der Vorspannungssteuerschaltung 40 gemäß diesem Ausführungsbeispiel zeigt. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede dieses Ausführungsbeispiels gegenüber denjenigen Ausführungsbeispielen beschrieben, bei denen die becherförmige Sonde verwendet wird. FIG. 44 is a diagram showing 40 according to the design of the bias control circuit to this embodiment. Only the differences of this embodiment from those in which the cup-shaped probe is used are described below.

Die integrierte Lambda-Sonde 60 hat zusätzlich zu den Anschlüssen 71 und 72, welche den Anschlüssen 41 und 42 nach Fig. 8 entsprechen und zum Anlegen von Spannung an das Sensorelement dienen, den weiteren Anschluß 73 für das Messen der elektromotorischen Spannung. An dem Anschluß 73 wird die elektromotorische Spannung Bs erfaßt und von einem Rechen- Verstärker 75 wird die elektromotorische Sensorspannung Vs mit einer Bezugsspannung Vso verglichen und ein verstärktes Vergleichsergebnis abgegeben. Weiterhin wird das verstärkte Signal der zweiten Spannungszuführschaltung 47 zugeführt, um eine Differenz zwischen diesem verstärkten Signal und einem von dem Tiefpaßfilter 22 abgegebenen Signal zu erhalten. Das heißt, im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel bei dem die becherförmige Sonde verwendet wird, wirkt die zweite Spannungs­ zuführschaltung 47 als Differenzverstärker statt als Spannungs­ folgerschaltung.The integrated lambda probe 60 has, in addition to the connections 71 and 72 , which correspond to the connections 41 and 42 according to FIG. 8 and are used to apply voltage to the sensor element, the further connection 73 for measuring the electromotive voltage. The electromotive voltage Bs is detected at the connection 73 and the electromotive sensor voltage Vs is compared with a reference voltage Vso by a computing amplifier 75 and an amplified comparison result is output. Furthermore, the amplified signal is supplied to the second voltage supply circuit 47 in order to obtain a difference between this amplified signal and a signal output by the low-pass filter 22 . That is, compared to the first embodiment in which the cup-shaped probe is used, the second voltage supply circuit 47 acts as a differential amplifier instead of a voltage follower circuit.

Die Bezugsspannung Vso an dem Rechenverstärker 75 wird bei dieser Schaltung folgendermaßen eingestellt: Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Bezugsspannung Vso derart eingestellt, daß Ip gleich Null ist, wenn das Verhältnis A/F gleich 14,7 ist. Das heißt, bei dem Luft/Brennstoff-Verhältnis 14,7 muß die Spannung an dem Anschluß 71 gleich der Spannung an dem Anschluß 72 sein. Nimmt man an, daß die Ausgangsspannung des Tiefpaßfilters 22 und die für das Erfassen des Verhältnisses A/F anzuwendende Spannung Vp ist, so wird die Bezugsspannung Vso derart eingestellt, daß eine Ausgangs­ spannung Vx des Rechenverstärkers 75 gleich Vp-Va ist.The reference voltage Vso at the arithmetic amplifier 75 is set in this circuit as follows: In this embodiment, the reference voltage Vso is set such that Ip is zero when the ratio A / F is 14.7. That is, at air / fuel ratio 14.7 , the voltage at port 71 must be equal to the voltage at port 72 . Assuming that the output voltage of the low-pass filter 22 and the voltage to be used for the detection of the ratio A / F is Vp, the reference voltage Vso is set such that an output voltage Vx of the computing amplifier 75 is Vp-Va.

Wenn bei der Schaltung mit diesem Aufbau das Abgas einem fetten Gemisch entspricht, wird die elektromotorische Sensorspannung Vs an dem Anschluß 73 größer und es wird damit die Ausgangsspannung des Rechenverstärkers 75 höher. Zugleich wird die Ausgangsspannung Vc der zweiten Spannungs­ zuführschaltung 47 und somit die an den Anschluß 71 angelegte Spannung niedriger. Infolge dessen fließt der Pumpstrom Ip in einer Richtung, die zu der in Fig. 41 dargestellten entgegengesetzt ist, das heißt, es fließt ein Pumpstrom in negativer Richtung. Auf diese Weise wird Sauerstoff in den Diffusionsspalt 63 eingezogen. Falls dagegen das Abgas zu einem Magergemisch-Abgas wird, fließt ein Pumpstrom Ip in der positiven Richtung und es wird Sauerstoff aus dem Diffusions­ spalt 63 herausgepumpt.If the exhaust gas corresponds to a rich mixture in the circuit with this construction, the electromotive sensor voltage Vs at the connection 73 becomes larger and the output voltage of the computing amplifier 75 thus becomes higher. At the same time, the output voltage Vc of the second voltage supply circuit 47 and thus the voltage applied to the terminal 71 become lower. As a result, the pump current Ip flows in a direction opposite to that shown in Fig. 41, that is, a pump current flows in the negative direction. In this way, oxygen is drawn into the diffusion gap 63 . On the other hand, if the exhaust gas becomes a lean mixture exhaust gas, a pump current Ip flows in the positive direction and oxygen is pumped out of the diffusion gap 63 .

Bei der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Meßeinrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird der Elementwiderstand der integrierten Lambda-Sonde 60 mit der gleichen Prozedur wie bei dem ersten Ausführungs­ beispiel gemessen. Die Grundzüge dieser Prozedur werden unter Bezugnahme auf das in Fig. 45A und 45B dargestellte Zeitdiagramm beschrieben. In Fig. 45A ist eine an die Lambda- Sonde 60 anzulegende Spannung, nämlich die Ausgangsspannung des Tiefpaßfilters 22 dargestellt, während in Fig. 45B der Sensor­ strom, d. h., der Pumpstrom Ip dargestellt ist, welcher infolge des Anlegens dieser Spannung fließt.In the air / fuel ratio measuring device according to this embodiment with the structure described above, the element resistance of the integrated lambda probe 60 is measured with the same procedure as in the first embodiment, for example. The outline of this procedure will be described with reference to the timing chart shown in Figs. 45A and 45B. FIG. 45A shows a voltage to be applied to the lambda probe 60 , namely the output voltage of the low-pass filter 22 , while FIG. 45B shows the sensor current, ie the pump current Ip, which flows as a result of the application of this voltage.

Bei dem Messen des Elementwiderstandes wird die Anlege­ spannung an die integrierte Lambda-Sonde 60 als ein Signal angelegt, welches infolge des Durchlaufens durch das Tiefpaßfilter 22 eine vorbestimmte Zeitkonstante hat. Dabei wird die angelegte Spannung in bezug auf eine Spannung für das Erfassen des Verhältnisses A/F sowohl zur positiven als auch zur negativen Seite hin geändert. Es wird dann, wenn das Verhältnis A/F einem mageren Gemisch entspricht der Elementwiderstand R aus einer negativen Spannungsänderung ΔV und einer negativen Stromänderung ΔI ermittelt (R = ΔV/ΔI). Der Grund für das Anwenden des gemessenen negativen Wertes ist der gleiche wie derjenige bei dem ersten Ausführungsbeispiel, nämlich daß es diese Einstellung ermöglicht, den Dynamikbereich der Lambda-Sonde 60 auf ein Minimum einzustellen. Der Prozeß für das Erfassen des Elementwiderstandes R wird in jeweils vorbestimmten Zyklen T4 ausgeführt, wobei T4 ein fester Wert oder ein Wert sein kann, welcher sich in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Maschine ändert. Obgleich dies nicht graphisch darstellt ist, wird bei dem Verhältnis A/F für ein fettes Gemisch der Elementwiderstand R aus der positiven Spannungsänderung ΔV und der positiven Stromänderung ΔI ermittelt.When measuring the element resistance, the application voltage is applied to the integrated lambda probe 60 as a signal which has a predetermined time constant as a result of passing through the low-pass filter 22 . Here, the applied voltage is changed with respect to a voltage for detecting the ratio A / F to both the positive and the negative side. If the ratio A / F corresponds to a lean mixture, the element resistance R is determined from a negative voltage change ΔV and a negative current change ΔI (R = ΔV / ΔI). The reason for applying the measured negative value is the same as that in the first embodiment, namely that this setting enables the dynamic range of the lambda probe 60 to be set to a minimum. The process for detecting the element resistance R is carried out in predetermined cycles T4, where T4 can be a fixed value or a value which changes depending on the operating state of the machine. Although this is not shown graphically, the element resistance R for the rich mixture A / F is determined from the positive voltage change ΔV and the positive current change ΔI.

Mit dem sechsten Ausführungsbeispiel können die gleichen Wirkungen wie bei den vorangehend beschriebenen Ausführungs­ beispielen erzielt werden und es kann daher der Element­ widerstand mit einem hohen Genauigkeitsgrad erfaßt werden, wobei dadurch die Aufgabe der Erfindung gelöst wird.With the sixth embodiment, the same can be done Effects as in the previously described embodiment Examples can be achieved and therefore the element resistance can be detected with a high degree of accuracy, whereby the object of the invention is achieved.

Die Erfindung wurde zwar im Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung vollständig beschrieben, jedoch ist anzumerken, daß für den Fachmann verschiedenerlei Abänderungen und Abwandlungen ersichtlich sind.The invention was made in connection with the preferred embodiments with reference to the Drawing fully described, but it should be noted that  for the expert various changes and modifications are evident.

Beispielsweise wird zwar bei dem Elementwiderstand- Meßprozeß nach Fig. 10 die Aufeinanderfolge des Einstellens der angelegten Spannung auf negative und auf positive Spannung bei dem ersten Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit davon eingestellt, ob zu einem bestimmten Zeitpunkt das Luft/Brennstoff-Gemisch fett oder mager ist, jedoch kann diese Aufeinanderfolge unabhängig von dem Luft/Brennstoff-Verhältnis A/F festgelegt werden. In diesem Fall wird die angelegte Spannung zwar immer von der positiven auf die negative oder von der negativen auf die positive Spannung geändert, jedoch werden vorzugsweise bei magerem Luft/Brennstoff-Gemisch die negative Spannungsänderung ΔV und die negative Stromänderung ΔI gemessen, während bei fettem Luft/Brennstoff-Gemisch die positive Spannungsänderung ΔV und die positive Stromänderung ΔI gemessen werden. Das gleiche gilt für die integrierte Lambda-Sonde 60 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel.For example, in the element resistance measurement process of FIG. 10, the sequence of setting the applied voltage to negative and positive voltage in the first embodiment is set depending on whether the air / fuel mixture is rich or lean at a certain time. however, this sequence can be determined regardless of the air / fuel ratio A / F. In this case, the applied voltage is always changed from the positive to the negative or from the negative to the positive voltage, but the negative voltage change ΔV and the negative current change ΔI are preferably measured in the case of lean air / fuel mixture, while in the case of rich air / Fuel mixture, the positive voltage change ΔV and the positive current change ΔI can be measured. The same applies to the integrated lambda probe 60 according to the sixth embodiment.

Ferner kann bei dem zweiten bis fünften Ausführungs­ beispiel die integrierte Sonde gemäß der Beschreibung bei dem sechsten Ausführungsbeispiel verwendet werden. In diesem Fall können die gleichen Funktionen und Nutzwirkungen wie die vorangehend beschriebenen erzielt werden.Furthermore, in the second to fifth embodiments example the integrated probe as described in the sixth embodiment can be used. In this case can have the same functions and effects as that described above can be achieved.

Bei dem vorangehend beschriebenen fünften Ausführungs­ beispiel wird ein erster vorbestimmter Wert für das selektive Anwenden entweder des auf der Spannungsänderung beruhenden Elementwiderstand-Meßverfahrens oder des auf der Stromkreis­ unterbrechung beruhenden Elementwiderstand-Meßverfahrens in die Nähe des Maximalwertes oder des Minimalwertes des Dynamikbereiches gelegt während ein zweiter vorbestimmter Wert zu dem mittigen Abschnitt des Dynamikbereiches hin versetzt gelegt wird. Der zweite vorbestimmte Wert kann zum selektiven Einstellen des auf der Spannungsänderung beruhende Element­ widerstand-Meßverfahrens herangezogen werden. Das heißt, wenn mit dem zweiten vorbestimmten Wert als Grenzlinie der erfaßte Strom höher als der zweite vorbestimmte Wert ist, wird der Elementwiderstand nur aufgrund der Stromänderung an der positiven oder der negativen Seite zu der Innenseite des Dynamikbereiches hin erfaßt, und wenn der gemessene Strom niedriger als der zweite vorbestimmte Wert ist, wird der Elementwiderstand aufgrund der sich durch das Anlegen von Spannung ergebenden gesamten Stromänderung sowohl zu der positiven als auch zu der negativen Seite hin erfaßt. In diesem Fall wird die Genauigkeit der Messung des Elementwiderstandes näher an der Mitte des Dynamikbereiches größer. Dabei kann zum Beseitigen der Diskontinuität zwischen den Meßwerten für den Elementwiderstand, die durch das selektive Anwenden der jeweiligen Meßverfahren verursacht wird, ein Meßergebnis an dem mittigen Teil des Dynamikbereiches zum Korrigieren der jeweiligen Meßwerte bei den beiden Verfahren herangezogen werden.In the fifth embodiment described above example becomes a first predetermined value for the selective Apply either the one based on the voltage change Element resistance measurement method or that on the circuit interruption-based element resistance measurement method in the Proximity of the maximum or minimum value of the Dynamic range placed during a second predetermined value offset to the central section of the dynamic range is placed. The second predetermined value can be selective Setting the element based on the voltage change resistance measuring method can be used. That is, if with the second predetermined value as the boundary line the detected Current is higher than the second predetermined value, the  Element resistance only due to the current change on the positive or negative side to the inside of the Dynamic range detected and if the measured current is lower than the second predetermined value, the Element resistance due to the creation of Voltage resulting total current change to both the positive as well as the negative side. In this Fall will be the accuracy of the element resistance measurement closer to the center of the dynamic range larger. It can be used for Eliminate the discontinuity between the measurements for the Element resistance by selectively applying the respective measurement method is caused, a measurement result on the middle part of the dynamic range to correct the respective measured values used in the two methods will.

Wenn die bei dem sechsten Ausführungsbeispiel beschriebene integrierte Sonde verwendet wird, ist es gemäß der Beschreibung der Varianten des ersten Ausführungsbeispiels (Fig. 13A bis 15D) auch möglich, die Kurvenform der angelegten Spannung oder deren Lage für das Messen von ΔV und ΔI abzuändern.When the integrated probe described in the sixth embodiment is used, according to the description of the variants of the first embodiment ( Figs. 13A to 15D), it is also possible to change the waveform of the applied voltage or its position for measuring ΔV and ΔI.

Obgleich bei den vorangehend beschriebenen Ausführungs­ beispielen die Erfindung bei einer Lambda-Sonde für das Erfassen der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas einer Kraftfahrzeugmaschine bzw. für das Erfassen des Luft/Brennstoff-Verhältnisses angewandt wird, ist die Anwendung der Erfindung nicht allein auf die Lambda-Sonde für Fahrzeuge eingeschränkt. Vielmehr kann die Erfindung auch für andere Zwecke angewandt werden. Beispielsweise ist es möglich, die Erfindung bei einem Sauerstoffkonzentrationssensor für das Messen der Konzentration von Sauerstoff z. B. in verbrennbaren Gasen (Methangas, Ethangas und dergleichen) anzuwenden.Although in the previously described embodiment examples of the invention in a lambda probe for the Detect the oxygen concentration in the exhaust gas Motor vehicle machine or for detecting the Air / fuel ratio is applied of the invention not only on the lambda probe for vehicles limited. Rather, the invention can be used for others Purposes. For example, it is possible to Invention in an oxygen concentration sensor for the Measuring the concentration of oxygen e.g. B. in combustible Use gases (methane gas, ethane gas and the like).

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen werden durch das Umformen der von dem Mikroprozessor 20 erzeugten digitalen Signale mit einer vorbestimmten Zeitkonstante die Signale zu sinusartigen Signalen umgewandelt, die für das Messen des Elementwiderstandes benutzt werden. Der Mikroprozessor 20 kann jedoch auch sinusförmige Signale erzeugen, welche für das Messen des Elementwiderstandes verwendet werden.In the above-described embodiments, by transforming the digital signals generated by the microprocessor 20 with a predetermined time constant, the signals are converted into sinusoidal signals which are used for measuring the element resistance. However, the microprocessor 20 can also generate sinusoidal signals which are used for measuring the element resistance.

Eine Lambda-Sonde erzeugt im Ansprechen auf ein Steuersignal aus einem Mikroprozessor linear Meßsignale für ein Luft/Brennstoff-Verhältnis, die zu der Konzentration von Sauerstoff im Abgas aus einer Maschine proportional sind. Ein von dem Mikroprozessor erzeugtes Vorspannungssteuersignal wird einen D/F-Umsetzer zugeführt, der es in ein analoges Signal umsetzt. Das Signal wird dann einem Tiefpaßfilter zum Beseitigen der Hochfrequenzkomponenten des analogen Signals zugeführt. Die Ausgangsspannung des Tiefpaßfilters wird einer Vorspannungssteuerschaltung zugeführt. An die Lambda-Sonde wird durch das Tiefpaßfilter ein einzelnes Wechselspannungssignal mit einer vorbestimmten Frequenz und einer vorbestimmten Zeitkonstante angelegt. Aus der Spannung des Wechselspannungs­ signals und der durch das Anlegen des Wechselspannungssignals verursachten Änderung des Strompegels der Lambda-Sonde wird der Elementwiderstand der Lambda-Sonde ermittelt.A lambda probe generates in response to an Control signal from a microprocessor linear measurement signals for a Air / fuel ratio leading to the concentration of Oxygen in the exhaust gas from an engine are proportional. On bias control signal generated by the microprocessor a D / F converter, which converts it into an analog signal implements. The signal is then a low pass filter Eliminate the high frequency components of the analog signal fed. The output voltage of the low pass filter becomes one Bias control circuit supplied. To the lambda probe through the low-pass filter a single AC signal at a predetermined frequency and a predetermined Time constant created. From the voltage of the AC voltage signals and that by applying the AC voltage signal caused change in the current level of the lambda probe Element resistance of the lambda probe determined.

Claims (22)

1. Verfahren zum Messen des Elementwiderstandes eines Sauerstoffsensors, der zum Bestimmen der Sauerstoff­ konzentration in einer Gasprobe verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Zeitkonstante eingestellt wird, die einer Frequenz entspricht, bei der der Verlauf der Impedanz (ZAC) des Sauerstoffsensors (30) gleichmäßig ist,
an den Sauerstoffsensor eine Spannung (Vp) angelegt wird, die sich mit der Zeitkonstante ändert,
eine durch die Spannungsänderung verursachte Stromänderung (ΔI) des in dem Sauerstoffsensor fließenden Stromes (Ip) ermittelt wird und
der Elementwiderstand (R) des Sauerstoffsensors aus der Spannungsänderung (ΔV) und der Stromänderung (ΔI) ermittelt wird.
1. A method for measuring the element resistance of an oxygen sensor, which is used for determining the oxygen concentration in a gas sample, characterized in that
a time constant is set which corresponds to a frequency at which the course of the impedance (ZAC) of the oxygen sensor ( 30 ) is uniform,
a voltage (Vp) is applied to the oxygen sensor which changes with the time constant,
a current change (ΔI) of the current flowing in the oxygen sensor caused by the voltage change is determined and
the element resistance (R) of the oxygen sensor is determined from the voltage change (ΔV) and the current change (ΔI).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als geänderte Spannung (Vp) eine Spannung angelegt wird, die sich in einer einzigen Spannungskurvenform mit der Zeitkonstante ändert.2. The method according to claim 1, characterized in that a voltage is applied as the changed voltage (Vp) which in a single voltage waveform with the Time constant changes. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Einstellen der Zeitkonstante ein Frequenzbereich ermittelt wird, in dem der Verlauf der Impedanz (ZAC) des Sauerstoffsensors (30) gleichmäßig ist, und die Zeitkonstante entsprechend einer bestimmten Frequenz innerhalb des Frequenzbereiches eingestellt wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that when setting the time constant, a frequency range is determined in which the course of the impedance (ZAC) of the oxygen sensor ( 30 ) is uniform, and the time constant corresponding to a certain frequency within the frequency range is set. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante auf ungefähr 159 µs eingestellt wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the time constant is approximately 159 µs is set. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als geänderte Spannung (Vp) eine Spannung angelegt wird, die sich mit einer positiven Neigung oder mit einer negativen Neigung ändert.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized characterized in that a voltage as the changed voltage (Vp) is invested with a positive inclination or with a negative tendency changes. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
als geänderte Spannung (Vp) eine Spannung angelegt wird, die sich mit einem Abschnitt negativer Neigung und einem Abschnitt positiver Neigung ändert,
als Stromänderung (ΔI) die durch den Abschnitt negativer Neigung oder den Abschnitt positiver Neigung verursachte Stromänderung ermittelt wird und
der Elementwiderstand (R) aus der Spannungsänderung (ΔV) in dem Abschnitt negativer Neigung und der Stromänderung (ΔI) ermittelt wird, wenn die auf dem Abschnitt negativer Neigung beruhende Stromänderung ermittelt wird, bzw. aus der Spannungsänderung in dem Abschnitt positiver Neigung und der Stromänderung ermittelt wird, wenn die auf dem Abschnitt positiver Neigung beruhende Stromänderung ermittelt wird.
6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that
a voltage is applied as the changed voltage (Vp) which changes with a section of negative inclination and a section of positive inclination,
the current change caused by the section negative slope or the section positive slope is determined as current change (ΔI) and
the element resistance (R) is determined from the voltage change (ΔV) in the negative slope section and the current change (ΔI) when the current change based on the negative slope section is determined, or from the voltage change in the positive slope section and the current change is determined when the current change based on the positive slope portion is determined.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Stromwert (Ip0) innerhalb eines erfaßbaren Strom­ bereiches des Sauerstoffsensors (30) angesetzt wird
wobei als geänderte Spannung (Vp) eine sich mit negativer Neigung ändernde Spannung angelegt wird, wenn der Strom (Ip) des Sauerstoffsensors mindestens gleich dem Stromwert (Ip0) ist, bzw. eine sich mit positiver Neigung ändernde Spannung angelegt wird, wenn der Strom des Sauerstoffsensors kleiner als der Spannungswert ist, und
als Stromänderung (ΔI) die durch die Spannungsänderung negativer Neigung verursachte Stromänderung ermittelt wird, wenn der Strom des Sauerstoffsensors mindestens so groß wie der Stromwert ist, bzw. die durch die Spannungsänderung positiver Neigung verursachte Stromänderung ermittelt wird, wenn der Strom des Sauerstoffsensors niedriger als der Stromwert ist.
7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that
a current value (Ip0) is set within a detectable current range of the oxygen sensor ( 30 )
whereby as the changed voltage (Vp) a voltage with a negative inclination is applied if the current (Ip) of the oxygen sensor is at least equal to the current value (Ip0), or a voltage with a positive inclination is applied when the current of the Oxygen sensor is less than the voltage value, and
the current change (ΔI) is the current change caused by the voltage change of negative inclination if the current of the oxygen sensor is at least as large as the current value, or the current change caused by the voltage change of positive inclination is determined if the current of the oxygen sensor is lower than that Current value.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromwert (Ip0) ein Stromwert angesetzt wird, der annähernd in der Mitte des erfaßbaren Strombereiches des Sauerstoff­ sensors (30) liegt.8. The method according to claim 7, characterized in that a current value is set as the current value (Ip0) which is approximately in the middle of the detectable current range of the oxygen sensor ( 30 ). 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als geänderte Spannung (Vp) dann, wenn mit dem Sauerstoffsensor (30) ein einem Magergemisch entsprechendes Luft/Brennstoff-Verhältnis (A/F) erfaßt wird, eine Spannung angelegt wird, die den Strom im Sauerstoffsensor negativ macht, bzw. dann, wenn mit dem Sauerstoffsensor ein einem fetten Gemisch entsprechendes Luft/Brennstoff-Verhältnis erfaßt wird, eine Spannung angelegt wird, die den Strom im Sauerstoff­ sensor positiv macht.9. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that a voltage is applied as the changed voltage (Vp) when an air / fuel ratio (A / F) corresponding to a lean mixture is detected with the oxygen sensor ( 30 ) is, which makes the current in the oxygen sensor negative, or when an air / fuel ratio corresponding to a rich mixture is detected with the oxygen sensor, a voltage is applied which makes the current in the oxygen sensor positive. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als geänderte Spannung (Vp) eine Spannung angelegt wird, die einen Abschnitt negativer Neigung und einen Abschnitt positiver Neigung hat, und als Stromänderung (ΔI) die durch sowohl den Abschnitt negativer Neigung als auch den Abschnitt positiver Neigung der geänderten Spannung verursachte Stromänderung ermittelt wird.10. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized characterized in that a voltage as the changed voltage (Vp) is created which has a section of negative inclination and a Section has a positive tendency, and as current change (ΔI) caused by both the section negative slope as well as the section of positive slope changed voltage caused current change is determined. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die geänderte Spannung (Vp) mit einem Abschnitt positiver Neigung und einem Abschnitt negativer Neigung derart eingestellt wird, daß eine in dem Sauerstoff­ sensor (30) durch das Anlegen der Spannung mit der positiven Neigung bewegte Menge elektrischer Ladungen gleich einer in dem Sauerstoffsensor durch das Anlegen der Spannung mit der negativen Neigung bewegten Menge elektrischer Ladungen ist.11. The method according to any one of claims 1 to 4 and 10, characterized in that the changed voltage (Vp) with a section of positive inclination and a section of negative inclination is set such that one in the oxygen sensor ( 30 ) by applying the Voltage with the positive tendency moved amount of electric charges is equal to an amount of electric charges moved in the oxygen sensor by applying the voltage with the negative tendency. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude einer nächsten geänderten Spannung (Vp) entsprechend dem ermittelten Elementwiderstand (R) eingestellt wird.12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized characterized in that the amplitude of a next changed  Voltage (Vp) according to the determined element resistance (R) is set. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Zeitkonstante eine Zeitkonstante eingestellt wird, die bei dem Messen des Elementwiderstandes (R) des Sauerstoffsensors (30) und bei dem Erfassen des Luft/Brennstoff-Verhältnisses (A/F) mit dem Sauerstoffsensor voneinander verschiedene Werte hat.13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that a time constant is set as the time constant, which when measuring the element resistance (R) of the oxygen sensor ( 30 ) and when detecting the air / fuel ratio (A / F ) has different values with the oxygen sensor. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Einstellen der Zeitkonstante zwei voneinander verschiedene Zeitkonstantenwerte bereitgestellt werden und zum Einstellen als Zeitkonstante der Zeitkonstantenwert in Abhängigkeit davon gewählt wird, ob der Elementwiderstand (R) des Sauerstoffsensors (30) gemessen wird oder mit dem Sauerstoffsensor das Luft/Brennstoff-Verhältnis (A/F) erfaßt wird.14. The method according to claim 13, characterized in that two different time constant values are provided in the setting of the time constant and the time constant value is selected for setting as a time constant depending on whether the element resistance (R) of the oxygen sensor ( 30 ) is measured or with the air / fuel ratio (A / F) is detected by the oxygen sensor. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Wählen der Zeitkonstante der größere Wert der Zeitkonstantenwerte gewählt wird, wenn mit dem Sauerstoffsensor (30) das Luft/Brennstoff-Verhältnis (A/F) erfaßt wird, bzw. der kleinere Wert der Zeitkonstantenwerte gewählt wird, wenn der Elementwiderstand (R) des Sauerstoffsensors gemessen wird.15. The method according to claim 14, characterized in that when selecting the time constant, the larger value of the time constant values is selected if the air / fuel ratio (A / F) is detected with the oxygen sensor ( 30 ), or the smaller value of time constant values is selected when the element resistance (R) of the oxygen sensor is measured. 16. Verfahren zum Messen des Elementwiderstandes eines Sauerstoffsensors, der für das Ermitteln der Sauerstoff­ konzentration in einer Gasprobe verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß selektiv
ein erstes Meßverfahren, bei dem eine Zeitkonstante eingestellt wird, die einer Frequenz entspricht, bei der der Verlauf der Impedanz (ZAC) des Sauerstoffsensors gleichmäßig ist,
an den Sauerstoffsensor eine Spannung (Vp) angelegt wird, die sich mit der Zeitkonstante ändert,
eine durch die geänderte Spannung verursachte Strom­ änderung (ΔI) des in dem Sauerstoffsensor fließenden Stromes (Ip) ermittelt wird und
der Elementwiderstand (R) des Sauerstoffsensors aus der Spannungsänderung (ΔV) und der Stromänderung (ΔI) ermittelt wird, und/oder
ein zweites Meßverfahren ausgeführt wird, bei dem der Sauerstoffsensor ausgeschaltet wird,
eine durch das Abschalten des Sauerstoffsensors veränderte Spannung (Eo) an dem Sauerstoffsensor erfaßt wird,
eine durch die geänderte Spannung (Eo) verursachte Stromänderung (ΔI) des Stromes (Ip) des Sauerstoffsensors erfaßt wird und
der Elementwiderstand (Re) aus der geänderten Spannung (Eo) und der Stromänderung (ΔI) ermittelt wird.
16. A method for measuring the element resistance of an oxygen sensor, which is used for determining the oxygen concentration in a gas sample, characterized in that selective
a first measuring method in which a time constant is set which corresponds to a frequency at which the course of the impedance (ZAC) of the oxygen sensor is uniform,
a voltage (Vp) is applied to the oxygen sensor which changes with the time constant,
a current change (ΔI) of the current flowing in the oxygen sensor (Ip) caused by the changed voltage is determined and
the element resistance (R) of the oxygen sensor is determined from the voltage change (ΔV) and the current change (ΔI), and / or
a second measuring method is carried out in which the oxygen sensor is switched off,
a voltage (Eo) at the oxygen sensor that is changed by switching off the oxygen sensor is detected,
a current change (ΔI) of the current (Ip) of the oxygen sensor caused by the changed voltage (Eo) is detected and
the element resistance (Re) is determined from the changed voltage (Eo) and the current change (ΔI).
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß
innerhalb eines erfaßbaren Strombereiches des Sauerstoffsensors (30) mindestens ein Bezugsstrompegel (Ip0, Ip1, Ip0′, Ip1′) angesetzt wird,
der Ausgangsstrom (Ip) des Sauerstoffsensors erfaßt wird und
ein einem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis (A/F) entsprechender optimaler Strompegel eingestellt wird,
wobei das erste Meßverfahren gewählt wird, wenn der Ausgangsstrompegel näher an dem optimalen Strompegel liegt als der Bezugsstrompegel, bzw. das zweite Meßverfahren gewählt wird, wenn der Ausgangsstrompegel nicht näher an dem optimalen Strompegel liegt als der Bezugsstrompegel.
17. The method according to claim 16, characterized in that
at least one reference current level (Ip0, Ip1, Ip0 ′, Ip1 ′) is applied within a detectable current range of the oxygen sensor ( 30 ),
the output current (Ip) of the oxygen sensor is detected and
an optimal current level corresponding to a stoichiometric air / fuel ratio (A / F) is set,
wherein the first measurement method is selected if the output current level is closer to the optimal current level than the reference current level, or the second measurement method is selected if the output current level is not closer to the optimal current level than the reference current level.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugsstrompegel (Ip0, Ip1, Ip0′, Ip1′) nahe an entweder einem Minimalwert oder einem Maximalwert des erfaßbaren Strombereiches angesetzt wird.18. The method according to claim 17, characterized in that that the reference current level (Ip0, Ip1, Ip0 ', Ip1') is close to either a minimum value or a maximum value of the detectable current range is applied. 19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß ein erster Bezugswert (Ip0, Ip1) der größer als ein Minimalwert und nahe an dem Minimalwert des erfaßbaren Strombereiches des Sauerstoffsensors ist, und ein zweiter Bezugswert (Ip0′, Ip1′) eingestellt wird, der kleiner als ein Maximalwert und nahe an dem Maximalwert des erfaßbaren Strombereiches ist,
wobei das erste Meßverfahren gewählt wird, wenn der Wert des Ausgangsstromes (Ip) größer als der erste Bezugswert und kleiner als der zweite Bezugswert ist, und das zweite Meßverfahren gewählt wird, wenn der Wert des Ausgangsstromes nicht größer als der erste Bezugswert und nicht kleiner als der zweite Bezugswert ist.
19. The method according to claim 16, characterized in
that a first reference value (Ip0, Ip1) which is greater than a minimum value and close to the minimum value of the detectable current range of the oxygen sensor, and a second reference value (Ip0 ', Ip1') is set which is smaller than a maximum value and close to the maximum value of the detectable current range,
wherein the first measurement method is selected if the value of the output current (Ip) is greater than the first reference value and less than the second reference value, and the second measurement method is selected if the value of the output current is not greater than the first reference value and not less than is the second reference value.
20. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß ein erster Bezugsbereich (Ip0, Ip1), der größer als ein Minimalwert und nahe an dem Minimalwert des erfaßbaren Strombereiches des Sauerstoffsensors ist, und/oder ein zweiter Bezugsbereich (Ip0′, Ip1′) angesetzt wird, der kleiner als ein Maximalwert und nahe an dem Maximalwert des erfaßbaren Strombereiches ist,
wobei sowohl das erste Meßverfahren als auch das zweite Meßverfahren gewählt wird, wenn der Wert des Ausgangsstromes (Ip) innerhalb des ersten Bezugsbereiches oder des zweiten Bezugsbereiches liegt.
20. The method according to claim 16, characterized in that
that a first reference range (Ip0, Ip1), which is greater than a minimum value and close to the minimum value of the detectable current range of the oxygen sensor, and / or a second reference range (Ip0 ', Ip1') is set, which is smaller than a maximum value and close is at the maximum value of the detectable current range,
wherein both the first measuring method and the second measuring method are selected if the value of the output current (Ip) lies within the first reference range or the second reference range.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn das Ausführen sowohl des ersten Meßverfahrens als auch des zweiten Meßverfahrens gewählt wird, aus dem nach dem ersten Meßverfahren ermittelten Elementwiderstand (R) und dem nach dem zweiten Meßverfahren ermittelten Elementwiderstand (Re) ein Korrekturkoeffizient (ka) ermittelt wird und entweder der nach dem ersten Meßverfahren ermittelte Elementwiderstand (R) oder der nach dem zweiten Meßverfahren ermittelte Elementwiderstand (Re) mittels des Korrektur­ koeffizienten (ka) korrigiert wird.21. The method according to any one of claims 16 to 20, characterized characterized in that when executing both the first Measuring method and the second measuring method is selected, from the determined after the first measurement process Element resistance (R) and that after the second measurement method determined element resistance (Re) a correction coefficient (ka) is determined and either the one determined by the first measurement method Element resistance (R) or after the second measurement method determined element resistance (Re) by means of the correction coefficient (ka) is corrected. 22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß
der Verlauf der Impedanz (ZAC) des Sauerstoffsensors (30) nach dem ersten Meßverfahren ermittelt wird,
der Verlauf der Impedanz des Sauerstoffsensors nach dem zweiten Meßverfahren ermittelt wird,
aus den nach dem ersten Meßverfahren und dem zweiten Meßverfahren ermittelten Impedanzverläufen ein Korrektur­ koeffizient ermittelt wird und entweder der nach dem ersten Meßverfahren ermittelte Elementwiderstand (R) oder der nach dem zweiten Meßverfahren ermittelte Elementwiderstand (Re) mittels des Korrekturkoeffizienten (ka) korrigiert wird.
22. The method according to any one of claims 16 to 20, characterized in that
the course of the impedance (ZAC) of the oxygen sensor ( 30 ) is determined using the first measuring method,
the course of the impedance of the oxygen sensor is determined using the second measuring method,
a correction is determined from the impedance curves determined according to the first measuring method and the second measuring method and either the element resistance (R) determined according to the first measuring method or the element resistance (Re) determined according to the second measuring method is corrected using the correction coefficient (ka).
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