Die
Erfindung betrifft einen Sauerstoffkonzentrationssensor bzw. Sauerstoffsensor
für das
Erfassen des Sauerstoffgehaltes 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
The invention relates to an oxygen concentration sensor or oxygen sensor
for the
Detecting the oxygen content, for example in the exhaust gas from a
Vehicle engine. In particular, the invention relates to a
Method of detecting element resistance due to stress
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
(Sauerstoffkonzentrationssensor 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
In recent years, the air / fuel ratio has been regulated
in a vehicle machine for
supporting
the lean mixture combustion and the like demands made
to improve the control accuracy. To meet these demands was
for the
linear detection of the air / fuel ratio in one in the machine
sucked mixture, namely
the oxygen content in the exhaust gas referred to as a lambda probe
linear air / fuel ratio sensor
(Oxygen concentration sensor or oxygen sensor) proposed
and executed. To the
Maintaining the measurement accuracy
the probe must be the
Lambda probe this
Art be kept in an active state. In general, this will
maintain active state by controlling the turn-on
a heating element mounted in the probe, a sensor element
the probe is heated
becomes.
Bei
dieser Schaltsteuerung des Heizelementes wird die nachfolgend einfach
als ”Elementtemperatur” bezeichnete
Temperatur des Sensorelementes erfaßt und dann eine Rückführungsregelung
derart ausgeführt,
daß die
Elementtemperatur 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 Elementtemperatur herzuleiten. Es ist anzumerken,
daß der
erfaßte
Elementwiderstand auch zum Bestimmen beispielsweise einer Verschlechterung
der Eigenschaften der Sonde herangezogen werden kann.at
This switching control of the heating element is the following easy
referred to as "element temperature"
Detected temperature of the sensor element and then a feedback control
executed in such a way
that the
Element temperature finally a
desirable
Activation temperature (of, for example, about 700 ° C) reached. In this case
Although the element temperature according to a measurement result of a on the sensor element
mounted temperature sensor can be detected in real time, but attaching
of the temperature sensor increases
probably the total cost of the sensor device. Therefore
were suggestions
, hereinafter referred to simply as "element resistance"
To detect resistance of the sensor element and due to a predetermined
Relationship between element resistance and element temperature
in this way from the detected
Element resistance derive the element temperature. It should be noted
that the
detected
Element resistance also for determining, for example, a deterioration
the properties of the probe can be used.
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 Strombegrenzung-Sauerstoffsensor verwendet
wird. Gemäß der Darstellung
in 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 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. 46A and 46B FIG. 15 are graphs illustrating a conventional method of detecting element resistance, as shown in FIG U.S. Patent 4,543,176 is disclosed. These figures illustrate a case where a current limit oxygen sensor is used as the lambda probe for engine control. As shown in 46A At a time t11 for measuring the air / fuel ratio to the sensor element, a predetermined voltage, namely, a positive voltage Vpos is applied. The air / fuel ratio is determined on the basis of a sensor current Ipos, which is determined according to 46B is caused according to the applied voltage Vneg. Between the time t11 and a 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 to obtain the element resistance ZDC (ZDC = Vneg / Ineg). This method is generally known as a method of detecting element resistance due to the DC characteristics of the lambda probe.
Während dieses
herkömmliche
Verfahren zum Erfassen des Elementwiderstandes, nämlich der Gleichstromkomponente
der Impedanz durch Anlegen einer Gleichspannung an das Sensorelement 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 Wechselstromeigenschaften der Lambda-Sonde bekannt.While 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 applied U.S. Patent 4,419,190 a method for detecting the element resistance by applying an AC voltage to the sensor element described. In this method, an alternating voltage is continuously applied to the lambda probe, and the sensor output from the lambda probe is passed through a low pass filter to detect the air / fuel ratio. The same sensor output is passed through a high pass filter and averaged to measure the AC impedance. This method is generally known as a method of detecting the element resistance by utilizing the alternating current characteristics of the lambda probe.
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 Sensorstromes
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
Elementwiderstandes aufgrund der Wechselstromeigenschaften auftreten.at
consist of all the conventional methods described above
However, the following problems: When using the DC impedance method
A negative voltage Vneg applied with a rectangular waveform changes
the sensor current Ineg is very fast and therefore it may be the peak current
the probe can not be detected accurately. For this reason
is measuring the peak current until the sensor current stabilizes
suspend. Accordingly, during a
Time span, the air / fuel ratio can not be detected.
This problem, namely
that the peak current
while
the application of the voltage with the rectangular waveform is not possible,
is also likely to be in the method for detecting the
Element resistance due to the AC characteristics occur.
Da
bei dem in der US-PS 4 419 190 offenbarten
Wechselstromimpedanz-Verfahren das Sensorausgangssignal zum Erfassen
des Luft/Brennstoff-Verhältnisses über das
Tiefpaßfilter
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.As in the in the U.S. Patent 4,419,190 disclosed AC impedance method, the sensor Output signal for detecting the air / fuel ratio is passed through the low-pass filter, also problems with respect to the ratio output signal such as a phase shift or an AC noise signal can occur. These problems are particularly noticeable when the machine is operating in a transient state.
US 4,505,802 offenbart einen
Sauerstoffkonzentrationsdetektor mit einem Sauerstoffionen leitenden
Festkörperelektrolyt
und daran angebrachten Elektroden, um eine Sauerstoffkonzentrationszelle zum
Erfassen eines Sauerstoffpartialdruckes in einem Gas, wie etwa Abgas
von einer Verbrennungsmaschine, zu bilden. Der Sauerstoffkonzentrationsdetektor
weist eine Wechselspannungsquelle auf, die an die Elektroden eine
Wechselspannung mit einer Frequenz anlegt, bei der eine Polarisation
von Wechselspannungskomponenten hauptsächlich wegen einer Polarisation
des Festkörperelektrolyts
verursacht wird, um eine Impedanz des Festkörperelektrolyts und die elektromotorische
Kraft der Sauerstoffkonzentrationszelle zu erfassen. US 4,505,802 discloses an oxygen concentration detector having an oxygen ion conductive solid electrolyte and electrodes attached thereto to form an oxygen concentration cell for detecting an oxygen partial pressure in a gas, such as exhaust gas from an internal combustion engine. The oxygen concentration detector has an AC voltage source which applies to the electrodes an AC voltage having a frequency at which a polarization of AC components is mainly caused due to polarization of the solid electrolyte to detect an impedance of the solid electrolyte and the electromotive force of the oxygen concentration cell.
EP 0 030 164 offenbart einen
Sauerstoffkonzentrationsdetektor und ein Verfahren zum Erfassen einer
Sauerstoffkonzentration. Hierbei misst ein Detektor die Sauerstoffkonzentration
eines Gasgemisches, wie etwa Fahrzeugabgas, durch Verwenden des
Prinzips einer Sauerstoffkonzentrationszelle, die aus einem Sauerstoffionen
leitenden Festkörperelektrolyt
mit daran auf gegenüberliegenden
Oberflächen
davon angebrachten Elektroden hergestellt ist. Der Detektor und
das Verfahren verwenden eine Wechselspannungselektrodeneinrichtung,
die auf dem Festkörperelektrolyt
bereitgestellt wird, um eine Wechselspannung daran zum Erhitzen
des Detektors anzulegen. EP 0 030 164 discloses an oxygen concentration detector and a method for detecting an oxygen concentration. Here, a detector measures the oxygen concentration of a gas mixture such as vehicle exhaust gas by using the principle of an oxygen concentration cell made of an oxygen ion conductive solid electrolyte having electrodes mounted on opposite surfaces thereof. The detector and method use an AC electrode means provided on the solid electrolyte to apply an AC voltage thereto for heating the detector.
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
In view of the above-mentioned problems in the prior art
the invention is based on the object for detecting the element resistance
an oxygen sensor to provide a method which on it
directed to detect the element resistance in an accurate manner and
the time for
to shorten the detection of the element resistance.
Diese
Aufgabe wird durch Bereitstellen eines Verfahrens zum Messen des
Elementwiderstandes eines Sauerstoffsensors gemäß Anspruch 1 gelöst.These
The object is achieved by providing a method for measuring the
Element resistance of an oxygen sensor according to claim 1 solved.
Dementsprechend
ergibt die Erfindung gemäß einem
ersten Aspekt ein Verfahren zum Erfassen des Elementwiderstandes
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.Accordingly
gives the invention according to a
First aspect of a method for detecting the element resistance
of the oxygen sensor with steps where a time constant
is set, which corresponds to a frequency at which the impedance characteristics
of the oxygen sensor are stable, to the oxygen sensor a
changing with the time constant
Voltage is applied, a current change of the in the oxygen sensor
as a result of changing
Tension flowing
Current is determined and due to the changing voltage and the current change
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.There
in this way to the oxygen sensor with a predetermined
Changing time constant
Voltage can be applied
sudden changes
be prevented in terms of the current value of the oxygen sensor
and thus the level of the current change can be accurately detected.
As a result, the element resistance of the oxygen sensor can
accurately detected
become.
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
is when the changing
Voltage applied a voltage that changes with the time constant
has only voltage curve. This way can be compared with
usual
Process in which the element resistance due to a consequence
is detected by continued voltage signals, 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.at
This method is preferably used in setting the time constant
determines a frequency range in which the impedance characteristics
of the oxygen sensor are stable, and it becomes a time constant
scheduled, which corresponds to a predetermined frequency within this frequency range.
The impedance characteristics of the sensor element of the current limiting oxygen sensor are
uniform at voltage change frequencies of at least 1 kHz. Therefore
the time constant should be 159 μs
be set, which is a cutoff frequency of not less than
1 kHz corresponds.
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.at
the creation of changing
Voltage is preferably applied to a voltage which is a section
with negative slope and a section with positive slope
has, where the current change
is determined on the section with the negative slope
or due to the positive slope, and the element resistance due to
the voltage changing with the negative slope and the current change
in their determination from the section with the negative slope
or from the changing with the positive slope voltage and the current change
in their determination on the basis of the section with the positive
Inclination is determined.
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 dem 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 Sauerstoffsensors
genau erfasst werden, ohne dass der Dynamikbereich eines Sensorstromdetektors überschritten
wird.When the changing voltage is applied, it is preferable that when a lean mixture ratio is detected with the oxygen sensor, it is preferable to apply a voltage changing with a positive slope portion, and when the grease mixture ratio is high with the oxygen sensor a voltage changing with a negative slope section is applied, and when the lean mixture ratio is detected with the oxygen sensor, the current change due to the negative slope section is detected, or when the rich mixture ratio is detected with the oxygen sensor, the current change due to the positive slope section is determined. In this way, the flow of the oxygen sensor can be accurately detected without exceeding the dynamic range of a sensor current detector.
Die
Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher
erläutert.The
Invention will now be described by way of embodiments with reference
closer to the drawing
explained.
1 ist
eine schematische Darstellung einer Luft/Brennstoff-Verhältnis-Messeinrichtung
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. 1 is a schematic representation of an air / fuel ratio measuring device according to a first embodiment of the invention.
2 ist
eine Schnittansicht, die ausführlich den
Aufbau einer Lambda-Sonde der Messeinrichtung zeigt. 2 is a sectional view showing in detail the structure of a lambda probe of the measuring device.
3 ist
eine graphische Darstellung von Spannung/Strom-Kennlinien der Lambda-Sonde. 3 is a graph of voltage / current characteristics of the lambda probe.
4A und 4B zeigen
Kurvenformen einer Ausgangsspannung eines D/A-Umsetzers und einer
Ausgangsspannung eines Tiefpassfilters der Messeinrichtung. 4A and 4B show waveforms of an output voltage of a D / A converter and an output voltage of a low-pass filter of the measuring device.
5 ist
ein Äquivalenzschaltbild
der Lambda-Sonde. 5 is an equivalent circuit diagram of the lambda probe.
6 ist
eine graphische Darstellung von Impedanzkennlinien der Schaltung
nach 5 in Bezug auf die Frequenz einer eingegebenen
Wechselspannung. 6 FIG. 12 is a graphical representation of impedance characteristics of the circuit. FIG 5 with respect to the frequency of an input AC voltage.
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. 7 Figure 4 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.
8 ist
ein Schaltbild einer Vorspannungssteuerschaltung gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel. 8th FIG. 15 is a circuit diagram of a bias control 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. 9 Fig. 10 is a flowchart of a main routine executed by a microprocessor of the air-fuel ratio measuring apparatus according to the first embodiment.
10 ist
ein Ablaufdiagramm einer durch den Mikroprozessor gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
ausgeführten
Subroutine zur Elementwiderstandserfassung. 10 Fig. 10 is a flowchart of an element resistance detection subroutine executed by the microprocessor according to the first embodiment.
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. 11A to 11D Figures 12-14 are graphs showing examples of changes in the voltage applied to the lambda probe and respective current changes caused by these voltage changes.
12 ist
eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen der Elementtemperatur
und dem Elementwiderstand der Lambda-Sonde veranschaulicht. 12 is a graph illustrating the relationship between the element temperature and the element resistance of the lambda probe.
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. 13A to 13D . 14A to 14D and 15A to 15D FIG. 4 are graphs showing other variations of changes in the voltage applied to the lambda sensor and current changes caused by these voltage changes, respectively. FIG.
16 ist
ein Ablaufdiagramm einer Subroutine zur Elementwiderstandsmessung
gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. 16 FIG. 10 is a flowchart of an element resistance measurement subroutine according to a second embodiment of the invention. FIG.
17 ist
eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen Spannung/Strom-Kennlinien
der Lambda-Sonde
und deren Dynamikbereich veranschaulicht. 17 is a graph illustrating the relationship between voltage / current characteristics of the lambda probe and its dynamic range.
18 ist
eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen Spannung/Strom-Kennlinien
der Lambda-Sonde
und deren Dynamikbereich, der nur für den Magergemischbereich eingestellt
ist. 18 is a graph showing the relationship between voltage / current characteristics of the lambda probe and its dynamic range, which is set only for the lean mixture range.
19 ist
ein Ablaufdiagramm einer Subroutine zur Elementwiderstandsmessung
gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. 19 FIG. 10 is a flowchart of an element resistance measurement subroutine according to a third embodiment of the invention. FIG.
20A und 20B sind
graphische Darstellungen der Spannung/Strom-Kennlinien von Lambda-Sonden
mit voneinander verschiedenen Elementtemperaturen. 20A and 20B are graphical representations of the voltage / current characteristics of lambda probes with mutually different element temperatures.
21A und 21B sind
graphische Darstellungen, die den Zusammenhang zwischen der an die
Lambda-Sonde angelegten Spannung und dem Sensorstrom der Lambda-Sonde
veranschaulichen. 21A and 21B are graphical representations illustrating the relationship between the voltage applied to the lambda probe voltage and the sensor current of the lambda probe.
22A und 22B sind
graphische Darstellungen, die den Zusammenhang zwischen der an die
Lambda-Sonde angelegten Spannung und den Sensorstrom der Lambda-Sonde
veranschaulichen. 22A and 22B are graphical representations illustrating the relationship between the voltage applied to the lambda probe voltage and the sensor current of the lambda probe.
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. 23 FIG. 12 is a graph illustrating the relationship between the frequency of an AC voltage input to the lambda probe and the AC impedance of the lambda probe.
24 ist
ein schematisches Schaltbild einer Schalteinheit gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. 24 is a schematic diagram of a switching unit according to a fourth embodiment of the invention.
25 ist
eine schematische Darstellung der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Meßeinrichtung
gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel. 25 FIG. 12 is a schematic diagram of the air-fuel ratio measuring apparatus according to the fourth embodiment. FIG.
26 ist
ein Schaltbild einer Vorspannungssteuerschaltung gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel. 26 FIG. 15 is a circuit diagram of a bias control circuit according to the fourth embodiment. FIG.
27 ist
ein Ablaufdiagramm einer Subroutine zur Grenzstrommessung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel. 27 FIG. 10 is a flowchart of a subroutine for limiting current measurement according to the fourth embodiment. FIG.
28 ist
ein Ablaufdiagramm einer Subroutine zur Elementwiderstandsmessung
gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel. 28 FIG. 10 is a flowchart of an element resistance measurement subroutine according to the fourth embodiment. FIG.
29 ist
ein graphische Darstellung, die konkret die Funktion bei dem vierten
Ausführungsbeispiel
veranschaulicht. 29 Fig. 10 is a diagram concretely illustrating the function in the fourth embodiment.
30A bis 30C sind
graphische Darstellungen, die Spannung/Strom-Kennlinien der Lambda-Sonde
außerhalb
des Dynamikbereiches einer Strommeßschaltung zeigen. 30A to 30C FIG. 11 are graphs showing voltage / current characteristics of the lambda probe out of 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. 31A to 31C are graphs showing the voltage / current characteristics of the lambda probe at the shutdown of the probe.
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 Elementwiderstandes Re
veranschaulicht. 32 is a graph illustrating the relationship between an element resistance R determined due to a voltage change and the characteristic of an element resistance Re detected due to the shutdown of the lambda probe.
33A und 33B sind
graphische Darstellungen für
den Vergleich eines auf der Spannungsänderung basierenden Elementwiderstand-Meßverfahrens
mit einem auf dem Abschalten der Lambda-Sonde basierenden Elementwiderstand-Meßverfahren. 33A and 33B Fig. 10 are graphs for comparing a voltage change based element resistance measuring method with a lambda probe based element resistance measuring method.
34 ist
eine schematische Darstellung einer Luft/Brennstoff-Verhältnis-Meßeinrichtung
gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. 34 is a schematic representation of an air / fuel ratio measuring device according to a fifth embodiment of the invention.
35 ist
ein Schaltbild einer Vorspannungssteuerschaltung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel. 35 FIG. 15 is a circuit diagram of a bias control circuit according to the fifth embodiment. FIG.
36 ist
ein Ablaufdiagramm einer Subroutine zur Elementwiderstandsmessung
gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel. 36 FIG. 10 is a flowchart of an element resistance measurement subroutine according to the fifth embodiment. FIG.
37 ist
ein Ablaufdiagramm einer Routine für das auf der Spannungsänderung
basierende Messen des Elementwiderstandes gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel. 37 FIG. 10 is a flowchart of a routine for the voltage change-based measurement of the element resistance according to the fifth embodiment.
38 ist
ein Ablaufdiagramm einer Routine für das auf dem Abschalten der
Lambda-Sonde basierende Messen des Elementwiderstandes gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel. 38 FIG. 12 is a flowchart of a routine for the lambda probe-based measurement of element resistance according to the fifth embodiment.
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. 39 FIG. 15 is a voltage-current characteristic diagram showing the current ranges in which the voltage-change-based element resistance measuring method is applied and the element resistance measuring method based on the temporary shutdown of the lambda probe is applied.
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. 40 FIG. 15 is a voltage-current characteristic diagram showing the current ranges in which the voltage-change-based element resistance measuring method is applied and the element resistance measuring method based on the temporary shutdown of the lambda probe is applied.
41 ist
eine Schnittansicht, die ausführlich
den Aufbau einer integrierten Lambda-Sonde gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt. 41 FIG. 10 is a sectional view showing in detail the structure of a lambda integrated probe 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. 42 FIG. 12 is a graph illustrating the relationship between a sensor-integrated-motor-electrode voltage and the air-fuel ratio according to the sixth embodiment.
43 ist
eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen einem
Pumpstrom in der integrierten Lambda-Sonde und dem Luft/Brennstoff-Verhältnis veranschaulicht. 43 FIG. 12 is a graph illustrating the relationship between a pumping current in the integrated lambda probe and the air / fuel ratio. FIG.
44 ist
ein Schaltbild einer Vorspannungssteuerschaltung gemäß dem sechsten
Ausführungsbeispiel. 44 FIG. 15 is a circuit diagram of a bias control circuit according to the sixth embodiment. FIG.
45A und 45B zeigen
Kurvenformen einer Spannungsänderung
und einer entsprechenden Stromänderung
gemäß dem sechsten
Ausführungsbeispiel. 45A and 45B show waveforms of a voltage change and a corresponding current change according to the sixth embodiment.
46A und 46B zeigen
Kurvenformen einer Spannungsänderung
und einer durch eine solche Spannungsänderung verursachten Stromänderung
bei einem herkömmlichen
Elementwiderstand-Maßverfahren. 46A and 46B show waveforms of a voltage change and a current change caused by such a voltage change in a conventional element resistance measurement 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
Brennstroff gemäß dem durch
die Meßeinrichtung
erfaßten
Luft/Brennstroff-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.Hereinafter, a first embodiment will be described, in which the invention in an air / fuel ratio measuring device attached is turned. The measuring device according to this embodiment is used for a gasoline engine with electronic injection control, which is installed in a vehicle. An air / fuel ratio control system of the engine controls the amount of fuel to be injected into the engine according to the air / fuel ratio detected by the meter to achieve a desired air / fuel ratio. Hereinafter, the procedures for detecting the air-fuel ratio A / F by means of a lambda probe and measuring the element resistance using the AC characteristics of the lambda probe will be explained in detail.
1 ist
eine schematische Darstellung, die eine Gestaltung der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Meßeinrichtung
gemäß diesem
Ausführungsbeispiel zeigt.
Gemäß 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/Lesespeicher RAM und dergleichen.
Der Mikroprozessor 20 steuert gemäß einem vorbestimmten Steuerprogramm
eine Vorspannungssteuerschaltung 40 und eine Heizsteuerschaltung 25,
die nachfolgend beschrieben werden. 1 FIG. 12 is a schematic diagram showing a configuration of the air-fuel ratio measuring device according to this embodiment. FIG. According to 1 The measuring device includes a current limiting air / fuel ratio sensor hereinafter referred to as lambda probe 30 which serves as an oxygen concentration sensor. The lambda probe 30 is in an exhaust pipe 12 installed, which differs from an engine block 11 a machine 10 extends away. In response to the application of a voltage as directed by a microprocessor 20 generates the lambda probe 30 a linear lambda measurement signal having a value proportional to the oxygen content in the exhaust gas. The microprocessor 20 contains. a central processing unit CPU, a read only memory ROM, a random access memory RAM, and the like. The microprocessor 20 controls a bias control circuit according to a predetermined control program 40 and a heating control circuit 25 , which are described below.
Die 2 ist
eine schematische Schnittansicht der Lambda-Sonde 30. Gemäß 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 große 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.The 2 is a schematic sectional view of the lambda probe 30 , According to 2 protrudes the lambda probe 30 into the interior of the exhaust pipe 12 , The lambda probe 30 consists mainly of a cover 31 , a sensor body known as a sensor element 32 and a heating element 33 , The cover 31 has U-shaped cross-section. In the scope of the cover 31 is a large number of small holes 31a for making the connection between the inside and the outside of the cover 31 educated. The sensor element 32 Recalls a limiting current corresponding to the oxygen concentration in an area where the air / fuel mixture is lean or in a region where the mixture is rich in the concentration of unburned gases (CO, HC, H 2, and the like).
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 Trockenelektrolytschicht 34 eine atmosphärenseitige
Elektrodenschicht 37 aufgebracht ist. Ferner ist auf die
Außenfläche der
abgasseitigen 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 will be described below 32 described in detail. In the sensor element 32 is on the outer surface of a solid electrolyte layer 34 , which has U-shaped cross section, an exhaust gas electron layer 36 applied while on the inner surface of the solid electrolyte layer 34 an atmosphere-side electrode layer 37 is applied. Further, on the outer surface of the exhaust gas side electron layer 36 by plasma spraying or the like, a diffusion resistance layer 35 educated. The solid electrolyte layer 34 has a sintered body of an oxygen ion conductive oxide obtained by adding ZrO 2 , HfO 2 , ThO 2 , Bi 2 O 3 or the like with CaO, MgO, Y 2 O 3 , Yb 2 O 3 or the like as a stabilizer. The diffusion resistance layer 35 It is made of a heat-resistant inorganic material such as alumina, magnesia, silicate, spinel, mullite or the like. The two electron layers 36 and 37 from the exhaust gases and the atmosphere are made of a noble metal having high catalyst properties such as platinum or the like, and its surface is coated with porous chemical materials. The area and thickness of the exhaust gas electron layer 36 are each about 10 to 100 mm 2 and about 0.5 to 2.0 mm, while the atmosphere-side electron layer 37 has an area of less than 10 mm 2 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 atmosphärenseitigen Elektronenschicht 37,
der Trockenelektrolytschicht 34, der abgasseitigen Elektronenschicht 36 und
der Diffusionswiderstandsschicht 35 besteht). Das Heizelement 33 hat
eine Wärmeerzeugungskapazität, die für das Aktivieren
des Sensorelements 32 ausreichend ist.The heating element 33 is within the atmosphere-side electrode layer 37 arranged and generates heat energy for heating the sensor element 32 (which from the atmosphere-side electron layer 37 , the solid electrolyte layer 34 , the exhaust-side electron layer 36 and the diffusion resistance layer 35 consists). The heating element 33 has a heat generating capacity necessary for activating the sensor element 32 is sufficient.
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 Sensorelementes 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 Wärmeregelung mit den Heizelement 33 bis
zu dem Aktivierungstemperaturbereich aufgeheizt. Andererseits ändert sich
in dem Bereich, in dem das Luft/Brennstoff-Verhältnis in bezug auf das stöchiometrische
Luft/Brennstoff-Verhältnis
in dem Fettgemischbereich 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 designed in the manner described above lambda probe 30 calls the sensor element 32 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, a limiting current corresponding to the oxygen concentration. The limiting current corresponding to the oxygen content in this case is the area of the exhaust gas-side electrode layer 36 and the thickness, the porosity and the mean hole diameter of the diffusion resistance layer 35 certainly. The sensor element 32 Although suitable for linear detection of oxygen concentration, it is impossible to use the activation range exclusively by utilizing the heat of the exhaust gases from the engine 10 to control because of the activation of the sensor element 32 required temperatures are high temperatures above 600 ° C and the temperature range for keeping active the sensor element 32 is relatively narrow. Therefore, in this embodiment, the sensor element becomes 32 by heat regulation with the heating element 33 up to the activation temperature heated area. On the other hand, in the range where the air / fuel ratio is in the rich mixture area with respect to the stoichiometric air / fuel ratio, the concentration of unburned gases such as carbon monoxide CO and the like changes substantially linearly with respect to changes in air / fuel ratio. In this case, the sensor element is calling 32 a limit current corresponding to the concentration of CO and the like.
Die
Spannung/Strom-Kennlinien des Sensorelementes 32 werden
unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Gemäß 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 be referring to 3 described. According to 3 is between in the solid electrolyte layer 34 of the sensor element 32 flowing current to that through the lambda probe 30 detected air / fuel ratio is proportional, and on the solid electrolyte layer 34 applied voltage to observe a linear relationship. In this case, the limiting current of the sensor element 32 represented by the parallel to the voltage axis V straight curve sections. The limiting current (sensor current) becomes more or less proportional to the ratio A / F, 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 becomes. On the other hand, the smaller the ratio A / F, the weaker the limiting current becomes.
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 Elementwiderstand
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 characteristics, the voltage ranges below the straight curve portions parallel to the voltage axis V are resistance-dependent regions in which the gradient of a straight line, e.g. B. a line L1 through the internal resistance of the solid electrolyte layer 34 of the sensor element 32 is determined, which corresponds to the element resistance. This element resistance changes in proportion to the sensor temperature and, therefore, this gradient becomes smaller due to an increase in the element resistance when the temperature of the sensor element 32 gets lower.
Gemäß der Darstellung
in 1 wird von dem Mikroprozessor 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 Tiefpaßfilter TPF 22 abgegeben
wird. An die Vorspannungssteuerschaltung 40 wird dann eine
Ausgangsspannung Vc abgegeben, die von dem Tiefpaßfilter 22 durch
Ausscheiden von Hochfrequenzkomponenten 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 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 1 is from the microprocessor 20 to a D / A converter 21 a digital bias control signal Vr for applying voltage to the lambda probe 30 delivered by the D / A converter 21 converted to an analog signal Vb and then to a low-pass filter TPF 22 is delivered. To the bias control circuit 40 Then, an output voltage Vc is output from the low-pass filter 22 is generated by elimination of high-frequency components from the analog signal Vb. This bias control circuit 40 is designed to be connected to the lambda probe 30 either applying a voltage for detecting the air / fuel ratio A / F or a voltage for measuring the element resistance. If the ratio A / F is detected, the in 3 is used to adjust the applied voltage Vp according to the corresponding ratio A / F. On the other hand, if the element resistance is detected, it will be sent to the lambda probe 30 a single voltage signal with a predetermined time constant applied, which represents a predetermined frequency for changing the applied voltage.
Die
Vorspannungssteuerschaltung 40 enthält eine Strommeßschaltung 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 Vorspannungssteuerschaltung 40 wird nachfolgend
ausführlich
beschrieben.The bias control circuit 40 contains a current measuring circuit 50 , which detects the current after applying voltage to the lambda probe 30 is caused. An analog signal, which by the current measuring circuit 50 detected current value is via an A / D converter 23 the microprocessor 20 fed. A design of the bias control circuit 40 will be 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 Heizelementes 33 zu regeln.The heating control circuit 25 controls the function of the heating element 33 that in the lambda probe 30 is appropriate. That is, the heating control circuit 25 controls the switch-on factor from a battery power source (not shown) to the heating element 33 supplied electric power according to the element temperature of the lambda probe 30 or the heating element temperature, the heating function of the heating element 33 to regulate.
Nachstehend
wird ausführlich
die an die Lambda-Sonde 30 angelegte Steuerspannung für das Erfassen
des Elementwiderstandes beschrieben. Der Mikroprozessor 20 erzeugt
das digitale Vorspannungssteuersignal Vr. Dieses Vorspannungssteuersignal
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 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 4A und 4B zu
einem Zeitpunkt t1 die Ausgangsspannung 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 dem Tiefpaßfilter 22 ein
Signal, dessen Hochfrequenzkomponenten dadurch beseitigt sind, daß eine vorbestimmte
Zeitkonstante eingeführt
ist.The following is the detail of the lambda probe 30 applied control voltage for detecting the element resistance described. The microprocessor 20 generates the digital bias control signal Vr. This bias control signal Vr becomes after passing through the D / A converter 21 and the low pass filter 22 converted into an analog single or pulsed voltage signal having a predetermined time constant. In 4A and 4B are examples of waveforms of the output voltage Vb from the D / A converter 21 and the output voltage Vc from the low-pass filter 22 shown in the detection of the element resistance. In this case, according to 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 detecting the ratio A / F. At a time t2, only for a short period of time, which is shorter than the time period between the times t1 and t2, the output voltage is switched to a value lower than the aforementioned applied voltage Vp. Then, at a time t3, the output voltage Vb is reset to its original voltage value Vp. On the other hand, the output signal Vc is from the low-pass filter 22 a signal whose high frequency components are eliminated by a predetermined time constant is introduced.
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.at
this embodiment
is a signal as a voltage with a predetermined time constant
denotes which contains only a single frequency component. The
Determination of this frequency component will be described below.
Die 5 ist
ein Äquivalenzschaltbild
der Lambda-Sonde 30. Im einzelnen ist in 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 Elektrodengrenzkapazität der Platinelektrodenschichten 36 und 37 jeweils
mit Rf und Cf bezeichnet.The 5 is an equivalent circuit diagram of the lambda probe 30 , In detail is in 5 the equivalent circuit of the sensor element 32 shown. In this circuit, the particle resistance of the solid electrolyte layer 34 to oxygen ions with Rg, the particle resistance and the intergranular capacity of the solid electrolyte layer 34 at their grain boundary surfaces each with Ri and Ci and the electrode interface resistance and the electrode limit capacity of the platinum electrode layers 36 and 37 each designated by Rf and Cf.
Die 6 zeigt
die komplexen Impedanzkennlinien der in 5 dargestellten
Lambda-Sonde 30. In dieser 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: ZAC = Zreal + j·Zimaginär (1) The 6 shows the complex impedance characteristics of in 5 illustrated lambda probe 30 , In this 6 On the X-axis, a real part Zreal of the complex impedance is shown, while on the Y-axis an imaginary part Zimaginär of the complex impedance is shown. The impedance ZAC is expressed by the following equation: ZAC = Zreal + j · Zimaginary (1)
In 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 6 At a point A, the impedance at a change of the applied voltage at a frequency of 1 kHz is shown. When the frequency is lower than 1 kHz, the impedance characteristic is that to the right of the point A, while at a frequency above 1 kHz, the impedance characteristic is that to the left of the point A. That is, when the frequency is close to 1 kHz, the impedance of the sum of Rg and Ri is measured.
Die 7 ist
eine Abwandlung der 6, wobei auf der X-Achse die
Frequenz dargestellt ist und auf der Y-Achse die Impedanz ZAC aufgetragen ist.
Gemäß der Darstellung
in 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 Frequenzbereich
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 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.The 7 is a modification of 6 , where the frequency is shown on the X axis and the impedance ZAC is plotted on the Y axis. As shown in 7 The impedance ZAC of the lambda probe in the frequency range of 1 kHz to 10 MHz converges to the determined value Rg, which is smaller than (Rg + Ri). Thus, the frequency range of 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, setting the frequency to 1 kHz, the time constant through the low-pass filter 22 is set to about 159 μs to obtain the corresponding rising waveform (time t1 to t2 in FIG 4B ). The lower limit of the time constant, namely the upper limit of the frequency, is the processing capability of the D / A converter 21 or the A / D converter 23 dependent. By using faster circuits, the lower limit of the time constant can be further reduced.
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 changing the generated to the lambda probe 30 voltage to be applied the microprocessor 20 a digital signal which has frequency components around 1 KHz. This digital signal is after passing through the D / A converter 21 and the low-pass filter 22 converted into a signal having a predetermined time constant (of about 159 μs). That of the microprocessor 20 output control signal can be relatively easily generated because 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 4A) eine
Spannung mit einer zur Polarität
der zuvor (in der Zeit t1 bis t2 nach 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, when the voltage for detecting the element resistance is returned to the voltage for detecting the ratio A / F and this switching to the voltage for detecting the ratio is direct, the sensor current immediately after this switching reaches due to the effects of In the above-described capacitances Ci and Cf stored electric charges immediately its peak, so that therefore the time is required for converging the current to its original value is extended. As a result, in this embodiment, in the switching from the voltage for detecting the element resistance to the original voltage, which is the voltage for detecting the ratio A / F, for a short period of time (from t2 to t3 after 4A ) a voltage with a polarity of the previously (in the time t1 to t2 after 4A applied voltage of opposite polarity to completely discharge the electric charges in the capacitances Ci and Cf within a short period of time and also to shorten the time for stabilizing the sensor current. In this case, it is desirable to control the voltage so as to move substantially the same amount of electric charges in the sensor element when the applied voltage is applied to the one polarity (which may be the positive or negative polarity) and if thereafter applied voltage is switched to the other polarity. For this purpose, when the applied voltage is switched, this voltage may have positive and negative waveforms that are symmetrical to each other.
Als
nächstes
wird unter Bezugnahme auf das in 8 dargestellte
Schaltbild der Aufbau der Vorspannungssteuerschaltung 40 beschrieben.
Gemäß 8 enthält die Vorspannungssteuerschaltung 40 hauptsächlich einen
Bezugsspannungsschaltkreis 44, eine erste Spannungszuführschaltung 45,
eine zweite Spannungszuführschaltung 47 und
die Strommeßschaltung 50.
Der Bezugsspannungsschaltkreis 44 teilt eine konstante
Spannung Vcc mit Spannungsteilerwiderständen 44a und 44b auf
eine konstante Bezugsspannung Va herunter.Next, referring to the in 8th illustrated circuit diagram of the structure of the bias control circuit 40 described. According to 8th includes the bias control circuit 40 mainly a reference voltage circuit 44 , a first voltage supply circuit 45 , a second voltage supply circuit 47 and the current measuring circuit 50 , The reference voltage circuit 44 shares a constant voltage Vcc with voltage dividing resistors 44a and 44b down to a constant reference voltage Va.
Die
erste Spannungszuführschaltung 45 ist durch
eine Spannungsfolgerschaltung gebildet. Diese erste Spannungszuführschaltung 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 2 dargestellten
atmosphärenseitigen
Elektrodenschicht 37 verbunden ist. Im einzelnen enthält die erste
Spannungszuführschaltung 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 Strommeßschaltung 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 power supply circuit 45 is formed by a voltage follower circuit. This first voltage supply circuit 45 carries a voltage equal to the reference voltage Va of the reference voltage circuit 44 is, a connection 42 the lambda probe 30 too, who with the in 2 illustrated atmosphere-side electrode layer 37 connected is. In detail, the first voltage supply circuit contains 45 an arithmetic amplifier 45a , its non-inverting input terminal having a voltage dividing point between the voltage dividing resistors 44a and 44b is connected and its inverting input terminal to one terminal 42 the lambda probe 30 connected, a resistor 45b connected to a connection to the output terminal of the operational amplifier 45a is connected, an NPN transistor 45c and a PNP transistor 45d , The bases of the NPN transistor 45c and the PNP transistor 45d are at the other terminal of the resistance 45b connected. The collector of the NPN transistor 45c is connected to the constant supply voltage Vcc and the emitter thereof is via a current measuring resistor 50a with the one port of the lambda probe 30 connected. This current measuring resistor 50a represents the current measuring circuit 50 dar. The emitter of the PNP transistor 45d is with the emitter of the NPN transistor 45c connected while the collector of the PNP transistor 45d 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 2 dargestellten
abgasseitigen Elektrodenschicht 36 verbunden ist. Im einzelnen
enthält
die zweite Spannungszuführschaltung 47 einen
Rechenverstärker 47a,
dessen nicht invertierender Eingangsanschluß mit dem 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-Transtors 47c verbunden, während der Kollektor des Transistors 47c mit
Masse verbunden ist.The second power supply circuit 47 is also formed by a voltage follower circuit. This second voltage supply circuit 47 carries a voltage equal to the output voltage Vc from the low-pass filter 22 is, the other connection 41 the lambda probe 30 too, who with the in 2 shown exhaust-gas electrode layer 36 connected is. In detail, the second voltage supply circuit includes 47 an arithmetic amplifier 47a , its non-inverting input terminal to the output terminal of the low-pass filter 22 , is connected and its inverting input terminal to the other terminal 41 the lambda probe 30 connected, a resistor 47b connected to a connection to the output terminal of the operational amplifier 47a is connected, an NPN transistor 47c and a PNP transistor 47d , The bases of the NPN transistor 47c and the PNP transistor 47d are both with the other terminal of the resistor 47b connected. The collector of the NPN transistor 47c is connected to the constant voltage Vcc and the emitter of this transistor 47c is with the other terminal of the lambda probe 30 connected. The emitter of the PNP transistor 47d is with the emitter of NPN-Transtors 47c connected while the collector of the transistor 47c 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.In the structure described above, the one terminal 42 the lambda probe 30 constantly fed to the constant voltage Va. If the other connection 41 the lambda probe 30 over the low-pass filter 22 a voltage Vc is supplied, which is lower than the constant voltage Va, receives the lambda probe 30 a positive bias. If the other port of the lambda probe 30 over the low-pass filter 22 is supplied with a voltage Vc higher than the constant voltage Va becomes the lambda probe 30 negatively biased.
Nachstehend
wird die Funktion der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Meßeinrichtung
mit dem vorangehend beschriebenen Aufbau erläutert. Die 9 ist
ein Ablaufdiagramm einer Steuerprozedur gemäß diesem Ausführungsbeispiel.
Diese Steuerprozedur wird auf den Beginn der Stromversorgung des
Mikroprozessors 20 hin ausgeführt. Gemäß 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 3 dargestellten Kennlinie L1
legt der Mikroprozessor 20 an die Lambda-Sonde 30 eine Spannung
Vp an, welche dem erfaßten
Verhältnis A/F
entspricht.Next, the function of the air-fuel ratio measuring apparatus having the above-described structure will be explained. The 9 Fig. 10 is a flowchart of a control procedure according to this embodiment. This control procedure is based on the beginning of the power supply of the microprocessor 20 executed. According to 9 determines the microprocessor 20 in one step 100 whether after the last detection of the air / fuel ratio A / F a predetermined time T1 has elapsed. The predetermined time T1 corresponds to the frequency for detecting the ratio A / F. Preferably, T1 is set to z. B. 2 to 4 ms. If, after the last detection of the ratio A / F, the predetermined time T has elapsed, the microprocessor receives 20 at the step 100 a positive answer and the controller moves to a step 110 further. At the step 110 is from the microprocessor 20 by the current measuring circuit 50 detected sensor current Ip (Grenzstrom- or threshold current) and recorded using a predetermined characteristic field, a corresponding value of the air / fuel ratio of the machine 10 determined, which corresponds to the sensor current Ip. Applying the in 3 illustrated characteristic line L1 sets the microprocessor 20 to the lambda probe 30 a voltage Vp corresponding to the detected ratio A / F.
Im
weiteren ermittelt der Mikroprozessor 20 in einem Schritt 120,
ob nach dem letzten Erfassen des Elementwiderstandes 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 Maschinenbetriebszustand 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.
Wann der Mikroprozessor 20 bei dem Schritt 120 eine
positive Antwort erhält,
wird darauffolgend in einem Schritt 130 der Elementwiderstand
gemessen.In the further determined the microprocessor 20 in one step 120 whether a predetermined time T2 has elapsed after the last detection of the element resistance. The predetermined time T2 corresponds to the frequency of detection of the element resistance. This predetermined time becomes selectively, for example, according to the operating state of the engine 10 set. In this embodiment, normally, when a relatively small change in the ratio A / F occurs, namely, the engine operating condition is normal, the predetermined time T2 is set to 2 seconds. On the other hand, if there is 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 at the step 120 receives a negative determination, the ratio A / F is detected each time the predetermined time described above elapses. When the microprocessor 20 at the step 120 gets a positive answer, is subsequently in one step 130 the element resistance measured.
Unter
Bezugnahme auf eine in 10 dargestellte Subroutine wird
eine Prozedur für
das Messen des Elementwiderstandes beschrieben. Gemäß 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.With reference to a in 10 In the illustrated subroutine, a procedure for measuring the element resistance will be described. According to 10 determines the microprocessor 20 in one step 131 whether the mixture with the current ratio A / F is a rich or a lean mixture. If the ratio A / F indicates a lean mixture, the microprocessor will turn on 20 in one step 132 the applied voltage V p , namely the ratio measuring voltage from negative to positive. If the ratio A / F corresponds to a rich mixture, changes in one step 133 the applied voltage V p from positive to negative, wherein 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 ΔV und ΔI der Elementwiderstand
R berechnet (R = ΔV/ΔI). Nach
dem Schritt 135 kehrt die Steuerung zu der ursprünglichen Hauptroutine
zurück.Then the microprocessor takes 20 at one step 134 after the switching of the applied voltage, the amount ΔV of the voltage change and the amount ΔI of the change in the current measuring circuit 50 detected sensor current. In a subsequent step 135 is from the microprocessor 20 calculated from .DELTA.V and .DELTA.I the element resistance R (R = .DELTA.V / .DELTA.I). After the step 135 control returns to the original main routine.
In 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 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 Stromwertes
zu der negativen Polung hin erfaßt. Die angelegte Spannung
a [V] und der Sensorstrom b [A], die in 11A und 11B dargestellt sind, entsprechen jeweils Punkten
a bzw. b in 3, Falls andererseits das Verhältnis A/F
dem fetten Gemisch entspricht, z. B. gleich 13 ist, wird gemäß der Darstellung
in 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
Stromänderung ΔI des Stromwertes
zu der positiven Polung hin erfaßt. Die angelegte Spannung
c und der Sensorstrom d, die in 11C und 11D dargestellt sind, entsprechen jeweils Punkten
c bzw. d in 3.In 11A to 11D are waveforms of voltages connected to the lambda probe 30 be applied (output voltages Vc after passing through the low-pass filter 22 ) and waveforms of the sensor current flowing when these voltages are applied. That is, if the ratio A / F corresponds to the lean mixture, e.g. B. is equal to 18, is according to 11A and 11B the to the lambda probe 30 applied voltage by a voltage amount .DELTA.V to the negative polarity switched back and it is detected a corresponding current change .DELTA.I the current value to the negative polarity out. The applied voltage a [V] and the sensor current b [A], which in 11A and 11B are respectively correspond to points a and b in 3 On the other hand, if the ratio A / F corresponds to the rich mixture, e.g. B. is equal to 13, as shown in FIG 11C and 11D the to the lambda probe 30 applied voltage by the voltage amount .DELTA.V to the positive polarity switched back and it is detected a corresponding current change .DELTA.I the current value to the positive polarity out. The applied voltage c and the sensor current d, which in 11C and 11D are respectively correspond to points c and d in 3 ,
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
Spannungsänderung
zu der positiven Seite hin ermittelt wird, gelangt der Sensorstrom
niemals aus dem (in 3 dargestellten) Dynamikbereich
des Strommeßschaltkreises 50 heraus.Here, since the sensor current at the lean mixture ratio A / F is determined according to a voltage change to the negative side or at the rich mixture ratio A / F according to a voltage change to the positive side, the sensor current never comes out of the (in 3 shown) dynamic range of Strommeßschaltkreises 50 out.
Andererseits
besteht gemäß der Darstellung in 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 Elementtemperatur
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 Heizelementsteuerung 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 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 the element temperature decreases, 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 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, which is a temperature at which the lambda probe 30 is fully activated. In the heater control, the amount of power that is charged to the heater is calculated 33 for deriving 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 turn-on factor of the power supply to the heating element 33 used. That is, an element temperature based feedback control is executed.
Die
sich durch das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel bietenden Vorteile
werden nachstehend aufgezählt:
- (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 Sensorelementwiderstandes 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 Elementwiderstand 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.
- (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 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.
- (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
Mikroprozessor 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.
- (d) Darüber
hinaus wird bei der Gestaltung gemäß diesem Ausführungsbeispiel
der Elementwiderstand aus einer Stromänderung 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 Elementwiderstand
von einer Stromänderung
ausgehend erfaßt,
die durch das Anlegen einer Spannung zu der positiven Seite hin
hervorgerufen 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.
- (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 Elementwiderstandsmessung
beschleunigt werden.
- (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.
The advantages offered by the embodiment described above are listed below: - (a) In this embodiment, the to the lambda probe 30 voltage applied to detect the air / fuel ratio to the voltage for measuring the sensor element resistance of the lambda probe 30 changed 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 voltage change and a current change caused by the voltage change. Therefore, according to this embodiment, at the oxygen sensor, during the switching from the applied voltage to the voltage for measuring the element resistance, the steep current increase which is a problem to be observed in the prior art can be prevented. As a result, the sensor current values can be accurately measured, resulting in highly accurate detection of the element resistance state of the lambda probe 30 allows. In this case, since the element resistance is detected by means of a single AC voltage wave applied during the air / fuel ratio detection process, the time required for detecting the element resistance is shortened. Further, the accuracy of detecting the ratio A / F is not impaired and remains at a considerably high level even when the engine is operated in its transient state.
- (b) In this embodiment, the above time constant is set to a value (less than 159 μs) which sets the cutoff frequency for switching the element resistance measuring voltage to 1 kHz. As a result, as shown in 7 the frequency response of the lambda probe 30 evenly. To further stabilize the impedance curve, it is desirable to limit the time constant within a range of 32 to 53 μs, which corresponds to the frequency range of 3 kHz to 5 kHz.
- (c) In this embodiment, an alternating voltage signal having a predetermined time constant is applied to the lambda probe 30 the low pass filter 22 used. As a result, it is possible to achieve the desired purpose with a much simpler structure. In this case, the microprocessor 20 only generate digital signals and not perform any high-quality computation. Thus, it is possible to provide an air / fuel ratio measuring device which can be easily manufactured.
- (d) Moreover, in the configuration according to this embodiment, the element resistance is detected 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 either case, the element resistance is detected by utilizing a current change directed into the dynamic range, which in the beginning is for the current sensing circuit 50 is scheduled. Thus, deterioration of the measurement accuracy caused by current changes outside the dynamic range can be prevented. A further advantageous effect is further that the dynamic range can be kept at a minimum range, that is, the dynamic range can be set within a narrow range, to a high measurement accuracy of the current measuring circuit 50 sure.
- (e) The voltage waveform is set such that when a positive voltage is applied and when a negative voltage of equal magnitude is 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 after termination of the element resistance measurement can be accelerated.
- (f) If, as described above, the element resistance can be detected in a very accurate manner, it is also possible under the rules of activation of the lambda probe 30 namely, the control of the power supply to the heating element 33 by applying the detected element resistance to improve the accuracy. In addition, the detected element resistance can also be effectively used for judging deterioration of the functions of the probe.
Das
Schalten der bei dem Messen des Elementwiderstandes angelegten Spannung
kann gemäß der Darstellung
in 13A bis 15D abgewandelt
werden. Bei der in 13A bis 13D dargestellten
Variante wird die für
das Messen des Elementwiderstandes 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 11A bis 11D gemäß der ersten Spannungskurve
gemessen. Wenn das Verhältnis A/F
dem Magergemisch entspricht, z. B. gleich 18 ist, wird gemäß 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 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 the element resistance is measured can be as shown in FIG 13A to 15D be modified. At the in 13A to 13D As shown in the embodiment described above, the voltage applied for measuring the element resistance is switched to both positive and negative voltage as in the embodiment described above. In this variant, however, the amount of voltage change .DELTA.V and the amount of current change .DELTA.I according to the second voltage curve and not as shown in FIG 11A to 11D measured according to the first voltage curve. If the ratio A / F corresponds to the lean mixture, z. B. is equal to 18, is according to 13A and 13B the voltage from positive to negative voltage with respect to the immediately preceding voltage, namely the voltage for detecting the ratio A / F changed and the element resistance calculated from the amount .DELTA.V of the negative voltage change and the amount .DELTA.I of the negative current change. On the other hand, when the ratio A / F is equal to the rich mixture, namely equal to 13, for example, FIG 13C and 13D the voltage is switched from negative to positive voltage with respect to the immediately preceding voltage, and the element resistance is calculated from the amount ΔV of the positive voltage change and the amount ΔI of the positive current change.
Ferner
wird bei der in 14A bis 14D dargestellten
Variante die angelegte Spannung nur zu einer Seite hin, nämlich entweder
zu einer positiven 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 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 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, at the in 14A to 14D illustrated variant, the applied voltage only to one side, namely changed to either a positive or 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 equals the lean mixture, as shown in 14A and 14B as with the previous ones Embodiments set the applied voltage to a negative voltage and determines the element resistance of the amount of current change and the amount of voltage change. On the other hand, if the ratio A / F corresponds to the rich mixture, as shown in FIG 14C and 14D the applied voltage is set to a positive voltage and the element resistance is determined from the amount of current change and the amount of voltage change. Although in this case, the time required for converging the sensor current to its original limit current level is prolonged, the accuracy for the element resistance detection is not impaired.
Bei
den in 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 Sensorstromänderung
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.At the in 13A to 14D As in the previous first 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 accurately within the dynamic range of the current measuring circuit 50 be measured. Further, from the beginning, the dynamic range of the current measuring circuit 50 be set to a minimum range.
Ferner
wird bei einer in 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 Strommeßschaltung 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 15A oder die in 15C dargestellte Ausführungsform angewandt werden.Furthermore, at an in 15A to 15D 1, the applied voltage is set to both the positive and negative voltages, and the amount ΔV of the voltage change and the amount ΔI of the current change are measured according to a difference between the maximum value and the minimum value obtained at the voltage change , Although the element resistance can be measured most accurately compared to the other cases, it must be for the current measuring circuit 50 a relatively large dynamic range can be set. 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, either those in FIG 15A or the in 15C illustrated embodiment are applied.
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 Unterschiede gegenüber
dem ersten Ausführungsbeispiel
gerichtet.below
the invention according to a
second to sixth embodiments
described. Here is the explanation
omitted from parts or the like with those in the
first embodiment
The following description is therefore merely
towards differences
the first embodiment
directed.
Nachstehend
wird unter Bezugnahme auf 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.Hereinafter, referring to 16 to 18 the second embodiment described. According to the description of the first embodiment, the element resistance is unconditionally detected according to a current change caused by the application of negative voltage at the lean mixture ratio and by the application of positive voltage at the rich mixture ratio. The predetermined dynamic range of the current measuring circuit 50 however, is not always fixed with respect to the stoichiometric air / fuel ratio, namely the ideal ratio. As a result, in this second embodiment, the order of switching the applied voltage to positive and negative voltages due to a predetermined current value acting as a reference within the dynamic range is determined.
Die 16 ist
ein Ablaufdiagramm einer Subroutine für das Messen des Elementwiderstandes gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel.
Dieses Ablaufdiagramm ist eine Abwandlung des in 10 dargestellten
Ablaufdiagramms für
das erste Ausführungsbeispiel.
Das heißt,
in dem Ablaufdiagramm nach 16 ist
ein Schritt 131 nach 10 durch
einen Schritt 231 ersetzt. Im einzelnen vergleicht der Mikroprozessor 20 bei
dem Schritt 231 den bei dem Schritt 110 nach 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 Mikroprozessor 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 10 und
werden daher hier nicht erläutert.The 16 FIG. 10 is a flowchart of a sub-routine for measuring element resistance according to the second embodiment. FIG. This flowchart is a modification of the in 10 illustrated flowchart for the first embodiment. That is, in the flowchart after 16 is a step 131 to 10 through a step 231 replaced. In particular, the microprocessor compares 20 at the step 231 at the step 110 to 9 detected sensor current (limit current) Ip with a predetermined reference value Ipo, which is set within the dynamic range. If Ip ≥ Ipo, the process proceeds to the step 132 Next, where the microprocessor 20 the applied voltage Vp first switches to a negative voltage and then to a positive voltage. At Ip <Ipo, the microprocessor changes 20 at the step 133 the applied voltage first to the positive voltage and then to the negative voltage. The other steps are the same as those according to 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 17 und 18 eingestellt
werden. Falls der Dynamikbereich derart angesetzt ist, daß gemäß der Darstellung
in 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 Dynaminkbereich derart angesetzt ist, daß gemäß der Darstellung in 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.In this case, the reference value Ipo can be set such that it is approximately in the vicinity of an average value of the dynamic range. For example, the reference value Ipo as shown in FIG 17 and 18 be set. 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 region to the lean mixture region, the reference value Ipo comes close to "zero" (near the stoichiometric value). On the other hand, if the Dynamink range is set such that, as shown in FIG 18 If the ratio A / F is detected only over the lean mixture range, the reference value Ipo may be set to a few mA, which corresponds to a ratio A / F of about 20.
Bei
dem zweiten Ausführungsbeispiel
kann der Ausgangsstrom Ip der Lambda-Sonde 30 stets ohne
Abweichung aus dem Dynamikbereich 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 18 der
Fall ist, keine Verringerung der Genauigkeit bei dem Erfassen des
Elementwiderstandes R auf.In the second embodiment can the output current Ip of the lambda probe 30 always measured without deviation from the dynamic range out and therefore the element resistance R are detected in an accurate manner. In this case, even if the dynamic range is not set with respect to the stoichiometric value, as shown in FIG 18 the case is no reduction in accuracy in detecting the element resistance R.
Das
dritte Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 19 bis 20B beschrieben.The third embodiment of the invention will be described with reference to FIG 19 to 20B described.
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 Spannungsänderung ΔV auf einem festen Wert gehalten wird,
der Betrag ΔI
der Stromänderung
klein. Infolge dessen besteht die Wahrscheinlichkeit, daß bei dem Erfassen
des Elementwiderstandes R Fehler auftreten, was zu einer Verschlechterung
der Genauigkeit der Elementwiderstandsmessung führen kann.In the foregoing embodiments, for measuring the element resistance, the applied voltage Vp is changed with a predetermined time constant. In the foregoing embodiments, however, the magnitude of the voltage change .DELTA.V is set (wherein in the U.S. Patent 4,419,190 only an upper limit value for the voltage change .DELTA.V is given). Therefore, if the element temperature of the lambda probe 30 decreases or the like and the voltage change .DELTA.V is kept at a fixed value, the amount .DELTA.I the current change small. As a result, there is a likelihood that errors will occur in detecting the element resistance R, which may lead to a deterioration in the accuracy of the element resistance measurement.
Der
Grund hierfür
wird unter Bezugnahme auf 20A und 20B erläutert.
Die 20A zeigt Spannung/Strom-Kennlinien
bei einer verhältnismäßig hohen
Elementtemperatur der Lambda-Sonde 30, z. B. bei der Elementtemperatur
von ungefähr
700°C. Die 20B zeigt Spannung/Strom-Kennlinien bei einer
verhältnismäßig niedrigen
Elementtemperatur, z. B. bei der Elementtemperatur von ungefähr 600°C.The reason for this is with reference to 20A and 20B explained. The 20A shows voltage / current characteristics at a relatively high element temperature of the lambda probe 30 , z. At the element temperature of about 700 ° C. The 20B shows voltage / current characteristics at a relatively low element temperature, e.g. At the element temperature of about 600 ° C.
Vergleicht
man 20A und 20B,
so ist in einem widerstandsabhängigen
Bereich nach 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 20A. Dies bedeutet, daß der innere
Elementwiderstand (Ri gemäß der Darstellung
in 20A und 20B)
des Sensorelementes gemäß 20B größer als
der innere Elementwiderstand des Sensorelementes gemäß 20A ist. Daher ist dann, wenn die an die beiden
Sensorelemente nach 20A und 20B angelegte
Spannung im gleichen Ausmaß geändert wird,
eine Stromänderung ΔI' bei dem Sensorelement
nach 20B nur halb so groß wie die
Stromänderung ΔI bei dem
Sensorelement nach 20A. Somit besteht die Wahrscheinlichkeit,
daß bei
dem Erfassen des Ausgangsstromes Fehler auftreten, was zu einer
fehlerhaften Erfassung des Elementwiderstandes führen kann.If you compare 20A and 20B , so is in a resistance-dependent area after 20B Namely, in a voltage range lower than the straight portion parallel to the voltage axis V, the steepness of a first straight portion becomes smaller than the transconductance of the first straight portion in the resistance-dependent range 20A , This means that the inner element resistance (Ri as shown in FIG 20A and 20B ) of the sensor element according to 20B greater than the inner element resistance of the sensor element according to 20A is. Therefore, when the to the two sensor elements after 20A and 20B applied voltage to the same extent, a current change ΔI 'in the sensor element after 20B only half as large as the current change ΔI in the sensor element after 20A , Thus, there is a likelihood that errors will occur in detecting the output current, which may result in erroneous 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 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 achieved at high element temperature can be achieved even then. when the element temperature is low, namely, the internal resistance Ri is large. According to 20B For example, the current change ΔI can be achieved by setting the amount of voltage change to ΔV (ΔV '≥ ΔV).
Die 19 ist
ein Ablaufdiagramm einer erfindungsgemäßen Subroutine für die Elementwiderstandsmessung.
Dieses Ablaufdiagramm ist eine teilweise Abwandlung des in 16 dargestellten
Ablaufdiagramms bei dem zweiten Ausführungsbeispiel. Das heißt, es wurde
ein Schritt 230 hinzugefügt. Gemäß dem in 19 dargestellten
Ablaufdiagramm wird bei dem Schritt 230 von dem Mikroprozessor 20 zuerst
der bei dem vorangehenden Prozeß erfaßte Elementwiderstand
R mit einem vorbestimmten Proportionalkoeffinzienten 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 19 sind die
gleichen wie die schon vorangehend beschriebenen und werden daher
hier nicht erläutert.The 19 FIG. 3 is a flowchart of a sub-elemental element resistance subroutine according to the present invention. This flowchart is a partial modification of the in 16 illustrated flowchart in the second embodiment. That is, it became a step 230 added. According to the in 19 The flowchart shown in the step 230 from the microprocessor 20 First, the element resistance R detected in the preceding process is multiplied by a predetermined proportional coefficient k to obtain the voltage change ΔV (ΔV = k × R). Then at the step 132 or 133 the voltage Vp according to the step 230 calculated voltage change .DELTA.V changed. The processes in the steps 231 and 132 to 135 to 19 are the same as those already 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 Elementwiderstandes R zu verbessern. Die Stromänderung ΔI 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 to improve the accuracy in detecting the element resistance R. However, the current change ΔI can not be accurately detected if it is out of the dynamic range of the current measuring circuit 50 emerges. That is, ΔI must not exceed half the width of the dynamic range. Preferably, ΔI is set to approximately one quarter of the dynamic range width.
Bei
dem dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird die Spannungsänderung ΔV für das Messen
des Elementwiderstandes derart eingestellt, daß sie größer ist, wenn dieser Elementwiderstand
R größer wird.
Somit wird der Betrag der Stromänderung 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 Elementwiderstandes
R verhindert.at
the third embodiment
of the invention, the voltage change .DELTA.V for measuring
the element resistance is set to be larger when this element resistance
R gets bigger.
Thus, the amount of current change ΔI itself becomes
then not drastically reduced when, for example, the element temperature
is low, namely
the internal resistance of the element is large, and thus becomes a
Deterioration of accuracy in detecting the element resistance
R prevents.
Nachstehend
wird unter Bezugnahme auf 21A bis 29 das
vierte Ausführungsbeispiel beschrieben.
Bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird das Vorspannungssteuersignal
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 21A und 21B erläutert.Hereinafter, referring to 21A to 29 the fourth embodiment described. In the embodiments described above, the bias control signal Vr is applied to the lambda probe 30 voltage to be applied always via the D / A converter 21 and the low pass filter 22 directed. In the foregoing explanation, the time constant of the low-pass filter becomes 22 set in a suitable manner for measuring the internal resistance of the sensor element. However, if the time constant of the low-pass filter 22 unchanged for detecting the air / fuel ratio, considerable errors could occur in detecting the ratio A / F. The reason for this is with reference to 21A and 21B explained.
In 21A und 21B sind Änderungen der
angelegten Spannung Vp und des Sensorstromes Ip bei dem Erfassen
des Verhältnisses
A/F dargestellt. Gemäß 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 3 dargestellten
geraden Kennlinie L1 nach rechts oben in Nachführung mit einen Grenzstrombereich.
Gemäß 21A wird die angelegte Spannung Vp bei jedem Zeitabschnitt
Ta stufenweise größer. In 21A ist die Ausgangsspannung Vb des D/A-Umsetzers 21 nach 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 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 5, 6 und 7 erläutert wurde.
Das Ausmaß der
Abweichung ist durch die Zeitkonstante des Tiefpaßfilters 22 bestimmt.In 21A and 21B For example, changes in the applied voltage Vp and the sensor current Ip are shown in the detection of the ratio A / F. According to 21A and 21B the ratio A / F changes from the ratio for the rich mixture to the ratio for the lean mixture. That is, the values of Vp and Ip move along the in 3 shown straight line L1 to the top right in tracking with a limiting current range. According to 21A For example, the applied voltage Vp gradually becomes larger every time period Ta. In 21A is the output voltage Vb of the D / A converter 21 to 1 represented by dashed lines, while the output voltage Vc of the low-pass filter 22 namely directly to the lambda probe 30 applied voltage is shown by a solid line. In this case, deviates according to 21B the sensor current Ip decreases from the true value of the limit current represented by a broken line and becomes larger. This deviation is based on the frequency response of the lambda probe 30 , referring to 5 . 6 and 7 was explained. The extent of the deviation is determined by the time constant of the low-pass filter 22 certainly.
Wenn
bei der Änderung
des Verhältnisses A/F
der Sensorstrom Ip unmittelbar nach dem Schalten der angelegten
Spannung Vp, nämlich
zu den in 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 21B durch
leere Kreise dargestellten Werte, welche von den wahren Werten abweichen.
Infolge dessen treten Fehler bei der Erfassung des Verhältnisses
A/F auf.When changing the ratio A / F, the sensor current Ip immediately after the switching of the applied voltage Vp, namely to the in 21B detected by full circles time points, there is no measurement error, since the sensor current is close to the true value of the limiting current. 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 in 21B values represented by empty circles, which deviate 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 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 consideration of the above-mentioned problem, in detecting the ratio A / F as shown in FIG 21B The resulting error is minimized by the fact that another low-pass filter is used whose time constant is greater than that of the low-pass filter used for detecting 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 Spannungsanlegefrequenz verringert wird, wird
gemäß der Darstellung
in 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 22A und 22B die Abweichung
des Grenzstromes von seinem wahren Wert gemäß 21B geringer,
wodurch der Fehler bei dem Erfassen des Verhältnisses A/F verringert wird.
Ein Punkt A (f = 1 kHz) in 23 stellt
eine Grenzfrequenz dar, die einer Zeitkonstante des Tiefpaßfilters
entspricht, welche 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.Hereinafter, the explanation will be made as to why the error caused by detecting the ratio A / F becomes smaller as the time constant of the low-pass filter is increased. An increase in the time constant of the low-pass filter means a reduction in the frequency of a change in the lambda probe 30 applied voltage. When the voltage application frequency is decreased, as shown in FIG 23 the impedance ZAC larger. As the impedance ZAC becomes larger, the amount of current change becomes smaller when the applied voltage is changed. Therefore, as shown in FIG 22A and 22B the deviation of the limiting current from its true value according to 21B less, thereby reducing the error in detecting the ratio A / F. A point A (f = 1 kHz) in 23 represents a cutoff 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 cutoff frequency corresponding to a time constant of the low pass filter used for detection the ratio A / F is suitable.
Aus
der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß dieses
Problem durch Ändern
der Zeitkonstante des Tiefpaßfilters 22 gemäß 1 in
Abhängigkeit
davon gelöst
werden kann, ob der Elementwiderstand oder das Luft/Brennstoff-Verhältnis A/F
erfaßt
werden soll. Eine vereinfachte Gestaltung des Tiefpaßtfilters 22 ist
in 24 dargestellt. Das heißt, bei der Gestaltung gemäß 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 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 foregoing description, it can be seen that this problem is solved by changing the time constant of the low-pass filter 22 according to 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 in 24 shown. That is, in the design according to 24 is the time constant with a switch 26 by switching a resistor of the low-pass filter 22 switched to R1 or R2 (where R1 ≥ R2). Specifically, in detecting the ratio A / F, in the 24 maintained switching state to increase the time constant. On the other hand, when measuring the element resistance, the switch becomes 26 switched to reduce the time constant. Alternatively, to adjust the time constant, the capacitance of a capacitor can be changed.
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 25 verwendet werden.However, it may be difficult because of the on and off of the switch 26 caused disturbance, resulting from the on-resistance of the switch 26 resulting deviation of the time constant and the like to accurately detect the ratio A / F or the element resistance. Therefore, in this embodiment, a circuit without switches as shown in FIG 25 be used.
Die 25 ist
eine Darstellung, die derjenigen in 1 für das erste
Ausführungsbeispiel gleichartig
ist. Ein wichtiger Unterschied des in 25 dargestellten
Systems von dem System nach 1 besteht
darin, daß in
dem System nach 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 1 ist,
und daß das
Tiefpaßfilter 22b eine
Zeitkonstante haben muß,
die größer ist
als diejenige des Tiefpaßfilters 22a.The 25 is a representation of those in 1 is similar for the first embodiment. An important difference of in 25 system according to the system 1 is that in the system after 25 two low-pass filters 22a and 22b and two D / A converters 21a and 21b are provided. It should be noted that the low pass filter 22a must have a time constant substantially equal to that of the low pass filter 22 to 1 is, and that the low-pass filter 22b must have a time constant that is greater than that of the low-pass filter 22a ,
Hierbei
erzeugt der Mikroprozessor 20 ein erstes Vorspannungssteuersignal
Vr1 für
das Messen des Elementwiderstandes R und ein zweites Vorspannungssteuersignal
Vr2 für
das Erfassen des Verhältnisses
A/F. Die Vorspannungssteuersignale 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 amtosphärenseitigen bzw. der abgasseitigen
Elektrode der Lambda-Sonde 30 verbunden sind.In this case, the microprocessor generates 20 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 bias control signals Vr1 and Vr2 are respectively applied to the D / A converters 21a and 21b fed. Through the D / A converter 21a and 21b For example, the bias control signals Vr1 and Vr2 are converted into respective analog signals Vb1 and Vb2 whose high-frequency components are passed through the low-pass filters 22a and 22b be suppressed. The respective resulting output voltages Vc1 and Vc2 become the bias control circuit 40 fed. By the bias control circuit 40 the output voltages Vc1 and Vc2 are amplified and then applied to the terminals, each with the atmosphere side and the exhaust gas side electrode of the lambda probe 30 are connected.
Die 26 ist
ein Schaltbild der Vorspannungssteuerschaltung 40 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel.
Ein Unterschied der Vorspannungssteuerschaltung 40 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
gegenüber
der in 8 dargestellten Vorspannungssteuerschaltung 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 atmosphärenseitigen
Elektrodenschicht 32 verbundenen Anschluß der Lambda-Sonde 30 angelegt.The 26 Fig. 10 is a circuit diagram of the bias control circuit 40 according to this embodiment. A difference of the bias control circuit 40 according to this embodiment compared to in 8th shown bias control circuit 40 According to the first embodiment, there is no reference voltage circuit 44 for delivering a fixed voltage to the operational amplifier 45a the first power supply circuit 45 is provided and the non-inverting input terminal of this computational amplifier 45a the output voltage Vc2 from the additional low-pass filter 22b is supplied. The output voltage Vc2 of the low-pass filter 22b gets to the connection 42 namely, the one with the atmosphere-side electrode layer 32 connected connection of the lambda probe 30 created.
Nachstehend
wird die Funktion des Mikroprozessors 20 unter Bezugnahme
auf die in 27 und 28 dargestellten
Ablaufdiagramme beschrieben.Below is the function of the microprocessor 20 referring to the in 27 and 28 described flowcharts described.
In 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 9.
Gemäß 27 erfaßt der Mikroprozessor 20 in
einem Schritt 111 zuerst gemäß einem Meßergebnis der in 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 9). Die vorbestimmte Zeit T3
wird vorzugsweise auf 2 bis 10 ms angesetzt.In 27 Fig. 10 is a flowchart of a subroutine for detecting a limit current, namely, an air / fuel ratio A / F. This flowchart shows in detail the step 110 to 9 , According to 27 the microprocessor detects 20 in one step 111 first according to a measurement result of in 26 shown current measuring circuit 50 one via the lambda probe 30 flowing limiting current Ip. Then the microprocessor determines 20 in one step 112 whether a predetermined time T3 has elapsed since the last change of the applied voltage Vp. That is, the predetermined time T3 is the interval between the times for changing the voltages for detecting the ratio A / F. This time T3 need only be longer than the predetermined time T1 for detecting the ratio A / F (see 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.If in this case at the step 112 gives a negative answer, since the predetermined time T3 has not yet expired, terminates the microprocessor 20 this subroutine. When the step 112 gives a positive answer, since the predetermined time T3 has elapsed, the control proceeds to a step 113 further.
Bei
dem Schritt 113 bestimmt der Mikroprozessor 20 gemäß dem während des
vorangehenden Prozesses erfaßten
Elementwiderstand R und dem Grenzstrom Ip die an die Lamda-Sonde 30 anzulegende
Spannung Vp (Vp = R·Ip
+ Ve). Die Gleichung bei dem Schritt 113 entspricht der
geraden Linie L1 in 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 the step 113 determines the microprocessor 20 according to the element resistance R detected during the preceding process and the limit current Ip applied to the lambda probe 30 to be applied voltage Vp (Vp = R · Ip + Ve). The equation at the step 113 corresponds to the straight line L1 in 3 , Here, Ve corresponds to the intersection of the straight line L1 with the V axis, and is initially set at a value of about 0.4 V near the center of the limiting current range.
Dann
wird in einem Schritt 114 die Spannung Vp an die Lambda-Sonde 30 angelegt.
Dabei wird der Vorspannungssteuerschaltung 40 als Steuerspannung
die zweite Vorspannungssteuerspannung 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 one step 114 the voltage Vp to the lambda probe 30 created. At this time, the bias control circuit becomes 40 as a control voltage, the second bias control voltage Vr2 for the low-pass filter 22b created, which with the connection 42 the lambda probe 30 communicates. The low pass filter 22b eliminates according to its time constant, the high-frequency components of the actually to the lambda probe 30 applied voltage. Here, the first bias control voltage Vr1 must be for the low-pass filter 22a be set only 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 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 23 die
Grenzfrequenz dieses Tiefpaßfilters 22b ungefähr 10 Hz
ist.The following will determine the time constant of the low pass filter 22b described. This time constant is preferably set as large as possible to improve the accuracy of detecting the ratio A / F. However, if the time constant is too large, another problem arises: If the time constant of the low-pass filter 22b greater than a certain value, that can be sent to the lambda probe 30 voltage to be applied does not follow a sudden change in the limit current value Ip. This then gives way to the the lambda probe 30 applied voltage Vp strongly from the straight line L1 to 3 from. When this time constant is further increased, the applied voltage Vp comes out of the limiting current range, and therefore, the limit current Ip and the ratio A / F, respectively, can not be accurately detected. Thus, considering the accuracy of detecting the ratio A / F and the response to changes in the limit current Ip, the time constant of the low-pass filter becomes 22b preferably set such that according to 23 the cutoff frequency of this low-pass filter 22b is about 10 Hz.
Die 28 ist
ein Ablaufdiagramm, das der Subroutine zur Elementwiderstandmessung
gemäß 16 für das zweite
Ausführungsbeispiel
entspricht. Die Funktion der in 28 dargestellten
Subroutine ist zwar grundlegend die gleiche wie diejenige der Subroutine
nach 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.The 28 FIG. 12 is a flowchart corresponding to the element resistance measurement subroutine of FIG 16 for the second embodiment corresponds. The function of in 28 Although the subroutine shown in FIG. 9 is basically the same as that of the subroutine after FIG 16 However, 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 actual will be sent to the lambda probe 30 applied voltage, the high-frequency components through the low-pass filter 22a excreted. The time constant of the low-pass filter 22a is substantially the same as that in the first embodiment, but smaller than the time constant of the low-pass filter 22b ,
Der
vorstehend beschriebene Betriebsvorgang wird unter Bezugnahme auf
die graphische Darstellung in 29 beschrieben.
Die obere Kurve in 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 27 erfaßten Grenzstrom
Ip. Die mit einem leeren Kreis markierten Punkte an der Sensorspannungskurve
und der Sensorstromkurve entsprechen den bei dem Schritt 134 nach 28 erfaßten Werten ΔV und ΔI. Gemäß der vorangehenden
Beschreibung wird der Grenzstrom Ip in vorbestimmten Zeitabständen T1
erfaßt,
während
der Elementwiderstand 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 operation described above will be described with reference to the graph in FIG 29 described. The upper curve in 29 represents the difference (Vr1 - Vr2) between those from the microprocessor 20 generated two voltages, the middle curve actually represents the lambda probe 30 applied voltage and the lower curve represents the sensor current. The points marked with a full circle on the sensor current curve correspond to those in the step 111 to 27 detected limiting current Ip. The points marked with an empty circle on the sensor voltage curve and the sensor current curve correspond to those in the step 134 to 28 detected values .DELTA.V and .DELTA.I. 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. Further, 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 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.Further, according to the exhaust gas measurement in FIG 29 When the air / fuel ratio A / F is changed to the lean mixture ratio, the sensor current Ip increases, and accordingly, the control voltage (Vr1-Vr2) also becomes larger.
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
In this case, the
Time constant of the for the
Suppress
the high-frequency components of the control voltage used low-pass filter
dependent on
changed
be whether the ratio
A / F or the element resistance is to be detected. Therefore, in
these two cases
the response of the sensor voltage to the control voltage is different.
That way you can
the limiting current Ip and the values .DELTA.V
and ΔI exactly
be detected.
In
der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Regeleinrichtung
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 control means, for detecting the ratio A / F, the terminal 42 the lambda probe 30 to be applied second bias control signal Vr2 and then for measuring the element resistance that to the terminal 41 to be applied first bias control signal Vr1 generated. However, the air-fuel ratio controller is not limited to this embodiment. That is, other configurations may be adopted as far as the air-fuel control device supplies a voltage that changes in detecting the ratio A / F with a time constant larger than the time constant when measuring the element resistance.
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 Ausführungsbeispiel
die Aufgabe der Erfindung gelöst.
Außerdem
ergeben sich die folgenden Vorteile:
- (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 Elementwiderstandes 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 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.
- (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.
In the same manner as in the above-described embodiments, in the fourth embodiment of the invention, the accurate measurement of the element resistance R is enabled. Of course, the object of the invention is achieved with this embodiment. In addition, there are the following advantages: - (a) In this embodiment, the time constant for changing to the lambda probe 30 voltage to be applied depending on whether the element resistance or the ratio A / F is to be detected. Here, in comparison with the time constant in the detection of the element resistance, the time constant of the voltage change in detecting the ratio A / F is set to a larger value. As a result, even if the ratio A / F is detected in a period shorter than the period for switching the applied voltage Vp applied to detect the ratio A / F (eg, T1 ≦ T3 in FIG 29 ), Error regarding the limit current Ip of the lambda probe 30 can be turned off and thus a deterioration of the accuracy of the detection of the ratio A / F can be prevented.
- (b) Further, with the two terminals 41 and 42 that with the solid electrolyte layer 34 the lambda probe 30 communicate, two low-pass filters 22a and 22b connected, each having its own time constant. For detecting the element resistance and the ratio A / F, the two low-pass filters 22a and 22b selectively used. In this case, as compared with the case where a switch is provided which is turned on and off for changing the time constant, there occurs no measurement error caused by the resistance of the switch or no noise caused by the switching operation. As a result, a reduction in the measurement accuracy can be prevented.
Unter
Bezugnahme auf 30A bis 40 wird
ein fünftes
Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben.With reference to 30A to 40 A fifth embodiment of the invention will be described.
Zuerst
wird kurz unter Bezugnahme auf 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 R.
Wenn gemäß der Darstellung
in 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 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, briefly referring to 30A to 31C described the principle underlying the function in this embodiment. In the measuring method according to the above-described embodiments, when the current change ΔI caused by the change in the applied voltage Vp is detected, the magnitude of the current change ΔI can not be measured in the vicinity of a maximum or minimum value of the dynamic range. This consequently leads to a faulty measurement of the element resistance R. 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 to exceed the minimum value of the dynamic range, according to FIG 30C the current change ΔI out of range and therefore the element resistance R can not be measured. This problem can be solved to some extent 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 den
ganzen Bereich hinweg genau erfaßt werden.To solve the above-described problem, in this embodiment, as a method for detecting ΔI in the vicinity of the minimum or the maximum value of the dynamic range, the voltage is supplied to the lambda probe 30 temporarily interrupted and then detects the element resistance R due to the electromotive sensor voltage and the current change that occur at the momentary interruption of the voltage supply. In this way, the element resistance R can be accurately detected by combining this measuring method with the method of measuring the element resistance due to the voltage change over the entire region.
Nachstehend
wird das Verfahren zum Messen des Elementwiderstandes R unter Nutzung
der Spannung der Lambda-Sonde 30 beschrieben, 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 unterbrochen, 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).Hereinafter, the method of measuring the element resistance R by using the voltage of the lambda probe 30 described, 31A to 31C are graphical representations illustrating the principle underlying this measurement method. When detecting the air / fuel ratio is sent to the lambda probe 30 the voltage Vp applied and the sensor current or limit current detected when applying the voltage Vp as Ip. Then, in measuring the element resistance, for a moment, the circuit through which the sensor current Ip flows, namely the circuit for supplying the voltage to the lambda probe, is interrupted 30 , Thus, the sensor current Ip immediately to "zero" and the lambda probe 30 generates a voltage Ve, which is a difference of the oxygen partial pressure between the inside and the outside of the solid electrolyte layer 34 equivalent. Based on a relationship of the voltage change amount ΔV (= Ve-Vp) with the current change amount ΔI, the element resistance Re can be detected, using "Re" to distinguish this resistance from the element resistance R measured due to 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 Unterbrechen des Stromkreises erfaßten Elementwiderstandes Re
mit dem bei der Spannungsänderung
erfaßten
Elementwiderstand R wird unter Bezugnahme auf 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 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 Elementwiderstand
R an, der gemäß der Spannungsänderung
erfaßt
wird.The reason for this coincidence of the element resistance Re detected with the interruption of the circuit with the element resistance R detected upon the voltage change will be explained with reference to FIG 5 explains in which the equivalent circuit of the lambda probe 30 is shown. Since this circuit is in its normal state when detecting the ratio A / F, current flows through Rg, Ri and Rf. If under these conditions the circuit is momentarily turned off, namely the current flow is temporarily interrupted, immediately eliminates the potential difference across the resistor Rg because this is a DC resistor. With respect to the resistor Ri, according to the foregoing description, referring to FIG 6 and 7 the accumulated in the capacitance Ci electrical charge because of the small time constant instantaneously via the resistor Ri, so that the potential difference across the resistor Ri immediately disappears. Therefore, the ratio between the voltage change caused by the interruption of the circuit and the caused current change 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 detected according to the voltage change becomes.
Tatsächlich hat
jedoch die Lambda-Sonde 30 nicht genau die gleiche Schaltung
wie die in 5 dargestellte. Daher stimmt
gemäß 32 der
gemäß der Spannungsänderung
erfaßte
Elementwiderstand 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 Elementwiderstandes entstehen. Folglich kann in diesem Diskontinuitätsteil bei
der Heizelementsteuerung beispielsweise für das Konstanthalten des Elementwiderstandes
die Elementtemperatur nicht stabilisiert werden.In fact, however, has the lambda probe 30 not exactly the same circuit as the one in 5 shown. Therefore, according to 32 the detected according to the voltage change element resistance R is not completely equal to that at the momentary shutdown of the lambda probe 30 detected element resistance Re and there may be certain errors. As a result, when switching between these two methods of measurement, a discount could be made arise with regard to the measured values of the element resistance. Consequently, in this discontinuity part in the heater control, for example, for keeping the element resistance constant, the element temperature can not be stabilized.
Daher
werden bei diesem Ausführungsbeispiel
zum Beseitigen dieser Diskontinuität hinsichtlich der gemessenen
Elementwiderstände
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
be in this embodiment
to eliminate this discontinuity in terms of the measured
element resistors
these two element resistance measurement methods based on the voltage change
or based on the temporary interruption of the circuit,
applied within a range of a predetermined width.
Then, a difference between the two measurement methods
detected
element resistors
a correction coefficient ka is calculated. With this correction coefficient
becomes due to the temporary interruption of the circuit
calculated element resistance Re corrected.
Falls
andererseits der Grenzstrom Ip außerhalb des Dynamikbreiches
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 33A und 33B sind
Spannung/Strom-Kennlinien der Lambda-Sonde 30 bei einem
Grenzstrom Ip außerhalb
des Dynamikbereiches, dargestellt. In 33A ist
der aufgrund der Spannungsänderung erfaßte Elementwiderstand
R dargestellt, während
in 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.On the other hand, if the limit current Ip is out of the dynamic range, none of the above-described measuring methods can be used for detecting the accurate value of element resistance. However, even in this case, the measuring method based on the temporary interruption of the circuit can be used to detect the element resistance, although it may cause some errors. In 33A and 33B are voltage / current characteristics of the lambda probe 30 at a limiting current Ip outside the dynamic range, shown. In 33A the element resistance R detected due to the voltage change is shown while in 33B the detected due to the instantaneous interruption of the circuit element resistance Re is shown. The true values of the element resistances R and Re are shown in dashed lines in the respective figures.
Gemäß 33A und 33B kann
mit dem Elementwiderstand-Meßverfahren
nach 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 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 Elementwiderstand-Meßverfahrens
das Auftreten einer kritischsten Situation verhindert werden, bei
der das Heizen nicht geregelt werden kann.According to 33A and 33B can with the element resistance measuring method according to 33A the amount of current change ΔI is not measured (ΔI = 0). Therefore, even if the element resistance changes, this change can not be detected. In contrast, with the element resistance measuring method 33B a useful value of ΔI can always be calculated, since the measured current always becomes 0 mA, and in this way changes in element resistance can always be detected. Even if, for example, the control of the heating element of the lambda probe 30 to keep the element resistance constant, even if the limit current Ip is out of the dynamic range, the application of the element current-measuring method based on the instantaneous interruption of the circuit can prevent occurrence of a most critical situation in which heating can not be controlled ,
Nachstehend
wird die konkrete Gestaltung dieses Ausführungsbeispiels beschrieben,
welches auf dem vorangehend beschriebenen Funktionsprinzip beruht.
Die 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 1 dargestellten
ersten Ausführungsbeispiel
besteht darin, daß der
Mikroprozessor 20 der Vorspannungssteuerschaltung 40 Signale
für das
Ein- und Ausschalten eines Schalters für das zeitweilige Unterbrechen
des Sensorstromkreises zuführt.Hereinafter, the concrete configuration of this embodiment will be described, which is based on the above-described operating principle. The 34 shows the overall structure of the air / fuel ratio measuring device according to this embodiment. A difference in the design of the air / fuel ratio measuring device according to this embodiment over the design in the in 1 illustrated first embodiment is that the microprocessor 20 the bias control circuit 40 Signals for switching on and off a switch for the temporary interruption of the sensor circuit supplies.
Die 35 zeigt
eine Gestaltung der Vorspannungs-Steuerschaltung 40.
Ein Unterschied hinsichtlich der Gestaltung der Vorspannungssteuerschaltung 40 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
gegenüber
der in 8 dargestellten Vorspannungssteuerschaltung 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.The 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 compared to in 8th shown bias control circuit according to the first embodiment is that between the resistor 45b and the bases of the transistors 45c and 45d the first power supply circuit 45 an analogue switch 51 is appropriate. This analog switch 51 is powered by on / off signals from the microprocessor 20 connected. When the analog switch 51 is off, are the two transistors 54c and 54d off. Consequently, the emitter terminals of the two transistors 45c and 45d high impedance and therefore the one with the sensor connection 42 related circuit immediately interrupted.
Nachstehend
wird unter Bezugnahme auf die Ablaufdiagramme in 36, 37 und 38 die
Funktion des Mikroprozessors 20 bei diesem Ausführungsbeispiel
beschrieben. In 36 ist eine Subroutine bei dem
Schritt 130 der Hauptroutine nach 9 dargestellt
und in 37 und 38 sind
Subroutinen bei Schritten 140 und 150 nach 36 dargestellt.Hereinafter, referring to the flowcharts in FIG 36 . 37 and 38 the function of the microprocessor 20 described in this embodiment. In 36 is a subroutine at the step 130 the main routine 9 represented and in 37 and 38 are subroutines in steps 140 and 150 to 36 shown.
Wenn
die Routine nach 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.If the routine after 36 is started, determines the microprocessor 20 at one step 231 on the basis of the previously measured limit current Ip, which element resistance measuring method is to be applied. For the microprocessor 20 There is a choice between three alternatives: applying only the voltage-change based element resistance measuring method, applying only the element resistance measuring method based on the current turn-off of the circuit, and applying the two element resistance measuring methods described above.
Bei
diesem Ausführungsbeispiel
werden gemäß der Darstellung
in dem Spannung/Strom-Kennliniendiagramm in 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 Bezugsstrombereiches liegt, wird der Elementwiderstand
sowohl aufgrund der Spannungsänderung
als auch aufgrund der momentanen Stromkreisunterbrechung erfaßt.In this embodiment, as shown in the voltage / current characteristic diagram in FIG 39 near the minimal value of the dynamic range two predetermined values Ip0 and Ip1 with Ip0 <Ip1 set. Ip0 and Ip1 determine a reference current range. When Ip> Ip0, the element resistance due to the voltage change is detected, while when Ip <Ip1, the element resistance due to the circuit break is detected. Further, when Ip has a value Ip0 ≦ Ip ≦ Ip1, namely, Ip is within the reference current range, the element resistance is detected due to both the voltage change and the current circuit break.
Falls
daher bei dem Schritt 231 nach 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 37 die
gleichen Vorgänge
wie bei den Schritten 132, 134 und 135 der
in 10 dargestellten Routine bei dem ersten Ausführungsbeispiel
ausgeführt,
um den Elementwiderstand R = ΔV/ΔI zu messen.Therefore, if at the step 231 to 36 Ip> Ip1, the program of the microprocessor proceeds 20 to the step 140 Next, in which the element resistance R is detected due to a change in the applied voltage. That is, at the step 140 be in steps 141 to 143 to 37 the same processes as in the steps 132 . 134 and 135 the in 10 illustrated routine in the first embodiment to measure the element resistance R = .DELTA.V / .DELTA.I.
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 Stromkreisunterbrechnung erfaßt wird.
In 38 ist eine Routine für das auf der Stromkreisunterbrechung
basierende Messen des Elementwiderstandes Re dargestellt. Das heißt, gemäß 38 wird
von dem Mikroprozessor 20 der in 35 dargestellte
Schalter 51 ausgeschaltet, um die erste Spannungszuführschaltung 45 abzuschalten.
Darauffolgend erfaßt
der Mikroprozessor 20 bei einem Schritt 152 eine
durch die Stromkreisunterbrechnung hervorgerufene Spannung Eo (Differenz
zwischen Va und Vc nach 35) an
der Lambda-Sonde 30.If at the step 231 Ip <Ip0 is determined, the program of the microprocessor proceeds 20 to the step 150 Next, in which the element resistance Re is detected according to the method introduced here, namely due to the current circuit interruption. In 38 FIG. 12 is a routine for the circuit interruption-based measurement of the element resistance Re. That is, according to 38 is from the microprocessor 20 the in 35 illustrated switch 51 turned off to the first power supply circuit 45 off. Subsequently, the microprocessor detects 20 at one step 152 a voltage Eo caused by the interruption of the circuit (difference between Va and Vc after 35 ) at the lambda probe 30 ,
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 Elementwiderstand Re berechnet (Re =
(Vp – Eo)/Ip).Thereafter, the microprocessor 20 at one step 153 the desk 51 switched on and then in one step 154 From the previously measured electromotive voltage Eo, the previously measured limit current Ip and the voltage applied before the temporary disconnection of the voltage Vp, the element resistance Re is calculated (Re = (Vp-Eo) / Ip).
Das
Programm des Mikroprozessors 20 schreitet dann zu einem
Schritt 232 nach 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 move to a step 232 to 36 Further, in which to calculate the element resistance R in the step 150 determined element resistance Re is corrected with a correction coefficient ka (R = ka · Re). This correction coefficient ka is used for eliminating 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 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 37)
aus, um den Elementwiderstand R gemäß der Änderung der angelegten Spannung
zu erfassen, und darauffolgend den Schritt 150 (für den Prozeß nach 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.Next, the process to be executed when the limit current Ip is in the range of Ip0 to Ip1 will be described. That is, if at the step 231 Ip0 ≤ Ip ≤ Ip1 is determined by the microprocessor 20 the step 140 (for the process after 37 ) to detect the element resistance R according to the change of the applied voltage, and subsequently the step 150 (for the process after 38 ) to detect the element resistance Re due to the circuit break. The microprocessor determines according to the relationship between the element resistance values R and Re 20 the correction coefficient ka (ka = R / Re). This correction coefficient ka becomes the above-mentioned step 232 used.
Die
vorbestimmten Werte Ip0 und Ip1 bei der Routine nach 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 Elementwiderstand-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 after 36 can be set in any way to values between a minimum value of the dynamic range and 0 mA. It is to be noted that the measurement accuracy of the element resistance measuring method is deteriorated due to the voltage change near the minimum value of the dynamic range. On the other hand, since the measurement accuracy of the element resistance measuring method in the vicinity of 0 mA is deteriorated, a margin of not less than 1 to 2 mA is preferably provided between 0 mA and Ip1.
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:
- (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 Elementwiderstand-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
Elementwiderstand-Meßverfahren
angewandt. Infolge dessen kann der Elementwiderstand in einem jeglichen
Strommeßbereich
auf genaue Weise erfaßt
werden.
- (b) Ferner werden für
das Einschalten dieser beiden Elementwiderstand-Meßverfahren
vorbestimmte Werte in der Nähe
eines Minimalwertes (oder eines Maximalwertes) des Dynamikbereiches
angesetzt. Auf diese Weise kann das auf der Spannungsänderung
beruhende Elementwiderstand-Meßverfahren
für einen
breiteren Strommeßbereich
angewandt werden.
- (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
Elementwiderstand Re korrigiert wird.
In the fifth embodiment of the invention, it is possible to measure the element resistance R with a high degree of accuracy as in the respective embodiments described above. This embodiment not only makes it possible to achieve the object of the invention but also offers the following additional advantages: - (a) In this embodiment, the voltage change based element resistance measuring method and the temporary circuit interruption based element resistance measuring method become selective according to the limit current Ip of the lambda probe 30 applied. Specifically, in the vicinity of the minimum value of the dynamic range in which the measurement result is likely to be erroneous in the voltage change based element resistance measuring method, the element resistance measuring method based on the circuit break is applied. On the other hand, in the vicinity of 0 mA, in the element resistance measuring method based on the circuit interruption, errors are likely to be applied to the voltage change based element resistance measuring method. As a result, the element resistance can be in any current measuring range to be detected accurately.
- (b) Further, for turning on these two element resistance measuring methods, predetermined values are set near a minimum value (or a maximum value) of the dynamic range. In this way, the voltage change based element resistance measuring method can be applied to a wider current measuring range.
- (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 measuring methods are executed when the limit current Ip of the lambda probe 30 is within the predetermined distance between the predetermined values. From the relationship between the results in the two measuring methods, the correction coefficient ka is determined by which the element resistance Re detected at the temporary interruption of the electric 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
Elementwiderstandes 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 herbeigeführt
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
can
even if differences between the characteristics of the after
on the voltage change
based element resistance measurement method
detected
Element resistance R and the characteristics of after the on the circuit break
based element resistance measurement method
detected
Element resistance Re exist, the deviations between the results
in the two measuring methods
eliminated to eliminate the discontinuity. Consequently
can also be done while running
the heating control due to the element resistance R a uniform control
the element temperature brought about
become. The embodiment described above is also for correction
errors in deviations between different ones to be used
Probes and useful in deteriorating the grades of the probes.
Dabei
kann dieses Ausführungsbeispiel auch
auf folgende Weise verwirklicht werden:
Bei der in 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 Korrekturkoeffizienten
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 32 dargestellten
haben, aus Re1, welcher der auf der Stromkreisunterbrechnung basierende
Elementwiderstand ist, den Widerstand R1 ermittelt werden, welcher
ein auf einer Änderung
der angelegten Spannung basierender Elementwiderstand ist.In this case, this embodiment can also be realized in the following manner:
At the in 36 The routine shown will be the steps 140 and 150 is executed when the limit current Ip is in the range from Ip0 to Ip1, and from the values R and Re obtained thereby, the correction coefficient ka is calculated. However, it is also possible, the R / Re characteristic of the lambda probe 30 and then 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 characteristics for both resistors. Specifically, if it is known from the outset that R and Re have a relationship such as in 32 1, which is the element resistance based on the current interruption, the resistance R1 which is an element resistance based on a change of the applied voltage is obtained.
Während bei
diesem Ausführungsbeispiel der
Elementwiderstand 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 39 symmetrisch
sind.While, in this embodiment, the element resistance R is calculated from the current change ΔI in the switching of the applied voltage Vp from negative to positive, and then the current change ΔI caused by the change in the applied voltage Vp is calculated, it is possible to change the element resistance R by changing the applied voltage Vp from positive to negative to determine. In this case, at the step 231 determining the current Ip according to the values Ip0 and Ip1 so as to set Ip0 and Ip1 to values which are equal to the horizontal values of the V axis in accordance with the values thereof 39 are symmetrical.
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 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 Bezugsstrombereich bestimmen. In diesem Fall
wird gemäß der Darstellung
in 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 Elementwiderstand-Meßverfahren
angewandt.When the limit current Ip leaks out of the dynamic range, the measurement accuracy in the voltage change based element resistance measuring method is inferior to that in the circuit breaker based element resistance measuring method. Further, if the limit current Ip deviates very much toward the lean mixture region, the element resistance can not be detected. This problem can be solved by providing, as shown in FIG 40 both on the negative side and on the positive side Ip0 and Ip1, which determine a reference current range, and Ip0 'and Ip1', respectively, which determine a further reference current range. In this case, as shown in 40 at a limit current Ip close to 0 mA, the voltage change based element resistance measuring method is applied. If the limit current Ip is close to the maximum value or close to the minimum value of the dynamic range, the circuit breaker-based element resistance measuring method is applied.
Falls
die Differenz zwischen dem gemäß der Spannungsänderung
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 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 is to be disregarded to simplify the processing, Ip0 may be equal Ip1 are set, so that the above-mentioned measuring methods are not performed simultaneously. In this case, according to the flowchart in FIG 36 used correction coefficient ka not required.
Als
nächstes
wird unter Bezugnahme auf 41 bis 45B ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung
beschrieben. Während
bei den vorangehend beschriebenen jeweiligen Ausführungsbeispielen
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, referring to 41 to 45B a sixth embodiment of the invention described. While in the respective embodiments described above, the air / fuel ratio Meß device with a cup-shaped lambda probe 30 is constructed so that the air / fuel ratio can be determined from the limiting current flowing when this probe 30 Voltage is applied, in this sixth embodiment, the air / fuel ratio measuring device with an integrated lambda probe 60 instead of the aforementioned lambda probe 30 designed. The structure and the features of the integrated lambda probe will be described below with reference to the drawings 60 described.
Die 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 (Trockenelektrolytschicht 61) bzw.
Meßzelle
(Trockenelektrolytschicht 62) bezeichnet werden. Ein unterhalb
der Trockenelektrolytschicht 61 vorgesehener Diffusionsspalt 63 wirkt
als Sauerstoffkonzentrationsmeßkammer.
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.The 41 is a sectional view showing the structure of the integrated lambda probe 60 shows. The integrated lambda probe 60 contains two solid electrolyte layers 61 and 62 made of zirconium dioxide, commonly referred to as a pumping cell (solid electrolyte layer 61 ) or measuring cell (solid electrolyte layer 62 ). One below the solid electrolyte layer 61 provided diffusion gap 63 acts as Sauerstoffkonzentrationsmeßkammer. On the other hand, one acts below the solid electrolyte layer 62 provided air duct 64 as atmospheric pressure chamber. In the solid electrolyte layer 61 are pinholes 65 designed to allow exhaust gas into the diffusion gap 63 can penetrate. heating elements 66 serve to heat the probe 60 ,
An
der oberen und unteren Fläche
der Trockenelektrolytschicht 61, nämlich der Pumpzelle sind Platinelektroden 67 und 68 befestigt,
während
an der oberen und unteren Fläche
der Trockenelektrolytschicht 62, nämlich der Meßzelle Platinelektroden 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.At the upper and lower surfaces of the solid electrolyte layer 61 , namely the pump cell are platinum electrodes 67 and 68 attached, while on the upper and lower surfaces of the solid electrolyte layer 62 , namely the measuring cell platinum electrodes 69 and 70 are attached. The electrode 67 is with a connection 71 connected, the electrodes 68 and 69 are with a connection 72 connected and the electrode 70 is with a connection 73 connected.
Nachstehend
wird das Funktionsprinzip dieser integrierten Lambda-Sonde 60 erläutert. Die 42 ist
eine graphische Darstellung, welche die Kennlinie einer zwischen
den Anschlüssen 72 und 73 erzeugten
elektromotorischen Sensorspannung 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: Vs = (RT·In[Po/Pv])/4F (2) The following is the working principle of this integrated lambda probe 60 explained. The 42 is a graph showing the characteristic of one between the terminals 72 and 73 generated electromotive sensor voltage Vs. By an oxygen concentration Pv in the diffusion gap 63 and an oxygen concentration Po in the air passage 64 , which is equal to the oxygen concentration in the outside air, the electromotive sensor voltage Vs is determined according to the following equation: 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
of 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/Brennstoffverhältnis
magerer wird, wird die Sauerstoffkonzentration Pv in den Diffusionspalt 63 größer und
die elektromotorische Sensorspannung Vs geringer. Diese elektromotorische
Sensorspannung 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, as the air / fuel ratio becomes richer and the oxygen concentration PA in the exhaust gas becomes lower, so does the oxygen concentration Pv in the diffusion gap 63 lower and thus the electromotive sensor voltage Vs larger. On the other hand, if the air / fuel ratio becomes leaner, the oxygen concentration Pv becomes the diffusion gap 63 larger and the electromotive sensor voltage Vs lower. This electromotive sensor voltage Vs is at the terminal 73 measured.
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.Further, by applying a voltage Vp to the terminal 71 for the passage of a pumping current Ip oxygen ions through the solid electrolyte layer 61 therethrough. In this way, the oxygen concentration Pv in the diffusion gap 63 be controlled at will. If measured according to the principle described above, the electromotive sensor voltage Vs and the to the terminal 71 applied voltage Vp is controlled so that Vs becomes constant, the oxygen concentration in the exhaust gas and the air / fuel ratio A / F according to the pumping current Ip can be controlled.
Das
heißt,
zum Einregeln einer konstanten elektromotorischen 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 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 43 dargestellte Zusammenhang,
wobei Ip gleich Null ist, wenn das Verhältnis A/F gleich 14,7 ist.
Das Kennliniendiagramm in 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, for adjusting a constant electromotive sensor voltage Vs, the oxygen concentration Pv must be in the diffusion gap 63 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 supplied oxygen corresponding to the difference between PA and Pvo is determined by the magnitude of the pumping current Ip. Thus, the oxygen concentration in the exhaust gas or the ratio A / F can be determined from the pumping current Ip. If, as shown in 42 the electromotive sensor voltage Vs is regulated to a predetermined value (Vs = 0.45 V) when the ratio A / F is 14.7, namely, the stoichiometric value A / F slightly depending on the type of the machine changes, results between the pumping current Ip and the ratio A / F of in 43 shown relationship, where Ip is equal to zero, when the ratio A / F is equal to 14.7. The characteristic diagram in 43 shows that a positive pumping current Ip flows when the air / fuel mixture is lean. On the other hand, in the case of a rich air / fuel mixture, a negative pumping current Ip flows.
Die 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.The 44 FIG. 12 is a circuit diagram showing the configuration of the bias control circuit. FIG 40 according to this embodiment shows. Only the differences of this embodiment from those embodiments in which the cup-shaped probe is used will be described below.
Die
integrierte Lambda-Sonde 60 hat zusätzlich zu den Anschlüssen 71 und 72,
welche den Anschlüssen 41 und 42 nach 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 Vs erfaßt und
von einem Rechenverstärker 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 Spannungszuführschaltung 47 als
Differenzverstärker
statt als Spannungsfolgerschaltung.The integrated lambda probe 60 has in addition to the connections 71 and 72 which the connections 41 and 42 to 8th correspond and serve to apply voltage to the sensor element, the further connection 73 for measuring the electromotive voltage. At the connection 73 the electromotive voltage Vs is detected and from a computing amplifier 75 For example, the electromotive sensor voltage Vs is compared with a reference voltage Vso and an amplified comparison result is output. Furthermore, the amplified signal of the second voltage supply circuit 47 supplied to a difference between this amplified signal and one of the low-pass filter 22 to get delivered signal. That is, as compared with the first embodiment in which the cup-shaped probe is used, the second voltage supply circuit operates 47 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
Ausgangsspannung Vx des Rechenverstärkers 75 gleich Vp – Va ist.The reference voltage Vso at the operational amplifier 75 is set in this circuit as follows: In this embodiment, the reference voltage Vso is set such that Ip is equal to zero when the ratio A / F is 14.7. That is, at the air / fuel ratio 14.7, the voltage at the terminal 71 equal to the voltage at the terminal 72 be. Assuming that the output voltage of the low-pass filter 22 and the voltage to be applied for detecting the ratio A / F is Vp, the reference voltage Vso is set so that an output voltage Vx of the operational amplifier 75 equal to Vp - Va is.
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 Spannungszuführschaltung 47 und
somit die an den Anschluß 71 angelegte
Spannung niedriger. Infolge dessen fließt der Pumpstrom Ip in einer
Richtung, die zu der in 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 Diffusionsspalt 63 herausgepumpt.In the circuit of this structure, when the exhaust gas is a rich mixture, the electromotive sensor voltage Vs at the terminal becomes 73 larger and it is thus the output voltage of the operational amplifier 75 higher. At the same time, the output voltage Vc of the second voltage supply circuit 47 and thus to the connection 71 applied voltage lower. As a result, the pumping current Ip flows in a direction similar to that in FIG 41 shown opposite, that is, it flows a pumping current in the negative direction. In this way, oxygen is in the diffusion gap 63 moved in. On the other hand, if the exhaust gas becomes a lean mixture exhaust gas, a pumping current Ip flows in the positive direction and oxygen becomes out of the diffusion gap 63 pumped out.
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 Ausführungsbeispiel
gemessen. Die Grundzüge
dieser Prozedur werden unter Bezugnahme auf das in 45A und 45B dargestellte Zeitdiagramm
beschrieben. In 45A ist eine an die Lambda-Sonde 60 anzulegende
Spannung, nämlich
die Ausgangsspannung des Tiefpaßfilters 22 dargestellt,
während
in 45B der Sensorstrom, d. h., der Pumpstrom Ip dargestellt
ist, welcher infolge des Anlegens dieser Spannung fließt.In the air / fuel ratio measuring apparatus according to this embodiment having the above-described structure, the element resistance of the integrated lambda probe becomes 60 measured by the same procedure as in the first embodiment. The basic features of this procedure are explained with reference to the in 45A and 45B described timing diagram described. In 45A is one to the lambda probe 60 voltage to be applied, namely the output voltage of the low-pass filter 22 shown while in 45B 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 Anlegespannung 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 to the integrated lambda probe 60 is applied as a signal due to passing through the low pass filter 22 has a predetermined time constant. At this time, the applied voltage is changed with respect to a voltage for detecting the ratio A / F to both the positive and negative sides. 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 a minimum. The process for detecting the element resistance R is performed every predetermined cycle T4, where T4 may be a fixed value or a value that varies depending on the operating state of the engine. Although not shown graphically, in the rich mixture ratio A / F, the element resistance R 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 Ausführungsbeispielen
erzielt werden und es kann daher der Elementwiderstand mit einem
hohen Genauigkeitsgrad erfaßt
werden, wobei dadurch die Aufgabe der Erfindung gelöst wird.With
the sixth embodiment
can
the same effects as in the above-described embodiments
be achieved and it can therefore be the element resistance with a
detected high degree of accuracy
be, 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
Although the invention was in connection with the preferred embodiments below
Reference to the drawing is fully described, however
to note that for the skilled person
various modifications
and variations are apparent.
Beispielsweise
wird zwar bei dem Elementwiderstand-Meßprozeß nach 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, although in the element resistance measuring process after 10 the sequence of adjusting the applied voltage to negative and to positive voltage in the first embodiment depending on whether at a certain time the air / fuel mixture is rich or lean, however, this sequence may be independent of the air / fuel ratio A / F are set. In this case, the applied voltage is always changed from the positive to the negative or from the negative to the positive voltage, depending however, in the case of a lean air / fuel mixture, the negative voltage change ΔV and the negative current change ΔI are preferably measured, while in the case of a rich air / fuel mixture the positive voltage change ΔV and the positive current change ΔI are measured. The same applies to the integrated lambda probe 60 according to the sixth embodiment.
Ferner
kann bei dem zweiten bis fünften
Ausführungsbeispiel
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.Further
can at the second to fifth
embodiment
the integrated probe as described
used in the sixth embodiment
become. In this case, you can
the same functions and uses as those described above
be achieved.
Bei
dem vorangehend beschriebenen fünften
Ausführungsbeispiel
wird ein erster vorbestimmter Wert für das selektive Anwenden entweder
des auf der Spannungsänderung
beruhenden Elementwiderstand-Meßverfahrens
oder des auf der Stromkreisunterbrechung 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 Elementwiderstand-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.at
the fifth described above
embodiment
becomes a first predetermined value for selectively applying either
on the voltage change
based element resistance measurement method
or the circuit breaker-based element resistance measuring method
in the vicinity
the maximum value or the minimum value of the dynamic range,
while
a second predetermined value to the central portion of the dynamic range
put back offset. The second predetermined value may be for
selectively adjusting the voltage change based element resistance measuring method
be used. This means,
if, with the second predetermined value as the limit line, the detected current
higher than
is the second predetermined value, the element resistance becomes only
due to the current change
on the positive or the negative side to the inside of the
Detected dynamic range,
and when the measured current is lower than the second predetermined one
Value is, the element resistance is due to the by the
Applying voltage results in total current change to both the positive
as well as to the negative side. In this case, the accuracy is
the measurement of the element resistance closer to the center of the dynamic range
greater. there
can eliminate the discontinuity between the measured values
for the
Element resistance, by selectively applying the respective measuring methods
is caused, a measurement result
at the central part of the dynamic range for correcting the respective ones
readings
be used in the two methods.
Wenn
die bei dem sechsten Ausführungsbeispiel
beschriebene integrierte Sonde verwendet wird, ist es gemäß der Beschreibung
der Varianten des ersten Ausführungsbeispiels
(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 (FIG. 13A to 15D ) also possible to change the waveform of the applied voltage or its position for measuring ΔV and ΔI.
Obgleich
bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen 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 embodiments described above, the invention
with a lambda probe for
detecting the oxygen concentration in the exhaust gas of an automotive engine
or for
the detection of the air / fuel ratio is applied is
the application of the invention not only to the lambda sensor for vehicles
limited.
Rather, the invention can also be used for other purposes.
For example, it is possible
the invention in an oxygen concentration sensor for measuring
the concentration of oxygen z. B, in combustible gases (methane gas,
Ethanga 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 embodiments described above, by the reshaping of the microprocessor 20 generated digital signals with a predetermined time constant converted the signals into sinusoidal signals, which are used for measuring the element resistance. The microprocessor 20 however, may 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
Wechselspannungssignals 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 a control signal from a
Microprocessor linear measuring signals
for a
Air / fuel ratio,
to the concentration of oxygen in the exhaust gas from a machine
are proportional. A bias control signal generated by the microprocessor
is fed to a D / F converter,
which converts it into an analogue signal. The signal then becomes one
low pass filter
for eliminating the high frequency components of the analog signal
fed.
The output voltage of the low-pass filter
is supplied to a bias control circuit. To the lambda probe is
through the low-pass filter
a single alternating voltage signal having a predetermined frequency and
created a predetermined time constant. From the tension of the
AC signal and by the application of the AC signal
caused change
the current level of the lambda probe becomes the element resistance of the lambda probe
determined.
