DE19729350A1

DE19729350A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Regeln einer Sauerstoffsensorheizung

Info

Publication number: DE19729350A1
Application number: DE19729350A
Authority: DE
Inventors: Yukihiro Yamashita; Hisashi Iida; Jun Hasegawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-07-10
Filing date: 1997-07-09
Publication date: 1998-01-15
Anticipated expiration: 2017-07-10
Also published as: DE19729350B4; US5974857A; US5852228A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfah ren zum Regeln einer Sauerstoffsensorheizung, um eine Sensorver schlechterung zu begrenzen, die durch ein übermäßiges Heizen hervorgerufen wird.

Viele moderne Luft-Kraftstoffverhältnisregelsysteme für Motoren verwenden einen Sauerstoffsensor in Grenzstrombauweise (Sauerstoffkonzentrationserfassungsvorrichtung), der einen Strom erzeugt, der proportional zu einer Sauerstoffkonzentration in einem Abgas ist.

Diese Bauart des Sauerstoffsensors ist solange nicht dazu in der Lage, den zur Sauerstoffkonzentration proportionalen Grenzstrom zu erzeugen, bis er auf eine vorbestimmte Temperatur (eine Akti vierungstemperatur) aktiviert ist. Daher wird zum Aufrechterhal ten der Aktivierung des Sauerstoffsensors eine Energiezufuhr zu einer Heizeinrichtung zum Heizen des Sauerstoffsensors anspre chend auf eine Temperatur eines Fühlelements in dem Sauer stoffsensor geregelt (elementtemperaturabhängige Rückkopplungs regelung).

Die Rückkopplungsregelung der Sauerstoffsensortemperatur stützt sich auf die Fühlelementimpedanz, die sich mit der Temperatur ändert. Die Sollimpedanz wird auf eine Impedanz gesetzt, bei der die Aktivierungstemperatur erreicht ist.

Eine interne Impedanz des Fühlelements steigt mit einer Ver schlechterung des Sauerstoffsensors an. Selbst wenn die Tempera tur des Sauerstoffsensors über der Aktivierungstemperatur liegt, wird daher die Energiezufuhr zu der Heizeinrichtung (die Hei zeinrichtungszuführenergie) erhöht werden, um die Sollimpedanz zu erreichen, weil die Impedanz des Fühlelements durch eine Ver schlechterung ansteigt. Die Temperatur des Sauerstoffsensors wird entsprechend ansteigen. Wenn sich die Sauerstoffsensorbe triebseigenschaften aufgrund einer Sensorverschlechterung verän dern oder wenn sich die Sensorumgebung (beispielsweise die Mo torabgastemperatur) verändert, wird des weiteren die Heizein richtungszuführenergie instabil werden und ein übermäßiges Hei zen des Fühlelements hervorrufen. Somit wird dieser Tempera turanstieg in ungünstiger Weise die Verschlechterung des Sauer stoffsensors fördern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend genann ten Nachteile zu beseitigen, während eine Aktivierungstemperatur eines Sauerstoffsensors aufrechterhalten bleibt.

Die Erfindung soll auch einen Temperaturanstieg eines Sauer stoffsensors begrenzen, der auftreten würde, wenn sich ein Sau erstoffsensor und eine interne Impedanz eines Fühlelements ent sprechend verschlechtert.

Gemäß dem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird bei einer Sau erstoffsensorheizvorrichtung und einem Verfahren, die eine Zu führenergie zu einer Heizeinrichtung rückgekoppelt regeln, eine Verschlechterung eines Sauerstoffsensors auf der Grundlage einer internen Impedanz eines Fühlelements bestimmt und eine Sollimpe danz wird auf der Grundlage des Ergebnisses der Bestimmung der Verschlechterung verändert. Selbst wenn sich der Sauerstoffsen sor verschlechtert, wird somit die Sollimpedanz auf eine neue Sollimpedanz erhöht, so daß eine Energiezufuhr zu der Heizein richtung so geregelt wird, daß ein Temperaturanstieg des Sauer stoffsensors begrenzt ist.

Vorzugsweise wird die Verschlechterung bestimmt, indem eine Zu führenergie zur Heizeinrichtung mit einem Bestimmungsbezugswert verglichen wird, und die Sollimpedanz wird verändert, wenn die Zuführenergie den Bestimmungsbezugswert erreicht.

Vorzugsweise wird eine Abnormalität des Sauerstoffsensors be stimmt, um zu überprüfen, ob die Zuführenergie zu der Heizein richtung einer Betriebsgrenze des Sauerstoffsensors entspricht. Wenn die Zuführenergie aufgrund einer Sensorverschlechterung groß wird, wird somit jeglicher weiterer Anstieg der Zuführener gie begrenzt.

Vorzugsweise wird aus dem Motorbetriebszustand bestimmt, ob der Anstieg der Zuführenergie zur Heizeinrichtung durch eine Ver schlechterung des Sauerstoffsensors oder durch einen Abfall der Abgastemperatur hervorgerufen wird. Somit wird die Sollimpedanz verändert, wenn der Motor in einem stationären Zustand läuft.

Vorzugsweise wir die Sollimpedanz ansteigend verändert, wenn die Zuführenergie zur Heizeinrichtung ansteigt.

Gemäß dem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist die Zuführenergie zu einer Heizeinrichtung auf ein vorbestimmtes Maximalzuführenergielimit begrenzt. Dieses Maximallimit begrenzt den übermäßigen Temperaturanstieg des Sauerstoffsensors, selbst wenn die Heizeinrichtungszuführenergie leicht aufgrund Verände rungen der Sensorbetriebseigenschaften oder der Sensorumgebung wie beispielsweise einer Abgastemperatur ansteigt.

Vorzugsweise ist das Maximallimit auf einen höheren als den nor malen Wert für eine vorbestimmte Zeitspanne gesetzt, in der der Sauerstoffsensor einheitlich geheizt werden wird, wenn der Sau erstoffsensor ausgehend von einem Kaltzustand verwendet wird.

Vorzugsweise ist das Maximallimit in Übereinstimmung mit der Elementimpedanz des Sauerstoffsensors gesetzt.

Die vorgenannte Aufgabe, sowie Merkmale und Vorteile der vorlie genden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von be vorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beige fügten Zeichnungen offensichtlich.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Luft- Kraftstoffverhältnisregelvorrichtung, die eine Sauer stoffsensorheizregelung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht eines Sauerstoffsensors und zeigt ein elektrisches Schaltbild einer elektronischen Regelein heit;

Fig. 3 ist eine Graphik, die die Spannungs-Stromeigenschaften des Sauerstoffsensors wiedergibt;

Fig. 4 ist ein Zeitdiagramm, das einen Heizeinrichtungszuführe nergieregelbetrieb darstellt;

Fig. 5 ist eine Graphik, die die Beziehung zwischen einer Ele menttemperatur und einer Elementimpedanz eines Sauerstoffüh lelements in dem Sauerstoffsensor wiedergibt;

Fig. 6 ist ein Flußdiagramm, das eine Heizeinrichtungzuführener gieregelungsroutine darstellt;

Fig. 7 ist ein Flußdiagramm, das eine Elementimpedanzerfassungs regelungsroutine darstellt;

Fig. 8 ist eine Graphik, die die Spannungs-Stromeigenschaften des Sauerstoffsensors darstellt;

Fig. 9 ist ein Flußdiagramm, das eine Berechnungsroutine zur Be rechnung eines Heizeinrichtungszuführenergiemittelwerts dar stellt;

Fig. 10 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Hei zeinrichtungszuführenergiemittelwert und der Sollimpedanz darstellt;

Fig. 11 ist ein Flußdiagramm, das eine Sollimpedanzveränderungs routine darstellt;

Fig. 12 ist ein Flußdiagramm, das eine Sensorabnormalitätsbe stimmungsroutine darstellt;

Fig. 13 ist ein Elektronikschaltdiagramm einer elektronischen Regeleinheit, die bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 14 ist ein Schaltbild einer Heizeinrichtungsregelungsschal tung;

Fig. 15 ist ein Flußdiagramm, das eine Heizeinrichtungsrege lungsroutine darstellt;

Fig. 16 ist ein Flußdiagramm, das eine Routine zum Setzen einer Sollimpedanz darstellt;

Fig. 17 ist ein Flußdiagramm, das eine Routine zum Setzen eines Zuführenergielimits darstellt;

Fig. 18 ist ein Zeitdiagramm, das eine Sensorspannung und einen Sensorstrom zum Erfassen einer Elementimpedanz darstellt;

Fig. 19 ist eine Graphik, die eine zugeordnete Beziehung zwi schen einer Elementimpedanz und einer erforderlichen Zuführ energie darstellt;

Fig. 20 ist eine Graphik, die eine Beziehung zwischen einer Ele mentimpedanz und einem Zuführenergielimit darstellt;

Fig. 21 ist ein Zeitdiagramm, das einen Betrieb des zweiten Aus führungsbeispiels darstellt;

Fig. 22 ist eine Graphik, die eine Beziehung zwischen einer Ele mentimpedanz und einer Elementtemperatur darstellt;

Fig. 23 ist eine Graphik, die eine zugeordnete Beziehung zwi schen einem anfänglichen Heizeinrichtungswiderstand oder -impedanz und einem Zuführenergielimit darstellt;

Fig. 24 ist eine Graphik, die eine zugeordnete Beziehung zwi schen einer Motorlast und einem Zuführenergielimit dar stellt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf zwei Ausfüh rungsbeispiele beschrieben, bei denen ein Sauerstoffsensor in einer Luft-Kraftstoffverhältnisregelvorrichtung für eine Kraft fahrzeugbrennkraftmaschine verwendet wird. Es sollte bemerkt werden, daß in der folgenden Beschreibung der gleiche oder ähn liche Aufbau in allen Ausführungsbeispielen durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen gekennzeichnet ist, um eine wiederholte Erläuterung wegzulassen.

(Erstes Ausführungsbeispiel)

In Fig. 1, die eine Luft-Kraftstoffverhältnisregelvorrichtung darstellt, ist ein fremdgezündeter Vier-Zylinder-Ottomotor 1 mit einem Einlaßrohr 2 und einem Auslaßrohr 3 verbunden. Eine Luft reinigungsvorrichtung 4 ist am stromaufwärtigsten Abschnitt des Einlaßrohrs 2 vorgesehen. Ein Druckausgleichbehälter 5 ist auf halbem Wege des Einlaßrohrs 2 vorgesehen. Stromabwärts des Druckausgleichbehälters 5 ist eine Drosselklappe 17, die zusam men mit der niederdrückenden Betätigung eines (nicht gezeigten) Gaspedals betätigbar ist. Ein Überströmkanal 18, der die Dros selklappe 17 überbrückt, ist mit einem Leerlaufdrehzahlrege lungsventil (ISC-Ventil) 19 versehen.

Das Einlaßrohr 2 ist mit jedem Zylinder des Motors 1 durch eine Einlaßöffnung verbunden, an der eine Einspritzeinrichtung 6 mon tiert ist. Ein Kraftstoff wird von einem Kraftstofftank 7 durch eine Kraftstoffpumpe 8 heraufgepumpt und dann einem Druckregula tor 10 über einen Kraftstoffilter 9 zugeführt. Der Druckregula tor 10 ist dazu vorgesehen, einen Druck des der Einspritzein richtung 6 zuzuführenden Kraftstoffes dadurch zu regeln, daß überschüssiger Kraftstoff in den Kraftstofftank 7 zurückgeführt wird. Die Einspritzeinrichtung 6 öffnet zum Einspritzen von Kraftstoff ihr Ventil durch eine Energiezufuhr von einer Batte rie 15. Der von der Einspritzeinrichtung 6 eingespritzte Kraft stoff wird mit einer Einlaßluft vermischt, um ein Luft- Kraftstoffgemisch zu bilden. Das Gemisch wird dann in eine Brennkammer 12 durch ein Einlaßventil 11 eingeführt.

Ein Einlaßlufttemperatursensor 20 ist in der Nähe der Luftreini gungsvorrichtung 4 angeordnet, um die Temperatur der Einlaßluft zu erfassen. Der Druckausgleichbehälter 5 ist mit einem Druck sensor 22 zum Erfassen des Einlaßluftdrucks innerhalb des Ein laßrohrs 2 verbunden. Der Zylinderblock des Motors 1 ist mit ei nem Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des Motorkühl mittels versehen.

Eine Zündkerze 13 ist an der Brennkammer 12 jedes Zylinders mon tiert. Eine Zündspule 14 erzeugt eine Hochspannung aus der von der Batterie 15 zugeführten Spannung. Die Hochspannung wird dann zu der Zündkerze 13 jedes Zylinders durch einen Verteiler 16 verteilt. Der Verteiler 16 umfaßt einen Bezugspositionssensor 24 zum Erfassen einer Bezugsdrehposition und einen Kurbelwinkelsen sor 25. Der Kurbelwinkelsensor 25 erzeugt Kurbelwinkelsignale an jeden vorbestimmten Kurbelwinkel (beispielsweise bei jeweils 30° Kurbelwinkel) während einer Drehung der Kurbelwelle des Motors 1. Der Bezugspositionssensor 24 erzeugt ein Bezugspositions signal bezüglich eines speziellen Zylinders (beispielsweise die obere Kompressionspunktposition des ersten Zylinders) während einer Drehung der Kurbelwelle des Motors 1, wodurch die Zylin derzahl erfaßt wird.

Das Abgasrohr 3 des Motors 1 ist mit einem Sauerstoffsensor 26 in Grenzstrombauweise versehen, der Erfassungssignale ausgibt, die linear zu (proportional zu) der Sauerstoffkonzentration im Abgas sind. Stromabwärts von dem Sauerstoffsensor 26 ist ein (nicht gezeigter) katalytischer Wandler angeordnet, der das Ab gas reinigt.

Die Erfassungssignale von den vorstehend erwähnten Sensoren wer den in eine elektronische Regeleinheit (ECU) 40 eingegeben. Die ECU 40 wird durch eine Energiezufuhr von der Batterie 15 betrie ben. Bei Erhalt eines AN-Signals von einem Zündschalter 28 be ginnt die ECU 40 mit der Regelung des Betriebs des Motors 1. Während des Betriebs des Motors 1 führt die ECU 40 eine Rück kopplungsregelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses eines Luft- Kraftstoffgemisches auf näherungsweise ein Soll-Luft- Kraftstoffverhältnis (beispielsweise ein stöchiometrisches Luft- Kraftstoffverhältnis) aus, indem der Luft- Kraftstoffverhältniskorrekturkoeffizient auf der Grundlage der Signale von dem Sauerstoffsensor 26 verändert wird. Des weiteren führt die ECU 40 einen Sauerstoffsensordiagnosebetrieb, d. h. ei nen Betrieb zur Bestimmung einer Fehlfunktion des Sauerstoffsen sors aus, um zu bestimmen, ob eine Abnormalität bei dem Sauer stoffsensor 26 aufgetreten ist; wenn eine Abnormalität aufgetre ten ist, wird eine Warnlampe 29 angeschaltet, um den Fahrer über eine Sauerstoffsensorabnormalität zu informieren.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ragt der Sauerstoffsensor 26 in das Abgasrohr 3 vor. Er weist eine Abdeckung 31, einen Sensorkörper 32 und eine Heizeinrichtung 33 auf. Die Abdeckung 31 ist im all gemeinen U-förmig und ihre Umfangswand hat viele Poren 31a, die das Innere der Abdeckung 31 mit dem Äußeren in Verbindung set zen. Der Sensorkörper 32 erzeugt einen Grenzstrom entsprechend der Sauerstoffkonzentration im Magermischbereich des Luft- Kraftstoffverhältnisses oder entsprechend der Konzentration von Kohlenmonoxid (CO) im Bereich des fetten Gemisches des Luft- Kraftstoffverhältnisses.

Eine abgasseitige Elektrodenschicht 36 ist auf der äußeren Ober fläche einer Festkörperelektrolytschicht 34 befestigt, die im Schnitt eine Form einer Haube hat. Die Innenfläche der Festkör perelektrolytschicht 34 ist auf der umgebungsseitigen Elektro denschicht 37 befestigt. Eine diffundierte Widerstandsschicht 35 ist an der Außenseite der abgasseitigen Elektrodenschicht 36 durch Plasmasprühen oder dergleichen ausgebildet.

Die Heizeinrichtung 33 ist in einem Raum angeordnet, der durch die umgebungsseitige Elektrodenschicht 37 umgeben ist. Die ther mische Energie von der Heizeinrichtung 33 heizt den Sensorkörper 32 (die umgebungsseitige Elektrodenschicht 37, die Festkörpere lektrolytschicht 34, die abgasseitige Elektrodenschicht 36 und die diffundierte Widerstandsschicht 35) auf. Die Heizeinrichtung 33 hat eine ausreichende Wärmeerzeugungskapazität, um den Sen sorkörper 32 zu aktivieren.

Mit diesem Aufbau des Sauerstoffsensors 26 erzeugt der Sensor körper 32 eine variable elektrizitätserzeugende Kraft bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis und erzeugt einen Grenzstrom in Übereinstimmung mit der Sauerstoffkonzentration innerhalb des Magermischbereiches, der bezüglich des stöchiome trischen Luft-Kraftstoffverhältnisses definiert ist.

Der Sensorkörper 32 erfaßt linear die Sauerstoffkonzentration im Abgas. Da jedoch eine hohe Temperatur von ungefähr 650°C oder darüber benötigt wird, um den Sensorkörper 32 zu aktivieren, und da der Aktivierungstemperaturbereich des Sensorkörpers 32 rela tiv eng ist, ist die thermische Energie vom Abgas des Motors 1 nicht ausreichend, um die Aktivierung des Sensorkörpers 32 zu regeln. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Heizeinrich tung 33 so geregelt, wie später beschrieben wird, um eine ge wünschte Regelung der Temperatur des Sensorkörpers 32 zu erzie len. Innerhalb des Bereichs mit fettem Gemisch bezüglich des stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnisses verändert sich andererseits die Konzentration von Kohlenmonoxiden (CO), d. h. von unverbranntem Gas, im wesentlichen linear zum Luft- Kraftstoffverhältnis. Der Sensorkörper 32 erzeugt einen Grenz strom in Übereinstimmung mit der CO-Konzentration im Bereich des fetten Gemisches.

Die Strom-Spannung-Eigenschaftskurven in Fig. 3 zeigen, daß der Strom, der in die Festkörperelektrolytschicht 34 des Sensorkör pers 32 proportional zur Sauerstoffkonzentration (Luft- Kraftstoffverhältnis) fließt, die durch den Sauerstoffsensor 26 erfaßt wird, linear zur Spannung ist, die auf die Festkörpere lektrolytschicht 34 aufgebracht wird.

Wenn der Sensorkörper 32 in dem aktivierten Zustand bei einer Temperatur T = T1 ist, zeigen die Strom-Spannungs-Eigenschaften des Sensorkörpers 32 einen stationären Zustand, wie durch die charakteristische Kurve L1 angedeutet ist, die durch durchgezo gene Linien in Fig. 3 wiedergegeben ist. Die geraden Segmente der charakteristischen Kurve L1 parallel zur Spannungsachse V geben Grenzströme an, die in dem Sensorkörper 32 fließen. Die Schwankung des Grenzstroms ist in Übereinstimmung zur Schwankung des Luft-Kraftstoffverhältnisses (d. h. mager oder fett). Genauer gesagt steigt der Grenzstrom an, wenn sich das Luft- Kraftstoffverhältnis weiter zur mageren Seite verschiebt, und der Grenzstrom nimmt ab, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis sich weiter zur fetten Seite verschiebt.

Der Bereich der Spannungs-Strom-Eigenschaftskurve, in dem die Spannung kleiner als die Werte ist, die den geraden Segmenten entsprechen, die zur Spannungsachse V parallel sind, ist ein Be reich, in dem ein Widerstand dominiert. Die Steigung der charak teristischen Kurve L1 innerhalb eines solchen Bereichs, in dem der Widerstand dominiert, wird durch die innere Impedanz (Elementimpedanz) der Festkörperelektrolytschicht 34 bestimmt, die in dem Sensorkörper 32 vorgesehen ist. Die Elementimpedanz verändert sich mit der Temperatur. Mit einem Abfall der Tempera tur des Sensorkörpers 32 steigt die Elementimpedanz an und daher verringert sich die Steigung.

Wenn die Temperatur T des Sensorkörpers 32 gleich T2 ist, die geringer als T1 ist, werden die Strom-Spannungs-Eigenschaften des Sensorkörpers 32 so, wie durch die charakteristische Kurve L2 angedeutet ist, die durch strichlierte Linien in Fig. 3 wie dergegeben ist. Die geraden Segmente der charakteristischen Kur ve L2 parallel zur Spannungsachse V geben Grenzströme an, die in dem Sensorkörper 32 fließen. Die Grenzströme, die durch die cha rakteristische Kurve L2 bestimmt sind, sind im wesentlichen gleich zu denjenigen, die durch die Kurve L1 bestimmt sind.

Wenn eine positive Spannung V_pos auf die Festkörperelektrolyt schicht 34 des Sensorkörpers 32 aufgebracht wird, wird bei der charakteristischen Kurve L1 der durch den Sensorkörper 32 flie ßende Strom ein Grenzstrom I_pos (siehe Punkt Pa in Fig. 3). Wenn eine negative Spannung V_neg auf die Festkörperelektrolytschicht 34 des Sensorkörpers 32 aufgebracht wird, wird der durch den Sensorkörper 32 fließende Strom ein negativer Grenzstrom I_neg, der nicht von der Sauerstoffkonzentration abhängig ist, sondern nur zur Temperatur proportional ist (siehe Punkt Pb in Fig. 3).

Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 2 ist dort die abgasseitige Elektrodenschicht 36 des Sensorkörpers 32 mit einer Vorspan nungsregelungsschaltung 41 verbunden, die mit der umgebungssei tigen Elektrodenschicht 37 des Sensorkörpers 32 über eine posi tiv vorspannende Gleichstromquelle 42 verbunden ist. Die Vor spannungsregelungsschaltung 41 setzt sich im allgemeinen aus der positiv vorspannenden Gleichstromquelle 42, einer negativ vor spannenden Gleichstromquelle 43 und einer Wechselschalterschal tung 44 zusammen. Die negative Elektrode der positiv vorspannen den Gleichstromquelle 42 und die positive Elektrode der negativ vorspannenden Gleichstromquelle 43 sind mit der abgasseitigen Elektrodenschicht 36 verbunden.

Die Wechselschalterschaltung 44 verbindet wahlweise nur die po sitive Elektrode der positiv vorspannenden Gleichstromquelle 42 mit einer Sensorstromerfassungsschaltung 45, wenn sie in einen ersten Wahlzustand geschaltet ist. Wenn sie in einen zweiten Wahlzustand geschaltet ist, verbindet die Wechselschalterschal tung 44 nur die negative Elektrode der negativ vorspannenden Gleichstromquelle 43 mit der Sensorstromerfassungsschaltung 45. Wenn nämlich die Wechselschalterschaltung 44 in dem ersten Wahl zustand ist, spannt die positiv vorspannende Gleichstromquelle 42 die Festkörperelektrolytschicht 34 des Sensorkörpers 32 posi tiv vor, so daß der Strom durch die Festkörperelektrolytschicht 34 in der positiven Richtung fließt.

Wenn andererseits die Wechselschalterschaltung 44 in dem zweiten Wahlzustand ist, spannt die negativ vorspannende Gleichstrom quelle 43 die Festkörperelektrolytschicht 34 vor, so daß ein Strom durch die Festkörperelektrolytschicht 34 in der negativen Richtung fließt. Die Anschlußspannungen der positiv und negativ vorspannenden Gleichstromquellen 42, 43 entsprechen jeweils den vorstehend erwähnten aufgebrachten Spannungen V_pos und V_neg.

Die Sensorstromerfassungsschaltung 45 erfaßt den Strom, der von der umgebungsseitigen Elektrodenschicht 37 des Sensorkörpers 32 zur Schalterschaltung 44 oder in umgekehrter Richtung fließt, d. h. den Strom, der durch die Festkörperelektrolytschicht 34 fließt. Eine Heizeinrichtungsregelungsschaltung 46 regelt lastabhängig die elektrische Energie, die von einer Batteriee nergiequelle VB der Heizeinrichtung zugeführt wird, nämlich in Übereinstimmung mit der Heizeinrichtungstemperatur und/oder der Elementtemperatur des Sauerstoffsensors 26, wodurch das Heizen durch die Heizeinrichtung 33 geregelt wird. Der durch die Hei zeinrichtung 33 fließende Strom (Heizeinrichtungsstrom Ih) wird durch einen Stromerfassungswiderstand 50 erfaßt.

Ein A/D-Wandler 47 wandelt den Strom, der durch die Sensor stromerfassungsschaltung 45 erfaßt wird (I_pos, I_neg wie in Fig. 3 gezeigt ist), den Heizeinrichtungsstrom Ih und die auf die Hei zeinrichtung 33 aufgebrachte Spannung (Heizeinrichtungsspannung Vh) in entsprechende digitale Signale um und gibt die Signale an einen Mikrocomputer 48 aus. Der Mikrocomputer 48 weist eine zen trale Recheneinheit CPU 48a zum Ausführen zahlreicher Berech nungsvorgänge und einen Speicher 48b auf, der sich aus einem Nur-Lese-Speicher ROM und einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff RAM zusammensetzt. Gemäß vorgespeicherten Computerprogrammen re gelt der Mikrocomputer 48 die Vorspannungsregelschaltung 41, die Heizeinrichtungsregelschaltung 46, eine elektronische Regelein richtung zum Regeln einer Kraftstoffeinspritzung (EFI) 49 und dergleichen. Die Kraftstoffeinspritzregeleinrichtung 49 nimmt zahlreiche Signale von den vorstehend erwähnten Sensoren als ei ne Motorinformation auf und erfaßt dabei eine Einlaßlufttempera tur Tam, einen Einlaßunterdruck Pm, eine Kühlmitteltemperatur Thw, eine Motordrehzahl Ne, eine Fahrzeuggeschwindigkeit Vs und dergleichen. Auf der Grundlage einer derartigen Motorinformation regelt die Kraftstoffeinspritzregelvorrichtung 49 eine durch die Einspritzeinrichtung 6 durchgeführte Krafteinspritzung.

Der Betrieb dieses Ausführungsbeispiels wird unter Bezugnahme auf Regelprogramme beschrieben, die durch die CPU 48a des Mikro computers 48 ausgeführt werden.

Fig. 4 zeigt ein Zeitdiagramm, das eine Heizeinrichtungsregelung wiedergibt, die vom Start einer Energiezufuhr zur Heizeinrich tung 33 ansprechend auf den Start des Motors 1 bis zur ausrei chenden Aktivierung des Sauerstoffsensors 26 durchgeführt wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Heizeinrichtungsrege lung in vier Betriebsweisen (1)-(4) angesichts unterschiedli cher Zwecke und Regelverfahren unterteilt werden. Diese Regelbe triebsweisen werden aufeinanderfolgend beschrieben. Die Regelbe triebsweisen (1)-(3) werden durchgeführt, um die Heizeinrich tung 33 zu regeln, bevor der Sauerstoffsensor 26 aktiviert ist, und die Regelbetriebsweise (4) wird durchgeführt, um die Hei zeinrichtung 33 zu regeln, nachdem der Sauerstoffsensor 26 akti viert worden ist.

Bei der Regelbetriebsweise (1), die unmittelbar nach dem Start des Motors 1 ausgeführt wird, wird die Heizeinrichtungsspannung mit einem Lastwert von 100% auf die Heizeinrichtung 33 aufge bracht. Diese Regelung wird als "Regelung mit voller Leistung" bezeichnet. Die Maximalspannung wird nämlich auf die Heizein richtung 33 aufgebracht, um die Heizeinrichtung 33 schnell zu heizen, wenn die Heizeinrichtung 33 und das Sensorelement des Sensorkörpers 32 kalt sind. Die Regelbetriebsweisen (2) und (3) regeln die Energiezufuhr zur Heizeinrichtung 33, um die Heizein richtungstemperatur auf einer Sollheizeinrichtungstemperatur (beispielsweise 1200°C, die der oberen Grenzheizeinrichtungstem peratur entspricht) zu halten. Nachfolgend werden diese Regelbe triebsweisen als "Energieregelung" bezeichnet. Da die Heizein richtungstemperatur insbesondere durch die Zuführenergie zur Heizeinrichtung 33 bestimmt wird, wenn die Elementtemperatur im wesentlichen der Aktivierungstemperatur (700°C) entspricht, kann die Temperatur der Heizeinrichtung 33 auf einem konstanten Wert gehalten werden, in dem eine Zufuhr einer vorbestimmten Energie fortgesetzt wird. Wenn jedoch die Elementtemperatur gering ist, verändert sich die Energiezufuhr, die zum Aufrechterhalten der Heizeinrichtungstemperatur auf einem konstanten Wert erforder lich ist, mit der Elementtemperatur. Normalerweise ist die er forderliche Energiezufuhr bei einer geringeren Elementtemperatur größer. Während der Energieregelung wird die Energiezufuhr zur Heizeinrichtung 33 in Übereinstimmung mit der Elementimpedanz geregelt, die in Beziehung zu der Elementtemperatur steht, wie in Fig. 5 angedeutet ist.

In einer anfänglichen Zeitspanne der Energieregelung ist jedoch die Elementimpedanz beträchtlich groß, d. h. sie übersteigt den maximal erfaßbaren Wert (beispielsweise 600Ω). In einem solchen Bereich, in dem eine Elementimpedanz nicht erfaßbar ist, wird die Energiezufuhr zur Heizeinrichtung auf einem konstanten Wert (beispielsweise 60 W) gehalten (Regelbetriebsweise (2)). Wenn die Elementtemperatur angestiegen ist, so daß die Elementimpedanz 600Ω oder kleiner wird, wird dann die Energie in Übereinstimmung mit der Elementimpedanz der Heizeinrichtung 33 zugeführt (Regelbetriebsweise (3)).

Die Regelbetriebsweise (4) führt eine Rückkopplungsregelung der Energiezufuhr zur Heizeinrichtung 33 aus, um eine Sollimpedanz (entsprechend einer Solltemperatur) zu erreichen, um die Akti vierung des Sensorelements aufrechtzuerhalten (nachstehend als "Elementtemperatur-Rückkopplungsregelung" bezeichnet). Solange der Sauerstoffsensor 26 normal ist oder nicht verschlechtert ist, wird die Energiezufuhr so geregelt, daß die Elementimpedanz den Sollwert 30Ω (Solltemperatur 700°C) annimmt.

Eine Heizeinrichtungsregelungsroutine gemäß dem Ausführungsbei spiel wird unter Bezugnahme auf die Fig. 6 beschrieben. In Fig. 6 bestimmt die CPU 48a im Schritt 101, ob die Vorbedingung für die Elementtemperatur-Rückkopplungsregelung verwirklicht ist. Die Vorbedingung ist erfüllt, wenn die Elementimpedanz des Sau erstoffsensors 26 gleich oder kleiner als 30Ω ist. Die CPU 48a bestimmt im Schritt 102, ob die Vorbedingungen für die Energie regelung verwirklicht worden sind.

Zwei unterschiedliche Vorbedingungen sind getrennt voneinander in Übereinstimmung damit vorgesehen, ob der Sauerstoffsensor 26 (der Sensorkörper 32 und die Heizeinrichtung 33) in einem Kalt zustand ist oder nicht. Wenn der Sauerstoffsensor 26 in dem Kaltzustand ist, ist die Vorbedingung erfüllt, wenn eine vorbe stimmte Zeitlänge auf den Start der Regelung mit voller Leistung (die Regelbetriebsweise (1), die in Fig. 4 angedeutet ist) ver strichen ist. Wenn der Sauerstoffsensor 26 nicht länger im Kalt zustand ist, ist die Vorbedingung erfüllt, wenn der Heizeinrich tungswiderstand einen Sollheizeinrichtungswiderstand erreicht hat oder diesen übersteigt. Durch wahlweises Durchführen der Re gelung mit voller Leistung, wenn der Sauerstoffsensor 26 im Kaltzustand ist, kann ein übermäßiger Anstieg der Heizeinrich tungstemperatur verhindert werden, wenn der Motor 1 nach einem kurzen Stop erneut gestartet wird.

Wenn sowohl im Schritt 101 als auch im Schritt 102 eine vernei nende Bestimmung (NEIN) in einer anfänglichen Zeitspanne der Heizeinrichtungsregelung gemacht wird, geht die CPU 48a zu Schritt 103 über, um die Regelung mit voller Leistung der Hei zeinrichtung 33 durchzuführen (Regelbetriebsweise (1)). Dann wird nämlich die Heizeinrichtungsspannung im 100%igen Lastver hältnis auf die Heizeinrichtung 33 aufgebracht.

Wenn im Schritt 102 die Vorbedingungen für die Energieregelung erfüllt sind (JA), geht die CPU 48a zu Schritt 104 über, um die Energieregelung auszuführen (Regelbetriebsweisen (2), (3)). Wenn, wie vorstehend beschrieben ist, die Elementimpedanz in dem unerfaßbaren Bereich ist (Elementimpedanz größer 600Ω), wird die Energiezufuhr zur Heizeinrichtung 33 auf einen unveränderlichen Wert geregelt (Regelbetriebsweise (2)). Wenn die Elementimpedanz erfaßbar wird, wird die Energiezufuhr zur Heizeinrichtung 33 in Übereinstimmung mit der Elementimpedanz geregelt, um die Hei zeinrichtungstemperatur auf einer Sollheizeinrichtungstemperatur zu halten (Regelbetriebsweise (3)).

Wenn die Vorbedingung für die Rückkopplungsregelung der Element temperatur im Schritt 101 in einer späteren Zeitspanne erfüllt ist, geht die CPU 48a zu Schritt 105 über, um die Rückkopplungs regelung der Elementtemperatur auszuführen (Regelbetriebsweise (4)). Für diese Regelung berechnet die CPU 48a einen Heizein richtungsregelungslastwert DUTY auf der Grundlage der folgenden Gleichungen:

DUTY = DUTY.I + GP + GI
GP = KP_*(Zdc - ZdcT)
GI = GI + KI_*(Zdc - ZdcT)

wobei DUTY.I ein Anfangswert des Regellastwerts DUTY ist; Zdc eine Elementimpedanz; und ZdcT eine Sollimpedanz. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist DUTY.I auf 20% gesetzt, ZdcT ist auf 30Ω gesetzt. GP ist ein proportionaler Ausdruck; GI ist ein integra ler Ausdruck; KP ist eine proportionale Konstante und KI ist ei ne Integrationskonstante (gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist KP gleich 4,2%, KI gleich 0,2%). Diese Werte können experimen tell bestimmt werden und werden sich in Übereinstimmung mit den Daten des Sauerstoffsensors 26 verändern.

In Fig. 7, die eine Elementimpedanzerfassungsroutine darstellt, die während einer Rückkopplungsregelung der Elementtemperatur durchgeführt wird (Schritt 105 in Fig. 6), bringt die CPU 48a im Schritt 201 eine vorbestimmte Spannung Vm (beispielsweise -1 V) in dem Elementimpedanzerfassungsbereich in Fig. 8 auf und liest im nachfolgenden Schritt 202 den Strom Im, der durch die Sensor stromerfassungsschaltung der Fig. 2 erfaßt wird. Die CPU 48a be rechnet dann im Schritt 203 die Elementimpedanz Zdc (Zdc = Vm/Im) aus der aufgebrachten Spannung Vm und dem erfaßten Strom Im.

In dem Flußdiagramm der Fig. 9, die eine Berechnungsroutine für verarbeitete Daten darstellt, welche durch die CPU 48a bei spielsweise mit einem Zyklus von 128 ms ausgeführt wird, liest die CPU 48a im Schritt 301 den Heizeinrichtungsstrom Ih ein, der durch den Stromerfassungswiderstand 50 erfaßt wird, der in Fig. 2 gezeigt ist, und liest im nachfolgenden Schritt 302 die Hei zeinrichtungsspannung Vh ein.

Die CPU 48a berechnet dann einen Heizeinrichtungswiderstand Rh durch Teilen der Heizeinrichtungsspannung Vh durch den Heizein richtungsstrom Ih (Rh = Vh/Ih) im Schritt 703 und multipliziert im Schritt 304 die Heizeinrichtungsspannung Vh mit dem Heizein richtungsstrom Ih, um die Heizeinrichtungszuführenergie oder -energie Wh (Wh = Vh_*Ih) zu bestimmen. Dann berechnet die CPU 48a einen gewichteten Mittelwert (nachfolgend als Energiemittel wert "WHAV" bezeichnet) der Heizeinrichtungszuführenergie Wh durch eine Mittelwertsberechnung mit einer 1/64-Gewichtung unter Verwendung der folgenden Gleichung:

WHAV = (63_*WHAVi-1 + WH)/64)

Die Sollimpedanz wird so verändert, wie in Fig. 10 gezeigt ist. Solange der Sauerstoffsensor 26 nicht verschlechtert ist, wird die Sollimpedanz auf 30 gesetzt. Mit der Verschlechterung des Sauerstoffsensors 26 steigt die Impedanz entsprechend an und die Heizeinrichtungszuführenergie steigt an.

Die Heizeinrichtungszuführenergie, die erforderlich ist, um die Sollimpedanz aufrechtzuerhalten, entspricht im allgemeinen einer vorbestimmten elektrischen Energie. Wenn daher die Zuführenergie die vorbestimmte Energie übersteigt, kann bestimmt werden, daß sich der Sauerstoffsensor 26 verschlechtert hat, und die Sollim pedanz kann entsprechend der Verschlechterung verändert werden.

Wie in Fig. 10 gezeigt ist, ist KZdcT0 (30Ω) als die Sollimpe danz gesetzt, bis die Verschlechterung auftritt. Nach dem Auf treten der Verschlechterung wird die Sollimpedanz in KZdcT1 ge ändert, solange die Heizeinrichtungszuführenergie gleich oder größer als KWHAV1 und kleiner als KWHAV2 ist. Des weiteren wird sie zu KZdcT2 verändert, solange die Heizeinrichtungszuführener gie gleich oder größer als KWHAV2 und kleiner als KWHAV3 ist. Sie wird zu KZdcT3 verändert, solange die Heizeinrichtungszufüh renergie gleich oder größer als KWHAV3 ist. Hier sind, wie in der Figur gezeigt ist, die Heizeinrichtungszuführenergie und die Sollimpedanz so gesetzt, daß gilt KWHAV1 < KWHAV2 < KWHAV3 < KWHAV und KZdcT0 < KZdcT1 < KZdcT2 < KZdcT3.

Wenn die Heizeinrichtungszuführenergie weiter ansteigt und in den Bereich einer Abnormalität eintritt (wenn die Zuführenergie über KWHAV ist), wird bestimmt, daß der Sauerstoffsensor 26 ab normal ist. Weil nämlich der Luft-Kraftstoffverhältniserfas sungsbereich verengt wird, wenn die Sollimpedanz ansteigt, wird bestimmt, daß der Sauerstoffsensor 26 abnormal ist, wenn das Er fassungsvermögen des Sauerstoffsensors 26 sein Limit erreicht.

Fig. 11 stellt ein Flußdiagramm einer Sollimpedanzveränderungs routine dar, die den Vorgang der Fig. 10 durchführt. Dieses Flußdiagramm entspricht einem Schritt 505, der in Fig. 12 ge zeigt ist und nachfolgend beschrieben wird.

Die CPU 48a bestimmt im Schritt 401, ob der Energiemittelwert WHAV gleich oder größer als KWHAV3 ist (WHAV KWHAV3). Wenn WHAV kleiner KWHAV3 ist, geht die CPU 48a zu Schritt 402 über und be stimmt, ob der Energiemittelwert WHAV gleich oder größer als KWHAV2 ist (WHAV KWHAV2). Wenn WHAV kleiner als KWHAV2 ist, geht die CPU 48a zu Schritt 403 über und bestimmt, ob der Ener giemittelwert WHAV gleich oder größer als KWHAV1 ist (WHAV KWHAV1). Wenn WHAV kleiner KWHAV1 ist, geht die CPU 48a zu Schritt 404 über und setzt die Sollimpedanz ZdcT auf KZdcT0, wo durch die Routine beendet wird.

Wenn WHAV größer gleich KWHAV1 im Schritt 403 ist, geht die CPU 48a zu Schritt 407 über und setzt die Sollimpedanz ZdcT auf KZdcT1, wodurch die Routine beendet wird. Wenn WHAV größer gleich KWHAV2 im Schritt 402 ist, geht die CPU 48a zu Schritt 406 über und setzt die Sollimpedanz ZdcT auf KZdcT2, wodurch die Routine beendet wird. Wenn WHAV größer gleich KWHAV1 im Schritt 401 ist, geht die CPU 48a zu Schritt 405 über und setzt die Sol limpedanz ZdcT auf KZdcT3, wodurch die Routine beendet wird.

Wie vorstehend beschrieben ist, wird die Sollimpedanz in Über einstimmung mit der Verschlechterung des Sauerstoffsensors 26 aus den Beziehungen, nämlich KWHAV1 < KWHAV2 < KWHAV3 < KWHAV und KZdcT0 < KZdcT1 < KZdcT2 < KZdcT3 bestimmt.

Das Flußdiagramm der Fig. 12 stellt eine Routine zur Sensordia gnose oder zur Erfassung einer Abnormalität dar, die durch die CPU 48a beispielsweise in einem Zyklus von einer Sekunde ausge führt wird. Die Sensordiagnoseroutine sucht nach einer Sensorab normalität auf der Grundlage der Heizeinrichtungsenergiezufuhr Wh, die während der Durchführung der Rückkopplungsregelung der Elementtemperaturen benötigt wird. Da genauer gesagt die Hei zeinrichtungsenergiezufuhr Wh ansteigt, die benötigt wird, um die Elementtemperatur auf einem Sollwert (beispielsweise 700°C) zu halten, wenn der Sauerstoffsensor 26 eine Abnormalität hat, kann die Sensorabnormalität einfach bestimmt werden, indem die Heizeinrichtungsenergiezufuhr Wh mit dem Normalwert verglichen wird. Der Ablauf der Diagnose wird unter Bezugnahme auf die Fig. 12 beschrieben.

Im Schritt 501 in Fig. 12 bestimmt die CPU 48a, ob eine vorbe stimmte Dauer der Zeit KSTFB (beispielsweise 10 Sekunden) auf den Start der Rückkopplungsregelung der Elementtemperatur ver strichen ist. Schritt 502 bestimmt, ob eine vorbestimmte Dauer der Zeit KAFST (beispielsweise 100 Sekunden) auf die letzte Be stimmung einer Abnormalität folgend verstrichen ist. Des weite ren bestimmt Schritt 503, ob ein stationärer Motorbetriebszu stand (beispielsweise ein Leerlaufzustand) über eine vorbestimm te Dauer der Zeit KSMST (beispielsweise 5 Sekunden) fortgesetzt worden ist. Wenn in irgendeinem der Schritte 501-503 eine ver neinende Bestimmung gemacht worden ist, beendet die CPU 48a un mittelbar diese Routine. Wenn in allen der Schritten 501-503 eine bejahende Bestimmung gemacht worden ist, geht die CPU 48a zu Schritt 504 über.

Die CPU 48a bestimmt im Schritt 504, ob der Leistungsmittelwert WHAV gleich einem vorbestimmten Heizeinrichtungsenergiekriterium KWHAV ist oder dieses übersteigt (ob WHAV KWHAV). Wenn WHAV kleiner KWHAV ist, wird angenommen, daß keine Sensorabnormalität aufgetreten ist. Die CPU 48a, die keine Sensorabnormalität be stimmt, geht dann zu Schritt 505 über und verändert die Sollim pedanz in Übereinstimmung mit WHAV. Der vorstehend beschriebene Wert ZdcT wird zu diesem Zeitpunkt die geänderte Sollimpedanz. Die CPU 48a geht dann zu Schritt 506 über, um eine Abnormali tätsbestimmungskennung XELER auf "0" zu löschen, und beendet dann die Routine.

Wenn andererseits WHAV größer gleich KWHAV ist, dann geht die CPU 48a zu Schritt 507 über, um zu bestimmen, ob irgendeine Ab normalität aufgetreten ist, die sich von der Sensorabnormalität unterscheidet. Wenn keine derartige Abnormalität erfaßt worden ist, geht die CPU 48a zu Schritt 508 über, um zu bestimmen, ob die Abnormalitätsbestimmungskennung XELER auf "1" gesetzt worden ist. Wenn ZELER gleich Null ist, dann setzt die CPU 48a die Ab normalitätsbestimmungskennung XELER auf 1 im Schritt 509.

Wenn ZELER gleich 1 ist, geht die CPU 48a zu Schritt 510 über, um die Warnlampe 29 anzuschalten, um das Auftreten einer Abnor malität als einen Diagnoseanzeigevorgang anzuzeigen. Wenn beim Ablauf durch die Schritte 504-510 ein Auftreten einer Abnorma lität (WHAV KWHAV) nacheinander zweimal bestimmt wird, dann wird der Diagnosevorgang durchgeführt.

Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird, wie vorstehend beschrieben ist, im Schritt 503 bestimmt, ob der Motor in einem stationären Betriebszustand ist. Die Bestimmung des stationären Betriebszustandes wird auf der Grundlage der Motordrehzahl Ne und der Motorlast (Einlaßunterdruck oder dergleichen) gemacht, die durch die Kraftstoffeinspritzregelvorrichtung 49 erfaßt wird.

Eine Erfassung des Betriebszustandes wird zum Bestimmen der Ab gastemperatur gemacht. Genauer gesagt beruht sie auf der Tatsa che, daß die Heizeinrichtungszuführenergie über den vorbestimm ten Wert ansprechend auf einen Anstieg der Elementimpedanz, der durch eine Sensorverschlechterung hervorgerufen wird, oder an sprechend auf einen Abfall der Abgastemperatur ansteigt. Der Sauerstoffsensor 26 wird nämlich ausreichend aktiviert, selbst wenn die Heizeinrichtungszuführenergie niedrig ist, solange die Abgastemperatur hoch ist. Er wird jedoch nicht aktiviert werden, außer wenn die Heizeinrichtungszuführenergie hoch ist, wenn die Abgastemperatur gering ist. Daher benötigt die Heizeinrichtung eine hohe Zuführenergie, wenn die Abgastemperatur gering ist. Somit muß die Heizeinrichtungszuführenergie in diesem Zustand unterschieden werden.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird, solange der Sauer stoffsensor 26 nicht verschlechtert ist, die Zuführenergie zur Heizeinrichtung 33 rückgekoppelt geregelt (Rückkopplungsregelung der Elementtemperatur in Fig. 6), so daß die Elementimpedanz (Elementtemperatur) des Sauerstoffsensors 26 zur Sollimpedanz 30Ω wird (Solltemperatur 700°C).

Wenn sich der Sauerstoffsensor 26 verschlechtert, wird die Sol limpedanz in Übereinstimmung mit seiner Verschlechterung verän dert. Während dieses Vorgangs wird eine Abnormalität des Sensors bestimmt, wenn die Heizeinrichtungszuführenergie den Bestim mungswert der Heizeinrichtungsenergie übersteigt und eine Warn anzeige wird vorgesehen, indem die Warnlampe 29 angeschaltet wird.

Somit verändert sich die Sollimpedanz, die sich mit einem An stieg der internen Impedanz des Elements 34 verändert, auf eine neue Sollimpedanz, so daß ein übermäßiger Temperaturanstieg des Sauerstoffsensor 26 durch die Regelung der Zuführenergie zur Heizeinrichtung 33 begrenzt werden kann. Des weiteren begrenzt diese Regelung eine Verschlechterung des Sauerstoffsensors 26, die anderenfalls durch den übermäßigen Temperaturanstieg des Sauerstoffsensors 26 unterstützt werden würde.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird nicht nur die Sollim pedanz wiederholt in Übereinstimmung mit einer Verschlechterung des Sauerstoffsensors 26 verändert, sondern es erfolgt auch eine Abnormalitätsbestimmung des Sauerstoffsensors 26. D.h., daß die Abnormalität bestimmt wird, wenn der Heizeinrichtung eine Ener gie zugeführt wird, die dem Betriebslimit des Sauerstoffsensors 26 entspricht, wodurch der Betrieb des Sauerstoffsensors 26 auf rechterhalten wird. Wenn des weiteren die Verschlechterung über ein zulässiges Limit steigt, wird eine Verschwendung von elek trischer Energie begrenzt.

Weil beim vorliegenden Ausführungsbeispiel die Bestimmung einer Abnormalität nur innerhalb eines stationären Betriebszustands gemacht wird (Schritt 503 in Fig. 12), kann ein Einfluß der Ab gastemperatur auf die Heizeinrichtungszuführenergie beseitigt werden, um ein richtiges Bestimmungsergebnis vorzusehen.

Obwohl die Sollimpedanz bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel schrittweise verändert wird, kann sie linear in Übereinstimmung mit einer Verschlechterung des Sauerstoffsensors 26 verändert werden.

(Zweites Ausführungsbeispiel)

Beim zweiten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 13 dargestellt ist, ist der Schaltungsaufbau einer elektronischen Regeleinheit 40, die mit einem Sauerstoffsensor 26 verbunden ist, der eine Heizeinrichtung 33 umfaßt, gegenüber dem ersten Ausführungsbei spiel darin unterschiedlich, daß eine Vorspannungsregelungs schaltung 41 eine Sensorstromerfassungsschaltung 45 umfaßt und mit einem Mikrocomputer (MC) 48 über einen D/A-Wandler 47b und einen A/D-Wandler 47b verbunden ist. Eine Heizeinrichtungsrege lungsschaltung 46 ist so aufgebaut, wie in Fig. 14 gezeigt ist. Die Heizeinrichtungsschaltung 46 umfaßt nämlich einen MOS-Transistor 46a, der zwischen einem Schalter 46b und der Heizein richtung 33 angeschlossen ist, so daß der MOS-Transistor 46a ei ne Energiezufuhr zur Heizeinrichtung 33 ansprechend auf ein An- und Abschalten des Schalters 46b regelt, der durch den Mikrocom puter 48 geregelt ist. Die Schaltung 46 umfaßt des weiteren ei nen Betriebsverstärker 46, der mit der Heizeinrichtung 33 ver bunden ist, um eine Spannung (Heizeinrichtungsspannung Vh) über der Heizeinrichtung 33 anzulegen, und einen Betriebsverstärker 46e, der an die Heizeinrichtung über einen Widerstand 46c ange schlossen ist, um eine Spannung vorzusehen, die einen Strom an zeigt (Heizeinrichtungsstrom Ih), der durch die Heizeinrichtung 33 fließt. Der Mikrocomputer 48, der diese Erfassungswerte durch einen A/D-Wandler 47 aufnimmt, führt eine Heizeinrichtungsrege lung in der vorliegenden Weise aus.

Wie in Fig. 15 dargestellt ist, bestimmt die CPU 48a des Mikro computers 48 im Schritt 1010, ob eine Elementimpedanz Zdc gleich oder kleiner als ein Bestimmungsbezugswert (200Ω) ist, der einem halb-aktivierten Zustand des Sensorkörpers entspricht. Die Ele mentimpedanz Zdc beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird er faßt, wie in Fig. 18 gezeigt ist, indem vorübergehend die Span nung zu dem Sauerstoffsensor 26 in positive und negative Rich tungen zum Zeitpunkt der Elementimpedanzerfassung verändert wird, um Veränderungen in dem Strom hervorzurufen. Die Impedanz Zdc wird durch die CPU 48a als Zdc = ΔV/ΔI berechnet, wobei ΔV und ΔI jeweils den positiven oder negativen Veränderungen der Sensorspannung und des Sensorstroms entsprechen. Die Impedanz kann alternativ dazu unter Verwendung von sowohl den positiven als auch den negativen Veränderungen berechnet werden, oder in dem Zdc = V_neg/I_neg wie beim ersten Ausführungsbeispiel verwen det wird.

Die CPU 48a macht eine verneinende Bestimmung (NEIN), wenn die Elementtemperatur noch gering ist, wie beispielsweise bei einem Motorkaltstart, und geht zu Schritt 1020 über, um eine Regelung mit voller Leistung auszuführen. Diese Energiezufuhr mit einem Lastverhältnis von 100% wird fortgesetzt, bis die Elementimpe danz Zdc auf 200Ω oder darunter abgesunken ist.

Wenn die CPU 48a aufgrund eines Heizvorgangs der Heizeinrichtung 33 eine bejahende Bestimmung (JA) macht, wird bestimmt, ob die Impedanz Zdc gleich oder kleiner als ein Startbezugswert einer Impedanzrückkopplungsregelung ist, der so gesetzt ist, daß er der Aktivierung des Sensors 26 entspricht und auf ungefähr Zdc (Sollimpedanz) plus 10Ω gesetzt ist. Wenn die anfängliche Sol limpedanz vor einer Sensorverschlechterung 30Ω ist, wird der Startbezugswert der Impedanzrückkopplungsregelung auf 40Ω ge setzt. Wenn die Bestimmung aufgrund einer unvollständigen Sen soraktivierung verneinend ist, geht die CPU 48a zu Schritt 1040 über, um eine Heizeinrichtungsenergieregelung auszuführen. Eine erforderliche Heizeinrichtungszuführenergie wird nämlich durch die erfaßte Elementimpedanz Zdc auf der Grundlage einer vorbe stimmten Beziehung bestimmt, die in Fig. 19 dargestellt ist, und das Energiezufuhrverhältnis wird aus der erforderlichen Heizein richtungszuführenergie berechnet.

Wenn andererseits im Schritt 1030 bejahend bestimmt wird, geht die CPU 48a vom Schritt 1030 zu Schritt 1100 über, um die Solle lementimpedanz ZdcT zu setzen, und dann zu Schritt 1050 über, um eine Rückkopplungsregelung einer Elementimpedanz auszuführen. Bei dieser Regelung wird das Regelungslastverhältnis Duty wie folgt berechnet, wobei i-1 einen vorangehenden Berechnungszyklus wiedergibt. Die CPU 48a berechnet auch eine erforderliche Zufüh renergie WHR in Übereinstimmung mit dem berechneten Lastverhält nis Duty.

Duty = GP + GI + GD:
wobei GP = KP_*(Zdc - ZdcT),
GI = GIi-1 + KI_*(Zdc - ZdcT), und
GD = KD_*(Zdc - Zdci-1).

Die CPU 48a, die dann eine Rückkopplungsausführungskennung XFB auf 1 im Schritt 1060 setzt, bestimmt im Schritt 1070, ob die berechnete oder erforderliche Zuführenergie WHR gleich oder grö ßer als ein vorbestimmtes Maximallimit WHGD ist (d. h. den Zufüh renergieschutzwert). Wenn bejaht wird, d. h., wenn die erforder liche Zuführenergie zu groß ist, begrenzt die CPU 48a die Zufüh renergie WHR auf das Maximallimit WHGD im Schritt 1080. Somit wird auch das berechnete Lastverhältnis Duty auf ein begrenztes Lastverhältnis begrenzt, das dem Maximallimit der Zuführenergie entspricht. Wenn WHR kleiner WHGD ist, beendet die CPU 48a diese Routine, so daß der Heizeinrichtung eine erforderliche Zuführe nergie zugeführt wird, wie berechnet ist.

Im Schritt 1100 zum Setzen der Sollimpedanz in Fig. 15, be stimmt, wie detailliert in Fig. 16 dargestellt ist, die CPU 48a, ob die Impedanzrückkopplungskennung XFB gleich 1 ist. Wenn XFB gleich 0 ist, wodurch angezeigt wird, daß keine Rückkopplung ausgeführt wird, liest die CPU 48a im Schritt 1120 die Sollimpe danz ZdcT aus einem Sicherheitsspeicher mit wahlfreiem Zugriff Back-up RAM 48d des Mikrocomputers 48 aus und setzt sie als eine anfängliche Sollimpedanz, so daß diese anfängliche Impedanz zum Zeitpunkt des Starts der Impedanzrückkopplungsregelung des Schritts 1050 in Fig. 15 verwendet werden kann. Wenn XFB gleich 1 ist, wodurch angezeigt wird, daß die Impedanzrückkopplungsre gelung ausgeführt wird, geht andererseits die CPU 48a zu Schritt 1130 über, um eine tatsächliche Heizeinrichtungszuführenergie WHA aus der erfaßten Heizeinrichtungsspannung Vh und dem Hei zeinrichtungsstrom Ih zu berechnen, d. h. WHA = Vh_*Ih.

Die CPU 48a vergleicht dann im Schritt 1140 die tatsächliche Zu führenergie WHA mit dem Maximallimit WHGD. Wenn NEIN bestimmt wird (d. h., WHA < WHGD), löscht die CPU 48a im Schritt 1150 ih ren Zähler, der die Zeitdauer mißt, zu der WHA größer gleich WHGD ist, und hält dann im Schritt 1160 die Sollimpedanz ZdcT zu diesem Zeitpunkt aufrecht, so daß diese Sollimpedanz ZdcT bei der Impedanzrückkopplungsregelung in Fig. 15 verwendet wird.

Wenn WHA WHGD im Schritt 1140 ist, zählt die CPU 48a im Schritt 1170 die Zeit hoch, zu der WHA WHGD ist, und bestimmt im Schritt 1180, ob die gemessene Zeit eine vorbestimmte Zeitdauer erreicht (beispielsweise 5 Minuten). Bei der bejahenden Bestim mung erhöht die CPU 48a im Schritt 1190 die Sollimpedanz ZdcT durch einen Zuwachswert α, d. h. von ZdcT auf ZdcT + α. Die so im Schritt 1190 veränderte Sollimpedanz ZdcT wird in dem Sicher heitsspeicher mit wahlfreiem Zugriff Back-up RAM 48d gespei chert, der seinen Speicherinhalt selbst nach einem Motorstop be hält, so daß die gespeicherte Sollimpedanz ZdcT im Schritt 1120 ausgelesen werden kann, wenn die Heizeinrichtungsregelung zum nächsten Mal wieder durchgeführt wird.

Es ist bei den vorstehenden Routinen zu verstehen, daß das Ver arbeiten durch die CPU 48a in der Reihenfolge 1140, 1170, 1180 und 1190 einen Anstieg der Elementimpedanz Zdc aufgrund der Sen sorverschlechterung bedeutet. Wenn die Impedanzrückkopplungsre gelung unter Beibehaltung ihrer anfänglichen Sollimpedanz fort gesetzt wird, kann leicht ein übermäßiges Heizen des Fühlele ments hervorgerufen werden. Daher wird die Sollimpedanz ZdcT verändert, um das Fühlelement vor einem Überheizen zu schützen, welches das Fühlelement negativ verschlechtern würde.

Das in den vorangehenden Routinen Fig. 15 und 16 verwendete Ma ximallimit (Schutzlimit) WHGD der Zuführenergie wird durch eine Setzroutine bestimmt, die in Fig. 17 dargestellt ist.

Die CPU 48a bestimmt zuerst im Schritt 2010, ob die Heizeinrich tung 33 mit einem Lastverhältnis von 100% geregelt wird. Wenn JA bestimmt wird, endet die Routine ohne daß irgendein Limit WHGD gesetzt wird.

Wenn die Bestimmung NEIN ist, bestimmt jedoch die CPU 48a im Schritt 2020, ob die Impedanzrückkopplungsregelungskennung XFB gleich 1 ist. Wenn XFB gleich 0 ist, was eine Durchführung der Energieregelung wiedergibt, setzt die CPU 48a im Schritt 2030 das Maximallimit WHGD in Übereinstimmung mit der Elementimpedanz Zdc auf der Grundlage einer vorbestimmten Beziehung, die in Fig. 20 dargestellt ist.

In Fig. 20 steigt das Limit WHGD proportional zur Elementimpe danz an, solange die Elementimpedanz innerhalb des Bereichs von Zdc gleich 30Ω (anfängliche Sollimpedanz zum Starten der Impe danzrückkopplungsregelung) bis 200Ω ist, während es unterhalb 30Ω und über 200Ω unverändert bleibt. Wenn daher die Energiere gelung durchgeführt wird (40Ω < Zdc < 200Ω und XFB = 0), wird das Limit WHGD auf einen Wert zwischen KGDA und KGDB gesetzt. Die Beziehung in Fig. 20 wird bestimmt unter der Annahme, daß die Sollimpedanz ZdcT gleich 30Ω ist. Wenn die Sollimpedanz ZdcT in der Routine der Fig. 16 so verändert wird, daß sie größer ist, wird das Maximallimit auch so verändert, daß es größer wird.

Wenn XFB gleich 1 ist, bestimmt die CPU 48a im Schritt 2040, ob eine Limitsetzkennung XINT gleich 0 ist. Die Kennung XINT bedeu tet, daß das Limit WHGD auf den anfänglichen Wert nach dem Start der Heizeinrichtungsregelung durch die Elementrückkopplungsrege lung gesetzt worden ist. Weil anfänglich XINT = 0 gilt, erhöht die CPU 48a einen Rückkopplungsstartzähler CFB im Schritt 2050 und bestimmt dann, ob der Zähler CFB einen vorbestimmten Wert KCFB im Schritt 2060 erreicht hat. Der vorbestimmte Wert KCFB wird so gesetzt, daß er einer Zeitspanne entspricht (beispielsweise 30 Sekunden), die erforderlich ist, um den Sau erstoffsensor 26 gleichmäßig nach dem Kaltzustand zu heizen.

Wenn CFB kleiner KCFB ist, geht die CPU 48a zu Schritt 2070 über, um das Limit WHGD auf KWFB1 zu setzen, welches dem Limit WHGD zu dem Zeitpunkt entspricht, zu dem ZdcT gleich 30Ω ist (Fig. 20). Die Routine wird dann beendet. Wenn CFB größer KCFB im Schritt 2060 ist, setzt die CPU 48a die Limitsetzkennung XINT auf 1 im Schritt 2080 und löscht den Zähler CFB auf den Wert 0 im Schritt 2090. Die CPU 48a setzt danach im Schritt 2100 das Limit WHGD auf KWFB2, was dem normalen Wert des Zuführenergieli mits nach der Sensoraktivierung entspricht und kleiner als KWFB1 ist (Fig. 20)
Wenn die Limitsetzkennung XINT einmal auf 1 im Schritt 2080 ge setzt worden ist, wiederholt die CPU 48a die negative Bestimmung im Schritt 2040 und bestimmt im Schritt 2110, ob die Elementim pedanz Zdc gleich oder größer als ein Bestimmungsbezugswert KZdc ist, der höher als die Sollimpedanz ZdcT ist, die wie vorstehend beschrieben geändert ist. Die CPU 48a geht dann zu Schritt 2100 ansprechend auf die verneinende Bestimmung (Zdc < KZdc) über, während sie zu Schritt 2120 ansprechend auf die bejahende Be stimmung (Zdc KZdc) übergeht, um das Limit WHGD auf KWFB2 + β zu erhöhen.

Das zweite Ausführungsbeispiel arbeitet in der Weise, die in Fig. 21 dargestellt ist, wobei angenommen wird, daß der Motor gestartet wird, wenn der Sauerstoffsensor 26 noch kalt ist, d. h., wenn die anfängliche Elementimpedanz Zdc über 200Ω ist.

Zum Zeitpunkt t1, wenn die Elementimpedanz Zdc auf 200Ω abfällt, wird die Energiezufuhrregelung zur Heizeinrichtung 33 von einer Energie mit einem Lastverhältnis von 100% (Schritt 1020 in Fig. 15) auf die Energieregelung geändert, bei der die Heizeinrich tungszuführenergie durch die Elementimpedanz Zdc geregelt wird (Schritt 1040 in Fig. 15). Das Limit WHGD wird in Übereinstim mung mit der Elementimpedanz gesetzt, wie in Fig. 20 gezeigt ist (Schritt 2030 in Fig. 17)
Wenn die Elementimpedanz Zdc auf den Startbezugswert zur Impe danzrückkopplung (40Ω anfänglich vor einer Sensorverschlechte rung) zum Zeitpunkt t2 abfällt, startet die Impedanzrückkopp lungsregelung und die Rückkopplungsausführungskennung wird auf 1 gesetzt (Schritte 1050 und 1060 in Fig. 15). Das Maximallimit WHGD wird auf KWFB1 gesetzt.

Zu diesem Zeitpunkt t2 startet der Rückkopplungsstartzähler CFB mit seiner Aufwärtszählung. Wenn der Wert von CFB den vorbe stimmten Wert KCFB zum Zeitpunkt t3 erreicht, wird die Limit setzkennung XINT auf 1 gesetzt und gleichzeitig wird das Limit WHGD von KWFB1 auf KWFB2 geändert. Das Limit WHGD wird anschlie ßend auf KWFB2 gehalten. Die tatsächliche Heizeinrichtungszufüh renergie WHA verringert sich allmählich mit einem Anstieg der Sensortemperatur. Wenn die Elementtemperatur einmal die Aktivie rungstemperatur erreicht hat, wird die Elementtemperatur unge fähr auf der Aktivierungstemperatur gehalten.

Es kann jedoch passieren, daß die Elementtemperatur abfallen wird, um geringer als die Aktivierungstemperatur zu sein, wenn die Abgastemperatur schnell zum Zeitpunkt von Motorübergangsvor gängen wie beispielsweise einer Kraftstoffunterbrechung fällt, die keine Gemischverbrennungswärme erzeugt. In diesem Fall wird, wie in Fig. 21 gezeigt ist, die Elementimpedanz Zdc sich mit Veränderungen der Elementtemperatur nach dem Zeitpunkt t4 verän dern. Die Impedanz Zdc wird nämlich mit einem Abfall der Ele menttemperatur ansteigen. Wenn die Elementimpedanz Zdc über den Bezugswert KZdc ansteigt, wird das Limit WHGD um den Betrag β erhöht. Wenn die Elementimpedanz Zdc unter den Bezugswert KZdc, wird das Limit WHGD wieder auf den Wert KWFB2 zurückgeführt.

Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die folgenden Vorteile vorgesehen:

(a) Da die Heizeinrichtungszuführenergie WH durch das Maximale nergielimit WHGD begrenzt ist, wird die Heizeinrichtungszuführe nergie stabil vorgesehen und daher wird ein übermäßiges Heizen durch die Heizeinrichtung 33 begrenzt, selbst wenn sich der Sau erstoffsensor 26 verschlechtert oder wenn sich die Sensorumge bung wie beispielsweise die Motorabgastemperatur verändert.
(b) Da das Maximallimit WHGD höher als normal gesetzt ist, bis der Sauerstoffsensor 26 einheitlich und nicht nur lokal aufge heizt ist (Schritt 2070 in Fig. 17), kann eine Aktivierung des Sauerstoffsensors 26 aus einem Kaltzustand gefördert werden. Dies liegt daran, weil eine höhere Zuführenergie mehr Wärme vor sehen wird, die das Ausbreiten der Wärme von der Heizeinrichtung 33 zu den umgebenden Bereichen mit geringer Temperatur aufglei chen wird.
(c) Da das Maximallimit WHGD in Übereinstimmung mit der Elemen timpedanz Zdc gesetzt ist (Schritt 2030 in Fig. 17), kann das Limit selbst in dem Fall geeignet gesetzt werden, bei dem die Heizeinrichtungszuführenergie in einem offenen Regelkreis gere gelt wird.
(d) Während der Elementimpedanzrückkopplungsregelung wird, wenn bestimmt wird, daß die tatsächliche Heizeinrichtungszuführener gie WHA größer als das Maximallimit WHGD über eine vorbestimmte Zeitspanne ist (Schritt 1190 in Fig. 16), die Sollimpedanz ZdcT erhöht (Schritt 1190 in Fig. 16). Da der Sauerstoffsensor 26 sich verschlechtert und sich seine Elementimpedanz Zdc erhöht, ist es wahrscheinlich, daß die Zuführenergie WH übermäßig an steigt und das Fühlelement überheizt. Wie in Fig. 22 gezeigt ist, kann die Sensortemperatur auf der optimalen Aktivie rungstemperatur (700°C) gehalten werden, indem die Sollimpedanz ZdcT auf 30Ω vor einer Sensorverschlechterung gesetzt wird. Nach der Sensorverschlechterung würde dieselbe Impedanzrückkopplungs regelung einen übermäßigen Elementtemperaturanstieg hervorrufen. Die Elementtemperatur wird höher werden, wenn sich der Sauer stoffsensor 26 stärker verschlechtert. Wenn sich der Sauer stoffsensor 26 verschlechtert, steigt die Elementimpedanz Zdc an und die tatsächliche Heizeinrichtungszuführenergie WH steigt auf das Limit WHGD. Wenn WH WHGD fortgesetzt wird, wird bestimmt, daß sich der Sauerstoffsensor verschlechtert hat. Wenn die Sen sorverschlechterung aus der Heizeinrichtungszuführenergie be stimmt wird, kann daher die Elementtemperatur auf der optimalen Aktivierungstemperatur (700°C) während der Elementimpedanzrück kopplungsregelung gehalten werden, indem die Sollimpedanz ZdcT auf einen höheren Wert gesetzt wird.
(e) Zu dem Zeitpunkt des Veränderns oder Erneuerns der Sollimpe danz ZdcT wird die neue Sollimpedanz ZdcT jedesmal in dem Si cherheits-Speicher mit wahlfreiem Zugriff Back-up RAM 48d ge speichert, so daß die Sollimpedanz ZdcT nicht jedesmal in Über einstimmung mit der Sensorverschlechterung berechnet werden muß, wenn der Motor gestartet wird. Die übermäßige Verschlechterung (Abnormalität) des Sauerstoffsensors 26 kann bestimmt werden, wenn die Sollimpedanz ZdcT bis auf einen vorbestimmten Bezugs wert angestiegen ist.
(f) Wenn die Elementimpedanz Ztc den Bestimmungsbezugswert KZdc übersteigt, wird das Maximallimit WHGD der Heizeinrichtungszu führenergie WH um den Betrag β erhöht (Schritt 212 in Fig. 17). Selbst wenn der Motor stark verzögert wird und ohne Kraftstoff zufuhr läuft, wodurch ein Abfall der Temperatur des Sauer stoffsensors 26 und der Anstieg der Elementimipedanz ZdcT her vorgerufen wird, wird daher die Heizeinrichtungszuführenergie zur Heizeinrichtung 33 zugeführt, um die Aktivierung und die An sprecheigenschaften des Sauerstoffsensors 26 aufrechtzuerhalten.

Das vorliegende Ausführungsbeispiel kann wie folgt abgewandelt werden.

Obwohl das Maximallimit WHGD von KWFB1 auf KWFB2 in Abhängigkeit des Verstreichens der Zeit KCFB (Schritt 2060) nach dem Start der Elementimpedanzrückkopplungsregelung in der Routine der Fig. 17 umgeschaltet wird, kann es allmählich von KWFB1 auf KWFB2 verändert werden. KWFB1 kann so gesetzt sein, daß es sich in Übereinstimmung mit der Zeit seit dem Motorstart zum Start der Elementimpedanzrückkopplungsregelung verändert. Vorzugsweise wird KWFB1 verringert, um sich KWFB2 zu nähern, wenn die Zeit kürzer wird. KWFB1 muß nicht zum Zeitpunkt der anfänglichen Sen sorheizung gesetzt werden.

Das Maximallimit KWFB1 zum Zeitpunkt des Starts der Elementimpe danzrückkopplungsregelung kann durch zugeordnete Daten gesetzt werden, die in den Fig. 23 und 24 dargestellt sind. KWFB1 wird nämlich erhöht, wenn der anfängliche Heizeinrichtungswiderstand abnimmt oder die anfängliche Elementimpedanz ansteigt (Fig. 23), während KWFB1 abnimmt, wenn die Motorlast ansteigt (Fig. 24).

Bei der Heizeinrichtungsregelung kann die Elementimpedanzrück kopplungsregelung nach der Sensoraktivierung weggelassen werden und die Energieregelung, die bis zur Sensoraktivierung durchge führt worden ist, kann selbst nach der Sensoraktivierung fortge setzt werden. In diesem Fall kann das Überheizen des Fühlele ments durch Verwendung des Maximallimits WHGD begrenzt werden. Da die Elementimpedanz der Elementtemperatur entspricht, kann das Maximallimit in Übereinstimmung mit der Elementimpedanz ge setzt werden.

Obwohl das Maximallimit WHGD durch Vergleich der Elementimpedanz Zdc mit dem Bestimmungsbezugswert KZdc verändert wird (Schritte 2110 und 2120 in Fig. 17), so daß ein Abfall der Fühlelementtem peratur, der hauptsächlich durch den Abfall der Abgastemperatur hervorgerufen wird, ausgeglichen wird, kann das Maximallimit WHGD mit einem Abfall der Abgastemperatur erhöht werden.

Der Abfall der Abgastemperatur kann direkt aus der Abgastempera tur oder indirekt aus der Zeitspanne seit der Kraftstoffzu führunterbrechung erfaßt werden.

Der Sauerstoffsensor kann in anderer Bauweise sein, der zwei Spannungswerte in Abhängigkeit eines Luft-Kraftstoffverhältnis ses erzeugt, das fetter oder magerer als das stöchiometrische Verhältnis ist.

Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf das be schrieben wurde, was gegenwärtig als deren bevorzugte Ausfüh rungsbeispiele angenommen wird, ist zu verstehen, daß die Erfin dung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Im Gegensatz dazu soll die Erfindung dazu dienen, zahlrei che Abwandlungen und äquivalente Anordnungen abzudecken, die in den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche fallen.

Das Fühlelement 34 des Sauerstoffsensors 26 wird geregelt, um eine Sollimpedanz einzuhalten, so daß eine Aktivierungstempera tur des Sauerstoffsensors aufrechterhalten wird. Mit einer Ver schlechterung des Fühlelements steigt seine interne Impedanz an und eine Energiezufuhr zu der Heizeinrichtung 33 zum Heizen des Fühlelements steigt an. Die Sauerstoffsensortemperatur steigt übermäßig über eine Aktivierungstemperatur an. Zum Begrenzen des übermäßigen Temperaturanstiegs wird die Sollimpedanz verändert, wenn die Zuführenergie zur Heizeinrichtung 33 einen vorbestimm ten Bezugswert übersteigt. Die Sollimpedanz kann mit einem An stieg der Energiezufuhr zur Heizeinrichtung 33 erhöht werden. Wahlweise wird die Heizeinrichtungszuführenergie auf ein vorbe stimmtes Maximum begrenzt, um einen übermäßigen Temperaturan stieg zu beschränken.

Claims

1. Sauerstoffsensorheizregelvorrichtung mit
einem Sauerstoffsensor (26), der ein Fühlelement (34) zum Ausgeben eines zu einer Sauerstoffkonzentration proportionalen Stromes und eine Heizeinrichtung (33) zum Heizen des Fühlele ments hat;
einer Elementimpedanzerfassungseinrichtung (201-203) zum Er fassen einer Impedanz des Fühlelements;
einer Heizeinrichtungszuführenergieregeleinrichtung (105) zum Durchführen einer Rückkopplungsregelung der Zuführenergie zur Heizeinrichtung, um dadurch die durch die Elementimpedanzer fassungseinrichtung erfaßte Elementimpedanz auf einer Sollimpe danz zu halten;
einer Verschlechterungsbestimmungseinrichtung (401-403) zum Bestimmen einer Verschlechterung, die einen Anstieg der internen Impedanz des Fühlelements hervorruft;
einer Sollimpedanzveränderungseinrichtung (405-407) zum Ver ändern der Sollimpedanz ansprechend auf eine Bestimmung der Ver schlechterung.

2. Sauerstoffsensorheizregelvorrichtung mit
einem Sauerstoffsensor (26), der ein Fühlelement (34) zum Ausgeben eines zu einer Sauerstoffkonzentration proportionalen Stromes und eine Heizeinrichtung (33) zum Heizen des Fühlele ments hat;
einer Elementimpedanzerfassungseinrichtung (201-203) zum Er fassen einer Impedanz des Fühlelements;
einer Heizeinrichtungszuführenergieregeleinrichtung (101- 103) zum Durchführen einer Rückkopplungsregelung der Zuführener gie zur Heizeinrichtung, um die durch die Elementimpedanzerfas sungseinrichtung erfaßte Elementimpedanz auf einer Sollimpedanz zu halten;
einer Heizeinrichtungszuführenergieerfassungseinrichtung (301-305) zum Erfassen einer Heizeinrichtungszuführenergie (WHAV);
einer Heizeinrichtungszuführenergievergleichseinrichtung (401-403) zum Erfassen der erfaßten Heizeinrichtungszuführener gie mit einem vorbestimmten Bestimmungsbezugswert;
einer Sollimpedanzveränderungseinrichtung (405-407) zum Ver ändern der Sollimpedanz ansprechend auf ein Vergleichsergebnis der Heizeinrichtungszuführenergievergleichseinrichtung, das an gibt, daß die Heizeinrichtungszuführenergie über dem vorbestimm ten Bestimmungsbezugswert liegt.

3. Sauerstoffsensorheizregelvorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Heizeinrichtungszuführenergievergleichseinrichtung (401-403) eine erste Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der Hei zeinrichtungszuführenergie mit einem ersten Bestimmungsbezugs wert und eine zweite Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der Heizeinrichtungszuführenergie mit einem zweiten Bestimmungsbe zugswert aufweist, der größer als der erste Bestimmungsbezugs wert ist; und
daß die Sollimpedanzveränderungseinrichtung (405-407) die Sollimpedanz auf eine erste Sollimpedanz ansprechend auf ein Vergleichsergebnis der ersten Vergleichseinrichtung erhöht, das anzeigt, daß die Heizeinrichtungszuführenergie den ersten Be stimmungsbezugswert erreicht, und auf eine zweite Sollimpedanz erhöht, die größer als der erste Bestimmungsbezugswert ist, an sprechend auf ein Vergleichsergebnis der zweiten Vergleichsein richtung, das anzeigt, daß die Heizeinrichtungszuführenergie den zweiten Bestimmungsbezugswert erreicht.

4. Sauerstoffsensorheizregelvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Sensorabnormalitätsbestimmungseinrichtung (504, 506-510) zum Bestimmen einer Abnormalität des Sauerstoffsensors, wenn die Heizeinrichtungszuführenergie (WHAV) einen Abnormali tätsbestimmungsbezugswert (KWHAV) übersteigt, der größer als der erste Bestimmungsbezugswert ist.

5. Sauerstoffsensorheizregelvorrichtung nach einem der Ansprü che 1 bis 4,
gekennzeichnet durch
eine Betriebszustandserfassungseinrichtung (49) zum Erfassen eines Betriebszustands eines Motors (1);
eine Initiierungseinrichtung (503), die, wenn der erfaßte Betriebszustand in einen stationären Zustand eintritt, einen Re gelvorgang durch die Heizeinrichtungszuführenergieregeleinrich tung und einen Impedanzveränderungsvorgang der Sollimpedanzver änderungseinrichtung initiiert.

6. Sauerstoffsensorheizregelvorrichtung mit
einem Sauerstoffsensor (26), der ein Fühlelement (34) zum Ausgeben eines zu einer Sauerstoffkonzentration proportionalen Stroms und eine Heizeinrichtung (33) zum Heizen des Fühlelements hat;
einer Elementimpedanzerfassungseinrichtung (201-203) zum Er fassen einer Impedanz des Fühlelements;
einer Heizeinrichtungszuführenergieregeleinrichtung (101-103) zum Durchführen einer Rückkopplungsregelung einer Zuführe nergie zur Heizeinrichtung, um dadurch die durch die Elementim pedanzerfassungseinrichtung erfaßte Elementimpedanz auf einer Sollimpedanz zu halten;
einer Heizeinrichtungszuführenergieerfassungseinrichtung (301-305) zum Erfassen der Heizeinrichtungszuführenergie;
einer Sollimpedanzsetzeinrichtung (401-407) zum Setzen der Sollimpedanz derart, daß die Sollimpedanz mit einem Abfall der erfaßten Heizeinrichtungszuführenergie ansteigt.

7. Sauerstoffsensorheizregelverfahren mit folgenden Schritten
Erfassen einer internen Impedanz (201-203) eines Fühlele ments (34) eines Sauerstoffsensors (26);
Heizen des Fühlelements (101-103) durch eine Heizeinrichtung (33), um eine Sollimpedanz zu erreichen;
Bestimmen einer Verschlechterung (401-403) des Sauer stoffsensors auf Grundlage der erfaßten internen Impedanz des Fühlelements;
ansteigendes Verändern der Sollimpedanz (405-407) anspre chend auf die bestimmte Verschlechterung des Sauerstoffsensors.

8. Sauerstoffsensorheizregelverfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Verschlechterungsbestimmungsschritt (401-403) eine Zu führenergie zur Heizeinrichtung mit einem Verschlechterungsbe stimmungsbezugswert vergleicht;
wobei der Sollimpedanzveränderungsschritt (405-407) die Sol limpedanz erhöht, wenn die Zuführenergie den Bestimmungsbezugs wert erreicht.

9. Sauerstoffsensorheizregelverfahren nach Anspruch 8,
gekennzeichnet durch die Schritte
Bestimmen einer Abnormalität (504, 506-510) des Sauer stoffsensors durch Vergleichen der Zuführenergie zur Heizein richtung mit einem Abnormalitätsbestimmungsbezugswert, der grö ßer als der Verschlechterungsbestimmungsbezugswert ist;
Außer-Kraft-Setzen (507-510) des Impedanzveränderungsschrit tes, wenn die Zuführenergie den Abnormalitätsbestimmungsbezugs wert erreicht.

10. Sauerstoffsensorheizregelverfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Verschlechterungsbestimmungsschritt (401-403) die Zufüh renergie zur Heizeinrichtung mit einer Vielzahl von Verschlech terungsbestimmungsbezugswerten vergleicht;
wobei der Sollimpedanzveränderungsschritt (405-407) die Sol limpedanz auf einen höheren Wert erhöht, wenn die Zuführenergie einen höheren der Bestimmungsbezugswerte erreicht.

11. Sauerstoffsensorheizregelvorrichtung mit
einem Sauerstoffsensor (26), der ein Fühlelement (34) und eine Heizeinrichtung (33) zum Heizen des Fühlelements hat;
einer Energiezufuhreinrichtung (46) zum Versorgen der Hei zeinrichtung mit einer Heizeinrichtungszuführenergie, um damit das Fühlelement zu heizen;
einer Limitsetzeinrichtung (2010-2100) zum Setzen eines Li mits (WHGD), das ein Maximum der der Heizeinrichtung zuzuführen den Heizeinrichtungszuführenergie wiedergibt; und
einer Energiebegrenzungseinrichtung (1070, 1080) zum Begren zen der Heizeinrichtungszuführenergie auf das Limit.

12. Sauerstoffsensorheizregelvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Limit (WHGD) auf einen höheren Wert als normal erhöht wird, wenn der Sauerstoffsensor nur lokal geheizt wird.

13. Sauerstoffsensorheizregelvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Limit (WHGD) in Übereinstimmung mit einer Impedanz (Zdc) des Fühlelements gesetzt wird.

14. Sauerstoffheizregelvorrichtung nach Anspruch 11,
gekennzeichnet durch
eine Impedanzerfassungseinrichtung (48a) zum Erfassen einer Elementimpedanz (Zdc) des Fühlelements, so daß die Energiezufuh reinrichtung die Heizeinrichtungszuführenergie ansprechend auf die erfaßte Elementimpedanz und eine Sollelementimpedanz (ZdcT) verändert;
einer Limitzeitdauerbestimmungseinrichtung (1150, 1170, 1180) zum Bestimmen, daß die Heizeinrichtungszuführenergie auf das Limit für eine vorbestimmte Zeit begrenzt ist;
einer Impedanzveränderungseinrichtung (1160, 1190) zum Ver ändern der Sollimpedanz auf einen höheren Wert ansprechend auf eine Bestimmungsausgabe der Limitzeitdauerbestimmungseinrich tung.

15. Sauerstoffsensorheizregelvorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen Sicherheitsspeicher mit wahlfreiem Zugriff (Back-up- Memory, 48d) zum Speichern der durch die Impedanzveränderungs einrichtung veränderten Sollimpedanz.

16. Sauerstoffsensorheizregelvorrichtung nach Anspruch 11,
gekennzeichnet durch
eine Impedanzerfassungseinrichtung (48a) zum Erfassen einer Elementimpedanz (Zdc) des Fühlelements, so daß die Energiezufuh reinrichtung die Heizeinrichtungszuführenergie ansprechend auf die erfaßte Elementimpedanz und eine Sollelementimpedanz (ZdcT) verändert;
eine Impedanzbeziehungsbestimmungseinrichtung (1010, 1030) zum Bestimmen, daß die erfaßte Elementimpedanz größer als die Sollelementimpedanz ist;
eine Limiterhöhungseinrichtung (2070, 2120) zum Erhöhen des Limits ansprechend auf eine Bestimmungsausgabe der Impedanzbe ziehungsbestimmungseinrichtung.