DE19744439A1 - Sauerstoffkonzentrationserfassung mit Sensorstrombegrenzung - Google Patents
Sauerstoffkonzentrationserfassung mit SensorstrombegrenzungInfo
- Publication number
- DE19744439A1 DE19744439A1 DE19744439A DE19744439A DE19744439A1 DE 19744439 A1 DE19744439 A1 DE 19744439A1 DE 19744439 A DE19744439 A DE 19744439A DE 19744439 A DE19744439 A DE 19744439A DE 19744439 A1 DE19744439 A1 DE 19744439A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- sensor
- air
- fuel ratio
- voltage
- current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/4067—Means for heating or controlling the temperature of the solid electrolyte
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine Sauerstoffkonzentrations-
Erfassungsvorrichtung und ein Sauerstoffkonzentrations-
Erfassungsverfahren unter Verwendung eines Sauerstoffsensors,
das zur Erzeugung eines Stromsignals verwendet wird, das die
Sauerstoffkonzentration in einem Gas darstellt, dessen Sauer
stoffkonzentration zu messen ist, wenn eine Spannung an den
Sauerstoffsensor angelegt ist. Die Sauerstoffkonzentrations-
Erfassungsvorrichtung dient typischerweise als Luft-
Brennstoff-Verhältniserfassungsvorrichtung, die bei der Aus
führung einer Luft-Brennstoff-Verhältnisregelung einer bei
einem Fahrzeug angewendeten Maschine (Brennkraftmaschine)
verwendet wird.
In den letzten Jahren gibt es einen Bedarf an einer verbes
serten Regelungsgenauigkeit und einen Bedarf an einem Über
gang zu einer Verbrennung mit einem mageren Luft-Brennstoff-
Gemisch bei der Luft-Brennstoff-Verhältnisregelung einer bei
einem Fahrzeug angewendeten Maschine. Zur Erfüllung dieses
Bedarfs sind ein linearer Luft-Brennstoff-Verhältnissensor
(ein Sauerstoffsensor) zur Erfassung des Luft-Brennstoff-
Verhältnisses eines der Maschine zugeführten Luftgemischs
(Sauerstoffkonzentration im Abgas) linear über einen breiten
Bereich, als auch eine Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungs
vorrichtung (eine Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsvorrich
tung) bei den Produkten angewendet. Bei einem Luft-
Brennstoff-Verhältnissensor einer Begrenzungsstrombauart, ei
nem typischen Luft-Brennstoff-Verhältnissensor, wird ein Be
reich zur Erfassung eines Begrenzungsstroms entsprechend dem
Luft-Brennstoff-Verhältnis (der Sauerstoffkonzentration) ver
schoben, wie allgemein bekannt ist. Genauer weist wie in ei
nem V-I-(Spannungs-/Strom-)kennliniendiagramm gemäß Fig. 21
der Bereich zur Erfassung eines Begrenzungsstroms gerade Li
niensegmente auf, die parallel zu der V-Achse verlaufen. Wie
in der Figur gezeigt, wird, je weiter das Luft-Brennstoff-Ver
hältnis sich zu dem mageren Bereich hin bewegt, desto mehr
der Bereich zur Erfassung eines Begrenzungsstroms zu der Sei
te mit der positiven Seite verschoben. Demgegenüber wird, je
weiter sich das Luft-Brennstoff-Verhältnis zu der Fettseite
hin bewegt, desto weiter der Bereich zur Erfassung eines Be
grenzungsstroms zu der Seite mit der negativen Spannung hin
verschoben. Folglich würde, falls die angelegte Spannung fest
auf einen fest eingestellten Wert zum Zeitpunkt der Verände
rung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses eingestellt ist, es
unmöglich, ein Luft-Brennstoff-Verhältnis mit einem hohen Ge
nauigkeitsgrad unter Verwendung des Bereichs zur Erfassung
eines Begrenzungsstroms (des Bereichs mit den geraden Linien
segmenten, die parallel zu der V-Achse verlaufen) zu erfas
sen.
Zur Lösung dieses Problems wird bei einer herkömmlichen nor
malen Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsvorrichtung
(Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsvorrichtung) die an den
Luft-Brennstoff-Verhältnissensor angelegte Spannung von Zeit
zu Zeit entsprechend dem Luft-Brennstoff-Verhältnis variiert,
das heißt entsprechend dem Sensorstrom wie in dem Fall der in
den japanischen Offenlegungsschriften Nr. Sho 61-237047 und
Sho 61-280560 variiert. In diesem Fall wird die angelegte
Spannung entsprechend einer in Fig. 21 gezeigten Kennlinie Lx
gesteuert. Durch Steuerung der angelegten Spannung in dieser
Weise kann ein erwünschter Sensorstrom, d. h. ein Begren
zungsstrom, stets erhalten werden. Somit ist die Kennlinie Lx
als lineare gerade Linie einer positiven Kennlinie (einer
nach rechts ansteigenden Kennlinie) in dem V-I-Koordinaten
system gegeben.
Jedoch wirft die vorstehend beschriebene herkömmliche Technik
die folgenden Probleme auf. Bei einer herkömmlichen Luft-
Brennstoff-Verhältniserfassungsvorrichtung ist der Luft-
Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich in einem vorbestimmten
Bereich eingestellt. In dem Fall der in Fig. 21 gezeigten
V-I-Kennlinie deckt der Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungs
bereich den Luft-Brennstoff-Verhältnisbereich 12 bis 18 ab.
Durch Einstellen der angelegten Spannung entsprechend der
Kennlinie Lx in diesem Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungs
bereich kann das Luft-Brennstoff-Verhältnis genau erfaßt wer
den. Für ein Luft-Brennstoff-Verhältnis außerhalb des Luft-
Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs wird jedoch eine hohe
Spannung auf der positiven oder negativen Seite angelegt, was
zu dem Problem führt, daß entsprechend der hohen angelegten
Spannung ein übermäßig hoher Sensorstrom fließt. In einem
derartigen Fall fließt ein hoher Strom in einer Vorspannungs
steuerschaltung zur Erzeugung einer an den Luft-Brennstoff-
Verhältnissensor anzulegenden Spannung, was das Problem der
Wärmeausbreitung in der Schaltung erhöht.
Genauer verschiebt sich in dem Fall einer Brennstoffabsper
rung, das heißt, wenn beispielsweise die Brennstoffversorgung
der Maschine angehalten wird, während die Maschine in Betrieb
ist, das Luft-Brennstoff-Verhältnis aus dem Luft-Brennstoff-
Verhältniserfassungsbereich weit zu dem mageren Bereich.
Gleichzeitig fließt, falls eine entsprechend der Kennlinie Lx
eingestellte Spannung an den Luft-Brennstoff-Verhältnissensor
angelegt wird, ein übermäßig großer Sensorstrom entsprechend
der angelegten Spannung. Zusätzlich verschiebt sich, wenn die
eingespritzte Brennstoffmenge entsprechend einem Anstieg bei
der Last auf eine hohe Belastung wie während der Beschleuni
gung des Fahrzeugs erhöht wird, das Luft-Brennstoff-Ver
hältnis weit zu dem fetten Bereich. Ebenfalls in diesem Fall
wird das Problem aufgeworfen, daß auch ein übermäßig großer
Sensorstrom fließt.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Sauer
stoffkonzentrations-Erfassungsvorrichtung und ein Sauer
stoffkonzentrations-Erfassungsverfahren zu schaffen, die die
bei der herkömmlichen Luft-Brennstoff-Verhältnis-Sensor
vorrichtung auftretenden Probleme lösen kann, indem der Sen
sorstrom in einem Bereich außerhalb des Sauerstoffkonzentra
tions-Erfassungsbereichs geeignet gesteuert wird.
Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen angege
benen Maßnahmen gelöst.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung wird in einem
Bereich außerhalb eines vorab eingestellten Sauerstoffkonzen
trations-Erfassungsbereichs eine an einen Sauerstoffsensor
angelegte Spannung derart gesteuert, daß ein durch den Sauer
stoffsensor fließender Strom auf einen vorbestimmten Wert be
grenzt wird. Dabei wird der Sauerstoffsensor als (nachstehend
auch als A/F-Sensor bezeichneter) Luft-Brennstoff-Verhältnis
sensor, genauer gesagt, der Begrenzungsstrombauart verwendet.
Wenn der Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereich als Luft-
Brennstoff-Verhältniserfassungs-bereich eingestellt ist, ent
spricht der Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereich typi
scherweise einem Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich,
der die Werte des Luft-Brennstoff-Verhältnisses (A/F) von 12
bis 18 abdeckt. Demgegenüber entspricht ein Bereich mit einem
Luft-Brennstoff-Verhältnis kleiner 12 (A/F < 12) oder mit ei
nem Luft-Brennstoff-Verhältnis von größer 18 (A/F < 18) dem
Bereich außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungs
bereichs.
Durch Beaufschlagen einer Begrenzung auf den durch den Sauer
stoffsensor fließenden Strom in den Bereichen außerhalb des
Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereichs kann das durch
einen übermäßig großen, durch den Sauerstoffsensor fließenden
Strom verursachte Problem gelöst werden. Folglich kann der
durch den Sauerstoffsensor fließende Strom in den Bereichen
außerhalb des Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereichs ge
eignet unterdrückt werden, was ermöglicht, daß die Stromer
fassung mit einem hohen Genauigkeitsgrad ausgeführt werden
kann. Zusätzlich ist es ebenfalls möglich, die in einer Vor
spannungssteuerschaltung abgeleitete Wärmemenge wesentlich zu
verringern.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung wird in einem
vorab eingestellten Sauerstoffkonzentrations-Erfassungs
bereich eine an einen Sauerstoffsensor angelegte Spannung in
Abhängigkeit von einem Strom gesteuert, der durch den Sauer
stoffsensor entsprechend einer vorbestimmten positiven Kenn
linie in einem Spannungs-Strom-Koordinatensystem fließt. Dem
gegenüber wird in einem Bereich außerhalb des Sauerstoffkon
zentrations-Erfassungsbereichs die an den Sauerstoffsensor
angelegte Spannung entsprechend einer sich von der positiven
Kennlinie unterscheidenden Kennlinie gesteuert. Das heißt,
daß der erfindungsgemäß geschaffene Sauerstoffsensor wie ein
Luft-Brennstoff-Verhältnissensor einer Begrenzungsstrombauart
eine Spannungs-Strom-Kennlinie mit einem positiven Gradienten
in dem Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereich aufweist.
Eine nachstehend ebenfalls einfach als positive Kennlinie be
zeichnete Spannungs-Strom-Kennlinie mit einem positiven Gra
dienten stellt ein Verhältnis zwischen der an dem Sauer
stoffsensor angelegten Spannung und dem durch den Sensor
fließenden Strom dar, wobei, wenn entweder die Spannung oder
der Strom ansteigt, das andere ebenfalls ansteigt. In diesem
Fall kann durch Steuerung der an den Sauerstoffsensor ange
legten Spannung in einem Bereich außerhalb des Sauerstoffkon
zentrations-Erfassungsbereichs entsprechend einer anderen,
sich von der positiven Kennlinie unterscheidenden Kennlinie
der durch den Sauerstoffsensor fließende Strom geeignet in
dem Bereich außerhalb des Sauerstoffkonzentrations-
Erfassungsbereichs unterdrückt werden, wodurch die auszufüh
rende Stromerfassung mit einem hohen Genauigkeitsgrad ermög
licht wird.
Es ist wünschenswert, die Sauerstoffkonzentrations-
Erfassungsvorrichtung gemäß den nachstehend beschriebenen Pa
tentansprüchen 3 bis 5 als besondere Einrichtungen zur Anwen
dung der Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsvorrichtung gemäß
dem Patentanspruch 2 vorzusehen.
Gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung wird in einem
Bereich außerhalb eines vorab eingestellten Sauerstoff konzen
trations-Erfassungsbereichs eine an einen Sauerstoffsensor
angelegte Spannung derart geregelt, daß ein durch den Sauer
stoffsensor fließender Strom auf einen erwünschten Sollwert
gebracht wird. Durch Regeln des durch den Sauerstoffsensor
fließenden Stroms auf den erwünschten Sollwert wird der Sen
sorstrom weder unerwartet ansteigen noch abfallen. Folglich
kann der durch den Sauerstoffsensor fließende Strom geeignet
in einem Bereich außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältnis
erfassungsbereichs unterdrückt werden, wodurch die Erfassung
des Stroms mit einem hohen Genauigkeitsgrad ermöglicht wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispie
len unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher be
schrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Luft-
Brennstoff-Verhältniserfassungsvorrichtung gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines
Luft-Brennstoff-Verhältnissensors,
Fig. 3 ein Diagramm einer V-I-Kennlinie zur Beschreibung der
Ausgangskennlinie des Luft-Brennstoff-Verhältnissensors,
Fig. 4 ein Diagramm einer Kennlinie der elektromotorischen
Kraft des Luft-Brennstoff-Verhältnissensors,
Fig. 5 ein Schaltbild des Aufbaus einer Vorspannungssteuer
schaltung,
Fig. 6 ein Flußdiagramm einer Verarbeitung zur Erfassung ei
nes Sensorstroms und zur Steuerung einer an den Luft-
Brennstoff-Verhältnissensor angelegten Spannung gemäß dem er
sten Ausführungsbeispiel,
Fig. 7 ein Diagramm einer V-I-Kennlinie zur Beschreibung der
Kennlinie der angelegten Spannung des Luft-Brennstoff-
Verhältnissensors,
Fig. 8(a) und 8(b) Diagramme von V-I-Kennlinien zur Beschrei
bung der Kennlinie der angelegten Spannung des Luft-Brenn
stoff-Verhältnissensors,
Fig. 9 ein Diagramm einer V-I-Kennlinie zur Beschreibung der
Kennlinie der angelegten Spannung des Luft-Brennstoff-
Verhältnissensors,
Fig. 10 Zeitverläufe der Vorgänge gemäß dem ersten Ausfüh
rungsbeispiels,
Fig. 11 eine Darstellung eines Ersatzschaltbildes zur Be
schreibung der Vorteile, die sich gemäß dem ersten Ausfüh
rungsbeispiel zeigen,
Fig. 12 ein Flußdiagramm einer Verarbeitung zur Erfassung ei
nes Sensorstroms zur Steuerung einer an den Luft-Brennstoff-
Verhältnissensor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ange
legten Spannung,
Fig. 13 Zeitverläufe der Vorgänge gemäß dem zweiten Ausfüh
rungsbeispiel,
Fig. 14 ein Diagramm einer V-I-Kennlinie zur Beschreibung der
Kennlinie der angelegten Spannung des Luft-Brennstoff-
Verhältnissensors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 15 ein Flußdiagramm einer Verarbeitung zur Erfassung ei
nes Sensorstroms und zur Steuerung einer an den Luft-
Brennstoff-Verhältnissensor gemäß einem dritten Ausführungs
beispiel angelegten Spannung,
Fig. 16 ein Diagramm einer V-I-Kennlinie zur Beschreibung der
Kennlinie der angelegten Spannung des Luft-Brennstoff-
Verhältnissensors gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel,
Fig. 17 Zeitverläufe der Vorgänge gemäß dem dritten Ausfüh
rungsbeispiel,
Fig. 18 ein Diagramm einer V-I-Kennlinie zur Beschreibung der
Kennlinie der angelegten Spannung des Luft-Brennstoff-
Verhältnissensors gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel,
Fig. 19 ein Diagramm einer V-I-Kennlinie zur Beschreibung der
Kennlinie der angelegten Spannung des Luft -Brennstoff-
Verhältnissensors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
Fig. 20 ein Diagramm einer V-I-Kennlinie zur Beschreibung der
Kennlinie der angelegten Spannung des Luft-Brennstoff-
Verhältnissensors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
und
Fig. 21 ein Diagramm einer V-I-Kennlinie zur Beschreibung der
Kennlinie der angelegten Spannung des Luft-Brennstoff-
Verhältnissensors gemäß einer herkömmlichen Technik.
Die Erfindung wird nachstehend ausführlich unter Bezug auf
verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben, bei denen
gleiche oder ähnliche Teile durch gleiche Bezugszahlen be
zeichnet sind.
Eine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführte Luft-
Brennstoff-Verhältniserfassungsvorrichtung ist bei einer an
einem Fahrzeug angebrachten elektronisch gesteuerten Ben
zineinspritzmaschine angewendet. Ein Luft-Brennstoff-
Verhältnissteuerungssystem der Maschine steuert die in die
Maschine eingespritzte Brennstoffmenge auf ein erwünschtes
Luft-Brennstoff-Verhältnis (A/F) auf der Grundlage einer
durch die Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsvorrichtung
ausgeführten Erfassung eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses.
Nachstehend ist ausführlich eine Verarbeitung zur Erfassung
eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses (A/F) mittels eines als
Sauerstoffsensor verwendeten (nachstehend auch als A/F-Sensor
bezeichneten) Luft-Brennstoff-Verhältnissensors einer Strom
begrenzungsbauart und eine Verarbeitung zur Steuerung einer
an den Sensor angelegten Spannung beschrieben.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist die Luft-Brennstoff-Verhältnis
erfassungsvorrichtung mit einem Luft-Brennstoff-Verhältnis
erfassungssensor 30 einer Begrenzungsstrombauart versehen,
die nachstehend einfach als A/F-Sensor bezeichnet ist. Der
A/F-Sensor 30 ist an einem Abgasrohr 12 angebracht, das sich
von dem Hauptaufbau 11 einer Maschine 10 weg erstreckt. Der
mit einer entsprechend einer von einem Mikrocomputer
(Mikroprozessor) 20 ausgegebenen Anweisung angelegten Span
nung angesteuerter A/F-Sensor 30 gibt ein lineares Luft-
Brennstoff-Verhältniserfassungssignal (Sensorstromsignal)
proportional zu der Konzentration von Sauerstoff in dem Abgas
aus. Der Mikrocomputer 20 steuert mit Bauelementen wie einer
allgemein bekannten Zentraleinheit (CPU) zur Ausführung ver
schiedener Arten von Verarbeitungen, einer Festspeicherein
heit (ROM-Einheit) und einer Speichereinheit mit wahlfreiem
Zugriff (RAM-Einheit) eine Vorspannungssteuerschaltung 40 und
eine nachstehend beschriebene Heizungssteuerschaltung 25 ent
sprechend vorbestimmten Steuerungsprogrammen.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist der A/F-Sensor 30 an dem Abgasrohr
12 vorgesehen und erstreckt sich zu der Innenseite des Abgas
rohrs 12 hin. Größere Komponenten des A/F-Sensors 30 sind ei
ne Abdeckung 31, ein Sensorgehäuse 32 und eine Heizung 33.
Die Abdeckung 31 ist U-förmig. In die Wand der Abdeckung 31
sind eine Vielzahl von kleinen Öffnungen 31a eingelassen, um
Wege vom Inneren zu dem Äußeren der Abdeckung 31 vorzusehen.
Der Sensorkörper 32 erzeugt einen Begrenzungsstrom, der die
Sauerstoffkonzentration in einem fetten Bereich des Luft-
Brennstoff-Verhältnisses oder die Konzentration von unver
branntem Gas (wie CO, HC und H₂) in dem fetten Bereich des
Luft-Brennstoff-Verhältnisses darstellt.
Der Sensorkörper (Sensoraufbau) 32 weist eine Festelektrolyt
schicht 34 mit einem tassenförmigen Querschnitt auf, eine
fest an die äußere Oberfläche der Festelektrolytschicht 34
angebrachte abgasseitige Elektrodenschicht 36 und eine fest
an die innere Oberfläche der Festelektrolytschicht 34 ange
brachte atmosphärenseitige Elektrodenschicht 37 auf. An der
äußeren Seite der abgasseitigen Elektrodenschicht 36 ist
durch typisches Anwenden eines Plasmaspritzverfahrens eine
Diffusionswiderstandsschicht 35 vorgesehen. Die Festelektro
lytschicht 34 ist aus einem Sauerstoffionen leitenden gesin
terten Oxidkörper hergestellt, der mit einem Material wie
ZrO₂, HfO₂, ThO₂ und Bi₂O₃ mit einem als Stabilisierer verwen
deten Material wie CaO, MgO, Y₂O₃ und Yb₂O₃ ein Mischkristall
bildet. Demgegenüber ist die Diffusionswiderstandsschicht 35
aus einem wärmebeständigen anorganischen Material wie Alumi
niumoxid, Magnesia (Magnesiumoxid), Siliciumdioxid, Spinell
und Mullit hergestellt. Die abgasseitige Elektrodenschicht 36
und die atmosphärenseitige Elektrodenschicht 37 sind beide
aus einem Edelmetall mit einer hohen katalytischen Aktivität
wie Platin hergestellt und durch Verwendung einer porösen
chemischen Platierungstechnik vorgesehen. Es sei bemerkt, daß
die Fläche und die Dicke der abgasseitigen Elektrodenschicht
36 jeweils in den Bereichen 10 bis 100 Quadratmillimeter be
ziehungsweise 0,5 bis 2,0 Mikrometer liegt. Demgegenüber
liegt die Fläche und die Dicke der atmosphärenseitigen Elek
trodenschicht 37 in den Bereichen größer als 10 Quadratmilli
meter und 0,5 bis 2,0 Mikrometer.
Die Heizung 33 ist bei der atmosphärenseitigen Elektroden
schicht 37 untergebracht. Die durch die Heizung 33 erzeugte
Wärmeenergie heizt den Sensorkörper 32, der wie vorstehend
beschrieben die atmosphärenseitige Elektrodenschicht 37, die
Festelektrolytschicht 34, die abgasseitige Elektrodenschicht
36 und die Diffusionswiderstandsschicht 35 aufweist. Die Hei
zung 33 weist eine ausreichende Kapazität zur Erzeugung von
Wärme zur Aktivierung des Sensorkörpers 32 auf.
Der A/F-Sensor 30 mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau er
zeugt einen Begrenzungsstrom, der die Konzentration von Sau
erstoff in einem Bereich darstellt, der magerer als der
stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnispunkt ist. In die
sem Fall wird der Begrenzungsstrom entsprechend der Konzen
tration von Sauerstoff sowohl durch die Fläche der abgassei
tigen Elektrodenschicht 36 als auch durch die Dicke, der Po
rösität und den durchschnittlichen Porendurchmesser der Dif
fusionswiderstandsschicht 35 bestimmt. Der Sensorkörper 32
kann die Sauerstoffkonzentration entsprechend einer linearen
Kennlinie davon erfassen. Da eine hohe Temperatur gleich oder
höher als 600 Grad Celsius zur Aktivierung des Sensorkörpers
32 erforderlich ist und der Aktivierungstemperaturbereich eng
ist, kann jedoch der Sensorkörper 32 nicht durch Heizen le
diglich aufgrund des Abgases der Maschine 10 in den aktiven
Bereich gesteuert werden. Aus diesem Grund wird die Heizung
33 gemäß diesem Ausführungsbeispiel thermisch durch die Hei
zung 33 in einen Aktivierungstemperaturbereich gesteuert. Es
sei bemerkt, daß in einem Bereich, der fetter als der
stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnispunkt ist, die
Konzentrationen von unverbranntem Gasen wie Kohlenstoffmon
oxid (CO) sich alle linear mit dem Luft-Brennstoff-Verhältnis
verändern, wobei der Sensorkörper 32 einen Begrenzungsstrom
erzeugt, der die Konzentrationen von unverbrannten Gasen wie
Kohlenstoffmonoxid (CO) darstellt.
Die Spannungs-Strom-(V-I-)Kennlinie des Sensorkörpers 32
weist gemäß Fig. 3 eine lineare Beziehung zwischen einem zu
der Festelektrolytschicht 34 des Sensorkörpers 32 fließenden
Strom, der proportional zu dem durch den A/F-Sensor 30 erfaß
ten Luft-Brennstoff-Verhältnis ist, und einer an die Feste
lektrolytschicht 34 angelegten Spannung auf. In diesem Fall
bilden gerade Liniensegmente parallel zu der Spannungsachse V
jeweils einen Begrenzungsstromerfassungsbereich, der den Be
grenzungsstrom des Sensorkörpers 32 abgrenzt. Vergrößerungen
und Verringerungen bei dem Begrenzungsstrom entsprechen Ver
größerungen und Verringerungen bei dem Luft-Brennstoff-
Verhältnisses (d. h. Verschiebungen zu den mageren und fetten
Bereichen). Je weiter das Luft-Brennstoff-Verhältnis zu der
mageren Seite verschoben wird, desto höher wird der Begren
zungsstrom. Demgegenüber wird, je weiter das Luft-Brennstoff-Ver
hältnis zu der fetten Seite verschoben wird, der Begren
zungsstrom um so niedriger.
Zusätzlich handelt es sich bei einem Spannungsbereich in der
V-I-Kennlinie unterhalb des wie vorstehend beschrieben als
Begrenzungsstromerfassungsbereich dienenden geraden Linien
segments parallel zu der Spannungsachse V um einen durch den
Widerstand dominierten Bereich. Der Gradient des linearen ge
raden Liniensegments in dem durch den Widerstand dominierten
Bereich wird durch den internen Widerstand der Festelektro
lytschicht 34 des Sensorkörpers 32 bestimmt, der als Element
widerstand Ri bezeichnet ist. Der Elementwiderstand Ri der
Festelektrolytschicht 34 des Sensorkörpers 32 verändert sich
mit der Temperatur. Genauer gesagt steigt der Elementwider
stand Ri der Festelektrolytschicht 34 des Sensorkörpers 32
an, wenn die Temperatur sich verringert, wodurch der Gradient
verringert wird.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Kennlinie ist ein Luft-Brenn
stoff-Verhältniserfassungsbereich eingestellt. Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel deckt der Bereich Werte des Luft-Brenn
stoff-Verhältnisses von 12 bis 18 ab. In diesem Luft-Brenn
stoff-Verhältniserfassungsbereich ist eine Luft-Brennstoff-
Verhältniserfassung mit einem hohen Genauigkeitsgrad gewähr
leistet. Die oberen und unteren Begrenzungen des Luft-
Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs sind fett- und mager
seitige Begrenzungen, die Luft-Brennstoff-Verhältnissen (A/F)
von 12 beziehungsweise 18 entsprechen. Durch weiteres Ausdeh
nen des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs bei der
fetten und der mageren Seite kann ein vorbestimmter Sensor
stromerfassungsbereich eingestellt werden. Erweiterungen von
20% des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs auf der
fetten und der mageren Seite werden als geeignet angesehen,
um den Sensorstromerfassungsbereich einzustellen. Die Ein
stellung des Begrenzungsstromerfassungsbereichs basiert auf
einem Entwurfskonzept der in Fig. 1 gezeigten Vorspannungs
steuerschaltung 40. Es sei bemerkt, daß zur Verbesserung der
Erfassungsgenauigkeit des Sensorstroms es wünschenswert ist,
einen möglichst engen Sensorstromerfassungsbereich einzustel
len.
Wie vorstehend beschrieben, weist der A/F-Sensor 30 gemäß
diesem Ausführungsbeispiel eine Kennlinie der elektromotori
schen Kraft wie die in Fig. 4 gezeigte auf. Wenn keine Span
nung an den A/F-Sensor 30 angelegt ist, zeigt die Kennlinie
der elektromotorischen Kraft eine abrupte Veränderung bei der
elektromotorischen Kraft, wenn sich das Luft-Brennstoff-
Verhältnis von einem mageren Bereich zu einem fetten Bereich
oder umgekehrt über den stöchiometrischen Luft-Brennstoff-
Verhältnispunkt (LAMBDA = 1), die Begrenzung zwischen dem ma
geren Bereich und dem fetten Bereich, aufgrund eines Unter
schieds bei der Sauerstoffkonzentration zwischen dem Inneren
und Äußeren der Festelektrolytschicht 34 des A/F-Sensors 30
wie in der Figur gezeigt verändert. Bei der Kennlinie der
elektromotorischen Kraft wie die in Fig. 4 gezeigten betragen
die elektromotorischen Kräfte etwa 0,9 Volt auf der fetten
Seite und 0 Volt auf der mageren Seite.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Luft-Brennstoff-Verhältniserfas
sungsvorrichtung gibt der Mikrocomputer 20 ein Vorspannungs
anweisungssignal Vr, ein digitales Signal zum Anlegen einer
Spannung an den A/F-Sensor 30, an einen Digital-/Analog-
Wandler 21 zur Umwandlung des Signals Vr in ein analoges Si
gnal Vb aus. Das analoge Signal Vb wird dann der Vorspan
nungssteuerschaltung 40 zur Erzeugung einer an den A/F-Sensor
30 anzulegenden Spannung zur Luft-Brennstoff-Verhältnis
erfassung angelegt.
Bei der Luft-Brennstoff-Verhältniserfassung werden unter
schiedliche Kennlinien der angelegten Spannung in Abhängig
keit davon verwendet, ob der Wert, den das Luft-Brennstoff-
Verhältnis zu diesem Zeitpunkt hat, d. h. die Größe des Sen
sorstroms in dem Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich,
in einem fetteren Bereich als der Luft-Brennstoff-Verhältnis
erfassungsbereich oder in einem magereren Bereich als der
Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich liegt. Deshalb
wird eine Steuerung der angelegten Spannung zur Erzeugung ei
ner gewünschten an den A/F-Sensor 30 anzulegenden Spannung
ausgeführt. Einzelheiten der Steuerung der angelegten Span
nung sind nachstehend ausführlich beschrieben.
Die Vorspannungssteuerschaltung 40 weist eine Stromerfas
sungsschaltung 50 zum Messen des Wertes eines Stroms auf, der
bei Anlegen einer Spannung an den A/F-Sensor 30 fließt. Über
einen Analog-/Digital-Wandler 23 wird ein analoges Signal,
das den Wert des durch die Stromerfassungsschaltung 50 erfaß
ten Stromes darstellt, dem Mikrocomputer 20 zugeführt. Der
Betrieb der an den A/F-Sensor 30 angebrachten Heizung 33 wird
durch die Heizungssteuerschaltung 25 gesteuert. Genauer führt
die Heizungssteuerschaltung 25 eine Heizsteuerung der Heizung
33 durch Steuerung des Tastverhältnisses einer der Heizung 33
durch eine nicht in der Figur gezeigten Batterieenergiever
sorgung zugeführten Energie entsprechend der Elementtempera
tur des A/F-Sensors 30 und der Temperatur der Heizung 33 aus.
Wie in Fig. 5 gezeigt, weist die Vorspannungssteuerschaltung
40 Hauptkomponenten wie eine Referenzspannungsschaltung
(Referenzspannungsgenerator) 44, eine erste Spannungsversor
gungsschaltung 45, eine zweite Spannungsversorgungsschaltung
47 und die Stromerfassungsschaltung 50 auf. Die Referenzspan
nungsschaltung 44 erzeugt eine fest eingestellte Referenz
spannung Va durch Teilen einer konstanten Spannung Vcc mit
tels eines Spannungsteilers(Potentiometers) aus den Wider
ständen 40a und 44b.
Als Spannungsfolgeschaltung ausgeführt legt die erste Span
nungsversorgungsschaltung 45 eine Spannung Va, die im Pegel
gleich der durch die Referenzspannungsschaltung 44 erzeugte
Referenzspannung Va ist, an einen Anschluß 42 des A/F-Sensors
30 an. Es sei bemerkt, daß der Anschluß 42 mit der in Fig. 2
gezeigten atmosphärenseitigen Elektrodenschicht 37 verbunden
ist. Genauer weist die erste Spannungsversorgungsschaltung 45
einen Operationsverstärker 45a, einen Widerstand 45b, einen
NPN-Transistor 45c und einen PNP-Transistor 45d auf. Der po
sitive Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 45a ist mit
der Verbindung zwischen den Widerständen 44a und 44b des bei
der Referenzspannungsschaltung 44 angewendeten Spannungstei
lers verbunden. Der negative Eingangsanschluß und der Aus
gangsanschluß des Operationsverstärkers 45a sind mit dem An
schluß 42 des A/F-Sensors 30 beziehungsweise mit einem An
schluß des Widerstands 45b verbunden. Der andere Anschluß des
Widerstands 45b ist mit der Verbindung zwischen den Basen des
NPN-Transistors 45c und des PNP-Transistors 45d verbunden.
Der Kollektor des NPN-Transistors 45c ist mit der Konstant
spannung Vcc verbunden und der Emitter des NPN-Transistors 45c
ist mit dem Emitter des PNP-Transistors 45d verbunden.
Die Verbindung zwischen den Emittern des NPN-Transistors 45c
und des PNP-Transistors 45d ist über einen als die Stromer
fassungsschaltung 50 dienenden Stromerfassungswiderstand 50a
mit dem Anschluß 42 des A/F-Sensors 30 verbunden. Der Kollek
tor des PNP-Transistors 45d ist mit Masse verbunden.
Wie die erste Spannungsversorgungsschaltung 45 ist die zweite
Spannungsversorgungsschaltung 47 als Spannungsfolgeschaltung
ausgeführt, und legt eine Spannung Vb, die im Pegel gleich
einer durch den Digital-/Analog-Wandler 21 erzeugten Spannung
Vb ist, an den anderen Anschluß 41 des A/F-Sensors 30 an. Es
sei bemerkt, daß der Anschluß 41 mit der in Fig. 2 gezeigten
abgasseitigen Elektrodenschicht 36 verbunden ist. Genauer
weist die zweite Spannungsversorgungsschaltung 47 einen Ope
rationsverstärker 47a, einen Widerstand 47b, einen NPN-
Transistor 47c und einen PNP-Transistor 47d auf. Der positive
Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 47a ist mit dem
Ausgangsanschluß des Digital-/Analog-Wandlers 21 verbunden.
Der negative Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 47a
ist mit dem anderen Anschluß 41 des A/F-Sensors 30 verbunden.
Der Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 47a ist mit
einem Anschluß des Widerstands 47b verbunden. Der andere An
schluß des Widerstands 47b ist mit der Verbindung zwischen
den Basen des NPN-Transistors 47c und des PNP-Transistors 47d
verbunden. Der Kollektor des NPN-Transistors 47c ist mit der
Konstantspannung Vcc verbunden, wobei der Emitter des NPN-
Transistors 47c mit dem Emitter des PNP-Transistors 47d ver
bunden ist. Die Verbindung zwischen den Emittern des NPN-
Transistors 47c und des PNP-Transistors 47d ist über einen
Widerstand 47e mit dem anderen Anschluß 41 des A/F-Sensors 30
verbunden. Der Kollektor des PNP-Transistors 47d ist mit Mas
se verbunden.
Mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird die Referenz
spannung Va stets an den Anschluß 42 des A/F-Sensors 30 ange
legt. Demgegenüber wird seitens des Digital-/Analog-Wandlers
21 die Spannung Vb an den anderen Anschluß 41 des A/F-Sensors
30 angelegt. Falls die Spannung Vb kleiner als die Referenz
spannung Va ist (Vb < Va), wird eine positive Vorspannung an
den A/F-Sensor 30 angelegt. Falls die an den anderen Anschluß
41 des A/F-Sensors 30 angelegten Spannung Vb höher als die
Referenzspannung Va ist (Vb < Va), wird demgegenüber eine ne
gative Vorspannung an den A/F-Sensor 30 angelegt. In jedem
Fall wird ein Sensorstrom (Begrenzungsstrom), der aufgrund
Oder angelegten Spannung fließt, mittels der elektrischen Po
tentialdifferenz zwischen den Anschlüssen des Stromerfas
sungswiderstands 50a erfaßt. Die elektrische Potentialdiffe
renz wird mittels des Analog-/Digital-Wandlers 23 dem Mikro
computer 20 zugeführt.
Zusätzlich ist ein Ausgangspuffer 51 zwischen dem Anschluß 42
des A/F-Sensors 30 und der Stromerfassungsschaltung 50 ge
schaltet. Der Ausgangspuffer 51 wird zur direkten Entnahme
des erfaßten Luft-Brennstoff-Verhältnisses als Spannungs
signal verwendet.
Es sei bemerkt, daß wie vorstehend beschrieben die Luft-
Brennstoff-Verhältniserfassungsvorrichtung bei einem Steue
rungssystem eines Fahrzeugs angewendet ist, das weder in der
Zeichnung gezeigt noch ausführlich beschrieben ist. Das
Steuerungssystem ist mit einem Mikrocomputer für die allge
mein bekannte Maschinensteuerung versehen. Genauer wird der
Mikrocomputer zur Ausführung einer Regelung des Luft-
Brennstoff-Verhältnisses auf der Grundlage eines Ergebnis der
durch den A/F-Sensor 30 ausgeführten Erfassung verwendet. Die
durch den Mikrocomputer ausgeführte Regelung wird zur Justie
rung der Brennstoffmenge ausgeführt, die durch Einspritzen
aus einer Einspritzeinrichtung in die Zylinder zugeführt
wird.
Nachstehend ist eine besondere Funktion gemäß diesem Ausfüh
rungsbeispiel beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel ist zur
Begrenzung des Sensorstroms für Bereiche außerhalb des in
Fig. 3 gezeigten Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs
auf Werte in einem vorbestimmten Bereich ausgelegt. Das Prin
zip dieser Funktion ist unter Bezug auf das V-I-Kennlinien
diagramm gemäß Fig. 7 beschrieben.
Wie in Fig. 7 gezeigt ist in dem Luft-Brennstoff-
Verhältniserfassungsbereich, bei dem das Luft-Brennstoff-
Verhältnis 12 bis 18 beträgt (A/F = 12 bis 18), eine normale
Kennlinie L2 eingestellt. Die Kennlinie L2 wird zum Steuern
der angelegten Spannung verwendet. Die Kennlinie L2 ist als
eine lineare gerade Linie mit etwa demselben Gradienten wie
die V-I-Kennlinie, eine in der Figur durch eine durchgezogene
Linie dargestellte Kennlinie La, gegeben. Wie vorstehend be
schrieben ist der Gradient der V-I-Kennlinie durch den Ele
mentwiderstand Ri des A/F-Sensors 30 bestimmt. Das heißt, daß
die Kennlinie L2 eine positive Kennlinie bzw. eine positive
Charakteristik zeigt, die ein Verhältnis zwischen angelegter
Spannung und dem Sensorstrom darstellt, wobei, wenn entweder
die Spannung oder der Sensorstrom ansteigt, das andere eben
falls ansteigt.
Zusätzlich ist an der Seite, die fetter als der Luft-
Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich ist, bei dem das Luft-
Brennstoffverhältnis kleiner als 12 ist (A/F < 12), eine
Kennlinie L1 mit einem Gradienten eingestellt, der entgegen
gesetzt zu dem positiven Gradienten der Kennlinie L2 ist, das
heißt, die einen negativen Gradienten aufweist. Ein Punkt a
ist ein Begrenzungspunkt der Kennlinie L2 auf der fetten Sei
te des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs. Demge
genüber ist ein Punkt b ein Schnittpunkt einer Begrenzungsli
nie des Sensorstromerfassungsbereichs auf der fetten Seite
und einer Linie, die eine elektromotorische Kraft von 0,9
Volt des A/F-Sensors 30 auf der fetten Seite darstellt. Die
Kennlinie L1 weist ein die Punkte a und b verbindendes linea
res gerades Liniensegment auf. Es sei bemerkt, daß ein Ab
schnitt der Kennlinie L1 auf der Seite, die fetter als der
Sensorstromerfassungsbereich ist, ein parallel zu der I-Achse
verlaufendes gerades Liniensegment ist, das die elektromoto
rische Kraft von 0,9 Volt darstellt.
Zusätzlich ist auf der Seite, die magerer als der Luft-
Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich ist, bei dem das Luft-
Brennstoff-Verhältnis größer als 18 ist (A/F < 18), eine
Kennlinie L3 eingestellt, die ebenfalls einen dem positiven
Gradienten der Kennlinie L2 entgegengesetzten Gradienten, das
heißt einen negativen Gradienten, aufweist. Ein Punkt c ist
ein Begrenzungspunkt der Kennlinie L2 auf der Magerseite des
Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs. Demgegenüber
ist ein Punkt d ein Schnittpunkt einer Begrenzungslinie des
Sensorstromerfassungsbereichs auf der Magerseite und einer
Linie, die eine elektromotorische Kraft von 0 Volt des A/F-
Sensors 30 auf der Magerseite darstellt. Die Kennlinie L3
weist ein die Punkte c und d verbindendes lineares gerades
Liniensegment auf. Es sei bemerkt, daß ein Abschnitt der
Kennlinie L3 an der Seite, die magerer als der Sensorstrom
erfassungsbereich ist, ein parallel zu der I-Achse verlaufen
des, die elektromotorische Kraft von 0 Volt darstellendes ge
rades Liniensegment ist.
Durch Einstellen der Kennlinien L1 und L3 wie vorstehend be
schrieben ist in einem in Fig. 7 gezeigten Zustand, das heißt
in einem Zustand, bei dem der Elementwiderstand einen vorbe
stimmten Wert Ri aufweist, es selbstverständlich, daß für ei
nen Bereich außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfas
sungsbereichs der zu diesem Zeitpunkt fließende Sensorstrom
auf Werte innerhalb des Sensorstromerfassungsbereichs be
grenzt ist.
Wie in Fig. 8(a) gezeigt ist, schneidet, wenn mehr Brennstoff
eingespritzt wird, so daß sich das Luft-Brennstoff-Verhältnis
auf einen fetteren Wert auf der Seite verändert, die fetter
als die ein Luft-Brennstoff-Verhältnis von 12 darstellende
Fettseitenbegrenzung des Luft-Brennstoff-Verhältniserfas
sungsbereichs ist, die V-I-Kennlinie die Kennlinie L1 an ei
nem Punkt e. Das bedeutet, daß, falls sich das Luft-
Brennstoff-Verhältnis von 12 auf einen Wert auf der Seite,
die fetter als die ein Luft-Brennstoff-Verhältnis von 12 dar
stellende fettseitige Begrenzung des Luft-Brennstoff-
Verhältniserfassungsbereichs ist, verändert, sich die ange
legte Spannung allmählich entlang der Kennlinie L1 von dem
Punkt a zu dem eine Spannung Ve darstellenden Punkt e verän
dert, wobei sie an dem Punkt e stehenbleibt. Das bedeutet,
daß selbst wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis sich weiter
auf einen Wert verändert, der viel fetter als der Punkt e
ist, der Sensorstrom durch eine untere Strombegrenzung ent
sprechend dem Punkt e begrenzt wird, da die angelegte Span
nung auf die Spannung Ve fest eingestellt ist.
Wenn weniger Brennstoff eingespritzt wird, so daß das Luft-
Brennstoff-Verhältnis sich auf einen mageren Wert auf der
Seite verändert, die magerer als die ein A/F von 18 darstel
lende Magerseitenbegrenzung des Luft-Brennstoff-Verhältnis
erfassungsbereichs ist, schneidet demgegenüber die
V-I-Kennlinie La die Kennlinie L3 an einem Punkt f wie in Fig.
8(b) gezeigt. Das bedeutet, daß, falls das Luft-Brennstoff-
Verhältnis sich von 18 auf einen Wert auf der Seite verän
dert, der magerer als die ein A/F von 18 darstellende Mager
seitenbegrenzung des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungs
bereichs ist, sich die angelegte Spannung allmählich entlang
der Kennlinie L3 von dem Punkt c zu dem eine Spannung Vf dar
stellenden Punkt f verändert, wobei sie an dem Punkt f ste
henbleibt. Das bedeutet, daß selbst wenn das Luft-Brennstoff-
Verhältnis sich weiter auf einen Wert verändert, der viel ma
gerer als der Punkt f ist, der Sensorstrom durch eine obere
Strombegrenzung entsprechend dem Punkt f begrenzt wird, da
die angelegte Spannung auf die Spannung Vf fest eingestellt
ist.
Somit ist es möglich, einen Sensorstrombegrenzungsbereich
einzustellen, der über den Luft-Brennstoff-Verhältnis-
Erfassungsbereich hinausausgeht, jedoch innerhalb des Sensor
stromerfassungsbereichs in dem V-I-Kennliniendiagramm gemäß
Fig. 7 verbleibt. Durch Einstellung eines derartigen Sensor
strombegrenzungsbereichs wird der Wert des durch den A/F-
Sensor 30 fließenden Stroms niemals über den Sensorstrombe
grenzungsbereich, einem durch die Punkte e und f vorgeschrie
benen Strombereich, hinausgehen.
Dabei verändert sich der Wert des in Fig. 7 gezeigten Ele
mentwiderstands Ri entsprechend dem Aktivierungszustand des
A/F-Sensors 30. Somit verändert sich der Gradient der V-I-
Kennlinie La ebenfalls entsprechend dem Aktivierungszustands
des A/F-Sensors 30. Es sei bemerkt, daß Fig. 9 Zustände
zeigt, in denen der A/F-Sensor 30 um so mehr betrieben wird,
je kleiner der Elementwiderstand Ri ist. Wie aus dieser Figur
hervorgeht, verändert sich, wenn der Betriebszustand des A/F-
Sensors 30 sich verändert, der Sensorstrombegrenzungsbereichs
ebenfalls wie durch die Bezugszeichen A, B und C in der Figur
angedeutet. In jedem Fall wird jedoch der Sensorstrom durch
die jeweiligen Sensorstrombegrenzungsbereiche A, B oder C be
grenzt und geht somit niemals über den Sensorstromerfassungs
bereich hinaus. Folglich ist das durch einen übermäßig flie
ßenden Sensorstrom verursachte Problem gelöst.
Der Betrieb gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist wie
nachstehend beschrieben auf der Grundlage der Verarbeitung
gemäß Fig. 6, die durch den Mikrocomputer 20 zum Einschalt
zeitpunkt gestartet wird.
Wie in der Figur gezeigt, beginnt der Verarbeitungsablauf mit
einem Schritt 100, bei dem der Mikrocomputer 20 bestimmt, ob
ein vorbestimmter Zeitabschnitt T1 seit der unmittelbar vor
hergehenden Erfassung des Sensorstroms verstrichen ist oder
nicht. Der vorbestimmte Zeitabschnitt T1 ist ein Erfassungs
zeitabschnitt des Sensorstroms Ip. Es ist sinnvoll, der Zeit
abschnitt T1 typischerweise auf einen Wert in dem Bereich von
2 bis 4 Millisekunden einzustellen. Falls die vorbestimmte T1
seit der unmittelbar vorhergehenden Erfassung des Sensor
stroms Ip verstrichen ist, das heißt, falls das Ergebnis der
Bestimmung durch den Mikrocomputer 20 bei dem Schritt 100 po
sitiv ist, schreitet der Verarbeitungsablauf zu einem Schritt
110 voran.
Bei dem Schritt 110 empfängt der Mikrocomputer 20 den durch
die Stromerfassungsschaltung 50 erfaßten Sensorstrom (den Be
grenzungsstrom) Ip und liest ein Luft-Brennstoff-Verhältnis
der Maschine entsprechend dem Sensorstrom Ip aus einem vorab
in der Festspeichereinheit des Mikrocomputers 20 gespeicher
ten Diagramm aus. Es sei jedoch bemerkt, daß der Sensorstrom
Ip nicht in ein Luft-Brennstoff-Verhältnis (A/F) umgewandelt
werden muß. Statt dessen kann wie in der Figur gezeigt der
erfaßte Wert des Sensorstroms Ip verwendet werden.
Danach bestimmt bei Schritten 120 bis 160 der Mikrocomputer
20 den Wert einer an den A/F-Sensor 30 anzulegenden Spannung
anhand des erfaßten Werts des Sensorstroms. Genauer bestimmt
bei dem Schritt 120 der Mikrocomputer 20, ob der Sensorstrom
Ip gleich oder kleiner als eine fettseitige Begrenzung des
Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs ist, das heißt,
ob der Sensorstrom Ip gleich oder kleiner als ein Stromwert
entsprechend einem Luft-Brennstoff-Verhältnis von 12 ist oder
nicht. Falls der Sensorstrom Ip gleich oder kleiner als die
fettseitige Begrenzung des Luft-Brennstoff-Verhältniserfas
sungsbereichs ist, das heißt, falls das Ergebnis der Bestim
mung durch den Mikrocomputer 20 bei dem Schritt 120 positiv
ist, schreitet der Verarbeitungsablauf zu einem Schritt 140
voran. Falls demgegenüber der Sensorstrom Ip größer als die
fettseitige Begrenzung ist, schreitet der Verarbeitungsablauf
zu einem Schritt 130 voran.
Bei dem Schritt 130 bestimmt der Mikrocomputer 20, ob der
Sensorstrom Ip gleich oder kleiner als eine magerseitige Be
grenzung des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs
ist, das heißt, ob der Sensorstrom Ip gleich oder kleiner als
ein Stromwert entsprechend einem Luft-Brennstoff-Verhältnis
von 18 ist oder nicht. Falls der Sensorstrom Ip gleich oder
kleiner als die magerseitige Begrenzung des Luft-Brennstoff-
Verhältniserfassungsbereichs ist, das heißt, falls das Ergeb
nis der Bestimmung durch den Mikrocomputer 20 bei dem Schritt
130 positiv ist, schreitet der Verarbeitungsablauf zu einem
Schritt 150 voran. Falls demgegenüber der Sensorstrom Ip grö
ßer als die magerseitige Begrenzung ist, schreitet der Verar
beitungsablauf zu einem Schritt 160 voran.
Bei dem Schritt 140, für den bei dem Schritt 120 gefunden
wurde, daß Ip gleich oder kleiner als die fettseitige Begren
zung ist (Ip fettseitige Begrenzung) berechnet der Mikro
computer 20 den Wert der an den A/F-Sensor 30 für den bei dem
Schritt 110 erfaßten Sensorstrom Ip anzulegenden Spannung Vp
unter Verwendung der Kennlinie L1 gemäß Fig. 7, die vorab in
der Festspeichereinheit gespeichert ist. Die an den A/F-
Sensor 30 anzulegende Spannung Vp ist eine Spannung zur Be
grenzung des Sensorstroms in einem fetten Bereich.
Zusätzlich berechnet bei dem Schritt 150, für den bei dem
Schritt 130 gefunden wurde, daß Ip gleich oder kleiner als
die magerseitige Begrenzung aber größer als die fettseitige
Begrenzung ist (fettseitige Begrenzung < Ip magerseitige
Begrenzung), der Mikrocomputer 20 den Wert der an den A/F-
Sensor 30 für den bei dem Schritt 110 erfaßten Sensorstrom Ip
anzulegenden Spannung unter Verwendung der Kennlinie L2 gemäß
Fig. 7, die vorab in der Festspeichereinheit gespeichert ist.
Die an den A/F-Sensor 30 anzulegende Spannung ist eine Span
nung zur Verwendung bei einem Betrieb in einem normalen Zu
stand.
Weiterhin berechnet bei dem Schritt 160, für den bei dem
Schritt 130 gefunden wurde, daß Ip gleich oder größer als die
magerseitige Begrenzung ist, der Mikrocomputer 20 den Wert
der an den A/F-Sensor 30 für den bei dem Schritt 110 erfaßten
Sensorstrom Ip anzulegenden Spannung unter Verwendung der
Kennlinie L3 gemäß Fig. 7, die vorab in der Festspeicherein
heit gespeichert ist. Die an den A/F-Sensor 30 anzulegende
Spannung ist eine Spannung zur Begrenzung des Sensorstroms in
einem mageren Bereich.
Danach schreitet der Verarbeitungsablauf von dem Schritt 140,
150 oder 160 zu einem Schritt 170 voran, bei dem der Mikro
computer 20 ein Vorspannungsanweisungssignal Vr aus der bei
den Schritten 140, 150 oder 160 berechneten angelegten Span
nung Vp erzeugt, wobei das Vorspannungsanweisungssignal Vr zu
dem Digital-/Analog-Wandler 21 ausgegeben wird. Auf diese
Weise wird die gewünschte Spannung Vp an den A/F-Sensor 30
angelegt.
Gemäß den in Fig. 10 gezeigten Zeitverläufen wird eine Luft-
Brennstoff-Verhältnisregelung für ein stöchiometrisches Luft-
Brennstoff-Verhältnis (A/F) von 14,7 als Hintergrund ausge
führt. In einem Zeitabschnitt zwischen den Zeitpunkten t1 und
t6 verschiebt sich jedoch das Luft-Brennstoff-Verhältnis
zeitweilig sehr weit in den mageren Bereich, beispielsweise
für den Fall einer Brennstoffabsperrung. In einem Zeitab
schnitt zwischen den Zeitpunkten t7 und t10 verschiebt sich
demgegenüber das Luft-Brennstoff-Verhältnis zeitweilig weit
in den fetten Bereich hinein, beispielsweise für den Fall des
Einspritzens einer großen Treibstoffmenge entsprechend einem
starken Lastanstieg. Es sei bemerkt, daß bei den Zeitverläu
fen gemäß Fig. 10 durchgezogene Linien den Sensorstrom und
die entsprechend der gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausge
führten Steuerung der angelegten Spannung darstellen, während
die durch Doppelpunkte unterbrochenen Linien den Sensorstrom
und die angelegte Spannung darstellen, die entsprechend der
herkömmlichen Steuerung, das heißt, der Steuerung der ange
legten Spannung unter Verwendung der Kennlinie Lx gemäß Fig.
21 erzeugt ist.
Zunächst wird vor dem Zeitpunkt t1 eine Regelung mit dem
stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnis (mit einem Wert
von 14,7) als Luft-Brennstoff-Verhältnis-Sollwert ausgeführt.
In diesem Fall stimmt das sich ergebende Luft-Brennstoff-
Verhältnis in etwa mit dem stöchiometrischen Luft-Brennstoff-
Verhältnis überein. Dann verändert sich zu einem Zeitpunkt
t1, bei dem die Brennstoffabsperrung gestartet wird, das
Luft-Brennstoff-Verhältnis auf einen Wert, der weit in den
mageren Bereich angeordnet ist, wobei der Sensorstrom sich
dementsprechend auf einen Wert verändert, der weit auf der
positiven Seite angeordnet ist.
Später zu einem Zeitpunkt t2, bei dem der Sensorstrom einen
Wert auf der durch den Punkt c gemäß Fig. 7 dargestellten ma
gerseitigen Begrenzung des Luft-Brennstoff-Verhältniserfas
sungsbereichs entsprechend einem Luft-Brennstoff-Verhältnis
von 18 erreicht, wechselt die angelegte Spannung, die bis da
hin eine ansteigende Tendenz gezeigt hatte, auf eine abstei
gende Tendenz. Dies liegt daran, daß vor dem Zeitpunkt t2 die
angelegte Spannung unter Verwendung der Kennlinie L2 gemäß
Fig. 7 gesteuert wird, während nach dem Zeitpunkt t2 die
Steuerung der angelegten Spannung auf die Kennlinie L3 gemäß
Fig. 7 beruht. In einem Zeitabschnitt zwischen dem Zeitpunkt
t2 und einem Zeitpunkt t3 wird die angelegte Spannung entlang
der Kennlinie L3 gesteuert, wobei sie allmählich 0 Volt er
reicht.
Danach verbleiben ab dem Zeitpunkt t3, bei dem der Sensor
strom einen Wert auf der magerseitigen Begrenzung des Sensor
strombegrenzungsbereichs erreicht, der Sensorstrom und die
angelegte Spannung unverändert von deren Werten zum Zeitpunkt
t3, der durch den Punkt f gemäß Fig. 7 dargestellt ist,
selbst wenn sich das Luft-Brennstoff-Verhältnis weiterhin zu
einem Wert verändert, der weiter in dem mageren Bereich ange
ordnet ist. Es sei jedoch bemerkt, daß wie in Fig. 9 gezeigt
eine Veränderung bei dem Elementwiderstand Ri eine Verände
rung des Sensorstroms der angelegten Spannung verursacht,
auch wenn die Veränderungen bei dem Strom und der Spannung in
Abhängigkeit von dem Wert des Elementwiderstands Ri zu diesem
Zeitpunkt klein sind. Das heißt, daß der in Fig. 7 gezeigte
Punkt f nach rechts oder links entlang der Kennlinie L3 ver
schoben wird. Danach gelangt das Luft-Brennstoff-Verhältnis
einmal in einen Zustand nahe an dem atmosphärischen Zustand,
jedoch beginnt mit Wiederaufnahme des Brennstoffeinspritzens
durch die Einspritzvorrichtung mit einem vorbestimmten Zeit
verlauf das Luft-Brennstoff-Verhältnis zu sinken.
Zu einem Zeitpunkt t4 beginnt der Sensorstrom auf einen Wert
zu sinken, der kleiner als ein Begrenzungswert auf der Mager
seite des Sensorstrombegrenzungsbereichs ist. Dementsprechend
beginnt die angelegte Spannung entlang der in Fig. 7 gezeig
ten Kennlinie L3 anzusteigen, wobei ein allmählicher Übergang
von dem Punkt f zu dem in der Figur gezeigten Punkt c gemacht
wird. Zu dem Zeitpunkt t5, bei dem das Luft-Brennstoff-
Verhältnis in den Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich
gelangt und der Sensorstrom kleiner als der Wert entsprechend
der magerseitigen Begrenzung wird, wird die angelegte Span
nung danach erneut unter Verwendung der Kennlinie L2 gemäß
Fig. 7 gesteuert. Schließlich wird zu dem Zeitpunkt t6 das
Luft-Brennstoff-Verhältnis auf das stöchiometrische Luft-
Brennstoff-Verhältnis wiederhergestellt.
Ein Vergleich der Steuerung gemäß diesem Ausführungsbeispiel
mit der herkömmlichen Steuerung während des Zeitabschnitts,
bei der das Luft-Brennstoff-Verhältnis über den Luft-
Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich hinaus geht und in den
mageren Bereich gelangt, das heißt während des Zeitabschnitts
zwischen den Zeitpunkten t2 und t5, zeigt, daß in dem Fall
der durch die durch Doppelpunkte unterbrochenen Linien ge
zeigten herkömmlichen Steuerung die angelegte Spannung der
Veränderung bei dem Luft-Brennstoff-Verhältnis nachfolgend
ansteigt, wodurch verursacht wird, daß der Sensorstrom weit
über den Sensorstromerfassungsbereich hinausgeht. In dem Fall
der durch durchgezogene Linien dargestellten Steuerung gemäß
diesem Ausführungsbeispiel ist demgegenüber offensichtlich,
daß der Sensorstrom auf Werte innerhalb des Sensorstromerfas
sungsbereichs begrenzt ist, wenn das Luft-Brennstoff-
Verhältnis sich verändert.
Nachstehend ist ein Fall beschrieben, bei dem ein Einspritzen
einer großen Treibstoffmenge entsprechend einem starken
Lastanstieg zu dem Zeitpunkt t7 gestartet wird. In diesem
Fall ist jedoch, da der einzige Unterschied der Umstand ist,
daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis sich zu einem Wert in dem
fetten Bereich verändert, die Beschreibung lediglich auf we
sentliche Punkte gerichtet.
Zunächst verändert sich nach dem Zeitpunkt t7, bei dem der
Lastanstieg auf einen hohen Wert beginnt, das Luft-
Brennstoff-Verhältnis stark auf einen Wert in dem fetten Be
reich, wobei sich der Strom ebenfalls auf einen Wert auf der
negativen Seite aufgrund der Veränderung bei dem Luft-
Brennstoff-Verhältnis verändert. Später zu einem Zeitpunkt
t8, bei dem der Sensorstrom einen Wert auf der durch den
Punkt a gemäß Fig. 7 dargestellten fettseitigen Begrenzung
des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs entsprechend
einem Luft-Brennstoff-Verhältnis von 12 erreicht, wechselt
die bisher eine abfallende Tendenz zeigende angelegte Span
nung auf eine ansteigende Tendenz. Dies liegt daran, daß vor
dem Zeitpunkt t8 die angelegte Spannung unter Verwendung der
Kennlinie L2 gemäß Fig. 7 gesteuert wird, wohingegen nach dem
Zeitpunkt t8 die Steuerung der angelegten Spannung auf der
Kennlinie L1 gemäß Fig. 7 beruht. Nach dem Zeitpunkt t8 wird
die angelegte Spannung entlang der Kennlinie L1 gesteuert,
wobei sie allmählich 0,9 Volt erreicht.
Danach, wenn der Sensorstrom einen Wert auf der fettseitigen
Begrenzung des Sensorstrombegrenzungsbereichs erreicht, ver
bleiben der Sensorstrom und die angelegte Spannung unverän
dert von den vorbestimmten Werten, die durch den Punkt e ge
mäß Fig. 7 dargestellt sind, selbst falls sich das Luft-
Brennstoff-Verhältnis weiter auf einen Wert verändert, der
noch weiter in dem fetten Bereich angeordnet liegt. Danach,
wenn der starke Lastanstieg verschwindet und der Sensorstrom
aufgrund eines Anstiegs bei dem Luft-Brennstoff-Verhältnis zu
steigen beginnt, beginnt die angelegte Spannung entlang der
Kennlinie L1 gemäß Fig. 7 abzusinken, wobei sie einen allmäh
lichen Übergang von dem Punkt e zu dem in der Figur gezeigten
Punkt a durchführt. Zu einem Zeitpunkt t9, bei dem das Luft-
Brennstoff-Verhältnis in den Luft-Brennstoff-Verhältniserfas
sungsbereich gelangt, wird danach die angelegte Spannung er
neut unter Verwendung der Kennlinie L2 gemäß Fig. 7 gesteu
ert. Schließlich wird zu dem Zeitpunkt t10 das Luft-
Brennstoff-Verhältnis auf das stöchiometrische Luft-
Brennstoff-Verhältnis wiederhergestellt.
Ein Vergleich der Steuerung gemäß diesem Ausführungsbeispiel
mit der herkömmlichen Steuerung während des Zeitabschnitts,
bei der das Luft-Brennstoff-Verhältnis über den Luft-
Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich hinausgeht und in den
fetten Bereich gelangt, das heißt, während des Zeitabschnitts
zwischen den Zeitpunkten t8 und t9, zeigt, daß in dem Fall
der durch die mit durch Doppelpunkte unterbrochenen Linien
dargestellten herkömmlichen Steuerung die angelegte Spannung
der Veränderung bei dem Luft-Brennstoff-Verhältnis nachfol
gend sinkt, wodurch der Sensorstrom weit über den Sensor
stromerfassungsbereich hinausgeht. In dem Fall der gemäß die
sem Ausführungsbeispiel ausgeführten, durch durchgezogene Li
nien dargestellten Steuerung ist demgegenüber offensichtlich,
daß der Sensorstrom auf Werte innerhalb des Sensorstromerfas
sungsbereichs begrenzt ist, wenn sich das Luft-Brennstoff-
Verhältnis verändert.
Nachstehend sind Vorteile gemäß dem ersten Ausführungsbei
spiel beschrieben.
- (a) Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird in Bereichen außer halb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs, das heißt gemäß Fig. 7 in Bereichen, bei denen das Luft- Brennstoff-Verhältnis kleiner als 12 und das Luft-Brennstoff- Verhältnis größer als 18 ist, die an den A/F-Sensor 30 ange legte Spannung derart gesteuert, daß der Sensorstrom auf Wer te innerhalb eines vorbestimmten Bereichs begrenzt wird. Das heißt, daß, falls eine normale Steuerung der angelegten Span nung auf der Grundlage des Luft-Brennstoff-Verhältnisses ebenfalls in Bereichen außerhalb des Luft-Brennstoff- Verhältniserfassungsbereichs ausgeführt wird, ein Problem wie ein Fließen eines großen Stroms durch den A/F-Sensor 30 wie in dem Fall der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Tech nik aufgeworfen. In dem Fall gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann demgegenüber durch Auferlegen einer Begrenzung auf den Sensorstrom das durch einen übermäßig großen, durch den A/F- Sensor 30 fließenden Strom verursachte Problem gelöst werden. Folglich kann der Sensorstrom geeignet in einem Bereich au ßerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs un terdrückt werden, was die Ausführung der Stromerfassung mit einem hohen Genauigkeitsgrad ermöglicht. Zusätzlich ist es ebenfalls möglich, die sich bei der zum Anlegen einer Span nung an den A/F-Sensor 30 verwendeten Vorspannungssteuer schaltung 40 ausbreitenden Wärmemenge wesentlich zu verrin gern, genauer die sich bei dem durch einen bei der Schaltung angewendeten Transistor ausgeführten Ansteuervorgänge aus breitende Wärmemenge zu verringern.
- (b) Genauer wird in dem Luft-Brennstoff-Verhältniserfas sungsbereich die angelegte Spannung entsprechend einer vorbe stimmten positiven Kennlinie in dem V-I-Koordinatensystem, d. h. der Kennlinie L2 gemäß Fig. 7, gesteuert. Demgegenüber wird in Bereichen außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältnis erfassungsbereichs die angelegte Spannung entsprechend Kenn linien gesteuert, die sich von der positiven Kennlinie bei dem V-I-Koordinatensystem unterscheiden, das heißt den Kenn linie L1 und L3 gemäß Fig. 7 jeweils für den fetten Bereich und den mageren Bereich. Folglich kann durch Steuerung der angelegten Spannung entsprechend den Kennlinien L1 und L3 die Erfassung des Stroms mit einem hohen Genauigkeitsgrad ausge führt werden.
- (c) Insbesondere wird die in Fig. 7 gezeigte Kennlinie L1 zur Steuerung der angelegten Spannung derart verwendet, daß die Spannung sich einem maximalen Wert von 0,9 Volt der elektro motorischen Kraft des A/F-Sensors 30 für Sensorströme auf der Seite, die fetter als der Luft-Brennstoff-Verhältnis erfassungsbereich ist, allmählich annähert, während die in Fig. 7 gezeigte Kennlinie L3 zur Steuerung der angelegten Spannung derart verwendet wird, daß sich die Spannung allmäh lich einem minimalen Wert von 0 Volt der elektromotorischen Kraft des A/F-Senors 30 für Sensorströme auf der Seite annä hert, die magerer als der Luft-Brennstoff-Verhältnis erfassungsbereich ist. Zusätzlich sind die Kennlinien L1 und L3 derart eingestellt, daß der Sensorstrom auf Werte außer halb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs, jedoch innerhalb des Sensorstromerfassungsbereichs begrenzt ist.
Mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ist in dem Sensor
strombegrenzungsbereich, ein Bereich zwischen den Punkten e
und f gemäß Fig. 7, der Sensorstrom derart begrenzt, daß kein
Sensorstrom außerhalb des Sensorstrombegrenzungsbereichs
fließt. Zusätzlich kann der Sensorstrombegrenzungsbereich in
nerhalb des Sensorstromerfassungsbereichs enthalten sein,
selbst wenn der Elementwiderstand Ri des A/F-Sensors 30 wie
in Fig. 9 gezeigt sich verändert.
- (d) Zusätzlich kann gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Ele mentwiderstand Ri des A/F-Sensors 30 zu jedem beliebigen Zeitpunkt erfaßt werden, da ein Sensorstrom in dem Sensor stromerfassungsbereich stets erfaßt werden kann, selbst wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis sich auf einen Wert verändert, der weit in dem Mager- oder fetten Bereich angeordnet ist.
- (e) Außerdem kann gemäß diesem Ausführungsbeispiel die sich in der Vorspannungssteuerschaltung 40 ausbreitende Wärmemenge unterdrückt werden, da der Sensorstrom wie vorstehend be schrieben begrenzt werden kann. Folglich gibt es kein zusätz licher Aufbau zum Vorsehen eines Widerstands zur Begrenzung des Sensorstroms in der Vorspannungssteuerschaltung 40, bei spielsweise Widerstände zwischen der Konstantspannung Vcc und den Transistoren 45c und 47c gemäß Fig. 5, erforderlich, wo bei gleichzeitig die Genauigkeit der Erfassung des Sensor stroms gewährleistet werden kann.
Falls eine Batteriespannung +B anstelle der 5-V-Konstant
spannung Vcc gemäß Fig. 5 verwendet wird, muß gewährleistet
sein, daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis über den gesamten
Bereich eines breiten Bereichs erfaßt werden kann, da die
Spannung +B einen weitreichenden Wert von 8 bis 16 Volt auf
weist, wobei zusätzlich die sich in der Schaltung ausbreiten
de Wärmemenge aufgrund eines dort hinein fließenden Stroms
verringert werden muß, weshalb ein Widerstand zur Begrenzung
der Größe des Stroms unerläßlich ist. Insbesondere würde ein
Widerstand 55 zur Begrenzung der Größe des Stroms andernfalls
zwischen dem Anschluß der die Spannung +B erzeugenden Batte
rie und den Kollektor des NPN-Transistors 45c geschaltet wer
den, wohingegen desgleichen ein Strombegrenzungswiderstand 56
zwischen dem Anschluß der die Spannung +B erzeugenden Batte
rie und dem Kollektor des NPN-Transistors 47c geschaltet wer
den würde, wie in einem Äquivalentschaltbild gemäß Fig. 11
gezeigt ist. Derartige Strombegrenzungswiderstände können
Hindernisse zur Ausführung der Schaltung in einer geringen
Größe und mit geringen Kosten sein. Mit dem Aufbau gemäß die
sem Ausführungsbeispiel kann jedoch der Sensorstrom gesteuert
werden, was die Unterdrückung der sich in der Schaltung aus
breitenden Wärme ohne Ausweichen auf Strombegrenzungseinrich
tungen wie die Widerstände 55 und 56 erlaubt.
Das zweite Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Fall, daß ein Luft-Brennstoff-Verhältnis oder der
Sensorstrom über den Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungs
bereich hinausgeht, der Sensorstrom auf einen vorbestimmten
Sollwert innerhalb des Sensorstromerfassungsbereichs geregelt
wird. Wesentliche Merkmale gemäß dem zweiten Ausführungsbei
spiels sind unter Bezug auf Fig. 12 bis 14 nachstehend be
schrieben.
Bei Fig. 12 sind die in Fig. 6 gezeigten Schritte 140 und 160
jeweils durch Schritte 210 und 220 ersetzt. Falls bei dem
Schritt 220 des Flußdiagramms gemäß Fig. 12 gefunden wurde,
daß der Sensorstrom gleich oder kleiner als die fettseitige
Begrenzung des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs
ist, das heißt, falls das Ergebnis der Bestimmung durch den
Mikrocomputer 20 bei dem Schritt 120 positiv ist, schreitet
der Verarbeitungsablauf zu dem Schritt 210 voran, bei dem der
Mikrocomputer 20 die Größe der angelegten Spannung Vp anhand
des Wertes des bei dem Schritt 110 erfaßten Sensorstroms Ip
berechnet. Bei der Berechnung wird eine vorab in einer Fest
speichereinheit verwendete Steuerungskonstante derart verwen
det, daß ein Wert der angelegten Spannung Vp gegeben wird,
der den Sensorstrom Ip auf einen vorbestimmten Sollwert Ip1
bringt. Das heißt, daß die angelegte Spannung Vp typischer
weise unter Verwendung der nachstehend gegebenen Gleichung
(1) berechnet wird.
Vp = Va - K × (Ip - Sollwert Ip1) (1)
Dabei bezeichnet das Bezugszeichen Va einen festeingestellten
Wert zur Steuerung des Sensorstroms auf einen Wert innerhalb
des Sensorstromerfassungsbereichs und das Bezugszeichen K die
Steuerungskonstante. Der Sollwert Ip1 wird vorab als ein Sen
sorstrom bei einem Wert eingestellt, der leicht außerhalb des
Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs auf der fetteren
Seite ist. Gemäß Gleichung (1) wird die angelegte Spannung Vp
entsprechend einer Abweichung zwischen dem gemessenen Wert Ip
des Sensorstroms und dem Sollwert Ip1 gesteuert. Das heißt,
daß, falls der Wert Ip größer als der Sollwert Ip1 wird, die
angelegte Spannung Vp zur Verringerung von Ip auf Ip1 ver
kleinert wird. Falls demgegenüber der Wert von Ip kleiner als
der Sollwert Ip1 wird, wird demgegenüber die angelegte Span
nung Vp zur Anhebung von Ip auf Ip1 erhöht.
Falls bei dem Schritt 130 des Flußdiagramms gemäß Fig. 12 ge
funden wurden, daß der Sensorstrom Ip größer als die mager
seitige Begrenzung des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungs
bereichs ist, das heißt, falls das Ergebnis der Bestimmung
durch den Mikrocomputer 20 bei dem Schritt 130 negativ ist,
schreitet der Verarbeitungsablauf zu dem Schritt 220 voran,
bei dem der Mikrocomputer 20 die Größe der angelegten Span
nung Vp anhand des Wertes des bei dem Schritt 110 erfaßten
Sensorstroms Ip berechnet. Bei der Berechnung wird die vorab
in der Festspeichereinheit gespeicherte Steuerungskonstante K
zum Erhalt eines Wertes der angelegten Spannung Vp verwendet,
die den Sensorstrom Ip auf einen vorbestimmten Sollwert Ip2
bringt. Das heißt, daß die angelegte Spannung Vp typischer
weise unter Verwendung der nachstehend beschriebenen Glei
chung (2) berechnet wird.
Vp = Vb + K × (Sollwert Ip2 - Ip) (2)
Dabei bezeichnet das Bezugszeichen Vb wie das in Gleichung
(1) verwendete Va einen festeingestellten Wert zur Steuerung
des Sensorstroms auf einen Wert innerhalb des Sensorstromer
fassungsbereichs. Der Sollwert Ip2 ist vorab als ein Sensor
strom bei einem Wert eingestellt, der leicht außerhalb des
Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs auf der magere
ren Seite liegt. Gemäß der Gleichung (2) wird die angelegte
Spannung Vp entsprechend einer Abweichung zwischen dem gemes
senen Wert Ip des Sensorstroms und dem Sollwert Ip2 gesteu
ert. Das heißt, daß, falls der Wert von Ip größer als der
Sollwert Ip2 wird, die angelegte Spannung Vp zur Verringerung
von Ip auf Ip2 verkleinert wird. Falls der Wert von Ip klei
ner als der Sollwert Ip2 wird, wird demgegenüber die angeleg
te Spannung Vp zur Erhöhung von Ip auf Ip2 vergrößert.
Es sei bemerkt, daß, falls die Ergebnisse der bei den Schrit
ten 120 und 130 durchgeführten Bestimmungen anzeigen, daß die
fettseitige Begrenzung kleiner als Ip und Ip kleiner oder
gleich der magerseitigen Begrenzung ist (fettseitige Begren
zung < Ip magerseitige Begrenzung), der Verarbeitungsablauf
zu dem Schritt 150 übergeht, bei dem der Mikrocomputer 20 den
Wert der Spannung Vp, die für den bei dem Schritt 110 erfaß
ten Sensorstrom Ip an den A/F-Sensor 30 anzulegen ist, unter
Verwendung der vorab in der Festspeichereinheit gespeicherten
Kennlinie L2 gemäß Fig. 7 berechnet. Die an den A/F-Sensor 30
anzulegende Spannung Vp ist eine Spannung zur Verwendung in
einem Betrieb in einem normalen Zustand. Danach schreitet der
Verarbeitungsablauf von dem Schritt 210, 150 oder 220 zu dem
Schritt 170, bei dem der Mikrocomputer 20 anhand der bei dem
Schritt 210, 150 oder 220 berechneten angelegten Spannung Vp
ein Vorspannungsanweisungssignal Vr erzeugt, wobei das Vor
spannungsanweisungssignal Vr zu dem Digital-/Analog-Wandler
21 ausgegeben wird. Auf diese Weise wird die gewünschte Span
nung Vp an den A/F-Sensor 30 angelegt.
In den Fällen von Veränderungen bei dem Luft-Brennstoff-
Verhältnis aufgrund einer Brennstoffabsperrung und einer La
sterhöhung ausgeführte Vorgänge sind in Fig. 13 gezeigt. In
einem Zeitabschnitt zwischen den Zeitpunkten t11 und t14 ge
mäß Fig. 13 verändert sich das Luft-Brennstoff-Verhältnis auf
einen Wert in dem mageren Bereich für den Fall einer Brenn
stoffabsperrung. In einem Zeitabschnitt zwischen den Zeit
punkten t15 und t18 verändert sich demgegenüber das Luft-
Brennstoff-Verhältnis auf einen Wert in dem fetten Bereich
für den Fall des Einspritzens einer großen Treibstoffmenge
entsprechend einer starken Lasterhöhung. Es sei bemerkt, daß
bei den Zeitverläufen gemäß Fig. 13 durchgezogene Linien den
Sensorstrom und die angelegte Spannung darstellen, die ent
sprechend der gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgeführten
Steuerung erzeugt werden, während durch Doppelpunkte unter
brochene Linien den Sensorstrom und die angelegte Spannung
darstellen, die entsprechend der herkömmlichen Steuerung er
zeugt werden, das heißt der Steuerung der angelegten Spannung
unter Verwendung der Kennlinie Lx gemäß Fig. 21.
Genauer verändert sich bei dem Zeitpunkt t11, bei dem die
Brennstoffabsperrung gestartet wird, das Luft -Brennstoff-
Verhältnis sich auf einen Wert, der weit in dem mageren Be
reich angeordnet ist, wobei der Sensorstrom sich dementspre
chend auf einen Wert verändert, der weit auf der positiven
Seite angeordnet ist. Später, zu einem Zeitpunkt t12, bei dem
der Sensorstrom einen Wert auf der magerseitigen Begrenzung
des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs entsprechend
einem Luft-Brennstoff-Verhältnis von 18 erreicht, wird der
Sensorstrom auf den Sollwert Ip2 derart geregelt, daß die an
gelegte Spannung auf einen fest eingestellten Wert gebracht
wird. Das heißt, daß vor dem Zeitpunkt t12 die angelegte
Spannung unter Verwendung der Kennlinie L2 gemäß Fig. 7 ge
steuert wird. Nach dem Zeitpunkt t12 wird jedoch die Steue
rung der angelegten Spannung auf einen fest eingestellten
Wert gesteuert.
Zu einem vorbestimmten Zeitpunkt wird das Einspritzen des
Brennstoffs durch die Einspritzeinrichtung wiederaufgenommen,
wobei das Luft-Brennstoff-Verhältnis zu sinken beginnt, was
durch eine Verringerung des Sensorstroms begleitet wird. Wenn
der Sensorstrom bei einem Zeitpunkt t13 auf einen Wert ab
sinkt, der kleiner als ein Begrenzungswert auf der Magerseite
ist, wird danach die angelegte Spannung erneut unter Verwen
dung der Kennlinie L2 gemäß Fig. 7 gesteuert. Schließlich
wird bei einem Zeitpunkt t14 das Luft-Brennstoff-Verhältnis
auf das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnis wieder
hergestellt.
Ein Vergleich der Steuerung gemäß diesem Ausführungsbeispiel
mit der herkömmlichen Steuerung während des Zeitabschnitts,
bei dem das Luft-Brennstoff-Verhältnis über den Luft-
Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich hinausgeht und in den
mageren Bereich gelangt, das heißt, während des Zeitab
schnitts zwischen den Zeitpunkten t12 und t13, zeigt, daß in
dem Fall der durch die durch Doppelpunkte unterbrochenen Li
nien dargestellten herkömmlichen Steuerung die angelegte
Spannung der Veränderung bei dem Luft-Brennstoff-Verhältnis
nachfolgend ansteigt, wodurch der Sensorstrom weit über den
Sensorstromerfassungsbereich hinaus geht. In dem Fall der
durch durchgezogene Linien dargestellten, gemäß diesem Aus
führungsbeispiel ausgeführten Steuerung ist demgegenüber of
fensichtlich, daß bei Veränderung des Luft-Brennstoff-
Verhältnisses der Sensorstrom auf Werte innerhalb des Sensor
stromerfassungsbereichs begrenzt ist.
Demgegenüber verändert sich, wenn das Einspritzen einer gro
ßen Treibstoffmenge entsprechend einem starken Lastanstieg
bei einem Zeitpunkt t15 gestartet wird, nach dem Zeitpunkt
t15, bei dem die Last beginnt, auf einen hohen Wert anzustei
gen, das Luft-Brennstoff-Verhältnis stark auf einen Wert in
dem fetten Bereich, wobei der Strom ebenfalls auf einen Wert
auf der negativen Seite aufgrund der Veränderung bei dem
Luft-Brennstoff-Verhältnis sich verändert. Später, bei einem
Zeitpunkt t16, bei dem der Sensorstrom einen Wert auf der
fettseitigen Begrenzung des Luft-Brennstoff-Verhältnis
erfassungsbereichs entsprechend einem Luft-Brennstoff-
Verhältnis von 12 erreicht, wird der Sensorstrom auf einen
Sollwert Ip1 geregelt, damit die angelegte Spannung auf einen
fest eingestellten Wert gebracht wird. Das heißt, daß vor dem
Zeitpunkt t16 die angelegte Spannung unter Verwendung der
Kennlinie L2 gemäß Fig. 7 gesteuert wird. Nach dem Zeitpunkt
t16 wird jedoch die Steuerung der angelegten Spannung auf ei
nen fest eingestellten Wert durchgeführt.
Danach beginnt bei Verschwinden des starken Lastanstiegs der
Sensorstrom aufgrund eines Anstiegs bei dem Luft-Brennstoff-
Verhältnis anzusteigen. Wenn der Sensorstrom die fettseitige
Begrenzung bei einem Zeitpunkt t17 überschreitet, wird danach
die angelegte Spannung erneut unter Verwendung der Kennlinie
L2 gemäß Fig. 7 gesteuert. Schließlich wird bei dem Zeitpunkt
t18 das Luft-Brennstoff-Verhältnis auf das stöchiometrische
Luft-Brennstoff-Verhältnis wiederhergestellt.
Ein Vergleich der Steuerung gemäß diesem Ausführungsbeispiel
mit der herkömmlichen Steuerung während des Zeitabschnitts,
bei dem das Luft-Brennstoff-Verhältnis über den Luft-
Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich hinausgeht, wobei es
in den fetten Bereich gelangt, das heißt, während des Zeitab
schnitts zwischen den Zeitpunkten t16 und t17, zeigt, daß in
dem Fall der durch die durch Doppelpunkte unterbrochenen Li
nien dargestellten herkömmlichen Steuerung die angelegte
Spannung der Veränderung bei dem Luft-Brennstoff-Verhältnis
nachfolgend absinkt, wodurch der Sensorstrom weit über den
Sensorstromerfassungsbereich hinausgeht. In dem Fall der
durch die durchgezogenen Linien dargestellten, gemäß diesem
Ausführungsbeispiel durchgeführten Steuerung ist demgegenüber
offensichtlich, daß der Sensorstrom auf Werte innerhalb des
Sensorstromerfassungsbereichs bei Veränderung des Luft-
Brennstoff-Verhältnisses begrenzt ist.
Nachstehend sind Vorteile gemäß dem zweiten Ausführungsbei
spiel beschrieben.
- (a) Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird in Bereichen außer halb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs die an den A/F-Sensor 30 angelegte Spannung derart gesteuert, daß der Sensorstrom auf einen vorbestimmten Sollwert gebracht wird. Durch Steuerung des Sensorstroms auf einen vorbestimm ten Sollwert wird der Sensorstrom weder unerwartet ansteigen noch unerwartet sinken. Folglich kann wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Sensorstrom geeignet in einem Bereich außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs unterdrückt werden. Zusätzlich ist es ebenfalls möglich, die sich in der Vorspannungssteuerschaltung 40 ausbreitende Wär memenge wesentlich zu verringern.
- (b) Da die Sollwerte des Sensorstroms an Stellen außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs jedoch in nerhalb des Sensorstromerfassungsbereichs eingestellt sind, kann der Sensorstrom auf einen Wert innerhalb des Sensor stromerfassungsbereichs mit einem hohen Verläßlichkeitsgrad gesteuert werden.
Es sei bemerkt, daß es wünschenswert ist, den Maximalwert der
zu diesem Zeitpunkt angelegten Spannung in dem mageren Be
reich (dem Bereich an der oberen Begrenzungsseite) außerhalb
des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs bei V1 gemäß
Fig. 14 zu begrenzen, und den Minimalwert der zu diesem Zeit
punkt angelegten Spannung in dem fetten Bereich (dem Bereich
an der unteren Begrenzungsseite) außerhalb des Luft-
Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs bei V2 gemäß Fig. 14
zu begrenzen. V1 und V2 sind jeweils Begrenzungswerte, die
die Verwendung des Begrenzungsstromerfassungsbereichs (mit
den geraden Liniensegmenten parallel zu der V-Achse) zu jedem
beliebigen Zeitpunkt in dem Luft-Brennstoff-Verhältnis
erfassungsbereich für den A/F-Sensor 30 erlauben.
In diesem Fall kann, selbst wenn sich das Luft-Brennstoff-
Verhältnis ändert, wobei die obere oder untere Begrenzung des
Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs überschritten
wird, die Genauigkeit der Erfassung des Sensorstroms ohne An
legen einer übermäßigen Spannung an den A/F-Sensor 30, das
heißt ohne Anlegen einer Spannung an den Sensor 30 beibehal
ten werden, die höher als für die magerseitigen Begrenzung
des Begrenzungsstromerfassungsbereichs erforderlich ist,
oder, die geringer als die für die fettseitige Begrenzung des
Begrenzungsstromerfassungsbereichs der in Fig. 14 gezeigten
V-I-Kennlinie erforderlich ist.
Als Einrichtung zur weiteren Verbesserung der Erfassungsge
nauigkeit ist es wünschenswert, die an den A/F-Sensor 30 in
dem mageren Bereich außerhalb des Luft-Brennstoff-
Verhältniserfassungsbereichs angelegten Spannung auf einen
Wert zu steuern, der geringer als V3 gemäß Fig. 14 ist, bei
dem es sich um den Wert der angelegten Spannung auf der ma
gerseitigen Begrenzung des Luft-Brennstoff-Verhältnis
erfassungsbereichs handelt, und die an den A/F-Sensor 30 in
dem fetten Bereich außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältnis
erfassungsbereichs angelegte Spannung auf einen Wert zu steu
ern, der höher als V4 gemäß Fig. 14 ist, bei dem es sich um
den Wert der angelegten Spannung auf der fettseitigen Begren
zung des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs han
delt.
Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel wird die Steuerung
der angelegten Spannung zur Begrenzung des Sensorstroms le
diglich nach Verstreichen eines vorbestimmten Zeitabschnitts
nach einer Verschiebung des Sensorstroms in einen Bereich au
ßerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs ge
startet.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind wie in Fig. 15 gezeigt
Schritte 310 und 320 hinzugefügt worden. Bei dem Flußdiagramm
gemäß Fig. 15 schreitet, falls bei dem Schritt 120 des Fluß
diagramms gemäß Fig. 12 gefunden wurde, daß der Sensorstrom
Ip gleich oder kleiner als die fettseitige Begrenzung des
Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs ist, das heißt,
falls das Ergebnis der durch den Mikrocomputer 20 bei dem
Schritt 120 durchgeführten Bestimmung positiv ist, der Verar
beitungsablauf zu einem Schritt 310 voran. Bei dem Schritt
310 bestimmt der Mikrocomputer 20, ob ein vorbestimmter Zeit
abschnitt T2 seit der bei dem Schritt 120 durchgeführten po
sitiven Bestimmung verstrichen ist. Auch wenn gemäß dem drit
ten Ausführungsbeispiel T2 auf 2 Sekunden eingestellt ist,
wird ein Wert in dem Bereich von 2 bis 5 Sekunden als geeig
net betrachtet. Falls der Zeitabschnitt T2 nicht verstrichen
ist, geht der Verarbeitungsablauf zu dem Schritt 150 über.
Falls der Zeitabschnitt T2 verstrichen ist, geht demgegenüber
der Verarbeitungsablauf zu einem Schritt 140 über. Das heißt,
daß, selbst wenn Ip kleiner oder gleich der fettseitigen Be
grenzung ist (Ip fettseitige Begrenzung), die normale
Steuerung der angelegten Spannung ausgeführt wird, bis der
vorbestimmte Zeitabschnitt T2 verstreicht. Die Steuerung der
angelegten Spannung zur Begrenzung des Sensorstroms in dem
fetten Bereich wird nicht ausgeführt, bis der vorbestimmte
Zeitabschnitt T2 verstrichen ist. In dem Fall gemäß dem drit
ten Ausführungsbeispiel weist jedoch die Kennlinie L2, die
bei der bei dem Schritt 150 ausgeführten normalen Steuerung
der angelegten Spannung verwendet wird, geradlinige Verlänge
rungen in den Bereichen außerhalb des Luft-Brennstoff-
Verhältniserfassungsbereichs wie in Fig. 16 gezeigt auf. Die
verlängerte Kennlinie ist durch das Bezugszeichen L2′ be
zeichnet. Es sei bemerkt, daß die Kennlinien L1 und L3 die
selben wie die in Fig. 7 gezeigten sind.
Falls bei dem Schritt 130 des Flußdiagramms gemäß Fig. 12 ge
funden wurde, daß der Sensorstrom Ip größer als die magersei
tige Begrenzung des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungs
bereichs ist, das heißt, falls das Ergebnis der Bestimmung
durch den Mikrocomputer 20 bei dem Schritt 130 negativ ist,
schreitet der Verarbeitungsablauf zu einem Schritt 320 voran.
Bei dem Schritt 320 führt der Mikrocomputer 20 eine Bestim
mung durch, ob der vorbestimmte Zeitabschnitt T2 seit der bei
dem Schritt 130 durchgeführten negativen Bestimmung verstri
chen ist oder nicht. Falls der Zeitabschnitt T2 nicht ver
strichen ist, schreitet der Verarbeitungsablauf zu dem
Schritt 150 voran. Falls der Zeitabschnitt T2 verstrichen
ist, geht demgegenüber der Verarbeitungsablauf zu einem
Schritt 160 über. Das heißt, daß, selbst wenn Ip größer als
die fettseitige Begrenzung ist (Ip < fettseitige Begrenzung)
gilt, die normale Steuerung der angelegten Spannung unter
Verwendung der in Fig. 16 gezeigten Kennlinie L2′ ausgeführt
wird, bis der vorbestimmte Zeitabschnitt T2 verstreicht. Die
Steuerung der angelegten Spannung zur Begrenzung des Sensor
stroms in dem mageren Bereich wird nicht ausgeführt, bis der
vorbestimmte Zeitabschnitt T2 verstrichen ist.
Gemäß Fig. 17, bei der Ereignisse von Veränderungen bei dem
Luft-Brennstoff-Verhältnis aufgrund einer Brennstoffabsper
rung und einer Lasterhöhung dargestellt sind, verändert sich
in einem Zeitabschnitt zwischen den Zeitpunkten t21 und t25
das Luft-Brennstoff-Verhältnis auf einen Wert in dem mageren
Bereich bei dem Ereignis einer Brennstoffabsperrung. Demge
genüber verändert sich in einem Zeitabschnitt zwischen den
Zeitpunkten t25 und t30 das Luft-Brennstoff-Verhältnis auf
einen Wert in dem fetten Bereich bei dem Ereignis des Ein
spritzens einer großen Treibstoffmenge entsprechend einem
starken Lastanstieg. Es sei bemerkt, daß bei den Zeitverläu
fen gemäß Fig. 17 durchgezogene Linien den Sensorstrom und
die angelegte Spannung darstellen, die entsprechend der gemäß
diesem Ausführungsbeispiel ausgeführten Steuerung erzeugt
sind, während durch Doppelpunkte unterbrochene Linien den
Sensorstrom und die angelegte Spannung darstellen, die ent
sprechend der herkömmlichen Steuerung erzeugt sind, das
heißt, der Steuerung der angelegten Spannung unter Verwendung
der in Fig. 21 gezeigten Kennlinie Lx. Nachstehend ist ein
durch die Zeitverläufe gemäß Fig. 17 angegebener Ablauf be
schrieben.
Zunächst verändert sich zu dem Zeitpunkt t21, bei dem die
Brennstoffabsperrung gestartet wird, das Luft-Brennstoff-
Verhältnis auf einen weit in den mageren Bereich liegenden
Wert, wobei der Sensorstrom sich dementsprechend auf einen
weit auf der positiven Seite liegenden Wert verändert. Spä
ter, zu einem Zeitpunkt t22, erreicht der Sensorstrom einen
Wert auf der magerseitigen Begrenzung des Luft-Brennstoff-
Verhältniserfassungsbereichs entsprechend einem Luft-
Brennstoff-Verhältnis von 18. Danach steigen der Sensorstrom
und die angelegte Spannung zusammen mit einem kontinuierli
chen Anstieg bei dem Luft-Brennstoff-Verhältnis an, bis der
vorbestimmte Zeitabschnitt T2 verstreicht. Dann wird von ei
nem Zeitpunkt t23 an, bei dem der Zeitabschnitt T2 nach dem
Zeitpunkt t22 verstrichen ist, die unter Verwendung der Kenn
linie L2′ gemäß Fig. 16 bislang gesteuerte angelegte Spannung
unter Verwendung der in derselben Figur gezeigten Kennlinie
L3 gesteuert.
Dabei wird zu dem Zeitpunkt t23 eine Fehlerdiagnose durchge
führt, um herauszufinden, ob der A/F-Sensor 30 normal für den
zu diesem Zeitpunkt fließenden Sensorstrom funktioniert.
Zu einem vorbestimmten Zeitpunkt wird das Einspritzen des
Brennstoffs durch die Einspritzeinrichtung wiederaufgenommen,
wobei ein Sinken des Luft-Brennstoff-Verhältnisses beginnt,
was durch eine Verringerung bei dem Sensorstrom begleitet
wird. Wenn der Sensorstrom zu einem Zeitpunkt t24 auf einen
Wert absinkt, der kleiner als ein Begrenzungswert auf der Ma
gerseite ist, wird danach die angelegte Spannung erneut unter
Verwendung der Kennlinie L2′ gemäß Fig. 16, genauer unter
Verwendung des Abschnitts der Kennlinie L2′ in dem Luft-
Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich gesteuert. Schließlich
wird zu dem Zeitpunkt t25 das Luft-Brennstoff-Verhältnis auf
das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnis wiederherge
stellt.
Wie vorstehend beschrieben geht während des Zeitabschnitts
zwischen den Zeitpunkten t22 und t24 das Luft-Brennstoff-
Verhältnis über den Luft-Brennstoff-
Verhältniserfassungsbereich hinaus, wobei es in den mageren
Bereich gelangt. Insbesondere erreicht der Sensorstrom wäh
rend des Unter-Zeitabschnitts zwischen den Zeitpunkten t22
und t23 einmal einen übermäßig großen Wert außerhalb des Sen
sorstromerfassungsbereichs, wobei jedoch die Länge des Unter-
Zeitabschnitts auf den vorbestimmten Zeitabschnitt T2 be
grenzt ist. Folglich kann im Gegensatz zu der durch die durch
Doppelpunkte unterbrochenen Linie dargestellten herkömmlichen
Steuerung, bei der ein übermäßig großer Sensorstrom bis zu
einem Zeitpunkt nahe an t24 fließt, gemäß diesem Ausführungs
beispiel der Betrag der durch den A/F-Sensor 30 verbrauchten
elektrischen Energie verringert werden.
Demgegenüber verringert sich, wenn das Einspritzen einer gro
ßen Treibstoffmenge entsprechend einem Lastanstieg zu einem
Zeitpunkt t26 gestartet wird, sich das Luft-Brennstoff-
Verhältnis nach dem Zeitpunkt t26, bei dem die Last beginnt,
auf einen hohen Wert anzusteigen, auf einen Wert in dem fet
ten Bereich, wobei sich der Strom aufgrund der Veränderung
bei dem Luft-Brennstoff-Verhältnis ebenfalls auf einen Wert
auf der negativen Seite verändert. Später, zu einem Zeitpunkt
t27, erreicht der Sensorstrom einen Wert auf der fettseitigen
Begrenzung des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs
entsprechend einem Luft-Brennstoff-Verhältnis von 12. Danach
sinken entsprechend einem kontinuierlichen Absinken bei dem
Luft-Brennstoff-Verhältnis sowohl der Sensorstrom als auch
die angelegte Spannung ab, bis der vorbestimmte Zeitabschnitt
T2 verstreicht. Dann wird von einem Zeitpunkt t28, bei dem
der Zeitabschnitt T2 seit dem Zeitpunkt t27 verstrichen ist,
die bis dahin unter Verwendung der Kennlinie L2′ gemäß Fig.
16 gesteuerte angelegte Spannung unter Verwendung der in der
selben Figur gezeigten Kennlinie L1 gesteuert.
Danach beginnt bei Verschwinden des starken Lastanstiegs der
Sensorstrom, aufgrund eines Anstiegs bei dem Luft-Brennstoff-
Verhältnis anzusteigen. Wenn der Sensorstrom die fettseitige
Begrenzung bei einem Zeitpunkt t29 überschreitet, wird die
angelegte Spannung danach erneut unter Verwendung der Kennli
nie L2′ gemäß Fig. 7, genauer unter Verwendung des Abschnitts
der Kennlinie L2′ in dem Luft-Brennstoff-Verhältniserfas
sungsbereich gesteuert. Schließlich wird zu dem Zeitpunkt t30
das Luft-Brennstoff-Verhältnis auf das stöchiometrische Luft-
Brennstoff-Verhältnis wiederhergestellt.
Wie bei der im Falle einer Brennstoffabsperrung ausgeführten
Steuerung geht während des Zeitabschnitts zwischen den Zeit
punkten t27 und t29 das Luft-Brennstoff-Verhältnis über den
Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich hinaus, wobei es
in den fetten Bereich gelangt. Insbesondere erreicht während
des Unter-Zeitabschnitts zwischen den Zeitpunkten t27 und t28
der Sensorstrom einmal einen übermäßigen Wert auf der negati
ven Seite außerhalb des Sensorstromerfassungsbereichs, wobei
jedoch die Länge der Unter-Zeitabschnitts auf den vorbestimm
ten Zeitabschnitt T2 begrenzt ist. Folglich kann im Gegensatz
zu der durch die durch Doppelpunkte unterbrochenen Linien
dargestellten herkömmlichen Steuerung, bei der ein übermäßi
ger Sensorstrom bis zu einem Zeitpunkt nahe an t29 fließt,
gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Menge der durch den A/F-
Sensor 30 verbrauchten elektrischen Energie verringert wer
den.
Wie gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel kann
gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Sensorstrom geeig
net in einem Bereich außerhalb des Luft-Brennstoff-Ver
hältniserfassungsbereichs unterdrückt werden. Zusätzlich ist
es ebenfalls möglich, die Menge der sich in der Vorspannungs
steuerschaltung 40 ausbreitenden Wärme wesentlich zu verrin
gern. Außerdem zeigt das dritte Ausführungsbeispiel die nach
stehend beschriebenen Vorteile.
Wie vorstehend beschrieben wird in dem Fall gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel, wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis über
den Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich hinausgeht,
die Art und Weise, wie die angelegte Spannung gesteuert wird,
zeitweilig unverändert beibehalten, wobei eine Begrenzung auf
den Sensorstrom erst später auferlegt wird. Folglich kann der
A/F-Sensor 30 hinsichtlich eines Fehlers anhand des Zustands
der Veränderung bei dem Luft-Brennstoff-Verhältnis untersucht
werden, der in dem Fall einer Brennstoffabsperrung oder einer
hohen Brennstoffeinspritzung entsprechend einem Lastanstieg
auftritt. In diesem Fall wird, auch wenn ein übermäßiger Sen
sorstrom zeitweilig fließt, ein Vorgang zur Begrenzung des
Sensorstroms unmittelbar unternommen. Folglich treten die bei
der herkömmlichen Steuerung der angelegten Spannung auftre
tenden Probleme nicht auf.
Es sei bemerkt, daß, obwohl die Erfindung unter Bezug auf die
ersten bis dritten Ausführungsbeispiele beschrieben worden
ist, die Beschreibung nicht in einem begrenzenden Sinn aus zu
legen ist. Das heißt, daß die ersten bis dritten Ausführungs
beispiele lediglich bevorzugte Ausführungsbeispiele sind.
Weiterhin ist für den Fachmann verständlich, daß eine Viel
zahl von Veränderungen und Abänderungen somit wie nachstehend
beschrieben an den Ausführungsbeispielen durchgeführt werden
können.
- (1) Die Kennlinien können wie in Fig. 18 gezeigt eingestellt werden. In dem V-I-Diagramm gemäß Fig. 18 sind die Kennlinien zur Einstellung der angele 12034 00070 552 001000280000000200012000285911192300040 0002019744439 00004 11915gten Spannung Segmente L11, L12 und L13. Die Kennlinie L12, die identisch mit L2 gemäß Fig. 7 ist, ist in dem Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich eingestellt. Die Kennlinien L11 und L13 sind parallel zu der I-Achse verlaufende gerade Linien, die in Bereichen außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs eingestellt sind. Wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis über den Luft- Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich hinausgeht, wobei es in den fetten Bereich gelangt, ist der zu diesem Zeitpunkt fließende Sensorstrom auf Werte in dem Bereich Ia bis Ib be grenzt. Wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis über den Luft- Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich hinausgeht, wobei es in den mageren Bereich gelangt, wird demgegenüber der zu die sem Zeitpunkt fließende Sensorstrom auf Werte in dem Bereich Ic bis Id begrenzt. Somit ist der Sensorstrom auf Werte in dem Bereich mit einer unteren Begrenzung gleich Ia und einer oberen Begrenzung gleich Id begrenzt, ungeachtet wie sich das Luft-Brennstoff-Verhältnis verändert. Folglich kann die Auf gabe der Erfindung jedenfalls mit einem derartigen Schema ge löst werden.
Dabei verändert sich aufgrund von Veränderungen bei dem Ele
mentwiderstand Ri in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des
A/F-Sensors 30 der Sensorstrombegrenzungsbereich auf die
durch die Bezeichnungen [A], [B] und [C] wie in Fig. 19 ge
zeigt.
- (2) Die Gradienten der Kennlinie L1 und L3 außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs gemäß Fig. 7 können verändert werden beziehungsweise die Kennlinien L1 und L3 können jeweils aus eine mehrstufige Kennlinie mit einer Vielzahl von Gradienten eingestellt werden. Alternativ dazu können die Kennlinien L1 und L3 mit den Kennlinien L11 und L13 gemäß Fig. 18 jeweils zur Erzeugung neuer Kennlinien kom biniert werden. Das heißt, daß die Kennlinien in ein beliebi ges Schema zur Ausführung verändert werden können, solange wie bei dem sich ergebenden Schema die angelegte Spannung in Bereichen außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungs bereichs (Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereichs) durch Anwendung einer sich von der positiven Kennlinie für den Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich (Sauerstoff konzentrations-Erfassungsbereich) unterscheidenden Kennlinie gesteuert wird.
- (3) Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich von 12 bis 18 mit dem angenähert als Mittel genommenen stöchiometri schen Luft-Brennstoff-Verhältnis eingestellt. Selbstverständ lich kann der Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich verändert werden. Fig. 20 zeigt ein V-I-Kennliniendiagramm, das einen in dem mageren Bereich vorgesehenen Luft- Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich darstellt. In dem V-I- Kennliniendiagramm gemäß dieser Figur deckt der Luft- Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich einen Bereich mit ei nem Luft-Brennstoff-Verhältniswert von 14,7 bis 25 ab. In diesem Fall ist der Sensorstromerfassungsbereich ebenfalls entsprechend der Veränderung bei dem Luft-Brennstoff- Verhältniserfassungsbereich verschoben. Bei dem in der Figur dargestellten Beispiel wird der Sensorstromerfassungsbereich durch Verlängerung des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungs bereichs um eine Verlängerung von etwa 20 Prozent an jeweils der mageren Seite und der fetten Seite davon erhalten.
In diesem Fall wird die angelegte Spannung in dem Luft-
Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich unter Verwendung einer
Kennlinie L22 eingestellt, die dieselbe wie die Kennlinie L2
gemäß Fig. 7 ist. Demgegenüber wird die angelegte Spannung in
dem fetten Bereich außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältnis
erfassungsbereichs für Luft-Brennstoff-Verhältniswerte klei
ner als 14,7 unter Verwendung einer Kennlinie L21 einge
stellt, wohingegen die angelegte Spannung in dem mageren Be
reich außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungs
bereichs für Luft-Brennstoff-Verhältniswerte größer als 25
unter Verwendung einer Kennlinie L23 eingestellt wird. Ein in
der Figur gezeigter Punkt a ist eine fettseitige Begrenzung
des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs auf der
Kennlinie L22. Demgegenüber ist ein Punkt b ein Schnittpunkt
einer Begrenzungslinie des Sensorstromerfassungsbereichs auf
der fetten Seite und einer Linie, die eine elektromotorische
Kraft von 0,9 Volt des A/F-Sensors 30 auf der fetten Seite
darstellt. Die Kennlinie L21 schließt ein die Punkte a und b
verbindendes lineares gerades Liniensegment ein. Ähnlich ist
ein in der Figur gezeigter Punkt c eine magerseitige Begren
zung des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs auf der
Kennlinie L22. Demgegenüber ist ein Punkt d ein Schnittpunkt
einer Begrenzungslinie des Sensorstromerfassungsbereichs auf
der Magerseite und einer Linie, die eine elektromotorische
Kraft von 0 Volt des A/F-Sensors 30 auf der mageren Seite
darstellt. Die Kennlinie L23 schließt ein die Punkte c und d
verbindendes lineares gerades Liniensegment ein.
Durch Einstellen der Kennlinien L21 und L23 wie vorstehend
beschrieben in einem in Fig. 20 gezeigten Zustand, das heißt
in einem Zustand, bei dem der Elementwiderstand einen vorbe
stimmten Wert Ri aufweist, ist es selbstverständlich, daß für
einen Bereich außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs
der zu diesem Zeitpunkt fließen
de Sensorstrom auf Werte innerhalb des Sensorstromerfassungs
bereichs, d. h. eines durch die Punkte e und f gemäß der
Figur vorgeschriebenen Bereichs, begrenzt ist.
- (4) Wie vorstehend beschrieben wird gemäß dem zweiten Ausfüh rungsbeispiel die angelegte Spannung Vp unter Verwendung ei nes Ausdrucks proportional zu einer Abweichung zwischen dem gemessenen Wert Ip des Sensorstroms und dem Sollwert Ip1 oder Ip2 gemäß einer der folgenden Gleichungen gesteuert. Vp = Va - K × (Ip - Sollwert Ip1) (1)Vp = Vb + K × (Sollwert Ip2 - Ip) (2)Es sei bemerkt, daß jedoch die Gleichungen verändert werden können. Beispielsweise kann der Sollwert des Sensorstroms ei ne Variable in Abhängigkeit von, unter anderen Bedingungen, dem Betriebszustand der Maschine sein. Alternativ dazu kann die angelegte Spannung Vp unter Verwendung eines Integralaus drucks und/oder eines Differentialausdrucks gesteuert werden.
- (5) Wie vorstehend beschrieben wird das in Fig. 15 gezeigte Flußdiagramm gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel durch Hin zufügen der Schritte 310 und 320 zu dem in Fig. 6 gezeigten Flußdiagramm gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erhalten. Es sei bemerkt, daß die Schritte 310 und 320 ebenfalls zu dem in Fig. 12 gezeigten Flußdiagramm gemäß dem zweiten Ausfüh rungsbeispiel hinzugefügt werden können.
- (6) In dem Fall gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird für einen Sensorstrom außerhalb des Luft-Brennstoff- Verhältniserfassungsbereichs die in Fig. 16 gezeigte Kennli nie L2′, genauer eine Verlängerung der Kennlinie L2′ außer halb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs zur zeitweiligen Steuerung der angelegten Spannung anstelle der Steuerung zur Begrenzung des Sensorstroms verwendet. In die sem Falle können die in Fig. 18 gezeigten Kennlinien L11 und L13 anstelle der in Fig. 16 gezeigten Kennlinie L2′ verwendet werden.
- (7) Wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis (der Sensorstrom) über den Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich hinaus geht, kann die normale Steuerung der angelegten Spannung wei tergeführt werden, wie es zeitweilig in dem Fall gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel durchgeführt wird. Anstelle der zeitweiligen Fortführung der normalen Steuerung jedesmal, wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis über den Luft-Brennstoff- Verhältniserfassungsbereich hinausgeht, kann eine derartige zeitweilige normale Steuerung periodisch für jede Anzahl fortgesetzt werden, wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis über den Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich hinausgeht. Beispielsweise wird die Anzahl gezählt, wie oft das Luft- Brennstoff-Verhältnis über den Luft-Brennstoff- Verhältniserfassungsbereich hinausgeht, wobei lediglich, wenn der Zählwert einen vorbestimmten, typischerweise in dem Be reich von 10 bis 20 liegenden Wert überschreitet, die normale Steuerung zeitweilig fortgeführt wird. Alternativ dazu wird die normale Steuerung zeitweilig nur dann fortgesetzt, wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis über den Luft-Brennstoff- Verhältniserfassungsbereich zum erstenmal seit dem Start der Maschine hinausgeht.
Als eine weitere Alternative wird die normale Steuerung zeit
weilig nur dann fortgesetzt, wenn das Luft-Brennstoff-
Verhältnis in den mageren Bereich gelangt, und nicht, wenn
das Luft-Brennstoff-Verhältnis in den fetten Bereich gelangt.
Als eine weitere Alternative wird die normale Steuerung zeit
weilig nur dann fortgesetzt, wenn das Luft-Brennstoff-
Verhältnis in den fetten Bereich gelangt, und nicht, wenn das
Luft-Brennstoff-Verhältnis in den mageren Bereich gelangt. In
diesem Fall entfällt bei dem Flußdiagramm gemäß Fig. 15 ent
weder der Schritt 310 oder der Schritt 320.
- (8) Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird ein tassenförmiger A/F-Sensor (ein Luft-Brennstoff- Verhältnissensor einer Begrenzungsstrombauart) angewendet. Es sei bemerkt, daß ebenfalls ein A/F-Sensor einer Platten schichtenbauart bzw. einer Bauart mit gestapelten Platten an gewendet werden kann. In diesem Fall muß der Bereich zur Aus gabe eines pulsierenden Stroms des Plattenschichten-A/F- Sensors geeignet gesteuert werden.
- (9) Der gemäß den Ausführungsbeispielen geschaffene Sauer stoffsensor kann bei Anwendungen angewendet werden, bei denen der Sauerstoffsensor als Luft-Brennstoff-Verhältnissensor dient. Das heißt, daß der Sauerstoffsensor bei jeder Anwen dung angewendet werden kann, so lang die Erfassung der Sauer stoffkonzentration das Ziel dieser Anwendung ist.
Wie vorstehend beschrieben, wird ein Luft-Brennstoff-
Verhältnissensor 30 durch eine aufgrund einer durch einen Mi
krocomputer 20 ausgegebenen Anweisung angelegten Spannung be
trieben, wobei ein Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungssignal
ausgegeben wird, das linear proportional zu der Sauer
stoffkonzentration ist. Der Mikrocomputer 20 steuert die an
den Luft-Brennstoff-Verhältnissensor 30 angelegte Spannung
derart, daß der durch den Luft-Brennstoff-Verhältnissensor 30
fließende Strom auf einen vorbestimmten Wert in einem Bereich
außerhalb eines vorbestimmten Luft-Brennstoff-Verhältnis
erfassungsbereichs 12 bis 18 gebracht wird. In diesem Bereich
außerhalb wird die angelegte Spannung entsprechend einer
Kennlinie gesteuert, die sich von einer normalen positiven
Kennlinie L2 in einem Spannungs-Strom-Zusammenhang unter
scheidet. Das heißt, daß in einem fetten Bereich außerhalb
des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs die angeleg
te Spannung derart gesteuert wird, daß die angelegte Spannung
sich einem Maximalwert (0,9 Volt) der elektromotorischen
Kraft des Luft-Brennstoff-Verhältnissensors 30 annähert. In
einem mageren Bereich außerhalb des Luft -Brennstoff-
Verhältniserfassungsbereichs wird demgegenüber die angelegte
Spannung derart gesteuert, daß die angelegte Spannung sich
einem Minimalwert 0 Volt der elektromotorischen Kraft des
Luft-Brennstoff-Verhältnissensors 30 annähert.
Claims (10)
1. Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsvorrichtung,
gekennzeichnet durch
einen Sauerstoffsensor (30) zur Ausgabe eines Stromsi gnals, das eine in einem Gas enthaltene Sauerstoffkonzentra tion darstellt, wenn eine Spannung an den Sauerstoffsensor angelegt wird, und
eine Spannungssteuereinrichtung (20, 40, 50) zur Steue rung der an den Sauerstoffsensor angelegten Spannung derart, daß das durch den Sauerstoffsensor fließende Stromsignal auf einen vorbestimmten Wert in einem Bereich (A/F<12, A/F<18) außerhalb eines vorbestimmten Sauerstoffkonzentrations- Erfassungsbereichs (12 A/F 18) begrenzt wird.
einen Sauerstoffsensor (30) zur Ausgabe eines Stromsi gnals, das eine in einem Gas enthaltene Sauerstoffkonzentra tion darstellt, wenn eine Spannung an den Sauerstoffsensor angelegt wird, und
eine Spannungssteuereinrichtung (20, 40, 50) zur Steue rung der an den Sauerstoffsensor angelegten Spannung derart, daß das durch den Sauerstoffsensor fließende Stromsignal auf einen vorbestimmten Wert in einem Bereich (A/F<12, A/F<18) außerhalb eines vorbestimmten Sauerstoffkonzentrations- Erfassungsbereichs (12 A/F 18) begrenzt wird.
2. Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsvorrichtung,
gekennzeichnet durch
einen Sauerstoffsensor (30) zur Ausgabe eines Stromsi gnals, das eine in einem Gas enthaltene Sauerstoffkonzentra tion darstellt, wenn eine Spannung an den Sauerstoffsensor angelegt wird, und
eine Spannungssteuereinrichtung (20, 40, 50) zur Steue rung der an den Sauerstoffsensor angelegten Spannung in Ab hängigkeit von dem durch den Sauerstoffsensor fließenden Stromsignal entsprechend einer vorbestimmten positiven Kenn linie (L2) in einem Spannungs-Strom-Zusammenhang in einem vorbestimmten Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereich (12 A/F 18), und entsprechend einer von der positiven Kennli nie unterschiedlichen Kennlinie in einem Bereich (A/F < 12, A/F < 18) außerhalb des vorbestimmten Sauerstoffkonzentrations- Erfassungsbereichs.
einen Sauerstoffsensor (30) zur Ausgabe eines Stromsi gnals, das eine in einem Gas enthaltene Sauerstoffkonzentra tion darstellt, wenn eine Spannung an den Sauerstoffsensor angelegt wird, und
eine Spannungssteuereinrichtung (20, 40, 50) zur Steue rung der an den Sauerstoffsensor angelegten Spannung in Ab hängigkeit von dem durch den Sauerstoffsensor fließenden Stromsignal entsprechend einer vorbestimmten positiven Kenn linie (L2) in einem Spannungs-Strom-Zusammenhang in einem vorbestimmten Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereich (12 A/F 18), und entsprechend einer von der positiven Kennli nie unterschiedlichen Kennlinie in einem Bereich (A/F < 12, A/F < 18) außerhalb des vorbestimmten Sauerstoffkonzentrations- Erfassungsbereichs.
3. Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsvorrichtung nach An
spruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Spannungssteuereinrichtung die Spannung allmählich auf
einen Minimalwert (0 V) einer elektromotorischen Kraft des
Sauerstoffsensors verändert, wenn das durch den Sauer
stoffsensor fließende Stromsignal in einem Bereich außerhalb
des Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereichs an einer obe
ren Begrenzungsseite ist, und allmählich auf einen Maximal
wert (0,9 V) der elektromotorischen Kraft des Sauerstoffsen
sors verändert, wenn das durch den Sauerstoffsensor fließende
Stromsignal in einem Bereich außerhalb des Sauerstoff konzen
trations-Erfassungsbereichs an einer unteren Begrenzungsseite
liegt.
4. Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsvorrichtung nach ei
nem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Spannungssteuereinrichtung die Spannung entsprechend ei
ner für den Sauerstoffsensor eingestellten Kennlinie der an
gelegten Spannung derart steuert, daß der durch den Sauer
stoffsensor fließende Strom auf einen Bereich außerhalb des
Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereichs, jedoch innerhalb
des Sensorstromerfassungsbereichs begrenzt wird, der um eine
vorbestimmte Breite breiter als der Sauerstoffkonzentrations-
Erfassungsbereich ist.
5. Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsvorrichtung nach An
spruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Spannungssteuereinrichtung die Spannung unter Verwendung
der Kennlinie der angelegten Spannung steuert, die einen
Punkt an einem oberen Ende der Kennlinie der angelegten Span
nung innerhalb des Sauerstoffkonzentrations-
Erfassungsbereichs mit einem Schnittpunkt einer oberen Be
grenzungslinie des Sensorstromerfassungsbereichs und einer
Linie verbindet, die den Minimalwert der elektromotorischen
Kraft des Sauerstoffsensors darstellt, wenn das Stromsignal
durch den Sauerstoffsensor in dem Bereich außerhalb des Sau
erstoffsensorerfassungsbereichs an der oberen Begrenzungssei
te fließt, und durch Verwendung der Kennlinie der angelegten
Spannung steuert, die einen Punkt an einem unteren Ende der
Kennlinie der angelegten Spannung innerhalb des Sauer
stoffkonzentrations-Erfassungsbereichs mit einem Schnittpunkt
einer unteren Begrenzungslinie des Sensorstromerfassungsbe
reichs und einer Linie verbindet, die den Maximalwert der
elektromotorischen Kraft des Sauerstoffsensors darstellt,
wenn das durch den Sauerstoffsensor fließende Stromsignal in
dem Bereich außerhalb des Sauerstoffsensorerfassungsbereich
an einer unteren Begrenzungsseite vorliegt.
6. Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsvorrichtung,
gekennzeichnet durch
einen Sauerstoffsensor (30) zur Ausgabe eines Stromsi gnals, das eine in einem Gas enthaltene Sauerstoffkonzentra tion darstellt, wenn eine Spannung an den Sauerstoffsensor angelegt wird, und
eine Spannungssteuereinrichtung (20, 40, 50) zur Rege lung der an den Sauerstoffsensor angelegten Spannung zur Ver anlassung eines Fließens des Stromsignals durch den Sauer stoffsensor auf einen Sollwert in einem Bereich (A/F < 12, A/F < 18) außerhalb eines vorbestimmten Sauerstoffkonzentrati ons-Erfassungsbereichs (12 A/F 18).
einen Sauerstoffsensor (30) zur Ausgabe eines Stromsi gnals, das eine in einem Gas enthaltene Sauerstoffkonzentra tion darstellt, wenn eine Spannung an den Sauerstoffsensor angelegt wird, und
eine Spannungssteuereinrichtung (20, 40, 50) zur Rege lung der an den Sauerstoffsensor angelegten Spannung zur Ver anlassung eines Fließens des Stromsignals durch den Sauer stoffsensor auf einen Sollwert in einem Bereich (A/F < 12, A/F < 18) außerhalb eines vorbestimmten Sauerstoffkonzentrati ons-Erfassungsbereichs (12 A/F 18).
7. Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsvorrichtung nach An
spruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Sollwert auf einen Wert außerhalb des Sauerstoffkonzen
trations-Erfassungsbereichs, jedoch innerhalb des Sensor
stromerfassungsbereichs eingestellt ist, der um eine vorbe
stimmte Breite breiter als der Sauerstoffkonzentrations-
Erfassungsbereich ist.
8. Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsvorrichtung nach An
spruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Spannungssteuereinrichtung einen Maximalwert der an den
Sauerstoffsensor angelegten Spannung begrenzt, wenn das durch
den Sauerstoffsensor fließende Stromsignal in einem Bereich
außerhalb des Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereichs an
einer oberen Begrenzungsseite liegt, und einen Minimalwert
der an den Sauerstoffsensor angelegten Spannung begrenzt,
wenn das durch den Sauerstoffsensor fließende Stromsignal in
einem Bereich außerhalb des Sauerstoffkonzentrations-
Erfassungsbereichs auf einer unteren Begrenzungsseite liegt.
9. Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsvorrichtung nach An
spruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Spannungssteuereinrichtung die an den Sauerstoffsensor
angelegte Spannung auf einen Pegel steuert, der niedriger als
ein Wert der angelegten Spannung entsprechend dem oberen Ende
einer Kennlinie der angelegten Spannung innerhalb des Sauer
stoffkonzentrations-Erfassungsbereichs liegt, wenn das durch
den Sauerstoffsensor fließende Stromsignal in einem Bereich
außerhalb des Sauerstoffkonzentrationserfassungsbereichs an
einer oberen Begrenzungsseite liegt, und auf einen Pegel
steuert, der höher als der Wert der angelegten Spannung ent
sprechend dem unteren Ende der Kennlinie der angelegten Span
nung innerhalb des Sauerstoffkonzentrations-
Erfassungsbereichs liegt, wenn das durch den Sauerstoffsensor
fließende Stromsignal in einem Bereich außerhalb des Sauer
stoffkonzentrations-Erfassungsbereichs auf einer Seite unter
halb der Begrenzung liegt.
10. Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsvorrichtung nach ei
nem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Erfassung der Sauerstoffkonzentration zeitweilig (T2)
fortgesetzt wird und später die an den Sauerstoffsensor ange
legte Spannung zur Auferlegung einer Begrenzung auf den durch
den Sauerstoffsensor fließenden Strom gesteuert wird, wenn
das durch den Sauerstoffsensor fließende Stromsignal über den
Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereich hinausgeht.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26714896A JP3680445B2 (ja) | 1996-10-08 | 1996-10-08 | 酸素濃度検出装置 |
JP8-267148 | 1996-10-08 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19744439A1 true DE19744439A1 (de) | 1998-04-09 |
DE19744439B4 DE19744439B4 (de) | 2008-01-31 |
Family
ID=17440761
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19744439A Expired - Lifetime DE19744439B4 (de) | 1996-10-08 | 1997-10-08 | Sauerstoffkonzentrationserfassung mit Sensorstrombegrenzung |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5935400A (de) |
JP (1) | JP3680445B2 (de) |
DE (1) | DE19744439B4 (de) |
GB (1) | GB2318186B (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0974835A1 (de) * | 1998-05-29 | 2000-01-26 | Denso Corporation | Gaskonzentrationmessvorrichtung die ein Stromsignal abhängig von der Gaskonzentration erstellt |
EP0984275A2 (de) | 1998-09-04 | 2000-03-08 | Denso Corporation | Vorrichtung zum Fühlen einer Gaskonzentration mit Unterdrückung von Spannungsschwingungen des Fühlers |
DE102008000356B4 (de) * | 2007-02-21 | 2017-01-26 | Denso Corporation | Sensorsteuerungsvorrichtung |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6084418A (en) * | 1996-02-28 | 2000-07-04 | Denso Corporation | Method for accurately detecting sensor element resistance |
DE19836128A1 (de) * | 1998-08-10 | 2000-02-24 | Siemens Ag | Schaltungsanordnung zum Regeln eines Pumpstroms eines Abgassonde in einem Kraftfahrzeug |
DE19960731C2 (de) * | 1999-12-16 | 2003-12-24 | Bosch Gmbh Robert | Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Abgassonde |
JP4524910B2 (ja) * | 2000-12-08 | 2010-08-18 | 株式会社デンソー | 積層型ガスセンサ及びそれを用いたガス濃度検出装置 |
GB0115585D0 (en) * | 2001-06-26 | 2001-08-15 | Zellweger Analytics Ltd | Monitoring gas sensors |
JP4124119B2 (ja) * | 2003-01-30 | 2008-07-23 | 株式会社デンソー | ガス濃度検出装置 |
JP2006177297A (ja) * | 2004-12-24 | 2006-07-06 | Honda Motor Co Ltd | エンジンの空燃比フィードバック制御装置 |
JP5991202B2 (ja) * | 2013-01-10 | 2016-09-14 | 株式会社デンソー | 酸素濃度センサの制御装置 |
JP6805072B2 (ja) * | 2017-05-08 | 2020-12-23 | 日本特殊陶業株式会社 | ガス濃度検出装置 |
US10679714B2 (en) * | 2018-09-12 | 2020-06-09 | Nxp B.V. | ROM cell with transistor body bias control circuit |
US11074946B2 (en) | 2019-12-05 | 2021-07-27 | Nxp B.V. | Temperature dependent voltage differential sense-amplifier |
DE102020202551A1 (de) * | 2020-02-28 | 2021-09-02 | Vitesco Technologies GmbH | Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose eines in einem Abgaskanal eines Kraftfahrzeugs angeordneten beschichteten Partikelfilters |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3310336A1 (de) * | 1982-03-23 | 1983-10-06 | Toyota Motor Co Ltd | Verfahren zum messen einer sauerstoffkonzentration und verfahren zum regeln eines luft/brennstoff-verhaeltnisses aufgrund der gemessenen sauerstoffkonzentration |
GB2174812B (en) * | 1985-03-19 | 1989-06-21 | Honda Motor Co Ltd | Oxygen concentration system |
JPH0743340B2 (ja) * | 1985-04-15 | 1995-05-15 | 三洋電機株式会社 | 酸素濃度検出装置 |
JPS61280560A (ja) * | 1985-06-06 | 1986-12-11 | Fujikura Ltd | 酸素濃度測定方法 |
JPH0627724B2 (ja) * | 1985-06-24 | 1994-04-13 | 日産自動車株式会社 | 空燃比検出装置 |
US4665874A (en) * | 1985-09-26 | 1987-05-19 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Device for sensing an oxygen concentration in gaseous body with a pump current supply circuit and an air/fuel ratio control system using an oxygen concentration sensing device |
US4818362A (en) * | 1986-03-19 | 1989-04-04 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Oxygen concentration sensing apparatus |
JPS62280560A (ja) * | 1986-05-29 | 1987-12-05 | ダイキン工業株式会社 | ヒ−トポンプ式空気調和機の冷媒回路 |
JPS6321549A (ja) * | 1986-07-15 | 1988-01-29 | Ngk Insulators Ltd | 限界電流測定回路 |
JPH0227255A (ja) * | 1988-07-18 | 1990-01-30 | Fuji Electric Co Ltd | 酸素センサ |
-
1996
- 1996-10-08 JP JP26714896A patent/JP3680445B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-10-03 GB GB9721084A patent/GB2318186B/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-10-08 DE DE19744439A patent/DE19744439B4/de not_active Expired - Lifetime
- 1997-10-08 US US08/947,398 patent/US5935400A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0974835A1 (de) * | 1998-05-29 | 2000-01-26 | Denso Corporation | Gaskonzentrationmessvorrichtung die ein Stromsignal abhängig von der Gaskonzentration erstellt |
US6446488B1 (en) * | 1998-05-29 | 2002-09-10 | Denso Corporation | Gas concentration measuring apparatus producing current signals as a function of gas concentration |
EP0984275A2 (de) | 1998-09-04 | 2000-03-08 | Denso Corporation | Vorrichtung zum Fühlen einer Gaskonzentration mit Unterdrückung von Spannungsschwingungen des Fühlers |
EP0984275A3 (de) * | 1998-09-04 | 2003-01-08 | Denso Corporation | Vorrichtung zum Fühlen einer Gaskonzentration mit Unterdrückung von Spannungsschwingungen des Fühlers |
DE102008000356B4 (de) * | 2007-02-21 | 2017-01-26 | Denso Corporation | Sensorsteuerungsvorrichtung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB2318186B (en) | 2000-06-07 |
JPH10111271A (ja) | 1998-04-28 |
GB9721084D0 (en) | 1997-12-03 |
US5935400A (en) | 1999-08-10 |
DE19744439B4 (de) | 2008-01-31 |
GB2318186A (en) | 1998-04-15 |
JP3680445B2 (ja) | 2005-08-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69732582T2 (de) | Verfahren und Vorrrichtung zur Messung der Sauerstoffkonzentration und Stickstoffoxidkonzentration | |
DE3515588C2 (de) | ||
DE3710154C3 (de) | Verfahren zur Abnormalitätsdetektion für einen Sauerstoffkonzentrationssensor | |
EP3092481B1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur überwachung der fettgas-messfähigkeit einer abgas-sonde | |
DE19744439A1 (de) | Sauerstoffkonzentrationserfassung mit Sensorstrombegrenzung | |
DE102006055613B4 (de) | Mischungsverhältniserfassungsgerät und Verfahren zur Bestimmung eines Mischungsverhältnisses eines Abgases | |
DE3227609C2 (de) | ||
DE19708011B4 (de) | Verfahren zum Erfassen von Sensorelement-Widerständen | |
DE19522178A1 (de) | Erfassungsvorrichtung für eine Sauerstoffkonzentration | |
DE3635624C2 (de) | ||
DE3710155C2 (de) | ||
DE3543759A1 (de) | Luft/kraftstoff-verhaeltnisdetektor | |
DE69729270T2 (de) | Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungssystem mittels einem Grenzstromsensor | |
DE10342270B4 (de) | Gaskonzentrationsdetektor | |
DE69628970T2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Stromversorgung eines Heizers in einer Sauerstoffmesssonde | |
DE19818050A1 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung einer in einem Gaskonzentrationssensor enthaltenen Heizeinrichtung | |
DE19652059A1 (de) | Sauerstoffkonzentrations-Meßvorrichtung | |
DE3231122C2 (de) | Regeleinrichtung für die Gemischzusammensetzung einer Brennkraftmaschine | |
DE69202386T2 (de) | Einrichtung zum Bestimmen der Aktivierung eines Sensors für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis. | |
DE19822801A1 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur Gaskonzentrationserfassung sowie Herstellungsverfahren für die Vorrichtung | |
DE3038172A1 (de) | Regelungsvorrichtung mit rueckfuehrung fuer das kraftstoff-luft-verhaeltnis eines einer brennkraftmaschine zugefuehrten kraftstoff-luft-gemisches | |
DE19728466A1 (de) | Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelvorrichtung mit einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sollwertumschaltfunktion | |
WO2003027462A2 (de) | Breitband-lambda-sonde mit verbessertem startverhalten | |
DE10031474B4 (de) | Luft/Kraftstoffverhältnis-Erfassungsanordnung | |
DE3609227C2 (de) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
R071 | Expiry of right |