DE19744439B4 - Sauerstoffkonzentrationserfassung mit Sensorstrombegrenzung - Google Patents

Sauerstoffkonzentrationserfassung mit Sensorstrombegrenzung Download PDF

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Abstract

Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsvorrichtung, mit
einem Sauerstoffsensor (30) der Strombegrenzungsbauart zur Ausgabe eines Strom, das eine in einem Gas enthaltene Sauerstoffkonzentration darstellt, wenn eine Spannung an den Sauerstoffsensor angelegt wird,
gekennzeichnet durch
eine Spannungssteuereinrichtung (20, 40, 50) zur Steuerung der an den Sauerstoffsensor angelegten Spannung derart, dass der durch den Sauerstoffsensor fließende Strom außerhalb eines vorbestimmten Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereichs (12≤A/F≤18) für das Luft-Brennstoff-Verhältnis, das entsprechend dem Strom ermittelt wird, auf einen vorbestimmten Wert in einem Bereich (A/F<12, A/F>18) begrenzt wird.

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 Sauerstoffkonzentration zu messen ist, wenn eine Spannung an den Sauerstoffsensor angelegt ist. Die Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsvorrichtung dient typischerweise als Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsvorrichtung, die bei der Ausführung einer Luft-Brennstoff-Verhältnisregelung einer bei einem Fahrzeug angewendeten Maschine (Brennkraftmaschine) verwendet wird.
  • In den letzten Jahren gibt es einen Bedarf an einer verbesserten Regelungsgenauigkeit und einen Bedarf an einem Obergang 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-Verhältniserfassungsvorrichtung (eine Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsvorrichtung) bei den Produkten angewendet. Bei einem Luft-Brennstoff-Verhältnissensor einer Begrenzungsstrombauart, einem typischen Luft-Brennstoff-Verhältnissensor, wird ein Bereich zur Erfassung eines Begrenzungsstroms entsprechend dem Luft-Brennstoff-Verhältnis (der Sauerstoffkonzentration) verschoben, wie allgemein bekannt ist. Genauer weist wie in einem V-I-(Spannungs-/Strom-)kennliniendiagramm gemäß 21 der Bereich zur Erfassung eines Begrenzungsstroms gerade Liniensegmente auf, die parallel zu der V-Achse verlaufen. Wie in der Figur gezeigt, wird, je weiter das Luft-Brennstoff- Verhältnis sich zu dem mageren Bereich hin bewegt, desto mehr der Bereich zur Erfassung eines Begrenzungsstroms zu der Seite 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 Begrenzungsstroms zu der Seite mit der negativen Spannung hin verschoben. Folglich würde, falls die angelegte Spannung fest auf einen fest eingestellten Wert zum Zeitpunkt der Veränderung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses eingestellt ist, es unmöglich, ein Luft-Brennstoff-Verhältnis mit einem hohen Genauigkeitsgrad unter Verwendung des Bereichs zur Erfassung eines Begrenzungsstroms (des Bereichs mit den geraden Liniensegmenten, die parallel zu der V-Achse verlaufen) zu erfassen.
  • Zur Lösung dieses Problems wird bei einer herkömmlichen normalen 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 21 gezeigten Kennlinie Lx gesteuert. Durch Steuerung der angelegten Spannung in dieser Weise kann ein erwünschter Sensorstrom, d. h. ein Begrenzungsstrom, stets erhalten werden. Somit ist die Kennlinie Lx als lineare gerade Linie einer positiven Kennlinie (einer nach rechts ansteigenden Kennlinie) in dem V-I-Koordinatensystem 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 21 gezeigten V- I-Kennlinie deckt der Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich 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 werden. 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 Vorspannungssteuerschaltung 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 Brennstoffabsperrung, 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 Beschleunigung 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.
  • Die Druckschrift DE 37 23 281 C2 beschreibt eine Schaltung zur Messung einer Gaskonzentration. Dabei wird eine Vorspannung an ein Diffusionsbegrenzungsstromelement angelegt, so dass der durch dieses Element fließende Strom eine in einem Gas enthaltene Sauerstoffkonzentration angibt.
  • Die Druckschrift DE 33 10 336 C2 offenbart ein weiteres Verfahren zum Messen der Sauerstoffkonzentration in einem Messgas. Dabei wird ebenfalls an ein Strombegrenzungselement eine Spannung angelegt, so dass der durch dieses Element fließende Strom die Sauerstoffkonzentration in einem Gas angibt.
  • Die Druckschrift US 4,818,362 offenbart ein Sauerstoffkonzentrationserfassungsgerät. Dieses Gerät weist einen Sauerstoffkonzentrationssensor auf, der ein Sauerstoffpumpenelement und ein Sensorzellenelement aufweist. Insbesondere weist dieses Gerät eine Begrenzerschaltung auf, durch die der Pegel des dem Sauerstoffpumpenelement zugeführten Storms verringert wird, wenn die durch das Sensorzellenelement erzeugte Spannung angibt, dass der Strompegel derart ist, dass er Probleme verursacht.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsvorrichtung und ein Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsverfahren zu schaffen, die die bei der herkömmlichen Luft-Brennstoff-Verhältnis-Sensor-vorrichtung auftretenden Probleme lösen kann, indem der Sensorstrom in einem Bereich außerhalb des Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereichs geeignet gesteuert wird.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsvorrichtung gelöst, wie sie in Patentanspruch 1 angegeben ist.
  • Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung wird in einem Bereich außerhalb eines vorab eingestellten Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereichs eine an einen Sauerstoffsensor angelegte Spannung derart gesteuert, daß ein durch den Sauerstoffsensor fließender Strom auf einen vorbestimmten Wert begrenzt wird. Dabei wird der Sauerstoffsensor als (nachstehend auch als A/F-Sensor bezeichneter) Luft-Brennstoff-Verhältnissensor, genauer gesagt, der Strombegrenzungsbauart verwendet. Wenn der Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereich als Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich eingestellt ist, entspricht der Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereich typischerweise 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 einem Luft-Brennstoff-Verhältnis von größer 18 (A/F > 18) dem Bereich außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs.
  • Durch Beaufschlagen einer Begrenzung auf den durch den Sauerstoffsensor 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 geeignet unterdrückt werden, was ermöglicht, daß die Stromerfassung mit einem hohen Genauigkeitsgrad ausgeführt werden kann. Zusätzlich ist es ebenfalls möglich, die in einer Vorspannungssteuerschaltung abgeleitete Wärmemenge wesentlich zu verringern.
  • Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung wird in einem vorab eingestellten Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereich eine an einen Sauerstoffsensor angelegte Spannung in Abhängigkeit von einem Strom gesteuert, der durch den Sauerstoffsensor entsprechend einer vorbestimmten positiven Kennlinie in einem Spannungs-Strom-Koordinatensystem fließt. Demgegenüber wird in einem Bereich außerhalb des Sauerstoffkonzentrations-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 Strombegrenzungsbauart eine Spannungs-Strom-Kennlinie mit einem positiven Gradienten in dem Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereich aufweist. Eine nachstehend ebenfalls einfach als positive Kennlinie bezeichnete Spannungs-Strom-Kennlinie mit einem positiven Gradienten stellt ein Verhältnis zwischen der an dem Sauerstoffsensor 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 angelegten Spannung in einem Bereich außerhalb des Sauerstoffkonzentrations-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 auszuführende Stromerfassung mit einem hohen Genauigkeitsgrad ermöglicht wird.
  • Es ist wünschenswert, die Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsvorrichtung gemäß den nachstehend beschriebenen Patentansprüchen 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 Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereichs eine an einen Sauerstoffsensor angelegte Spannung derart geregelt, daß ein durch den Sauerstoffsensor fließender Strom auf einen erwünschten Sollwert gebracht wird. Durch Regeln des durch den Sauerstoffsensor fließenden Stroms auf den erwünschten Sollwert wird der Sensorstrom weder unerwartet ansteigen noch abfallen. Folglich kann der durch den Sauerstoffsensor fließende Strom geeignet in einem Bereich außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs unterdrückt werden, wodurch die Erfassung des Stroms mit einem hohen Genauigkeitsgrad ermöglicht wird.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines Luft-Brennstoff-Verhältnissensors,
  • 3 ein Diagramm einer V-I-Kennlinie zur Beschreibung der Ausgangskennlinie des Luft-Brennstoff-Verhältnissensors,
  • 4 ein Diagramm einer Kennlinie der elektromotorischen Kraft des Luft-Brennstoff-Verhältnissensors,
  • 5 ein Schaltbild des Aufbaus einer Vorspannungssteuerschaltung,
  • 6 ein Flußdiagramm einer Verarbeitung zur Erfassung eines Sensorstroms und zur Steuerung einer an den Luft-Brennstoff-Verhältnissensor angelegten Spannung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 7 ein Diagramm einer V-I-Kennlinie zur Beschreibung der Kennlinie der angelegten Spannung des Luft-Brennstoff-Verhältnissensors,
  • 8(a) und 8(b) Diagramme von V-I-Kennlinien zur Beschreibung der Kennlinie der angelegten Spannung des Luft-Brennstoff-Verhältnissensors,
  • 9 ein Diagramm einer V-I-Kennlinie zur Beschreibung der Kennlinie der angelegten Spannung des Luft-Brennstoff-Verhältnissensors,
  • 10 Zeitverläufe der Vorgänge gemäß dem ersten Ausführungsbeispiels,
  • 11 eine Darstellung eines Ersatzschaltbildes zur Beschreibung der Vorteile, die sich gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigen,
  • 12 ein Flußdiagramm einer Verarbeitung zur Erfassung eines Sensorstroms zur Steuerung einer an den Luft-Brennstoff-Verhältnissensor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel angelegten Spannung,
  • 13 Zeitverläufe der Vorgänge gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
  • 14 ein Diagramm einer V-I-Kennlinie zur Beschreibung der Kennlinie der angelegten Spannung des Luft-Brennstoff-Verhältnissensors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
  • 15 ein Flußdiagramm einer Verarbeitung zur Erfassung eines Sensorstroms und zur Steuerung einer an den Luft-Brennstoff-Verhältnissensor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel angelegten Spannung,
  • 16 ein Diagramm einer V-I-Kennlinie zur Beschreibung der Kennlinie der angelegten Spannung des Luft-Brennstoff-Verhältnissensors gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel,
  • 17 Zeitverläufe der Vorgänge gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel,
  • 18 ein Diagramm einer V-I-Kennlinie zur Beschreibung der Kennlinie der angelegten Spannung des Luft-Brennstoff-Verhältnissensors gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel,
  • 19 ein Diagramm einer V-I-Kennlinie zur Beschreibung der Kennlinie der angelegten Spannung des Luft-Brennstoff-Verhältnissensors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
  • 20 ein Diagramm einer V-I-Kennlinie zur Beschreibung der Kennlinie der angelegten Spannung des Luft-Brennstoff-Verhältnissensors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, und
  • 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 bezeichnet sind.
  • (Erstes Ausführungsbeispiel)
  • Eine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführte Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsvorrichtung ist bei einer an einem Fahrzeug angebrachten elektronisch gesteuerten Benzineinspritzmaschine 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 Strombegrenzungsbauart und eine Verarbeitung zur Steuerung einer an den Sensor angelegten Spannung beschrieben.
  • Wie in 1 gezeigt ist die Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsvorrichtung mit einem Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungssensor 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 (Mikroporzessor) 20 ausgegebenen Anweisung angelegten Spannung 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 verschiedener Arten von Verarbeitungen, einer Festspeichereinheit (ROM-Einheit) und einer Speichereinheit mit wahlfreiem Zugriff (RAM-Einheit) eine Vorspannungssteuerschaltung 40 und eine nachstehend beschriebene Heizungssteuerschaltung 25 entsprechend vorbestimmten Steuerungsprogrammen.
  • Wie in 2 gezeigt ist der A/F-Sensor 30 an dem Abgasrohr 12 vorgesehen und erstreckt sich zu der Innenseite des Abgasrohrs 12 hin. Größere Komponenten des A/F-Sensors 30 sind eine 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 unverbranntem Gas (wie CO, HC und H2) in dem fetten Bereich des Luft-Brennstoff-Verhältnisses darstellt.
  • Der Sensorkörper (Sensoraufbau) 32 weist eine Festelektrolytschicht 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 angebrachte atmosphärenseitige Elektrodenschicht 37 auf. An der äußeren Seite der abgasseitigen Elektrodenschicht 36 ist durch typisches Anwenden eines Plasmaspritzverfahrens eine Diffusionswiderstandsschicht 35 vorgesehen. Die Festelektrolytschicht 34 ist aus einem Sauerstoffionen leitenden gesinterten Oxidkörper hergestellt, der mit einem Material wie ZrO2, HfO2, ThO2 und Bi2O3 mit einem als Stabilisierer verwendeten Material wie CaO, MgO, Y2O3 und Yb2O3 ein Mischkristall bildet. Demgegenüber ist die Diffusionswiderstandsschicht 35 aus einem wärmebeständigen anorganischen Material wie Aluminiumoxid, 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 Elektrodenschicht 37 in den Bereichen größer als 10 Quadratmillimeter und 0,5 bis 2,0 Mikrometer.
  • Die Heizung 33 ist bei der atmosphärenseitigen Elektrodenschicht 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 Heizung 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 erzeugt einen Begrenzungsstrom, der die Konzentration von Sauerstoff in einem Bereich darstellt, der magerer als der stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnispunkt ist. In diesem Fall wird der Begrenzungsstrom entsprechend der Konzentration von Sauerstoff sowohl durch die Fläche der abgasseitigen Elektrodenschicht 36 als auch durch die Dicke, der Porösität und den durchschnittlichen Porendurchmesser der Diffusionswiderstandsschicht 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 lediglich 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 Heizung 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 Kohlenstoffmonoxid (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 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 erfaßten Luft-Brennstoff-Verhältnis ist, und einer an die Festelektrolytschicht 34 angelegten Spannung auf. In diesem Fall bilden gerade Liniensegmente parallel zu der Spannungsachse V jeweils einen Begrenzungsstromerfassungsbereich, der den Begrenzungsstrom des Sensorkörpers 32 abgrenzt. Vergrößerungen und Verringerungen bei dem Begrenzungsstrom entsprechen Vergrößerungen 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 Begrenzungsstrom. Demgegenüber wird, je weiter das Luft-Brennstoff-Verhältnis zu der fetten Seite verschoben wird, der Begrenzungsstrom um so niedriger.
  • Zusätzlich handelt es sich bei einem Spannungsbereich in der V-I-Kennlinie unterhalb des wie vorstehend beschrieben als Begrenzungsstromerfassungsbereich dienenden geraden Liniensegments parallel zu der Spannungsachse V um einen durch den Widerstand dominierten Bereich. Der Gradient des linearen geraden Liniensegments in dem durch den Widerstand dominierten Bereich wird durch den internen Widerstand der Festelektrolytschicht 34 des Sensorkörpers 32 bestimmt, der als Elementwiderstand Ri bezeichnet ist. Der Elementwiderstand Ri der Festelektrolytschicht 34 des Sensorkörpers 32 verändert sich mit der Temperatur. Genauer gesagt steigt der Elementwiderstand Ri der Festelektrolytschicht 34 des Sensorkörpers 32 an, wenn die Temperatur sich verringert, wodurch der Gradient verringert wird.
  • Bei der in 3 gezeigten Kennlinie ist ein Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich eingestellt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel deckt der Bereich Werte des Luft-Brennstoff-Verhältnisses von 12 bis 18 ab. In diesem Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich ist eine Luft-Brennstoff-Verhältniserfassung mit einem hohen Genauigkeitsgrad gewährleistet. Die oberen und unteren Begrenzungen des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs sind fett- und magerseitige Begrenzungen, die Luft-Brennstoff-Verhältnissen (A/F) von 12 beziehungsweise 18 entsprechen. Durch weiteres Ausdehnen des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs bei der fetten und der mageren Seite kann ein vorbestimmter Sensorstromerfassungsbereich 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 Einstellung des Begrenzungsstromerfassungsbereichs basiert auf einem Entwurfskonzept der in 1 gezeigten Vorspannungssteuerschaltung 40. Es sei bemerkt, daß zur Verbesserung der Erfassungsgenauigkeit des Sensorstroms es wünschenswert ist, einen möglichst engen Sensorstromerfassungsbereich einzustellen.
  • Wie vorstehend beschrieben, weist der A/F-Sensor 30 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Kennlinie der elektromotorischen Kraft wie die in 4 gezeigte auf. Wenn keine Spannung 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 mageren Bereich und dem fetten Bereich, aufgrund eines Unterschieds 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 4 gezeigten betragen die elektromotorischen Kräfte etwa 0,9 Volt auf der fetten Seite und 0 Volt auf der mageren Seite.
  • Bei der in 1 gezeigten Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsvorrichtung gibt der Mikrocomputer 20 ein Vorspannungsanweisungssignal 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 Signal Vb aus. Das analoge Signal Vb wird dann der Vorspannungssteuerschaltung 40 zur Erzeugung einer an den A/F-Sensor 30 anzulegenden Spannung zur Luft-Brennstoff-Verhältniserfassung angelegt.
  • Bei der Luft-Brennstoff-Verhältniserfassung werden unterschiedliche Kennlinien der angelegten Spannung in Abhängigkeit davon verwendet, ob der Wert, den das Luft-Brennstoff-Verhältnis zu diesem Zeitpunkt hat, d. h. die Größe des Sensorstroms in dem Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich, in einem fetteren Bereich als der Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich oder in einem magereren Bereich als der Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich liegt. Deshalb wird eine Steuerung der angelegten Spannung zur Erzeugung einer gewünschten an den A/F-Sensor 30 anzulegenden Spannung ausgeführt. Einzelheiten der Steuerung der angelegten Spannung sind nachstehend ausführlich beschrieben.
  • Die Vorspannungssteuerschaltung 40 weist eine Stromerfassungsschaltung 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 erfaßten 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 Batterieenergieversorgung zugeführten Energie entsprechend der Elementtemperatur des A/F-Sensors 30 und der Temperatur der Heizung 33 aus.
  • Wie in 5 gezeigt, weist die Vorspannungssteuerschaltung 40 Hauptkomponenten wie eine Referenzspannungsschaltung (Referenzspannungsgenerator) 44, eine erste Spannungsversorgungsschaltung 45, eine zweite Spannungsversorgungsschaltung 47 und die Stromerfassungsschaltung 50 auf. Die Referenzspannungsschaltung 44 erzeugt eine fest eingestellte Referenzspannung Va durch Teilen einer konstanten Spannung Vcc mittels eines Spannungsteilers(Potentiometers) aus den Widerständen 40a und 44b.
  • Als Spannungsfolgeschaltung ausgeführt legt die erste Spannungsversorgungsschaltung 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 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 positive Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 45a ist mit der Verbindung zwischen den Widerständen 44a und 44b des bei der Referenzspannungsschaltung 44 angewendeten Spannungsteilers verbunden. Der negative Eingangsanschluß und der Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 45a sind mit dem Anschluß 42 des A/F-Sensors 30 beziehungsweise mit einem Anschluß 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 Konstantspannung 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 Stromerfassungsschaltung 50 dienenden Stromerfassungswiderstand 50a mit dem Anschluß 42 des A/F-Sensors 30 verbunden. Der Kollektor 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 2 gezeigten abgasseitigen Elektrodenschicht 36 verbunden ist. Genauer weist die zweite Spannungsversorgungsschaltung 47 einen Operationsverstärker 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 Anschluß 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 verbunden 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 Masse verbunden.
  • Mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird die Referenzspannung 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 Referenzspannung 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 negative Vorspannung an den A/F-Sensor 30 angelegt. In jedem Fall wird ein Sensorstrom (Begrenzungsstrom), der aufgrund der angelegten Spannung fließt, mittels der elektrischen Potentialdifferenz zwischen den Anschlüssen des Stromerfassungswiderstands 50a erfaßt. Die elektrische Potentialdifferenz wird mittels des Analog-/Digital-Wandlers 23 dem Mikrocomputer 20 zugeführt.
  • Zusätzlich ist ein Ausgangspuffer 51 zwischen dem Anschluß 42 des A/F-Sensors 30 und der Stromerfassungsschaltung 50 geschaltet. Der Ausgangspuffer 51 wird zur direkten Entnahme des erfaßten Luft-Brennstoff-Verhältnisses als Spannungssignal verwendet.
  • Es sei bemerkt, daß wie vorstehend beschrieben die Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsvorrichtung bei einem Steuerungssystem eines Fahrzeugs angewendet ist, das weder in der Zeichnung gezeigt noch ausführlich beschrieben ist. Das Steuerungssystem ist mit einem Mikrocomputer für die allgemein 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 Justierung der Brennstoffmenge ausgeführt, die durch Einspritzen aus einer Einspritzeinrichtung in die Zylinder zugeführt wird.
  • Nachstehend ist eine besondere Funktion gemäß diesem Ausführungsbeispiel beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel ist zur Begrenzung des Sensorstroms für Bereiche außerhalb des in 3 gezeigten Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs auf Werte in einem vorbestimmten Bereich ausgelegt. Das Prinzip dieser Funktion ist unter Bezug auf das V-I-Kennliniendiagramm gemäß 7 beschrieben.
  • Wie in 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 beschrieben ist der Gradient der V-I-Kennlinie durch den Elementwiderstand 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 ebenfalls 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 entgegengesetzt 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 Seite des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs. 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 L1 weist ein die Punkte a und b verbindendes lineares gerades Liniensegment auf. Es sei bemerkt, daß ein Abschnitt der Kennlinie L1 auf der Seite, die fetter als der Sensorstromerfassungsbereich ist, ein parallel zu der I-Achse verlaufendes gerades Liniensegment ist, das die elektromotorische 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 Sensorstromerfassungsbereich ist, ein parallel zu der I-Achse verlaufendes, die elektromotorische Kraft von 0 Volt darstellendes gerades Liniensegment ist.
  • Durch Einstellen der Kennlinien L1 und L3 wie vorstehend beschrieben ist in einem in 7 gezeigten Zustand, das heißt in einem Zustand, bei dem der Elementwiderstand einen vorbestimmten Wert Ri aufweist, es selbstverständlich, daß für einen Bereich außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs der zu diesem Zeitpunkt fließende Sensorstrom auf Werte innerhalb des Sensorstromerfassungsbereichs begrenzt ist.
  • Wie in 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-Verhältniserfassungsbereichs ist, die V-I-Kennlinie die Kennlinie L1 an einem 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 darstellende fettseitige Begrenzung des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs ist, verändert, sich die angelegte Spannung allmählich entlang der Kennlinie L1 von dem Punkt a zu dem eine Spannung Ve darstellenden Punkt e verändert, 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 entsprechend dem Punkt e begrenzt wird, da die angelegte Spannung 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 darstellende Magerseitenbegrenzung des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs ist, schneidet demgegenüber die V-I-Kennlinie La die Kennlinie L3 an einem Punkt f wie in 8(b) gezeigt. Das bedeutet, daß, falls das Luft-Brennstoff-Verhältnis sich von 18 auf einen Wert auf der Seite verändert, der magerer als die ein A/F von 18 darstellende Magerseitenbegrenzung des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs ist, sich die angelegte Spannung allmählich entlang der Kennlinie L3 von dem Punkt c zu dem eine Spannung Vf darstellenden Punkt f verändert, wobei sie an dem Punkt f stehenbleibt. Das bedeutet, daß selbst wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis sich weiter auf einen Wert verändert, der viel magerer 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 Sensorstromerfassungsbereichs in dem V-I-Kennliniendiagramm gemäß 7 verbleibt. Durch Einstellung eines derartigen Sensorstrombegrenzungsbereichs wird der Wert des durch den A/F-Sensor 30 fließenden Stroms niemals über den Sensorstrombegrenzungsbereich, einem durch die Punkte e und f vorgeschriebenen Strombereich, hinausgehen.
  • Dabei verändert sich der Wert des in 7 gezeigten Elementwiderstands 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 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 begrenzt und geht somit niemals über den Sensorstromerfassungsbereich hinaus. Folglich ist das durch einen übermäßig fließenden Sensorstrom verursachte Problem gelöst.
  • Der Betrieb gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist wie nachstehend beschrieben auf der Grundlage der Verarbeitung gemäß 6, die durch den Mikrocomputer 20 zum Einschaltzeitpunkt 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 vorhergehenden Erfassung des Sensorstroms verstrichen ist oder nicht. Der vorbestimmte Zeitabschnitt T1 ist ein Erfassungszeitabschnitt des Sensorstroms Ip. Es ist sinnvoll, der Zeitabschnitt T1 typischerweise auf einen Wert in dem Bereich von 2 bis 4 Millisekunden einzustellen. Falls die vorbestimmte T1 seit der unmittelbar vorhergehenden Erfassung des Sensorstroms Ip verstrichen ist, das heißt, falls das Ergebnis der Bestimmung durch den Mikrocomputer 20 bei dem Schritt 100 positiv 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 Begrenzungsstrom) Ip und liest ein Luft-Brennstoff-Verhältnis der Maschine entsprechend dem Sensorstrom Ip aus einem vorab in der Festspeichereinheit des Mikrocomputers 20 gespeicherten 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-Verhältniserfassungsbereichs ist, das heißt, falls das Ergebnis der Bestimmung 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 Begrenzung 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 Ergebnis 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 größer als die magerseitige Begrenzung ist, schreitet der Verarbeitungsablauf 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 Begrenzung ist (Ip ≤ fettseitige Begrenzung) berechnet der Mikrocomputer 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 7, die vorab in der Festspeichereinheit gespeichert ist. Die an den A/F-Sensor 30 anzulegende Spannung Vp ist eine Spannung zur Begrenzung 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
  • 7, die vorab in der Festspeichereinheit gespeichert ist. Die an den A/F-Sensor 30 anzulegende Spannung ist eine Spannung zur Verwendung bei einem Betrieb in einem normalen Zustand.
  • 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 7, die vorab in der Festspeichereinheit 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 Mikrocomputer 20 ein Vorspannungsanweisungssignal Vr aus der bei den Schritten 140, 150 oder 160 berechneten angelegten Spannung 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 10 gezeigten Zeitverläufen wird eine Luft-Brennstoff-Verhältnisregelung für ein stöchiometrisches Luft-Brennstoff-Verhältnis (A/F) von 14,7 als Hintergrund ausgeführt. 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 Zeitabschnitt 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 10 durchgezogene Linien den Sensorstrom und die entsprechend der gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgeführten 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 angelegten Spannung unter Verwendung der Kennlinie Lx gemäß 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 7 dargestellten magerseitigen Begrenzung des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs entsprechend einem Luft-Brennstoff-Verhältnis von 18 erreicht, wechselt die angelegte Spannung, die bis dahin eine ansteigende Tendenz gezeigt hatte, auf eine absteigende Tendenz. Dies liegt daran, daß vor dem Zeitpunkt t2 die angelegte Spannung unter Verwendung der Kennlinie L2 gemäß 7 gesteuert wird, während nach dem Zeitpunkt t2 die Steuerung der angelegten Spannung auf die Kennlinie L3 gemäß 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 erreicht.
  • Danach verbleiben ab dem Zeitpunkt t3, bei dem der Sensorstrom einen Wert auf der magerseitigen Begrenzung des Sensorstrombegrenzungsbereichs erreicht, der Sensorstrom und die angelegte Spannung unverändert von deren Werten zum Zeitpunkt t3, der durch den Punkt f gemäß 7 dargestellt ist, selbst wenn sich das Luft-Brennstoff-Verhältnis weiterhin zu einem Wert verändert, der weiter in dem mageren Bereich angeordnet ist. Es sei jedoch bemerkt, daß wie in 9 gezeigt eine Veränderung bei dem Elementwiderstand Ri eine Veränderung 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 7 gezeigte Punkt f nach rechts oder links entlang der Kennlinie L3 verschoben 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 Zeitverlauf 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 Magerseite des Sensorstrombegrenzungsbereichs ist. Dementsprechend beginnt die angelegte Spannung entlang der in 7 gezeigten 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 Spannung danach erneut unter Verwendung der Kennlinie L2 gemäß 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 Luftbrennstoff-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 gezeigten 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 Sensorstromerfassungsbereichs 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 wesentliche Punkte gerichtet.
  • Zunächst verändert sich nach dem Zeitpunkt t7, bei dem der Lastanstieg auf einen hohen Wert beginnt, das Luftbrennstoff-Verhältnis stark auf einen Wert in dem fetten Bereich, wobei sich der Strom ebenfalls auf einen Wert auf der negativen Seite aufgrund der Veränderung bei dem Luftbrennstoff-Verhältnis verändert. Später zu einem Zeitpunkt t8, bei dem der Sensorstrom einen Wert auf der durch den Punkt a gemäß 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 7 gesteuert wird, wohingegen nach dem Zeitpunkt t8 die Steuerung der angelegten Spannung auf der Kennlinie L1 gemäß 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, verbleiben der Sensorstrom und die angelegte Spannung unverändert von den vorbestimmten Werten, die durch den Punkt e gemäß 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 7 abzusinken, wobei sie einen allmählichen 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-Verhältniserfassungsbereich gelangt, wird danach die angelegte Spannung erneut unter Verwendung der Kennlinie L2 gemäß 7 gesteuert. 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 Luftbrennstoff-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 nachfolgend sinkt, wodurch der Sensorstrom weit über den Sensorstromerfassungsbereich hinausgeht. In dem Fall der gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgeführten, durch durchgezogene Linien dargestellten Steuerung ist demgegenüber offensichtlich, daß der Sensorstrom auf Werte innerhalb des Sensorstromerfassungsbereichs begrenzt ist, wenn sich das Luft-Brennstoff-Verhältnis verändert.
  • Nachstehend sind Vorteile gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
    • (a) Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird in Bereichen außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs, das heißt gemäß 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 angelegte Spannung derart gesteuert, daß der Sensorstrom auf Werte innerhalb eines vorbestimmten Bereichs begrenzt wird. Das heißt, daß, falls eine normale Steuerung der angelegten Spannung 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 Technik 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 außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs unterdrückt werden, was die Ausführung der Stromerfassung mit einem hohen Genauigkeitsgrad ermöglicht. Zusätzlich ist es ebenfalls möglich, die sich bei der zum Anlegen einer Spannung an den A/F-Sensor 30 verwendeten Vorspannungssteuerschaltung 40 ausbreitenden Wärmemenge wesentlich zu verrin gern, genauer die sich bei dem durch einen bei der Schaltung angewendeten Transistor ausgeführten Ansteuervorgänge ausbreitende Wärmemenge zu verringern.
    • (b) Genauer wird in dem Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich die angelegte Spannung entsprechend einer vorbestimmten positiven Kennlinie in dem V-I-Koordinatensystem, d. h. der Kennlinie L2 gemäß 7, gesteuert. Demgegenüber wird in Bereichen außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs die angelegte Spannung entsprechend Kennlinien gesteuert, die sich von der positiven Kennlinie bei dem V-I-Koordinatensystem unterscheiden, das heißt den Kennlinie L1 und L3 gemäß 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 ausgeführt werden.
    • (c) Insbesondere wird die in 7 gezeigte Kennlinie L1 zur Steuerung der angelegten Spannung derart verwendet, daß die Spannung sich einem maximalen Wert von 0,9 Volt der elektromotorischen Kraft des A/F-Sensors 30 für Sensorströme auf der Seite, die fetter als der Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich ist, allmählich annähert, während die in 7 gezeigte Kennlinie L3 zur Steuerung der angelegten Spannung derart verwendet wird, daß sich die Spannung allmählich einem minimalen Wert von 0 Volt der elektromotorischen Kraft des A/F-Senors 30 für Sensorströme auf der Seite annähert, die magerer als der Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich ist. Zusätzlich sind die Kennlinien L1 und L3 derart eingestellt, daß der Sensorstrom auf Werte außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs, jedoch innerhalb des Sensorstromerfassungsbereichs begrenzt ist.
  • Mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ist in dem Sensorstrombegrenzungsbereich, ein Bereich zwischen den Punkten e und f gemäß 7, der Sensorstrom derart begrenzt, daß kein Sensorstrom außerhalb des Sensorstrombegrenzungsbereichs fließt. Zusätzlich kann der Sensorstrombegrenzungsbereich innerhalb des Sensorstromerfassungsbereichs enthalten sein, selbst wenn der Elementwiderstand Ri des A/F-Sensors 30 wie in 9 gezeigt sich verändert.
    • (d) Zusätzlich kann gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Elementwiderstand Ri des A/F-Sensors 30 zu jedem beliebigen Zeitpunkt erfaßt werden, da ein Sensorstrom in dem Sensorstromerfassungsbereich 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 beschrieben begrenzt werden kann. Folglich gibt es kein zusätzlicher Aufbau zum Vorsehen eines Widerstands zur Begrenzung des Sensorstroms in der Vorspannungssteuerschaltung 40, beispielsweise Widerstände zwischen der Konstantspannung Vcc und den Transistoren 45c und 47c gemäß 5, erforderlich, wobei gleichzeitig die Genauigkeit der Erfassung des Sensorstroms gewährleistet werden kann.
  • Falls eine Batteriespannung +B anstelle der 5-V-Konstantspannung Vcc gemäß 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 aufweist, wobei zusätzlich die sich in der Schaltung ausbreitende 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 werden, wohingegen desgleichen ein Strombegrenzungswiderstand 56 zwischen dem Anschluß der die Spannung +B erzeugenden Batterie und dem Kollektor des NPN-Transistors 47c geschaltet werden würde, wie in einem Äquivalentschaltbild gemäß 11 gezeigt ist. Derartige Strombegrenzungswiderstände können Hindernisse zur Ausführung der Schaltung in einer geringen Größe und mit geringen Kosten sein. Mit dem Aufbau gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann jedoch der Sensorstrom gesteuert werden, was die Unterdrückung der sich in der Schaltung ausbreitenden Wärme ohne Ausweichen auf Strombegrenzungseinrichtungen wie die Widerstände 55 und 56 erlaubt.
  • (Zweites Ausführungsbeispiel)
  • Das zweite Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fall, daß ein Luft-Brennstoff-Verhältnis oder der Sensorstrom über den Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich hinausgeht, der Sensorstrom auf einen vorbestimmten Sollwert innerhalb des Sensorstromerfassungsbereichs geregelt wird. Wesentliche Merkmale gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiels sind unter Bezug auf 12 bis 14 nachstehend beschrieben.
  • Bei 12 sind die in 6 gezeigten Schritte 140 und 160 jeweils durch Schritte 210 und 220 ersetzt. Falls bei dem Schritt 220 des Flußdiagramms gemäß 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 Festspeichereinheit 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 typischerweise 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 Sensorstrom 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 verkleinert wird. Falls demgegenüber der Wert von Ip kleiner als der Sollwert Ip1 wird, wird demgegenüber die angelegte Spannung Vp zur Anhebung von Ip auf Ip1 erhöht.
  • Falls bei dem Schritt 130 des Flußdiagramms gemäß 12 gefunden wurden, daß der Sensorstrom Ip größer als die magerseitige Begrenzung des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs 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 Spannung 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 Gleichung (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 Sensorstromerfassungsbereichs. Der Sollwert Ip2 ist vorab als ein Sensorstrom bei einem Wert eingestellt, der leicht außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs auf der magereren Seite liegt. Gemäß der Gleichung (2) wird die angelegte Spannung Vp entsprechend einer Abweichung zwischen dem gemessenen Wert Ip des Sensorstroms und dem Sollwert Ip2 gesteuert. 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 kleiner als der Sollwert Ip2 wird, wird demgegenüber die angelegte Spannung Vp zur Erhöhung von Ip auf Ip2 vergrößert.
  • Es sei bemerkt, daß, falls die Ergebnisse der bei den Schritten 120 und 130 durchgeführten Bestimmungen anzeigen, daß die fettseitige Begrenzung kleiner als Ip und Ip kleiner oder gleich der magerseitigen Begrenzung ist (fettseitige Begrenzung < 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 erfaßten Sensorstrom Ip an den A/F-Sensor 30 anzulegen ist, unter Verwendung der vorab in der Festspeichereinheit gespeicherten Kennlinie L2 gemäß 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 Spannung Vp an den A/F-Sensor 30 angelegt.
  • In den Fällen von Veränderungen bei dem Luft-Brennstoff-Verhältnis aufgrund einer Brennstoffabsperrung und einer Lasterhöhung ausgeführte Vorgänge sind in 13 gezeigt. In einem Zeitabschnitt zwischen den Zeitpunkten t11 und t14 gemäß 13 verändert sich das Luft-Brennstoff-Verhältnis auf einen Wert in dem mageren Bereich für den Fall einer Brennstoffabsperrung. In einem Zeitabschnitt zwischen den Zeitpunkten 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 13 durchgezogene Linien den Sensorstrom und die angelegte Spannung darstellen, die entsprechend der gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgeführten Steuerung erzeugt werden, während durch Doppelpunkte unterbrochene Linien den Sensorstrom und die angelegte Spannung darstellen, die entsprechend der herkömmlichen Steuerung erzeugt werden, das heißt der Steuerung der angelegten Spannung unter Verwendung der Kennlinie Lx gemäß 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 Bereich angeordnet ist, wobei der Sensorstrom sich dementsprechend 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 angelegte Spannung auf einen fest eingestellten Wert gebracht wird. Das heißt, daß vor dem Zeitpunkt t12 die angelegte Spannung unter Verwendung der Kennlinie L2 gemäß 7 gesteuert wird. Nach dem Zeitpunkt t12 wird jedoch die Steuerung 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 absinkt, der kleiner als ein Begrenzungswert auf der Magerseite ist, wird danach die angelegte Spannung erneut unter Verwendung der Kennlinie L2 gemäß 7 gesteuert. Schließlich wird bei einem Zeitpunkt t14 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 Luftbrennstoff-Verhältniserfassungsbereich hinausgeht und in den mageren Bereich gelangt, das heißt, während des Zeitabschnitts zwischen den Zeitpunkten t12 und t13, zeigt, daß in dem Fall der durch die durch Doppelpunkte unterbrochenen Linien 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 Ausführungsbeispiel ausgeführten Steuerung ist demgegenüber offensichtlich, daß bei Veränderung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses der Sensorstrom auf Werte innerhalb des Sensorstromerfassungsbereichs begrenzt ist.
  • Demgegenüber verändert sich, wenn das Einspritzen einer großen Treibstoffmenge entsprechend einem starken Lastanstieg bei einem Zeitpunkt t15 gestartet wird, nach dem Zeitpunkt t15, bei dem die Last beginnt, auf einen hohen Wert anzusteigen, 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-Verhältniserfassungsbereichs 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 7 gesteuert wird. Nach dem Zeitpunkt t16 wird jedoch die Steuerung der angelegten Spannung auf einen 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 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 Luftbrennstoff-Verhältniserfassungsbereich hinausgeht, wobei es in den fetten Bereich gelangt, das heißt, während des Zeitabschnitts zwischen den Zeitpunkten t16 und t17, zeigt, daß in dem Fall der durch die durch Doppelpunkte unterbrochenen Linien 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 Ausführungsbeispiel beschrieben.
    • (a) Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird in Bereichen außerhalb 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 vorbestimmten 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 Wärmemenge wesentlich zu verringern.
    • (b) Da die Sollwerte des Sensorstroms an Stellen außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs jedoch innerhalb des Sensorstromerfassungsbereichs eingestellt sind, kann der Sensorstrom auf einen Wert innerhalb des Sensorstromerfassungsbereichs mit einem hohen Verläßlichkeitsgrad gesteuert werden.
  • Es sei bemerkt, daß es wünschenswert ist, den Maximalwert der zu diesem Zeitpunkt angelegten Spannung in dem mageren Bereich (dem Bereich an der oberen Begrenzungsseite) außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs bei V1 gemäß 14 zu begrenzen, und den Minimalwert der zu diesem Zeitpunkt angelegten Spannung in dem fetten Bereich (dem Bereich an der unteren Begrenzungsseite) außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs bei V2 gemäß 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-Verhältniserfassungsbereich 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 Anlegen einer übermäßigen Spannung an den A/F-Sensor 30, das heißt ohne Anlegen einer Spannung an den Sensor 30 beibehalten 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 14 gezeigten V-I-Kennlinie erforderlich ist.
  • Als Einrichtung zur weiteren Verbesserung der Erfassungsgenauigkeit 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 14 ist, bei dem es sich um den Wert der angelegten Spannung auf der magerseitigen Begrenzung des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs handelt, und die an den A/F-Sensor 30 in dem fetten Bereich außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs angelegte Spannung auf einen Wert zu steuern, der höher als V4 gemäß 14 ist, bei dem es sich um den Wert der angelegten Spannung auf der fettseitigen Begrenzung des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs handelt.
  • (Drittes Ausführungsbeispiel)
  • Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel wird die Steuerung der angelegten Spannung zur Begrenzung des Sensorstroms lediglich nach Verstreichen eines vorbestimmten Zeitabschnitts nach einer Verschiebung des Sensorstroms in einen Bereich außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs gestartet.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind wie in 15 gezeigt Schritte 310 und 320 hinzugefügt worden. Bei dem Flußdiagramm gemäß 15 schreitet, falls bei dem Schritt 120 des Flußdiagramms gemäß 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 Verarbeitungsablauf zu einem Schritt 310 voran. Bei dem Schritt 310 bestimmt der Mikrocomputer 20, ob ein vorbestimmter Zeitabschnitt T2 seit der bei dem Schritt 120 durchgeführten positiven Bestimmung verstrichen ist. Auch wenn gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel T2 auf 2 Sekunden eingestellt ist, wird ein Wert in dem Bereich von 2 bis 5 Sekunden als geeignet 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 Begrenzung 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 dritten Ausführungsbeispiel weist jedoch die Kennlinie L2, die bei der bei dem Schritt 150 ausgeführten normalen Steuerung der angelegten Spannung verwendet wird, geradlinige Verlängerungen in den Bereichen außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs wie in 16 gezeigt auf. Die verlängerte Kennlinie ist durch das Bezugszeichen L2' bezeichnet. Es sei bemerkt, daß die Kennlinien L1 und L3 dieselben wie die in 7 gezeigten sind.
  • Falls bei dem Schritt 130 des Flußdiagramms gemäß 12 gefunden wurde, daß der Sensorstrom Ip größer als die magerseitige Begrenzung des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs 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 Bestimmung durch, ob der vorbestimmte Zeitabschnitt T2 seit der bei dem Schritt 130 durchgeführten negativen Bestimmung verstrichen ist oder nicht. Falls der Zeitabschnitt T2 nicht verstrichen 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 16 gezeigten Kennlinie L2' ausgeführt wird, bis der vorbestimmte Zeitabschnitt T2 verstreicht. Die Steuerung der angelegten Spannung zur Begrenzung des Sensorstroms in dem mageren Bereich wird nicht ausgeführt, bis der vorbestimmte Zeitabschnitt T2 verstrichen ist.
  • Gemäß 17, bei der Ereignisse von Veränderungen bei dem Luft-Brennstoff-Verhältnis aufgrund einer Brennstoffabsperrung 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. Demgegenüber 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 Einspritzens einer großen Treibstoffmenge entsprechend einem starken Lastanstieg. Es sei bemerkt, daß bei den Zeitverläufen gemäß 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 entsprechend der herkömmlichen Steuerung erzeugt sind, das heißt, der Steuerung der angelegten Spannung unter Verwendung der in 21 gezeigten Kennlinie Lx. Nachstehend ist ein durch die Zeitverläufe gemäß 17 angegebener Ablauf beschrieben.
  • 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. Später, 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 kontinuierlichen Anstieg bei dem Luft-Brennstoff-Verhältnis an, bis der vorbestimmte Zeitabschnitt T2 verstreicht. Dann wird von einem Zeitpunkt t23 an, bei dem der Zeitabschnitt T2 nach dem Zeitpunkt t22 verstrichen ist, die unter Verwendung der Kennlinie L2' gemäß 16 bislang gesteuerte angelegte Spannung unter Verwendung der in derselben Figur gezeigten Kennlinie L3 gesteuert.
  • Dabei wird zu dem Zeitpunkt t23 eine Fehlerdiagnose durchgeführt, 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 Magerseite ist, wird danach die angelegte Spannung erneut unter Verwendung der Kennlinie L2' gemäß 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 wiederhergestellt.
  • 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 während des Unter-Zeitabschnitts zwischen den Zeitpunkten t22 und t23 einmal einen übermäßig großen Wert außerhalb des Sensorstromerfassungsbereichs, wobei jedoch die Länge des Unter-Zeitabschnitts auf den vorbestimmten Zeitabschnitt T2 begrenzt 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 Ausführungsbeispiel der Betrag der durch den A/F-Sensor 30 verbrauchten elektrischen Energie verringert werden.
  • Demgegenüber verringert sich, wenn das Einspritzen einer großen 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 fetten 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 16 gesteuerte angelegte Spannung unter Verwendung der in derselben 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 Kennlinie L2' gemäß 7, genauer unter Verwendung des Abschnitts der Kennlinie L2' in dem Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich 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 Zeitpunkten 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 negativen Seite außerhalb des Sensorstromerfassungsbereichs, wobei jedoch die Länge der Unter-Zeitabschnitts auf den vorbestimmten Zeitabschnitt T2 begrenzt ist. Folglich kann im Gegensatz zu der durch die durch Doppelpunkte unterbrochenen Linien dargestellten herkömmlichen Steuerung, bei der ein übermäßiger 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 werden.
  • Wie gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel kann gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Sensorstrom geeignet in einem Bereich außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs unterdrückt werden. Zusätzlich ist es ebenfalls möglich, die Menge der sich in der Vorspannungssteuerschaltung 40 ausbreitenden Wärme wesentlich zu verringern. Außerdem zeigt das dritte Ausführungsbeispiel die nachstehend 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 Sensorstrom zeitweilig fließt, ein Vorgang zur Begrenzung des Sensorstroms unmittelbar unternommen. Folglich treten die bei der herkömmlichen Steuerung der angelegten Spannung auftretenden 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 auszulegen ist. Das heißt, daß die ersten bis dritten Ausführungsbeispiele lediglich bevorzugte Ausführungsbeispiele sind.
  • Weiterhin ist für den Fachmann verständlich, daß eine Vielzahl von Veränderungen und Abänderungen somit wie nachstehend beschrieben an den Ausführungsbeispielen durchgeführt werden können.
    • (1) Die Kennlinien können wie in 18 gezeigt eingestellt werden. In dem V-I-Diagramm gemäß 18 sind die Kennlinien zur Einstellung der angelegten Spannung Segmente L11, L12 und L13. Die Kennlinie L12, die identisch mit L2 gemäß 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 begrenzt. Wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis über den Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich hinausgeht, wobei es in den mageren Bereich gelangt, wird demgegenüber der zu diesem 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 Aufgabe der Erfindung jedenfalls mit einem derartigen Schema gelöst werden.
  • Dabei verändert sich aufgrund von Veränderungen bei dem Elementwiderstand Ri in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des A/F-Sensors 30 der Sensorstrombegrenzungsbereich auf die durch die Bezeichnungen [A], [B] und [C] wie in 19 gezeigt.
    • (2) Die Gradienten der Kennlinie L1 und L3 außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs gemäß 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 18 jeweils zur Erzeugung neuer Kennlinien kombiniert werden. Das heißt, daß die Kennlinien in ein beliebiges Schema zur Ausführung verändert werden können, solange wie bei dem sich ergebenden Schema die angelegte Spannung in Bereichen außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs (Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereichs) durch Anwendung einer sich von der positiven Kennlinie für den Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich (Sauerstoffkonzentrations-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 stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnis eingestellt. Selbstverständlich kann der Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich verändert werden. 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 einem 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-Verhältniserfassungsbereichs 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 7 ist. Demgegenüber wird die angelegte Spannung in dem fetten Bereich außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs für Luft-Brennstoff-Verhältniswerte kleiner als 14,7 unter Verwendung einer Kennlinie L21 eingestellt, wohingegen die angelegte Spannung in dem mageren Bereich außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs 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 Begrenzung 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 20 gezeigten Zustand, das heißt in einem Zustand, bei dem der Elementwiderstand einen vorbestimmten Wert Ri aufweist, ist es selbstverständlich, daß für einen Bereich außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs der zu diesem Zeitpunkt fließende Sensorstrom auf Werte innerhalb des Sensorstromerfassungsbereichs, d. h. eines durch die Punkte e und f gemäß der Figur vorgeschriebenen Bereichs, begrenzt ist.
    • (4) Wie vorstehend beschrieben wird gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel die angelegte Spannung Vp unter Verwendung eines 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 Ipl) (1) Vp = Vb + K × (Sollwert Ip2 – Ip) (2)
  • Es sei bemerkt, daß jedoch die Gleichungen verändert werden können. Beispielsweise kann der Sollwert des Sensorstroms eine Variable in Abhängigkeit von, unter anderen Bedingungen, dem Betriebszustand der Maschine sein. Alternativ dazu kann die angelegte Spannung Vp unter Verwendung eines Integralausdrucks und/oder eines Differentialausdrucks gesteuert werden.
    • (5) Wie vorstehend beschrieben wird das in 15 gezeigte Flußdiagramm gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel durch Hinzufügen der Schritte 310 und 320 zu dem in 6 gezeigten Flußdiagramm gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erhalten. Es sei bemerkt, daß die Schritte 310 und 320 ebenfalls zu dem in 12 gezeigten Flußdiagramm gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel hinzugefügt werden können.
    • (6) In dem Fall gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird für einen Sensorstrom außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs die in 16 gezeigte Kennlinie L2', genauer eine Verlängerung der Kennlinie L2' außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs zur zeitweiligen Steuerung der angelegten Spannung anstelle der Steuerung zur Begrenzung des Sensorstroms verwendet. In diesem Falle können die in 18 gezeigten Kennlinien L11 und L13 anstelle der in 16 gezeigten Kennlinie L2' verwendet werden.
    • (7) Wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis (der Sensorstrom) über den Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereich hinausgeht, kann die normale Steuerung der angelegten Spannung weitergeführt 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 Bereich 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 zeitweilig 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 zeitweilig 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 15 entweder 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 Plattenschichtenbauart bzw. einer Bauart mit gestapelten Platten angewendet werden kann. In diesem Fall muß der Bereich zur Ausgabe eines pulsierenden Stroms des Plattenschichten-A/F-Sensors geeignet gesteuert werden.
    • (9) Der gemäß den Ausführungsbeispielen geschaffene Sauerstoffsensor kann bei Anwendungen angewendet werden, bei denen der Sauerstoffsensor als Luft-Brennstoff-Verhältnissensor dient. Das heißt, daß der Sauerstoffsensor bei jeder Anwendung angewendet werden kann, so lang die Erfassung der Sauerstoffkonzentration das Ziel dieser Anwendung ist.
  • Wie vorstehen beschrieben, wird ein Luft-Brennstoff-Verhältnissensor 30 durch eine aufgrund einer durch einen Mikrocomputer 20 ausgegebenen Anweisung angelegten Spannung betrieben, wobei ein Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungssignal ausgegeben wird, das linear proportional zu der Sauerstoffkonzentration 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-Verhältniserfassungsbereichs 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 unterscheidet. Das heißt, daß in einem fetten Bereich außerhalb des Luft-Brennstoff-Verhältniserfassungsbereichs die angelegte 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, mit einem Sauerstoffsensor (30) der Strombegrenzungsbauart zur Ausgabe eines Strom, das eine in einem Gas enthaltene Sauerstoffkonzentration darstellt, wenn eine Spannung an den Sauerstoffsensor angelegt wird, gekennzeichnet durch eine Spannungssteuereinrichtung (20, 40, 50) zur Steuerung der an den Sauerstoffsensor angelegten Spannung derart, dass der durch den Sauerstoffsensor fließende Strom außerhalb eines vorbestimmten Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereichs (12≤A/F≤18) für das Luft-Brennstoff-Verhältnis, das entsprechend dem Strom ermittelt wird, auf einen vorbestimmten Wert in einem Bereich (A/F<12, A/F>18) begrenzt wird.
  2. Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsvorrichtung, mit einem Sauerstoffsensor (30) der Strombegrenzungsbauart zur Ausgabe eines Stroms, der eine in einem Gas enthaltene Sauerstoffkonzentration darstellt, wenn eine Spannung an den Sauerstoffsensor angelegt wird, gekennzeichnet durch eine Spannungssteuereinrichtung (20, 40, 50) zur Steuerung der an den Sauerstoffsensor angelegten Spannung in Abhängigkeit von dem durch den Sauerstoffsensor fließenden Strom derart, dass in einem vorbestimmten Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereich (12≤A/F≤18) für das Luft-Brennstoff-Verhältnis, das entsprechend dem Strom ermittelt wird, entsprechend einer vorbestimmten positiven Kennlinie (L2), die einen Zusammenhang zwischen Spannung und Strom angibt, und in einem Bereich (A/F<12, A/F>18) außerhalb des vorbestimmten Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereichs entsprechend einer von der positiven Kennlinie unterschiedlichen Kennlinie, die einen anderen Zusammenhang zwischen Spannung und Strom angibt.
  3. Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungssteuereinrichtung die Spannung allmählich auf einen Minimalwert (0V) einer elektromotorischen Kraft des Sauerstoffsensors verändert, wenn der durch den Sauerstoffsensor fließende Strom in einem Bereich außerhalb des Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereichs an einer oberen Begrenzungsseite ist, und allmählich auf einen Maximalwert (0,9V) der elektromotorischen Kraft des Sauerstoffsensors verändert, wenn der durch den Sauerstoffsensor fließende Strom in einem Bereich außerhalb des Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereichs an einer unteren Begrenzungsseite liegt.
  4. Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungssteuereinrichtung die Spannung entsprechend einer für den Sauerstoffsensor eingestellten Kennlinie der angelegten Spannung derart steuert, dass der durch den Sauerstoffsensor 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 Anspruch 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 Spannung innerhalb des Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereichs mit einem Schnittpunkt einer oberen Begrenzungslinie des Sensorstromerfassungsbereichs und einer Linie verbindet, die den Minimalwert der elektromotorischen Kraft des Sauerstoffsensors darstellt, wenn der Strom durch den Sauerstoffsensor in dem Bereich außerhalb des Sauerstoffsensorerfassungsbereichs an der oberen Begrenzungsseite fließt, und durch Verwendung der Kennlinie der angelegten Spannung steuert, die einen Punkt an einem unteren Ende der Kennlinie der angelegten Spannung innerhalb des Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereichs mit einem Schnittpunkt einer unteren Begrenzungslinie des Sensorstromerfassungsbereichs und einer Linie verbindet, die den Maximalwert der elektromotorischen Kraft des Sauerstoffsensors darstellt, wenn der durch den Sauerstoffsensor fließende Strom in dem Bereich außerhalb des Sauerstoffsensorerfassungsbereich an einer unteren Begrenzungsseite vorliegt.
  6. Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungssteuereinrichtung (20, 40, 50) eine Regelung der an den Sauerstoffsensor angelegten Spannung, durch die ein Fließen des Stroms durch den Sauerstoffsensor bewirkt wird, auf einen Sollwert in dem Bereich (A/F<12, A/F>18) außerhalb des vorbestimmten Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereichs (12≤A/F≤18).
  7. Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert auf einen Wert außerhalb des Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereichs, jedoch innerhalb des Sensorstromerfassungsbereichs eingestellt ist, der um eine vorbestimmte Breite breiter als der Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereich ist.
  8. Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungssteuereinrichtung einen Maximalwert der an den Sauerstoffsensor angelegten Spannung begrenzt, wenn der durch den Sauerstoffsensor fließende Strom in einem Bereich außerhalb des Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereichs an einer oberen Begrenzungsseite liegt, und einen Minimalwert der an den Sauerstoffsensor angelegten Spannung begrenzt, wenn der durch den Sauerstoffsensor fließende Strom in einem Bereich außerhalb des Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereichs auf einer unteren Begrenzungsseite liegt.
  9. Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 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 Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereichs liegt, wenn der durch den Sauerstoffsensor fließende Strom in einem Bereich außerhalb des Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereichs an einer oberen Begrenzungsseite liegt, und auf einen Pegel steuert, der höher als der Wert der angelegten Spannung entsprechend dem unteren Ende der Kennlinie der angelegten Spannung innerhalb des Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereichs liegt, wenn der durch den Sauerstoffsensor fließende Strom in einem Bereich außerhalb des Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereichs auf einer Seite unterhalb der Begrenzung liegt.
  10. Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Sauerstoffkonzentration zeitweilig (T2) fortgesetzt wird und später die an den Sauerstoffsensor angelegte Spannung zur Auferlegung einer Begrenzung auf den durch den Sauerstoffsensor fließenden Strom gesteuert wird, wenn der durch den Sauerstoffsensor fließende Strom über den Sauerstoffkonzentrations-Erfassungsbereich hinausgeht.
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