DE19818332A1 - Verfahren zur Erfassung eines Elementenwiderstands eines Gaskonzentrationssensors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung eines Ele­ mentenwiderstands eines Gaskonzentrationssensors, der über eine Spannungs-Strom-Frequenzkennlinie die Gaskonzentration im Abgas einer Brennkraftmaschine erfaßt, sowie ein Verfahren zur Steuerung des Gaskonzentrationssensors und den Gaskonzentrationssensor.

In jüngster Zeit bestehen Anforderungen für eine verbesserte Steuerungsgenauigkeit einer Luft-Brennstoffverhältnissteuerung von Motorfahrzeugmaschinen (Brennkraftmaschinen) zur Aufrecht­ erhaltung eines Magerverbrennungszustands der Brennkraftma­ schine. Bezüglich dieser Anforderungen wurde ein linearer Luft-Brenn­ stoffverhältnissensor oder Sauerstoffkonzentrationssensor zur Erfassung des Luft-Brennstoffverhältnisses eines einer Brennkraftmaschine linear zugeführten Luftgemischs über einen weiten Betriebsbereich entwickelt und verwendet. Bei der Verwendung eines derartigen Luft-Brennstoffverhältnissensors ist es wichtig, den Luft-Brennstoffverhältnissensor in einem aktiven Zustand zur Aufrechterhaltung der Erfassungsgenauigkeit des Sensors zu halten. Dies wird insbesondere durch eine elektrische Steuerung einer Heizeinrichtung erreicht, die zur Aufheizung eines Sensorelements des Luft-Brennstoffverhältnis­ sensors am Luft-Brennstoffverhältnissensor angebracht ist, so daß der aktive Zustand aufrecht erhalten werden kann.

Zur elektrischen Steuerung der Heizeinrichtung wird auf be­ kannte Weise die Temperatur des Sensorelements erfaßt und es wird ein rückgekoppeltes Steuerungsverfahren (Regelungsver­ fahren) durchgeführt, so daß die Elemententemperatur eine gewünschte Aktivierungstemperatur (von beispielsweise 700°C) erreicht. Ein Temperatursensor ist am Sensorelement angebracht und aus dem Erfassungsergebnis des Temperatursensors wird periodisch die Elemententemperatur ermittelt. Der Tempera­ tursensor verteuert jedoch in erheblichem Umfang den Luft-Brenn­ stoffverhältnissensor. Gemäß der Druckschrift JP 59-163 556 wird der Elementenwiderstand des Sauerstoffkonzentrations­ sensors gemessen, da der Widerstand des Sensorelements eine vorbestimmte entsprechende Beziehung zur Elemententemperatur aufweist. Aus dem ermittelten Elementenwiderstand wird die Tem­ peratur des Sensorelements ermittelt.

Die Zeiten zur Erfassung des Elementenwiderstands unterliegen einem vorbestimmten Zyklus. Entspricht der Zyklus kontinuier­ lich einem Zyklus der Luft-Brennstoffverhältniserfassung eines speziellen Zylinders einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit einer angemessenen Maschinendrehzahl, dann kann eine Verände­ rung (Fluktuation) im Ausgangssignal entsprechend dem Luft-Brenn­ stoffverhältnis in einem Übergangszustand zum Zeitpunkt einer Verbrennung in dem speziellen Zylinder nicht ermittelt werden.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren zur Erfassung eines Elementenwiderstands eines Sauer­ stoffkonzentrationssensors sowie ein Verfahren zu dessen Steue­ rung und einen Sauerstoffkonzentrationssensor der eingangs ge­ nannten Art derart auszugestalten, daß in jedem aus einer Viel­ zahl von Zylindern einer Brennkraftmaschine das Luft-Brenn­ stoffverhältnis unter Berücksichtigung der Erfassungszyklen ge­ nau erfaßt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bezüglich eines Verfahrens zur Erfassung eines Elementenwiderstands eines Gaskonzentra­ tionssensors gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Ferner wird diese Aufgabe bezüglich eines Verfahrens zur Steue­ rung des Sauerstoffkonzentrationssensors gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Des weiteren wird diese Aufgabe bezüglich des Gaskonzentrationssensors mit den im Patentan­ spruch 12 angegebenen Merkmalen gelöst.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Sauer­ stoffkonzentration kontinuierlich zum Abgaszeitpunkt in einem spezifischen Zylinder bei einer angemessenen Maschinendrehzahl der Brennkraftmaschine erfaßt werden. Somit kann die Gaskonzen­ tration für jeden der Vielzahl der Zylinder der Brennkraft­ maschine genau ermittelt und es kann eine Luft-Brennstoff­ verhältnissteuerung für sämtliche Zylinder durchgeführt werden.

Ferner kann die Gaskonzentration insbesondere dann nicht genau ermittelt werden, wenn die Elemententemperatur des Gaskonzen­ trationssensors niedrig ist und sich der Gaskonzentrationssen­ sor in einem inaktiven Zustand befindet. Das erfindungsgemäße Verfahren löst diese Probleme des Standes der Technik durch än­ dern der Ausführungszeiten der Elementenwiderstandserfassung in einem Verhältnis, das schneller als das Verhältnis in einem ak­ tiven Zustand ist. Der elektrischen Steuerung einer am Gaskon­ zentrationssensor angebrachten Heizeinrichtung wird hierbei der Vorzug gegeben. Daher kann ein aktiver Zustand schnell erhalten werden, wobei die Elemententemperatur des Gaskonzentrations­ sensors genau überwacht wird.

In den jeweiligen Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestal­ tungen der Erfindung gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer Luft-Brennstoffverhältniserfassungsvorrich­ tung, bei der das Verfahren zur Erfassung eines Elementenwider­ stands eines Luft-Brennstoffverhältnissensors verwendet wird,

Fig. 2A und 2B eine graphische Darstellung von Signalzeit­ läufen zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen einer an den Luft-Brennstoffverhältnissensor angelegten Spannung und ei­ nem Sensorstrom gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Steuerungsprogramms in einem Mikrocomputer zur Verwendung im Verfahren zur Erfassung des Elementenwiderstands des Luft-Brennstoffverhältnissensors,

Fig. 4A bis 4D Zeitdiagramme und Signalzeitverläufe zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Luft-Brennstoffverhält­ niserfassungsvorrichtung, bei der das Verfahren zur Erfassung des Elementenwiderstands des Luft-Brennstoffverhältnissensors verwendet wird, und

Fig. 5 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines Über­ gangszustands der Elemententemperatur im Luft-Brennstoffver­ hältnissensor der Luft-Brennstoffverhältnissensorerfassungsvor­ richtung, bei der das Verfahren der Erfassung der Elemententem­ peratur des Luft-Brennstoffverhältnissensors verwendet wird.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Das vorliegende Ausführungsbeispiel, das eine Möglichkeit zur Umsetzung der Erfindung und ihrer Abwandlungen darstellt, be­ zieht sich auf den Fall, in welchem der Gaskonzentrationssensor als Sauerstoffkonzentrationssensor verwendet wird zur Erfassung einer Sauerstoffkonzentration im Abgas einer in einem Fahrzeug vorgesehenen Brennkraftmaschine.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Luft-Brennstoffver­ hältniserfassungsvorrichtung, bei der das Verfahren zur Erfas­ sung einer Elemententemperatur des Sauerstoffkonzentrationssen­ sors verwendet wird. Die Luft-Brennstoffverhältniserfassungs-Vor­ richtung wird in einem elektronischen Mehrzylinder-Brenn­ stoffeinspritzsteuerungssystem einer Motorfahrzeug-Brennkraft­ maschine verwendet zur Erzielung eines gewünschten Luft-Brenn­ stoffverhältnisses durch Vergrößern oder Vermindern einer jedem der Vielzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine zugeführten Brennstoffeinspritzmenge auf der Basis der Erfassungsergebnisse der Luft-Brennstoffverhältniserfassungsvorrichtung. Ein Verfah­ ren zur Erfassung des Elementenwiderstands wird nachstehend be­ schrieben.

In Fig. 1 umfaßt die Luft-Brennstoffverhältniserfassungsvor­ richtung einen Luft-Brennstoffverhältnissensor (A/F-Sensor) 30 vom Strombegrenzungstyp als Sauerstoffkonzentrationssensor. Der A/F-Sensor 30 ist an einem Abgasweg 12 angeordnet, der mit der stromabliegenden Seite eines Abgaskrümmers 11 zum Sammeln des von den Zylindern (Zylinder #1 bis Zylinder #6) einer Brenn­ kraftmaschine 10 abgegebenen Abgases verbunden ist. Ein linea­ res Luft-Brennstoffverhältniserfassungssignal entsprechend der Sauerstoffkonzentration im Abgas wird mittels des A/F-Sensors 30 nach Anlegen (Einprägen) einer Spannung entsprechend Befehlen eines Mikrocomputers 20 erzeugt. Der Mikrocomputer 20 umfaßt eine Zentraleinheit CPU zur Durchführung unterschiedlicher Steuerungs- und Verarbeitungsabläufe, einen Nur-Lesespeicher ROM zur Speicherung eines Steuerungsprogramms, einen Schreib-/Lesespeicher RAM zum Speichern unterschiedlicher Daten, einen Sicherungs-Schreib-/Lesespeicher RAM (backup-RAM) und weitere bekannte Komponenten. Der Mikrocomputer 20 steuert eine Vorspannungssteuerungsschaltung 40 und eine Heizungssteuerungsschaltung 60 in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Steuerungsprogramm.

Ein Vorspannungsbefehlssignal V_r, das vorzugsweise ein digi­ tales Signal ist, zum Anlegen (Einprägen) einer Spannung an den A/F-Sensor 30 wird vom Mikrocomputer 20 einem D/A-Wandler 21 zugeführt und wird mittels des D/A-Wandlers 21 in ein analoges Signal V_a umgewandelt. Das erhaltenen Signal wird der Vorspannungssteuerungsschaltung 40 zugeführt. Durch die Vorspannungssteuerungsschaltung 40 wird an den A/F-Sensor 30 entweder eine Erfassungsspannung des Luft-Brenn­ stoffverhältnisses oder eine Erfassungsspannung des Elementenwiderstands angelegt.

Die Vorspannungssteuerungsschaltung 40 erfaßt mittels einer Stromerfassungsschaltung 50 einen Sensorstrom infolge des An­ legens der Spannung an den A/F-Sensor 30. Ein analoges Signal eines mittels der Stromerfassungsschaltung 50 erfaßten Strom­ werts wird dem Mikrocomputer 20 über einen A/D-Wandler 22 zuge­ führt. Der Betrieb einer Heizeinrichtung 31, die am A/F-Sensor angebracht ist, wird mittels der Heizungssteuerungsschaltung 60 gesteuert. Insbesondere wird in der Heizungssteuerungsschaltung 60 das Schaltverhältnis (Tastverhältnis) der von einer (in Fig. 1 nicht gezeigten) Batterie-Spannungsversorgung zugeführten elektrischen Leistung zur Heizeinrichtung 31 in Abhängigkeit von der Elemententemperatur und der Heizeinrichtungstemperatur des A/F-Sensors 30 gesteuert. Auf diese Weise wird der Hei­ zungsbetrieb der Heizeinrichtung 31 gesteuert.

Die Fig. 2A und 2B zeigen Signalzeitverläufe (Wellenformen) ei­ nes Sensorstroms (in mA) des A/F-Sensors 30, der mittels der in der Vorspannungssteuerungsschaltung 40 enthaltenen Stromer­ fassungsschaltung 50 in Abhängigkeit von der an den A/F-Sensor angelegten Spannung erfaßt wurde.

Während der Erfassung des Luft-Brennstoffverhältnisses vor dem Zeitpunkt t11 oder nach dem Zeitpunkt t12 bei 62 in Fig. 2A wird in Abhängigkeit vom Luft-Brennstoffverhältnis (A/F-Ver­ hältnis) zu diesem Zeitpunkt eine positive Zuführungs­ spannung V_pos zur Erfassung des Luft-Brennstoffverhältnisses an den A/F-Sensor 30 angelegt. Gemäß der Darstellung bei 64 in Fig. 2B wird das A/F-Verhältnis aus einem Sensorstrom I_pos erhalten, der mittels des A/F-Sensors 30 in Abhängigkeit von der Zuführungsspannung V_pos gebildet wird. Zum Zeitpunkt der Erfassung des Elementenwiderstands zwischen den Zeitpunkten t11 und t12 gemäß Fig. 2A wird eine negative Zuführungsspannung V_neg mit einer einzigen und vorbestimmten Zeitkonstante als vorbe­ stimmtes Frequenzsignal angelegt. Gemäß der Darstellung in Fig. 2B wird ein Sensorstrom I_neg ermittelt, der mittels des A/F-Sen­ sors 30 in Abgängigkeit von der Zuführungsspannung V_neg erzeugt wird. Durch Dividieren der Zuführungsspannung V_neg durch den Sensorstrom I_neg zu diesem Zeitpunkt wird ein Elementen­ widerstand ZDC erhalten (ZDC = V_neg/I_neg).

Die Wirkungsweise der Luft-Brennstoffverhältniserfassungsvor­ richtung mit dem vorstehend angegebenen Aufbau wird nachstehend beschrieben.

Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Steuerungsprogramms des Mikrocomputers 20. Das Steuerungspro­ gramm wird nach Zuführen einer elektrischen Leistung zum Mikro­ computer 20 aktiviert.

In Fig. 3 wird bei der Verarbeitung des Steuerungsprogramms in Schritt S100 bestimmt, ob eine vorbestimmte Zeitdauer T1 seit der vorherigen Luft-Brennstoffverhältniserfassung abgelaufen ist. Die vorbestimmte Zeitdauer T1 entspricht einem Luft-Brenn­ stoffverhältniserfassungszyklus. Ist die vorbestimmte Zeitdauer T1 seit der vorherigen Luft-Brennstoffverhältnis­ erfassung abgelaufen, dann geht der Steuerungsablauf des Programms zu Schritt S200 über. Ein mittels der Stromer­ fassungsschaltung 50 erfaßter Sensorstrom (Begrenzungsstrom) wird eingelesen und das Luft-Brennstoffverhältnis der Brenn­ kraftmaschine 10 entsprechend dem Sensorstrom zu diesem Zeitpunkt wird ermittelt unter Verwendung eines (nicht ge­ zeigten) Kennfelds, das zuvor im Nur-Lesespeicher (Festwert­ speicher) ROM gespeichert wurde.

Der Steuerungsablauf geht sodann zu Schritt S300 über und es wird bestimmt, ob eine vorbestimmte Zeitdauer T2 seit der vorherigen Elementenwiderstandserfassung abgelaufen ist. Die vorbestimmte Zeitdauer T2 entspricht dem Erfassungszyklus des Elementenwiderstands. Ist die Zeitdauer T2 noch nicht abge­ laufen, dann werden die Schritte S100 bis S300 wiederholt und das Luft-Brennstoffverhältnis am Ende jeder vorbestimmten Zeit­ dauer T1 wird ermittelt. Ist die Unterscheidungsbedingung des Schritts S300 erfüllt und ist die vorbestimmte Zeitdauer T2 seit der vorherigen Erfassung des Elementwiderstands abge­ laufen, dann geht der Steuerungsablauf zu Schritt S400 über. In Schritt S400 wird ein Elementenwiderstand-Erfassungsablauf ge­ mäß der vorstehenden Beschreibung durchgeführt. Danach kehrt der Steuerungsablauf zu Schritt S100 zurück und wird wieder­ holt.

Die Fig. 4A bis 4D zeigen Signalzeitverläufe und Zeitdiagramme zur Veranschaulichung unterschiedlicher Signalerfassungszeiten bezüglich der Abgaszeiten jedes Zylinders bei der Luft-Brenn­ stoffverhältniserfassungsvorrichtung, bei der das vorliegende Verfahren zur Erfassung des Sensorelementenwiderstands verwen­ det wird.

In Fig. 4A wird ein Zyklus t2 bei 66 in einem angemessenen Maschinendrehzahlbereich jedes Zylinders (Zylinder #1 bis Zylinder #6) der Brennkraftmaschine 10 gezeigt. Der Abgas­ zeitpunkt (Ausschubtakt) ist im vorliegenden Beispiel gezeigt, wenn die Drehzahl zum Zeitpunkt des Leerlaufs 700 l/min be­ trägt, obwohl ein tatsächliches A/F-Signal bei 68 in Fig. 4B bei dem stöchiometrischen Verhältnis in den Zylindern #2 bis #6 liegt und die Zeiten des Zylinders #1 erheblich in Richtung der fetten Seite (fettes Gemisch) abweichen. Im vorliegenden Bei­ spiel bei 70 in Fig. 4C stimmt der erste Elementenwiderstands­ zeitzyklus t1 mit den Zeiten des tatsächlichen A/F-Signals überein. Der Luft-Brennstoffverhältnissensor 30 kann somit das tatsächliche A/F-Signal des Zylinders #1 nicht erfassen, das erheblich in Richtung der fetten Seite abweicht, und infolge­ dessen, daß das A/F-Signal bei 72 in Fig. 4D bei dem stöchio­ metrischen Verhältnis liegt.

Wird der Zyklus (Zeitdauer) t1 der Zeiten zur Elementenwider­ standserfassung vorläufig auf einen Wert größer als der Zyklus t2, beispielsweise auf 180 ms oder größer gesetzt, d. h. be­ trägt die Drehzahl der Brennkraftmaschine 10 etwa 667 l/min oder mehr, dann stimmen die zweiten Erfassungszeiten des tat­ sächlichen A/F-Signals mit den Elementenwiderstandserfassungs­ zeiten überein. Das tatsächliche A/F-Signal des Zylinders #1 kann daher als ein A/F-Signal mittels des A/F-Sensors 30 erfaßt werden. Obwohl die Erfassungszeiten des tatsächlichen A/F-Sig­ nals mit den Elementenwiderstandserfassungszeiten überein­ stimmen, liegt danach zwischen beiden Zeiten keine konti­ nuierliche Übereinstimmung vor. Somit kann das A/F-Signal jedes der Vielzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine 10 genau er­ faßt werden. Wird die Elementenwiderstandserfassungszeit auf einen zu großen Wert gesetzt, dann tritt sehr einfach eine Änderung (Fluktuation) der Elemententemperatur auf, und die mit dem A/F-Signal verbundene Genauigkeit verschlechtert sich. Vorzugsweise soll daher der Zyklus derart eingestellt werden, daß die Luft-Brennstoffverhältnissteuerung jedes Zylinders verwirklicht werden kann und die Genauigkeit des A/F-Signals nicht verschlechtert wird.

Gemäß dem vorstehend angegebenen Verfahren zur Erfassung der Elemententemperatur wird das Stromsignal entsprechend dem Luft-Brenn­ stoffverhältnis bezüglich des erfaßten Brennstoffs in Ab­ hängigkeit von der angelegten Spannung erzeugt, wie es vorste­ hend beschrieben ist. Die Erfassung des Sensorelementenwider­ stands erfolgt daher in Abhängigkeit von der Stromänderung im Zusammenhang mit der Spannungsänderung und wird vorzugsweise während eines Zyklus (Zeitdauer) von 180 ms durchgeführt. Diese Durchführungszeit wird nicht zweimal oder öfter kontinuierlich mit den Abgaszeiten (Ausschubtakte) des spezifischen Zylinders synchronisiert, wenn die Maschinendrehzahl höher als 700 l/min ist. Daher kann das Luft-Brennstoffverhältnis kontinuierlich zu den Abgaszeiten des spezifischen Zylinders in einem angemesse­ nen Maschinendrehzahlbereich erfaßt werden. Somit kann das Luft-Brennstoffverhältnis jedes der Vielzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine 10 genau erfaßt werden und eine Luft-Brenn­ stoffverhältnissteuerung kann jeweils für die Zylinder durchgeführt werden.

Fig. 5 zeigt ein Zeitdiagramm (Signalzeitverlauf) bei der 74 zur Veranschaulichung eines Übergangszustands der Elementen­ temperatur des Luft-Brennstoffverhältnissensors 30 zum Zeit­ punkt des Anlassens (Kaltstart) der Brennkraftmaschine 10.

Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wurde als ein prakti­ kabler angemessener Maschinendrehzahlbereich der Brennkraftma­ schine 10 ein Wert von 700 l/min oder größer als Drehzahl wäh­ rend des Leerlaufs genommen. Befindet sich der Luft-Brenn­ stoffsensor 30 in einem inaktiven Zustand, wie beispielsweise während des Anlassens der Brennkraftmaschine 10 oder derglei­ chen, dann wird die Maximalelemententemperatur-Vergrößerungsfä­ higkeit der Heizeinrichtung 31 verwendet zum schnellen Ändern des inaktiven Zustands in Richtung des aktiven Zustands (bei­ spielsweise etwa 600°C oder höher), und der Betrieb wird zur Luft-Brennstoffverhältnissteuerung umgeschaltet. In diesem Fall wird gemäß Fig. 5 die Elemententemperatur des Luft-Brennstoff­ verhältnissensors 30 schnell während einer kurzen Zeitdauer (von beispielsweise 10 Sekunden) auf etwa 600°C vergrößert. Ist die Durchführungszeit für die Elemententemperaturerfassung lang, dann kann der Luft-Brennstoffverhältnissensor 30 die Elemententemperatur nicht in befriedigender Weise überwachen, so daß die Elemententemperatur zu hoch ansteigt oder die Leistung zur elektrischen Steuerung der Heizeinrichtung 31 kann dieser nicht in ausreichender Weise zugeführt werden. Als Folge hiervon kann der Luft-Brennstoffverhältnissensor 30 beschädigt werden.

Befindet sich der Luft-Brennstoffverhältnissensor 30 in einem inaktiven Zustand, dann ist es wünschenswert, daß die Durchfüh­ rungszeit der Elementenwiderstandserfassung auf einen Zyklus (von beispielsweise 90 ms) eingestellt wird, so daß die Elemen­ tentemperatur in korrekter Weise gesteuert werden kann. Es ist ferner wünschenswert, daß die Durchführungszeit der Elementen­ widerstandserfassung auf 180 ms oder länger geändert wird, wenn der Luft-Brennstoffverhältnissensor 30 den aktivierten Zustand annimmt.

Bei dem vorstehend angegebenen Verfahren zur Erfassung des Ele­ mentenwiderstands des Luft-Brennstoffverhältnissensors wird die Durchführungszeit der Elementenwiderstandserfassung in Abhän­ gigkeit vom aktiven Zustand des Luft-Brennstoffverhältnissen­ sors geändert. Ist somit die Elemententemperatur des Luft-Brenn­ stoffverhältnissensors niedrig und befindet sich der Luft-Brenn­ stoffverhältnissensor 30 zum Zeitpunkt des Anlassens der Brennkraftmaschine 10 im nichtaktivierten Zustand, dann kann selbstverständlich das Luft-Brennstoffverhältnis nicht genau ermittelt werden. Die Durchführungszeit der Elementenwider­ standserfassung wird daher derart eingestellt, daß sie oft auf­ tritt im Vergleich zum aktiven Zustand, und die am Luft-Brenn­ stoffverhältnissensor 30 angebrachte Heizeinrichtung 31 wird in der vorstehend beschriebenen Weise elektrisch gesteuert. Daher kann der aktive Zustand schnell erreicht werden, wobei die Ele­ mententemperatur des Luft-Brennstoffverhältnissensors genau überwacht wird. Steigt die Elemententemperatur des Luft-Brenn­ stoffverhältnissensors 30 an und wird der aktive Zustand erhal­ ten, dann wird wie vorstehend angegeben die Durchführungszeit der Elementenwiderstandserfassung des Luft-Brennstoffverhält­ nissensors 30 auf 180 ms oder größer geändert. Somit kann die mittels des Luft-Brennstoffverhältnissensors 30 durchgeführte Luft-Brennstoffverhältniserfassung kontinuierlich zweimal oder öfter bezüglich desselben Zylinders durchgeführt werden.

Obwohl das Verfahren zur Erfassung des Elementenwiderstands des Luft-Brennstoffverhältnisses 30 als Teil einer Luft-Brennstoff­ verhältniserfassungsvorrichtung in Verbindung mit dem vorste­ henden Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, kann dieses Ver­ fahren ebenfalls bei einer Brennkraftmaschine mit vier Zylin­ dern oder einer beliebigen Anzahl von Zylindern durchgeführt werden.

Obwohl bei der Brennkraftmaschine 10 zum Zeitpunkt des Leer­ laufs eine Drehzahl von 700 l/min angenommen wurde und der Ele­ mentenwiderstandserfassungszyklus nach der Aktivierung des Luft-Brennstoffverhältnissensors 30 auf 180 ms oder größer im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel eingestellt wurde, ist die vorliegende Erfindung auf diese Bedingungen nicht be­ schränkt. Der Erfassungszyklus wird in Abhängigkeit von der Drehzahl zum Zeitpunkt des Leerlaufs der Brennkraftmaschine voreingestellt. Beträgt beispielsweise die Drehzahl zum Zeit­ punkt des Leerlaufs 500 l/min, dann ist es ausreichend, den Elementenwiderstandserfassungszyklus auf 260 ms oder größer einzustellen.

Ferner kann die vorliegende Erfindung in der gleichen Weise wie im Fall des Gas- oder Sauerstoffkonzentrationssensors als Steuerungsverfahren zur Steuerung anderer Sensoren verwendet werden, die zur Erfassung der Konzentration von Gasen wie NOx, Kohlenwasserstoffe, CO und dergleichen ausgelegt sind.

Das vorstehende Verfahren betrifft somit die Erfassung eines Luft-Brennstoffverhältnisses in jedem Zylinder einer Brenn­ kraftmaschine 10 durch angemessenes Einstellen eines Zyklus zur Erfassung eines Elementenwiderstands eines Luft-Brennstoff­ verhältniskonzentrationssensors 30. Obwohl ein vorliegendes Luft-Brennstoffverhältnissignal in einem angemessenen Maschi­ nendrehzahlbereich in jedem Zylinder zum Abgaszyklus t2 beim stöchiometrischen Verhältnis liegt, weicht das Verhältnis des Zylinders #1 erheblich von der fetten Seite ab. Der erste Er­ fassungszyklus t1 der Elementenwiderstandserfassung stimmt mit einer Erzeugungszeit eines tatsächlichen Luft-Brennstoffver­ hältnissignals überein, so daß das Luft-Brennstoffverhältnis­ signal nicht erfaßt werden kann. Wird der Zyklus t1 zur Ele­ mentenwiderstandserfassung derart voreingestellt, daß er länger als der Abgaszyklus t2 ist, dann stimmt die zweite Erfassungs­ zeit für das tatsächliche Luft-Brennstoffverhältnissignal des Zylinders #1 nicht mit der Elementenwiderstandserfassungszeit überein. Folglich kann das tatsächliche Luft-Brennstoffver­ hältnissignal des Zylinders #1 als ein Luft-Brennstoffsignal des Luft-Brennstoffverhältnissensors 30 erfaßt werden.

Claims (18)

1. Verfahren zur Erfassung eines Elementenwiderstands eines Gaskonzentrationssensors (30) zur Erzeugung eines Stromsignals proportional zu einer erfaßten Gaskonzentration, mit den Schritten:
Erfassen einer Gaskonzentration mittels eines Sensors (30) während eines Gaserfassungszyklus (t2),
selektives Ändern einer dem Sensor (30) zugeführten Span­ nung während eines Sensorwiderstandserfassungszyklus (t2),
Erfassen einer Stromänderung im Sensor (30) infolge des Schritts des selektiven Änderns einer Spannung,
Erfassen eines Widerstands des Sensors (30) auf der Basis des Schritts des Erfassens einer Stromänderung, und
Steuern der Zeiten der Schritte des Erfassens einer Gas­ konzentration und des selektiven Änderns einer Spannung derart, daß der Schritt des selektiven Änderns einer Spannung asynchron zum Schritt des Erfassens eines Gases erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt des selek­ tiven Aufheizens des Sensors (30) zur Aufrechterhaltung des Sensors (30) bei einer vorbestimmten Aktivierungszustandbe­ triebstemperatur.

3. Verfahren nach Anspruch 2, ferner mit den Schritten:
Überwachen der Temperatur des Sensors (30) zur Bestimmung, ob sich die Sensortemperatur bei der vorbestimmten Aktivie­ rungszustandbetriebstemperatur befindet, und
Vergrößern der Häufigkeit des Elementenwiderstandserfas­ sungszyklus (t1) während des Schritts des Aufheizens, wenn die Sensortemperatur unterhalb der Aktivierungszustandbetriebs­ temperatur liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit den Schritten:
Aufheizen des Sensors (30), wenn sich der Sensor (30) in einem inaktiven Zustand befindet, um den Sensor zur Aktivie­ rungszustandtemperatur zu bringen, und
Vergrößern des Elementenwiderstandserfassungszyklus wäh­ rend des Schritts des Aufheizens des Sensors zur Bereitstellung einer genauen Überwachung des Elementenwiderstands, bis der Sensor (30) den aktivierten Zustand erreicht.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Erfassens einer Konzentration eines zu erfassenden Gases während eines Gaserfassungszyklusses den Schritt des Erfassens einer Konzen­ tration des Sauerstoffs während eines Abgaszyklus einer Mehrzylinder-Fahrzeugbrennkraftmaschine (10) umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Änderns ei­ ner dem Sensor (30) zugeführten Spannung während eines Sensor­ widerstandserfassungszyklus den Schritt des Änderns der Spannung von einer während des Gaserfassungszyklus angelegten positiven Spannung (V_pos) zu einer negativen Spannung (V_neg) umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt des Ein­ stellens des Gaserfassungszyklus (t2) auf einen kürzeren Wert als den des Sensorwiderstandserfassungszyklus (t1), so daß der Gaserfassungszyklus während jedes Auftretens des Sensorwider­ standserfassungszyklus mehrfach wiederholt wird.

8. Verfahren zur Steuerung eines Gaskonzentrationssensors (30) zur Erzeugung eines Stromsignals proportional zu einer Gaskonzentration im Abgas einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine (10), mit den Schritten:
Erfassen einer Gaskonzentration mittels eines Sensors (30) in einem erfaßten Abgas während eines Abgaszyklus (t2) jedes Zylinders der Mehrzylinder-Brennkraftmaschine (10),
selektives Ändern einer an den Sensor (30) angelegten Spannung während eines Sensorwiderstanderfassungszyklus (t1),
Erfassen einer Stromänderung im Sensor (30) infolge des Schritts des selektiven Änderns einer Spannung,
Erfassen des Widerstands des Sensors (30) auf der Basis des Schritts des Erfassens einer Stromänderung, und
Steuern der Zeiten dem Schritte des Erfassens einer Gaskonzentration und des selektiven Änderns der Spannung der­ art, daß der Sensorwiderstandserfassungszyklus höchstens einmal mit dem Abgaszyklus eines spezifischen Zylinders während eines Maschinenzündzyklus der Mehrzylinder-Brennkraftmaschine (10) synchronisiert ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Erfassens einer Gaskonzentration die folgenden Schritte umfaßt:
Erfassen einer Stromänderung im Sensor (30), und
Abbilden des Stromwerts auf einen Gaskonzentrationspegel in Abhängigkeit von vorbestimmten Parametern.

10. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt des se­ lektiven Aufheizens des Sensors (30) zur Aufrechterhaltung des Sensors bei einer vorbestimmten Aktivierungszustandbetriebstem­ peratur.

11. Verfahren nach Anspruch 10, ferner mit den Schritten:
Überwachen der Temperatur des Sensors (30) zur Bestimmung, ob sich die Sensortemperatur bei der vorbestimmten Akti­ vierungszustandbetriebstemperatur befindet, und
Vergrößern der Häufigkeit des Elementenwiderstandserfas­ sungszyklus und des Schritts des Aufheizens, wenn sich die Sensortemperatur unterhalb der Aktivierungszustandbetriebstem­ peratur befindet.

12. Gaskonzentrationssensor; mit
einem in unmittelbarer Nachbarschaft zu einer Gaszuführung (12) angeordneten Sensorelement (30) zur Erzeugung eines Stroms proportional zu einer erfaßten Gaskonzentration,
einer in Nachbarschaft zu dem Sensorelement (30) angeordne­ ten Heizeinrichtung (31) zum Aufheizen des Sensorelements (30), und
einer Steuerungseinrichtung (20) zum selektiven Steuern des Betriebs des Sensorelements (30) und der Heizeinrichtung (31), wobei
die Steuerungseinrichtung (20) das Sensorelement (30) ak­ tiviert zur Erzeugung eines Stromsignals während eines Gaser­ fassungszyklus (t2) in Abhängigkeit von vorbestimmten Bedin­ gungen, und die Steuerungseinrichtung (20) ferner die Heizein­ richtung (31) aktiviert zum Aufheizen des Sensorelements (30) auf eine vorbestimmte Aktivierungszustandtemperatur zum Sicher­ stellen eines Betriebs des Sensorelements (30),
die Steuerungseinrichtung (20) selektiv eine dem Sensor­ element (30) während eines Sensorelementenwiderstands-Erfas­ sungszyklus zugeführte Spannung ändert und eine resultierende Stromänderung im Sensorelement erfaßt zur Erfassung eines ent­ sprechenden Sensorelementenwiderstands, und
die Steuerungseinrichtung (20) die Zeiten des Gaserfas­ sungszyklus (t2) und des Sensorelementenwiderstand-Erfas­ sungszyklus (t1) derart steuert, daß der Gaserfassungszyklus (t2) und der Sensorelementenwiderstand-Erfassungszyklus (t1) in nicht synchronisierter Weise auftreten.

13. Sensor nach Anspruch 12, wobei die Steuerungseinrichtung (20) die Heizeinrichtung (31) bei einer maximalen Aufheizungs­ betriebsart aktiviert, wenn sich das Sensorelement (30) in einem inaktiven Zustand befindet, so daß das Sensorelement (30) den aktivierten Zustand erreicht.

14. Sensor nach Anspruch 13, wobei die Steuerungseinrichtung (20) die Häufigkeit des Sensorelementenwiderstand-Erfassungs­ zyklus (t1) vergrößert, wenn die Heizeinrichtung (31) auf das Maximum eingestellt ist zur Überwachung des Betriebs der Heiz­ einrichtung (31), und zum Rückführen der Heizeinrichtung (31) auf eine normale Aufheizungsbetriebsart, wenn das Sensorelement (30) einen Aktivierungszustand erreicht.

15. Sensor nach Anspruch 12, wobei das Sensorelement (30) be­ trieben wird zur Erfassung einer Sauerstoffkonzentration wäh­ rend eines Abgaszyklus einer Mehrzylinder-Fahrzeugbrenn­ kraftmaschine (10).

16. Sensor nach Anspruch 13, wobei die Steuerungseinrichtung (20) den Gaserfassungszyklus (t2) kürzer als den Sensorele­ mentenwiderstands-Erfassungszyklus (t1) einstellt, so daß der Gaserfassungszyklus (t2) während jedes Auftretens des Sensor­ elementenwiderstands-Erfassungszyklus (t1) mehrfach wiederholt wird.

17. Sensor nach Anspruch 13, wobei die Steuerungseinrichtung (20) ein Sauerstoff/Gas-Konzentrationskennfeld aufweist, das es der Steuerungseinrichtung (20) ermöglicht, auf der Basis des mittels des Sensorelements (30) erzeugten Stroms ein Sauer­ stoff/Gas-Verhältnis zu bestimmen.

18. Sensor nach Anspruch 13, wobei das Sensorelement (30) einen der erfaßten Gaskonzentration eines der Gase NOx, Kohlenwasserstoffe und CO proportionalen Strom erzeugt.