DE19818332B4 - Verfahren zur Erfassung eines Elementenwiderstands eines Gaskonzentrationssensors - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Erfassung eines Elementenwiderstands eines Gaskonzentrationssensors (30) zur Erzeugung eines Stromsignals proportional zu einer erfaßten Gaskonzentration im Abgas einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, mit den Schritten:
Erfassen einer Gaskonzentration mittels eines Sensors (30) während eines Gaserfassungszyklusses (t2),
selektives Ändern einer dem Sensor (30) zugeführten Spannung während eines Sensorwiderstandserfassungszyklusses (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,
Steuern der Zeiten der Schritte des Erfassens einer Gaskonzentration und des selektiven Änderns einer Spannung derart, daß der Schritt des selektiven Änderns einer Spannung asynchron zum Schritt des Erfassens eines Gases erfolgt, und derart, daß der
Sensorwiderstandserfassungszyklus höchstens ein Mal mit dem Abgaszyklus eines spezifischen Zylinders während eines Maschinenzündzyklusses in der Mehrzylinder-Brennkraftmaschine synchronisiert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung eines Elementenwiderstands 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 Aufrechterhaltung eines Magerverbrennungszustands der Brennkraftmaschine. Bezüglich dieser Anforderungen wurde ein linearer Luft-Brennstoffverhältnissensor 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 Aufrecherhaltung der Erfassungsgenauigkeit des Sensors zu halten. Dies wird insbesondere durch eine elektrische Steuerung einer Heizeinrichtung erreicht, die zur Aufheizung eines Sensorelements des Luft-Brennstoffverhältnissensors am Luft-Brennstoffverhältnissensor angebracht ist, so daß der aktive Zustand aufrecht erhalten werden kann.
  • Zur elektrischen Steuerung der Heizeinrichtung wird auf bekannte Weise die Temperatur des Sensorelements erfaßt und es wird ein rückgekoppeltes Steuerungsverfahren (Regelungsverfahren) 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 Temperatursensor verteuert jedoch in erheblichem Umfang den Luft-Brennstoffverhältnissensor. 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 Temperatur des Sensorelements ermittelt.
  • Die Zeiten zur Erfassung des Elementenwiderstands unterliegen einem vorbestimmten Zyklus. Entspricht der Zyklus kontinuierlich einem Zyklus der Luft-Brennstoffverhältniserfassung eines speziellen Zylinders einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit einer angemessenen Maschinendrehzahl, dann kann eine Veränderung (Fluktuation) im Ausgangssignal entsprechend dem Luft-Brennstoffverhältnis in einem Übergangszustand zum Zeitpunkt einer Verbrennung in dem speziellen Zylinder nicht ermittelt werden.
  • Die Druckschrift US 5 405 521 offenbart eine Sauerstoffkonzentrationsmesseinrichtung, bei der die Zeitdauer, während der eine Messung der Sauerstoffkonzentration nicht durchgeführt wird erheblich verkürzt wird. Mittels einer an den Sauerstoffsensor angelegten Spannung wird ein Strom durch den Sauerstoffsensor erfasst und es wird ferner die Temperatur des Sauerstoffsensors auf der Basis des erfassten Stroms bestimmt. Die Messung der Sauerstoffkonzentration erfolgt auf der Basis der gemessenen Temperatur. Hierbei wird die Sauerstoffkonzentration nach einer vorbestimmten Zeitdauer seit der Erfassung des Sensorwiderstands erfasst, da die Sauerstoffkonzentration nicht während und unmittelbar nach der Erfassung des Sensorwiderstands erfasst werden kann.
  • Die Druckschrift US 4 543 176 offenbart eine Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrichtung in Verbindung mit einer Temperatursteuerung, wobei der Sauerstoffsensor von einem zu testenden Gas und einem Bezugsgas beaufschlagt wird und wobei eine benachbart zu dem Sauerstoffsensor angeordnete Heizeinrichtung den Sauerstoffsensor auf einen Aktivierungstemperaturbereich aufheizt. Während einer ersten Zeitdauer wird eine erste negative Vorspannung angelegt und während einer zweiten Zeitdauer wird eine zweite positive Vorspannung an den Sauerstoffsensor angelegt. Die Erfassung der Sauerstoffkonzentration erfolgt in der ersten Zeitdauer mittels des durch den Sauerstoffsensor fließenden Stroms, während der elektrische Widerstand des Sensors in der zweiten Zeitdauer erfasst wird. Der Sensorwiderstand wird somit während einer kurzen Zeitdauer zur Aufrechterhaltung der Sensortemperatur in einem vorbestimmten Bereich erfasst.
  • Die Druckschrift US 4 626 338 betrifft eine Einrichtung zur Erfassung einer Sauerstoffkonzentration, bei der der Sauerstoffsensor mittels einer Heizeinrichtung aufgeheizt wird. Entsprechend einer angelegten Spannung erfolgt eine Messung des Stroms durch den Sauerstoffsensor und es wird der innere Widerstand des Sensorelements erfasst. Dabei erfolgt eine Steuerung der angelegten Spannung und der Messung des durch den Sensor fließenden Stroms entsprechend einem Sensor vom Strombegrenzungstyp in Abhängigkeit von dem erfassten inneren Widerstand des Sensorelements.
  • Die Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erfassung eines Elementenwiderstands eines Sauerstoffkonzentrationssensors sowie ein Verfahren zu dessen Steuerung und einen Sauerstoffkonzentrationssensor der eingangs genannten Art derart auszugestalten, dass bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine die Zeiten zur jeweiligen Erfassung des Sensorelementenwiderstands und der Gaskonzentration im Abgas genau bestimmt werden können.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bezüglich eines Verfahrens zur Erfassung eines Elementenwiderstands eines Gaskonzentrationssensors gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Ferner wird diese Aufgabe bezüglich eines Verfahrens zur Steuerung des Sauerstoffkonzentrationssensors gemäß den Merkmalen des Patentanspruch 6 gelöst. Des weiteren wird diese Aufgabe bezüglich des Gaskonzentrationssensors mit den im Patentanspruch 10 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Sauerstoffkonzentration kontinuierlich zum Abgaszeitpunkt in einem spezifischen Zylinder bei einer angemessenen Maschinendrehzahl der Brennkraftmaschine erfaßt werden. Somit kann die Gaskonzentration für jeden der Vielzahl der Zylinder der Brennkraft tration für jeden der Vielzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine genau ermittelt und es kann eine Luft-Brennstoffverhältnissteuerung für sämtliche Zylinder durchgeführt werden.
  • Ferner kann die Gaskonzentration insbesondere dann nicht genau ermittelt werden, wenn die Elemententemperatur des Gaskonzentrationssensors niedrig ist und sich der Gaskonzentrationssensor in einem inaktiven Zustand befindet. Das erfindungsgemäße Verfahren löst diese Probleme des Standes der Technik durch ändern der Ausführungszeiten der Elementenwiderstandserfassung in einem Verhältnis, das schneller als das Verhältnis in einem aktiven Zustand ist. Der elektrischen Steuerung einer am Gaskonzentrationssensor angebrachten Heizeinrichtung wird hierbei der Vorzug gegeben. Daher kann ein aktiver Zustand schnell erhalten werden, wobei die Elemententemperatur des Gaskonzentrationssensors genau überwacht wird.
  • In den jeweiligen Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer Luft-Brennstoffverhältniserfassungsvorrichtung, bei der das Verfahren zur Erfassung eines Elementenwiderstands eines Luft-Brennstoffverhältnissensors verwendet wird,
  • 2A und 2B eine graphische Darstellung von Signalzeitläufen zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen einer an den Luft-Brennstoffverhältnissensor angelegten Spannung und einem Sensorstrom gemäß 1,
  • 3 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Steuerungsprogramms in einem Mikrocomputer zur Verwendung im Verfahren zur Erfassung des Elementenwiderstands des Luft-Brennstoffverhältnissensors,
  • 4A bis 4D Zeitdiagramme und Signalzeitverläufe zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Luft-Srennstoffverhältniserfassungsvorrichtung, bei der das Verfahren zur Erfassung des Elementenwiderstands des Luft-Brennstoffverhäitnissensors verwendet wird, und
  • 5 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines Übergangszustands der Elemententemperatur im Luft-Brennstoffverhältnissensor der Luft-Brennstoffverhältnissensorerfassungsvorrichtung, bei der das Verfahren der Erfassung der Elemententemperatur des Luft-Brennstoffverhältnissensors verwendet wird.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
  • Das vorliegende Ausführungsbeispiel, das eine Möglichkeit zur Umsetzung der Erfindung und ihrer Abwandlungen darstellt, bezieht sich auf den Fall, in welchem der Gaskonzentrationssensor als Sauerstoffkonzentrationssensor verwendet wird zur Erfassung einer Sauerstoffkonzentration im Abgas einer in einem Fahrzeug vorgesehenen Brennkraftmaschine.
  • 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Luft-Brennstoffverhältniserfassungsvorrichtung, bei der das Verfahren zur Erfassung einer Elemententemperatur des Sauerstoffkonzentrationssensors verwendet wird. Die Luft-Brennstoffverhältniserfassungsvorrichtung wird in einem elektronischen Mehrzylinder-Brennstoffeinspritzsteuerungssystem einer Motorfahrzeug-Brennkraftmaschine verwendet zur Erzielung eines gewünschten Luft-Brennstoffverhältnisses durch Vergrößern oder Vermindern einer jedem der Vielzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine zugeführten Brennstoffeinspritzmenge auf der Basis der Erfassungsergebnisse der Luft-Brennstoffverhältniserfassungsvorrichtung. Ein Verfahren zur Erfassung des Elementenwiderstands wird nachstehend beschrieben.
  • In 1 umfaßt die Luft-Brennstoffverhältniserfassungsvorrichtung 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 Brennkraftmaschine 10 abgegebenen Abgases verbunden ist. Ein lineares 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/Lese-speicher 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 Vr, das vorzugsweise ein digitales 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 Va 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-Brennstoffverhältnisses oder eine Erfassungsspannung des Elementenwiderstands angelegt.
  • Die Vorspannungssteuerungsschaltung 40 erfaßt mittels einer Stromerfassungsschaltung 50 einen Sensorstrom infolge des Anlegens 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 zugeführt. 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 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 Heizungsbetrieb der Heizeinrichtung 31 gesteuert.
  • Die 2A und 2B zeigen Signalzeitverläufe (Wellenformen) eines Sensorstroms (in mA) des A/F-Sensors 30, der mittels der in der Vorspannungssteuerungsschaltung 40 enthaltenen Stromerfassungsschaltung 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 2A wird in Abhängigkeit vom Luft-Brennstoffverhältnis (A/F-Verhältnis) zu diesem Zeitpunkt eine positive Zuführungsspannung Vpos zur Erfassung des Luft-Brennstoffverhältnisses an den A/F-Sensor 30 angelegt. Gemäß der Darstellung bei 64 in 2B wird das A/F-Verhältnis aus einem Sensorstrom Ipos erhalten, der mittels des A/F-Sensors 30 in Abhängigkeit von der Zuführungsspannung VPos gebildet wird. Zum Zeitpunkt der Erfassung des Elementenwiderstands zwischen den Zeitpunkten t11 und t12 gemäß 2A wird eine negative Zuführungsspannung Vneg mit einer einzigen und vorbestimmten Zeitkonstante als vorbestimmtes Frequenzsignal angelegt. Gemäß der Darstellung in 2B wird ein Sensorstrom Ineg ermittelt, der mittels des A/F-Sensors 30 in Abgängigkeit von der Zuführungsspannung Vneg erzeugt wird. Durch Dividieren der Zuführungsspannung Vneg durch den Sensorstrom Ineg zu diesem Zeitpunkt wird ein Elementenwiderstand ZDC erhalten (ZDC = Vneg/Ineg).
  • Die Wirkungsweise der Luft-Brennstoffverhältniserfassungsvorrichtung mit dem vorstehend angegebenen Aufbau wird nachstehend beschrieben.
  • 3 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Steuerungsprogramms des Mikrocomputers 20. Das Steuerungsprogramm wird nach Zuführen einer elektrischen Leistung zum Mikrocomputer 20 aktiviert.
  • In 3 wird bei der Verarbeitung des Steuerungsprogramms in Schritt 5100 bestimmt, ob eine vorbestimmte Zeitdauer T1 seit der vorherigen Luft-Brennstoffverhältniserfassung abgelaufen ist. Die vorbestimmte Zeitdauer T1 entspricht einem Luft-Brennstoffverhältniserfassungszyklus. Ist die vorbestimmte Zeitdauer T1 seit der vorherigen Luft-Brennstoffverhältniserfassung abgelaufen, dann geht der Steuerungsablauf des Programms zu Schritt S200 über. Ein mittels der Stromerfassungsschaltung 50 erfaßter Sensorstrom (Begrenzungsstrom) wird eingelesen und das Luft-Brennstoffverhältnis der Brennkraftmaschine 10 entsprechend dem Sensorstrom zu diesem Zeitpunkt wird ermittelt unter Verwendung eines (nicht gezeigten) Kennfelds, das zuvor im Nur-Lesespeicher (Festwertspeicher) ROM gespeichert wurde.
  • Der Steuerungsablauf geht sodann zu Schritt 5300 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 abgelaufen, dann werden die Schritte 5100 bis 5300 wiederholt und das Luft-Brennstoffverhältnis am Ende jeder vorbestimmten Zeitdauer T1 wird ermittelt. Ist die Unterscheidungsbedingung des Schritts 5300 erfüllt und ist die vorbestimmte Zeitdauer T2 seit der vorherigen Erfassung des Elementwiderstands abgelaufen, dann geht der Steuerungsablauf zu Schritt 5400 über. In Schritt 5400 wird ein Elementenwiderstand-Erfassungsablauf gemäß der vorstehenden Beschreibung durchgeführt. Danach kehrt der Steuerungsablauf zu Schritt 5100 zurück und wird wiederholt.
  • Die 4A bis 4D zeigen Signalzeitverläufe und Zeitdiagramme zur Veranschaulichung unterschiedlicher Signalerfassungszeiten bezüglich der Abgaszeiten jedes Zylinders bei der Luft-Brennstoffverhältniserfassungsvorrichtung, bei der das vorliegende Verfahren zur Erfassung des Sensorelementenwiderstands verwendet wird.
  • In 4A wird ein Zyklus t2 bei 66 in einem angemessenen Maschinendrehzahlbereich jedes Zylinders (Zylinder # 1 bis Zylinder # 6) der Brennkraftmaschine 10 gezeigt. Der Abgaszeitpunkt (Ausschubtakt) ist im vorliegenden Beispiel gezeigt, wenn die Drehzahl zum Zeitpunkt des Leerlaufs 700 1/min beträgt, obwohl ein tatsächliches A/F-Signal bei 68 in 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 Beispiel bei 70 in 4C stimmt der erste Elementenwiderstandszeitzyklus 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 infolgedessen, daß das A/F-Signal bei 72 in 4D bei dem stöchiometrischen Verhältnis liegt.
  • Wird der Zyklus (Zeitdauer) t1 der Zeiten zur Elementenwiderstandserfassung vorläufig auf einen Wert größer als der Zyklus t2, beispielsweise auf 180 ms oder größer gesetzt, d. h. beträgt die Drehzahl der Brennkraftmaschine 10 etwa 667 1/min oder mehr, dann stimmen die zweiten Erfassungszeiten des tatsächlichen A/F-Signals mit den Elementenwiderstandserfassungszeiten 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-Signals mit den Elementenwiderstandserfassungszeiten überein stimmen, liegt danach zwischen beiden Zeiten keine kontinuierliche Übereinstimmung vor. Somit kann das A/F-Signal jedes der Vielzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine 10 genau erfaßt 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-Brennstoffverhältnis bezüglich des erfaßten Brennstoffs in Abhängigkeit von der angelegten Spannung erzeugt, wie es vorstehend beschrieben ist. Die Erfassung des Sensorelementenwiderstands 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 1/min ist. Daher kann das Luft-Brennstoffverhältnis kontinuierlich zu den Abgaszeiten des spezifischen Zylinders in einem angemessenen Maschinendrehzahlbereich erfaßt werden. Somit kann das Luft-Brennstoffverhältnis jedes der Vielzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine 10 genau erfaßt werden und eine Luft-Brennstoffverhältnissteuerung kann jeweils für die Zylinder durchgeführt werden.
  • 5 zeigt ein Zeitdiagramm (Signalzeitverlauf) bei der 74 zur Veranschaulichung eines Übergangszustands der Elemententemperatur des Luft-Brennstoffverhältnissensors 30 zum Zeitpunkt des Anlassens (Kaltstart) der Brennkraftmaschine 10.
  • Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wurde als ein praktikabler angemessener Maschinendrehzahlbereich der Brennkraftmaschine 10 ein Wert von 700 1/min oder größer als Drehzahl während des Leerlaufs genommen. Befindet sich der Luft-Brennstoffsensor 30 in einem inaktiven Zustand, wie beispielsweise während des Anlassens der Brennkraftmaschine 10 oder dergleichen, dann wird die Maximalelemententemperatur-Vergrößerungsfähigkeit der Heizeinrichtung 31 verwendet zum schnellen Ändern des inaktiven Zustands in Richtung des aktiven Zustands (beispielsweise etwa 600°C oder höher), und der Betrieb wird zur Luft-Brennstoffverhältnissteuerung umgeschaltet. In diesem Fall wird gemäß 5 die Elemententemperatur des Luft-Brennstoffverhältnissensors 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 Durchführungszeit der Elementenwiderstandserfassung auf einen Zyklus (von beispielsweise 90 ms) eingestellt wird, so daß die Elemententemperatur in korrekter Weise gesteuert werden kann. Es ist ferner wünschenswert, daß die Durchführungszeit der Elementenwiderstandserfassung auf 180 ms oder länger geändert wird, wenn der Luft-Brennstoffverhältnissensor 30 den aktivierten Zustand annimmt.
  • Bei dem vorstehend angegebenen Verfahren zur Erfassung des Elementenwiderstands des Luft-Brennstoffverhältnissensors wird die Durchführungszeit der Elementenwiderstandserfassung in Abhängigkeit vom aktiven Zustand des Luft-Brennstoffverhältnissen sors geändert. Ist somit die Elemententemperatur des Luft-Brennstoffverhältnissensors niedrig und befindet sich der Luft-Brennstoffverhältnissensor 30 zum Zeitpunkt des Anlassens der Brennkraftmaschine 10 im nichtaktivierten Zustand, dann kann selbstverständlich das Luft-Brennstoffverhältnis nicht genau ermittelt werden. Die Durchführungszeit der Elementenwiderstandserfassung wird daher derart eingestellt, daß sie oft auftritt im Vergleich zum aktiven Zustand, und die am Luft-Brennstoffverhältnissensor 30 angebrachte Heizeinrichtung 31 wird in der vorstehend beschriebenen Weise elektrisch gesteuert. Daher kann der aktive Zustand schnell erreicht werden, wobei die Elemententemperatur des Luft-Brennstoffverhältnissensors genau überwacht wird. Steigt die Elemententemperatur des Luft-Brennstoffverhältnissensors 30 an und wird der aktive Zustand erhalten, dann wird wie vorstehend angegeben die Durchführungszeit der Elementenwiderstandserfassung des Luft-Brennstoffverhältnissensors 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-Brennstoffverhältniserfassungsvorrichtung in Verbindung mit dem vorstehenden Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, kann dieses Verfahren ebenfalls bei einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern oder einer beliebigen Anzahl von Zylindern durchgeführt werden.
  • Obwohl bei der Brennkraftmaschine 10 zum Zeitpunkt des Leerlaufs eine Drehzahl von 700 1/min angenommen wurde und der Elementenwiderstandserfassungszyklus 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 beschränkt. Der Erfassungszyklus wird in Abhängigkeit von der Drehzahl zum Zeitpunkt des Leerlaufs der Brennkraftmaschine voreingestellt. Beträgt beispielsweise die Drehzahl zum Zeitpunkt des Leerlaufs 500 1/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 Brennkraftmaschine 10 durch angemessenes Einstellen eines Zyklus zur Erfassung eines Elementenwiderstands eines Luft-Brennstoffverhältniskonzentrationssensors 30. Obwohl ein vorliegendes Luft-Brennstoffverhältnissignal in einem angemessenen Maschinendrehzahlbereich in jedem Zylinder zum Abgaszyklus t2 beim stöchiometrischen Verhältnis liegt, weicht das Verhältnis des Zylinders #1 erheblich von der fetten Seite ab. Der erste Erfassungszyklus t1 der Elementenwiderstandserfassung stimmt mit einer Erzeugungszeit eines tatsächlichen Luft-Brennstoffverhältnissignals überein, so daß das Luft-Brennstoffverhältnissignal nicht erfaßt werden kann. Wird der Zyklus t1 zur Elementenwiderstandserfassung derart voreingestellt, daß er länger als der Abgaszyklus t2 ist, dann stimmt die zweite Erfassungszeit für das tatsächliche Luft-Brennstoffverhältnissignal des Zylinders #1 nicht mit der Elementenwiderstandserfassungszeit überein. Folglich kann das tatsächliche Luft=Brennstoffverhältnissignal des Zylinders #1 als ein Luft-Brennstoffsignal des Luft-Brennstoffverhältnissensors 30 erfaßt werden.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Erfassung eines Elementenwiderstands eines Gaskonzentrationssensors (30) zur Erzeugung eines Stromsignals proportional zu einer erfaßten Gaskonzentration im Abgas einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, mit den Schritten: Erfassen einer Gaskonzentration mittels eines Sensors (30) während eines Gaserfassungszyklusses (t2), selektives Ändern einer dem Sensor (30) zugeführten Spannung während eines Sensorwiderstandserfassungszyklusses (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, Steuern der Zeiten der Schritte des Erfassens einer Gaskonzentration und des selektiven Änderns einer Spannung derart, daß der Schritt des selektiven Änderns einer Spannung asynchron zum Schritt des Erfassens eines Gases erfolgt, und derart, daß der Sensorwiderstandserfassungszyklus höchstens ein Mal mit dem Abgaszyklus eines spezifischen Zylinders während eines Maschinenzündzyklusses in der Mehrzylinder-Brennkraftmaschine synchronisiert wird.
  2. 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 Aktivierungszustandtemperatur zu bringen, und Vergrößern des Elementenwiderstandserfassungszyklusses wäh-rend des Schritts des Aufheizens des Sensors zur Bereitstellung einer genauen Überwachung des Elementenwiderstands, bis der Sensor (30) den aktivierten Zustand erreicht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Erfassens einer Konzentration eines zu erfassenden Gases während eines Gaserfassungszyklusses den Schritt des Erfassens einer Konzentration des Sauerstoffs während eines Abgaszyklusses einer Mehrzylinder-Fahrzeugbrennkraftmaschine (10) umfaßt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Änderns einer dem Sensor (30) zugeführten Spannung während eines Sensorwiderstandserfassungszyklusses den Schritt des Änderns der Spannung von einer während des Gaserfassungszyklusses angelegten positiven Spannung (Vpos) zu einer negativen Spannung (Vneg) umfaßt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt des Einstellens des Gaserfassungszyklusses (t2) auf einen kürzeren Wert als den des Sensorwiderstandserfassungszyklusses (t1), so daß der Gaserfassungszyklus während jedes Auftretens des Sensorwiderstandserfassungszyklusses mehrfach wiederholt wird.
  6. 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 Abgaszyklusses (t2) jedes Zylinders der Mehrzylinder-Brennkraftmaschine (10), selektives Ändern einer an den Sensor (30) angelegten Spannung während eines Sensorwiderstanderfassungszyklusses (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 der Schritte des Erfassens einer Gaskonzentration und des selektiven Änderns der Spannung derart, daß der Sensorwiderstandserfassungszyklus höchstens einmal mit dem Abgaszyklus eines spezifischen Zylinders während eines Maschinenzündzyklusses in der Mehrzylinder-Brennkraftmaschine (10) synchronisiert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, 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.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt des selektiven Aufheizens des Sensors (30) zur Aufrechterhaltung des Sensors bei einer vorbestimmten Aktivierungszustandbetriebstemperatur.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, ferner mit den Schritten: Überwachen des erfaßten Widerstands des Sensors (30) zur Bestimmung, ob sich die Sensortemperatur bei der vorbestimmten Aktivierungszustandbetriebstemperatur befindet, und Vergrößern der Häufigkeit des Elementenwiderstandserfassungszyklusses und des Schritts des Aufheizens, wenn sich die Sensortemperatur unterhalb der Aktivierungszustandbetriebstemperatur befindet.
  10. Gaskonzentrationssensor zur Erfassung der Konzentration eines Gases in dem Abgas einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, 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) angeordneten 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) aktiviert zur Erzeugung eines Stromsignals während eines Gaserfassungszyklus (t2) in Abhängigkeit von vorbestimmten Bedingungen, und die Steuerungseinrichtung (20) ferner die Heizeinrichtung (31) aktiviert zum Aufheizen des Sensorelements (30) auf eine vorbestimmte Aktivierungszustandtemperatur zum Sicherstellen eines Betriebs des Sensorelements (30), die Steuerungseinrichtung (20) selektiv eine dem Sensorelement (30) während eines Sensorelementenwiderstand-Erfassungszyklusses zugeführte Spannung ändert und eine resultierende Stromänderung im Sensorelement zur Erfassung eines entsprechenden Sensorelementenwiderstands erfaßt, die Steuerungseinrichtung (20) die Zeiten des Gaserfassungszyklusses (t2) und des Sensorelementenwiderstand-Erfassungszyklusses (t1) derart steuert, daß der Gaserfassungszyklus (t2) und der Sensorelementenwiderstand-Erfassungszyklus (t1) in nicht synchronisierter Weise auftreten, und die Steuerungseinrichtung die Zeiten des Aktivierens des Sensorelements und des selektiven Änderns der Spannung derart steuert, daß der Sensorelementenwiderstand-Erfassungszyklus höchstens ein Mal mit dem Abgaszyklus eines spezifischen Zylinders während eines Maschinenzündzyklusses in der Mehrzylinder-Brennkraftmaschine synchronisiert wird.
  11. Sensor nach Anspruch 10, wobei das Sensorelement (30) zur Erfassung einer Sauerstoffkonzentration während eines Abgaszyklusses der Mehrzylinder-Brennkraftmaschine (10) betrieben wird.
  12. Sensor nach Anspruch 10, wobei die Steuerungseinrichtung (20) den Gaserfassungszyklus (t2) kürzer als den Sensorele-mentenwiderstand-Erfassungszyklus (t1) einstellt, so daß der Gaserfassungszyklus (t2) während jedes Auftretens des Sensor-elementenwiderstand-Erfassungszyklusses (t1) mehrfach wiederholt wird.
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