DE3710155C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abnormalitätsdetektion bei einer Luft/Brennstoffverhältnisregeleinrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der offengelegten japanischen Patentanmeldung No. 59-1 92 955 ist ein Sauerstoffkonzentrationssensor bekannt, der ein Abgabesignal liefert, das sich im Verhältnis zur Sauerstoffkonzentration im Abgas der Brennkraftmaschine ändert und sowohl für den mageren als auch für den fetten Bereich des Luft/Brennstoffverhältnisses geeignet ist. Der Sauerstoffkonzentrationssensor weist zwei Sauerstoffionen-leitende Feststoffelektrolytelemente auf, die jeweils in Form einer ebenen Platte ausgebildet und mit Elektroden versehen sind. Zwischen den Sensorelementen wird ein Gasdiffusionsbereich gebildet, in den das Abgas der Brennkraftmaschine eintritt. Eines der Feststoffelektrolytelemente wirkt als Sauerstoffkonzentrationsverhältnis-Sensorelement, während das andere als Sauerstoffpumpelement wirkt. Wenn die Spannung zwischen dem Sensorelement niedriger als eine Bezugsspannung ist, dann fließt der Strom zwischen den Elektroden des Pumpelements derart, daß die Sauerstoffionen durch das Pumpelement zu der Elektrode jenes Elements wandern, das im Gasdiffusionsbereich liegt. Wenn die Spannung zwischen den Elektroden des Sensorelements niedriger als die Bezugsspannung ist, so fließt ein Strom zwischen den Elektroden des Sauerstoffpumpelements derart, daß die Sauerstoffionen durch jenes Element zu der Sauerstoffpumpelektrode wandern, das auf der gegenüberliegenden Seite des Gasdiffusionsbereichs liegt. Der Stromflußwert zwischen den Elektroden ändern sich somit im Verhältnis zur Sauerstoffkonzentration, und zwar sowohl im fetten als auch im mageren Bereich des Luft/Brennstoffverhältnisses. Wenn bei einem solchen Sauerstoffkonzentrationssensor eine Abnormalität auftritt, ist es nicht mehr möglich, das Luft/Brennstoffverhältnis genau zu regeln, so daß man keine wirksame Abgasreinigung auf zuverlässige Weise erreichen kann.

Aus der offengelegten japanischen Patentanmeldung No. 52-72 286 ist ein Sauerstoffkonzentrationssensor bekannt, bei dem der Stromfluß zwischen den Elektroden ein Grenzstromwert ist, der im wesentlichen konstant ist. Es handelt sich somit um einen Wert, der im wesentlichen unbeeinflußt durch Änderungen bei der anliegenden Spannung ist und der proportional zur Sauerstoffkonzentration im Abgas ist. Wird ein solcher Sauerstoffkonzentrationssensor in Verbindung mit einer Luft/Brennstoffverhältnisregeleinrichtung verwendet, so kann das Luft/Brennstoffverhältnis nur in einem solchen Wertebereich geregelt werden, der im mageren Bereich in Relation zum stöchiometrischen Luft/Brennstoffverhältnis ist.

Aus DE 34 24 086 A1 ist eine Kraftstoffzufuhreinrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt, welche einen O₂-Sensor aufweist. Bei dem dort vorgesehenen Programm erfolgt eine Bestimmung für eine Abnormalität, wenn der Ausgang von einem Absolutdrucksensor nicht zwischen oberen und unteren Grenzwerten liegt und diese Bedingung eine vorbestimmte Zeitperiode lang von beispielsweise 2 Sekunden erfüllt bleibt. Somit wird hierbei die Abnormalität basierend auf dem Ausgang des Absolutdrucksensors festgestellt.

Aus DT 25 30 849 A1 ist eine Abnormalitätsdetektionseinrichtung für einen Abgassensor einer Brennkraftmaschine bekannt. Hierbei wird das Ausgangsspannungssignal des Abgassensors bei der Detektion einer Abnormalität mit dem mageren und dem fetten Bereich des Luft/Brennstoff-Verhältnisses zugeordneten Grenzwerten verglichen. Diese Abnormalitätsdetektionseinrichtung überwacht somit die Änderungen des Pegels des Ausgangssignales vom Sensor und stellt ein abnormales Arbeiten desselben fest, wenn sich das Ausgangssignal während einer gewissen Zeit nach Maßgabe vorgegebener Wellenformen ändert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Abnormalitätsdetektion der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, welches genau und zuverlässig jegliche Abnormalität der Teile eines solchen Sauerstoffkonzentrationssensors erkennt, so daß man zuverlässig das Luft/Brennstoffverhältnis einer Brennkraftmaschine auf einen Sollwert unter Verwendung des Sauerstoffkonzentrationssensors regeln kann.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zur Abnormalitätsdetektion bei einer Luft/Brennstoffverhältnisregeleinrichtung einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit den Merkmalen seines Kennzeichens gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden der Kompensationswert und der Pumpstrom überwacht, so daß man äußerst genau ein abnormales Arbeiten bei einer Luft/Brennstoffverhältnisregeleinrichtung feststellen kann, um entsprechende Gegenmaßnahmen bei der Regelung des Luft/Brennstoffverhältnisses frühzeitig einleiten zu können. Die Abnormalitätsdetektion des Sensors erfolgt unter Berücksichtigung des Zusammenhangs zwischen dem Kompensationswert und dem Ausgangssignal, das dem Pumpstrom des Sensors entspricht. Hierdurch ist die Abnormalitätsdetektion im wesentlichen frei von einem fehlerhaften Arbeiten der Regeleinrichtung.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 4 wiedergegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 ein Diagramm zur Verdeutlichung einer elektronischen Kraftstoffeinspritzregeleinrichtung, die mit einem Sauerstoffkonzentrationssensor ausgestattet ist, wobei das Abnormalitätsdetektionsverfahren nach der Erfindung durchgeführt wird,

Fig. 2 ein Diagramm zur Verdeutlichung der innenliegenden Bauteile einer Sauerstoffkonzentrationssensor-Detektiereinheit,

Fig. 3 ein Blockschaltdiagramm der innenliegenden Funktionsteile einer elektronischen Regeleinheit (ECU) und

Fig. 4a und 4b Flußdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU).

Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine elektronische Kraftstoffregeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine, die einen Sauerstoffkonzentrationssensor, enthält, bei dem das Ausgabekonzentrationsverfahren nach der Erfindung zur Anwendung kommt. In dieser Einrichtung ist eine Sauerstoffkonzentrationssensor-Detektiereinheit 1 in einer Abgasleitung 3 einer Brennkraftmaschine 2 stromauf eines katalytischen Konverters 5 angebracht. Die Eingänge und Ausgänge der Sauerstoffkonzentrationssensor- Detektiereinheit 1 sind mit einer ECU (Elektronische Regeleinheit) 4 verbunden.

Das Schutzgehäuse 11 der Sauerstoffkonzentrationssensor- Detektiereinheit enthält ein Sauerstoffionen-leitendes Feststoffelektrolytelement 12, das beispielsweise eine etwa rechteckige Gestalt der in Fig. 3 gezeigten Form haben kann. Eine Gasaufnahmekammer 13 ist im Innern des Feststoffelektrolytelements 12 ausgebildet und steht über eine Einführungsöffnung 14 mit dem Abgas an der Außenseite des Feststoffelektrolytelements 12 in Verbindung, das das zu untersuchende Gas bildet. Die Einführungsöffnung 14 ist derart angeordnet, daß das Abgas unbehindert von dem Inneren der Abgasleitung in die Gasaufnahmekammer 13 strömen kann. Zusätzlich ist eine Atmosphärenbezugskammer 15 in dem Feststoffelektrolytelement 12 ausgebildet, in die Umgebungsluft eingeleitet wird. Die Atmosphärenbezugskammer 15 ist von der Gasaufnahmekammer 13 durch einen Teil des Feststoffelektrolytelements 12 getrennt, der als eine Trennwand dient. Wie gezeigt sind Paare von Elektroden 17a, 17b und 16a, 16b jeweils auf der Brennwand zwischen den Kammern 13 und 15 und auf der Wand der Kammer 15 auf der von der Kammer 13 gegenüberliegenden Seite dieser Kammer ausgebildet. Das Feststoffelektrolytelement 12 arbeitet in Verbindung mit den Elektroden 16a und 16b als ein Sauerstoffpumpelement 18 und arbeitet in Verbindung mit den Elektroden 17a, 17b als ein Sensorzellenelement 19. Ein Heizelement 20 ist auf der Außenfläche der Atmosphärenbezugskammer 15 angebracht.

Das Sauerstoffionen-leitende Feststoffelektrolytelement 12 kann beispielsweise aus ZrO₂ (Zirkondioxid) ausgebildet sein, während die Elektroden 16a bis 17b jeweils aus Platin bestehen.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, weist ECU 4 einen Sauerstoffkonzentrationssensorregelteil auf, der einen Differentialverstärker 21, eine Bezugsspannungsquelle 22 und Widerstände 23 und 24 umfaßt. Die Elektrode 16b des Sauerstoffpumpelements 18 und die Elektrode 17b des Sensorzellenelements 19 sind jeweils mit Massepotential verbunden und die Elektrode 17a des Sensorzellenelements 19 ist über den Widerstand 24 mit einer Versorgungsspannung V_cc verbunden. Die Elektrode 17a ist auch mit einem Eingangsanschluß des Differentialverstärkers 21 verbunden, der eine Abgabespannung nach Maßgabe der Differenz zwischen einer Spannung, die sich an den Elektroden 17a und 17b des Sensorzellenelements 19 einstellt, und der Abgabespannung von der Bezugsspannungsquelle 22 liefert. Die Abgabespannung von der Bezugsspannungsquelle 22 ist ein Wert, der einem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis entspricht (beispielsweise 0,4 V). Der Ausgangsanschluß des Differentialverstärkers 21 ist über einen Stromsensorwiderstand 23 mit der Elektrode 16a des Sauerstoffpumpelements 18 verbunden. Die Anschlüsse des Sauerstoffsensorwiderstandes 23 bilden ein Paar von Ausgangsanschlüssen des Sauerstoffkonzentrationssensors und sind mit einem Mikroprozessor verbunden, der die Regelschaltung 25 enthält.

Ein Drosselklappenöffnungssensor 31, der eine Abgabespannung nach Maßgabe des Öffnungsgrades der Drosselklappe 26 liefert, und der als ein Potentiometer ausgelegt sein kann, ist mit der Regelschaltung 25 verbunden, mit der auch ein Absolutdrucksensor 32 verbunden ist, der in der Einlaßleitung 27 an einer Stelle stromauf von der Drosselklappe 26 angeordnet ist und der eine Abgabespannung liefert, deren Pegel sich nach Maßgabe des Absolutdruckes in der Einlaßleitung 27 ändert. Die Regelschaltung 25 ist auch mit einem Wassertemperatursensor 33 verbunden, der eine Abgabespannung liefert, deren Pegel sich nach Maßgabe der Temperatur des Brennkraftmaschinenkühlwassers ändert und sie ist ferner mit einem Kurbelwinkelsensor 34 verbunden, der ein Signal liefert, das aus aufeinanderfolgenden Impulsen besteht, die jeweils synchron mit der Drehung der Kurbelwelle (in der Zeichnung nicht gezeigt) der Brennkraftmaschine 2 erzeugt werden. Die Steuerschaltung 25 ist auch mit einem Injektor 35 verbunden, der in der Einlaßleitung 26 in der Nähe der Auslaßventile (in der Zeichnung nicht gezeigt) der Brennkraftmaschine 2 verbunden.

Die Regelschaltung 25 enthält einen Analog/Digital(A/D)-Wandler 30 zum Umwandeln der Spannung V_S, die zwischen den Elektroden 17a und 17b des Sensorzellenelements 19 erzeugt wird, in ein digitales Signal, und einen A/D-Wandler 40, der die am Stromsensorwiderstand 23 als ein Differentialeingang erzeugte Spannung erhält und diese Spannung in ein digitales Signal umwandelt. Die Regelschaltung 25 enthält auch eine Pegelkonverterschaltung 41, die eine Pegelumwandlung jedes der Abgabesignale von dem Drosselklappenöffnungssensor 31, dem Absolutdrucksensor 32 und dem Wassertemperatursensor 33 vornimmt. Die erhaltenen Pegel-konvertierten Signale von der Pegelkonverterschaltung 41 liegen als Eingänge an einem Multiplexer 42 an. Die Regelschaltung 25 enthält auch einen A/D-Wandler 43, der die Abgabesignale von dem Multiplexer 42 zu digitalen Signalen umwandelt, eine Wellenform-Formungsschaltung 44, die eine Wellenform-Formung der Abgabesignale von dem Kurbelwinkelsensor 34 vornimmt, um TDC (oberster Totpunkt) Signalimpulse als Ausgang zu liefern und ferner enthält sie einen Zähler 45, der die Anzahl der Taktimpulse (die von einer Taktimpulserzeugungsschaltung, die in der Zeichnung nicht gezeigt ist, erzeugt werden) während jedes Intervalls zwischen aufeinanderfolgenden TDC-Impulsen von der Wellenform-Formungsschaltung 44 erhält. Die Regelschaltung 25 enthält ferner eine Treiberschaltung 46a für das Treiben der Einspritzeinrichtung 35, eine Musteranzeigetreiberschaltung 46b zum Betreiben einer Musteranzeigeeinheit 38, eine CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) 47 für die Ausführung von digitalen Operationen nach Maßgabe eines Programmablaufes, einen ROM (Festwertspeicher) 48, der verschiedene Verarbeitungsprogramme und Daten darin gespeichert hat, und einen RAM (Random-Speicher) 49. Die A/D-Wandler 39, 40 und 43, der Multiplexer 42, der Zähler 45, die Treiberschaltungen 46a, 46b, CPU 47, ROM 48 und RAM 49 sind wechselweise über Eingabe/Ausgabe-Busleitungen 50 verbunden. Das TDC-Signal wird von der Wellenform-Formungsschaltung 44 an CPU 47 angelegt. Die Regelschaltung 25 enthält auch eine Heizstromversorgungsschaltung 51, die beispielsweise ein Schaltelement enthalten kann, das auf einen Heizstromversorgungsbefehl von CPU 47 ansprechen kann, um eine Spannung zwischen den Anschlüssen des Heizelementes 20 zu legen, so daß ein Heizstrom zugeführt wird und das Heizelement 20 erwärmt wird.

Die zwischen den Elektroden 27a und 17b des Sensorzellenelementes 19 sich einstellende Spannung V_S, die von dem A/D-Wandler 39 übertragen wird, die Daten die einen Pumpstromwert I_P darstellen und dem durch das Sauerstoffpumpelement 18 fließenden Strom entsprechen, die vom A/D-Wandler 40 zusammen mit Daten übertragen werden, die einen Drosselklappenöffnungsgrad R_TH darstellen, Daten, die den Absolutdruck P_BA in der Einlaßleitung wiedergeben und Daten, die die Kühlwassertemperatur T_W wiedergeben und die jeweils ausgewählt und über den A/D-Wandler 43 zugeführt werden, liegen an CPU 47 über die I/O-Busleitung 50 an. Zusätzlich wird ein Zählerwert vom Zähler 45, den man während jeder Periode der TDC-Impuls erhält, ebenfalls an CPU 47 über die I/O-Busleitung 50 angelegt. CPU 47 nimmt eine Einlesung aller dieser Daten nach Maßgabe eines Verarbeitungsprogrammes vor, das im ROM 48 gespeichert ist und ermittelt ein Kraftstoffeinspritzzeitintervall T_OUT für die Einspritzeinrichtung 35 auf der Basis dieser Daten nach Maßgabe einer Brennstoffeinspritzmenge für die Brennkraftmaschine 2, die aus vorbestimmten Gleichungen ermittelt wird. Diese Berechnungen erfolgen mit Hilfe eines Brennstoffversorgungsprogramms, das synchron mit dem TDC-Signal ausgeführt wird. Die Einspritzeinrichtung 35 wird dann über die Treiberschaltung 46 während der Dauer des Kraftstoffeinspritzzeitintervalles T_OUT aktiviert, um Brennstoff der Brennkraftmaschine zuzuführen.

Das Kraftstoffeinspritzzeitintervall T_OUT kann man beispielsweise aus der folgenden Gleichung erhalten:

T_OUT = T_I × K₀₂ × K_WOT × K_TW (1).

Bei der vorstehend genannten Gleichung ist T_I die Grundversorgungsmenge, die nach Maßgabe der Brennkraftmaschinendrehzahl N_e und dem Absolutdruck P_BA in der Einlaßleitung bestimmt wird und die ein Grundeinspritzzeitintervall darstellt. K₀₂ ist eine Regelkompensationskoeffizient für das Luft/ Brennstoff-Verhältnis, das nach Maßgabe des Abgabesignalpegels von dem Sauerstoffkonzentrationssensor eingestellt werden kann. K_WOT ist ein Brennstoffmengeninkrementkompensationskoeffizient, der zugeführt wird, wenn die Brennkraftmaschine bei hoher Belastung arbeitet. K_TW ist ein Kühlwassertemperaturkoeffizient. T_I, K₀₂, K_WO2 und K_TW werden jeweils mit Hilfe eines Unterprogramms des Kraftstoffversorgungsprogramms gesetzt.

Wenn die Versorgung des Sauerstoffpumpelements mit einem Pumpstrom beginnt und wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Gemisches, das der Brennkraftmaschine 2 zu diesem Zeitpunkt zugeführt wird, im mageren Bereich liegt, dann ist die Spannung, die sich zwischen den Elektroden 17a und 17b des Sensorzellenelements 19 einstellt, niedriger als die Abgabespannung von der Bezugsspannungsquelle 22 und als Folge hiervon ist der Abgabespannungspegel vom Differentialverstärker 21 ein positiver Wert. Die positive Spannung wird über eine Serienschaltungskombination aus Widerstand 23 und Sauerstoffpumpelement 18 angelegt. Der Pumpstrom fließt hierbei von der Elektrode 16a zu der Elektrode 16b des Sauerstoffpumpelements 18, so daß der Sauerstoff in der Gasaufnahmekammer 13 durch die Elektrode 16b ionisiert wird und durch das Innere des Sauerstoffpumpelements 18 von der Elektrode 16b wegwandert, um an der Elektrode 16a als gasförmiger Sauerstoff freigesetzt zu werden. Sauerstoff wird daher aus dem Inneren der Gasaufnahmekammer 13 abgezogen.

Als Folge dieses Sauerstoffabzuges aus der Gasaufnahmekammer 13 entsteht eine Differenz bei der Sauerstoffkonzentration zwischen dem Abgas in der Gasaufnahmekammer 13 und der Umgebungsluft in der Atmosphärenbezugskammer 15. Eine Spannung V_S wird hierbei zwischen den Elektroden 17a und 17b des Sensorzellenelementes 19 in einer Größe erzeugt, die durch diese Differenz der Sauerstoffkonzentration bestimmt ist, und die Spannung V_S wird an den invertierenden Eingangsanschluß des Differentialverstärkers 21 angelegt. Die Abgabespannung von dem Differentialverstärker 21 ist proportional zu der Spannungsdifferenz zwischen der Spannung V_S und der von der Bezugsspannungsquelle 22 gelieferten Spannung und somit ist der Pumpstrom proportional zur Sauerstoffkonzentration im Abgas. Der Pumpstromwert wird als ein Spannungswert ausgegeben, der zwischen den Anschlüssen des Stromsensorwiderstandes 23 auftritt.

Wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis in dem fetten Bereich liegt, ist die Spannung V_S höher als die Abgabespannung von der Bezugsspannungsquelle 2 und daher wird die Abgabespannung von dem Differentialverstärker 21 von einem positiven zu einem negativen Pegel invertiert. In Abbhängigkeit von diesem negativen Pegel der Abgabespannung wird der Pumpstrom, der zwischen den Elektroden 16a und 16b des Sauerstoffpumpelements 18 fließt, reduziert und die Richtung des Stromflusses wird umgekehrt. Da somit die Richtung des Flusses des Pumpstromes nunmehr von der Elektrode 16b zu der Elektrode 16a geht, wird Sauerstoff durch die Elektrode 16a ionisiert, so daß Sauerstoff als Ionen durch das Sauerstoffpumpelement 18 zu der Elektrode 16b übertragen werden, um von dort als gasförmiger Sauerstoff in die Gasaufnahmekammer 13 freigesetzt zu werden. Auf diese Weise wird Sauerstoff in die Gasaufnahmekammer 13 eingesaugt. Die Versorgung des Pumpstromes wird hierbei derart geregelt, daß die Sauerstoffkonzentration in der Gasaufnahmekammer 13 auf einem konstanten Wert aufrechterhalten wird, indem Sauerstoff in die Kammer 13 eingesaugt oder von dieser abgezogen wird, so daß der Pumpstrom I_P immer proportional zur Sauerstoffkonzentration im Abgas sowohl beim Arbeiten im mageren Bereich als auch beim Arbeiten im fetten Bereich des Luft/ Brennstoffverhältnisses ist. Der Wert des Regelkompensationskoeffizienten K₀₂, der vorstehend angegeben ist, wird nach Maßgabe des Pumpstromwertes I_P in einem K₀₂-Rechenunterprogramm ermittelt. Dieses Unterprogramm kann beispielsweise ähnlich wie ein Programm ausgelegt sein, das in der US-PS 45 66 419 beschrieben ist. Insbesondere wird der Sauerstoffkonzentrationssensorwert V₀₂, der in Abhängigkeit von I_P bestimmt ist, mit einem Sollwert für das Luft/Brennstoff-Verhältnis V_ref (der nach Maßgabe der Brennkraftmaschinenparameter bestimmt wird) verglichen und wenn V₀₂ ≦λτ V_ref ist, wird die Ermittlung K₀₂ + Δ ausgeführt, während wenn V₀₂ ≦ωτ V_ref ist, die Ermittlung K₀₂ - Δ ausgeführt wird.

Eine Arbeitsablauffolge für das Abnormalitätsdetektionsverfahren für einen Sauerstoffkonzentrationssensor nach der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Flußdiagramme des CPU 47 nach den Fig. 4a und 4b erläutert. Die Abnormalitätsdetektion ist als ein Abnormalitätsdetektionsunterprogramm des Brennstoffversorgungsprogramms dargestellt und wird daher jedesmal ausgeführt, wenn das Brennstoffversorgungsprogramm ausgeführt wird.

In diesem Arbeitsablauf ermittelt CPU 47 zuerst, ob die Aktivierung des Sauerstoffkonzentrationssensors beendet ist oder nicht (Schritt 61). Diese Entscheidung kann beispielsweise darauf basieren, ob eine vorbestimmte Zeitdauer seit der Zuführung des Heizstromes zu dem Heizelement 20 verstrichen ist oder nicht. Wenn die Aktivierung des Sauerstoffkonzentrationssensors beendet ist, wird die Spannung V_S zwischen den Elektroden 17a und 17b des Sensorzellenelementes 19 eingelesen und es erfolgt eine Entscheidung, ob V_S ist V oder nicht (Schritt 62). Wenn V_S ≠ 0 [V], dann wird ein Zeitgeber A (in der Zeichnung nicht gezeigt) in CPU 47 zurückgesetzt, um ein Zählen von Null aus zu beginnen. Wenn andererseits V_S = 0 [V], dann erfolgt eine Entscheidung, ob ein Zählwert T_A des Zeitgebers A größer als ein Zeitintervall t₀ ist oder nicht (Schritt 64). Wenn T_A ≧ t₀, dann wird der Pumpstromwert I_P eingelesen und es erfolgt eine Entscheidung, ob I_P höher als ein oberer Grenzwert I_PLH ist oder nicht (Schritt 65). Wenn I_P ≦λτ I_PLH, wird dies als eine Anzeige für einen Kurzschluß zwischen den Elektroden 17a und 17b des Sensorzellenelementes 19 genommen, da ein übermäßig hoher Wert des Pumpstromes fließt, währenddem ein Zustand von V_S = 0 (V) konstant aufrechterhalten wird. Daher wird ein "Sensorzellenelementkurzschluß"- Anzeigebefehl ausgegeben, um die Schaltung 46b zu aktivieren (Schritt 66). Wenn I_P ≦ I_PLH, dann erfolgt eine Entscheidung, ob der Wert des Regelkompensationskoeffizienten K₀₂, der mit einem K₀₂-Berechnungsunterprogramm ermittelt worden ist, höher als ein oberer Grenzwert K_02LH ist oder nicht (Schritt 67). Wenn K₀₂ ≦λτ K_02LH, dann zeigt dies einen Zustand an, bei dem V_S kontinuierlich konstand bei 0 (V) gehalten wird, währenddem ein übermäßig hoher Pumpstrom in positiver Richtung fließt und der Regelkompensationskoeffizient K₀₂ übermäßig hoch ist. Dieser Zustand wird als ein Kurzschluß zwischen den Elektroden 17a und 17b des Sensorzellenelements 19 identifiziert und ein "Sensorzellenelementkurzschluß"-Anzeigebefehl wird daher an die Treiberschaltung 47b abgegeben (Schritt 66).

Wenn nach der Rücksetzung des Zeitgebers A ermittelt wird, daß er Zählerwert T_A des Zählers A noch nicht die Zeit t₀ erreicht hat oder wenn ermittelt wird, daß K₀₂ ≦ K_02LH ist, dann erfolgt eine Entscheidung, ob die Spannung V_S gleich Vcc ist oder nicht (Schritt 68). Wenn V_S = Vcc ist (wenn Vcc die Schaltungsversorgungsspannung ist), wird ein Zeitgeber B (in der Zeichnung nicht gezeigt) in CPU 47 zurückgesetzt und es wird ein Aufwärtszählen von Null mit Hilfe des Zählers B initiiert (Schritt 69). Wenn andererseits V_S = Vcc, dann erfolgt eine Entscheidung, ob der Zählerwert T_B des Zeitgebers B größer als eine Zeit t₁ ist oder nicht (Schritt 70). Wenn T_B ≧ t₁ ist, dann wird der Pumpstromwert I_P eingelesen und es erfolgt eine Entscheidung, ob I_P kleiner als ein unterer Grenzwert I_PLL ist oder nicht (Schritt 71). Wenn I_P ≦ωτI_PLL ist, dann wird dieser Zustand als eine Anzeige für eine offene Schaltung bei den Verbindungsleitungen der Elektroden 17a und 17b des Sensorzellenelementes 19 interpretiert, da dann nämlich ein Zustand von V_S = Vcc kontinuierlich aufrechterhalten wird, währenddem ein übermäßig hoher Pumpstrom in negativer Richtung fließt, und daher wird ein "Sensorzellenelement-Schaltungoffen"- Anzeigebefehl an die Treiberschaltung 46b abgegeben (Schritt 72). Wenn I_P ≧ I_PLL, ist, dann erfolgt eine Entscheidung, ob der Regelkompensationskoeffizient ₀₂ (in dem K₀₂-Berechnungsunterprogramm ermittelt) kleiner als der untere Grenzwert K_02LL ist oder nicht (Schritt 73). Wenn K₀₂ ≦ωτ K_02LL ist, dann zeigt dies, daß obgleich ein übergroßer Pumpstrom fließt, ein Zustand von V_S = Vcc kontinuierlich aufrechterhalten wird und der Regelkompensationskoeffizient K₀₂ übermäßig klein ist. Dies wird als ein Zustand einer offenen Schaltung in den Verbindungsleitungen der Elektroden 17a, 17b des Sensorzellenelementes 19 interpretiert und es wird ein "Sensorzellenelement- Schaltungoffen"-Anzeigebefehl an die Treiberschaltung 46b abgegeben (Schritt 72).

Wenn nach dem Rücksetzen des Zeitgebers B ermittelt wird, daß der Zählerwert T_B nicht dem Zeitwert t₁ entspricht, oder wenn ermittelt wird, daß K₀₂ ≧ K_02LL ist, dann erfolgt eine Entscheidung, ob der Pumpstromwert I_P gleich 0 (mA) ist oder nicht (Schritt 74). Wenn I_P ≠ 0 (mA) ist, dann wird ein Zähler C (in der Zeichnung nicht gezeigt) in CPU 47 zurückgesetzt, um ein Zählen ausgehend von Null einzuleiten (Schritt 75).

Wenn andererseits I_P = 0 (mA) ist, dann erfolgt eine Entscheidung, ob der Zählerwert T_C des Zeitgebers C größer als die Zeit t₂ ist oder nicht (Schritt 76). Wenn T_C ≧ t₂ ist, dann erfolgt eine Entscheidung, ob der Regelkompensationskoeffizient größer als der obere Grenzwert K_02LH ist oder nicht (Schritt 77). Wenn K₀₂ ≦λτ K_02LH ist, dann wird hierdurch eine offene Schaltung in den Verbindungsleitungen der Elektroden 16a, 16b des Sauerstoffpumpelements 18 angezeigt, während das Luft/Brennstoff-Verhältnis fetter als der Sollwert des Luft/Brennstoff-Verhältnisses ist, wobei ein Zustand von I_P = 0 (mA) fortgesetzt aufrechterhalten wird, so daß der Regelkompensationskoeffizient K₀₂ übermäßig hoch ist. Es wird daher ein "Sauerstoffpumpelement-Schaltungoffen"-Anzeigebefehl an die Treiberschaltung 46b abgegeben (Schritt 78). Wenn K₀₂ ≦ωτ K_02LH ist, dann erfolgt eine Entscheidung, ob der Regelkompensationskoeffizient kleiner als der untere Grenzwert K_02LL ist oder nicht (Schritt 79). Wenn K₀₂ ≦ωτ K_02LL ist, dann wird dies als eine Anzeige interpretiert, daß ein Zustand von I_P = 0 (mA) kontinuierlich aufrechterhalten wird, während der Regelkompensationskoeffizient K₀₂ infolge einer offenen Schaltung in den Verbindungsleitungen der Anschlußleitungen 16a, 16b des Sauerstoffpumpelements 18 übermäßig klein ist, so daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis magerer als der Sollwert für das Luft/Brennstoff-Verhältnis ist. Daher wird ein "Sauerstoffpumpelement-Schaltungoffen"-Anzeigebefehl an die Treiberschaltung 46b abgegeben (Schritt 78).

Wenn nach dem Rücksetzen des Zeitgebers C ermittelt wird, daß der Zählerwert T_C nicht dem Zeitwert t₂ entspricht, oder wenn ermittelt wird, daß K₀₂ ≧ K_02LL ist, dann erfolgt eine Entscheidung, ob der Regelkompensationskoeffizient K₀₂ größer als der obere Grenzwert K_02LH ist oder nicht (Schritt 80). Wenn K₀₂ ≦ K_02LH ist, dann werden die Zeitgeber D und E (von denen in der Zeichnung keiner gezeigt ist) in CPU 47 jeweils zurückgesetzt und es wird ein Zählvorgang ausgehend von Null eingeleitet (Schritte 81, 82). Wenn andererseits K₀₂ ≦λτ K_02LH ist, dann erfolgt eine Entscheidung, ob der Zählerwert T_D des Zeitgebers D größer als ein Zeitintervall t₃ ist oder nicht (Schritt 83). Wenn T_D ≦ωτ t₃ ist, dann wird der Zeitgeber D zurückgesetzt und es wird ein Aufwärtszählen des Zählers E ausgehend von Null eingeleitet (Schritt 82). Da dann, wenn T_D ≧t₃ ist, dies ungewöhnlich für einen Arbeitszustand ist, in dem das Luft-Brennstoff-Verhältnis übermäßig mager ist, um dies fortgesetzt für mehr als eine Zeit von t₃ zuzuführen, erfolgt eine Entscheidung, ob die Spannung V_S zwischen den Elektroden 17a und 17b des Sensorzellenelementes 19 niedriger als 0,4 (V) ist oder nicht (Schritt 84). Wenn V_S ≦ωτ 0,4 (V) ist, zeigt dies an, daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis als Folge des Werts von V_S mager ist. Der Zähler E wird dann zurückgesetzt, und es wird eine Zählung ausgehend von Null mit Hilfe des Zählers E eingeleitet (Schritt 85). Dann werden die Brennkraftmaschinendrehzahl N_e und der Absolutdruck P_BA in der Einlaßleitung eingelesen und es wird eine Entscheidung herbeigeführt, ob die Drehzahl N_e größer als 3000 (Upm) ist oder nicht. Zusätzlich erfolgt eine Entscheidung, ob der Absolutdruck P_BA in der Einlaßleitung größer als 660 (mm Hg) ist oder nicht (Schritte 86, 87) und es erfolgt eine Entscheidung, ob der Sollwert des Luft/Brennstoff-Verhältnisses L_ref auf einen Wert kleiner als 14,7 gesetzt ist oder nicht (Schritt 88). Der Sollwert für das Luft/Brennstoff-Verhältnis kann nach Maßgabe der Brennkraftmaschinenparameter bestimmt werden, die die Brennkraftmaschinenbelastung darstellen, wie N_e und P_BA, indem eine Datenliste ausgelesen wird. Wenn alle die vorbestimmten Bedingungen N_e ≧ 3000 (Upm), P_BA ≧ 660 (mm Hg) und L_ref ≦ 14,7 erfüllt sind, dann wird dies als eine Anzeige dafür genommen, daß die Brennkraftmaschine unter einem hohem Belastungszustand mit einem fetten Luft/Brennstoff-Verhältnis arbeitet. In diesem Fall erfolgt eine Entscheidung, ob der Pumpstrom I_P höher als der obere Grenzwert I_PLH ist oder nicht (Schritt 89). Wenn I_P ≦λτ I_PLH ist, dann zeigt dies, daß ein übergroßer Pumpstrom in positiver Richtung trotz der Tatsache fließt, daß das Luft/Brennstoff- Verhältnis fett ist und daher wird dies als eine Anzeige dafür genommen, daß Gas vom Abgas in die Atmosphärenbezugskammer 50 beispielsweise infolge eines Risses in dem Feststoffelektrolytelement 11 ausgetreten ist, so daß die Spannung V_S niedriger als 0,4 (V) ist. Dies ist ein "Fettabnormalitäts"- Detektionszustand, und es wird ein "Fettabnormalitätsdetektions"- Anzeigebefehl an die Treiberschaltung 46b abgegeben (Schritt 90). Wenn alle Bedingungen N_e ≧ 3000 (Upm), P_BA ≧ 660 (mm Hg) und L_ref ≦ 14,7 nicht erfüllt sind, dann erfolgt eine Entscheidung, ob der Pumpstrom I_P größer als der untere Grenzwert I_PLH ist oder nicht (Schritt 91). Wenn I_P ≦λτ I_PLH ist, dann zeigt dies an daß, obgleich der Regelkompensationskoeffizient K₀₂ kontinuierlich höher als der obere Grenzwert K_02LH gehalten wird, um einen Zustand des armen Luft/Brennstoff-Verhältnisses zu kompensieren und das Luft/Brennstoff-Verhältnis hierdurch fetter gemacht wird, ein übergroßer Pumpstrom in positiver Richtung fließt. Dies wird als Anzeige dafür genommen, daß ein Kurzschluß zwischen den Elektroden 16a, 16b des Sauerstoffpumpelements 18 vorhanden ist und daher wird ein "Sauerstoffpumpelement- Kurzschluß"-Anzeigebefehl an die Treiberschaltung 46b abgegeben (Schritt 92). Der Sollwert für das Luft/Brennstoff- Verhältnis L_ref wird nach Maßgabe der Brennkraftmaschinendrehzahl N_e und des Absolutdruckes P_BA in der Einlaßleitung synchron mit dem TDC-Signal während eines Unterprogramms des Brennstoffversorgungsprogramms gesetzt.

Wenn im Schritt 84 ermittelt wird, daß V_S ≧ 0,4 (V) ist, dann wird dieser Wert von V_S als eine Anzeige dafür genommen, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis fett ist. Da es somit unüblich ist, daß der Regelkompensationskoeffizient K₀₂ den oberen Grenzwert K_02LH überschreitet, erfolgt eine Entscheidung, ob der Zählerwert T_E des Zeitgebers E größer als ein Zeitintervall t₄ ist oder nicht (Schritt 93). Wenn T_E ≦λτ t₄ ist, dann wird dies als eine Anzeige dafür genommen, daß eine offene Schaltung in den Verbindungsleitungen des Heizelements 20 oder in dem Heizelement selbst vorhanden ist und es wird ein "Heizelement- Kurzschluß"-Anzeigebefehl an die Treiberschaltung 46b abgegeben (Schritt 94).

Wenn nach dem Rücksetzen des Zeitgebers E im Schritt 82 ermittelt wird, daß der Zählerwert T_E nicht die Zeit t₄ erreicht hat, erfolgt eine Entscheidung, ob der Regelkompensationskoeffizient K₀₂ kleiner als der untere Grenzwert K_02LL ist oder nicht (Schritt 95). Wenn K₀₂ ≧ K_02LL ist, dann wird ein Zeitgeber F (in der Zeichnung nicht gezeigt) in CPU 47 zurückgesetzt und es wird eine Zählung ausgehend von Null begonnen (Schritt 96). Wenn K₀₂ ≦ωτ K_02LL ist, dann erfolgt eine Entscheidung, ob der Zählerwert T_F des Zeitgebers F größer als das Zeitintervall t₅ ist oder nicht (Schritt 97). Wenn T_F ≧ t₅ ist, dann erfolgt eine Entscheidung, ob die Spannung V_S zwischen den Elektroden 17a, 17b des Sensorzellenelementes 19 größer als 0,4 (V) ist oder nicht (Schritt 98). Wenn V_S ≦ 0,4 (V) ist, und ein solcher Wert von V_S anzeigt, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis im mageren Bereich ist, und daß ferner ungewöhnlich für den Regelkompensationskoeffizienten K₀₂ ist, daß er unter den unteren Grenzwert K_02LL abfällt, wird dies als eine Anzeige für einen Zustand genommen, bei dem eine offene Schaltung in den Verbindungsleitungen des Heizelements 20 oder in dem Heizelement 20 selbst vorhanden ist, und es wird ein "Heizelement-Kurzschluß"- Anzeigebefehl an die Treiberschaltung 46b abgegeben (Schritt 94). Wenn andererseits V_S ≦λτ 0,4 (V) ist, erfolgt eine Entscheidung, ob der Pumpstrom I_P kleiner als der untere Grenzwert I_PLL ist oder nicht (Schritt 99). Wenn I_P ≦ωτ I_PLL ist, dann zeigt dies an, daß trotz der Tatsache, daß der Regelkompensationskoeffizient K₀₂ kontinuierlich unter dem unteren Grenzwert K_02LL konstant gehalten ist, um eine Kompensation für ein fettes Luft/Brennstoff-Verhältnis zu schaffen, so daß das Luft/Brennstoff- Verhältnis abgemagert wird, ein übergroßer Pumpstrom in negativer Richtung fließt. Dies wird als eine Anzeige dafür genommen, daß ein Kurzschluß zwischen den Elektroden 16a und 16b des Sauerstoffpumpelements 18 vorhanden ist und daher wird ein "Sauerstoffpumpelement-Kurzschluß"-Anzeigebefehl an die Treiberschaltung 46b abgegeben. (Schritt 92).

Wenn ein "Sensorzellenelement-Kurzschluß"-Anzeigebefehl, ein "Sensorzellenelement-Schaltungoffen"-Anzeigebefehl oder ein "Heizelement-Schaltungoffen"-Anzeigebefehl ausgegeben wurden, dann wird der Regelkompensationskoeffizient K₀₂ gleich 1 gemacht, um die Luft/Brennstoff-Verhältnis-Prozeßregelung anzuhalten (Schritt 100). Wenn ein "Sauerstoffpumpelement- Kurzschluß"-Anzeigebefehl oder ein "Sauerstoffpumpelement- Schaltungoffen"-Anzeigebefehl ausgegeben wurde, dann wird das Arbeiten unter der Annahme normal fortgesetzt, daß das Sensorzellenelement 19 normal arbeitet, es erfolgt dann eine Verarbeitung, um den Regelkompensationskoeffizienten auf der Basis der Ermittlung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses nach Maßgabe des Spannungswertes V_S zu ermitteln, die sich zwischen den Elektroden 17a und 17b des Sensorzellenelements 19 einstellt.

Wenn die Treiberschaltung 46b mit irgendeinem anderen der vorstehend beschriebenen Anzeigebefehle versorgt wird, wird ein vorbestimmtes Anzeigemuster an einer Anzeigeeinheit 38 nach Maßgabe des Inhalts des Befehls erzeugt.

Jeder der Zeitgeber A bis F kann dadurch verwirklicht werden, daß Taktimpulse zugeführt werden, um die Inhalte der Register in CPU 47 zu verändern.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausbildungsform nach der Erfindung wird die Brennstoffzufuhrmenge nach Maßgabe eines Pumpstromwertes I_P geregelt. Jedoch ist die Erfindung nicht auf eine solche Auslegung beschränkt und sie ist in gleicher Weise auch bei einem Verfahren zur Abnormalitätsdetektion für einen Sauerstoffkonzentrationssensor einer Luft/Brennstoff- Verhältnis-Regeleinrichtung geeignet, bei der eine Hilfsluftzuführung erfolgt, wobei die zugeführte Hilfsluftmenge nach Maßgabe des Pumpenstromes I_P regelbar ist.

Ferner wird bei der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausbildungsform nach der Erfindung die Einführungsöffnung 14 als eine Gasdiffusionsregeleinrichtung genutzt. Jedoch ist es auch möglich, ein poröses Material, wie Aluminiumoxid (Al₂O₃) zu verwenden, das einen porösen Körper bildet, der eine Einführungsöffnung oder eine Gasaufnahmekammer bildet.

Somit nutzt ein Verfahren zur Abnormalitätsdetektion für einen Sauerstoffkonzentrationssensor nach der Erfindung die Tatsache, daß, wenn eine Abnormalität, wie eine offene Schaltung oder ein Kurzschluß in den Elektrodenanschlußleitungen eines Sensorzellenelements auftritt, die Spannung, die sich zwischen den Elektroden des Sensorzellenelementes einstellt, konstant wird, während zugleich ein übergroßer Strom zwischen den Elektroden des Sauerstoffpumpelements fließt. Somit wird ein Luft/Brennstoff-Verhältnis-Kompensationswert, wie der vorstehend angegebene K₀₂-Wert, der nach Maßgabe eines Sauerstoffkonzentrationsdetektionswertes zur Verwendung bei der Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses eines einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Gemisches beispielsweise zum Konstanthalten des Luft/Brennstoff-Verhältnisses auf einem Sollwert abgeleitet wird, übermäßig groß oder übermäßig klein. Basierend auf dieser Tatsache läßt sich zuverlässig eine Abnormalität in dem Elektrodenverbindungssystem des Elektrodensensorzellenelementes gemäß dem Verfahren nach der Erfindung auf der Basis des Spannungspegels ermitteln, der sich zwischen den Elektroden des Sensorzellenelements einstellt und auf dem Pegel des Stromes, der zwischen den Elektroden des Sauerstoffpumpelements fließt, oder auf der Basis der Spannung, die sich zwischen den Elektroden des Sensorzellenelements einstellt und dem Luft/Brennstoff- Verhältnis-Kompensationswert. Wenn somit eine Abnormalität beim Verfahren nach der Erfindung detektiert wird und wenn die Luft/Brennstoff-Verhältnisregelung aufgrund von diesen Daten von dem Sauerstoffkonzentrationssensor unmittelbar gestoppt wird, kann das Arbeiten der Brennkraftmaschine in einem Zustand mit verminderter Genauigkeit der Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses des der Brennkraftmaschine zugeführten Gemisches vermieden werden. Hierdurch ermöglicht die Erfindung, daß eine Verschlechterung des Abgasverunreinigungsbeseitigungsverhaltens wirksam verhindert wird.

Da ferner der Spannungspegel, der sich zwischen den Elektroden des Sensorzellenelementes einstellt, von der Sauerstoffkonzentration in dem zu messenden Gas abhängig ist, so ist es möglich, ein Anhalten der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Prozeßsteuerung zu verhindern, wenn eine Abnormalität in dem elektrischen Verbindungssystem des Sauerstoffpumpelements, aber keine Abnormalität bezüglich des Sensorzellenelements auftritt. Insbesondere kann eine Umschaltung auf die Luft/Brennstoff- Verhältnis-Prozeßsteuerung nach Maßgabe der Spannung vorgenommen werden, die sich zwischen den Elektroden des Sensorzellenelements einstellt. Dies führt dazu, daß man ein besseres Leitungsverhalten im Hinblick auf die Abgasverunreinigungsreduzierung erhält, als dies möglich wäre, wenn die Luft/ Brennstoff-Verhältnis-Prozeßsteuerung gestoppt würde.

Claims (4)

1. Verfahren zur Abnormalitätsdetektion für einer Luft/Brennstoffverhältnisregeleinrichtung einer Brennkraftmaschine, mit einem Sauerstoffkonzentrationssensor, welcher Pump- und Sensorelemente enthält, die einander gegenüberliegen und zwischen denen ein Gasdiffusionsbereich gebildet wird, in den das Abgas der Brennkraftmaschine eintritt, einer Steuereinrichtung zum Steuern einer Stärke eines durch das Pumpelement fließenden Pumpstroms derart, daß die Stärke des Pumpstroms eine Sauerstoffkonzentration des Abgases darstellt, einer Einrichtung zur Ermittlung eines Luft/Brennstoff-Verhältnis-Kompensationswertes (K₀₂), der nach Maßgabe der Abweichungen eines momentanen Pumpstroms von einem Sollwert für ein Luft/Brennstoffverhältnis durch Hinzufügen oder Abziehen einer Korrekturgröße verändert wird, und mit einer Treibereinrichtung, welche eine Luft/Brennstoff-Verhältnissteuereinrichtung der Brennkraftmaschine nach Maßgabe eines korrigierten Luft/Brennstoff-Verhältnissteuerwertes treibt, den man durch die Kompensation eines Luft/Brennstoff-Verhältnissteuerwertes mit dem Luft/Brennstoff-Verhältniskompensationswert erhält, gekennzeichnet durch:
einen ersten Schritt (74, 76, 77, 79) zum Feststellen, daß eine erste Bedingung, bei der kein Pumpstrom fließt und eine zweite Bedingung, bei der der Luft-Brennstoff-Verhältnis-Kompensationswert (K₀₂) außerhalb eines Normalbereiches liegt, nach einer vorbestimmten Zeitperiode (t₂) erfüllt sind, und
einen zweiten Schritt (78) zum Bestimmen, daß das Pumpelement abnormal arbeitet, wenn beide Bedingungen bei der Ermittlung im ersten Schritt erfüllt sind.

2. Verfahren zur Abnormalitätsdetektion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Bedingung ist, daß ein Pumpstrom gleich null ist, und daß die zweite Bedingung ist, daß der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Kompensationswert kleiner als sein unterer Grenzwert (K_02LL) oder größer als sein höherer Grenzwert (K_02LH) ist.

3. Verfahren zur Abnormalitätsdetektion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Schritt die erste Bedingung ist, daß der Pumpstrom kleiner als ein vorbestimmter Wert (I_PLL) ist, und daß die zweite Bedingung ist, daß der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Kompensationswert kleiner als ein unterer Grenzwert (K_02LL) ist.

4. Verfahren zur Abnormalitätsdetektion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffkonzentrationserfassung nach Maßgabe einer Sensorspannung erfolgt, die am Sensorelement bei der Abnormalitätsdetektion auftritt.