DE3710220C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Abnormalitätsdetektions-Verfahren
für einen Sauerstoffkonzentrationssensor einer Luft/Brennstoff-
Verhältnissteuereinrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß
den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Zur Abgasreinigung und zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs
einer Brennkraftmaschine ist es üblich, einen Sauerstoffkonzentrationssensor
vorzusehen, welcher die Konzentration des Sauerstoffs
im Abgas feststellt, um eine Prozeßsteuerung vorzunehmen,
bei der das Luft/Brennstoff-Verhältnis des der Brennkraftmaschine
zuzuführenden Gemisches unter Rückkopplung derart
gesteuert wird, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis auf einem
Soll-Wert bleibt. Diese Prozeßsteuerung erfolgt in Abhängigkeit
von einem Abgabesignal von dem Sauerstoffkonzentrationssensor.
Aus der JP-OS 52-72 286 ist ein Sauerstoffkonzentrationssensor
zur Verwendung in Verbindung mit einer Luft/Brennstoff-Verhältnissteuerung
bekannt, wobei der Sauerstoffkonzentrationssensor
ein Abgabesignal liefert, dessen Wert sich in Abhängigkeit
von der Sauerstoffkonzentration im Brennkraftmaschinenabgas
ändert. Hieraus ist ein Sauerstoffkonzentrationssensor
mit dem Aufbau bekannt, der im Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 umrissen ist. Der Stromfluß zwischen dem
Elektrodenpaar ist ein Grenzstromwert, der im wesentlichen
konstant ist, d. h. im wesentlichen unbeeinflußt durch Änderungen
der anliegenden Spannung ist, und der proportional
zur Sauerstoffkonzentration in dem zu messenden Abgas ist.
Somit läßt sich mit der Größe dieses Grenzstromes die
Sauerstoffkonzentration in dem zu messenden Abgas erfassen.
Wenn jedoch dieser Sauerstoffkonzentrationssensor genutzt
wird, um das Luft/Brennstoff-Verhältnis des der Brennkraftmaschine
zuzuführenden Gemisches zu steuern, indem die Sauerstoffkonzentration
in dem Brennkraftmaschinenabgas gemessen
wird, so läßt sich das Luft/Brennstoff-Verhältnis nur auf
einen solchen Wert steuern, der im mageren Bereich in Relation
zum stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis ist. Wenn
ein Soll-Wert für ein Luft/Brennstoff-Verhältnis bei der Steuerung
aufrechterhalten werden soll, der im fetten Bereich liegt,
so kann dies bei dieser Anordnung nicht vorgenommen werden.
In der JP-OS 59-1 92 955 ist ein weiterer Sauerstoffkonzentrationssensor
der eingangs genannten Art bekannt, der ein Abgabesignal
liefert, das sich im Verhältnis zur Sauerstoffkonzentration
im Brennkraftmaschinenabgas ändert und sowohl für
den mageren als auch für den fetten Bereich des Luft/Brennstoff-
Verhältnisses geeignet ist. Dieser Sauerstoffkonzentrationssensor
weist zwei Sauerstoffionen-leitende Feststoffelektrolytelemente
auf, die jeweils in Form einer ebenen Platte
ausgebildet sind und die jeweils mit einem Elektrodenpaar
versehen sind. Zwei gegenüberliegende Elektrodenflächen, d. h.
eine Fläche jedes Feststoffelektrolytelements, bildet ein Teil
einer Gasaufnahmekammer, die über eine Einführungsöffnung in
Verbindung mit einem zu messenden Abgas steht. Die andere Elektrode
des einen Feststoffelektrolytelements steht unter Atmosphärenbedingungen.
Hierbei wirken eines der Feststoffelektrolytelemente
und sein Elektrodenpaar als ein Sauerstoffkonzentrationsverhältnis-
Sensorzellenelement, während das andere
Feststoffelektrolytelement und sein Elektrodenpaar als ein
Sauerstoffpumpelement wirken. Hierbei erhält man einen Stromflußwert
zwischen dem Elektrodenpaar des Sauerstoffpumpelements,
der sich im Verhältnis zur Sauerstoffkonzentration
im Abgas ändert, und zwar sowohl im fetten als auch im mageren
Bereich des Luft/Brennstoff-Verhältnisses. Wenn jedoch
bei einem solchen Sauerstoffkonzentrationssensor eine Abnormalität
auftritt, so lassen sich nicht nur die gewünschten
Sauerstoffkonzentrationswerte nicht mehr erfassen, sondern
aufgrund der wirkungsmäßigen Verknüpfung mit der Steuerung
des Luft/Brennstoff-Verhältnisses des der Brennkraftmaschine
zuzuführenden Gemisches läßt sich auch die Steuerung dieses
Verhältnisses nicht mehr genau vornehmen, so daß sich hierbei
die Schwierigkeit ergibt, daß die Wirkung der Abgasreinigung
absinkt und die Steuereffizienz für das Luft/Brennstoff-Verhältnis
des der Brennkraftmaschine zuzuführenden Abgases herabgesetzt
wird.
Aus der DE-OS 25 41 823 und der DE-OS 25 30 849 sind
Sauerstoffkonzentrationssensoren bekannt, die als sogenannte λ=1-
Sensoren ausgelegt sind. Ein solcher Sauerstoffkonzentrationssensor
dieser Bauart liefert einen Ausgang, dessen Pegel
sich abrupt bei dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis
ändert, und der im wesentlichen ein elektrisches Signal
liefert, das entsprechend dem Vorhandensein oder dem Fehlen
der Sauerstoffkomponente in den Abgasen zwei Spannungswerte
einnehmen kann. Bei einer solchen Bauform wird kein Heizelement
benötigt. Das in der DE-OS 25 41 823 beschriebene Detektorsystem
zum Feststellen des Ausfalls eines Abgassensors
in einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine
ist derart ausgelegt, daß der Abgassensor bzw. der Sauerstoffkonzentrationssensor
der vorstehend genannten Bauart ein
elektrisches Signal liefert, das zwei Spannungswerte annehmen
kann. Das Kraftstoffeinspritzsystem hat eine Übergangsintervall-
Anzeigeeinrichtung, die einen Kondensator enthält. Die
Spannung am Kondensator steigt mit dem Änderungsintervall
des Ausgangssignals vom Abgassensor an, wobei ein Transistor
in den leitenden Zustand überführt wird und dann ein Signal
von einer Ausfall-Sperreinrichtung einen Zeitgeber ansteuert.
Der Zeitgeber unterbindet das Arbeiten einer Einspritzsteuereinrichtung,
um eine Fehlzündung der Brennkraftmaschine zu erzeugen
und hierdurch die Störung bzw. das Versagen des Sauerstoffkonzentrationssensors
der Bedienungsperson anzuzeigen.
Zur Überwachung der Spannung am Kondensator lediglich während
eines vorbestimmten Brennkraftmaschinenbetriebszustandes ist
eine Teststeuerschaltung vorgesehen, die ein Testfreigabesignal
liefert, wenn die Brennkraftmaschine einen vorbestimmten Brennkraftmaschinenbetriebszustand
einnimmt. Der Brennkraftmaschinenbetriebszustand,
der von der Teststeuerschaltung bestimmt wird,
ist ein Zustand, bei dem die Bedingung erfüllt ist, daß die
Brennkraftmaschinentemperatur höher als eine vorbestimmte Temperatur
ist, eine ausreichend lange Zeitperiode für einen
Belastungszustand verstrichen ist, so daß die thermische Zeitkonstante
der Elemente in Betriebsbereitschaft für die Brennstoffversorgung
der Brennkraftmaschine sind, und daß die Brennkraftmaschine
stabil arbeitet. Bei diesem speziell hierdurch
berücksichtigten Brennkraftmaschinenbetriebszustand handelt
es sich somit um den Leerlaufzustand der warmgelaufenen Brennkraftmaschine.
Bei dem aus der DE-OS 25 30 849 bekannten System zum Feststellen
des Versagens eines Abgassensors, bei dem es sich ebenfalls
um einen sogenannten λ=1-Sensor handelt, wird dieser
auch in Verbindung mit der Steuerung des Luft/Brennstoff-
Verhältnisses der Brennkraftmaschine zuzuführenden Gemisches
eingesetzt. Das vom Sauerstoffkonzentrationssensor abgegebene
elektrische Signal, das sich bei dem stöchiometrischen Luft/
Brennstoff-Verhältnis abrupt ändert, wird einem Komparator
zugeleitet. Der Komparator erzeugt zwei Ausgangssignale, von
denen das erste höher wird, wenn das elektrische Ausgabesignal
einen Bezugswert überschreitet, und das letztgenannte
höher wird, wenn das elektrische Abgabesignal unter einen
Bezugswert fällt. Wenn das erste Abgabesignal während einer
vorbestimmten Zeitperiode im Vergleich zu dem Zeitpunkt höher
wird, zu dem das zweite Abgabesignal ansteigt, dann wird
ein Kondensator über einen Rückstelltransistor entladen.
Wenn bei diesem Sauerstoffkonzentrationssensor sich sein
Ansprechverhalten im Sinne einer Verschlechterung verändert
hat, so verändert sich das Abgabesignal hinsichtlich einer
Größe entsprechend der dort gezeigten Wellenformen. Hierdurch
wird ein Zeitsteuertransistor vor dem Anstieg des zweiten
Abgabesignals leitend, so daß verhindert wird, daß der Transistor
leitend wird. Der Kondensator wird daher nicht entladen
und die Spannung am Kondensator überschreitet einen vorbestimmten
Wert, so daß der Komparator einen Ausgang mit einem
hohen Pegel liefert, der mittels einer zugeordneten Schaltung
beibehalten wird. Durch dieses Abgabesignal von der Schaltung
wird dann eine Alarmeinrichtung angetrieben. Wenn der Sauerstoffkonzentrationssensor
versagt, steigt die Spannung auf einen
Alarmpegel an, so daß auch dieser Zustand der Bedienungsperson
zur Kenntnis gebracht wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Abnormalitätsdetektions-Verfahren für einen Sauerstoffkonzentrationssensor
der im Oberbegriff des Anspruches 1 umrissenen
Art bereitzustellen, bei dem eine Abnormalität im Zusammenhang
mit dem Heizelement zuverlässig festgestellt werden kann,
um entsprechende Gegenmaßnahmen bei der Steuerung des Luft/
Brennstoff-Verhältnisses des der Brennkraftmaschine zuzuführenden
Gemisches einleiten zu können.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe bei dem Abnormalitätsdetektions-
Verfahren für einen Sauerstoffkonzentrationssensor
einer Luft/Brennstoff-Verhältnissteuereinrichtung einer Brennkraftmaschine
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei diesem Verfahren wird eine Störung oder eine Abnormalität
des Heizelements des Sauerstoffkonzentrationssensors auf der
Basis der Sensorspannung, bezogen auf die Bezugsspannung und
der Basis der Größe des Luft/Kraftstoff-Verhältniskompensationswertes
relativ zu einem durch obere und untere Grenzwerte
definierten Bereich festgestellt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren
wird somit ständig im Zusammenhang mit der Steuerung
des Luft/Brennstoff-Verhältnisses des der Brennkraftmaschine
zuzuführenden Gemisches auch die Funktionsfähigkeit und die
Funktionstüchtigkeit des Sauerstoffkonzentrationssensors insbesondere
im Hinblick auf die Funktionsfähigkeit des Heizelements
überprüft, so daß sofort Gegenmaßnahmen beim Steuerungsablauf
des zu steuernden Gemischverhältnisses getroffen werden
können, indem beispielsweise der Kompensationswert bei der
Steuerung auf 1 gesetzt wird. Somit erlaubt das erfindungsgemäße
Verfahren nicht nur die Feststellung einer Störung des
Heizelements beim Sauerstoffkonzentrationssensor, sondern es
können auch gleich Gegenmaßnahmen eingeleitet werden, um trotz
der Störung des Heizelements des Sauerstoffkonzentrationssensors
eine solche Abgaszusammensetzung bei ungestörtem Betrieb
der Brennkraftmaschine zu erreichen, die weitgehend nahe der
vorgegebenen Grenzwerte für die schädlichen Bestandteile ist,
so daß man auch bei einer Störung des Sauerstoffkonzentrationssensors
noch die vorgegebenen Abgaszusammensetzungswerte
einhalten kann.
Wenn beim erfindungsgemäßen Verfahren die Sensorspannung niedriger
als die Bezugsspannung ist, fließt der Pumpstrom in das
Pumpelement, so daß Sauerstoff aus dem Gasdiffusionsdrosselbereich
herausgepumpt wird. Zu diesem Zeitpunkt ist die Temperatur
des Pumpstroms nicht so ausreichend hoch, daß man eine
ausreichende Pumpstromgröße erhält, wodurch das abgegebene
Sauerstoffkonzentrationssignal, basierend auf dem Pumpstrom,
eine Sauerstoffkonzentration wiedergibt, die zur fetteren Seite
als im normalen Zustand verschoben ist. Die Steuereinrichtung,
wie die zentrale Verarbeitungseinrichtung CPU, ermittelt
daher, daß das detektierte Luft/Brennstoff-Verhältnis wesentlich
fetter als das tatsächliche Luft/Brennstoff-Verhältnis
ist. Wenn dieser Zustand fortgesetzt eine gewisse Zeit lang
beibehalten wird, dann nimmt der Kompensationswert K₀₂ allmählich
ab und fällt schließlich unter einen unteren Grenzwert
K 02LL . Wenn die Sensorspannung höher als die Bezugsspannung
ist, fließt der Pumpstrom von dem Pumpelement weg,
so daß dem Gasdiffusionsdrosselbereich Sauerstoff zugeführt
wird. Da zu diesem Zeitpunkt die Temperatur des Pumpelements
nicht so ausreichend hoch ist, daß der Pumpstrom in ausreichendem
Maße fließen kann, gibt das Sauerstoffkonzentrationssignal
eine Sauerstoffkonzentration wieder, die in Richtung
der mageren Seite im Vergleich zum normalen Betriebszustand
verlagert ist. Somit ist die zentrale Verarbeitungseinrichtung
CPU gezwungen, als detektierten Luft/Brennstoff-Verhältniswert
eines solchen zu bestimmen, der wesentlich abgemagerter als
der tatsächliche Luft/Brennstoff-Verhältniswert ist, und daher
steigt der Kompensationswert K₀₂ allmählich an und überschreitet
schließlich den oberen Grenzwert K 02LH .
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in
den Patentansprüchen 2 und 3 wiedergegeben.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die
Zeichnung anhand einer bevorzugten Ausführungsform
näher erläutert. Darin zeigt
Fig. 1 ein Diagramm zur Verdeutlichung einer elektronischen
Brennstoffeinspritzsteuereinrichtung
mit einem Sauerstoffkonzentrationssensor, bei
dem das Abnormalitätsdetektions-Verfahren eingesetzt
wird,
Fig. 2 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung der
Bauteile eines Sauerstoffkonzentrationssensors,
Fig. 3 ein Blockschaltbild der Funktionsteile einer
ECU (elektronischen Steuereinheit), und
Fig. 4a und 4b Flußdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise
einer CPU (zentralen Verarbeitungseinheit).
Fig. 1 bis 3 zeigen eine elektronische Brennstoff- bzw.
Kraftstoffsteuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine, die einen
Sauerstoffkonzentrationssensor 1 enthält, dessen Abnormalität
detektiert werden soll. In dieser Einrichtung ist ein Sauerstoffkonzentrationssensor
1 in einer Abgasleitung 3 einer
Brennkraftmaschine 2 stromauf eines katalytischen Konverters
5 angeordnet. Die Eingänge und Ausgänge des Sauerstoffkonzentrationssensors
1 sind mit einer ECU (elektronische Steuereinheit)
4 verbunden.
Im Schutzgehäuse 11 des Sauerstoffkonzentrationssensors 1
ist ein Sauerstoffionen-leitendes Feststoffelektrolytelement
12 angeordnet, das beispielsweise eine etwa rechteckige
Gestalt der in Fig. 2 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 Elektrodenpaare 17 a, 17 b
und 16 a, 16 b jeweils auf der Trennwand zwischen der Gasaufnahmekammer 13
und der Atmosphärenbezugskammer 15 und auf beiden Seiten der von der Kammer 15
abgelegenen Wand der Kammer 13 angeordnet. Das
Feststoffelektrolytelement 12 arbeitet in Verbindung mit dem
Elektrodenpaar 16 a und 16 b als ein Sauerstoffpumpelement 18 und
arbeitet in Verbindung mit dem Elektrodenpaar 17 a, 17 b 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 Elektrodenpaare 16 a bis 17 b jeweils aus Platin bestehen.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, weist die ECU 4 einen Sauerstoffkonzentrationssensorsteuerteil
auf, der einen Differentialverstärker
21, eine Bezugsspannungsquelle 22 und Widerstände 23 und 24
umfaßt. Die Elektrode 16 b des Sauerstoffpumpelements 18 und
die Elektrode 17 b des Sensorzellenelements 19 sind jeweils an
Masse gelegt, und die Elektrode 17 a des Sensorzellenelements
19 ist über den Widerstand 24 mit einer Versorgungsspannung
V cc verbunden. Die Elektrode 17 a ist auch
mit einem Eingangsanschluß des Differentialverstärkers 21 verbunden,
der eine Abgabespannung nach Maßgabe der Differenz
zwischen einer Spannung, die sich an dem Elektrodenpaar 17 a und
17 b 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 16 a des Sauerstoffpumpelements 18 verbunden. Die
Anschlüsse des Sauerstoffsensorwiderstandes 23 umfassen ein
Ausgangsanschlußpaar des Sauerstoffkonzentrationssensors
und sind mit einem Mikroprozessor verbunden, der die
Steuerschaltung 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 Steuerschaltung 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 Steuerschaltung 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
einer Einspritzeinrichtung 35 verbunden, die in die Einlaßleitung 27 in der
Nähe der Einlaßventile (in der Zeichnung nicht gezeigt) der
Brennkraftmaschine 2 mündet.
Die Steuerschaltung 25 enthält einen Analog/Digital(A/D)-Wandler
30 zum Umwandeln der Spannung V S , die zwischen dem Elektrodenpaar
17 a und 17 b 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 Steuerschaltung 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 in digitale
Signale umwandelt, eine Wellenform-Formungsschaltung 44, die
eine Wellenform-Formung der Abgabesignale von dem Kurbelwinkelsensor
34 vornimmt, um TDC (oberer 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
zählt. Die Steuerschaltung 25 enthält ferner eine Treiberschaltung
46 a für das Betreiben der Einspritzeinrichtung 35, eine
Musteranzeigetreiberschaltung 46 b 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
46 a, 46 b, die CPU 47, der ROM 48 und der RAM 49 sind wechselweise über
Eingabe/Ausgabe-Busleitungen 50 verbunden. Das TDC-Signal wird
von der Wellenform-Formungsschaltung 44 an die CPU 47 angelegt.
Die Steuerschaltung 25 enthält auch eine Heizstromversorgungsschaltung
51, die beispielsweise ein Schaltelement enthalten
kann, das auf einen Heizstromversorgungsbefehl von der CPU 47
ansprechen kann, um eine Spannung an die Anschlüsse
des Heizelementes 20 anzulegen, so daß ein Heizstrom zugeführt
und das Heizelement 20 erwärmt wird.
Die zwischen dem Elektrodenpaar 17 a und 17 b 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 der CPU 47 über die I/O-
Busleitung 50 an. Zusätzlich wird ein Zählerwert vom Zähler
45, den man während jeder Periode der TDC-Impulse erhält, ebenfalls
an die CPU 47 über die I/O-Busleitung 50 angelegt. Die 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 a während der Dauer des Kraftstoffeinspritzzeitintervalls
T OUT aktiviert, um Brennstoff der Brennkraftmaschine
zuzuführen.
Das Kraftstoffeinspritzzeitintervall T OUT kann man beispielsweise
weise aus der folgenden Gleichung erhalten:
T OUT = T I × K₀₂ × K WOT × K TW (1)
Bei der vorstehend genannten Gleichung ist T I die Grundzufuhrmenge,
die nach Maßgabe der Brennkraftmaschinendrehzahl
N e und dem Absolutdruck P BA in der Einlaßleitung bestimmt
wird und die ein Grundeinspritzzeitintervall darstellt.
K₀₂ ist ein Regelkompensationskoeffizient für das Luft/Brennstoff-
Verhältnis, das nach Maßgabe des Abgabesignalpegels
von dem Sauerstoffkonzentrationssensor eingestellt werden
kann. K WOT ist ein Brennstoffmengeninkrementkompensationskoeffizient,
der berücksichtigt 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 an dem Elektrodenpaar 17 a und 17 b 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
16 a zu der Elektrode 16 b des Sauerstoffpumpelements 18,
so daß der Sauerstoff in der Gasaufnahmekammer 13 durch die
Elektrode 16 b ionisiert wird und durch das Innere des Sauerstoffpumpelements
18 von der Elektrode 16 b wegwandert, um an
der Elektrode 16 a 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 an dem Elektrodenpaar 17 a und 17 b 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 ändert sich die Abgabespannung von dem
Differentialverstärker 21 von einem positiven zu einem negativen
Wert. In Abhängigkeit von diesem negativen
Wert der Abgabespannung wird der Pumpstrom, der zwischen dem
Elektrodenpaar 16 a und 16 b des Sauerstoffpumpelements 18 fließt,
reduziert und die Richtung des Stromflusses wird umgekehrt.
Da somit die Richtung des Flusses des Pumpstromes nunmehr von
der Elektrode 16 b zu der Elektrode 16 a geht, wird Sauerstoff
durch die Elektrode 16 a ionisiert, so daß Sauerstoff als
Ionen durch das Sauerstoffpumpelement 17 zu der Elektrode 16 b
übertragen werden, um von dort als gasförmiger Sauerstoff in
die Gasaufnahmekammer 13 freigesetzt zu werden. Auf diese Weise
wird Sauerstoff in die Gasaufnahmekammer 13 gesaugt.
Die Versorgung des Pumpstromes wird hierbei derart gesteuert,
daß die Sauerstoffkonzentration in der Gasaufnahmekammer 13
auf einem konstanten Wert aufrechterhalten wird, indem Sauerstoff
in die Gasaufnahmekammer 13 gesaugt 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/
Brennstoff-Verhältnisses 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 Sauerstoffkonzentrationsdarstellungswert
V₀₂, der in Abhängigkeit von I P bestimmt ist, mit
einem Sollwert für das Luft/Brennstoff-Verhältnis V ref (der
nach Maßgabe der Brennkraftmaschinenbetriebsbedingungen bestimmt wird)
verglichen und wenn V₀₂<V ref ist, wird die Ermittlung K₀₂-Δ
ausgeführt, während, wenn V₀₂≧V ref ist, die Ermittlung K₀₂+Δ
ausgeführt wird.
Eine Arbeitsablauffolge für das Abnormalitätsdetektionsverfahren
für diesen Sauerstoffkonzentrationssensor
wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Flußdiagramme der
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 Brennsotffversorgungsprogramm
ausgeführt wird.
In diesem Arbeitsablauf ermittelt die 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 dem
Elektrodenpaar 17 a und 17 b des Sensorzellenelementes 19 eingelesen
und es erfolgt eine Entscheidung, ob V S =V ist oder
nicht (Schritt 62). Wenn V S ≠0 (V), dann wird ein Zeitgeber
A (in der Zeichnung nicht gezeigt) in der 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 <I PLH , gibt dies einen Kurzschluß
am Elektrodenpaar 17 a und 17 b des Sensorzellenelementes
19 an, da ein übermäßig hoher Wert des Pumpstromes
auftritt, währenddem ein Zustand von V S =0 (V) konstant
aufrechterhalten wird. Daher wird ein "Sensorzellenelementkurzschluß"-
Anzeigebefehl ausgegeben, um die Schaltung 46 b
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<K ₀₂LH , dann zeigt dies einen Zustand an,
bei dem V S kontinuierlich konstant 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 am
Elektrodenpaar 17 a und 17 b des Sensorzellenelements 19 beurteilt
und ein "Sensorzellenelementkurzschluß"-Anzeigebefehl
wird daher an die Treiberschaltung 47 b abgegeben (Schritt 66).
Wenn nach dem Rücksetzen des Zeitgebers A ermittelt wird, daß
der 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 der CPU 47 zurückgesetzt, und es wird
ein Aufwärtszählen von Null mit Hilfe des Zählers B eingeleitet
(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 <I PLL ist, dann
wird dieser Zustand als eine Anzeige für eine offene Schaltung
an den Verbindungsleitungen des Elektrodenpaars 17 a und 17 b
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-Schaltung offen"-
Anzeigebefehl an die Treiberschaltung 46 b abgegeben (Schritt 72).
Wenn I P ≧I PLL′ ist, dann erfolgt eine Entscheidung, ob der
Regelkompensationskoeffizient K₀₂ (in dem K₀₂-Berechnungsunterprogramm
ermittelt) kleiner als der untere Grenzwert K 02LL
ist oder nicht (Schritt 73). Wenn K₀₂<K ₀₂LL ist, dann zeigt
dies, daß obgleich kein 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 an den
Verbindungsleitungen des Elektrodenpaars 17 a, 17 b des Sensorzellenelementes
19 interpretiert, und es wird ein "Sensorzellenelement-
Schaltungoffen"-Anzeigebefehl an die Treiberschaltung
46 b 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 der 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
K₀₂ größer als der obere Grenzwert K 02LH ist oder
nicht (Schritt 77). Wenn K₀₂<K 02LH ist, dann wird hierdurch
eine offene Schaltung an den Verbindungsleitungen des Elektrodenpaars
16 a, 16 b 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 46 b abgegeben (Schritt 78). Wenn
K₀₂<K 02LH ist, dann erfolgt eine Entscheidung, ob der
Regelkompensationskoeffizient K₀₂ kleiner als der untere Grenzwert
K 02LL ist oder nicht (Schritt 79). Wenn K₀₂<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
16 a, 16 b 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 46 b 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 der CPU 47 jeweils zurückgesetzt,
und es wird ein Zählvorgang ausgehend von Null eingeleitet
(Schritte 81, 82). Wenn andererseits K₀₂<K 02LH ist,
dann erfolgt eine Entscheidung, ob der Zählerwert T D des Zeitgebers
E größer als ein Zeitintervall t₃ ist oder nicht (Schritt
83). Wenn T D <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
länger als eine Zeit t₃ zuzuführen, erfolgt eine
Entscheidung, ob die Spannung V S am Elektrodenpaar 17 a
und 17 b des Sensorzellenelementes 19 niedriger als 0,4 (V)
ist oder nicht (Schritt 84). Wenn V S <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 Soll-Wert
des Luft/Brennstoff-Verhältnisses L ref auf einen Wert kleiner
als 14,7 gesetzt ist oder nicht (Schritt 88). Der Soll-Wert
für das Luft/Brennstoff-Verhältnis kann nach Maßgabe der
Brennkraftmaschinenbetriebsbedingungen bestimmt werden, die die Brennkraftmaschinenbelastung
wiedergeben, wie N e und P BA , indem eine Datenliste
ausgelesen wird. Wenn wenigstens eine der vorbestimmten Bedingungen
N e ≧3000 (Upm), P BA ≧660 (mm Hg) und L ref ≦14,7 erfüllt ist,
dann wird dies als eine Anzeige dafür genommen, daß die Brennkraftmaschine
unter einem hohen 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 <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 Sauerstoffionen-leitenden 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 46 b abgegeben (Schritt 90).
Wenn alle die 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 <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 mageren Luft/Brennstoff-Verhältnisses
zu kompensieren und das Luft/Brennstoff-Verhältnis hierdurch
fetter zu machen, ein übergroßer Pumpstrom in positiver
Richtung fließt. Dies wird als Anzeige dafür genommen, daß ein
Kurzschluß an dem Elektrodenpaar 16 a, 16 b des Sauerstoffpumpelements
18 vorhanden ist und daher wird ein "Sauerstoffpumpelement-
Kurzschluß"-Anzeigebefehl an die Treiberschaltung
46 b 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/Brennnstoff-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 <t₄ ist, dann wird dies als
eine Anzeige dafür genommen, daß eine offene Schaltung an den
Verbindungsleitungen des Heizelements 20 oder in dem Heizelement
selbst vorhanden ist, und es wird ein "Heizelementschaltungoffen"-
Anzeigebefehl an die Treiberschaltung 46 b abgegeben
(Schritt 94).
Nach dem Rücksetzen des Zeitgebers E oder nachdem 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 der
CPU 47 zurückgesetzt, und es wird eine Zählung ausgehend von
Null begonnen (Schritt 96). Wenn K₀₂<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 am Elektrodenpaar 17 a, 17 b 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
und 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 an den Verbindungsleitungen
des Heizelements 20 oder in dem Heizelement 20 selbst
vorhanden ist, und es wird ein "Heizelement-Schaltungoffen-
Anzeigebefehl an die Treiberschaltung 46 b abgegeben (Schritt 94).
Wenn andererseits V S <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 <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 am Elektrodenpaar 16 a und
16 b des Sauerstoffpumpelements 18 vorhanden ist und daher
wird ein "Sauerstoffpumpelement-Kurschluß"-Anzeigebefehl
an die Treiberschaltung 46 b abgegeben (Schritt 92).
Wenn ein "Sensorzellenelement-Kurzschluß"-Anzeigebefehl,
ein "Sensorzellenelement-Schaltungoffen"-Anzeigebefehl oder
ein "Heizelement-Schaltungoffen"-Anzeigebefehl ausgegeben
wurde, dann wird der Regelkompensationskoeffizient K₀₂
gleich 1 gemacht, um die Luft/Brennstoff-Verhältnissteuerung
zu stoppen (Schritt 100). Wenn ein "Sauerstoffpumpelement-
Kurzschluß"-Anzeigebefehl oder ein "Sauerstoffpumpelement-
Schaltungoffen"-Anzeigebefehl ausgegeben wird,
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, der sich
am Elektrodenpaar 17 a und 17 b des Sensorzellenelements
19 einstellt (Schritt 101).
Wenn die Treiberschaltung 46 b 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 vewirklicht werden,
daß Taktimpulse zugeführt werden, um die Inhalte der Register
in der CPU 47 zu verändern.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform
wird die Brennstoffzufuhrmenge nach Maßgabe eines
Pumpstromwertes I P gesteuert.
Die Ausführungsform ist in gleicher
Weise auch bei einem Abnormalitätsdetektions-Verfahren
für einen Sauerstoffkonzentrationssensor einer Luft/Brennstoff-
Verhältnis-Steuereinrichtung geeignet, bei der eine Hilfsluftzuführung
erfolgt, wobei die zugeführte Hilfsluftmenge
nach Maßgabe des Pumpenstromes I P steuerbar ist.
Ferner wird die Einführungsöffnung 14
als eine Gasdiffusionssteuereinrichtung 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.
Beim Abnormalitätsdetektions-Verfahren für einen Sauerstoffkonzentrationssensor
wird die Tatsache genutzt, daß, wenn eine
Abnormalität als Folge einer offenen Schaltung an den Verbindungsleitungen
eines Heizelements des Sensors oder im
Heizelement selbst auftritt, der Pegel des fließenden Pumpstromes
ungenügend ist. Im Falle einer solchen Abnormalität
wird daher der Luft/Brennstoff-Verhältniskompensationswert
(z. B. K₀₂), der auf der Basis eines Sauerstoffkonzentrationssensorwertes
zur Verwendung bei der Steuerung des Luft/Brennstoff-
Verhältnisses eines der Brennkraftmaschine zuzuführenden
Gemisches abgeleitet wird, dieses Verhältnis konstant auf einem
Sollwert für dieses Verhältnis zu halten, übermäßig
hoch oder übermäßig niedrig im Verhältnis zu einem Luft/Brennstoff-
Verhältnis, den man auf der Basis einer Spannung
erhält, die sich am Elektrodenpaar des Sensorzellenelementes
des Sauerstoffkonzentrationssensors einstellt.
Somit läßt sich eine Abnormalität des Heizelementes
zuverlässig auf der Basis des Wertes der Spannung, der sich
am Elektrodenpaar des Sensorzellenelementes einstellt
und dem Luft/Brennstoff-Verhältniskompensationswert feststellen.
Wenn hierbei eine Abnormalität des Heizelementes
festgestellt wird, kann
die Luft/Brennstoff-Verhältnissteuerung gemäß dem Ausgang von
dem Sauerstoffkonzentrationssensor sofort angehalten werden,
so daß das Arbeiten der Brennkraftmaschine unter Bedingungen
mit verminderter Genauigkeit der Steuerung des Luft/Brennstoff-
Verhältnisses des der Brennkraftmaschine zuzuführenden Gemisches
verhindert werden kann. Daher läßt sich hierdurch ein Absinken
des Wirkungsgrades der Abgasreinigungseinrichtung verhindern.
Claims (3)
1. Abnormalitätsdetektions-Verfahren für einen Sauerstoffkonzentrationssensor
einer Luft/Brennstoff-Verhältnissteuereinrichtung
einer Brennkraftmaschine, bei dem der
Sensor zwei Elektrodenpaare aufweist, die wechselseitig
einander gegenüberliegend paarweise unter Zwischenlage eines
Sauerstoffionen-leitenden Feststoffelektrolytelements angeordnet
sind, bei dem eine Spannungsanlegeeinrichtung zum Anlegen
einer Pumpspannung vorgesehen ist, die nach Maßgabe
einer Spannungsdifferenz zwischen einer Sensorspannung zwischen
einem ersten Elektrodenpaar und einer Bezugsspannung
an dem zweiten Elektrodenpaar bestimmt ist, um die Sensorspannung
konstant auf der Bezugsspannung zu halten, wobei
die Spannungsanlegeeinrichtung einen Ausgang liefert, der
einen Sauerstoffkonzentrationssensorwert, einen Wert des
zwischen dem zweiten Elektrodenpaar strömenden Pumpstroms,
wiedergibt, bei dem ferner ein Heizelement zur Erwärmung
des Feststoffelektrolytelements, eine Gasdiffusionssteuereinrichtung,
welche ein Abgas der Brennkraftmaschine in die
Nähe einer Elektrode der jeweiligen beiden Elektrodenpaare
lenkt, eine Einrichtung, die einen Luft/Brennstoff-Verhältniskompensationswert
nach Maßgabe des Sauerstoffkompensationssensorwertes
zur Steuerung eines Luft/Brennstoff-Verhältnisses
eines der Brennkraftmaschine zuzuführenden Gemisches
derart ermittelt, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis
auf einem Soll-Wert für das Luft/Brennstoff-Verhältnis bleibt,
das nach Maßgabe der Brennkraftmaschinenbetriebsbedingungen
bestimmt wird, und bei der eine Antriebseinrichtung zum
Antreiben einer Luft/Brennstoff-Verhältnissteuereinrichtung
der Brennkraftmaschine nach Maßgabe eines korrigierten Luft/
Brennstoff-Verhältnissteuerwerts vorgesehen sind, den man
dadurch erhält, daß man eine Kompensation eines Luft/Brennnstoff-
Verhältnissteuerwertes nach Maßgabe des Luft/Brennstoff-
Verhältniskompensationswertes vornimmt, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Abnormalität des Heizelementes
basierend auf der Größe der Sensorspannung relativ zur
Bezugsspannung und basierend auf der Größe des Luft-Brennstoff-
Verhältniskompensationswertes relativ zu einem Bereich feststellt,
der durch obere und untere Grenzwerte definiert ist.
2. Abnormalitätsdetektionsverfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß, wenn sich ein Zustand ergibt,
bei dem die Sensorspannung niedriger als die Bezugsspannung
und der Kompensationswert niedriger als ein unterer Grenzwert
ist, dieser Zustand als eine Anzeige für eine Abnormalität
des Heizelementes beurteilt wird.
3. Abnormalitätsdetektionsverfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß, wenn ein Zustand auftritt, bei
dem die Sensorspannung höher als die Bezugsspannung ist und
der Kompensationswert höher als ein oberer Grenzwert ist, dieser
Zustand als eine Anzeige für eine Abnormalität des Heizelementes
beurteilt wird.
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DE4035173A1 (de) * | 1990-11-06 | 1992-05-07 | Motoren Werke Mannheim Ag | Abgasmesseinrichtung |
Also Published As
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JPS62225946A (ja) | 1987-10-03 |
DE3710220A1 (de) | 1987-10-08 |
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