DE3913608C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 9 oder 15 zur Erfassung der Konzentration eines Auspuffgasbestandteils, die in einer Kraftstoffzufuhr-Steueranordnung für eine Brennkraftmaschine vorgesehen ist, bei der das Luft/Kraftstoffverhältnis eines der Maschine zugeführten Luft/Kraftstoffgemisches ansprechend auf die Differenz zwischen der Ausgangsspannung der Abtastvorrichtung und einer vorbestimmten Referenzspannung gesteuert wird. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren gemäß Oberbegriffs des Anspruchs 1 zur Erfassung eines Versagens der Abtastvorrichtung, mittels dessen eine Trennung, ein Ausschalten oder ein Kurzschluß der Abtastvorrichtung ausgehend von einer Änderung ihrer Ausgangsspannung erfaßt wird.

Die Abtastvorrichtung für die Konzentration des Auspuffgasbestandteils weist einen verbesserten Aufbau auf, der unter Verwendung des erfindungsgemäßen Fehlererfassungsverfahrens eine genaue und sichere Erfassung bzw. Feststellung eines Versagens dieser Vorrichtung ermöglicht.

Zur Steuerung des Luft/Kraftstoffverhältnisses eines einer Brennkraftmaschine zugeführten Gemisches innerhalb eines bestimmten Bereiches mit einem gewünschten oder Sollwert als Mittelwert wird im allgemeinen die Konzentration eines in den Auspuffgasen enthaltenen speziellen Bestandteils wie z. B. von Sauerstoff mittels eines Sensors erfaßt. Ansprechend auf die erfaßte Sauerstoffkonzentration wird ein Korrekturkoeffizient für das Luft/Kraftstoffverhältnis auf einen geeigneten Wert eingestellt, um damit das Luft/Kraftstoffverhältnis des Gemisches zu korrigieren. Der Sensor zur Erfassung der Sauerstoffkonzentration in den Auspuffgasen, d. h. ein sogenannter O₂-Sensor, ist beispielsweise aus einem Zirkondioxid-Element mit festen bzw. trockenem Elektrolyten (ZrO₂-Element) gebildet, das die Eigenschaft besitzt, daß sich seine elektromotorische Kraft deutlich ändert, wenn sich das Luft/Kraftstoffverhältnis des Gemisches über das stöchiometrische Verhältnis hinweg ändert. Die Ausgangsspannung des O₂-Sensors befindet sich auf einem hohen Pegel, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis fetter als das stöchiometrische Verhältnis ist, und auf einem niedrigen Pegel, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis magerer als dieses ist. Ein Versagen des O₂-Sensors, wie z. B. eine Trennung, ein Ausschalten und ein Kurzschluß, und dessen Verschlechterung beeinträchtigen die Steuerung des Luft/Kraftstoffverhältnisses ernstlich. Es ist daher erforderlich, eine die Konzentration eines Auspuffgasbestandteils erfassende Vorrichtung, die den O₂-Sensor enthält, stets zu überwachen, um es zu ermöglichen, daß das Steuersystem für das Luft/Kraftstoffverhältnis basierend auf einem normalen Ausgangssignal der Abtastvorrichtung normal arbeitet.

Zu diesem Zweck ist z. B. in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 56-29 100 (Kokoku) ein Verfahren zur Erfassung des Versagens eines Konzentrationssensors für einen Auspuffgasbestandteil (O₂-Sensor) vorgeschlagen worden, bei dem zur Bestimmung, ob der O₂-Sensor defekt ist, ein Zeitintervall erfaßt wird, bei dem eine Umkehrung der Ausgangsspannung des O₂-Sensors, erfolgt, d. h. es wird das Zeitintervall zwischen der Umkehrung der Ausgangsspannung vom hohen Pegel zum niedrigen Pegel und umgekehrt erfaßt. Zur Bestimmung, ob der O₂-Sensor fehlerhaft ist, ist z. B. in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 53-95 431 ein weiteres Verfahren vorgeschlagen worden, gemäß dem die tatsächliche Ausgangsspannung des O₂-Sensors mit einer vorbestimmten Spannung verglichen wird, die höher als der obere Grenzwert des Ausgangsspannungsbereichs (etwa 0,1 V bis 1 V) ist, der während der normalen Arbeitsweise des O₂-Sensors angenommen werden kann.

Gemäß dem ersteren Verfahren wird das Zeitintervall der Umkehr der Ausgangsspannung des Komparators, in den das Ausgangssignal des O₂-Sensors eingegeben wird, ausgehend von einer in einem Kondensator angewachsenen Ladungsmenge gemessen. Wenn das Zeitintervall länger als ein vorbestimmtes Zeitintervall ist, wird bestimmt, daß der O₂-Sensor defekt ist. Wenn jedoch ein Luft/Kraftstoff-Basisverhältnis (z. B. entsprechend dem Basiswert Ti der Kraftstoffeinspritzperiode T_out) von einem geeigneten Wert abweicht, kann gemäß diesem Verfahren das Sensorausgangssignal in bezug auf das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis auf der mageren Seite oder auf der fetten Seite über das vorbestimmte Zeitintervall bleiben, was zu einer fehlerhaften Beurteilung führt, daß der O₂-Sensor defekt ist.

Insbesondere wenn in einer Tabelle oder einem Verzeichnis gespeicherte vorbestimmte Werte des Basiswertes Ti der Kraftstoffeinspritzperiode von tatsächlich von der Maschine benötigten geeigneten Werten abweichen oder wenn der Durchgangsquerschnitt eines Kraftstoffeinspritzers oder der von einem Kraftstoffdruckregler der Maschine eingestellte Kraftstoffdruck aufgrund von Herstellungsabweichungen oder Alterungsprozessen von einem richtigen Wert abweicht, selbst wenn die Tabellenwerte richtig sind, kann das Luft/Kraftstoffverhältnis auf der fetten Seite oder auf der mageren Seite bleiben, selbst nachdem eine zur Umkehrung der Ausgangsspannung des O₂-Sensors ausreichende Zeitperiode verstrichen ist.

Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren, mittels dessen das Zeitintervall der Umkehrung der Ausgangsspannung des O₂- Sensors erfaßt wird, um dessen Ausfall festzustellen, kann ein Defekt des O₂-Sensors in den obigen Fällen sogar zu Unrecht festgestellt werden, obwohl der Sensor nicht defekt ist. Mit anderen Worten, das vorgeschlagene Verfahren ist empfindlich auf eine Abweichung des Luft/Kraftstoff-Basisverhältnisses und Änderungen etc. in Maschinenteilen, was die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Fehlererfassung beeinträchtigt.

Gemäß dem letzteren Verfahren wird im übrigen bestimmt, daß der O₂- Sensor defekt ist, wenn die Ausgangsspannung des Sensors oberhalb einer vorbestimmten hohen Spannung, z. B. 6 V, liegt. Obwohl es das Verfahren ermöglicht, ein Ausschalten oder eine Trennung im O₂-Sensor oder dessen Verdrahtung festzustellen, ist indessen nicht möglich, einen Kurzschluß im Sensor oder dessen Verdrahtung festzustellen, da die Sensorausgangsspannung auf Null abfällt, wenn im O₂- Sensor oder dessen Verdrahtung ein Kurzschluß auftritt.

Aus der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 61-2 41 647 ist ein Verfahren zur Feststellung eines Defektes bei einem O₂-Sensor bekannt, bei dem Ausgangsstromwerte des zu überprüfenden Sensors mit Standard-Ausgangsstromwerten eines normal arbeitenden O₂-Sensors verglichen werden.

Die japanische Patentveröffentlichung 59-1 68 357 befaßt sich mit einem Verfahren zur Feststellung eines Defektes eines O₂-Sensors. Die Ausgangssignale des O₂-Sensors werden verarbeitet und mit Referenzsignalen verglichen.

In der DE-OS 35 43 759 ist schließlich eine Vorrichtung zur Erfassung des Luft/Kraftstoffverhältnisses eines einer Brennkraftmaschine zugeführten Luft/Kraftstoffgemisches beschrieben, bei der ein Element mit festem Elektrolyten verwendet wird. Zwischen einer elektrischen Stromversorgungseinrichtung und einer Elektrode ist ein Widerstand in Reihe angeschlossen, der dazu dient, einen Stromwert in einen Spannungswert umzuwandeln, und der ein Signal liefert, das einem bestimmten Luft/Kraftstoffverhältnis entspricht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Defekt in einer Vorrichtung zur Erfassung der Konzentration eines Bestandteils von Auspuffgasen rasch und sicher zu erfassen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie bei einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 bzw. 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Durch die Erfindung ist es ermöglicht worden, eine Trennung, ein Ausschalten und einen Kurzschluß in der Abtastvorrichtung sowie eine Verschlechterung der Abtastvorrichtung sicher, rasch und mit guter Genauigkeit festzustellen.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Erfassung des Versagens eines Sensors für die Konzentration eines Auspuffgasbestandteils einer Brennkraftmaschine angegeben worden, wobei das Luft/Kraftstoffverhältnis eines der Maschine zugeführten Luft/Kraftstoffgemisches im Rückkopplungsbetrieb ansprechend auf eine Differenz zwischen der Ausgangsspannung des Sensors und einem vorbestimmten Referenzspannungswert gesteuert wird.

Dieses Verfahren ist durch die Schritte gekennzeichnet, daß

• (1) an den Sensor eine vorbestimmte Spannung angelegt wird,
• (2) bestimmt wird, ob eine durch das Anlegen der vorbestimmten Spannung an den Sensor bewirkte Änderung der Ausgangsspannung kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, und
• (3) bestimmt wird, daß der Sensor defekt ist, wenn die Änderung der Ausgangsspannung kleiner als der vorbestimmte Wert ist.

Vorzugsweise wird bestimmt, daß der Sensor defekt ist, wenn die durch das Anlegen der vorbestimmten Spannung an den Sensor herbeigeführte Änderung der Ausgangsspannung über eine vorbestimmte Zeitperiode fortgesetzt kleiner als der vorbestimmte Wert gewesen ist.

Des weiteren wird vorzugsweise bestimmt, daß der Sensor fehlerhaft ist, wenn die durch das Anlegen der vorbestimmten Spannung an den Sensor bewirkte Änderung der Ausgangsspannung über eine vorbestimmte Zeitperiode fortgesetzt kleiner als der vorbestimmte Wert gewesen ist und über eine zweite vorbestimmte Zeitperiode folgend auf die erste vorbestimmte Zeitperiode fortgesetzt kleiner als der vorbestimmte Wert gewesen ist.

Vorzugsweise umfaßt das Verfahren die Schritte, daß bestimmt wird, ob die Ausgangsspannung innerhalb eines vorbestimmten Wertebereichs liegt oder nicht, der während des Normalbetriebes der Maschine angenommen werden kann, ein Wert der Ausgangsspannung gespeichert wird, wenn die Ausgangsspannung das erste Mal aus dem vorbestimmten Wertebereich heraus abgefallen ist, bestimmt wird, ob eine zweite Differenz zwischen dem gespeicherten Wert der Ausgangsspannung und jedem der nachfolgenden tatsächlichen Werte der Ausgangsspannung kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, die vorbestimmte Spannung an den Sensor angelegt wird, wenn die zweite Differenz über eine erste vorbestimmte Zeitperiode fortgesetzt kleiner als der vorbestimmte Wert gewesen ist, und bestimmt wird, daß der Sensor defekt ist, wenn die zweite Differenz über eine vorbestimmte Zeitdauer nach Anlegen der vorbestimmten Spannung an den Sensor fortgesetzt kleiner als der vorbestimmte Wert gewesen ist.

Des weiteren werden die Schritte (1) bis (3) vorzugsweise während der Rückkopplungssteuerung ausgeführt.

Die Schritte (1) bis (3) werden des weiteren bevorzugt ausgeführt, nachdem eine zur Aktivierung des Sensors benötigte vorbestimmte Zeitperiode verstrichen ist, nachdem die Maschine in einen vorbestimmten Rückkopplungssteuerungsbereich eingetreten ist, wenn keine Rückkopplungssteuerung ausgeführt wird.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Erfassung der Sauerstoffkonzentration eines Bestandteils von Auspuffgasen einer Brennkraftmaschine geschaffen worden, die enthält:

• - einen Sensor für die Konzentration eines Auspuffgasbestandteils mit einem Element mit festem bzw. trockenem Elektrolyten und ein Paar von auf dem Element mit festem Elektrolyten vorgesehenen Elektroden, wobei eine der Elektroden einem Referenzgas ausgesetzt ist und die andere Elektrode den Auspuffgasen ausgesetzt ist; und
• - eine Einrichtung zur Zuführung von elektrischem Strom, die vorgesehen ist, um dem Element mit festem Elektrolyten elektrischen Strom mit einer vorbestimmten Stärke zuzuführen;
• - wobei eine Spannung entsprechend der Konzentration des Auspuffgasbestandteils zwischen den Elektroden erzeugt wird, wenn dem Element mit festem Elektrolyten von der elektrischen Strom zuführenden Einrichtung die vorbestimmte elektrische Strommenge zugeführt wird.

Die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch ein in Reihe zwischen der Einrichtung zur Zuführung von elektrischem Strom und einer der Elektroden angeschlossenes elektrisches Widerstandselement, das die Genauigkeit der Feststellung eines Abschaltens oder Kurzschlusses im Sensor verbessert.

Vorzugsweise ist das elektrische Widerstandselement in Reihe zwischen der elektrischen Strom zuführenden Einrichtung und der einen Elektrode angeschlossen, die dem Referenzgas ausgesetzt ist.

Die obigen und weiteren Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und der Zeichnung weiter hervor. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm, das den Gesamtaufbau eines Steuersystems für die Kraftstoffzufuhr für eine Brennkraftmaschine veranschaulicht, auf das das erfindungsgemäße Verfahren zur Erfassung eines Versagens eines Konzentrationssensors für einen Auspuffgasbestandteil anwendbar ist;

Fig. 2 ein Blockdiagramm, das den inneren Aufbau einer in Fig. 1 dargestellten elektronischen Steuereinheit (ECU) veranschaulicht;

Fig. 3 ein Schaltbild, das den Aufbau einer Ersatzschaltung eines O₂-Sensors als erfindungsgemäßer Konzentrationssensor für einen Auspuffgasbestandteil, eines Prüf- bzw. Kontrollkreises und eines Teils der elektronischen Steuereinheit zum Empfangen des Ausgangssignals des Sensors veranschaulicht;

Fig. 4 einen Längsschnitt des in Fig. 3 dargestellten Sensors gemäß der Erfindung;

Fig. 5(a) und (b) Diagramme, die Änderungen der Ausgangssignaleigenschaften des Sensors zur Zeit von dessen normaler Funktion und zur Zeit von dessen Trennung bzw. Ausschaltung darstellen;

Fig. 6(a) und (b) Diagramme, die Änderungen der Ausgangssignaleigenschaften des Sensors zur Zeit von dessen normaler Funktion und zur Zeit eines Kurzschlusses darstellen;

Fig. 7 ein Flußdiagramm, das eine Subroutine zur Erfassung eines Defekts des erfindungsgemäßen Sensors darstellt;

Fig. 8 ein Diagramm, das ein Beispiel einer T_W-t_FBZ-Tabelle darstellt;

Fig. 9(a) und (b) Diagramme, die Änderungen der Sensorausgangssignalspannung (V_O₂) zur Zeit der Ausschaltung des O₂-Sensors und zur Zeit von dessen Kurzschluß darstellen;

Fig. 10 eine Ansicht ähnlich Fig. 3, die ein weiteres Ausführungsbeispiel des O₂-Sensors darstellt;

Fig. 11 eine Ansicht ähnlich Fig. 3, die ein weiteres Ausführungsbeispiel des O₂-Sensors darstellt; und

Fig. 12 eine Ansicht ähnlich Fig. 3, die ein weiteres Ausführungsbeispiel des O₂-Sensors darstellt.

Die Erfindung wird im folgenden im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, die Ausführungsbeispiele zeigt.

Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, in der der Gesamtaufbau eines Steuersystems für die Kraftstoffzufuhr zu einer Brennkraftmaschine veranschaulicht ist, auf das das erfindungsgemäße Verfahren zur Erfassung eines Defekts des Konzentrationssensors für einen Auspuffgasbestandteil anwendbar ist. Eine Brennkraftmaschine 1, bei der es sich beispielsweise um eine Vierzylindermaschine handeln kann, ist mit einem Ansaugrohr 2 verbunden. Ein Drosselventil 3 ist im Ansaugrohr 2 angeordnet. Ein Sensor 4 für die Drosselventilöffnung (R_TH-Sensor) ist mit dem Drosselventil 3 verbunden, um dessen Ventilöffnung abzutasten, und ist mit einer elektrischen Steuereinheit 5 (im folgenden ECU) elektrisch verbunden, um dieser eine durch ihn abgetastete Drosselventilöffnung anzeigendes elektrisches Signal zuzuführen. Die ECU 5 berechnet gewünschte bzw. Sollwerte des Luft/Kraftstoffverhältnisses eines der Maschine zuzuführenden Gemisches und erfaßt einen Defekt des Konzentrationssensors für den Auspuffgasbestandteil, wie im folgenden beschrieben wird.

Im Ansaugrohr 2 sind Kraftstoffeinspritzventile 6 jeweils an einer Stelle etwas stromaufwärts eines nicht gezeigten Ansaugventils eines nicht gezeigten entsprechenden Maschinenzylinders und zwischen der Maschine 1 und dem Drosselkörper 3 angeordnet, um dem entsprechenden Maschinenzylinder Kraftstoff zuzuführen. Die Kraftstoffeinspritzventile 6 sind mit einer nicht gezeigten Kraftstoffpumpe verbunden und sind elektrisch mit der ECU 5 derart verbunden, daß ihre Ventilöffnungsperioden oder Kraftstoffeinspritzmengen durch von der ECU 5 zugeführte Signale gesteuert werden.

Ein Sensor 8 für den Absolutdruck (P_BA-Sensor) steht über eine Leitung 7 mit dem Inneren des Ansaugrohrs 2 an einer Stelle stromabwärts des Drosselventils 3 in Verbindung, um den Absolutdruck im Ansaugrohr 2 zu erfassen und der ECU 5 ein den erfaßten Absolutdruck anzeigendes elektrisches Signal zuzuführen. Des weiteren ist ein Sensor 9 für die Ansauglufttemperatur (T_A-Sensor) im Ansaugrohr 2 an einer Stelle stromabwärts der Leitung 7 angeordnet, um die Ansauglufttemperatur (T_A) abzutasten und der ECU 5 ein die erfaßte Ansauglufttemperatur (T_A) anzeigendes elektrisches Signal zuzuführen.

Ein Sensor 10 für die Maschinenkühlmitteltemperatur (T_W- Sensor), der aus einem Thermistor oder dergleichen gebildet sein kann, ist auf dem Zylinderblock der Maschine 1 auf solche Weise angebracht, daß er in der Umfangswand eines Maschinenzylinders mit mit Kühlmittel gefülltem Innenraum eingebettet ist, und ein die abgetastete Kühlmitteltemperatur anzeigendes elektrisches Ausgangssignal wird der ECU 5 zugeführt.

Ein Sensor 11 für die Maschinendrehzahl (Ne-Sensor) und ein Zylinderunterscheidungssensor 12 (CYL-Sensor) sind in gegenüberliegender Beziehung zu einer nicht dargestellten Nockenwelle oder einer nicht dargestellten Kurbelwelle der Maschine 1 angeordnet. Der Ne-Sensor 11 ist in der Lage, einen Impuls bei einem jeden vorbestimmter Kurbelwinkel zu erzeugen, wenn sich die Maschinenkurbelwelle um 180° dreht, d. h. einen Impuls eines Signals für die obere Totpunktstellung (TDC-Signal) zu erzeugen, das der ECU 5 zugeführt wird. Der CYL-Sensor 12 ist in der Lage, einen Signalimpuls zur Unterscheidung eines speziellen Zylinders bei einem vorbestimmten Kurbelwinkel zu unterscheiden, das ebenfalls der ECU 5 zugeführt wird. In einem sich vom Zylinderblock der Maschine 1 erstreckenden Auspuffrohr 13 ist ein Dreiwege- Katalysator 14 angeordnet, um in den Auspuffgasen enthaltene Bestandteile HC, CO und NO_x zu reinigen.

Ein O₂-Sensor 15 ist im Auspuffrohr 13 an einer Stelle stromaufwärts des Dreiwege-Katalysators 14 eingefügt, um die Konzentration von in den Auspuffgasen enthaltenem Sauerstoff zu erfassen und der ECU 5 eine den erfaßten Konzentrationswert anzeigende Ausgangsspannung (V_O₂) zuzuführen.

Des weiteren sind mit der ECU 5 weitere Parametersensoren zur Bestimmung von Betriebszuständen der Maschine 1 verbunden, die beispielsweise einen Atmosphärendruck-Sensor 16 umfassen, der den Atmosphärendruck erfaßt und der ECU 5 einen erfaßten Atmosphärendruck anzeigendes Signal zuführt. Mit der ECU 5 ist des weiteren eine Failsafe-Vorrichtung, beispielsweise eine Warnvorrichtung 17, verbunden, die in Funktion tritt, wenn ein Fehler im O₂-Sensor oder in dessen Verdrahtung festgestellt wird. Die Warnvorrichtung 17 gibt, basierend auf einem von der ECU 5 zugeführten Steuersignal, eine Warnung aus, z. B. in Form einer Erhöhung oder Verstärkung eines Alarmtons und einer Anzeige des Fehlers durch Leuchtdioden (LEDs).

Die ECU 5 arbeitet ansprechend auf die von den oben erwähnten verschiedenen Sensoren eingegebenen verschiedenen Maschinenparametersignale, um die Ventilöffnungsperiode T_OUT der Kraftstoffeinspritzventile 6 unter Verwendung der folgenden Gleichung zu berechnen:

T_OUT = Ti × K_O₂ × K₁ + K₂ (1)

wobei Ti einen Basiswert der Kraftstoffeinspritzperiode für das Kraftstoffeinspritzventil 6 darstellt, der von einer Speichereinrichtung in der ECU 5 als Funktion der vom Ne- Sensor 11 erfaßten Maschinendrehzahl Ne und des vom Absolutdruck- Sensor 8 erfaßten Absolutdrucks P_BA gelesen wird. K_O₂ stellt einen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturkoeffizienten dar, der abhängig von der vom O₂-Sensor 15 während der Rückkopplungssteuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses erfaßten Sauerstoffgaskonzentration eingestellt wird und während der Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses mit offener Schleife auf einen während der Rückkopplungssteuerung erhaltenen Mittelwert K_REF des Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Korrekturkoeffizienten K_O₂ eingestellt wird. K₁ und K₂ stellen weitere Korrekturkoeffizienten und Korrekturvariablen dar, die unter Verwendung von vorbestimmten Gleichungen und/oder Tabellen, basierend auf Maschinenparametersignalen von oben erwähnten verschiedenen Sensoren, d. h. dem Drosselventilöffnungs-Sensor 4 (R_TH-Sensor), Absolutdruck- Sensor 8 (P_BA-Sensor), Ansauglufttemperatur-Sensor (T_A-Sensor), Maschinenkühlmitteltemperatur-Sensor 10 (T_W-Sensor), Maschinendrehzahl-Sensor 11 (Ne-Sensor), Zylinderunterscheidungs- Sensor 12 (CYL-Sensor), O₂-Sensor 15 und Atmosphärendruck- Sensor 16, berechnet werden, um Betriebseigenschaften der Maschine, z. B. das Startvermögen, Auspuffgasemissionseigenschaften, Kraftstoffverbrauch und Beschleunigungsvermögen, entsprechend Betriebszuständen der Maschine zu optimieren.

Die ECU 5 führt den Kraftstoffeinspritzventilen 6 Treibersignale zu, um diese während der wie oben berechneten Ventilöffnungsperiode T_OUT zu öffnen.

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das den inneren Aufbau der in Fig. 1 dargestellten ECU 5 zeigt. Das TDC-Signal des Ne- Sensors 11 in Fig. 1 wird einer die Wellenform formenden Einrichtung 501 zugeführt, in der seine Impulswellenform geformt wird, und das geformte Signal wird einer Zentraleinheit 503 (im folgenden CPU) sowie einem Me-Wert-Zähler 502 zugeführt. Der Me-Zähler 502 zählt das Zeitintervall zwischen einem vorhergehenden Impuls des TDC-Signals und einem augenblicklichen Impuls des TDC-Signals, das in ihn vom Ne-Sensor 11 eingegeben wird. Daher entspricht der Zählwert Me dem Reziprokwert der tatsächlichen Maschinendrehzahl Ne. Der Me-Wert-Zähler 502 führt der CPU 503 den Zählwert Me über einen Datenbus 510 zu.

Die jeweiligen Ausgangssignale des Drosselventilöffnungs- Sensors 4 (R_TH-Sensor), des Absolutdruck-Sensors 8 (P_BA- Sensor), des Maschinenkühlmitteltemperatur-Sensors 10 (T_W- Sensor), des O₂-Sensors 15, die sämtlich in Fig. 1 dargestellt sind, und weiterer Sensoren werden einer Pegelverstelleinheit 504 zugeführt, damit ihre Spannungspegel durch die Pegelverstelleinheit 504 auf einen vorbestimmten Spannungspegel verschoben werden, und anschließend werden sie über einen Multiplexer 505 einem Analog/Digital-Umsetzer 506 (A/D-Umsetzer) zugeführt. Der A/D-Umsetzer 506 wandelt sukzessive Analogausgangsspannungen der oben erwähnten verschiedenen Sensoren in digitale Signale um, und die sich ergebenden digitalen Signale werden über den Datenbus 510 der CPU 503 zugeführt.

Über den Datenbus 510 sind des weiteren mit der CPU 503 ein Nurlesespeicher 507 (im folgenden ROM), ein Schreib/Lesespeicher 508 (im folgenden RAM) und Treiberkreise 509 und 511 verbunden. Im ROM sind verschiedene in der CPU 503 auszuführende Programme, wie z. B. eine in Fig. 7 dargestellte und später beschriebene Subroutine zur Erfassung eines Defekts des O₂-Sensors und von dessen Verdrahtung, verschiedene Daten, wie z. B. eine Tabelle von Basiswerten Ti der Kraftstoffeinspritzperiode, und Referenzwerte V_O₂FSH und V_O₂FSL, die mit der Ausgangsspannung des O₂-Sensors in Beziehung stehen und später beschrieben werden, sowie verschiedene Tabellen, wie z. B. eine T_W-t_FBZ-Tabelle, gespeichert. Im RAM 508 sind Ergebnisse von in der CPU 503 direkt ausgeführten Berechnungen, aus dem in Me-Wert-Zähler 502 und dem A/D-Umsetzer ausgelesene Daten etc. zwischengespeichert. Der Treiberkreis 509 erhält von der CPU 503 die mittels der obigen Gleichung (1) berechnete Ventilöffnungsperiode T_OUT anzeigende Steuersignale und führt den Kraftstoffeinspritzventilen Treibersignale zu, um sie für die Zeitperiode T_OUT zu öffnen.

Der Treiberkreis 511 dient zu Failsafe-Zwecken und führt einem Prüfkreisschalter (SW), der zur Erfassung eines Versagens des O₂-Sensors und von dessen Verdrahtung verwendet wird, ein Umstell- bzw. Umschaltsteuersignal zu, um ihn ein- oder auszuschalten. Die Warnvorrichtung 17 ist mit dem Treiberkreis 511 verbunden, und die ECU 5 übermittelt zu Warnzwecken über den Treiberkreis 511 ein Warnsteuersignal, wenn ein Ausfall des O₂-Sensors und von dessen Verdrahtung festgestellt worden ist.

Fig. 3 ist ein Schaltbild, das die Anordnung einer Ersatzschaltung des O₂-Sensors als erfindungsgemäßer Konzentrationssensor für den Auspuffgasbestandteil, eines Prüfkreises zur Feststellung eines Versagens des O₂-Sensors und eines Abschnittes der elektronischen Steuereinheit zum Empfangen des Ausgangssignals des Sensors darstellt. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist ein Endpunkt des O₂-Sensors 15 mit der Wand des Auspuffrohrs geerdet, und ein anderer Endpunkt ist über eine Signalleitung mit der ECU 5 verbunden. Damit eine Trennung, ein Ausschalten oder Kurzschluß zwischen dem O₂- Sensor 15 und der ECU 5 genauer und sicher festgestellt werden können, ist im O₂-Sensor 15 zusätzlich ein elektrisches Widerstandselement 19 mit einem vorbestimmten Widerstandswert als Innenwiderstand zu Fehlerermittlungszwecken eingebaut, obwohl sogar ohne dieses elektrische Widerstandselement 19 unter Verwendung des später beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens ein Ausfall des O₂-Sensors 15 und von dessen Verdrahtung festgestellt werden kann.

Mehr im einzelnen, der O₂-Sensor 15 besteht elektrisch im wesentlichen aus einer elektromotorischen Kraftquelle 18a und einem Innenwiderstand 18b. Bei dem erfindungsgemäßen O₂- Sensor 15 ist jedoch das elektrische Widerstandselement 19 in Reihe an die elektromotorische Kraftquelle 18a und den Innenwiderstand 18b angeschlossen.

In Fig. 4 ist ein Beispiel des Aufbaus des O₂-Sensors 15 mit dem in diesem eingebauten elektrischen Widerstandselement 19 dargestellt.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, besitzt der O₂-Sensor 15 ein Gehäuse 15a, das eine ringförmige abgestufte Schulter 15a′ zur Befestigung eines die Sauerstoffkonzentration erfassenden Elementes 15e (Zirkondioxid-Element) an einem vorderen oder unteren Endabschnitt aufweist, wie in Fig. 4 zu sehen ist, wobei ein Teil des vorderen oder unteren Endabschnittes in das Auspuffrohr 13 eingesetzt bzw. eingeschoben wird. Wie in Fig. 4 zu sehen ist, ist an einem vorderen oder unteren Ende des Gehäuses 15a eine Schutzabdeckung 15c angebracht, die eine Anzahl von darin ausgebildeten durchgehenden Löchern zum Durchlassen von Auspuffgasen aufweist. Am anderen oder oberen Ende des Gehäuses 15a ist eine zylindrische Kappe 15d befestigt.

Das Zirkondioxid-Element 15e, das hauptsächlich aus Zirkoniumoxid in der Form eines festen Elektrolyten besteht und Zylinderform mit einem geschlossenen Ende aufweist, ist im Inneren des Gehäuses 15a und der Schutzabdeckung 15c angebracht.

Die Außen- und Innenflächen des Zirkondioxid-Elementes 15e sind mit Platin beschichtet, um als Elektroden zu dienen. Im Inneren der Abdeckung 15c ist ein Zwischenraum 15f durch die platinbeschichtete Außenfläche des Zirkondioxid-Elementes 15e begrenzt, in den Auspuffgase eingeführt werden. Ein anderer Zwischenraum 15g ist im Inneren des Zirkondioxid-Elementes 15e durch dessen platinbeschichtete Innenfläche begrenzt und in ihn wird Luft als Referenzgas eingeführt.

Im Inneren der Zylinderkappe 15d ist ein Innenzylinder 15h angebracht, in dem ein länglicher hohler zylindrischer Isolator 15i untergebracht ist. Am oberen Ende (gemäß der Darstellung von Fig. 4) des länglichen hohlen zylindrischen Isolators 15e ist mittels einer Unterlegscheibe 15j ein kurzer hohler zylindrischer Isolator 15k angebracht. Zwischen einer oberen Endfläche des kurzen hohlen zylindrischen Isolators 15k und einer Innendeckfläche der Zylinderkappe 15d ist eine Belleville- oder Tellerfeder 15l angeordnet, um die Isolatoren 15i und 15k an Ort und Stelle zu fixieren. Des weiteren ist eine z. B. aus Fluorgummi gebildete Isolierscheibe bzw. -tülle 15n in einer oberen Endfläche der Zylinderkappe 15d zum Schutz eines Leitungsdrahtes 15m preßgepaßt, mittels dessen das Ausgangssignal des O₂-Sensors 15 übertragen wird.

Der in Fig. 4 dargestellte Leitungsdraht 15m ist der einzige Leitungsdraht, der mit dem O₂-Sensor 15 verbunden ist. Der Leitungsdraht 15m ist mit der durch die platinbeschichtete Innenfläche des Zirkondioxid-Elementes 15e gebildeten Elektrode mittels einer inneren Zentralelektrode 15o und einer inneren Zentralelektrode 15p elektrisch verbunden, wobei eine wellenförmige Feder jeweils in den inneren Zwischenräumen im Inneren der Isolatoren 15i, 15k angeordnet ist. Die durch die platinbeschichtete Außenfläche des Zirkondioxid- Elementes 15e gebildete Elektrode ist zur Wand des Auspuffrohrs 13 mittels des Gehäuses 15a geerdet. Das elektrische Widerstandselement 19 ist in einer in der oberen Endfläche des Isolators 15e gebildeten Aussparung 15e′ angeordnet und elektrisch zwischen den inneren Zentralelektroden 15o, 15p angeschlossen.

Das elektrische Widerstandselement 19 sollte an einer Stelle angeordnet sein, so daß es weniger durch die Wärme von den Auspuffgasen her beeinträchtigt wird. Zu diesem Zweck ist das Element 19 bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel an einem Ende des O₂-Sensors 15 entfernt von dessen anderem Ende angeordnet, an dem das Zirkondioxid-Element 15e und die Schutzabdeckung 15c angeordnet und der Wärme von den Auspuffgasen ausgesetzt sind.

Die Sauerstoffkonzentration in den Auspuffgasen wird durch den wie oben aufgebauten O₂-Sensor 15 auf folgende Weise erfaßt: Eine der beiden jeweils durch die Innen- und Außenflächen des Zirkondioxid-Elementes 15e gebildeten Elektroden, d. h. in diesem Ausführungsbeispiel die durch die Innenfläche gebildete Innenelektrode, ist Luft als Referenzgas ausgesetzt, während die andere oder Außenelektrode den Auspuffgasen ausgesetzt ist. Von einer elektrischen Stromversorgungseinrichtung, auf die später Bezug genommen wird, wird dem O₂-Sensor 15 eine vorbestimmte elektrische Strommenge zugeführt. Die Sauerstoffkonzentration in den Auspuffgasen wird ausgehend von einer Spannung erfaßt, die mit der Zufuhr des elektrischen Stroms zwischen den Innen- und Außenelektroden erzeugt wird. Mehr im einzelnen, wenn die Außenfläche des Zirkondioxid-Elementes 15e den Auspuffgasen aus dem Auspuffrohr ausgesetzt wird und seine Innenfläche Luft ausgesetzt wird, wirkt es als Sauerstoffzelle, um eine elektromotorische Kraft entsprechend der Differenz zwischen der Sauerstoffkonzentration in der Luft und derjenigen in den Auspuffgasen jeweils in Kontakt mit den Innen- und Außenflächen des Zirkondioxid-Elementes 15e zu erzeugen. Es wird somit eine von der Sauerstoffkonzentration der Auspuffgase abhängige Spannung zwischen den Innen- und Außenelektroden erzeugt. Des weiteren hat die auf diese Weise erzeugte Spannung die Eigenschaft, daß sie sich klar ändert, wenn sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des der Maschine zugeführten Gemisches über das stöchiometrische Verhältnis hinweg ändert, wenn die Temperatur des Zirkondioxid-Elementes 15e höher als ein bestimmter Aktivierungswert ist. Die Sauerstoffkonzentration in den Auspuffgasen wird von der ECU 5 unter Verwendung der obigen Eigenschaft festgestellt. Der ECU 5 wird die Ausgangsspannung des O₂-Sensors 15 über den Leitungsdraht 15m zugeführt, um die Rückkopplungssteuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ansprechend auf die erfaßte Sauerstoffkonzentration auszuführen. Bei dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen O₂-Sensor vom sogenannten Einströmtyp ist das elektrische Widerstandselement 19 zusätzlich vorgesehen, so daß ein Defekt des O₂-Sensors, wie z. B. eine Trennung, ein Ausschalten oder ein Kurzschluß von diesem, genauer festgestellt werden können.

Es wird wieder auf Fig. 3 Bezug genommen. In der ECU 5 sind ein Tiefpaßfilter und ein Operationsverstärker 520 angeordnet. Der Tiefpaßfilter besteht aus zwei Kondensatoren C₁ und C₂ und aus einem Widerstand R₁. Die Ausgangsspannung V_O₂ des O₂-Sensors 15 wird mittels des Tiefpaßfilters auf einen nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 520 gegeben, durch den Verstärker 520 verstärkt und dann dem in Fig. 2 dargestellten Multiplexer 505 und A/D- Umsetzer 506 zugeführt.

Der Operationsverstärker 520 bildet die elektrische Stromversorgungseinrichtung, die dem O₂-Sensor 15 elektrischen Strom auf die sogenannte "Einström"-Weise zuführt.

Zwischen der Verbindungsstelle des Kondensators C₁ mit dem Widerstand R₁ und einem Ausgangsanschluß einer vorbestimmten Strom- bzw. Spannungsquelle (z. B. Batterie im Fahrzeug) zur Zufuhr einer vorbestimmten konstanten Spannung zum O₂-Sensor ist ein Serienkreis angeschlossen, der aus einem steuerbar geschlossenen und geöffneten Prüfkreisschalter 530 und einem Widerstand R₂ besteht. Der Prüfkreisschalter, der aus einem beliebigen geeigneten herkömmlichen Schaltelement gebildet sein kann, wird mittels eines Steuersignals vom Treiberkreis 511 in Fig. 2 gesteuert.

Der aus dem Schalter 530 etc. gebildete Prüfkreis dient zur Erfassung eines Ausfalls des O₂-Sensors 15, d. h. zu einer Selbstdiagnose, auf solche Weise, daß während eines Zeitintervalls, wenn das Ausgangssignal aus dem O₂-Sensor 15 auf demselben Pegel bleibt, der Schalter 530 geschlossen ist, um eine Zunahme des in den O₂-Sensor 15 strömenden elektrischen Stroms zu bewirken, und dann wird die Ausgangsspannung des O₂-Sensors überprüft.

Es wird nun das erfindungsgemäße Prinzip der Fehler- bzw. Ausfallerfassung unter Bezugnahme auf Fig. 5 und 6 beschrieben.

Wenn die Selbstdiagnose nicht ausgeführt wird, wird der Prüfkreisschalter 530 offen gehalten. Die Ausgangsspannung V_O₂ des O₂-Sensors 15 kann durch die vom O₂-Sensor erzeugte elektromotorische Kraft und den vom Operationsverstärker 520 in den O₂-Sensor 15 fließenden elektrischen Strom wie folgt ausgedrückt werden:

V_O₂ = V_s + i × r (2)

wobei V_s die elektromotorische Kraft (Volt), i der elektrische Strom aus dem Operationsverstärker 520 und r die Summe des Innenwiderstandes 18b des O₂-Sensors und des Widerstandswertes des elektrischen Widerstandselementes 19 ist.

Wenn sich der O₂-Sensor 15 in einem aktivierten Zustand befindet, nimmt der elektrische Strom i einen Wert von einigen zehn nA an und i×r nimmt einen Wert von einigen mV an (der durch Einstellen des Widerstandswertes des elektrischen Widerstandselementes 19 auf einen geeigneten Wert, z. B. von einigen kOhm bis einigen zehn kOhm erhalten werden kann). Daher gilt V_O₂≒V_s, und entsprechend ist die Ausgangsspannung V_O₂R, die angenommen wird, wenn das Luft/Kraftstoff- Verhältnis fetter als der stöchiometrische Wert ist, nahezu gleich 1 Volt. Hingegen ist die Ausgangsspannung V_O₂L, die angenommen wird, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis magerer als der stöchiometrische Wert ist, nahezu gleich 0 Volt. Das heißt, wenn der O₂-Sensor 15 normal arbeitet, wird die Ausgangsspannung V_O₂, wie in Fig. 5 und 6 dargestellt, entsprechend der Ausgangssignaleigenschaft des O₂- Sensors vom sogenannten Einströmtyp, wie beim Ausführungsbeispiel von Fig. 3 wiederholt, umgekehrt.

Wenn der Schalter 530 geschlossen ist, wird durch den geschlossenen Schalter die vorbestimmte Spannung aus der vorbestimmten Spannungsquelle zusätzlich auf den O₂-Sensor 15 gegeben. Bei dieser Gelegenheit fließt ein elektrischer Strom i′ durch den Widerstand R₂, so daß der in den O₂-Sensor 15 fließende Gesamtstrom gleich der Summe i+i′ ist. Daher kann die Ausgangsspannung V_O₂ des O₂-Sensors wie folgt ausgedrückt werden:

V_O₂ = V_s + (i+i′) ×r (3)

Es sei nun angenommen, daß der durch den geschlossenen Schalter 530 fließende elektrische Strom i′ einige zehn µA annimmt. Dann nimmt i×r einen Wert von einigen mV an, wenn sich der O₂-Sensor 15, wie oben festgestellt, in einem aktivierten Zustand befindet. Daher kann die Ausgangsspannung V_O₂ wie folgt ausgedrückt werden:

V_O₂ = V_s ≒ V_s + i′ × r (4)

Aus obigem ist ersichtlich, daß ohne Vorliegen eines Fehlers bzw. Defektes in der Signalleitung l, d. h. wenn es weder eine Trennung, ein Ausschalten noch einen Kurzschluß in der Signalleitung gibt, bei Einschalten des Schalters 530 die Ausgangsspannung V_O₂ um einen Betrag ΔV_O₂ = i′×r zunimmt, wie in Fig. 5 (a) und Fig. 6 (a) dargestellt ist. Der Betrag ΔV_O₂ ist in der Größe von 0,1-1,0 Volt.

Wenn daher kein Fehler im O₂-Sensor 15 und dessen Verdrahtung auftritt, kann seine Normalität, d. h. sein normales Funktionieren, durch Überwachung einer Änderung der durch das Einschalten des Schalters 530 bewirkten Spannung V_O₂ nachgewiesen werden.

Andererseits tritt bei Vorliegen eines Defektes im O₂-Sensor 15, selbst wenn der Schalter 530 eingeschaltet wird, keine Änderung der Ausgangsspannung V_O₂ auf. Es ist somit möglich, einen Ausfall im O₂-Sensor 15 festzustellen, indem geprüft wird, ob sich die Ausgangsspannung V_O₂ nach dem Einschalten des Schalters 530 geändert hat oder nicht.

Mehr im einzelnen, im Falle eines Ausschaltens oder einer Trennung in der Signalleitung nimmt der Widerstandswert des O₂-Sensors in bezug auf die Seite der ECU 5 bis Unendlich zu. Dementsprechend kann unabhängig von der Größe des in den Sensor fließenden Stroms, d. h. unabhängig davon, ob der Schalter 530 geschlossen oder offen ist, die Spannung an der Eingangsseite der ECU 5 wie folgt ausgedrückt werden:

V_{O₂ (ECU)} = ∞ × i ≒ ∞ × (i+i′) = ∞ (5)

In der tatsächlichen Stromkreisanordnung von Fig. 3 wird die Spannung V_{O₂ (ECU)} gleich einer von der Spannungsquelle zum Operationsverstärker 520 zugeführten positiven Ausgangsspannung sein, d. h. der maximalen Ausgangsspannung des Verstärkers 520 (vgl. Fig. 5 (b)).

Im Fall einer Trennung oder eines Ausschaltens im O₂-Sensor 15 oder in dessen Verdrahtung nimmt somit die Spannung V_{O₂ (ECU)} bis zu einer positiven Ausgangsspannung aus der Spannungsquelle oder einer maximalen Ausgangsspannung zu, die hierbei zu halten ist, und ändert sich dann nicht, selbst wenn der Schalter 530 geschlossen wird. Ausgehend von dieser erhöhten konstanten Spannung V_{O₂ (ECU)}, die sich von dem während des normalen Funktionierens O₂-Sensors angenommenen Spannungspegel, wie er in Fig. 5 (a) dargestellt ist, unterscheidet, ist es möglich, das Auftreten eines Ausschaltens einwandfrei zu bestimmen.

Des weiteren kann mittels der erfindungsgemäßen Anordnung auch das Auftreten eines Kurzschlusses im O₂-Sensor oder in dessen Verdrahtung durch Schließen des Schalters 530 wie folgt festgestellt werden.

In dem Fall, daß die Signalleitung 1 zur Erde kurzgeschlossen ist, fällt der Spannungspegel auf der Eingangsseite der ECU 5 auf das Erdpotential ab, um auf diesem gehalten zu werden, wie in Fig. 6 (b) dargestellt ist. Unabhängig von der Größe des in den O₂-Sensor 15 fließenden Stroms, d. h. unabhängig davon, ob der Schalter 530 geschlossen oder offen ist, gilt V_O₂≒0, und es tritt keine Änderung in der Ausgangsspannung auf der Eingangsseite der ECU 5 auf. Es ist daher möglich, das Auftreten eines Kurzschlusses im O₂-Sensor oder dessen Verdrahtung, ausgehend von dem auf diese Weise herabgesetzten Konstantspannungspegel auf der Eingangsseite der ECU 5 sicher zu bestimmen, die sich von dem während der Normalfunktion des O₂-Sensors angenommenen Spannungspegel unterscheidet, wie er in Fig. 6 (a) dargestellt ist.

Gemäß obiger Beschreibung tritt dank der Anordnung des Prüfkreises von Fig. 3 eine Änderung im Spannungspegel ΔV_{O₂ (ECU)} auf der Eingangsseite der ECU 5 um einen Betrag V_O₂ auf, wie in Fig. 5 (a) und Fig. 6 (a) dargestellt ist, soweit kein Fehler im O₂-Sensor und dessen Verdrahtung auftritt, wenn der Schalter 530 geschlossen wird, um einen erhöhten Stromfluß in den O₂-Sensor 15 zu bewirken. Wenn hingegen eine Abnormität, wie z. B. ein Ausschalten oder ein Kurzschluß im O₂-Sensor und dessen Verdrahtung vorliegt, erfolgt selbst bei Schließen des Schalters 530 keine Änderung entsprechend dem Betrag ΔV_O₂ im Spannungspegel V_{O₂ (ECU)}, wie in Fig. 5 (b) und Fig. 6 (b) dargestellt ist. Durch Schließen des Schalters 530 innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls, während dessen der O₂-Sensor 15 nicht invertiert wird, und anschließendes Überwachen der Änderung des Spannungspegels V_{O₂ (ECU)} auf der Eingangsseite der ECU 5 ist es möglich, einen Fehler und überdies die Art eines derartigen Fehlers genau zu bestimmen.

In Fig. 7 ist ein Programm zur Feststellung eines Fehlers des O₂-Sensors 15, basierend auf dem oben beschriebenen Prinzip gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt. Dieses Programm wird jedesmal ausgeführt, wenn der ECU 5 ein Impuls des TDC-Signals zugeführt wird.

Beim Schritt 701 in Fig. 7 wird bestimmt, ob erste und zweite Flags nFS 1 und nFS 2 zur Auswahlbestimmung auf 1 gesetzt worden sind oder nicht. Wenn die Antwort auf die Frage des Schrittes 701 NEIN ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 702 fort.

Beim Schritt 702 wird bestimmt, ob die Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Rückkopplungssteuerung, basierend auf dem O₂-Sensor- Ausgangssignal, ausgeführt wird oder nicht. Wenn die Antwort auf die Frage beim Schritt 702 JA ist, schreitet das Programm zu den Schritten 709 ff. fort, auf die später Bezug genommen wird. Ist hingegen die Antwort NEIN, wird weiter bei einem Schritt 703 bestimmt, ob sich die Maschine in einem Bereich mit Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerung befindet oder nicht.

Wenn die Antwort auf die Frage beim Schritt 703 NEIN ist, wird bei einem Schritt 704 ein t_FBZ-Zeitgeber, dessen Zeitgeberwert t_FBZ entsprechend der Maschinenkühlmitteltemperatur T_W eingestellt ist, zurückgesetzt und gestartet. In Fig. 8 ist eine beim Schritt 704 verwendete T_W-t_FBZ-Tabelle dargestellt, wobei der Zeitgeberwert t_FBZ auf kürzere Werte eingestellt wird, wenn der T_W-Wert größer ist, d. h. wenn die Maschinenkühlmitteltemperatur höher ist.

Wenn die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerung nicht ausgeführt wird und sich die Maschine nicht in einem Bereich mit Luft/Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungssteuerung befindet, wird bei einem auf den Schritt 704 folgenden Schritt 705 ein Flag F_LAGVO2i auf 0 gesetzt, das zur Bestimmung bei einem Schritt 710 verwendet wird, auf den später Bezug genommen wird. Bei einem Schritt 706 werden die ersten und die zweiten Flags nFS 1 und nFS 2 zur Fehlerbestimmung auf 0 gesetzt, und ein t_VO₂FB-Zeitgeber (Abwärtszähler), dessen Zeitgeberwert bei Schritten 715 und 717 abgefragt wird, auf die später Bezug genommen wird, wird auf eine vorbestimmte Zeitperiode (z. B. 4,5 Sekunden) gesetzt und gestartet. Dann wird bei einem Schritt 707 der Schalter 530 des in Fig. 3 dargestellten Prüfkreises im AUS-Zustand gehalten, woraufhin das laufende Programm beendet wird.

Wenn die Antwort auf die Frage des Schrittes 703 JA ist, d. h., wenn sich die Maschine in einem Bereich mit Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerung befindet, selbst wenn die Rückkopplungssteuerung nicht ausgeführt wird, wird bei einem Schritt 708 bestimmt, ob die durch den t_FBZ- Zeitgeber entsprechend der Maschinenkühlmitteltemperatur T_W beim Schritt 704 eingestellte vorbestimmte Zeitperiode verstrichen ist oder nicht. Wenn die Antwort auf die Frage des Schrittes 708 NEIN ist, d. h. wenn die vorbestimmte Zeitperiode nicht verstrichen ist, werden die oben erwähnten Schritte 705 bis 707 ausgeführt, woraufhin das Programm beendet wird. Wenn die vorbestimmte Zeitperiode verstrichen ist, schreitet das Programm zu den Schritten 709 ff. fort.

Der Grund für das Vorsehen der Schritte 703, 704 und 708 zusätzlich zum Schritt 702, bei dem bestimmt wird, ob die O₂-Rückkopplungssteuerung ausgeführt wird oder nicht, ist folgender:

Die Bestimmung beim Schritt 702 wird basierend auf verschiedenen Bedingungen ausgeführt, z. B. ob die Maschinenkühlmitteltemperatur höher als ein vorbestimmter Wert ist und ob der O₂-Sensor aktiviert worden ist. Wenn bestimmt wird, daß die Rückkopplungssteuerung tatsächlich ausgeführt wird, wird bei den Schritten 709 ff. eine Selbstdiagnose des O₂-Sensors und von dessen Verdrahtung ausgeführt. Selbst wenn jedoch keine Rückkopplungssteuerung ausgeführt wird, wenn bestimmt wird, daß sich die Maschine in dem durch den Absolutdruck P_BA im Ansaugrohr und die Maschinendrehzahl Ne definierten Bereich mit Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerung befindet, können die Selbstdiagnose des O₂-Sensors 15 und von dessen Verdrahtung ausgeführt werden, wenn die Antwort auf die Frage des Schrittes 708 bestätigend oder JA ist, was es ermöglicht, den O₂-Sensor 15 als aktiviert zu betrachten.

Im einzelnen, die zur Aktivierung des O₂-Sensors benötigte Zeitperiode wird nahezu durch die Maschinentemperatur bestimmt. Daher wird die vorbestimmte Zeitperiode durch den t_FBZ-Zeitgeber abhängig von der Maschinenkühlmitteltemperatur T_W auf solche Weise gesetzt, daß sie gleich der zur Aktivierung des O₂-Sensors benötigten Zeitperiode ist, d. h. mit zunehmender Maschinenkühlmitteltemperatur T_W ist die durch den Zeitgeber eingestellte vorbestimmte Zeitperiode t_FBZ kürzer. Wenn die Zeitperiode t_FBZ verstrichen ist, nachdem bestimmt worden ist, daß sich die Maschine im Bereich mit Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerung befindet, werden die Schritte 709 ff. zur Selbstdiagnose des O₂-Sensors 15 und von dessen Verdrahtung ausgeführt, indem der O₂-Sensor als aktiviert angesehen wird.

Daher wird das Rücksetzen und Starten des t_FBZ-Zeitgebers ansprechend auf den T_W-Wert selbst während des Startes der Maschine ausgeführt.

Mittels der Schritte 703, 704 und 708 kann somit die Unzulänglichkeit behoben werden, daß die Fehlererfassung des O₂- Sensors nur ausgeführt werden kann, wenn die Rückkopplungssteuerung ausgeführt wird. Dies ermöglicht es, die Selbstdiagnose des O₂-Sensors und von dessen Verdrahtung rascher auszuführen.

Bei dem Schritt 709 wird bestimmt, ob die Ausgangsspannung V_O₂ des O₂-Sensors höher als ein vorbestimmter oberer Grenzwert V_O₂FSH (z. B. 0,9 V) ist oder ob die Ausgangsspannung V_O₂ niedriger als ein vorbestimmter niedriger Grenzwert V_O₂FSL (z. B. 0,1 V) ist (vgl. Fig. 9 (a) und 9 (b)). Wenn die Antwort auf die Frage des Schrittes 709 NEIN ist, d. h. wenn V_O₂FSL V_O₂ V_O₂FSH ist, wird beurteilt, daß die Ausgangsspannung V_O₂ in einem Spannungsbereich liegt, der während der Normalfunktion der Maschine 1 angenommen werden kann, und daß der O₂-Sensor 15 mit normaler Funktion arbeitet. Die Schritte 705 ff. werden ausgeführt, ohne die Selbstdiagnose des O₂-Sensors und von dessen Verdrahtung zu starten, und daraufhin wird das laufende Programm beendet.

Wenn andererseits die Antwort auf die Frage des Schrittes 709 JA ist, d. h. wenn V_O₂ < V_O₂FSH ist (vgl. Fig. 9 (a)) oder V_O₂ < V_O₂FSL (vgl. Fig. 9 (b)), zeigt dies die Möglichkeit einer Trennung oder eines Kurzschlusses im O₂- Sensor und dessen Verdrahtung an, und daher werden Schritte 710 ff. ausgeführt.

Zuerst wird bei einem Schritt 710 bestimmt, ob das Flag F_LAGVO₂i auf 0 gesetzt worden ist oder nicht. Wenn die Antwort auf die Frage beim Schritt 710 JA ist, d. h. wenn die laufende Schleife die erste Schleife ist, nachdem die Ausgangsspannung V_O₂ aus dem durch die vorbestimmten oberen und unteren Grenzwerte V_O₂FSH und V_O₂FSL bestimmten Wertebereich gefallen ist, wird der V_O₂-Wert bei einem Schritt 711 als V_O₂LEVEL gespeichert, und dann wird das Flag F_LAGVO₂i bei einem Schritt 712 auf 1 gesetzt. Mit anderen Worten, wenn die Ausgangsspannung V_O₂ begonnen hat, einen Wert außerhalb des normalen Wertebereichs anzunehmen, wird der V_O₂-Wert gespeichert und das Flag F_LAGVO₂i wird auf 1 gesetzt. In den nachfolgenden Schleifen sollte die Antwort auf die Frage beim Schritt 710 NEIN sein, da das Flag F_LAGVO₂i bereits auf 1 gesetzt worden ist, und daher springt das Programm über den Schritt 711 zum Schritt 712. Der beim Schritt 711 gespeicherte V_O₂-Wert wird als Referenzwert zum Überwachen einer Änderung der Ausgangsspannung V_O₂ verwendet, um auf diese Weise einen Ausfall des O₂-Sensors und von dessen Verdrahtung zu bestimmen.

Bei einem auf den Schritt 712 folgenden Schritt 713 wird der Absolutwert ΔV_O₂ der Differenz zwischen dem in der laufenden Schleife festgestellten V_O₂-Wert und dem beim Schritt 711 als Referenzwert gespeicherten V_O₂LEVEL-Wert berechnet, und dann wird bei einem Schritt 714 bestimmt, ob der ΔV_O₂-Wert kleiner als eine vorbestimmte Änderung ΔV_O₂FS ist oder nicht. Wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 5 und 6 beschrieben wurde, wird die vorbestimmte Änderung ΔV_O₂FS auf einen geeigneten Wert, abhängig von einer möglichen Änderung der Ausgangsspannung V_O₂ eingestellt, die auftreten kann, wenn der Prüfkreisschalter 530 während der normalen Arbeitsweise des O₂-Sensors geschlossen wird (insbesondere abhängig von der Ausgangsspannung der Spannungsquelle, des Widerstandes R₂, der Art des verwendeten O₂-Sensors etc.). Der geeignete Wert sollte ein Wert kleiner als die mögliche Änderung der Ausgangsspannung V_O₂ sein.

Wenn die laufende Schleife eine Schleife ist, in der der V_O₂-Wert beim Schritt 711 als V_O₂LEVEL-Wert gespeichert wird, sollte die Antwort auf die Frage des Schrittes 714 JA sein. Daher schreitet das Programm zu einem Schritt 715 fort, bei dem bestimmt wird, ob eine vorbestimmte Zeitperiode T_FS (z. B. 4,0 Sekunden) kürzer als die durch den t_VO₂FS-Zeitgeber eingestellte vorbestimmte Zeitperiode t_VO₂FS verstrichen ist oder nicht (vgl. Fig. 9 (a)).

Wenn die Antwort auf die Frage des Schrittes 715 NEIN ist, d. h. wenn die vorbestimmte Zeitperiode T_FS nicht verstrichen ist, wird das Programm sofort beendet. In jeder nachfolgenden Schleife, wenn der Zustand ΔV_O₂ < V_O₂FS fortgesetzt ist, d. h. wenn die Ausgangsspannung V_O₂ überhaupt nicht geändert ist oder um einen Wert ΔV_O₂FS geändert ist, und zur selben Zeit, wenn die vorbestimmte Zeitperiode T_FS verstrichen ist und die Antwort auf die Frage beim Schritt 715 JA geworden ist, wird der Schalter 530 des Prüfkreises eingeschaltet oder geschlossen (Schritt 716).

Nachdem der Schalter des Prüfkreises auf diese Weise eingeschaltet worden ist, wird dann bei einem Schritt 717 bestimmt, ob der Rest der vorbestimmten Zeitperiode t_VO₂FS d. h. t_VO₂FS-T_FS (0,5 Sekunden), verstrichen ist oder nicht. Wenn die Antwort auf die Frage des Schrittes 717 NEIN ist, d. h. wenn die vorbestimmte Zeitperiode t_VO₂FS nach dem Starten des T_VO₂FS nicht verstrichen ist, wird das Programm sofort beendet.

Wenn der Schalter 530 des Prüfkreises wie beschrieben eingeschaltet wird, wenn der O₂-Sensor und dessen Verdrahtung ohne Beeinträchtigung durch eine Ausschaltung oder einen Kurzschluß normal arbeiten, sollte sich die Ausgangsspannung V_O₂ auf vorbestimmte Weise, wie in Fig. 5 (a) oder in Fig. 6 (a) veranschaulicht, ändern. Das heißt, in der nachfolgenden Schleife erfährt dann der V_O₂-Wert eine durch die gestrichelten Linien in Fig. 9 (a) oder 9 (b) angezeigte Änderung. Es wird dementsprechend beim Schritt 714 bestimmt, daß die Änderung ΔV_O₂ der Ausgangsspannung V_O₂ den vorbestimmten Wert ΔV_O₂FS überschreitet. Dies hat zur Folge, daß das Ergebnis der Bestimmung beim Schritt 714 während des normalen Betriebes des O₂-Sensors und dessen Verdrahtung NEIN wird, woraufhin die Schritte 705 bis 707 ausgeführt werden und das Programm beendet wird. Insbesondere werden die Flags F_LAGVO₂i, nFS 1 und nFS 2, der t_VO₂FS-Zeitgeber und der Prüfkreisschalter 530 sämtlich zurückgesetzt, woraufhin die Selbstdiagnose des O₂-Sensors und von dessen Verdrahtung im Fall von deren normalem Funktionieren beendet wird. Wenn andererseits die Antwort beim Schritt 714 trotz der Tatsache, daß der Prüfkreisschalter 530 eingeschaltet worden ist, JA ist, und wenn dies zur gleichen Zeit über eine vorbestimmte Zeitperiode (t_VO₂FS-T_FS) oder länger fortgesetzt wird, d. h. wennn die Antwort auf die Frage beim Schritt 717 JA wird, wird beurteilt, daß der O₂-Sensor oder dessen Verdrahtung fehlerhaft ist. Dann werden die Schritte 718 ff. ausgeführt, um schließlich zu bestimmen, daß ein Fehler im O₂-Sensor oder dessen Verdrahtung vorliegt.

Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Fehlerbestimmung des O₂-Sensors und von dessen Verdrahtung zweimal ausgeführt. Im einzelnen wird beim Schritt 718 bestimmt, ob das erste Flag nFS 1 zur Fehlerbestimmung auf 1 gesetzt worden ist oder nicht. Wenn die Antwort auf die Frage des Schrittes 718 NEIN ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 719 fort, wo das erste Flag nFS 1 auf 1 gesetzt wird. Beim folgenden Schritt 720 wird ein T_SFW-Zeitgeber zum Zählen einer vorbestimmten Zeitperiode T_SFW (z. B. 0,5 Sekunden) zurückgesetzt und gestartet, woraufhin das Programm beendet wird.

In der folgenden Schleife sollte die Antwort auf die Frage des Schrittes 718 JA werden, und dann schreitet das Programm zu einem Schritt 721 fort, bei dem bestimmt wird, ob die vorbestimmte Zeitperiode T_FSW verstrichen ist oder nicht. Wenn die Antwort auf die Frage beim Schritt 721 NEIN ist, d. h. wenn die vorbestimmte Zeitperiode T_FSW nicht verstrichen ist, wird das Programm sofort beendet. Wenn die Antwort JA ist, d. h. wenn die vorbestimmte Zeitperiode T_FSW verstrichen ist, wird das zweite Flag nFS 2 bei einem Schritt 722 auf 1 gesetzt, woraufhin das Programm beendet wird.

Nachdem das zweite Flag nFS 2 somit beim Schritt 722 auf 1 gesetzt worden ist, sollte das Ergebnis der Bestimmung beim Schritt 701 in der folgenden Schleife JA werden, wodurch schließlich bestimmt wird, daß der O₂-Sensor oder dessen Verdrahtung eine Unterbrechung oder einen Kurzschluß haben. Dann wird bei einem Schritt 723 der Prüfkreisschalter 530 ausgeschaltet, und bei einem Schritt 724 werden das Auftreten eines Defektes des O₂-Sensors oder von dessen Verdrahtung durch einen Warnton und eine LED-Anzeige mitgeteilt, und es werden weitere erforderliche Failsafe-Vorgänge durchgeführt, woraufhin das Programm endet.

Auf diese Weise ist die Selbstdiagnose des O₂-Sensors und von dessen Verdrahtung in einem Fall von deren Defekt abgeschlossen.

Gemäß dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Ausfall des O₂-Sensors und von dessen Verdrahtung durch Anlegen einer vorbestimmten Spannung an den Sensor mittels des Prüfkreisschalters 530 und durch anschließende Erfassung der Änderung ΔV_O₂ der Spannung V_O₂ festgestellt. Es ist daher möglich, einen Ausfall in den beiden Fällen einer Unterbrechung und eines Kurzschlusses mittels derselben Erfassungsprozedur festzustellen. Des weiteren kann jeglicher EInfluß einer Abweichung des Luft/Kraftstoff- Basisverhältnisses bei der Fehlererfassung ausgeschlossen werden, um es auf diese Weise zu ermöglichen, eine einwandfreie Fehlererfassung des O₂-Sensors und von dessen Verdrahtung auszuführen.

Im einzelnen, wenn die Maschine nach einem Fahren des Fahrzeuges mit hoher Geschwindigkeit einen Warmneustart erfährt, wird das der Maschine zugeführte Luft/Kraftstoff-Gemisch aufgrund des am Ansaugrohr haftenden Kraftstoffes fett. Wenn das Fahrzeug in hoher Höhe fährt, kann die Umkehrung des Ausgangssignals des O₂-Sensors 15 nicht wie üblich ausgeführt werden. Sogar in solchen Fällen kann gemäß der Erfindung der Ausfall des O₂-Sensors 15 einwandfrei festgestellt werden, während ein tatsächlicher Ausfall von einem offensichtlichen und falschen Ausfall diskriminiert wird, die sich aus diesen Fällen ergeben.

Gemäß der Erfindung können nicht nur eine Unterbrechung und ein Kurzschluß des O₂-Sensors 15, sogar auch ein Schlechterwerden von dessen Funktion festgestellt werden.

Wenn sich der O₂-Sensor 15 verschlechtert, nimmt der Wert des Innenwiderstandes (18b im Fall eines herkömmlichen O₂-Sensors und 18b+19 im Fall des erfindungsgemäßen O₂-Sensors) zu, so daß selbst bei Einschalten des Prüfkreisschalters zur Vergrößerung der zugeführten elektrischen Strommenge die sich ergebende Änderung von V_O₂ fast unmerklich klein wird.

Indem die beim Schritt 714 verwendete vorbestimmte Änderung ΔV_O₂FS unter Berücksichtigung der obigen Eigenschaft des O₂-Sensors auf einen geeigneten Wert eingestellt wird, kann daher auch eine Verschlechterung des O₂-Sensors festgestellt werden.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird des weiteren die Fehlererfassung oder -bestimmung zweimal mittels der beiden Flags nFS 1 und nFS 2 ausgeführt. Selbst wenn eines der Flags aufgrund von Rauschen etc. fehlerhaft auf 1 gesetzt worden ist, kann daher eine fehlerhafte Diagnose verhindert werden. Obwohl die Fehlerfeststellung oder -bestimmung zweimal ausgeführt wird, wird indessen eine kurze Zeitperiode (bei dem Ausführungsbeispiel 5 Sekunden) benötigt, um einen Defekt des O₂-Sensors und von dessen Verdrahtung einschließlich einer Verschlechterung des O₂- Sensors festzustellen. Daher erfüllt das erfindungsgemäße Verfahren auch die Anforderung einer raschen Erfassung eines Ausfalls.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann des weiteren auf einen herkömmlichen O₂-Sensor angewendet werden. Wenn jedoch der O₂-Sensor, wie in Fig. 3 und 4 dargestellt, aufgebaut ist, kann eine einwandfreiere Fehlerfeststellung ausgeführt werden. Mehr im einzelnen, gemäß dem O₂-Sensor 15 nach der Erfindung ist das elektrische Widerstandselement 19 zwischen der elektrischen Stromversorgungseinrichtung und einer der Elektroden des Zirkondioxid-Elementes 15e in Reihe angeschlossen. Wenn daher der O₂-Sensor 15 und dessen Verdrahtung normal arbeiten, kann eine Änderung der Ausgangsspannung V_O₂ zur Zeit genau erfaßt werden, wenn der elektrische Strom durch Einschalten des Prüfkreisschalters 130 zusätzlich zugeführt wird, um auf diese Weise eine einwandfreie Erfassung eines Ausfalls des O₂-Sensors und von dessen Verdrahtung sicherzustellen. Insbesondere wenn der O₂-Sensor sehr heiß wird, hat der Innenwiderstand des O₂- Sensors 15 im allgemeinen die Tendenz, auf einen sehr kleinen Wert abzunehmen. Sogar wenn der Einström-Strom i′, wie unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben, ihm zugeführt wird, kann die Änderung ΔV_O₂ der Ausgangsspannung keinen normalen nennenswerten Wert zeigen, da der Innenwiderstand des O₂-Sensors sehr klein ist. In einem solchen Fall kann trotz der Tatsache, daß der O₂-Sensor und dessen Verdrahtung normal arbeiten, fehlerhaft beurteilt werden, daß es einen Kurzschluß im O₂-Sensor oder dessen Verdrahtung gibt. Wenn bewirkt wird, daß ein elektrischer Strom, der viel größer als der Einström-Strom i′ ist, in den O₂-Sensor 15 fließt, kann ein nennenswerter Wert von ΔV_O₂ erzeugt werden, selbst wenn der O₂-Sensor heiß ist. Wenn indessen ein zu großer elektrischer Strom zugeführt wird, wird die Funktion des O₂-Sensors verschlechtert, und er wird nicht mehr in der Lage sein, seine Funktion auszuführen.

Hingegen im Fall des unter Bezugnahme auf Fig. 3 und 4 beschriebenen erfindungsgemäßen O₂-Sensors ist das elektrische Widerstandselement 19 in Reihe zum Innenwiderstand 18b hinzugefügt. Wenn daher sogar der Innenwiderstand 18b des O₂-Sensors 15 bei hoher Temperatur abnimmt, kann die Abnahme des Innenwiderstandes 18b durch das elektrische Widerstandselement 19 abgedeckt werden. Bei jedem beliebigen Maschinenlastzustand ist es durch Zuführung einer vorbestimmten Stromstärke i′ zum O₂-Sensor möglich, mittels des elektrischen Widerstandselementes 19 stets einen Wert von ΔV_O₂ zu erhalten, der größer als ein bestimmter Wert ist, der zur Bestimmung benötigt wird, daß der O₂-Sensor und dessen Verdrahtung normal arbeitend sind.

Wenn des weiteren das elektrische Widerstandselement 19, wie in Fig. 4 dargestellt, an einer Stelle angeordnet ist, wo es am wenigsten möglich ist, daß es sich von den Auspuffgasen her erwärmt, hat der O₂-Sensor stets einen ausreichenden Innenwiderstand, um eine falsche Feststellung eines Ausfalls des O₂-Sensors und von dessen Verdrahtung zu vermeiden.

Wie in Fig. 10 dargestellt ist, kann das elektrische Widerstandselement 19 vorteilhafter im Innern der ECU 5 angeordnet werden, wo es des weiteren weniger anfällig ist, sich von den Auspuffgasen her zu erwärmen. Gemäß der Anordnung von Fig. 10 kann des weiteren ein auf dem Markt erhältlicher diskreter festgelegter Widerstand üblicher Art als elektrisches Widerstandselement 19 verwendet werden, um eine Herabsetzung der Herstellungskosten zu ermöglichen.

In Fig. 11 ist eine weitere Anordnung des O₂-Sensors dargestellt, die sich von der Anordnung von Fig. 3 lediglich darin unterscheidet, daß eine Heizsteuereinheit 20 vorgesehen ist, die von der ECU 5 gesteuert werden kann. Die Heizsteuereinheit 20 hat einen größeren Heizwiderstand 21, der im Gehäuse 15a des O₂-Sensors 15 angeordnet ist, um den O₂-Sensor 15 mit dem in seinem Gehäuse 15a angeordneten elektrischen Widerstandselement 19 zu erwärmen bzw. aufzuheizen, um die Aktivierung des O₂-Sensors zu unterstützen und dessen Temperatur stabiler zu steuern.

In Fig. 12 ist eine weitere Anordnung des O₂-Sensors dargestellt, die mit der Anordnung von Fig. 10 identisch ist mit der Ausnahme, daß eine Heizsteuereinheit, wie in Fig. 11 verwendet, zu denselben Zwecken, wie in Fig. 11 vorgesehen ist. Im Vergleich mit einem das elektrische Widerstandselement 19 bildenden diskreten Widerstand herkömmlicher Art ändert sich der Innenwiderstand 18b des O₂-Sensors 15 mit einer Änderung seiner Temperatur mit größerer Rate. Abhängig vom Maschinentyp sollte daher wenigstens der O₂-Sensor an sich, d. h. der Innenwiderstand 18b, durch die Heizsteuereinheit 20 wärmegesteuert werden.

Die Anbringstelle des elektrischen Widerstandselementes 19 ist nicht auf die veranschaulichten Stellen begrenzt, sondern es kann sich auch um einen anderen Platz außerhalb der ECU 5 handeln, soweit er nicht Wärme von den Auspuffgasen zugänglich ist.

Die Erfindung läßt sich wie folgt zusammenfassen:

Ein Verfahren zum Feststellen eines Ausfalls eines Sensors für die Konzentration eines Auspuffgasbestandteils zum Erfassen der Konzentration eines Bestandteils von Auspuffgasen aus einer Brennkraftmaschine umfaßt die Schritte, daß (1) eine vorbestimmte Spannung an den Sensor angelegt wird, (2) bestimmt wird, ob eine durch das Anlegen der vorbestimmten Spannung an den Sensor bewirkte Änderung der Ausgangsspannung des Sensors kleiner als ein vorbestimmter Wert ist oder nicht, und (3) bestimmt wird, daß der Sensor fehlerhaft ist, wenn die Änderung der Ausgangsspannung kleiner als der vorbestimmte Wert ist.

Eine Vorrichtung zum Abtasten der Konzentration eines Bestandteils von Auspuffgasen aus einer Brennkraftmaschine umfaßt ein elektrisches Widerstandselement, das in Reihe zwischen einer elektrischen Stromversorgungsquelle und einer Elektrode eines auf einem Element mit festem Elektrolyten vorgesehenen Elektrodenpaars angeschlossen ist.

Eine Vorrichtung zum Feststellen eines Ausfalls einer Abtastvorrichtung für die Konzentration eines Auspuffgasbestandteils umfaßt eine Konstantspannungsversorgungsquelle zum Anlegen einer vorbestimmten Spannung an die Abtastvorrichtung und einen Schalter, der zwischen der Konstantspannungsversorgungsquelle und einer Elektrode eines auf einem Element mit festem Elektrolyten der Abtastvorrichtung vorgesehenen Elektrodenpaars, um die vorbestimmte Spannung an die eine der Elektroden anzulegen, wenn der Schalter geschlossen ist.

Claims (17)

1. Verfahren zum Erfassen eines Defekts eines Sensors für die Konzentration eines Auspuffgasbestandteils zum Erfassen der Konzentration eines Bestandteils von Auspuffgasen von einer Brennkraftmaschine, wobei das Luft/Kraftstoffverhältnis eines der Maschine zugeführten Luft/Kraftstoffgemisches ansprechend auf die Differenz zwischen einer Ausgangsspannung des Sensors und einem vorbestimmten Referenzspannungswert in einem Rückkopplungsbetrieb gesteuert wird, gekennzeichnet durch die Schritte, daß

• (1) eine vorbestimmte Spannung an den Sensor angelegt wird,
• (2) bestimmt wird, ob die durch das Anlegen der vorbestimmten Spannung an den Sensor bewirkte Änderung der Ausgangsspannung kleiner als ein vorbestimmter Wert ist oder nicht, und
• (3) bestimmt wird, daß der Sensor defekt ist, wenn die Änderung der Ausgangsspannung kleiner als der vorbestimmte Wert ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmt wird, daß der Sensor defekt ist, wenn die durch das Anlegen der vorbestimmten Spannung an den Sensor bewirkte Änderung der Ausgangsspannung über eine vorbestimmte Zeitperiode fortgesetzt kleiner als der vorbestimmte Wert gewesen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmt wird, daß der Sensor defekt ist, wenn die durch das Anlegen der vorbestimmten Spannung an den Sensor bewirkte Änderung der Ausgangsspannung über eine erste vorbestimmte Zeitperiode fortgesetzt kleiner als der vorbestimmte Wert gewesen ist und des weiteren über eine zweite vorbestimmte Zeitperiode, folgend auf die erste vorbestimmte Zeitperiode, fortgesetzt kleiner als der vorbestimmte Wert gewesen ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - bestimmt wird, ob die Ausgangsspannung innerhalb eines vorbestimmten Wertebereiches liegt oder nicht, der während des normalen Betriebes der Maschine angenommen werden kann,
• - ein Wert der Ausgangsspannung gespeichert wird, wenn die Ausgangsspannung das erste Mal aus dem vorbestimmten Wertebereich herausfällt,
• - bestimmt wird, ob eine zweite Differenz zwischen dem gespeicherten Wert der Ausgangsspannung und jedem aufeinanderfolgender tatsächlicher Werte der Ausgangsspannung kleiner als ein vorbestimmter Wert ist,
• - die vorbestimmte Spannung an den Sensor angelegt wird, wenn die zweite Differenz über eine erste vorbestimmte Zeitperiode fortgesetzt kleiner als der vorbestimmte Wert gewesen ist, und
• - bestimmt wird, daß der Sensor defekt ist, wenn die zweite Differenz über eine zweite vorbestimmte Zeitperiode nach Anlegen der vorbestimmten Spannung an den Sensor fortgesetzt kleiner als der vorbestimmte Wert gewesen ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte (1) bis (3) während der Rückkopplungssteuerung ausgeführt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte (1) bis (3) ausgeführt werden, nachdem eine vorbestimmte Zeitperiode verstrichen ist, nachdem die Maschine in einen vorbestimmten Rückkopplungssteuerbereich eingetreten ist, wenn die Rückkopplungssteuerung nicht ausgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Zeitperiode gleich einer zur Aktivierung des Sensors benötigten Zeitperiode ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Zeitperiode auf einen kürzeren Wert eingestellt wird, wenn die Maschinentemperatur höher ist.

9. Vorrichtung zum Erfassen der Konzentration eines Bestandteils von Auspuffgasen aus einer Brennkraftmaschine mit

• - einem Sensor (15) für die Konzentration eines Auspuffgasbestandteils, der ein Element (15e) mit festem Elektrolyten und ein Paar von auf dem Element mit festem Elektrolyten vorgesehenen Elektroden aufweist, wobei eine der Elektroden einem Referenzgas ausgesetzt ist und die andere der Elektroden den Auspuffgasen ausgesetzt ist; und
• - eine elektrische Stromversorgungseinrichtung zum Zuführen eines elektrischen Stroms mit vorbestimmter Stärke (i′) zum Element (15e) mit festem Elektrolyten;
• - wobei eine Spannung entsprechend der Konzentration des Auspuffgasbestandteils zwischen den Elektroden erzeugt wird, wenn der elektrische Strom mit vorbestimmter Stärke (i′) dem Element mit festem Elektrolyten von der elektrischen Stromversorgungseinrichtung zugeführt wird;

dadurch gekennzeichnet, daß

• - ein elektrisches Widerstandselement (19) zwischen der elektrischen Stromversorgungseinrichtung und einer der Elektroden in Reihe angeschlossen ist, um die Genauigkeit der Feststellung eines Abschaltens oder Kurzschlusses im Sensor (15) zu verbessern.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Widerstandselement (19) zwischen der elektrischen Stromversorgungseinrichtung und der einen der Elektroden, die dem Referenzgas ausgesetzt ist, in Reihe angeschlossen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Widerstandselement (19) im Inneren des Sensors (15) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Widerstandselement außerhalb des Sensors angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, mit einer elektrischen Steuereinheit zum Steuern des Luft/Kraftstoffverhältnisses eines der Maschine ansprechend auf ein Ausgangssignal des Sensors zugeführten Gemisches, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Widerstandselement im Inneren der elektronischen Steuereinheit angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch eine Heizsteuereinrichtung (20) zum Aufheizen des Sensors (15).

15. Vorrichtung zum Feststellen eines Defekts;

• - eines Sensors (15) für die Konzentration eines Auspuffgasbestandteils, der ein Element (15e) mit festem Elektrolyten und ein Paar von auf dem Element mit festem Elektrolyten vorgesehenen Elektroden aufweist, wobei eine der Elektroden einem Referenzgas ausgesetzt ist und die andere der Elektroden den Auspuffgasen ausgesetzt ist; umfassend
• - eine elektrische Stromversorgungseinrichtung zum Zuführen eines elektrischen Stroms mit einer vorbestimmten Stärke (i′) zum Element (15e) mit festem Elektrolyten;
  mit einem mit den Elektroden verbundenen Anschluß;
• - wobei eine der Konzentration des Auspuffgasbestandteils entsprechende Spannung zwischen den Elektroden erzeugt wird, wenn der elektrische Strom mit vorbestimmter Stärke (i′) dem Element (15e) mit festem Elektrolyten von der elektrischen Stromversorgungseinrichtung zugeführt wird;

dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Elemente umfaßt

• - ein elektrisches Widerstandselement (19), das in Reihe zwischen der elektrischen Stromversorgungseinrichtung und einer der Elektroden angeschlossen ist;
• - eine Konstantspannungsversorgungsquelle zum Anlegen einer vorbestimmten Spannung an die Abtastvorrichtung,
• - einen zwischen der Konstantspannungsversorgungsquelle und der einen der Elektroden angeschlossenen Schalter (530) zum Anlegen der vorbestimmten Spannung an die eine der Elektroden, wenn der Schalter geschlossen ist, und
• - eine Defekt-Entscheidungseinrichtung zum Bestimmen, ob eine Änderung der Spannung entsprechend der Konzentration des Aufpuffgasbestandteils kleiner als ein vorbestimmter Wert ist oder nicht, wenn der Schalter (530) geschlossen ist, und zum Entscheiden, daß die Abtastvorrichtung defekt ist, wenn die Spannungsänderung kleiner als der vorbestimmte Wert ist.