DE4429769A1 - Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor - Google Patents

Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor

Info

Publication number
DE4429769A1
DE4429769A1 DE4429769A DE4429769A DE4429769A1 DE 4429769 A1 DE4429769 A1 DE 4429769A1 DE 4429769 A DE4429769 A DE 4429769A DE 4429769 A DE4429769 A DE 4429769A DE 4429769 A1 DE4429769 A1 DE 4429769A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
outside air
air pressure
side electrode
fuel ratio
electromotive force
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE4429769A
Other languages
English (en)
Other versions
DE4429769C2 (de
Inventor
Sadayasu Ueno
Norio Hasegawa
Naoki Minami
Kanemasa Sato
Shiro Oouchi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Automotive Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Automotive Engineering Co Ltd, Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Automotive Engineering Co Ltd
Publication of DE4429769A1 publication Critical patent/DE4429769A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE4429769C2 publication Critical patent/DE4429769C2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/41Oxygen pumping cells
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416Systems
    • G01N27/417Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
    • G01N27/419Measuring voltages or currents with a combination of oxygen pumping cells and oxygen concentration cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft einen Luft/Kraftstoff-Verhältnis­ sensor zum Erfassen eines Verhältnisses aus Sauerstoff und unverbrannten Gaskomponenten im Abgas eines Motors.
Bisher sind Luft/Kraftstoff-Verhältnissensoren (λ-Sonden) bekannt, welche eine außenluftseitige Elektrode und eine ab­ gasseitige Elektrode aufweisen, wobei die abgasseitige Elek­ trode mit einem Steuerelement für die Abgasdiffusionsge­ schwindigkeit bedeckt ist, welches auf einem eine Sauer­ stoffionenleitfähigkeit aufweisenden Festkörperelektrolyt vorgesehen ist. Es erfolgt ein Ionenpumpen (im folgenden als "Pumpen" bezeichnet) von Sauerstoffmolekülen zwischen der außenluftseitigen Elektrode und der abgasseitigen Elektrode, wobei die Sauerstoffkonzentration des Abgases aus dem Pump­ strom erfaßt werden kann. Die elektromotorische Kraft der Konzentrationszelle wird aufgrund des Verhältnisses des Sau­ erstoffpartialdrucks zwischen der außenluftseitigen Elek­ trode und der abgasseitigen Elektrode induziert (beschrieben z. B. in den japanischen Offenlegungsschriften JP 60 128 349 (1985), JP 61 138 155 (1986), JP 62 265 560 (1987), JP 62 198 750 (1987), JP 4 134 152 (1992), usw.).
Derartige Luft/Kraftstoff-Verhältnissensoren weisen eine Ab­ hängigkeit bezüglich des Abgasdrucks auf. Diese Abgasdruck­ abhängigkeit ist in dem technischen Bericht von T. Kamo, et al, "Lean Mixture Sensor", SAE Paper 850380 (1985), be­ schrieben.
Gemäß dieser Schrift wird die Abgasdruckabhängigkeit ab­ hängig von dem Steuerelement für die Diffusionsgeschwin­ digkeit wie folgt klassifiziert:
  • 1. Im Fall eines einfachen Porenfilms besteht die Diffu­ sion aus einer Nah-Molekulardiffusion (die Abgas­ druckabhängigkeit weist ein geringes Niveau auf).
  • 2. Im Fall eines porösen Films ist die Diffusion nahe der Knudsen-Diffusion (der Abgasdruck und der Pumpstrom weisen ein proportionales Verhältnis auf).
In den obigen beiden Fällen ist die Abgasdruckabhängigkeit des Ausgangs des Sensors groß genug, um einer Korrektur zu bedürfen. Die Abgasdruckabhängigkeit kann in zwei Komponen­ ten aufgeteilt werden, eine Komponente, welche durch Motor­ parameter und eine andere Komponente, welche durch den Au­ ßenluftdruck beeinflußt wird.
Die erstere kann aus Motorparametern bestimmt werden, wobei die letztere der Abhängigkeiten nicht korrigiert werden kann, bis der Außenluftdruck gemessen ist. Die Außenluft­ druckabhängigkeit weist eine derartige Tendenz auf, daß der Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor bei einer großen Höhe einen kleineren Wert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (fette Seite) ausgibt, als der geforderte Wert, aufgrund der Cha­ rakteristik des den Sensor bildenden Teils.
Da eine derartige Außenluftdruckabhängigkeit (Abgasdruckab­ hängigkeit) des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors den Fehler des Sensorausgangs erhöht, ist es notwendig den Sensoraus­ gang in Abhängigkeit von der Höhe zu korrigieren (Gebirgsla­ genkorrektur). Daher wurde in der Vergangenheit der Außen­ luftdruck unter Verwendung eines speziellen Außenluftdruck­ sensors gemessen (z. B. die japanischen Offenlegungsschriften JP 1 159 435 (1989) und JP 4 134 152 (1992).
Eine Aufgabe der Erfindung ist es einen Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnissensor zu realisieren, der es ermöglicht, den Außen­ luftdruck ohne einen speziellen Außenluftdrucksensor zu er­ fassen. Weiterhin soll mit der erfindungsgemäßen Technologie ein Ausgang des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors, der eine Außenluftdruckabhängigkeit aufweist, Motorsteuerparameter, u.ä. korrigiert werden.
Zur Lösung der obigen Aufgabe ist ein Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnissensor des gesteuerten Diffusionsgeschwindigkeitstyps vorgesehen, mit einer atmosphärenseitigen Elektrode und ei­ ner abgasseitigen Elektrode, welche mit einem Steuerelement für die Diffusionsgeschwindigkeit bedeckt ist, wobei das Steuerelement für die Diffusionsgeschwindigkeit auf einem Festkörperelektrolyt vorgesehen ist, der eine Sauerstof­ fionenleitfähigkeit aufweist. Weiterhin können Mittel zum Ionisieren und Pumpen von Sauerstoffmolekülen zwischen der außenluftseitigen Elektrode und der abgasseitigen Elektrode derart vorgesehen sein, daß ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines Luft/Kraftstoff-Ansauggemisches durch die Erfassung der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas über den Pumpstrom der Sauerstoffionen erhalten werden kann, wobei die elektro­ motorische Kraft der Konzentrationszelle aufgrund des Ver­ hältnisses des Sauerstoffpartialdrucks erzeugt wird, welche zwischen der außenluftseitigen Elektrode und der abgasseiti­ gen Elektrode induziert wird.
Weiterhin können gemäß einer ersten Erfindung Mittel vorge­ sehen sein, zum Einstellen eines Meßmodus für einen Außen­ luftdruck, unabhängig von dem Erfassungsmodus für das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis und zum Erfassen der elektromotori­ schen Kraft der Konzentrationszelle aufgrund dem Verhältnis des Sauerstoffpartialdrucks, welche zwischen der außenluft­ seitigen Elektrode und der abgasseitigen Elektrode induziert wird (im folgenden wird die elektromotorische Kraft der Kon­ zentrationszelle als "elektromotorische Kraft der Konzentra­ tionszelle zum Messen des Außenluftdrucks" bezeichnet); dies erfolgt durch das Pumpen einer gewissen Menge von Sauer­ stoffmolekülen von der außenluftseitigen Elektrode zu der abgasseitigen Elektrode oder durch das Pumpen bis zum Errei­ chen eines Gleichgewichtszustands unter Verwendung der Pump­ mittel in dem Meßmodus für den Außenluftdruck. Weiterhin können Mittel zum Berechnen des Außenluftdrucks vorgesehen sein, und zwar jetzt aus der elektromotorischen Kraft der Konzentrationszelle zum Messen des Außenluftdrucks, welcher aktuell in dem Meßmodus für den Außenluftdruck erfaßt wird und zum Berechnen eines Verhältnisses zwischen dem Außen­ luftdruck und der elektromotorischen Kraft der Konzentrati­ onszelle zum Messen des Außenluftdrucks. Dieses Verhältnis wird im voraus durch ein Experiment mit variierenden Außen­ luftdrücken bei sich ändernden Höhen erhalten.
Weiterhin können gemäß der zweiten Erfindung Mittel vorgese­ hen sein, zum Einstellen eines Meßmodus für einen Außenluft­ druck unabhängig bzw. getrennt von dem Erfassungsmodus für das Luft/Kraftstoff- Verhältnis und zum Messen der erforder­ lichen Zeit t zum Pumpen der Sauerstoffmoleküle von der au­ ßenluftseitigen Elektrode zu der abgasseitigen Elektrode, bis die Änderung der elektromotorischen Kraft der Konzentra­ tionszelle einen voreingestellten Schwell- bzw. Umschlagwert erreicht, und zwar unter Verwendung der Pumpmittel in dem Meßmodus für den Außenluftdruck. Weiterhin können Mittel zum Berechnen des Außenluftdrucks aus der erforderlichen Zeit t vorgesehen sein, welche in dem Meßmodus für den Außenluft­ druck gemessen wird und eines Verhältnisses zwischen dem Au­ ßenluftdruck und der erforderlichen Zeit t, wobei das Ver­ hältnis im voraus durch ein Experiment mit sich ändernden Außenluftdrücken bei wechselnden Höhen erhalten wurde.
Im folgenden soll unter Bezug auf die Fig. 1 das Funktions­ prinzip eines Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors mit einer gesteuerten Diffusionsgeschwindigkeit beschrieben werden.
In der Fig. 1 ist eine außenluftseitige Elektrode 1, ein Festkörperelektrolyt 2 mit einer Ionenleitfähigkeit, eine abgasseitige Elektrode 3 und ein Steuerelement 4 für die Diffusionsgeschwindigkeit gezeigt. Das Steuerelement 4 für die Diffusionsgeschwindigkeit weist einen feinen porösen Film oder ein einfaches Porenteil auf, welche die gesamte abgasseitige Elektrode 3 überdeckt oder umgibt, um die Dif­ fusionsgeschwindigkeit des Abgases zu der Oberfläche der ab­ gasseitigen Elektrode zu unterdrücken, d. h. um die Diffu­ sionsgeschwindigkeit zu steuern. Um die abgasseitige Elek­ trode ist ein Raum 5 vorgesehen. Wenn die abgasseitige Elek­ trode mit einem porösen Film umgeben ist, bilden dessen Po­ ren selbst den Raum um die abgasseitige Elektrode. Wenn die abgasseitige Elektrode mit einem einfachen Porenteil bedeckt ist, bildet der durch das einfache Porenteil umschlossene Raum den Raum um die abgasseitige Elektrode. Die aus dem Festkörperelektrolyt gebildete Sensorzelle kann den Pump­ strom durch ein Erhitzen unter Verwendung eines nahegelege­ nen Heizelements stabil leiten.
Die elektromotorische Kraft E der Sauerstoffkonzentrations­ zelle zwischen den Elektroden 1 und 3, der Außenluft und dem Abgas ausgesetzt, ist durch die Nernst-Gleichung gegeben, dargestellt in der Gleichung (1):
E = (RT/4F) · ln(Pa/Pd) = 0.0496 · ln(Pa/Pd) (1),
mit R als Gaskonstante, T als Absoluttemperatur der Zelle (= 1000 K), F als Faradaykonstante, Pd als Sauerstoffpartial­ druck um die abgasseitige Elektrode, und Pa als Sauerstoff­ partialdruck um die außenluftseitige Elektrode.
Dadurch, daß das Steuerelement für die Diffusionsgeschwin­ digkeit die abgasseitige Elektrode umgibt, wird das Abgas für eine gewisse Weile eingeschlossen, wodurch die Ionisa­ tion des Sauerstoffgases durch die katalytische Kraft des Platins (Elektrode) beschleunigt wird, und zwar nahe dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, so daß sich eine steile Schaltcharakteristik der elektromotorischen Kraft bezüglich des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ergibt. Wenn der Sauerstoff um die abgasseitige Elektrode immer auf einen dünnen Zustand gepumpt wird, wird das Abgas mit dem Steuerelement für die Diffusionsgeschwindigkeit derart ge­ steuert, daß es frei zur abgasseitigen Elektrode diffundie­ ren kann. Die Sauerstoffmoleküle in dem diffusionsgeschwin­ digkeitsgesteuerten Abgas werden sofort ionisiert und zur abgasseitigen Elektrode gepumpt. Die gepumpten Sauerstoffio­ nen werden als ein Strom gemessen (im allgemeinen wird die­ ser als "Pumpstrom" oder "Diffusionsstrom" bezeichnet). Da der Pumpstrom ein zu der Sauerstoffkonzentration in dem Ab­ gas proportionales Signal ist, d. h. zum Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis, kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis erfaßt werden.
In anderen Worten werden Sauerstoffmoleküle derart ionisiert und gepumpt, daß die elektromotorische Kraft E der Konzen­ trationszelle aufgrund des Sauerstoffpartialdruckverhältnis­ ses zwischen der außenluftseitigen Elektrode und der abgas­ seitigen Elektrode konstant gehalten wird, wobei durch das Messen des Pumpstroms das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in ei­ nem weiten Bereich erfaßt wird.
Die Diffusionsströmungsrate bzw. -geschwindigkeit des Ab­ gases wird durch die Form der einfachen Porensteuerdiffusion bestimmt, gegeben durch die Gleichung (2):
Ip = 4FD · (Pe-Pd)/RT · (s/l) (2),
mit Ip als Sauerstoffdiffusionsstrom, D als Diffusionskon­ stante des Abgasgemisches, zusammengesetzt aus verschiedenen Bestandteilen, s/l als dem Verhältnis der Querschnittsfläche s des Durchgangs und l als der Länge des Durchgangs, wenn das Steuerelement der Diffusionsgeschwindigkeit durch ein entsprechendes einzelnes Loch simuliert wird, und Pe als Sauerstoffpartialdruck in dem Abgas.
In der Fig. 1 ist ein Sensor gezeigt, bei dem die Sauerstof­ fionen in dem diffusionsgeschwindigkeitsgesteuerten Abgas in beide Richtungen als Pumpstrom Ip derart geführt werden, daß die elektromotorische Kraft E der Konzentrationszelle kon­ stant gehalten wird, wobei die elektromotorische Kraft E der Konzentrationszelle durch das Sauerstoffkonzentrationsver­ hältnis zwischen der außenluftseitigen Elektrode 1 und der abgasseitigen Elektrode 3 während dem normalen Erfassungsmo­ dus des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses erzeugt wird. Um dies zu realisieren, wird die Steuerspannung Vs mit einer negati­ ven Rückkopplung gesteuert.
Der Pumpstrom Ip wird derart zum Fließen in beide Richtungen gesteuert, daß die elektromotorische Kraft E der Konzentra­ tionszelle, z. B., E = 0,571 V wird, basierend auf der Nernst-Gleichung (1), während einer konstanten Betriebsbe­ dingung, wie der Temperatur. Zu dieser Zeit wird das Ver­ hältnis zwischen dem Sauerstoffpartialdruck Pd in der abgas­ seitigen Elektrode und dem Sauerstoffpartialdruck Pa in der außenluftseitigen Elektrode immer Pa/Pd = 10⁵, mit Pa = 2,09 · 10-1 und Pd = 2,09 · 10-6. Das Luft/Kraftstoff- Verhältnis kann aus dem Pumpstrom wie oben beschrieben er­ halten werden.
Im folgenden wird der Betrieb im Meßmodus des Außenluft­ drucks beschrieben.
Im Meßmodus des Außenluftdrucks wird in einem Fall des Er­ fassens des Außenluftdrucks der Modus von dem normalen Er­ fassungsmodus des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu dem Meß­ modus für den Außenluftdruck umgeschaltet. In dem Meßmodus für den Außenluftdruck wird eine gegebene Pumpspannung Vs, welche die außenluftseitige Elektrode zum Minuspol und die abgasseitige Elektrode zum Pluspol werden läßt, zwischen der außenluftseitigen Elektrode und der abgasseitigen Elektrode angelegt, zum Pumpen der Sauerstoffmoleküle von der außen­ luftseitigen Elektrode zu der abgasseitigen Elektrode mit einem gegebenen Betrag Q oder derart, daß der Gleichge­ wichtszustand erreicht wird. Zum Beispiel im Fall des Pum­ pens mit dem gegebenen Betrag Q der Sauerstoffmoleküle wird eine Steuerung des Pumpstroms mit 30 mA durchgeführt und die Pumpzeit beträgt 6 ms.
Wenn ein Pumpen bei der Höhe 0 m und mit dem Standardaußen­ luftdruck Po (= 101,3 kPa) durchgeführt wird, ergibt dieses numerische Beispiel einen Sauerstoffpartialdruck von Pa/Pd = 10² und eine elektromotorische Kraft der Konzentra­ tionszelle von E = 0,228 V, aus der Gleichung (1).
Wenn durch das Betreiben eines Fahrzeugs eine Höhendifferenz h erzeugt wird, ändern sich der Außenluftdruck und folglich die Sauerstoffkonzentration nahe der außenluftseitigen Elek­ trode. Das Verhältnis zwischen der Höhe und dem Außenluft­ druck kann durch die Außenluftdruckhöhengleichung von La­ place ausgedrückt werden:
h = 18 400 · (1 + 0.00366T) · log(Po/Ph) (3),
mit h als die Höhe ausgehend von NN (m), T als Durch­ schnittstemperatur (°C), Po als normaler Außenluftdruck auf Seehöhe und Ph als Außenluftdruck bei der Höhe h.
Da bei 20°C und einer Höhe von 3000 m Ph einen Wert von 71,4 kPa aufweist, kann die Sauerstoffkonzentration Pap in der außenluftseitigen Elektrode bei einer Höhe von 3000 m durch die Gleichung (4) ausgedrückt werden:
Pap = 2.09 · 10-1 · 71.4/101.3 = 1.47 · 10-1 (4).
Die Sauerstoffkonzentration Pdp in der Nähe der abgasseiti­ gen Elektrode bei einer Höhe von 3000 m stellt sich ungefähr in die Mitte zwischen Pd und Pa bei einer Höhe von 0 m ein, nach dem Pumpen des Sauerstoffs mit dem gegebenen Betrag Q in der Nähe der abgasseitigen Elektrode.
Pdp = 2.09 · 10-3 (5).
Dadurch kann die elektromotorische Kraft Ep der Konzentrati­ onszelle bei der Höhe 3000 m durch die Gleichung (6) ausge­ drückt werden:
Ep = 0.0496 ln(Pa/Pd)
= 0.0496 ln(1.47 · 10-1/2.09 · 10-3)
= 0.211 V (6).
Die elektromotorische Kraft der Konzentrationszelle beträgt bei der Höhe von 0 m 0,228 V und 0,211 V bei einer Höhe von 3000 m, wobei die Differenz 0,017 V ist. Aus der Differenz ist ersichtlich, daß die elektromotorische Kraft der Konzen­ trationszelle eine Abhängigkeit bzw. Korrelation zur Höhe (Außenluftdruck) aufweist und die elektromotorische Kraft der Konzentrationszelle ein zu der Höhe (Außenluftdruck) proportionales Signal ist, d. h. dem Außenluftdruck.
Durch das vorausgehende experimentelle Bestimmen, bei ver­ schiedenen Außenluftdrücken, welche verschiedenen Höhen ent­ sprechen, des Verhältnisses zwischen der elektromotorischen Kraft der Konzentrationszelle (der elektromotorischen Kraft der Konzentrationszelle in dem Meßmodus für den Außenluft­ druck), wenn die Sauerstoffmoleküle von der außenluftseiti­ gen Elektrode zu der abgasseitigen Elektrode mit einem gege­ benen Betrag Q gepumpt werden, und dem Außenluftdruck (die elektromotorische Kraft der Konzentrationszelle für das Mes­ sen des Außenluftdrucks, Erhalten von einem Experiment ist in gewisser Weise unterschiedlich von der Berechnung, und zwar wegen der Individualität des Sensors), kann der Außen­ luftdruck nun durch das Einsetzen des aktuellen gemessenen Werts der elektromotorischen Kraft der Konzentrationszelle, erfaßt in dem Meßmodus für den Außenluftdruck, in diese Gleichung erhalten werden.
Wenn die Sauerstoffmoleküle von der außenluftseitigen Elek­ trode zu der abgasseitigen Elektrode bis zum Erhalten des Gleichgewichtszustands gepumpt werden, anstatt dem Pumpen der Sauerstoffmoleküle mit dem vorgegebenen Betrag Q, kann eine elektromotorische Kraft der Konzentrationszelle auf­ grund des Sauerstoffpartialdruckverhältnisses zwischen den beiden Elektroden erzeugt werden, da der Gleichgewichtszu­ stand in diesem Fall in die Bedingung hineinreicht, in der die Sauerstoffkonzentration um die beiden Elektroden (zwi­ schen der außenluftseitigen Elektrode und der abgasseitigen Elektrode) aufgrund eine Leckage der Sauerstoffmoleküle, ge­ pumpt in die Umgebung der abgasseitigen Elektrode in dem Ab­ gas durch das Steuerelement der Diffusionsgeschwindigkeit, einen gewissen Wert aufweist. Daher kann der Außenluftdruck durch das Einsetzen der elektromotorischen Kraft der Konzen­ trationszelle, welche gerade durch den Außenluftdruckmodus erfaßt wurde, in die Korrelation erhalten werden, wenn die Korrelation zwischen der elektromotorischen Kraft der Kon­ zentrationszelle und dem Außenluftdruck im Gleichgewicht im voraus bestimmt wird.
Die Korrelation wird durch eine Funktion ausgedrückt, die aus der Korrelation zwischen der elektromotorischen Kraft der Konzentrationszelle und dem Außenluftdruck am Gleichge­ wicht, bestimmt im voraus (die Details werden in einer Aus­ führungsform bezüglich experimentellen Daten der Tabelle 2 beschrieben), erhalten wird. Die Korrelation kann, z. B. durch y = ax + b, ausgedrückt werden, wobei der Außenluft­ druck durch das Einsetzen der elektromotorischen Kraft der Konzentrationszelle, welche aktuell durch den Außenluft­ druckmodus erfaßt wurde, für x in die Gleichung berechnet werden.
Andererseits wird die Korrelation durch eine Tabelle und eine Interpolationsgleichung ausgedrückt, die aus der Korre­ lation zwischen der elektromotorischen Kraft der Konzentra­ tionszelle und dem Außenluftdruck am Gleichgewicht, bestimmt im voraus, erhalten werden. Der Außenluftdruck kann durch das Lesen der Tabellendaten erhalten werden, unter Verwen­ dung der elektromotorischen Kraft der Konzentrationszelle, aktuell erfaßt durch den Außenluftdruckmodus oder durch das Lesen der Tabellendaten und das Durchführen einer Interpola­ trationszelle, welche aktuell durch den Außenluftdruckmodus erfaßt wurde, zwischen diesen beiden Werten liegt.
Weiterhin können die Sauerstoffmoleküle von der außenluft­ seitigen Elektrode zu der abgasseitigen Elektrode gepumpt werden, bis die Änderung der elektromotorischen Kraft der Konzentrationszelle einen voreingestellten Schwellwert er­ reicht, unter Verwendung der Pumpmittel in dem Meßmodus des Außenluftdrucks. Da die benötigte Zeit t zum Pumpen von dem Außenluftdruck abhängig und dazu proportional ist, wird die Korrelation zwischen dem Außenluftdruck und der benötigten Zeit t im voraus durch ein Experiment erhalten, bei dem der Außenluftdruck bei sich ändernden Höhen variiert. Der Außen­ luftdruck kann nun durch das Einsetzen der benötigten Zeit t, welche aktuell durch den Außenluftdruckmodus erfaßt wurde, in die Gleichung erhalten werden.
Die Korrelation kann auch durch eine funktionelle Gleichung oder eine Tabelle und eine Interpolationsgleichung auf die­ selbe Weise wie in der ersten Erfindung ausgedrückt werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht zur Erklärung des Funktionsprinzips eines Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors, bei dem die Diffusionsgeschwindigkeit gesteuert wird,
Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm einer erfindungsgemäßen Ausführungsform und
Fig. 3 einen zeitlichen Ablauf des Erfassungsmodus des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und des Meßmodus des Au­ ßenluftdrucks der obigen Ausführungsform.
Die Fig. 2 zeigt eine Schaltungsdarstellung einer Ausfüh­ rungsform des erfindungsgemäßen Luft/Kraftstoff-Verhältnis­ sensors.
In dieser Figur enthält ein Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor 6 einen Festkörperelektrolyten 2 mit einer wie in der Fig. 1 dargestellten Sauerstoffionenleitfähigkeit, weiterhin eine außenluftseitige Elektrode 1, die an einer Oberfläche des Festkörperelektrolyten 2 (eine Oberfläche ist der Außenluft ausgesetzt) vorgesehen ist, eine abgasseitige Elektrode 3, welche an der anderen Oberfläche (eine Oberfläche ist dem Abgas eines Motors ausgesetzt) vorgesehen ist, ein Steuer­ element 4 für die Abgasdiffusionsgeschwindigkeit, welches die abgasseitige Elektrode 3 bedeckt und ein Heizelement 7 zum Steuern des Festkörperelektrolyten 2 derart, daß er eine vorgegebene Aktivierungstemperatur aufweist. Die Sensorzelle 6 ist eine Sauerstoffkonzentrationszelle mit einer Funktion zum Steuern der Abgasdiffusionsgeschwindigkeit.
Die Bezugsziffern 8 und 9 sind Stromsteuerschaltungen zum Leiten des Diffusionsstroms (Pumpstroms) Ip mit einer ge­ steuerten Diffusionsgeschwindigkeit in die Sensorzelle 6 in beide Richtungen. Die Bezugsziffer 10 ist ein Halbleiter­ schalter zum An- und Abschalten des Stroms, die Bezugsziffer 11 ist ein D/A-Umwandler, die Bezugsziffer 12 ist ein Mikro­ computer, welcher zum Durchführen eines normalen Erfassungs­ modus des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses dient und zusätzlich für den Meßmodus eines Außenluftdrucks verwendet wird. Die elektromotorische Kraft (Spannung zwischen den Elektroden) E der Sauerstoffkonzentrationszelle der Sensorzelle 6 wird er­ faßt, wobei der Diffusionsstrom Ip derart gesteuert wird, daß die elektromotorische Kraft E der Konzentrationszelle einen gegebenen Wert annimmt und die Steuerspannung Vs eine Größe erreicht, die benötigt wird, um den berechneten Strom­ fluß zu erzeugen. Der D/A-Umwandler 11 liest die Werte Ip und Vs und wandelt sie von Digitalsignalen in Analogsignale um.
Die Bezugsziffer 13 ist ein Transistor zum Erhitzen des Heizelements, welches die Temperatur der Sensorzelle 6 kon­ stant hält, mit einer negativen Rückkopplungssteuerung durch ein Erhalten des Widerstands R1 zwischen den Elektroden der Sensorzelle 6 unter Verwendung des Mikrocomputers 12. Die durch den Mikrocomputer 12 erhaltenen Ausgangssignale des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors sind ein analoger Ausgang 14, ein PWM-Ausgang 15 und ein Schaltausgang 16 für ein theoretisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis, welches das glei­ che ist, wie für den Sauerstoffsensor.
In einem normalen Zustand, im Erfassungsmodus des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses, erfaßt der Mikrocomputer 12 in ei­ nem Zyklus von 8 ms die elektromotorische Kraft E der Kon­ zentrationszelle, erzeugt durch das Sauerstoffpartialdruck­ verhältnis zwischen der außenluftseitigen Elektrode 1 und der abgasseitigen Elektrode 3, und steuert die Stromsteuer­ schaltungen 8 und 9 mit einer negativen Rückkopplungssteue­ rung, zum Konstanthalten der elektromotorischen Kraft E, durch ein Ionisieren der Sauerstoffmoleküle in dem Abgas mit einer gesteuerten Diffusionsgeschwindigkeit und durch ein Leiten der Ionen als den Pumpstrom Ip in die beiden Rich­ tungen.
Wie beschrieben ist, wird der Pumpstrom Ip zum Fließen in beide Richtungen derart gesteuert, daß die elektromotorische Kraft E E = 0,571 V wird, basierend auf der Nernst-Gleichung (1) unter konstanten Betriebsbedingungen, wie der Tempera­ tur. Zu dieser Zeit wird das Verhältnis des Sauerstoffpar­ tialdrucks der außenluftseitigen Elektrode und des Sauer­ stoffpartialdrucks in der Nähe der abgasseitigen Elektrode 3 immer Pa/Pd = 10⁵; mit Pa = 2,09 · 10-1 und Pd = 2,09 · 10-6. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis kann aus dem Pumpstrom Ip er­ halten werden.
Der Meßmodus des Außenluftdrucks wird im folgenden beschrie­ ben. In einem Fall des Durchführens des Meßmodus für den Au­ ßenluftdruck, z. B. mit einem Zyklus von 1 s, wird eine vor­ gegebene Menge Q an Sauerstoff von der außenluftseitigen Elektrode 1 zu der abgasseitigen Elektrode 3 gepumpt, unter Verwendung der Stromsteuerschaltungen 8 und 9 durch das Un­ terbrechen des Meßmodus des Außenluftdrucks unter Erhalten des Erfassungsmodus des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses mit dem 8-ms-Zyklus. Dann wird die elektromotorische Kraft E der Konzentrationszelle direkt nach dem Pumpen gemessen (die elektromotorische Kraft der Konzentrationszelle zum Messen des Außenluftdrucks).
Der Mikrocomputer 12 ist ein Mittel zum Berechnen des Außen­ luftdrucks, und zwar durch das Einsetzen der aktuell in dem Meßmodus des Außenluftdrucks erfaßten elektromotorischen Kraft der Konzentrationszelle zum Messen des Außenluftdrucks in die Korrelation zwischen dem Außenluftdruck, wenn sich die Höhe ändert und der elektromotorischen Kraft der Konzen­ trationszelle zum Messen des Außenluftdrucks, welche durch ein vorausgehendes Experiment mit sich ändernden Außenluft­ drücken erhalten wird. Die Korrelation wird später unter Be­ zug auf die Tabelle 2 beschrieben.
Die Fig. 3 zeigt die Steuersequenz der Außenluftdruckmessung unter Verwendung des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors, wo­ bei die elektromotorische Kraft E der Konzentrationszelle, der Pumpstrom (Diffusionsstrom) Ip zwischen den Elektroden und der zeitliche Verlauf der Leistungssteuerspannung Vs des Stroms Ip dargestellt sind.
Im folgenden wird das Prinzip der Korrelation beschrieben.
Die Tabelle 1 zeigt für die Höhen 0 m und 3000 m das aus der Berechnung erhaltene Verhältnis zwischen dem Sauerstoff­ partialdruck Pd, wenn der gegebene Betrag Q an Sauerstoffmo­ lekülen von der außenluftseitigen Elektrode 1 zu der Nähe der abgasseitigen Elektrode 3 gepumpt wird (bei einem Pump­ strom von 30 mA und einer Pumpzeit von 8 ms), die elektromo­ torischen Kräfte Ep der Konzentrationszelle für jede Höhe und die Differenz der elektromotorischen Kräfte. Die Berech­ nung wird unter Verwendung der Gleichung durchgeführt, wel­ che in dem Durchführungsabschnitt der Erfindung beschrieben ist.
In dem Erfassungsmodus des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses wird der Sauerstoffpartialdruck in der Nähe der abgasseiti­ gen Elektrode auf Pd = 2,09 · 10-6 gesetzt (der Sauerstoff­ partialdruck Pa der außenluftseitigen Elektrode ist 2,09 · 10-1). Andererseits weist der Sauerstoffpartialdruck in der Nähe der abgasseitigen Elektrode in dem Meßmodus für den Außenluftdruck einen Wert entsprechend dem Abgas auf. Obwohl der im Durchführungsabschnitt der Erfindung beschrie­ bene Wert bei Pd = 2,09 · 10-3 liegt, kann sich die elektro­ motorische Kraft E bei ungefähr 0,4 V sättigen, aufgrund der Sauerstoffleckage zu der Abgasseite durch die Poren in der Nähe der abgasseitigen Elektrode, wenn ein aktuelles Pumpen durchgeführt wird.
Tabelle 1
Anmerkung: Pa = 2,09 · 10-1
Die Tabelle 2 zeigt Daten des Verhältnisses zwischen dem Au­ ßenluftdruck und der elektromotorischen Kraft Ep der Konzen­ trationszelle, welche durch ein Experiment erhalten werden. Die experimentellen Daten der Tabelle 2 zeigen die elektro­ motorischen Kräfte Ep für Außenluftdrücke bei verschiedenen Höhen und die Differenzen zwischen der elektromotorischen Kraft bei einer Höhe von 0 m und einer Höhe von 3000 m.
Tabelle 2
Anmerkung: Ip = 30 mA, t = 8 ms konstant
Gemäß der Tabelle 2 ist die aktuell gemessene Differenz der elektromotorischen Kraft 25,5 mV, was als der ungefähre Wert von 17 mV in der Tabelle 1 bestätigt ist.
Daher, unter Verwendung des Verhältnisses zwischen den Au­ ßenluftdrücken bei verschiedenen Höhen und der elektromoto­ rischen Kraft Ep, erhalten durch das Experiment, können die Außenluftdrücke durch ein Einsetzen der elektromotorischen Kraft Ep, welche aktuell in den Meßmodus für den Außenluft­ druck erfaßt wurde, in diese Gleichung erfaßt werden.
Zum Erfassen des Außenluftdrucks sind verschiedene Verfahren möglich:
  • 1. Unter Verwendung der in der Tabelle 2 gezeigten experi­ mentellen Daten wird eine Tabelle gebildet (Außenluft­ druck - elektromotorische Kraft oder Außenluftdruck - Differenz der elektromotorischen Kraft) und in einen Mikrocomputer gespeichert. Die aktuell in dem Meßmodus für den Außenluftdruck erfaßte elektromotorische Kraft Ep der Konzentrationszelle wird in der Tabelle gesucht, um einen entsprechenden Außenluftdruck zu erhalten (in diesem Fall, wenn die elektromotorische Kraft Ep der Konzentrationszelle zwischen zwei Werten in der Tabelle für die elektromotorische Kraft der Konzentrationszelle liegt, wird der Außenluftdruck durch Interpolation be­ rechnet).
  • 2. Eine das Verhältnis ausdrückende Funktion wird unter Verwendung der experimentellen Daten, wie in der Ta­ belle 2 gezeigt, gebildet, und zwar aus dem Außenluft­ druck und der elektromotorischen Kraft oder dem Außen­ luftdruck und der Differenz der Daten der elektromoto­ rischen Kraft (das Verhältnis zwischen denselben ist ungefähr proportional und kann daher als eine lineare Funktion ausgedrückt werden). Die elektromotorische Kraft oder die Differenz der elektromotorischen Kräfte der Konzentrationszelle, welche aktuell in dem Meßmodus für den Außenluftdruck erfaßt werden, werden in die obige funktionale Gleichung zur Berechnung des entspre­ chenden Außenluftdrucks eingesetzt.
  • 3. Da das Verhältnis Ep/Ep₀ der elektromotorischen Kraft der Konzentrationszelle bei einer Höhe Ep und der stan­ dardelektromotorischen Kraft Ep₀ der Konzentrations­ zelle bei einer Höhe 0 m ein normalisiertes Außenluft­ drucksignal wird, kann der Außenluftdruck aus der Kor­ relation zwischen dem Außenluftdruck und Ep/Ep₀ berech­ net werden. Eine derartige Berechnungsfunktion wird in dem Mikrocomputer 12 durchgeführt.
Der Unterbrechungszyklus des Verfahrens zum Erfassen des Au­ ßenluftdrucks (Meßmodus für den Außenluftdruck) ist von der benötigten Zuverlässigkeit bei einem sich ändernden Außen­ luftdruck während dem Bergauf- oder Bergabfahren abhängig. Wenn, z. B. der Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungszyklus konstant 8 ms beträgt, ist der Außenluftdruckerfassungszy­ klus wahrscheinlich innerhalb des Bereichs von 0,1 s bis 500 s. Das Timing der Unterbrechung kann ein konstanter Zy­ klus sein oder kann unter Verwendung eines geeigneten Ver­ fahrens durch die Erfassung eines Bergauf- oder Bergabzu­ stands gestartet werden. Dieser Zyklus und dieses Timing er­ geben keinen negativen Effekt auf die Luft/Kraftstoff-Ver­ hältniserfassungsfunktion, so daß die Außenluftdruckerfas­ sungsfunktion realisiert werden kann.
Obwohl ein spezifisches Verfahren für den Sauerstoffpump­ strom in dem Meßmodus für den Außenluftdruck vorgesehen sein kann, kann das Sauerstoffpumpen nach dem Messen des spezifi­ schen Widerstands durchgeführt werden, z. B. durch die Ver­ wendung des Stroms zum Messen des spezifischen Widerstands zwischen den Elektroden in dem Verfahren zum Erfassen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses. Damit kann der Zyklus für die Erfassung des Außenluftdrucks auf den Zyklus für die Erfas­ sung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, wenn nötig, verkürzt werden.
Betreffend des Algorithmus für den Meßmodus des Außenluft­ drucks wurde ein Verfahren in der obigen Ausführungsform be­ schrieben, bei dem die vorgegebene Menge Q an Sauerstoff (es ist auch möglich die Menge zum Erreichen des Gleichgewichts­ zustands anstatt des vorgegebenen Betrags Q zu verwenden, wie in dem Durchführungsabschnitt der Erfindung beschrieben) von der außenluftseitigen Elektrode zu der abgasseitigen Elektrode gepumpt wird, wobei die elektromotorische Kraft der Konzentrationszelle zu dieser Zeit auf die gegebene Kor­ relation angewendet wird, um den Außenluftdruck entsprechend der Höhe zu erfassen.
In einem anderen anwendbaren Verfahren kann der Außenluft­ druck aus der zum Erzeugen einer gegebenen elektromotori­ schen Kraft durch Pumpen erforderlichen Zeit berechnet wer­ den. Insbesondere wird durch das Aufbringen einer konstanten Pumpsteuerspannung in dem Meßmodus für den Außenluftdruck die für die Differenz von E = 0,1 V der elektromotorischen Kraft der Konzentrationszelle vor und nach dem Pumpen benö­ tigte Zeit gemessen. In jedem dieser Verfahren liegt die Re­ aktion und die benötigte Zeit für die Erfassung des Außen­ luftdrucks in einem für die Anwendung geeigneten Bereich.
Unter Verwendung des in dem obigen Verfahren zum Erfassen des Außenluftdrucks erhaltenen Außenluftdrucksignals (Meßmo­ dus für den Außenluftdruck) werden die Steuerparameter oder die Informationsparameter für ein Motorkraftübertragungssy­ stem, wie ein Kraftstoffeinspritztiming oder ein Zündzeit­ punktstiming für ein Fahrzeug mit dem Korrekturkoeffizienten oder der Korrekturfunktion korrigiert, welche aus den prin­ zipiellen Gleichungen im voraus unter Verwendung des Mikro­ computers 18 erhalten wurden. Der Mikrocomputer 18 ist z. B. in einer Motorsteuereinheit 17 angeordnet. Damit kann eine Korrekturfunktion über den Außenluftdruck vorgesehen werden, ohne einen Drucksensor für die Außenluft hinzuzufügen, sogar in einem Fall eines Steuersystems ohne eine Außenluftdruck­ erfassungsfunktion.
Unter Verwendung des in dem obigen Erfassungsverfahren für den Außenluftdruck erhaltenen Außenluftdrucksignals wird der Sensorausgang durch den Mikrocomputer 12 korrigiert, welcher auf der Seite des Luft/Kraftstoff-Sensors angeordnet ist oder unter Verwendung des Korrektorkoeffizienten oder der Korrekturfunktion, welche aus dem Experiment oder der grund­ sätzlichen Gleichung im voraus erhalten werden. Die Außen­ luftdruckabhängigkeit der Kraftstoffsteuerung (Luft/Kraft­ stoff-Verhältnissteuerung) durch den Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnissensor wird mit dem Mikrocomputer korrigiert, der auf Seiten der Motorsteuereinheit 17 angeordnet ist. Damit kann die Außenluftdruckabhängigkeit des Ausgangs des Luft/Kraft­ stoff-Verhältnissensors korrigiert werden und die Genauig­ keit der Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung kann verbessert werden.
Durch das separate Ausgeben des Luft/Kraftstoff-Verhältnis­ signals und des Außenluftdrucksignals in dem Erfassungsver­ fahren für den Außenluftdruck kann das Außenluftdrucksignal für allgemeine Zwecke verwendet werden, wie zum Anzeigen, für eine Information oder die Sicherheit, sowie für die Kor­ rektur von Motorparametern.
Die Funktion zum Erfassen des Außenluftdrucks kann zu einem Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor addiert werden, ohne die Erfassungsfunktion des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu be­ einflussen. Daher kann die Außenluftdruckabhängigkeit eines Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors ohne einen speziellen Au­ ßenluftdrucksensor durch die Funktion des Luft/Kraftstoff- Verhältnissensors selbst korrigiert werden. Ferner können die Außenluftdruckdaten ebenso zum Korrigieren von verschie­ denen Betriebsbedingungen der Motorsteuerung verwendet wer­ den, sofern dies benötigt wird.

Claims (11)

1. Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor mit
  • - einer außenluftseitigen Elektrode (1) und einer abgasseitigen Elektrode (3), die von einem Steuer­ element (4) für eine Abgasdiffusionsrate umgeben ist, das auf einem Festkörperelektrolyt (2) mit einer Sauerstoffionenleitfähigkeit vorgesehen ist,
  • - Mitteln zum Ionisieren und Pumpen von Sauerstoff­ molekülen zwischen der außenluftseitigen Elektrode (1) und der abgasseitigen Elektrode (3) derart, daß die elektromotorische Kraft der Konzentrati­ onszelle aufgrund dem Verhältnis des Sauerstoff­ partialdrucks zwischen der außenluftseitigen Elek­ trode (1) und der abgasseitigen Elektrode (3) in­ duziert wird, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einem Luft/Kraftstoff-Ansauggemisch durch das Erfassen der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas über den Pumpstrom Ip für die Sauerstoffionen er­ halten wird,
  • - Mitteln zum Einstellen eines Meßmodus für einen Außenluftdruck getrennt von einem Erfassungsmodus für ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis und zum Erfas­ sen der elektromotorischen Kraft der Konzentrati­ onszelle aufgrund dem Verhältnis des Sauerstoff­ partialdrucks induziert zwischen der außenluftsei­ tigen Elektrode (1) und der abgasseitigen Elek­ trode (3) durch ein Pumpen der Sauerstoffmoleküle von der außenluftseitigen Elektrode (1) zu der ab­ gasseitigen Elektrode (3) mit einem gewissen Be­ trag Q oder dem Betrag zum Erreichen eines Gleich­ gewichtszustands unter Verwendung der Pumpmittel in dem Meßmodus für den Außenluftdruck, und
  • - Mitteln zum Berechnen des Außenluftdrucks aus der elektromotorischen Kraft der Konzentrationszelle zum Messen des aktuell in dem Meßmodus für den Au­ ßenluftdruck erfaßten Außenluftdruck und eines Verhältnisses zwischen dem Außenluftdruck und der elektromotorischen Kraft der Konzentrationszelle zum Messen des Außenluftdrucks, wobei das Verhält­ nis im voraus durch ein Experiment mit variieren­ den Außenluftdrücken bei sich ändernden Höhen er­ halten wurde.
2. Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Berechnen des Außenluftdrucks das Ver­ hältnis zwischen der elektromotorischen Kraft der Kon­ zentrationszelle zum Messen des Außenluftdrucks und dem im voraus durch ein Experiment erhaltenen Außenluft­ drucks unter Verwendung einer Funktionalgleichung be­ stimmen.
3. Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Berechnen des Außenluftdrucks das Ver­ hältnis zwischen der elektromotorischen Kraft der Kon­ zentrationszelle zum Messen des Außenluftdrucks und des Außenluftdrucks bestimmen, der im voraus durch ein Ex­ periment unter Verwendung einer Tabelle und einer In­ terpolationsgleichung für den Wert zwischen den Werten der Tabellendaten erhalten wird.
4. Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff in einer derartigen Menge gepumpt wird, daß die elektromotorische Kraft der Konzentrationszelle zum Messen des Außenluftdrucks auf einen Punkt inner­ halb dem Bereich von 0,05 V bis 0,4 V beim Standard­ außenluftdruck (= 101,3 kPa) fällt.
5. Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor mit
  • - einer außenluftseitigen Elektrode (1) und einer abgasseitigen Elektrode (3), die von einem Steuer­ element (4) für eine Abgasdiffusionsrate umgeben ist, das auf einem Festkörperelektrolyt (2) mit einer Sauerstoffionenleitfähigkeit vorgesehen ist,
  • - Mitteln zum Ionisieren und Pumpen von Sauerstoff­ molekülen zwischen der außenluftseitigen Elektrode (1) und der abgasseitigen Elektrode (3) derart, daß die elektromotorische Kraft der Konzentrati­ onszelle aufgrund dem Verhältnis des Sauerstoff­ partialdrucks zwischen der außenluftseitigen Elek­ trode (1) und der abgasseitigen Elektrode (3) in­ duziert wird, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einem Luft/Kraftstoff-Ansauggemisch durch das Erfassen der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas über den Pumpstrom Ip für die Sauerstoffionen er­ halten wird,
  • - Mitteln zum Einstellen eines Meßmodus für einen Außenluftdruck separat von dem Erfassungsmodus für ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis und zum Messen der benötigten Zeit t zum Pumpen der Sauerstoffmole­ küle von der außenluftseitigen Elektrode (1) zu der abgasseitigen Elektrode (3) bis die Änderung der elektromotorischen Kraft der Konzentrations­ zelle einen voreingestellten Änderungswert unter Verwendung der Pumpmittel in dem Meßmodus für den Außenluftdruck erreicht, und
  • - Mitteln zum Berechnen des Außenluftdrucks aus der erforderlichen Zeit t, die in dem Meßmodus für den Außenluftdruck gemessen wird und einem Verhältnis zwischen dem Außenluftdruck und der erforderlichen Zeit t, wobei das Verhältnis im voraus durch ein Experiment mit variierendem Außenluftdruck unter sich ändernden Höhen erhalten wurde.
6. Luft/Kraftstfoff-Verhältnissensor gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Berechnen des Außenluftdrucks das Ver­ hältnis zwischen der erforderlichen Zeit t und dem Au­ ßenluftdruck ermitteln, der im voraus durch ein Experi­ ment unter Verwendung einer Funktionalgleichung erhal­ ten wird.
7. Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Berechnen des Außenluftdrucks das Ver­ hältnis zwischen der benötigten Zeit t und dem Außen­ luftdruck bestimmen, der im voraus durch ein Experiment unter Verwendung einer Tabelle und einer Interpolati­ onsgleichung für die Werte zwischen den Werten der Ta­ bellendaten erhalten wird.
8. Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellen des Meßmodus beschränkt ist auf einen Betriebszustand des Fahrzeugmotors dessen Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis zu messen ist, und zwar bezüglich ei­ ner Außenluftdruckänderung, wie eine bergaufführende und/oder eine bergab führende Bedingung.
9. Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechung des Meßmodus des Außenluftdrucks in einer interaktiven (time sharing) Sequenz des Steuerns des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors gehandhabt wird oder nach einem Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungs­ prozeß in der interaktiven Sequenz, z. B., nach dem Er­ fassen des Pumpstroms zum Messen des spezifischen Wi­ derstands zwischen den Elektroden.
10. Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erfaßte Wert des Außenluftdrucks, erhalten in dem Meßmodus für den Außenluftdruck, für die Korrektur der Systemkontrollparameter oder der Systeminformations­ parameter, wie die Kraftstoffeinspritzrate oder die Zündzeitpunktseinstellung eines Fahrzeugs verwendet wird.
11. Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erfaßte Wert des Außenluftdrucks, erhalten in dem Meßmodus für den Außenluftdruck, für die Korrektur des Ausgangs des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors verwen­ det wird, welcher selbst eine Außenluftdruckabhängig­ keit aufweist.
DE4429769A 1993-08-20 1994-08-22 Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor Expired - Fee Related DE4429769C2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5206225A JP2942445B2 (ja) 1993-08-20 1993-08-20 空燃比センサ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE4429769A1 true DE4429769A1 (de) 1995-02-23
DE4429769C2 DE4429769C2 (de) 1998-01-29

Family

ID=16519841

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE4429769A Expired - Fee Related DE4429769C2 (de) 1993-08-20 1994-08-22 Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor

Country Status (3)

Country Link
US (1) US5580440A (de)
JP (1) JP2942445B2 (de)
DE (1) DE4429769C2 (de)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1306316B1 (it) * 1998-07-16 2001-06-04 Magneti Marelli Spa Metodo di controllo di una sonda lineare di ossigeno.
JP3450084B2 (ja) * 1995-03-09 2003-09-22 日本碍子株式会社 可燃ガス成分の測定方法及び測定装置
DE19543537C2 (de) * 1995-11-22 2002-08-08 Siemens Ag Abgassensor und Schaltungsanordnung für den Abgassensor
BR0009958A (pt) 1999-12-10 2004-04-27 Ntt Docomo Inc Aperfeiçoamento em terminal de comunicação móvel e aparelho de leitura de informações de cartão de crédito
JP2001281214A (ja) * 2000-03-29 2001-10-10 Ngk Spark Plug Co Ltd ガスセンサ及びそれを用いたセンサユニット
US7141264B2 (en) * 2003-06-02 2006-11-28 Unilever Bestfoods, North America, Division Of Conopco, Inc. Functional water
EP2762868B1 (de) * 2013-01-31 2017-03-15 Sensirion AG Diffusionsbasierter Metalloxidgassensor

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60128349A (ja) * 1983-12-15 1985-07-09 Mitsubishi Electric Corp 空燃比検知装置
JPS61138155A (ja) * 1984-12-10 1986-06-25 Mitsubishi Electric Corp 空燃比検知装置
JPS62198750A (ja) * 1986-02-26 1987-09-02 Mazda Motor Corp エンジンの空燃比検出装置
DE3728618C1 (de) * 1987-08-27 1988-03-10 Bosch Gmbh Robert Sensorelement fuer Grenzstromsensoren zur Bestimmung des lambda-Wertes von Gasgemischen

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3109224C2 (de) * 1981-03-05 1986-09-18 Auergesellschaft Gmbh, 1000 Berlin Schaltungsanordnung zum Nachweis von Gasanteilen in einer zu überwachenden Gasatmosphäre
JPS62265560A (ja) * 1986-05-13 1987-11-18 Mitsubishi Electric Corp 空燃比検知装置
JPS63167061A (ja) * 1986-12-27 1988-07-11 Honda Motor Co Ltd 内燃エンジンの空燃比制御装置
US4915814A (en) * 1987-09-30 1990-04-10 Hitachi, Ltd. Sensor for measurement of air/fuel ratio and method of manufacturing
JPH01159435A (ja) * 1987-12-16 1989-06-22 Nippon Denso Co Ltd 空燃比制御装置
JP2712468B2 (ja) * 1989-01-16 1998-02-10 株式会社デンソー エンジンの制御装置
JP2775654B2 (ja) * 1990-09-27 1998-07-16 本田技研工業株式会社 内燃エンジンの空燃比制御方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60128349A (ja) * 1983-12-15 1985-07-09 Mitsubishi Electric Corp 空燃比検知装置
JPS61138155A (ja) * 1984-12-10 1986-06-25 Mitsubishi Electric Corp 空燃比検知装置
JPS62198750A (ja) * 1986-02-26 1987-09-02 Mazda Motor Corp エンジンの空燃比検出装置
DE3728618C1 (de) * 1987-08-27 1988-03-10 Bosch Gmbh Robert Sensorelement fuer Grenzstromsensoren zur Bestimmung des lambda-Wertes von Gasgemischen

Also Published As

Publication number Publication date
DE4429769C2 (de) 1998-01-29
US5580440A (en) 1996-12-03
JP2942445B2 (ja) 1999-08-30
JPH0755767A (ja) 1995-03-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69732582T2 (de) Verfahren und Vorrrichtung zur Messung der Sauerstoffkonzentration und Stickstoffoxidkonzentration
DE69802340T2 (de) Gassensor
DE19956822B4 (de) Verfahren zur Bestimmung der NOx-Konzentration
DE3515588C2 (de)
DE3543759C2 (de) Luft/Kraftstoff-Verhältnisdetektor
DE69714112T2 (de) Oxidsensor
DE102006055613B4 (de) Mischungsverhältniserfassungsgerät und Verfahren zur Bestimmung eines Mischungsverhältnisses eines Abgases
DE69734140T2 (de) Gas Sensor
DE102005033263A1 (de) Gaskonzentrationsmessgerät
DE3632456A1 (de) Luft/kraftstoff-verhaeltnissensor
DE4304966A1 (de) Lambdawert-Ermittlungsvorrichtung
DE3627227A1 (de) Sauerstoffkonzentrations-detektoranordnung
DE19836127A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren eines Sondensystems, bestehend aus einer Abgassonde und einer Regelschaltung für ein Kraftfahrzeug
DE102004040291B4 (de) Konzentrationsdetektor
DE69730810T2 (de) Gas Sensor
DE69738007T2 (de) Gassensor, Verfahren zur Überwachung des Gassensors und der Gaskonzentration
DE10312732B4 (de) Verfahren zum Betrieb einer Messsonde zur Messung einer Gaskonzentration
DE102004045161B4 (de) Gaskonzentrations-Messvorrichtung
EP0641435B1 (de) Verfahren zur bestimmung von gaskomponenten und/oder gaskonzentrationen von gasgemischen
DE102004001364A1 (de) Fehlerdiagnosevorrichtung für eine Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung
DE4429769C2 (de) Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor
DE3644378C2 (de)
DE102013112567A1 (de) NOx-Detektionsvorrichtung und NOx-Sensorsystem
DE69118739T2 (de) Detektionsvorrichtung für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
DE19744439A1 (de) Sauerstoffkonzentrationserfassung mit Sensorstrombegrenzung

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee