DE60027627T2

DE60027627T2 - Steuergerät eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses

Info

Publication number: DE60027627T2
Application number: DE60027627T
Authority: DE
Inventors: Keiichiro Toyota-shi Aichi-ken Aoki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-03-04
Filing date: 2000-03-03
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2020-03-04
Also published as: JP2000258387A; DE60027627D1; EP1033486A3; EP1033486B1; JP3570274B2; CA2299933C; EP1033486A2; KR20000062177A; US6286493B1; CA2299933A1; KR100320250B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Steuergerät für einen Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis und mehr besonders ein Steuergerät für einen Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, welches eine Impedanz eines Sensorelements für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis erfaßt, wie z.B. eines Elements zur Erfassung der Sauerstoffkonzentration, für die genaue und schnelle Erfassung eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines Abgases einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, wobei das Steuergerät auf der Grundlage der erfaßten Impedanz eine Störung erfaßt, einen Zustand des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis aktiviert und ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis aus einem Ausgang des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis korrekt errechnet.
2. BEMERKUNGEN ZUM STAND DER TECHNIK
In den letzten Jahren wurde eine Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses unter Verwendung eines Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis und eines Katalysators, die in der Abgasanlage der Brennkraftmaschine angeordnet sind, ausgeführt, indem eine Rückkopplungsregelung so ausgeführt wird, daß ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das durch einen Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis erfaßt wurde, eine Vorgabe für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis erreicht, z.B. ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis, um eine Reinigung von den schädlichen Bestandteilen (Kohlenwasserstoff HC, Kohlenmonoxid CO, Stickstoffoxide NO_x und dergleichen) in dem Abgas mittels Abgaskatalysatoren zu maximieren. Für diesen Zweck wurde ein Element zum Erfassen der Sauer- zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration vom Grenzstromtyp verwendet, das einen Grenzstrom entsprechend der Konzentration von Sauerstoff, der in dem Abgas enthalten ist, das von der Brennkraftmaschine abgegeben wird, ausgibt. Das Element zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration vom Grenzstromtyp wurde zum Erfassen eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases aus der Brennkraftmaschine linear entsprechend der Konzentration an Sauerstoff verwendet und ist zur Verbesserung der Genauigkeit der Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und zum Regeln eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases für die Brennkraftmaschine auf ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einem Intervall von einem reichen oder theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis (stöchiometrischen) bis zu einem mageren nützlich.
Das vorstehend angeführte Element zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration muß, um die Genauigkeit des erfaßten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses beizubehalten, in einem aktivierten Zustand gehalten werden. Gewöhnlich wird das Element durch Erregen eines Heizelements, das in dem Element angeordnet ist, nachdem die Brennkraftmaschine angelassen wurde aufgeheizt und zuerst aktiviert. Um den aktivierten Zustand aufrechtzuerhalten, wird der dem Heizelement zugeführte Strom geregelt.
45 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Korrelation zwischen der Temperatur des Elements zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration und dessen Impedanz. Es gibt eine durch eine in 45 durchgezogene Linie dargestellte Korrelation, d.h., daß die Impedanz des Elements bei einem Anstieg der Temperatur des Elements verringert wird. Unter Beachtung dieser Beziehung wird bei der vorstehend beschriebenen Steuerung der Erregung des Heizelements eine Rückkopplungsregelung ausgeführt, so daß eine Impedanz des Elements erfaßt wird, um eine Elementtemperatur einzubringen und damit die Elementtemperatur auf eine gewünschte Aktivierungstemperatur eingestellt wird, z.B. 700°C. Wenn z.B. eine Impedanz Zac des Elements entsprechend einer anfänglichen Rege lungselementtemperatur von 700°C 30 Ω ist oder mehr (Zac ≥ 30), wie durch die durchgezogene Linie der 45 für die Temperatur des Elements zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration (nachstehend vereinfachend als Element bezeichnet) dargestellt ist, d.h., die Elementtemperatur ist 700°C oder weniger, wird dem Heizelement elektrischer Strom zugeführt. Wenn Zac kleiner als 30 Ω ist (Zac < 30) oder die Elementtemperatur 700°C übersteigt, wird die Zuführung von elektrischem Strom zu dem Heizelement ausgesetzt, um die Temperatur des Elements höher als 700°C beizubehalten, wodurch der aktivierte Zustand des Elements beibehalten wird. Ferner wird, wenn dem Heizelement elektrischer Strom zugeführt wird, eine Impulsregelung ausgeführt, so daß eine Menge an elektrischem Strom, die für die Beseitigung einer Abweichung (Zac-30) zwischen einer Impedanz des Elements und ihrem Sollwert erforderlich ist, erhalten wird und diese Menge an elektrischem Strom zugeführt wird.
Z.B. wird, gemäß einem entsprechenden Verfahren, das in dem Dokument JP HEI 9-292364 (siehe das Familiendokument GB 2310725 ) beschrieben ist, wenn eine Impedanz des Elements zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration erfaßt wird, eine Wechselspannung einer bevorzugten Frequenz angelegt, um eine Elementtemperatur zu erfassen, um die Impedanz zu erfassen. Durch das Anlegen der Spannung dieser Frequenz kann ein Widerstand eines Elektrolytabschnitts des Elements gemessen werden. Weil der Widerstand des Elektrolytabschnitts sich durch Alterung im wesentlichen nicht verändert, verändert sich die Impedanz des Elements ebenfalls nicht wesentlich. Daher kann angenommen werden, daß die Beziehung zwischen der Temperatur des Elements und der Impedanz, die durch durchgezogene Linie in 45 dargestellt wird, im wesentlichen unabhängig von Alterung bleibt.
Nachdem das Element zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration gealtert ist, ist eine Korrelation zwischen der Elementtemperatur und der Impedanz jedoch so, wie durch die Strichlinie in 45 dargestellt ist.
Nachstehend werden ein Aufbau des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, ein Ersatzschaltbild und eine Impedanzkennlinie beschrieben.
46A zeigt eine Schnittdarstellung des Aufbaus des Sensorelements für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und 46B zeigt eine teilweise vergrößerte Darstellung des Elektrolytabschnitts.
47 zeigt eine Abbildung zur Darstellung eines Ersatzschaltbilds des Sensorelements für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis. In 47 bezeichnet R1 einen Volumenwiderstand des Elektrolyten, der z.B. aus Zirkondioxid besteht (Kornabschnitt in 46); R2 bezeichnet einen Körnungswiderstand des Elektrolyten (Korngrenzenabschnitt der 46); R3 bezeichnet einen Grenzflächenwiderstand einer Elektrode, die z.B. aus Platin besteht; C2 bezeichnet eine kapazitive Komponente der Körnung des Elektrolyten (jeder Korngrenzenabschnitt in 46); C3 bezeichnet eine kapazitive Komponente der Grenzfläche der Elektrode und Z(W) bezeichnet eine Impedanz (Warburg-Impedanz), die erzeugt wird, wenn sich die Grenzflächendichte periodisch verändert, wenn elektrische Polarisierung durch den Wechselstrom ausgeführt wird.
48 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Impedanzkennlinie des Sensorelements für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Die Abszisse bezeichnet einen Realteil Z' der Impedanz Z, und die Ordinate bezeichnet einen Imaginärteil Z''. Eine Impedanz Z des Sensorelements für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird durch Z = Z' + jZ'' ausgedrückt. Aus 48 ist ersichtlich, daß der Grenzflächenwiderstand R3 der Elektrode gegen 0 konvergiert, wenn sich die Frequenz 1 bis 10 kHz annähert. Ferner zeigt eine Kurve, die durch eine Strichlinie gekennzeichnet ist, eine Impedanz, die sich verändert, wenn das Sensorelement für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis altert. Aus einem Abschnitt der Impedanzkennlinie, die durch diese Strichlinie gekennzeichnet ist, ist ersichtlich, daß sich insbesondere R3 durch Alterung verändert.
Wenn sich die Sauerstoffkonzentration des Gases, die durch das Sensorelement für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis erfaßt wird, ebenfalls zusehends verändert, verändert sich die Impedanzkennlinie wie durch die Strichlinie angegeben.
49 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen der Frequenz der Wechselspannung, die an das Sensorelement für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angelegt ist, und der Impedanz des Elements. 49 wurde durch Umwandeln der Achse der Abszisse von 48 in eine Frequenz f und der Achse der Ordinate in eine Impedanz Zac erhalten. Aus 48 ist ersichtlich, daß sich die Impedanz Zac einem vorbestimmten Wert (R1 + R2) in einem Frequenzbereich von 1 Hz–ungefähr 10 kHz–10 MHz annähert und die Impedanz Zac bei einer höheren Frequenz als 10 MHz abnimmt, so daß sie sich R1 annähert. Daher ist ersichtlich, daß der Bereich nahe 1 Hz–ungefähr 10 kHz–ungefähr 10 MHz, in welchem Zac unabhängig von der Frequenz konstant ist, erwünscht ist, um die Impedanz Zac in einem stabilisierten Zustand zu erfassen. Ferner zeigt die Kurve, die durch eine Strichlinie gekennzeichnet ist, eine Impedanz, wenn eine Wechselspannung einer meßbaren niederen Frequenz (1 kHz oder weniger) an R3 angelegt ist, welcher sich durch Alterung ändert. Aus dieser Niederfrequenzimpedanz wird der Grad der Alterung des Sensorelements für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis bestimmt.
Wie durch die Strichlinie in 45 gezeigt wird, verändert sich die Korrelation zwischen der Temperatur des Elements zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration, welches ein Sensorelement für ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis darstellt, und einer Impedanz im Bereich von 1 Hz–10 kHz–10 MHz, verglichen damit, wenn es neu ist, beträchtlich, nachdem das Element gealtert ist.
Jedoch kann gemäß dem Dokument JP HEI 9-292364 die Veränderung der Kennlinie des Sensorelements für das Luft/Kraftstoffverhältnis nicht erfaßt werden, weil nur ein Abschnitt des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis entsprechend einem Widerstand R1 + R2 gemessen wird. Daher steigt die Temperatur des Steuerelements, nachdem das Element gealtert ist, allmählich an, wenn die Regelung durch die Erregung des Heizelements mit der Elementimpedanz Zac als Vorgabewert für die Regelung der Elementtemperatur, indem diese bei 30 Ω beibehalten wird, fortgesetzt wird, so daß z.B. die Temperatur bis auf 800°C gebracht wird. Daher besteht ein Problem, daß das Element überhitzt wird, so daß die Alterung beschleunigt wird, wodurch dessen Lebensdauer vermindert wird.
Wenn die Wechselspannung des niederfrequenten Bereichs von 1 Hz–ungefähr 10 kHz an dem Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angelegt ist, wie in 48 und 49 gezeigt ist, verändert sich eine erfaßte Niederfrequenzimpedanz im Vergleich dazu, wenn das Element neu ist, nachdem das Element gealtert ist, beträchtlich.
Jedoch kann gemäß dem Dokument JP HEI 9-292364 die Veränderung der Kennlinie des Sensorelements für das Luft/Kraftstoffverhältnis nicht erfaßt werden, weil nur ein Abschnitt des Sensorelements für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis entsprechend einem Widerstand R1 + R2 gemessen wird. Daher verändert sich die Temperatur oder die Kennlinie des Elements, so daß die Berechnung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses aus dem Ausgang des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis ungenau wird, wodurch sich der Schadstoffausstoß aus der Brennkraftmaschine verschlechtert. Weiterhin entsteht, weil eine Störung des Sensors für das Luft/Kraftstoffgemisch oder der Alterungszustand auf der Grundlage einer Impedanz des Elements bestimmt werden, welche erfaßt wird, wenn sich die Temperatur des Elements oder die Kennlinie des Elements verändern, ein Problem, daß eine genaue Bestimmung dieser Einflußgrößen nicht möglich wird.
Ein Steuergerät für einen Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird auch in dem Dokument EP 0 961 020 , welches ein Dokument gemäß Art. 54(3) EPÜ ist, offenbart. Dieses Do kument gibt ein Steuergerät für einen Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zum Erfassen eines Stroms, der einer Konzentration von Sauerstoff entspricht, welche in einem Gas enthalten ist, von einer Vorrichtung zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration durch Anlegen einer Spannung an die Vorrichtung zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration an. Das Steuergerät erfaßt eine Wechselstromimpedanz der Vorrichtung zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration entsprechend jeder Frequenz durch Anlegen von Wechselspannungen einer Vielzahl von Frequenzen an die Vorrichtung zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration und Analysieren jeder der Wechselstromimpedanzen, die durch die Impedanzerfassungsvorrichtung erfaßt werden, um einen Parameter zu berechnen, der eine Veränderung in der Kennlinie der Vorrichtung zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration anzeigt, um dadurch eine Steuerung des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erreichen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuergerät für einen Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu schaffen, das durch genaue Erfassung der Veränderung der Kennlinie des Sensorelements für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis aus dem Ausgangswert des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit hoher Genauigkeit erfaßt und eine Störung oder einen Aktivierungszustand des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis genau feststellt.
Diese Aufgabe wird durch ein Steuergerät eines Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das die Merkmale aufweist, wie sie in Anspruch 1 definiert sind, gelöst. Weitere Aspekte der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt. Um das vorstehende Ziel zu erreichen, wird entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Steuergerät eines Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis bereitgestellt, das einen Strom entsprechend der Konzentration des Sauerstoffgases in einem erfaßten Gas von einem Element zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration durch Anlegen einer Span nung an das Element zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration erfaßt, das eine Impedanzerfassungsvorrichtung, eine Temperatureinstellvorrichtung und eine Vorrichtung zum Erfassen der Veränderung von Kennlinien aufweist. Die Impedanzerfassungsvorrichtung erfaßt eine Wechselstromimpedanz des Elements zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration entsprechend mehreren Frequenzen durch Anlegen von Wechselspannung mit mehreren Frequenzen an das Element zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration. Die Temperatureinstellvorrichtung stellt die Temperatur des Elements zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration auf eine Vorgabetemperatur auf der Grundlage einer ersten Impedanz an einer hochfrequenten Seite der erfaßten Wechselstromimpedanz ein. Die Vorrichtung zum Erfassen der Veränderung von Kennlinien erfaßt eine Veränderung der Kennlinie des Elements zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration anhand einer zweiten Impedanz auf einer niederfrequenten Seite der erfaßten Wechselstromimpedanz. Die Temperatureinstellvorrichtung verändert die Vorgabetemperatur entsprechend der zweiten Impedanz.
Mit der vorstehenden Anordnung kann die Veränderung der Kennlinie des Sensorelements entsprechend der Alterung des Sensorelements für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis genau erfaßt werden.
Gemäß dem vorstehenden Aspekt kann die Vorrichtung zum Erfassen der Veränderung von Kennlinien eine Störung des Elements zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration erfassen.
Ferner erfaßt die Vorrichtung zum Erfassen der Veränderung von Kennlinien eine Störung des Elements zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration entsprechend der ersten Impedanz.
Die Vorrichtung zum Erfassen der Veränderung von Kennlinien kann einen Ausgangswert des Elements zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration verändern.
Die Vorrichtung zum Erfassen der Veränderung von Kennlinien kann den Ausgangswert des Elements zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration entsprechend der zweiten Impedanz verändern.
Die Vorrichtung zum Erfassen der Veränderung von Kennlinien kann den Ausgangswert des Elements zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration auf der Grundlage eines Anfangswerts der zweiten Impedanz und eines Veränderungsbetrags vom Anfangswert verändern.
Entsprechend dem vorstehenden Aspekt der Erfindung kann die Temperatureinstellvorrichtung ein Heizelement erregen, das in dem Element zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration angeordnet ist, um auf der Grundlage der ersten Impedanz und der Vorgabetemperatur der Vorrichtung zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration das Element zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration aufzuheizen.
Entsprechend dem vorstehenden Aspekt der Erfindung kann das Steuergerät für den Sensor für das Kraft/Luftstoff-Verhältnis ferner eine Vorrichtung zum Festlegen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses aufweisen, die das Luft/Kraftstoff-Verhältnis entsprechend der zweiten Impedanz festlegt, wenn die Temperatur des Elements zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration sich innerhalb eines ersten Temperaturbereichs befindet (z.B. 500°C oder mehr, weniger als 700°C), und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis entsprechend der ersten Impedanz festlegt, wenn sich das Element zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration innerhalb eines zweiten Temperaturbereichs befindet, welcher höher ist als der erste Temperaturbereich.
Demzufolge kann das Ausgangssignal des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis für eine Rückkopplungsregelung selbst bei niedrigen Temperaturen, bevor das Sensorelement für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis aktiviert ist, verwendet werden.
Ferner kann das Steuergerät für den Sensor für das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis eine Regelungsvorrichtung für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufweisen, die ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis unter Verwendung eines Ausgangswerts des Elements zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration durch Rückkopplung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, das durch die Vorrichtung zum Festlegen das Luft/Kraftstoff-Verhältnis festgelegt wurde, regelt, in welchem eine Regelungsverstärkung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Steuergeräts des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in dem ersten Temperaturbereich kleiner ist als eine Regelungsverstärkung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Steuergeräts des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in dem zweiten Temperaturbereich.
Demzufolge wird die Regelungsverstärkung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in Abhängigkeit von dem Aktivierungszustand des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis so ausgewählt, daß die Rückkopplungsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in Abhängigkeit von dem aktivierten/nicht-aktivierten Zustand des Sensorelements für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis ausgeführt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Steuergeräts eines Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis;
2 zeigt eine erläuternde schematische Darstellung des Steuergeräts für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in 1;
3 zeigt eine erläuternde schematische Darstellung von LPF in 1;
4A zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Wellenform einer Eingabespannung, die an den Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angelegt ist;
4B zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Wellenform des durch den Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis er faßten Ausgangstroms;
5 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Spannung-Strom-Kennlinie des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis.
6 zeigt eine erläuternde schematische Darstellung eines Schaltkreises des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 1;
7 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Impedanzberechnungsroutine eines Sensorelements entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Verarbeitung bei Überlagerung mit der ersten Frequenz in der Impedanzberechnungsroutine des Sensorelements;
9 zeigt ein Ablaufdiagramm einer ersten Unterbrechungsbearbeitungsroutine, die während der Verarbeitung bei Überlagerung mit der ersten Frequenz ausgeführt wird;
10 zeigt ein Ablaufdiagramm einer zweiten Unterbrechungsbearbeitung, die während der Verarbeitung bei Überlagerung mit der ersten Frequenz ausgeführt wird;
11 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Verarbeitung bei Überlagerung mit der zweiten Frequenz in der Impedanzberechnungsroutine des Sensorelements;
12 zeigt ein Ablaufdiagramm einer dritten Unterbrechungsbearbeitung, die während der Verarbeitung bei Überlagerung mit der zweiten Frequenz ausgeführt wird;
13 zeigt ein Ablaufdiagramm einer vierten Unterbrechungsbearbeitung, die während der Verarbeitung bei Überlagerung mit der zweiten Frequenz ausgeführt wird;
14 zeigt ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Impedanzberechnungsroutine des Sensorelements entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
15 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Korrelation zwischen einer Niederfrequenzimpedanz und einer Hochfrequenzimpedanz in bezug auf einen Gleichstrom des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis;
16 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer ersten Korrelation zwischen einer Elementtemperatur und einer Impedanz, welche sich in Abhängigkeit von der Alterung des Elements zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration verändert;
17 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer zweiten Korrelation zwischen einer Elementtemperatur und einer Impedanz, welche sich in Abhängigkeit von der Alterung des Elements zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration verändert;
18 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Routine zur Korrektur der Alterung des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis;
19 zeigt ein Kennfeld zur Darstellung einer Beziehung zwischen dem Gesamtelementwiderstand Rs des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis und einer Elementtemperatur;
20 zeigt eine Zuordnungstafel zur Darstellung einer Beziehung zwischen einer Korrekturgröße Zacgk eines Vorgabewerts für die Temperaturregelung des Elements und einer Niederfrequenzimpedanz Zac2;
21 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Ausgangskennlinie des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis;
22 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Berechnungsroutine für einen Mittelwert einer Niederfrequenzimpedanz;
23 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Berechnungsroutine für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis;
24 zeigt eine Zuordnungstafel für die Berechnung eines Anfangswerts ZacLINIT der Niederfrequenzimpedanz aus einer Hochfrequenzimpedanz ZacHTG entsprechend einem Vorgabewert für die Temperaturregelung des Elements;
25 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Verarbeitungsroutine, nachdem eine Störung des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis festgestellt ist;
26 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Routine zur Feststellung einer Aktivierung des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis;
27 zeigt eine Zuordnungstafel zur Berechnung eines Aktivierungsfeststellungswerts Zacact aus dem Vorgabewert Zactg für die Regelung der Elementtemperatur;
28 zeigt ein Ablaufdiagram einer Routine zur Regelung des Heizelements;
29 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen der Temperaturkennlinie und dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Hochfrequenzimpedanz und der Niederfrequenzimpedanz;
30 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Berechnungsroutine für ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis;
31 zeigt eine Zuordnungstafel zur Korrektur der Niederfrequenzimpedanz mittels der Luftmenge;
32 zeigt eine Zuordnungstafel zur Berechnung eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses aus einer zweidimensionalen Zuordnungstafel der Hochfrequenzimpedanz und der Niederfrequenzimpedanz;
33 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Installationsroutine für eine Verstärkung der Rückkopplungsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses;
34 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Korrelation zwischen einem Gleichstrom und einer Niederfrequenzimpedanz des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei einer vorbestimmten Temperatur;
35 zeigt ein Diagramm zur Darstellung von Veränderungen der Kennlinie der Niederfrequenzimpedanz in einem gealterten Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis;
36 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Korrelation zwischen der Abweichung des Ausgangs des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis und der Niederfrequenzimpedanz bei konstanter Hochfrequenzimpedanz;
37 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Korrelation zwischen der Reaktion des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis und der Niederfrequenzimpedanz bei konstanter Hochfrequenzimpedanz;
38 zeigt ein Ablaufdiagramm der Routine zur Erfassung der Alterung des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis;
39 zeigt ein Ablaufdiagramm der Routine zur Erfassung einer Ausgangsverschlechterung des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis;
40 zeigt eine Zuordnungstafel zur Berechnung eines unteren Grenzwerts eines Mittelwerts einer Niederfrequenzimpedanz, der eine Verschlechterung des Ausgangs des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis erlaubt, anhand eines Vorgabewerts für die Regelung der Elementtemperatur;
41 zeigt eine Zuordnungstafel zur Berechnung eines oberen Grenzwerts eines Mittelwerts der Niederfrequenzimpedanz, der eine Verschlechterung des Ausgangs des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis erlaubt, anhand eines Vorgabewerts für die Regelung der Elementtemperatur;
42 zeigt ein Ablaufdiagramm der Routine zum Erfassen der Verschlechterung der Reaktion des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis;
43 zeigt eine Zuordnungstafel zur Berechnung eines unteren Grenzwerts des Mittelwerts einer Niederfrequenzimpedanz, der eine Verschlechterung der Reaktion des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis erlaubt, anhand eines Vorgabewerts für die Regelung der Elementtemperatur;
44 zeigt eine Zuordnungstafel für die Berechnung eines oberen Grenzwerts des Mittelwerts einer Niederfrequenzimpedanz, der eine Verschlechterung der Reaktion des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis erlaubt, anhand eines Vorgabewerts für die Regelung der Elementtemperatur;
45 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Korrelation zwischen einer Temperatur des Elements zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration und einer Impedanz;
46A zeigt eine Zeichnung zur Darstellung eines Schnitts des Aufbaus des Sensorelements für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis;
46B zeigt eine Darstellung einer Ausschnittsvergrößerung des Elektrolytabschnitts des Sensorelements für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis;
47 zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Ersatzschaltbilds des Sensorelements für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis;
48 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Impedanzkennlinie des Sensorelements für das Luft/Kraftstoff-Ver hältnis; und
49 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen der Frequenz der an das Sensorelement für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angelegten Wechselspannung und der Elementimpedanz.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
1 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus des erfindungsgemäßen Steuergeräts des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Ein Sensor 1 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F-Sensor), der in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) zum Erfassen eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases angeordnet ist, besteht aus einem Sensorelement 2 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (nachstehend als Sensorelement 2 bezeichnet) und einem Heizelement 4. Von dem Schaltkreis 3 des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (nachstehend als ein Sensorschaltkreis 3 bezeichnet) ist eine Spannung an das Sensorelement 2 angelegt. Dem Heizelement 4 wird unter Steuerung durch einen Heizelement-Steuerungsschaltkreis 6 von einer Batterie 5 elektrischer Strom zugeführt. Der Sensorschaltkreis 3 empfängt von einem Regelungsbaustein für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F-CU), der aus einem Mikrocomputer besteht, über einen Tiefpaßfilter (LPF) 7 eine analoge Spannung und legt die Spannung an das Sensorelement 2 an.
Die A/F-CU 10 bildet zusammen mit dem Sensorschaltkreis 3, dem Heizelement-Steuerungsschaltkreis 6 und dem LPF 7 teilweise ein elektronisches Steuergerät (ECU) 100 aus. Wie in 2 gezeigt ist, weist die A/F-CU 10 einen Mikrocomputer 11, einen D/A-Umwandler 12 und A/D-Umwandler 13–16 auf. Der Mikrocomputer 11 weist eine CPU 22, einen ROM 23, einen RAM 24, einen B.RAM 25, einen Eingabebaustein 26 und einen Ausgabebaustein 27, die miteinander über einen bidirektionalen Bus 21 verbunden sind, auf, um den Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der vorliegenden Erfindung zu steuern, wie weiter nachstehend beschrieben wird. Der D/A-Umwandler 12 ist mit dem Ausgabebaustein 27 verbunden, um durch die CPU 22 berechnete digitale Daten in eine analoge Spannung umzuwandeln. Die A/D-Umwandler 13 und 14 sind mit dem Eingabebaustein 26 verbunden, um die an den Sensorschaltkreis 3 angelegte analoge Spannung und eine analoge Spannung, die proportional einem Strom ist, der durch einen Schaltkreis zur Erfassung des Stroms des A/F-Sensors in dem Sensorschaltkreis 3 erfaßt wurde, jeweils in digitale Daten umzuwandeln. Ebenso wandeln die A/D-Umwandler 15 und 16 die Spannung und den Strom des Heizelements 4 über den Heizelement-Steuerungsschaltkreis 6 in digitale Daten um. Die CPU 22 erfaßt diese digitalen Daten als Spannung und Strom des Sensorelements 2 und als Spannung und Strom des Heizelements 4. Ein Signal für die Umschaltung einer Filterkonstanten von LPF 7 und ein Signal BETRIEB für eine Regelungsmenge des dem Heizelement 4 zugeführten Stroms werden jeweils von dem Ausgabebaustein 27 an den LPF 7 und den Heizelement-Steuerungsschaltkreis 6 ausgegeben.
Wie in 3 dargestellt ist, besteht der LPF 7 aus Widerständen 31 und 32, Kondensatoren 33, 34 und 35, einem Operationsverstärker (OP-Verstärker) 36 und einem Feldeffekttransistor (FET) 37, die zum Umstellen der Filterkonstanten (Zeitkonstante, die durch Werte der Widerstände 31 und 32 und der Kapazitäten der Kondensatoren 33–35 definiert ist) dienen. An den FET 37 wird von dem Mikrocomputer 11 ein EIN-Signal bei niedriger Frequenz und ein AUS-Signal bei hoher Frequenz geschickt. Die Filterkonstante des LPF7 wird umgeschaltet, so daß seine Zeitkonstante abnimmt, wenn die erste Wechselspannung (Hochfrequenzwechselspannung) angelegt ist, und die Zeitkonstante steigt an, wenn die zweite Wechselspannung (Niederfrequenzspannung) angelegt ist.
Um die A/F-CU 10 zu veranlassen, die Regelung des Luft/ Kraftstoff-Verhältnisses auszuführen, ist das Sensorelement 2 zu aktivieren. Deshalb führt die A/F-CU 10, wenn die Brennkraftmaschine gestartet wird, dem in dem Sensorelement 2 angeordneten Heizelement 4 von der Batterie 5 elektrischen Strom zu, um das Heizelement 4 zu erregen, wodurch der Sensor 2 in einem frühzeitigen Stadium aktiviert wird. Nachdem der Sensor 2 aktiviert ist, wird dem Heizelement 4 Strom zugeführt, um den Aktivierungszustand beizubehalten.
Der Widerstand des Sensorelements 2, der von einer Temperatur des Sensorelements 2 abhängt, wird verringert, wenn die Temperatur des Sensorelements ansteigt. Folglich wird dem Heizelement 4 elektrischer Strom zugeführt, so daß der Widerstand des Sensorelements 2 den Wert (z.B. 30 Ω) entsprechend der Temperatur (z.B. 700°C) zum Aufrechterhalten des Aktivierungszustands des Sensorelements 2 hat. Demzufolge wird die Temperatur des Sensorelements 2 bei der Vorgabetemperatur beibehalten. Die A/F-CU 10 empfängt eine analoge Spannung entsprechend der Spannung und dem Strom des Heizelements 4 von dem Heizelement-Steuerungsschaltkreis 6 zum Aufheizen des Sensorelements über den darin angeordneten A/D-Umwandler und wandelt sie in digitale Daten um. Die digitalen Daten werden für die Weiterverarbeitung verwendet, welche weiter nachstehend beschrieben wird. Es wird z.B. ein Widerstandswert des Heizelements 4 berechnet, und dann wird elektrischer Strom dem Heizelement 4 auf der Grundlage des Widerstandswerts entsprechend einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine zugeführt, und die Temperatur des Heizelements 4 wird geregelt, um eine Übertemperatur des Heizelements 4 zu verhindern.
4A und 4B zeigen Diagramme zur Darstellung von Eingabe/Ausgabe-Signalen des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis. 4A zeigt die Wellenform einer Eingabespannung zum Anlegen an den Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Als eine Eingabespannung zum Anlegen an den Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird eine Gleichspannung von 0,3 V ständig angelegt. Um eine Impedanz des Sensorele ments zu messen, wird durch Ausführen der weiter nachstehend beschriebenen Ausführungsroutine eine Impulsspannung der ersten Frequenz von ±0,2 V an den Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angelegt, so daß sie von der Gleichspannung von 0,3 V überlagert wird.
4B stellt eine Wellenform eines Ausgabestroms dar, der am Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis erfaßt wurde. Ein Ausgabestrom Im, der am Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis erfaßt wurde, bezeichnet einen Wert entsprechend einer Sauerstoffkonzentration des Abgases, der gemessen wird, wenn nur eine Gleichspannung von 0,3 V an den Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angelegt wird. Wenn jedoch eine Impulsspannung von ±0,2 V der Gleichspannung von 0,3 V überlagert wird, welche an den Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angelegt wird, wird der Wert unmittelbar vor der Anwendung der Spannung verändert. Die Veränderungen einer an den Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angelegten Spannung und eines Ausgabestroms von dem Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu diesem Zeitpunkt werden erfaßt, um eine Impedanz des Sensorelements zu berechnen. Die Impedanzkennlinie des Sensorelements dieses Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist die gleiche wie jene, die in 48 und 49 gezeigt ist.
5 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Spannung-Strom-Kennlinie des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Die Achse der Abszisse bezeichnet eine an einen Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angelegte Spannung (V) und die Achse der Ordinate bezeichnet einen Ausgabestrom (I). Wie aus 5 zu entnehmen ist, ist die angelegte Spannung V nahezu proportional zu dem Ausgabestrom I, so daß sich ein Stromwert zu einer positiven Seite verändert, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist, und zu einer negativen Seite, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis reich ist (siehe eine Kennlinie LI, die durch eine Strichpunktlinie in der gleichen 5 gekennzeichnet ist). D.h., der Grenzstrom nimmt zu, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis sich zu der mageren Seite verlagert, und der Grenzstrom nimmt ab, wenn sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu der reichen Seite verlagert. Wenn der Ausgabestrom 0 mA ist, wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis stöchiometrisch (ungefähr 14,5).
6 zeigt ein erläuterndes Diagramm des Sensorschaltkreises 3. Der Sensorschaltkreis 3 ist aus einem Referenzspannungsschaltkreis 41, einem ersten Spannungszuführungsschaltkreis 42, einem zweiten Spannungszuführungsschaltkreis 43 und einem Stromerfassungsschaltkreis 44 ausgebildet. Der Referenzspannungsschaltkreis 41 verwendet eine Spannung Va, die z.B. durch Division einer konstanten Spannung V_DC durch Widerstände 45, 46 erhalten wurde, z.B. 0,6 V, als die Referenzspannung. Jeder von dem ersten Spannungszuführungsschaltkreis 42 und dem zweiten Spannungszuführungsschaltkreis 43 stellt einen Spannungsfolger dar. Der erste Spannungszuführungsschaltkreis 42 führt die Referenzspannung Va einem Anschluß 47 des A/F-Sensors 1 zu. Der zweite Spannungszuführungsschaltkreis 43 ist mit dem LPF 7 verbunden, um eine Ausgangsspannung V_c (0,3 ± 0,2 V) an den anderen Anschluß des A/F-Sensors anzulegen. Obwohl die Ausgangsspannung V_c des LPF 7 gewöhnlich 0,3 V ist, wenn die Elementimpedanz des A/F-Sensors 1 durch den Mikrocomputer 11 gemessen wird, werden ±0,2 V von 0,3 V überlagert und ausgegeben. Dadurch wird eine Spannung von 0,1 bis 0,5 V an den A/F-Sensor 1 angelegt. Der Stromerfassungsschaltkreis 44 besteht aus einem Widerstand 49, um einen Strom, der durch den A/F-Sensor 1 fließt, durch Abfragen einer Spannung zwischen beiden Enden (|Vb – Va|?) des Widerstands 49 über den A/D-Umwandler 13 zu erfassen.
Nachstehend wird eine Impedanzberechnungsroutine zum Berechnen einer Impedanz des Sensorelements durch das Steuergerät des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gemäß der in 7–13 gezeigten Ausführungsform ausführlich beschrieben.
14 zeigt ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Impedanz berechnungsroutine für das Sensorelement. Die Achse für die Abszisse stellt die Zeit dar, wobei eine obere Darstellung eine an das Sensorelement 2 angelegte Spannung zeigt und eine untere Darstellung den EIN/AUS-Zustand des LPF-Auswahlsignals zum Verändern der Einstellung der Filterkonstanten des LPF 7 zeigt. Eine Veränderung des durch das Sensorelement 2 fließenden Stroms ist im wesentlichen die gleiche wie die Veränderung der angelegten Spannung.
Die Berechnung der Impedanz des Sensorelements 2 dieser Ausführungsform wird folgendermaßen ausgeführt.
Gewöhnlich ist eine Gleichspannung von 0,3 V zwischen den Elektroden des Sensorelements 2 angelegt, und alle 128 msec wird die erste Frequenz, z.B. ein Hochfrequenzimpuls von 2,5 kHz, an das Sensorelement 2 angelegt. Jedesmal wenn 64 msec nach der Anwendung des Hochfrequenzimpulses abgelaufen sind, wird die zweite Frequenz, z.B. eine Niederfrequenz von 500 Hz, an das Sensorelement 2 angelegt. Nach der Anwendung des Hochfrequenzimpulses, z.B. nach dem Ablauf von 85 μsec, wird ein durch das Sensorelement 2 fließender Strom Im1 erfaßt, und eine erste (Hochfrequenz-)Impedanz Zac1 wird entsprechend der nachstehenden Formel anhand eines ΔVm (=0,3 - 0,1 = 0,2 V) der an den Sensor angelegten Spannung und eines Inkrements ΔIm (= Im1 – Ims) des Stroms berechnet: Zac1 = ΔVm/ΔIm = 0,2/(Im1 – Ims),wobei Ims ein Grenzstrom in dem Sensorelement ist, der alle 4 msec erfaßt wird.
Nach der Anwendung des Niederfrequenzimpulses, z.B. nach dem Ablauf von 0,95 msec, wird ein durch das Sensorelement 2 fließender Strom Im2 erfaßt, und eine zweite (Niederfrequenz-)Impedanz Zac2 wird entsprechend der nachstehenden Formel anhand eines Inkrements ΔVm (= 0,3 – 0,1 = 0,2 V) und eines Inkrements ΔIm (= Im2 – Ims) berechnet: Zac2 = ΔVm/ΔIm = 0,2/(Im2 – Ims).
Was die EIN/AUS-Zeitabfolge betrifft, so wird das LPF-Auswahlsignal auf EIN geschaltet, nachdem der Hochfrequenzimpuls angelegt ist, z.B. nachdem 500 μsec abgelaufen sind. Dann wird der Niederfrequenzimpuls angelegt, nachdem 64 msec nach der der Anwendung des Hochfrequenzimpulses vergangen sind, und danach wird das Auswahlsignal nach dem Ablauf von 3 msec auf OFF umgeschaltet. Während des Zeitraums des Anlegens des Niederfrequenzimpulses, der den Zyklus von 2 msec des Niederfrequenzimpulses und seine Abklingzeit von 1 msec umfaßt, wird die Zeitkonstante des Filters auf einen hohen Wert eingestellt.
Die Routine zur Berechnung der Impedanz des Sensorelements entsprechend dem vorstehend beschriebenen Zeitdiagramm wird nachstehend ausführlich unter Bezugnahme auf 7 bis 13 beschrieben.
Zuerst wird in Schritt 701 festgestellt, ob eine Zündschalter IGSW (nicht dargestellt) EIN ist oder AUS. Wenn der IGSW EIN ist, geht der Ablauf zu Schritt 702 vor. Wenn der IGSW AUS ist, wird diese Routine beendet. In Schritt 702 wird festgestellt, ob eine Gleichspannung von Vm = 0,3 V an den Sensor 1 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angelegt ist oder nicht. Wenn JA, geht der Ablauf zu Schritt 703 vor. Wenn NEIN, rückt der Ablauf zu Schritt 704 vor, in dem eine Gleichspannung von 0,3 V an den Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angelegt wird.
In Schritt 703 wird festgestellt, ob 500 msec nach dem Anwenden von Vm abgelaufen sind oder nicht. Wenn JA, geht der Ablauf zu Schritt 705 vor, wo ein Auswahlsignal für die Erhöhung der Filterkonstanten von dem Mikrocomputer 11 an den LPF ausgegeben wird. Wenn das Feststellungsergebnis des Schritts 703 NEIN ist, geht der Ablauf zu Schritt 706 über.
In Schritt 706 wird festgestellt, ob 4 msec nach dem Anlegen der Gleichspannung von 0,3 V an den Sensor 1 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in Schritt 704 vergangen sind oder nicht, oder ob 4 msec nach dem Abfragen des Stroms Ims des Sensors 1 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem vorangegangenen Verarbeitungszeitraum dieser Routine abgelaufen sind. Diese Feststellung wird z.B. mittels eines Zählers erreicht. Wenn eins dieser Feststellungsergebnisse JA ist, geht der Ablauf zu Schritt 707 vor. Wenn beide Feststellungsergebnisse NEIN sind, wird diese Routine beendet. In Schritt 707 wird der Strom Ims des Sensors 1 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis abgefragt. D.h., der Strom Ims wird alle 4 msec abgefragt.
In Schritt 708 wird der Ablauf für die Korrektur der Alterung des Sensors 1 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, welcher weiter nachstehend beschrieben wird, ausgeführt. In Schritt 709 wird der Ablauf zur Feststellung einer Störung des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, welcher weiter nachstehend beschrieben wird, ausgeführt. In Schritt 710 wird der Ablauf zur Feststellung der Aktivierung des Sensors 1 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, welcher weiter nachstehend beschrieben wird, ausgeführt.
8 bis 10 zeigen Ablaufdiagramme der Verarbeitung bei Überlagerung mit der ersten Frequenz dieser Routine. Hierbei wird als erste Frequenz z.B. 5 kHz verwendet.
Die Verarbeitung bei Überlagerung mit der ersten Frequenz betrifft eine Verarbeitung zum Halten des Ausgangs des A/F-Sensors 1 innerhalb eines in 5 dargestellten Bereichs, um das Erfassen eines Grenzstroms des Sensorelements 2 zu ermöglichen. Daher wird eine an das Sensorelement 2 angelegte Spannung entsprechend einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis des von der Brennkraftmaschine ausgestoßenen Abgases gesteuert.
Zuerst wird in dem in 8 dargestellten Schritt 801 unter Verwendung z.B. eines Zählers festgestellt, ob k × 64 msec (k: ungerade Zahl wie z.B. 1, 3, 5, ...) nach dem Start dieser Routine abgelaufen sind oder nicht. Wenn NEIN, geht die Verarbeitung zu Schritt 1101 über (12). Wenn JA (d.h., wenn 64 msec, 192 msec, 320 msec, ... nach dem Start dieser Routine abgelaufen sind), geht der Ablauf zu Schritt 802 vor.
In Schritt 802 wird entsprechend einem Ausgang des Sensors 1 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis festgestellt, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist oder nicht. Wenn NEIN (wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis stöchiometrisch oder reich ist), geht der Ablauf zu Schritt 804 vor. In Schritt 804 wird eine Impulsspannung von +0,2 V zu der an den Sensor 1 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angelegten Spannung Vm (= 0,3 V) angelegt. Daher beträgt die an den Sensor 1 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angelegte Spannung Vm' 0,5 V. Wenn in Schritt 802 JA festgestellt wird (wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist), geht der Ablauf zu Schritt 803 über, in dem ein Flag LFLG zur Festlegung von mager auf 1 gesetzt wird. Dann geht der Ablauf zu Schritt 805 über. In Schritt 805 wird eine Impulsspannung von –0,2 V der an den Sensor 1 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angelegten Spannung Vm (0,3 V) überlagert. Daher beträgt die an den Sensor 1 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angelegte Spannung Vm1 zu diesem Zeitpunkt 0,1 V.
In den Schritten 804 und 805 wird eine in 9 gezeigte dritte Zeitgeber-Unterbrechungsbearbeitung gestartet.
Nachstehend wird eine erste Zeitgeber-Unterbrechungsbearbeitung beschrieben. In Schritt 901 wird festgestellt, ob 85 μsec nach dem Start der dritten Zeitgeber-Unterbrechungsbearbeitung abgelaufen sind oder nicht. Falls JA, geht der Ablauf zu Schritt 902 vor, in dem der Ausgabestrom Im1 des Sensors 1 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis abgefragt wird. Falls NEIN, wird der Vorgang von Schritt 901 wiederholt ausgeführt, bis das Feststellungsergebnis JA wird.
In Schritt 904 wird festgestellt, ob das Flag LFLG zum Festlegen von mager in Schritt 803 von 8 gesetzt wurde oder nicht. Wenn LFLG = 1 ist, geht der Ablauf zu Schritt 905 über, in dem das Flag LFLG zum Festlegen von mager auf 0 zurückgesetzt wird. Dann geht der Ablauf zu Schritt 907 vor. In Schritt 907 wird Vm2 = 0,5 V an den Sensor 1 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angelegt, um die in 10 dargestellte zweite Zeitgeberunterbrechung zu starten.
In Schritt 904 geht der Ablauf zu Schritt 906 vor, wenn LFLG = 0 ist. In Schritt 906 wird Vm2' = 0,1 V an den Sensor 1 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angelegt, um die in 10 dargestellte zweite Zeitgeber-Unterbrechungsbearbeitung zu starten.
Nach dem Start der zweiten Zeitgeber-Unterbrechungsbearbeitung wird in Schritt 1001 festgestellt, ob 100 μsec nach dem Start der ersten Zeitgeber-Unterbrechungsbearbeitung abgelaufen sind oder nicht. Falls JA, geht der Ablauf zu Schritt 1002 vor, in welchem Vm = 0,3 V an den Sensor 1 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angelegt wird, um zu dem gewöhnlichen Zustand zum Erfassen des Luft/Kraftstoff-Verhältnis zurückzukehren. Falls in Schritt 1001 NEIN festgestellt wird, wird der Vorgang von Schritt 1001 wiederholt ausgeführt, bis das Feststellungsergebnis JA wird.
Nach der Ausführung der vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Zeitgeber-Unterbrechungsbearbeitung wird in Schritt 806 (8) festgestellt, ob (k × 64 + 4) msec (k: eine ungerade Zahl 1, 3, 5, ...) nach dem Start dieser Routine abgelaufen sind oder nicht. Falls NEIN, wird diese Routine beendet. Falls JA, geht der Ablauf zu Schritt 807 über.
In Schritt 807 wird die erste (Hochfrequenz-)Impedanz Zac1, wenn die Spannung mit der ersten Frequenz angelegt wird, nach der nachstehenden Formel berechnet: Zac1 = ΔVm/ΔIm = 0,2/(Im1 – Ims).
In Schritt 808 wird eine Überwachungsverarbeitung von Zac1 durchgeführt, d.h., eine Verarbeitung zum Einschließen von Zac1 zwischen dem unteren Überwachungsgrenzwert KREL1 (1 Ω) und dem oberen Überwachungsgrenzwert KREH1 (200 Ω). Genauer gesagt wird, wenn KREL1 ≤ Zac1 ≤ KREH1 ist, die Verarbeitung ausgeführt, indem der Wert nicht verändert wird. Ferner wird die Verarbeitung so ausgeführt, daß Zac1 = KREL1 = 1 (Ω) ist, wenn Zac1 < KREL1 ist, und Zac1 = KRH1 = 200 (Ω) ist, wenn Zac1 > KREH1 ist. Gewöhnlich wird diese Überwachungsverarbeitung ausgeführt, um Daten durch Störung, Fehler der A/D-Umwandlung oder dergleichen zu vernachlässigen.
Ein in 11 bis 13 dargestelltes Ablaufdiagramm gehört zu einer Verarbeitung bei Überlagerung einer zweiten Frequenz dieser Routine und betrifft eine Verarbeitung zum Halten einer Ausgabe des A/F-Sensors 1 innerhalb eines in 5 dargestellten dynamischen Bereichs so wie in der vorstehend beschriebenen Verarbeitung bei Überlagerung einer ersten Frequenz. Hierbei werden z.B. 500 Hz als die zweite Frequenz verwendet.
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird Schritt 1101 ausgeführt, wenn in Schritt 801 (8) NEIN festgestellt wurde. In Schritt 1101 wird z.B. unter Verwendung eines Zählers festgestellt, ob k × 64 msec (k ist eine gerade Zahl 2, 4, 6, ...) seit dem Start dieser Routine vergangen sind oder nicht. Falls JA (d.h. 128 msec, 256 msec, 384 msec vom Start dieser Routine), geht der Ablauf zu Schritt 1102 über.
In Schritt 1102 wird anhand einer Ausgabe des Sensors 1 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis festgestellt, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist oder nicht. Falls NEIN (wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis stöchiometrisch oder reich ist), geht der Ablauf zu Schritt 1104 über. In Schritt 1104 wird eine Impulsspannung von +0,2 V einer Spannung Vm (= 0,3 V), die an den Sensor 1 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angelegt ist, überlagert. Daher wird die an den Sensor 1 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angelegte Spannung Vm1' 0,5 V. Wenn in Schritt 1102 JA festgestellt wird (wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist), geht der Ablauf zu Schritt 1103 weiter. In Schritt 1103 wird das Flag LFLG zur Festlegung von mager auf 1 gesetzt, und der Ablauf geht zu Schritt 1105 vor. In Schritt 1105 wird eine Impulsspannung von –0,2 V der an den Sensor 1 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angelegten Spannung Vm (0,3 V) überlagert. Daher wird zu diesem Zeitpunkt die an den Sensor 1 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angelegte Spannung 0,1 V.
In den Schritten 1104 und 1105 wird die in 12 dargestellte dritte Zeitgeber-Unterbrechungsbearbeitung gestartet.
Nachstehend wird die dritte Zeitgeber-Unterbrechungsbearbeitung beschrieben. In Schritt 1201 wird festgestellt, ob 0,95 msec seit dem Start der dritten Zeitgeber-Unterbrechungsbearbeitung abgelaufen sind oder nicht. Wenn JA, dann geht der Ablauf zu Schritt 1202 vor, in dem ein Ausgangsstrom Im1 des Sensors 1 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis abgefragt wird. Wenn NEIN, wird der Vorgang von Schritt 1201 wiederholt ausgeführt, bis das Feststellungsergebnis JA wird.
In Schritt 1203 wird festgestellt, ob 1 msec seit dem Start der dritten Zeitgeber-Unterbrechungsbearbeitung abgelaufen ist. Wenn JA, geht der Ablauf zu Schritt 1204 weiter, in dem der Ausgangsstrom Im1 des Sensors 1 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis abgefragt wird. Wenn in Schritt 1203 NEIN festgestellt wird, kehrt der Ablauf zu Schritt 1201 zurück.
In Schritt 1204 wird festgestellt, ob das Flag LFLG zur Festlegung von mager in Schritt 803 (8) gesetzt ist oder nicht. Wenn LFLG = 1 ist, rückt der Ablauf zu Schritt 1205 vor. In Schritt 1205 wird das Flag LFLG zur Festlegung von mager auf 0 zurückgesetzt, und der Ablauf geht zu Schritt 1207 über. In Schritt 1207 wird Vm2 = 0,5 V an den Sensor 1 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angelegt, und die vierte Zeitgeber-Unterbrechungsbearbeitung, die in 13 dargestellt ist, wird gestartet.
Wenn LFLG = 0 ist in Schritt 1204, rückt der Ablauf zu Schritt 1206 vor. In Schritt 1206 wird Vm2' = 0,1 V an den Sensor 1 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angelegt, so daß die vierte Zeitgeber-Unterbrechungsbearbeitung wie in 13 gezeigt gestartet wird.
Wenn die vierte Zeitgeber-Unterbrechungsbearbeitung gestartet ist, wird festgestellt, ob 1 msec seit dem Start der ersten Zeitgeber-Unterbrechungsbearbeitung abgelaufen ist oder nicht. Wenn JA, geht der Ablauf zu Schritt 1302 vor, in dem eine Spannung von Vm = 0,3 V an den Sensor 1 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angelegt wird, um die Erfassung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in den gewöhnlichen Zustand zu versetzen. Wenn in Schritt 1301 NEIN festgestellt wird, wird der Ablauf von Schritt 1301 wiederholt ausgeführt, bis das Erfassungsergebnis JA wird.
Nach dem Ausführen der vorstehend aufgeführten dritten und vierten Zeitgeber-Unterbrechungsbearbeitung wird in Schritt 806 (8) festgestellt, ob (k × 64 + 4) msec (k: eine gerade Zahl 2, 4, 6, ...) seit dem Start dieser Routine abgelaufen sind. Wenn JA, rückt der Ablauf zu Schritt 1107 vor.
In Schritt 1107 wird das LPF-Auswahlsignal, das in dem in 8 dargestellten Schritt 705 verändert wurde, durch den Mikrorechner 11 auf AUS umgestellt, und ein Auswahlsignal zur Rückkehr der Filterkonstanten zu eins für die Hochfrequenzimpedanz wird an den LPF7 ausgegeben.
In Schritt 1108 wird die erste (Niederfrequenz-)Impedanz Zac2, wenn die zweite Wechselspannung angelegt ist, nach der nachstehenden Formel berechnet: Zac2 = ΔVm/ΔIm = 0,2/(Im2 – Ims).
In Schritt 1109 wird eine Überwachungsbearbeitung für Zac2, d.h., eine Bearbeitung zum Einschließen von Zac2 zwischen einem unteren Überwachungsgrenzwert KREL2 (1 Ω) und einem oberen Überwachungsgrenzwert KREH2 (200 Ω) ausgeführt. Genauer gesagt wird die Bearbeitung so ausgeführt, daß Zac2 unverändert bleibt, wenn KREL2 ≤ Zac2 ≤ KREH2 ist, Zac2 = KREL2 = 1 (Ω) ist, wenn Zac2 < KREL2 ist, und Zac2 = KREH2 = 200 (Ω) ist, wenn Zac2 > KREH2 ist.
Entsprechend dieser vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist aus der Tatsache, daß das Abfragen des Grenzstroms Ims des Sensorelements in Schritt 707 von 8 alle 4 msec (Schritt 706) ausgeführt wird, ersichtlich, daß die Erfassung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses innerhalb von 4 msec, die von der Anwendung eines Niederfrequenzimpulses zum Erfassen einer Niederfrequenzimpedanz ablaufen, unterdrückt ist.
Gemäß dieser Ausführungsform wird, um das Belastungsgleichgewicht an der CPU auszugleichen, ein Niederfrequenzimpuls in der Mitte der Anwendung des Hochfrequenzimpulses alle 128 msec angelegt. Die Niederfrequenzimpedanz kann jedoch durch Anlegen des Niederfrequenzimpulses nach einem Ablauf von z.B. 4 msec unmittelbar nach der Anwendung des Hochfrequenzimpulses erfaßt werden. Weiterhin kann die Erfassung der zweiten (Niederfrequenz-)Impedanz einmal alle zehn Male der Verarbeitung der Erfassung der ersten (Hochfrequenz-)Impedanz ausgeführt werden. Ferner kann die Verarbeitung zur Erfassung der Niederfrequenzimpedanz nur ausgeführt werden, wenn sich die Brennkraftmaschine im Leerlauf befindet, genauer gesagt, wenn die Umgebung des Sensors 1 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis stabilisiert ist.
Obwohl 5 kHz als die erste Frequenz und 500 Hz als die zweite Frequenz festgesetzt wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Die Frequenz kann im Hinblick auf einen Elektrolyt des Sensors 1 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, des Materials der Elektroden, der Eigenschaften des Schaltkreises für den Sensor, der angelegten Spannung, der Temperatur und dergleichen geeignet gewählt werden. Als die erste Frequenz kann z.B. eine Frequenz, die zum Erfassen einer Wechselstromimpedanz von R1 (Volumenwiderstand des Elektrolyten) + R2 (Körnungswiderstand des Elektrolyten) in 47, die sich von 1 kHz bis 10 kHz erstreckt, verwendet werden. Die zweite Frequenz kann auf eine Frequenz festgesetzt werden, die niedriger als die erste Frequenz ist, sofern sie in der Lage ist, eine Impedanz von R1 + R2 + R3 (Widerstand der Elektrodengrenzfläche) zu erfassen.
Obwohl in dieser Ausführungsform zwei Frequenzen verwendet werden, können mehrere Wechselspannungen von drei oder mehr Frequenzen angelegt werden, um eine Impedanz aus den mehreren erfaßten Werten der Ausgabespannung und des Ausgabestroms zu erfassen. Es ist klar, daß optimal zwei Impedanzen aus den mehreren ausgewählt werden können oder die Benutzung eines statistischen Verfahrens auf der Grundlage von mehreren Impedanzen verwendet werden kann. Z.B. können die Impedanzen aus dem Durchschnittswert berechnet werden.
15 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Korrelation zwischen der Niederfrequenzimpedanz und der Hochfrequenzimpedanz in bezug auf Gleichstrom in dem Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Hier wird die Niederfrequenzimpedanz erfaßt, wenn eine Wechselspannung mit 25 Hz an das Sensorelement bei einer vorbestimmten Temperatur angelegt wird. Die Hochfrequenzimpedanz wird erfaßt, wenn eine Wechselspannung von 2,5 kHz an das Sensorelement bei einer vorbestimmten Temperatur angelegt wird. Eine Korrelation zwischen dem Gleichstromwiderstand und der Niederfrequenzimpedanz ist durch einen schwarzen Punkt „•" gekennzeichnet, und eine Hochfrequenzimpedanz ist durch ein Kreuz „x" gekennzeichnet. Eine Linie 151, die durch das Zeichnen der Zeichen „•" definiert ist und die Korrelation zwischen dem Gleichstromwiderstand und der Niederfrequenzimpedanz zeigt, ist im wesentlichen eine Gerade, wenn das Sensorelement neu ist und wenn sich seine Haltbarkeit verschlechtert hat. Was andererseits die Kurven betrifft, die durch das Zeichnen der Zeichen „x" definiert sind und die Korrelation zwischen dem Gleichstromwiderstand und der Hochfrequenzimpedanz zeigen, so bezeichnet eine Kurve 152 einen Fall, in welchem das Sensorelement neu ist, und eine Kurve 153 bezeichnet einen Fall, in welchem sich die Haltbarkeit verschlechtert hat. In diesem Fall ist ersichtlich, daß der Gleichstromwiderstand Ri ansteigt, wenn sich das Sensorelement in der Haltbarkeit im Vergleich zu dem Zustand, wenn es neu ist, verschlechtert hat. Der Grund dafür ist, daß die Hochfrequenzimpedanz einen Widerstand des Zirkondioxidelektrolyts erfaßt, aber nicht den Widerstand der Grenzfläche der Elektroden.
Die Niederfrequenzimpedanz, die den Widerstand der Grenzfläche der Elektrode erfaßt, gibt den Widerstand Ri wieder, der sich von dem Zeitpunkt, an dem das Sensorelement neu ist, bis zu dem Zeitpunkt, wenn sich seine Haltbarkeit verschlechtert hat, verändert. Daher wird erfindungsgemäß unter Beachtung der Tatsache, daß die Korrelation zwischen dem Gleichstromwiderstand und der Niederfrequenzimpedanz des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis für beide Fälle, wo das Sensorelement neu ist, und wo sich seine Haltbarkeit verschlechtert hat, linear ist, die Niederfrequenzimpedanz Zac2 erfaßt. Dann wird anhand des erfaßten Zac2 ein Grad der Alterung des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis als Gleichstromwiderstand Ri definiert. Entsprechend dem Ri, das sich nach der Alterung verändert hat, wird die Ausgabe des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis korrigiert, so daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit hoher Genauigkeit erfaßt werden kann.
16 und 17 zeigen eine erste Korrelation und eine zweite Korrelation zwischen den Elementtemperaturen und der Impedanz, welche sich mit der Alterung des Elements zur Erfassung der Sauerstoffkonzentration verändern. In 16 und 17 sind die Hochfrequenzimpedanz Zac1 und die Niederfrequenzimpedanz Zac2 jeweils durch eine durchgezogene Linie und eine Strichlinie gekennzeichnet.
Wie durch die durchgezogene Linie in 16 gezeigt ist, ist die Kurve, die die Korrelation zwischen der Temperatur des Sensorelements und Zac1 nach der Verschlechterung der Haltbarkeit zeigt, verglichen mit dem Fall, wo es neu ist, nach rechts verschoben. Daher steigt eine Temperatur des Elements mit verschlechterter Haltbarkeit auf 730°C an, falls ein Vorgabewert Zactg für die Regelung der Elementtemperatur bei einem Wert Zactgi (Vorgabeelementtemperatur: 700°C), wenn das Element neu im Vergleich zu dem Element nach Verschlechterung seiner Haltbarkeit ist, beibehalten wird. Der Vorgabewert Zactg für die Regelung der Elementtemperatur bezieht sich hier auf eine Impedanz des Elements, wenn die Elementtemperatur des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf den Vorgabewert gebracht ist. Wie durch die Strichlinie in 16 gezeigt ist, verschiebt sich die Korrelation zwischen der Temperatur des Sensorelements nach Verschlechterung der Haltbarkeit und Zac2 ebenfalls nach rechts im Vergleich zu dem Fall, wo es neu ist. Diese Korrelation wird erzeugt, wenn die Verschlechterung beschleunigt wird, so daß der Widerstand der Grenzfläche der Elektrode des Sensorelements infolge Elektrodenkohäsion ansteigt, die weiter nachstehend beschrieben wird. Daher verändert sich, wenn der Vorgabewert Zactg für die Regelung der Elementtemperatur des Sensorelements bei dem Wert Zactgi, wenn es neu ist, beibehalten wird, die Niederfrequenzimpedanz von Zac2i, wenn das Element neu ist, zu Zac2d, wenn die Elementtemperatur nach Verschlechterung der Haltbarkeit 730°C beträgt.
Verschlechterung der Haltbarkeit bedeutet eine Alterung des Sensorelements auf Grund eines Haltbarkeitstests und Alterung bedeutet eine Verschlechterung infolge des Alterns des Sensorelements unter gewöhnlichen Betriebsbedingungen.
Erfindungsgemäß wird durch Beibehalten des Werts von Zac2 bei dem Wert Zac2i, wenn das Element neu ist, mit anderen Worten, durch Beibehalten des Gleichstromwiderstands Rs des Sensorelements auf dem Anfangswert, die Ausgangskennlinie des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, nachdem das Sensorelement gealtert ist, als eine Kennlinie eines neuen Erzeugnisses beibehalten, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird mit hoher Genauigkeit auf der Grundlage dieses Ausgangswerts erfaßt. Dadurch wird die Temperatur des Elements auf 740°C festgesetzt, so daß der Wert Zac2d, der erhalten wird, wenn es in der Haltbarkeit verschlechtert ist, auf den Wert Zac2i, wenn es neu ist, festgesetzt wird. Zac1 zu diesem Zeitpunkt, d.h. Zactgd, wird als ein Vorgabewert für die Regelung der Elementtemperatur, nachdem das Element in der Haltbarkeit verschlechtert ist, festgelegt. Ein Unterschied der Temperatur des Sensorelements in Bezug auf Zac1 und Zac2 nach Verschlechterung der Haltbarkeit wird auf Grund eines Unterschieds zwischen Zac1 und Zac2 in Bezug auf den in 15 dargestellten Gleichstromwiderstand Ri des Sensorelements erzeugt. Wie aus 15 ersichtlich ist, ist die Temperaturkorrektur des Sensorelements durch Zac2 in der Lage, die Ausgabekennlinie des Sensorelements besser aufrechtzuerhalten als eine Korrektur durch Zac1.
Nachstehend wird 17 beschrieben. Ein Kurvenzug, der eine Korrelation zwischen der Temperatur des Sensorelements und Zac1, nachdem es sich in der Haltbarkeit verschlechtert hat, zeigt, ist im Vergleich dazu, wenn es neu ist, nach rechts verschoben. Daher steigt die Temperatur des Elements, nachdem es sich in der Haltbarkeit verschlechtert hat, von 700°C, gemessen wenn es neu ist, auf 730°C an, wenn der Vorgabewert Zactg für die Regelung der Elementtemperatur auf dem Wert Zactgi gehalten wird, der erhalten wird, wenn es neu ist. Andererseits verschiebt sich eine Kurve (Strichlinie), die eine Korrelation zwischen der Temperatur des Sensorelements, nachdem es sich in der Haltbarkeit verschlechtert hat, und Zac2 zeigt, nach links im Vergleich zu dem Fall, wenn es neu ist. Diese Korrelation wird hervorgebracht, wenn die Verschlechterung beschleunigt ist, so daß die Diffusionsschicht des Sensorelements infolge Überhitzung des Heizelements oder dergleichen zerstört ist. Daher ver schiebt sich die Niederfrequenzimpedanz zu Zac2d, das erhalten wird, wenn die Elementtemperatur 730°C ist, nachdem es sich in der Haltbarkeit in bezug auf Zac2i, das erhalten wird, wenn es neu ist, verschlechtert hat, wenn der Vorgabewert Zactg für die Regelung der Elementtemperatur des Sensorelements auf dem Wert Zactgi gehalten wird, der erhalten wird, wenn es neu ist.
Erfindungsgemäß wird durch Halten des Werts Zac2 auf Zac2i eines neuen Erzeugnisses, mit anderen Worten, durch Halten des Gleichstromwiderstands Rs des Sensorelements auf einem Anfangswert die Ausgangskennlinie des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach einer Alterung des Sensorelements auf der Kennlinie eines neuen Erzeugnisses beibehalten, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird mit großer Genauigkeit auf der Grundlage dieses Ausgangswerts erfaßt. Wenn jedoch das Sensorelement fast zerstört ist wie Bruch der Diffusionsschicht, kann die Ausgangskennlinie des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht beibehalten werden. Wenn die Temperatur des Elements auf 690°C festgesetzt wird, so daß der Wert von Zac2, der erhalten wird, wenn die Haltbarkeit verschlechtert ist, zu einem Wert Zac2i wird, der erhalten wird, wenn es neu ist, und dann Zac1, das erhalten wird, wenn die Temperatur des Elements 690°C ist, nämlich Zactgd, als Vorgabewert für die Regelung der Elementtemperatur nach Verschlechterung der Haltbarkeit übernommen wird, kann der Aktivierungszustand des Sensorelements nicht aufrechterhalten werden.
Wenn jedoch der Wert Zac2d, der erhalten wird, wenn sich die Haltbarkeit verschlechtert hat, größer wird als der Wert Zac2i, der erhalten wird, wenn das Element neu ist, wird festgelegt, daß der Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gestört ist, und dann wird die Rückkopplungsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses unterbrochen.
Erfindungsgemäß kann die Kennlinie des Sensorelements, selbst nachdem das Element sich in der Haltbarkeit ver schlechtert hat, dauerhaft beibehalten werden, da der Vorgabewert Zactg für die Regelung der Elementtemperatur entsprechend einem Grad der Verschlechterung der Haltbarkeit des Sensorelements veränderbar ist.
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird der Vorgabewert Zactg für die Regelung der Elementtemperatur korrigiert, so daß die Kennlinie des Sensorelements nach einer Verschlechterung der Haltbarkeit als diejenige beibehalten wird, die ein neues Erzeugnis aufweist. Nachstehend wird die Verarbeitung zur Korrektur der Verschlechterung für den Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in Schritt 708 des Ablaufdiagramms von 7 beschrieben.
18 zeigt ein Ablaufdiagramm der Routine zur Korrektur der Verschlechterung des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Diese Routine korrigiert Zactg auf der Grundlage der Niederfrequenzimpedanz Zac2 und wird in einem vorbestimmten Zyklus, z.B. alle 4 msec, ausgeführt.
Zuerst wird in Schritt 1801 festgestellt, ob der Zustand für die Korrektur der Verschlechterung in Abhängigkeit davon, ob alle nachstehenden Bedingungen 1–5 eingerichtet sind oder nicht, festgelegt ist oder nicht. Wenn JA, geht der Ablauf zu Schritt 1802 vor. Wenn NEIN, wird diese Routine beendet.

1. Umdrehungszahl einer Brennkraftmaschine NE ≤ 1000 U/min
2. Fahrzeuggeschwindigkeit VS ≤ 3 km/h
3. Leerlaufschalter EIN
4. während Rückkopplungsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist in der Umgebung von 14,5
5. Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine THW ≥ 85°C (Aufwärmungszustand der Brennkraftmaschine)

In Schritt 1802 werden die erste (Hochfrequenz-)Impedanz Zac1 und die zweite (Niederfrequenz-)Impedanz Zac2 abgefragt. Hierbei wird Zac2 als eine Veränderung der Kennlinie des Sensorelements, insbesondere als ein Parameter, der Alterung anzeigt, erhalten.
19 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen dem Gesamtwiderstand des Elements Rs (= R1 + R2 + R3) des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis und der Elementtemperatur. 20 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen dem Korrekturwert Zactggk des Vorgabewerts für die Regelung der Elementtemperatur und der Niedertemperaturimpedanz Zac2, und 21 zeigt ein Diagramm, das die Ausgangskennlinie des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis darstellt.
Wie aus 19 ersichtlich ist, steigt Rs eines gealterten Erzeugnisses im Vergleich zu dem neuen Erzeugnis an. Wenn das Sensorelement gealtert ist, so daß sein Rs ansteigt, wird die Ausgangskennlinie des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von einer durchgezogenen Linie Li, die einen Gleichstromwiderstand zeigt, wenn es neu ist, zu einer Strichlinie Ld verändert, wie in 21 gezeigt ist. Daher fällt der Wert des Grenzstroms in Bezug auf das gleiche Luft/Kraftstoff-Verhältnis ab, so daß ein Fehler bei der Erfassung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses verursacht wird.
Die Bearbeitung zur Feststellung einer Störung für den Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in Schritt 709 (7), die vorstehend beschrieben wurde, erfolgt durch das Ausführen der Schritte 1803 bis 1810. In Schritt 1803 wird festgestellt, ob der Vorgabewert Zactg für die Regelung der Elementtemperatur des Sensorelements in einem Bereich zwischen einem oberen Grenzwert Zactgmax und einem unteren Grenzwert Zactgmin, welche die Abweichungen der Kennlinie des Sensorelements einschließen, liegt. Wenn JA (Zactgmin ≤ Zactg ≤ Zactgmax), wird festgelegt, daß die Korrektur des Vorgabewerts für die Regelung der Elementtemperatur freigegeben ist, und der Ablauf rückt zu Schritt 1804 vor. Wenn in Schritt 1804 NEIN festgestellt wird, geht der Ablauf zu Schritt 1805 über. In Schritt 1804 wird ein Korrekturbetrag Zactggk des Vorgabewerts Zactg für die Regelung der Elementtemperatur aus Zac2 nach einer in 20 gezeigten Zuordnungstafel berechnet. Dieser Korrekturbetrag Zactggk wird eingestellt, so daß Zac2 ungefähr 10 bis 20 Ω wird. Diese Zuordnungstafel ist in dem ROM im voraus gespeichert. Wie vorstehend beschrieben wurde, bedeutet der vorstehend angeführte Vorgabewert für die Regelung der Elementtemperatur eine Impedanz des Elements, wenn die Elementtemperatur des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis eine Vorgabetemperatur erreicht.
In Schritt 1806 wird ein Vorgabewert Zactg(i) (derzeitiger Wert) als ein Mittelwert nach den nachstehenden Formeln berechnet: Zactgt = Zactg(i – 1) (vorhergehender Wert) – Zactggk, Zactg(i) (jetziger Wert) = (Zactg(i – 1) × 31 + Zactgt)/32.
Das auf diese Weise berechnete Zactg(i) (jetziger Wert) wird als Vorgabewert für die Regelung der Elementtemperatur bei der Hochfrequenzimpedanz Zac1 des Sensorelements 2 festgelegt, um die Heizelementregelung für den Sensor 1 für das Luft/Kraftstoffgemisch auszuführen. D.h., die Sensorelementtemperatur wird so gesteuert, daß die Impedanz des Sensorelements Zactg(i) ist.
Wie in der Zuordnungstafel von 20 dargestellt ist, steigt der Vorgabekorrekturbetrag Zactggk für die Regelung der Elementtemperatur an, wenn die Niederfrequenzimpedanz Zac2, welche ein Kennlinienparameter des Sensorelements ist, ansteigt, nämlich wenn sich der Grad der Alterung des Sensorelements 2 verstärkt. Daher wird der gegenwärtig erhaltene Vorgabewert Zacgt für die Regelung der Elementtemperatur durch Subtrahieren dieses Korrekturbetrags von dem vorhergehenden Vorgabewert Zactg für die Regelung der Elementtemperatur entsprechend klein eingestellt. Daher wird die Elementtemperatur nach der Alterung innerhalb eines zulässigen Bereichs auf eine höhere Vorgabetemperatur als der Wert des neuen Erzeugnisses eingestellt. Das erfolgt, weil, wie in 19 gezeigt ist, Rs nach der Alterung ansteigt, so daß sich die Kennlinie des Elements verschlechtert, und die Elementtemperatur des Sensorelements auf einen höheren Wert korrigiert wird, um Rs zum Beibehalten der Kennlinie des neuen Erzeugnisses zu verringern. Andererseits wird, wenn Zac2 um einen vorbestimmten Wert abnimmt, die Elementtemperatur korrigiert, um sie zu verringern. D.h., die Temperatur des Sensorelements wird entsprechend dem Alterungszustand des Sensorelements so geregelt, daß sie unterschiedlich zu der Temperatur ist, wenn es neu ist. Demzufolge wird, selbst wenn das Sensorelement gealtert ist, die Kennlinie des neuwertigen Erzeugnisses beibehalten. Wenn die Alterung des Sensorelements beschleunigt ist, so daß dessen Widerstand der Grenzfläche der Elektrode infolge von Kohäsion der Elektrode ansteigt, steigt die Impedanz Zac2 des Sensorelements nach der Alterung an, so daß Zactggk auch ansteigt. Daher nimmt Zactg(i) ab, so daß die Temperatur des Elements ansteigt. Wenn die Alterung des Sensorelements beschleunigt ist, so daß dessen Diffusionsschicht zerstört ist, nimmt die Impedanz Zac2 des Sensorelements nach Alterung ab, so daß Zactggk ebenfalls abnimmt. Folglich wird zu diesem Zeitpunkt in den Schritten 1805, 1809 und 1810 festgestellt, daß sich der Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Störungszustand befindet, um die Rückkopplungsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses anzuhalten. In Schritt 1805 wird die Routine zur Feststellung der Störung des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis ausgeführt (34 bis 44), die weiter nachstehend beschrieben wird. In Schritt 1809 wird die Feststellung in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Störungsfeststellung des Schritts 1805 ausgeführt. Wenn JA festgestellt wird, wird diese Routine beendet. Wenn NEIN festgestellt wird, geht der Ablauf zu Schritt 1810 über. In Schritt 1810 wird ein Flag XFAF für Störung des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gesetzt.
In Schritt 1807 wird der Vorgabewert Zactg für die Regelung der Elementtemperatur im Sicherungsspeicher RAM als Zactgb abgespeichert. Dieses Zactgb wird als Zactg in einer Anfangsroutine übernommen, wenn die Brennkraftmaschine das nächste Mal gestartet wird, so daß die Elementtemperatur so geregelt wird, daß sie bei dem nächsten Start der Brennkraftmaschine in der Nähe der Vorgabetemperatur ist.
In Schritt 1808 wird die Routine zur Berechnung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ausgeführt.
In dieser Routine wird, wie vorstehend beschrieben wurde, da die Niederfrequenzimpedanz die Kennlinie des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zeigt, die Niederfrequenzimpedanz in Erfahrung gebracht, und der Ausgangswert des Sensorelements wird anhand des in Erfahrung gebrachten Werts für die Berechnung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses richtig korrigiert.
22 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Routine zur Berechnung des Mittelwerts der Niederfrequenzimpedanz. Diese Routine wird in einem vorbestimmten Zyklus, z.B. alle 100 msec, ausgeführt. In Schritt 2201 wird festgestellt, ob alle Bedingungen für die Erfassung der Verschlechterung der Kennlinie des Sensorelements eingerichtet sind oder nicht, um festzustellen, ob sich die Kennlinie des Sensorelements verschlechtert hat oder nicht. Wenn JA, geht der Ablauf zu Schritt 2202 vor. Wenn NEIN, wird diese Routine beendet.

1. Warmlaufen angehalten
2. Aktivierungszustand des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
3. Während der Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
4. Innerhalb eines vorbestimmten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (in der Umgebung des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses).

In Schritt 2202 werden Niederfrequenzimpedanzen ZacL bei einer vorbestimmten Umdrehungszahl aufsummiert und ihr Mittel wert ZacLG wird berechnet.
23 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Routine zur Berechnung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses. Diese Routine wird in einem vorgegebenen Zyklus, z.B. alle 1 msec, ausgeführt. In Schritt 2301 wird ein Stromwert AFI des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis entsprechend dem Grenzstromwert Im des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis abgefragt.
In Schritt 2302 wird ein anfänglicher Wert ZacLINIT der Niederfrequenzimpedanz entsprechend der Hochfrequenzimpedanz ZacHTG nach der in 24 dargestellten Zuordnungstafel erhalten. 24 zeigt eine Zuordnungstafel zum Erhalt des anfänglichen Werts ZacLINIT der Niederfrequenzimpedanz aus der Hochfrequenzimpedanz entsprechend dem Vorgabewert Zactg für die Regelung der Elementtemperatur. Der anfängliche Wert ZacLINIT der Niederfrequenzimpedanz kann aus einem Mittelwert der Niederfrequenzimpedanzen von mehreren Sensorelementen erhalten werden, wenn diese neu sind.
Anschließend wird in Schritt 2303 der Stromwert des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, der in Schritt 2301 abgefragt wurde, nach der nachstehenden Formel korrigiert: AFI = AFI × (ZacLG/ZacLINIT) × k,wobei k ein geeigneter Korrekturkoeffizient ist.
Demzufolge wird der Stromwert AFI des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis entsprechend dem Grenzstromwert Im des Sensorelements, der in Schritt 2301 abgefragt wurde, korrigiert.
Danach wird in Schritt 2304 ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis anhand des korrigierten Stromwerts AFI des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis aus dem Kennfeld, das vorher in dem ROM abgespeichert wurde, erhalten.
Nachstehend wird die vorstehend in Schritt 710 (7) beschriebene Verarbeitung zur Feststellung der Aktivierung des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis unter Bezugnahme auf 25 bis 27 beschrieben.
25 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Verarbeitungsroutine, nachdem eine Störung des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis festgestellt ist. Diese Routine wird in einem vorgegebenen Zyklus ausgeführt, z.B. alle 1 msec. In Schritt 2501 wird festgestellt, ob ein Flag XFAFS für Störung des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gesetzt ist oder nicht. Wenn XFAFS = 1 ist, wird festgelegt, daß sich der Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Störungszustand befindet, und der Ablauf geht zu Schritt 2502 über. In Schritt 2502 wird die Rückkopplungsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses angehalten, weil sich die Abgasemission verschlechtert, wenn sie fortlaufend ausgeführt wird. In Schritt 2503 wird die Zuführung des elektrischen Stroms zu dem Heizelement unterbrochen, um eine Übertemperatur des Heizelements zu vermeiden. In Schritt 2504 wird eine Alarmlampe (nicht dargestellt) auf EIN geschaltet. In Schritt 2501 wird, wenn XFAFS = 0 ist, festgelegt, daß sich der Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht im Störungszustand befindet, und daher wird diese Routine beendet.
26 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Routine zur Feststellung der Aktivierung des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Die Routine wird in einem vorgegebenen Zyklus ausgeführt, z.B. alle 1 msec. Zuerst wird in Schritt 2601 festgestellt, ob das Flag XFAFS für Störung des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gesetzt ist oder nicht. Wenn festgestellt wird, daß sich das Element im Störungszustand befindet (XFAFS = 1), rückt der Ablauf zu Schritt 2602 vor. Wenn festgestellt wird, daß sich das Element nicht im Störungszustand befindet (XFAFS = 0), geht der Ablauf zu Schritt 2603 über.
In Schritt 2602 wird ein Flag XAFSACT für aktivierten Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf AUS umgestellt. In Schritt 2603 wird ein Aktivierungsfeststellungswert Zacact entsprechend dem Vorgabewert Zactg für die Regelung der Elementtemperatur, nachdem die Alterung korrigiert ist, aus der in 27 dargestellten Zuordnungstafel erhalten. Wie in 27 dargestellt ist, wird, um den Vorgabewert für die Regelung der Elementtemperatur mit einem Zuwachs zu versehen, der Aktivierungsfeststellungswert Zacact etwas größer als der Vorgabewert Zactg zur Regelung der Elementtemperatur eingestellt, um die Aktivierung des Sensorelements bei einer Temperatur festzustellen, die etwas höher ist als die Vorgabetemperatur.
In Schritt 2604 wird festgestellt, ob die Größe der Hochfrequenzimpedanz Zac1 kleiner als der Aktivierungsfeststellungswert Zacact ist oder nicht. Wenn JA (Zac1 < Zacact), wird festgelegt, daß der Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis aktiviert ist, und der Ablauf geht zu Schritt 2605 über. Wenn NEIN (Zac1 ≥ Zacact), wird festgelegt, daß der Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht aktiviert ist, und der Ablauf geht zu Schritt 2602 über. In Schritt 2605 wird das Flag XAFSACT für aktivierten Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf EIN umgestellt.
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird ein Aktivierungsfeststellungswert Zacact aus dem Vorgabewert für die Regelung der Elementtemperatur nach der Alterung aus der Niederfrequenzimpedanz Zac2 des Sensorelements berechnet, und dann wird dieser mit der Hochfrequenzimpedanz Zac1 verglichen, um festzustellen, ob das Sensorelement aktiviert ist oder nicht.
28 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Routine für die Heizelementregelung. Diese Routine wird in einem vorbestimmten Zyklus ausgeführt, z.B. alle 128 msec. Es wird PID-Regelung der relativen Einschaltdauer der Erregung des Heizelements 4 anhand einer Differenz Zacerr (Zactg – Zac1) zwischen der Hochfrequenzimpedanz des Sensors für das Luft/Kraftstoff- Verhältnis und dem Vorgabewert Zactg für die Steuerung der Elementtemperatur ausgeführt. Hierbei wird Zactg aus der Niederfrequenzimpedanz und deren Veränderungen bei Alterung des Sensors 1 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis infolge Elektrodenkohäsion oder dergleichen berechnet.
Zuerst wird in Schritt 2801 ein proportionaler Ausdruck KP nach der nachstehenden Formel berechnet: KP = Zacerr × K1(K1: Konstante).
In Schritt 2802 wird ein Integrationsterm KI nach der nachstehenden Formel berechnet: KI = ΣZacerr × K2(K2: Konstante).
In Schritt 2803 wird ein Differenzenausdruck KD nach der nachstehenden Formel berechnet: KD = (ΔZacerr/Δt) × K3(K3: Konstante).
In Schritt 2804 wird eine PID-Verstärkung KPID nach der nachstehenden Formel berechnet: KPID = KP + KI + KD.
In Schritt 2805 wird eine relative Ausgabeeinschaltdauer DUTY nach der nachstehenden Formel berechnet: DUTY(i) = DUTY(i – 1) × KPID.
In Schritt 2806 wird eine Überwachungsbehandlung für die relative Ausgabeeinschaltdauer DUTY(i) ausgeführt, so daß eine Verarbeitung zum Einschluß von DUTY(i) zwischen einem unteren Grenzwert KDUTYL und einem oberen Grenzwert KDUTYH ausgeführt wird. Genauer gesagt, wenn DUTY(i) < KDUTYL ist, wird DUTY(i) = KDUTYL. Wenn KDUTYH < DUTY(i) ist, wird DUTY(i) = KDUTYH. Wenn KDUTYL ≤ DUTY(i) ≤ KDUTYH ist, bleibt DUTY(i) unverändert.
Bei der in 28 gezeigten Heizungsregelung wird festgestellt, ob die Impedanz des Sensorelements in Bezug auf die Hochfrequenz (Zac1 ≤ Zactg (5 Ω)) einen vorbestimmten Wert, z.B. 5 Ω, von dem Vorgabewert Zactg für die Regelung der Elementtemperatur, nachdem die Alterung korrigiert ist, um eine Übertemperatur des Heizelements 4 und des Sensorelements 2 zu verhindern, übersteigt oder nicht. Falls JA, wird festgelegt, daß der Zustand normal ist oder daß das Heizelement 4 und das Sensorelement 2 die Übertemperatur nicht erreichen. Dann wird die Routine zur Regelung der Heizung, die durch das Ablaufdiagramm von 28 dargestellt wird, ausgeführt. Wenn NEIN, wird festgelegt, daß der Zustand nicht normal ist oder daß das Heizelement 4 und das Sensorelement 2 die Übertemperatur erreichen, und es wird eine Verarbeitung zum Einstellen von DUTY(i) = 0 ausgeführt. Der Vorgabewert Zactg für die Regelung der Elementtemperatur wird entsprechend der Niederfrequenzimpedanz Zac2 des Sensorelements nach der in 20 gezeigten Zuordnungstafel berechnet.
Als nächstes wird nachstehend eine Steuerung zum Erfassen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses bei niedrigen Temperaturen, bei denen die Temperatur des Sensorelements unter 700°C liegt, bevor der Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis seinen Aktivierungszustand erreicht, beschrieben.
29 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen der Hochfrequenzimpedanz, der Niederfrequenzimpedanz und der Sensortemperatur. Die Temperaturkennlinie der Hochfrequenzimpedanz, die durch eine fette Linie 294 gekennzeichnet ist, bleibt trotz einer Veränderung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in der Umgebung des Sensorelements im wesentlichen unverändert. Was die Niederfrequenzimpedanzen betrifft, die durch die feinen Linien 291, 292 und 298 gekennzeichnet sind, so verändert sich jede Temperaturkennlinie, wenn sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Umgebung des Sensorelements auf A/F = 12, 14,5 und 18 verändert.
Wenn eine Temperatur des Sensorelements aus der Hochfrequenzimpedanz entsprechend dieser Beziehung ermittelt wird und wenn die Temperatur des Sensorelements niedrig ist (oder wenn der Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht aktiviert ist), kann die Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durch Berechnung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses aus der Niederfrequenzimpedanz in einem früheren Stadium gestartet werden.
Nachstehend wird unter Verwendung von 30 bis 33 die Steuerung zur Berechnung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses aus der Niederfrequenzimpedanz, wenn das Sensorelement nicht aktiviert ist, beschrieben.
30 zeigt ein Ablaufdiagramm dieser Routine. Diese Routine wird in einem vorbestimmten Zyklus ausgeführt, z.B. alle 1 msec. In Schritt 3001 wird eine Ansaugluftmenge ga (g/sec) von der Hochfrequenzimpedanz Zac1 des Sensorelements 2, der Niederfrequenzimpedanz Zac2, dem Grenzstrom Ims und dem Luftströmungsmesser (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine abgefragt. In Schritt 3002 wird Zac1 mit einem ersten Vorgabewert Zacg1 für die Regelung der Elementtemperatur entsprechend der ersten Elementtemperatur (z.B. 500°C) verglichen. Wenn Zac1 < Zactg1 ist oder wenn festgestellt wird, daß die momentane Elementtemperatur die erste Elementtemperatur (500°C) oder weniger ist, wird diese Routine beendet. Wenn Zac1 > Zactg1 ist oder wenn festgestellt wird, daß die Temperatur des Elements die erste Elementtemperatur (500°C) übersteigt, rückt der Ablauf zu Schritt 3003 vor.
Da die Genauigkeit der Erfassung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses aus der Niederfrequenzimpedanz in dem Zustand, in dem die Temperatur des Elements niedriger ist als die erste Elementtemperatur, unzureichend ist, wird die Rückkopplungsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu diesem Zeitpunkt nicht ausgeführt.
In Schritt 3003 wird Zac1 mit einem zweiten Vorgabewert Zactg2, welcher einer zweiten Elementtemperatur (z.B. 700°C) entspricht, verglichen. Die zweite Elementtemperatur ist höher als die erste Elementtemperatur und ist höher festgesetzt als eine Temperatur, bei welcher das Sensorelement aktiviert ist. Wenn Zac1 < Zactg2 ist oder wenn festgestellt wird, daß die momentane Elementtemperatur geringer ist als die zweite Elementtemperatur (700°C), geht der Ablauf zu Schritt 3004 über. Wenn Zac1 ≥ Zactg2 ist oder wenn festgestellt wird, daß die Temperatur des Elements höher ist als die zweite Elementtemperatur (700°C), geht der Ablauf zu Schritt 3005 vor.
In Schritt 3004 wird ein Flag XIMPAF zum Anzeigen, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis anhand der Niederfrequenzimpedanz Zac2 des Sensorelements berechnet wird, auf 1 gesetzt. In Schritt 3006 wird ein Korrekturfaktor kagz (%) entsprechend der in Schritt 3001 abgefragten Ansaugluftmenge ga nach der Zuordnungstafel, die in 31 dargestellt ist und eine Beziehung zwischen der Ansaugluftmenge ga und dem Korrekturfaktor kgaz (%) für die Niederfrequenzimpedanz zeigt, berechnet. Dann wird die Niederfrequenzimpedanz Zac2 zu diesem Zeitpunkt aus dem berechneten kgaz und dem in Schritt 3001 abgefragten Zac2 nach der nachstehenden Formel errechnet: Zac2 = Zac2 (1 + kgaz/100).
Der berechnete Wert wird in dem Sicherungs-RAM gespeichert. Die vorstehende Formel berücksichtigt, daß der Widerstand R3 der Grenzfläche der Elektrode des Sensorelements anzuwachsen beginnt, wenn die Menge der Ansaugluft 20 (g/sec) übersteigt, so daß die Niederfrequenzimpedanz Zac2 anzusteigen beginnt. Folglich wird Zac2 entsprechend der Menge der Ansaugluft korrigiert.
Anschließend wird in Schritt 3007 das Luft/Kraftstoff-Verhältnis aus der in 32 dargestellten zweidimensionalen Zuordnungstafel zur Berechnung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses anhand der Hochfrequenzimpedanz Zac1 und der Nieder frequenzimpedanz Zac2 berechnet. In dieser zweidimensionalen Zuordnungstafel kennzeichnet Zac1 die Temperaturkennlinie des Sensorelements, und daher nimmt die Elementtemperatur ab, wenn Zac1 ansteigt. Wenn die Elementtemperatur konstant ist, nimmt das Luft/Kraftstoff-Verhältnis ab oder wird reicher, wenn Zac2 ansteigt, wie aus 29 ersichtlich ist. Gemäß dieser Ausführungsform wird die Temperatur des Sensorelements über die Hochfrequenzimpedanz erfaßt, und selbst wenn die Temperatur des Sensorelements so niedrig ist, daß der Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht aktiviert ist, wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis aus der Niederfrequenzimpedanz berechnet, um die Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses frühzeitig zu starten.
In Schritt 3005 wird ein Flag XLMTAF zum Anzeigen, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis aus dem Grenzstrom des Sensorelements 2 berechnet wird, auf 1 gesetzt. Anschließend wird in Schritt 3008 das Flag XIMPAF zum Anzeigen, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis anhand von Zac2 berechnet wird, auf 0 zurückgesetzt. Danach wird in Schritt 3009 die vorstehend beschriebene Routine zur Berechnung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ausgeführt.
Nachstehend wird ein in 33 dargestelltes Ablaufdiagramm einer Routine zur Einstellung der Verstärkung der Rückkopplungsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses beschrieben. Nach dieser Routine wird die Ausgangsreaktion des Sensors 1 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis verzögert, wenn die Temperatur des Sensorelements 2 niedrig ist. Daher wird, wenn die Rückkopplungsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf der Grundlage der Niederfrequenzimpedanz (wenn JA in Schritt 3301 festgestellt wurde) ausgeführt wird, jede der Verstärkungen des Proportionalterms P, des Integralterms I und des Differentialterms D in der Rückkopplungsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in Schritt 3302 auf NIEDRIG-Verstärkung festgesetzt. Wenn das Flag XLMTAF, das anzeigt, daß die Rückkopplungsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ausgeführt wird, entsprechend dem Grenzstrom gesetzt ist, nachdem das Sensorelement 2 aktiviert ist (wenn NEIN in Schritt 3301 und JA in Schritt 3303 festgestellt ist), wird jede der Verstärkungen des vorstehend erwähnten PID-Reglers in Schritt 3304 auf HOCH-Verstärkung eingestellt. Ein in Schritt 3301 bezeichnetes Flag XIMTAF ist ein Flag, das gesetzt wird, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis aus der Niederfrequenzimpedanz Zac2 des Sensorelements 2 berechnet wird. Wenn die Feststellung in Schritt 3301 NEIN ist und in Schritt 3303 NEIN ist, ist die Temperatur des Sensorelements 500°C oder weniger, so daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht erfaßt werden kann. Dann wird in Schritt 3305 ein Flag XPHAF für unterdrückte Rückkopplungsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf 1 gesetzt. Nachdem die Verstärkung der Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in den Schritten 3302 und 3304 auf NIEDRIG und HOCH gesetzt festgesetzt ist, wird das Flag XPHAF für unterdrückte Rückkopplungsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in Schritt 3306 auf 0 zurückgesetzt.
Nachstehend wird die Verarbeitung zum Feststellen einer Störung des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in Schritt 1805 des Ablaufdiagramms in 18 unter Bezugnahme auf 34 bis 44 besprochen.
34 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Korrelation zwischen dem Gleichstromwiderstand und der Niederfrequenzimpedanz des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei einer vorbestimmten Temperatur. Wie in 34 gezeigt ist, ist der Gleichstromwiderstand Ri des Sensorelements proportional zu der Niederfrequenzimpedanz ZacL. Daher wird der Gleichstromwiderstand Ri des Sensorelements, der die Kennlinie des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis kennzeichnet, erhalten, da die Niederfrequenzimpedanz ZacL und die Verschlechterung der Kennlinie des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis entsprechend dem sich daraus ergebenden ZacL erfaßt werden.
35 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Veränderung der Kennlinie der Niederfrequenzimpedanz eines gealterten Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis. In 35 bezeichnet die Achse der Abszisse eine Temperatur des Sensorelements, und die Achse der Ordinate bezeichnet eine Impedanz des Sensorelements. Die Kennlinie einer Hochfrequenzimpedanz ZacH in Bezug auf die Temperatur des Sensorelements ist durch eine Kurve 350 bezeichnet. In diesem Fall ist die Veränderung der Kennlinie der Impedanz, unabhängig von der Alterung des Sensorelements in einem Zeitraum von dem Zeitpunkt an, an dem es neu ist, bis zu dem Zeitpunkt, an dem seine Haltbarkeit verschlechtert ist, klein. Daher kann die Hochfrequenzimpedanz ZacH als ein Parameter verwendet werden, der die Temperatur des Sensorelements anzeigt. Andererseits steigt die Niederfrequenzimpedanz ZacL in Abhängigkeit von der Alterung des Sensorelements an. Die Veränderung ist unterschiedlich abhängig davon, ob der innere Widerstand des Sensorelements im Fall von Sprüngen oder dergleichen, die in der Diffusionsschicht infolge von Überhitzung durch das Heizelement auftreten (gekennzeichnet durch eine Kurvenlinie 351), abnimmt, ob der innere Widerstand des Sensorelements infolge Kohäsion der Elektrode oder dergleichen ansteigt (gekennzeichnet durch eine Kurve 352) oder dergleichen. Die Kennlinie der Niederfrequenzimpedanz ZacL in Bezug auf die Temperatur des Sensorelements, wenn es neu ist, ist durch eine Kurve 353 gekennzeichnet. Wenn eine zulässige Abweichung eingeschlossen wird, liegt die Kurve 353 in einem Bereich von einer Kurve 353a bis zu einer Kurve 353 vor.
Der Vorgabewert Zactg für die Regelung der Elementtemperatur wird als die Hochfrequenzimpedanz ZacH entsprechend der Aktivierungstemperatur von 700°C des Sensorelements festgelegt. Wenn die Regelung des Heizelements des Sensorelements so ausgeführt wird, daß die Temperatur des Sensorelements 700°C beträgt, dann verändert sich die Niederfrequenzimpedanz ZacL in Abhängigkeit von der Alterung des Sensorelements. Weil der innere Widerstand des Sensorelements abnimmt, z.B. wenn Risse oder dergleichen in der Diffusionsschicht auftreten, steigt der Ausgang des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis an, so daß er sich in der Richtung, daß die Reaktion beschleunigt wird, bis zu ZacL1 verändert (Kurve 351). Ferner nimmt der Ausgang des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis ab, so daß er sich in der Richtung, daß die Reaktion verlangsamt wird, bis zu ZacL2 verändert (Kurve 353).
36 stellt eine Korrelation zwischen einer Abweichung des Ausgangs des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis und der Niederfrequenzimpedanz in einem Zustand, bei welchem die Hochfrequenzimpedanz konstant ist, dar. Die Korrelation verändert sich in Abhängigkeit von der Temperatur des Sensorelements oder der Hochfrequenzimpedanz. Wie unter Bezugnahme auf 35 beschrieben wurde, verändert sich die Niederfrequenzimpedanz von ZacL1 zu ZacL2, wenn die Hochfrequenzimpedanz des Sensorelements der Vorgabewert Zactg für die Regelung der Elementtemperatur entsprechend der Sensortemperatur 700°C ist. Wenn sich die Niederfrequenzimpedanz ZacL nach Verschlechterung der Haltbarkeit verringert (ZacL1), nimmt der Gleichstromwiderstand Ri ab, so daß sich der Ausgang des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu der positiven Seite verschiebt (+X, X > 0). Ferner erhöht sich, wenn ZacL nach der Verschlechterung der Haltbarkeit (ZacL2) zunimmt, auch der Gleichstromwiderstand Ri, so daß sich der Ausgang des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach der negativen Seite verschiebt (–X). Wenn die Abweichung des Ausgangs des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis +X übersteigt und sich nach der positiven Seite verschiebt, wird festgelegt, daß das Sensorelement infolge Bruchs der Diffusionsschicht oder dergleichen gealtert ist. Wenn die Abweichung des Ausgangs des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis –X übersteigt und sich zu der negativen Seite verschiebt, wird festgelegt, daß das Sensorelement infolge Kohäsion der Elektrode oder dergleichen gealtert ist. Die minimale zulässige Abweichung eines Mittelwerts ZacLav der Niederfrequenzimpedanz ZacL, welche die Ausgangsverschlechterung des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zuläßt, ist afvmin, und die maximale zuläs sige Abweichung ist afvmax. Wenn ZacLav afvmin ist, ist die Abweichung des Ausgangs des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis –X, und wenn ZacLav afvmax ist, ist die Abweichung des Ausgangs des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis +X.
37 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Korrelation zwischen der Abweichung der Reaktion des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis und der Niederfrequenzimpedanz bei einer konstanten Hochfrequenzimpedanz. Die in 37 dargestellte Korrelation verändert sich in Abhängigkeit von der Temperatur des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder der Hochfrequenzimpedanz. Wenn die Niederfrequenzimpedanz ZacL nach Verschlechterung der Haltbarkeit abnimmt (ZacL1), nimmt der Gleichstromwiderstand Ri ab, so daß sich die Reaktion des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach der negativen Seite oder in der Richtung, daß die Reaktion beschleunigt wird, verschiebt (–Y, Y > 0). Wenn ZacL nach der Verschlechterung der Haltbarkeit ansteigt (ZacL2), steigt der Gleichstromwiderstand Ri auch an, so daß sich die Reaktion des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach der positiven Seite oder in einer Richtung, daß die Reaktion verlangsamt wird, verschiebt (+Y). Wenn die Abweichung der Reaktion des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis –Y übersteigt und sich nach der negativen Seite verschiebt, wird festgelegt, daß das Sensorelement infolge Bruchs der Diffusionsschicht oder dergleichen gealtert ist. Ferner wird festgelegt, daß das Sensorelement infolge Kohäsion der Elektrode oder dergleichen gealtert ist, wenn die Abweichung der Reaktion +Y übersteigt und sich weiter nach der positiven Seite verschiebt. Die minimal zulässige Abweichung des Mittelwerts ZacLav der Niederfrequenzimpedanz, welcher die Verschlechterung der Reaktion des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zuläßt, ist afrmin, und die maximal zulässige Abweichung ist afrmax. Wenn ZacLav afrmin ist, ist die Abweichung der Reaktion des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis –Y, und wenn ZacLav afrmax ist, ist die Abweichung der Reaktion des Sensors für das Luft/Kraftstoff- Verhältnis +Y.
Nachstehend wird eine konkrete Verarbeitung zur Feststellung der Alterung des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis aus der Niederfrequenzimpedanz, die unter Bezugnahme auf 34 bis 37 beschrieben wurde, unter Bezugnahme auf 38 bis 44 beschrieben.
38 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Routine zur Erfassung der Verschlechterung der Kennlinie des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Diese Routine wird in einem vorbestimmten Zyklus, z.B. alle 100 msec, ausgeführt. In Schritt 3801 wird festgestellt, ob die nachstehenden Bedingungen 1–4 für die Erfassung der Verschlechterung der Kennlinie alle eingerichtet sind oder nicht, um festzustellen, ob sich die Kennlinie des Sensorelements verschlechtert hat. Wenn JA, rückt der Ablauf zu Schritt 3802 vor. Wenn NEIN, wird diese Routine beendet.

1. Anhalten des Warmlaufs
2. Aktivieren des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
3. Während der Rückkopplungsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
4. Innerhalb eines vorbestimmten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (nahe dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis).

In Schritt 3802 wird, wenn die Brennkraftmaschine ihre vorbestimmte Drehzahl erreicht, die Niederfrequenzimpedanz ZacL aufsummiert, und ihr Mittelwert ZacLav wird als ZacLG abgespeichert.
Danach wird in Schritt 3803 eine Routine zur Erfassung der Verschlechterung des Sensorausgangs (39) ausgeführt, und in Schritt 3804 wird eine Routine zur Erfassung der Verschlechterung der Reaktion des Sensors (42) ausgeführt.
39 zeigt ein Ablaufdiagramm der Routine zur Erfassung der Verschlechterung des Ausgangs des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und 40 zeigt eine Zuordnungstafel zur Berechnung des unteren Grenzwerts des Mittelwerts der Niederfrequenzimpedanz, welcher die Verschlechterung des Ausgangs des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis erlaubt, aus dem Vorgabewert für die Regelung der Elementtemperatur. 41 zeigt eine Zuordnungstafel zur Berechnung eines oberen Grenzwerts des Mittelwerts der Niederfrequenzimpedanz, welcher die Verschlechterung des Ausgangs des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis erlaubt, aus dem Vorgabewert für die Regelung der Elementtemperatur. Eine in 39 dargestellte Routine stellt einen Ausgangsfehler des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis entsprechend dem Vorgabewert Zactg für die Regelung der Elementtemperatur, welcher die Hochfrequenzimpedanz ZacH ist, und dem in Schritt 3802 berechnete Mittelwert ZacLav der Niederfrequenzimpedanz fest.
Zuerst wird in Schritt 3901 der untere Grenzwert afvmin von ZacLav, welcher eine Verschlechterung des Ausgangs des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis erlaubt, aus dem Vorgabewert Zactg für die Regelung der Elementtemperatur entsprechend der Hochtemperaturimpedanz anhand einer in 40 dargestellten Zuordnungstafel berechnet. In Schritt 3902 wird festgestellt, ob ZacLav größer ist als das in Schritt 3901 berechnete afvmin oder nicht. Wenn ZacLav < afvmin ist, wird festgelegt, daß das Sensorelement anormal ist, und die Verarbeitung geht zu Schritt 3903 vor. Wenn ZacLav ≥ afvmin ist, geht der Ablauf zu Schritt 3904 über. In Schritt 3904 wird der obere Grenzwert afvmax von ZacLav, welcher die Verschlechterung des Ausgangs des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis erlaubt, aus dem Vorgabewert Zactg für die Regelung der Elementtemperatur entsprechend der Hochfrequenzimpedanz anhand der in 41 dargestellten Zuordnungstafel berechnet. In Schritt 3902 wird festgestellt, ob ZacLav kleiner als das in Schritt 3901 berechnete afvmax ist oder nicht. Wenn ZacLav > afvmax ist, wird festgelegt, daß das Sensorelement anormal ist, und die Verarbeitung rückt zu Schritt 3903 vor. Wenn ZacLav < afvmax ist, wird diese Routine beendet. In Schritt 3903 wird ein Flag XAFV, das anzeigt, daß der Ausgang des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis verschlechtert ist, auf 1 gesetzt.
Wie vorstehend beschrieben wurde, werden in der Routine zur Erfassung der Verschlechterung des Ausgangs des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis die Werte afvmin und afvmax zur Feststellung einer Störung des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis entsprechend dem Vorgabewert Zactg für die Regelung der Elementtemperatur oder der Hochfrequenzimpedanz festgelegt.
42 zeigt ein Ablaufdiagramm der Routine zur Erfassung der Verschlechterung der Reaktion des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und 43 zeigt eine Zuordnungstafel zur Berechnung des unteren Grenzwerts des Mittelwerts der Niederfrequenzimpedanz, welcher die Verschlechterung der Ansprechempfindlichkeit erlaubt, aus dem Vorgabewert für die Regelung der Elementtemperatur. 44 zeigt eine Zuordnungstafel zur Berechnung des oberen Grenzwerts des Mittelwerts der Niederfrequenzimpedanz, welcher eine Verschlechterung der Reaktion des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis erlaubt, aus dem Vorgabewert für die Regelung der Elementtemperatur. Eine in 42 dargestellte Routine stellt einen Reaktionsfehler des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis aus dem Vorgabewert Zactg für die Regelung der Elementtemperatur, welcher die Hochfrequenzimpedanz ZacH ist, und dem Mittelwert ZacLav der in Schritt 3802 berechneten Niederfrequenzimpedanz fest.
Zuerst wird in Schritt 4201 der untere Grenzwert afrmin von ZacLav, welcher eine Verschlechterung der Reaktion des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis erlaubt, aus dem Vorgabewert Zactg für die Regelung der Elementtemperatur entsprechend der Hochfrequenzimpedanz anhand der in 43 gezeigten Zuordnungstafel berechnet. In Schritt 4202 wird festgestellt, ob ZacLav größer als das in Schritt 4201 be rechnete afrmin ist oder nicht. Wenn ZacLav < afrmin ist, wird festgelegt, daß sich das Sensorelement im Störungszustand befindet, und der Ablauf geht zu Schritt 4203 vor. Wenn ZacLav > afrmin ist, geht der Ablauf zu Schritt 4204 über. In Schritt 4204 wird der obere Grenzwert afrmax von ZacLav, welcher eine Verschlechterung der Reaktion des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis erlaubt, aus Zactg entsprechend der Hochfrequenzimpedanz anhand der in 44 dargestellten Zuordnungstafel berechnet. In Schritt 4205 wird festgestellt, ob ZacLav kleiner als das in Schritt 4204 berechnete afrmax ist oder nicht. Wenn ZacLav > afrmax ist, wird festgelegt, daß sich das Sensorelement im Störungszustand befindet, und der Ablauf rückt zu Schritt 4203 vor. Wenn ZacLav < afrmax ist, wird diese Routine beendet. In Schritt 4203 wird ein Flag XAFR, das anzeigt, daß die Reaktion des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis verschlechtert ist, auf 1 gesetzt.
Wie vorstehend beschrieben wurde, werden in der Routine zur Erfassung der Verschlechterung der Reaktion des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis die Werte afrmin und afrmax zur Feststellung einer Störung des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis entsprechend dem Vorgabewert Zactg für die Regelung der Elementtemperatur oder der Hochfrequenzimpedanz festgelegt.
In 25 ist eine Verarbeitungsroutine, nachdem Alterung des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis festgestellt wird, dargestellt. Die in 25 dargestellte Routine wird in einem vorbestimmten Zyklus, z.B. alle 1 msec, ausgeführt. In Schritt 2501 wird in Abhängigkeit davon, ob das Flag XAFV für festgestellte Verschlechterung des Ausgangs des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder das Flag XAFR für festgestellte Verschlechterung der Reaktion gesetzt sind oder nicht, festgestellt, ob sich der Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Störungszustand befindet oder nicht. Wenn XAFV = 1 oder XAFR = 1 ist, wird XFAFS auf 1 gesetzt, so daß festgelegt ist, daß der Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gealtert ist. Dann werden die nachfolgenden Schritte 2502 bis 2504 ausgeführt.
Durch Erfassung der Verschlechterung der Kennlinie des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, die unter Bezugnahme auf 38 bis 44 beschrieben wurde, wird eine Übertemperatur des Sensorelements für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis erfaßt, und die Verschlechterung der Kennlinie des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird durch die Übertemperatur erfaßt. Dadurch muß die Menge des elektrischen Stroms, die dem Heizelement des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zugeführt wird, nicht berechnet werden, und die Verschlechterung der Kennlinie des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis muß nicht aus einer Zustandskurve des Ausgangs des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei einer vorbestimmten Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine erfaßt werden. Daher kann die Alterung allein durch den Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, ohne daß dieser durch die Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine beeinflußt wird, festgestellt werden.
Wie vorstehend beschrieben wurde, erfaßt das erfindungsgemäße Steuergerät des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis das Luft/Kraftstoffverhältnis mit hoher Genauigkeit aus dem Ausgangswert des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch genaues Erfassen der Veränderung der Kennlinie des Sensorelements für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Weiterhin stellt dieses Steuergerät des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis eine Störung oder Aktivierung des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis exakt fest.
Erfindungsgemäß wird die Ausgangskennlinie des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf einem gleichbleibenden Niveau aufrechterhalten, ohne daß sie durch einen Einfluß infolge Alterung beeinträchtigt wird. Daher erfaßt das Steuergerät des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit hoher Genauigkeit aus dem Ausgangswert des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis.
Ferner wird erfindungsgemäß der Ausstoß von Abgas, wenn die Brennkraftmaschine gestartet wird, hervorragend ausgeführt, da das Ausgangssignal des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis für die Rückkopplungsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses bei niedrigen Temperaturen, bevor das Sensorelement für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis aktiviert ist, verwendet werden kann.
Ein Steuergerät erfaßt eine Veränderung der Kennlinie eines Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, die für die Alterung des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis kennzeichnend ist. Das Steuergerät stellt eine Verschlechterung infolge Alterung des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis genau fest und berechnet ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis mittels des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit hoher Genauigkeit. Dann erfaßt das Steuergerät durch Anlegen einer Spannung an ein Sensorelement des Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis einen Strom, der proportional zu der Konzentration des Sauerstoffs in dem von dem Sensorelement erfaßten Gas ist. Durch Anlegen von Wechselspannungen mit Nieder- und Hochfrequenz wird eine Wechselspannungsimpedanz erfaßt. Die Temperatur des Elements wird entsprechend der Hochfrequenzimpedanz auf eine Vorgabetemperatur geregelt, und eine Veränderung der Kennlinie des Elements wird entsprechend der Niederfrequenzimpedanz erfaßt.

Claims

Steuergerät eines Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das einen Strom von einem Element zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration durch das Anlegen einer Spannung an das Element (2) zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration erfaßt, wobei der Strom einer Konzentration des Sauerstoffs in einem erfaßten Gas entspricht und das Steuergerät aufweist: – eine Impedanzerfassungsvorrichtung (100) zum Anlegen von Wechselspannungen mit einer Vielzahl von Frequenzen an das Element (2) zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration, wobei die Impedanzerfassungsvorrichtung (100) eine Wechselstromimpedanz des Elements (2) zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration bei jeder von der Vielzahl der Frequenzen erfaßt; – eine Temperatureinstellvorrichtung (100) zum Einstellen einer Temperatur des Elements (2) zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration auf eine Vorgabetemperatur anhand einer ersten Impedanz, die einer ersten von der Vielzahl der Frequenzen entspricht; und – eine Vorrichtung (100) zum Erfassen der Veränderung von Kennlinien für die Erfassung einer Veränderung einer Kennlinie des Elements (2) zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration anhand einer zweiten Impedanz, die einer zweiten von der Vielzahl der Frequenzen entspricht, wobei die zweite Frequenz niedriger als die erste Frequenz ist und wobei die Temperatureinstellvorrichtung (100) die Vorgabetemperatur anhand der zweiten Impedanz verändert.
Steuergerät eines Sensors für das Luft/Kraftstoff-Ver hältnis gemäß Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (100) zum Erfassen der Veränderung von Kennlinien eine Störung des Elements (2) zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration erfaßt.
Steuergerät eines Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gemäß Anspruch 2, wobei die Vorrichtung (100) zum Erfassen der Störung von Kennlinien eine Störung des Elements (2) zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration anhand der ersten Impedanz erfaßt.
Steuergerät eines Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gemäß Anspruch 2, das ferner aufweist: eine Alarmvorrichtung zum Anzeigen der Erfassung einer Störung in dem Element (2) zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration durch die Vorrichtung (100) zum Erfassen der Veränderung von Kennlinien.
Steuergerät eines Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gemäß Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (100) zur Erfassung der Veränderung von Kennlinien einen Ausgangswert des Elements (2) zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration verändert.
Steuergerät eines Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gemäß Anspruch 5, wobei die Vorrichtung (100) zum Erfassen einer Veränderung von Kennlinien den Ausgangswert des Elements (2) zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration anhand der zweiten Impedanz verändert.
Steuergerät eines Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gemäß Anspruch 6, wobei die Vorrichtung (100) zum Erfassen der Veränderung von Kennlinien den Ausgangswert des Elements (2) zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration anhand eines Anfangswerts der zweiten Impedanz und eines Veränderungsbetrags von dem Anfangswert verändert.
Steuergerät eines Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gemäß Anspruch 1, wobei die Temperatureinstellvorrichtung (100) ein Heizelement erregt, das in dem Element (2) zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration angeordnet ist, um das Element (2) zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration anhand der ersten Impedanz und der Vorgabetemperatur des Elements (2) zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration aufzuheizen.
Steuergerät eines Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, das ferner aufweist: eine Vorrichtung (100) zum Bestimmen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses für die Bestimmung eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf der Grundlage der zweiten Impedanz, wenn sich die Temperatur des Elements (2) zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration innerhalb eines ersten Temperaturbereichs befindet, und für die Bestimmung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf der Grundlage der ersten Impedanz, wenn sich die Temperatur des Elements (2) zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration innerhalb eines zweiten Temperaturbereichs befindet, wobei der zweite Temperaturbereich höher ist als der erste Temperaturbereich.
Steuergerät eines Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gemäß Anspruch 9, wobei ein unteres Ende des zweiten Temperaturbereichs höher ist als ein oberes Ende des ersten Temperaturbereichs.
Steuergerät eines Sensors für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gemäß Anspruch 9, das ferner aufweist: eine Vorrichtung (100) zur Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses für die Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses anhand eines Ausgangswerts des Elements (2) zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration unter Verwendung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, das durch die Vorrichtung (100) zum Bestimmen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses bestimmt wurde, als Rückführung, wobei, wenn sich die Temperatur des Elements (2) zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration in einem ersten Temperaturbereich befindet, eine Verstärkung der Rückkopplungsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Vorrichtung (100) zur Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnis kleiner ist als eine Verstärkung der Rückkopplungsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Vorrichtung (100) zur Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, wenn sich die Temperatur des Elements (2) zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration in dem zweiten Temperaturbereich befindet.