DE60316736T2 - O2-Sensor, Vorrichtung und Verfahren zur Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer Brennkraftmaschine und Speichermedium zur Speicherung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisregelprogramms - Google Patents

O2-Sensor, Vorrichtung und Verfahren zur Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer Brennkraftmaschine und Speichermedium zur Speicherung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisregelprogramms Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Bereich der Erfindung:
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen O2-Sensor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zur Verwendung in dem Auspuffsystem von einem Verbrennungsmotor, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 6 zur Steuerung/Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einem System, wo ein O2-Sensor in das Auspuffsystem von einem Verbrennungsmotor eingebaut ist, und ein Speichermedium, welches ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelprogramm für ein solches System speichert.
  • Beschreibung der verwandten Technik:
  • Es wurde von dem Anmelder der vorliegenden Anmeldung ein System vorgeschlagen zur Steuerung/Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von einem Abgas, das heißt dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches durch die Konzentration von Sauerstoff in einem Abgas repräsentiert wird, welches von einem Verbrennungsmotor einem katalytischen Wandler zugeführt wird, um die Ausgangsspannung von einem O2-Sensor, welcher stromabwärts von dem katalytischen Wandler angeordnet ist, auf einem vorbestimmten Soll-Wert (einem konstanten Wert) zu halten, um dem katalytischen Wandler eine erforderliche Abgasreinigungsfähigkeit zu verleihen, welcher einen Dreiweg-Katalysator oder dergleichen umfasst, welcher in dem Auspuffsystem (Durchgang) von dem Verbrennungsmotor angeordnet ist (siehe beispielsweise offengelegte japanische Patent-Publikation Nr. 11-324767 und US-Patent Nr. 6,188,953 ).
  • Das vorgeschlagene System basiert auf dem Phänomen, dass dann, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem Abgas, welches dem katalytischen Wandler von dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, auf einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Zustand gesteuert/geregelt wird, um die Ausgangsspannung von dem O2-Sensor, welcher stromabwärts von dem katalytischen Wandler angeordnet ist, auf einen vorbestimmten konstanten Wert festzusetzen, die Reinigungsraten von CO (Kohlenmonoxyd), HC (Kohlenwasserstoff), NOx (Stickoxid) usw. durch den katalytischen Wandler in einem günstigen Bereich gehalten werden, das heißt, im Wesentlichen maximal, ungeachtet des Verschlechterungszustands von dem katalytischen Wandler.
  • Eine weitere Studie, welche von den Erfindern der vorliegenden Erfindung gemacht wurde, hat die folgenden Ergebnisse enthüllt:
    Die Ausgabecharakteristika eines O2-Sensors verändern sich, wenn die Temperatur von einem aktiven Element von dem O2-Sensor, das heißt, einem empfindlichen Element von dem O2-Sensor, welches in Kontakt mit einem Abgas gehalten ist, durch Faktoren verändert wird, welche die Temperatur von dem aktiven Element von dem O2-Sensor beeinflussen, wie zum Beispiel der Aufbau von dem Auspuffsystem von dem Verbrennungsmotor, die Temperatur von dem Abgas usw. Eine Änderung bei den Ausgabecharakteristika von dem O2-Sensor neigt dazu, das Steuer-/Regelverhalten (Steuer-/Regelreaktion und Stabilität) von dem Luft-Kraftstoff-Steuer-/Regelprozess, um die Ausgangsspannung von dem O2-Sensor, welcher stromabwärts von dem katalytischen Wandler angeordnet ist, auf einem vorbestimmten Soll-Wert zu halten, zu beeinflussen. Der Grund hierfür liegt darin, dass eine solche Änderung bei den Ausgabecharakteristika von dem O2-Sensor die Empfindlichkeit von der Ausgangsspannung von dem O2-Sensor bezüglich einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Änderung in der Nähe des Soll-Werts verändert. Die Änderung der Ausgabecharakteristika von dem O2-Sensor verändert auch den Wert der Ausgangsspannung von dem O2-Sensor, welcher stromabwärts von dem katalytischen Wandler angeordnet ist, um die Abgasreinigungsfähigkeit von dem katalytischen Wandler günstig zu machen, das heißt, den Wert der Ausgangsspannung von dem O2-Sensor, welcher als ein Soll-Wert verwendet wird, um die gute Abgasreinigungsfähigkeit von dem katalytischen Wandler zu erhalten.
  • Daher wird das Steuer-/Regelverhalten von dem Luft-Kraftstoff-Steuer-/Regelprozess, um die Ausgangsspannung von dem O2-Sensor auf den Soll-Wert zu halten, möglicherweise verschlechtert, abhängig von der Temperatur des aktiven Elements von dem O2-Sensor oder den Betriebsbedingungen oder Umweltbedingungen von dem Verbrennungsmotor, welche die Temperatur von dem aktiven Element von dem O2-Sensor beeinflussen. Wenn sich außerdem Faktoren, welche die Temperatur von dem O2-Sensor beeinflussen, zum Beispiel die Temperatur von dem Abgas, wahrscheinlich verändern, während der Verbrennungsmotor im Betrieb ist, dann neigt dies dazu, dass es schwierig ist, die gewünschte Abgasreinigungsfähigkeit von dem katalytischen Wandler selbst dann beizubehalten, wenn die Ausgangsspannung von dem O2-Sensor auf den konstanten Soll-Wert gesteuert/geregelt wird.
  • Dokument US 4,121,546 offenbart eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Einstellvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, welche einen O2-Sensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6 verwendet.
  • Dokument US 5,263,358 offenbart eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regeleinrichtung, bei der die Temperatur und die Schaftfrequenz von einem Sauerstoffsensor angepasst werden, um eine Genauigkeit bei der Steuerung/Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von einem Motor zu verbessern.
  • Dokument EP 0 311 353 offenbart einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor für einen Verbrennungsmotor, welcher mit einer Heizeinrichtung versehen ist, um den Erfassungsabschnitt von dem Sensor auf einem vorbestimmten Wert zu halten.
  • Dokument US 5,454,259 offenbart eine Fehlererfassungsvorrichtung in einer Temperatur-Steuer-/Regeleinrichtung für einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor, in welchem Sauerstoffsensoren auf der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite eines katalytischen Wandlers vorgesehen sind und Heizeinrichtungen vorgesehen sind, um die Elementtemperaturen der Sauerstoffsensoren einzustellen.
  • Dokument GB 2 273 571 A offenbart ein Sauerstoffsensorsystem für einen Motor mit einem katalytischen Wandler, bei dem eine Heizeinrichtung vorgesehen ist, um die Messspitze von dem Sensor auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten.
  • ÜBERSICHT DER ERFINDUNG
  • Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen O2-Sensor bereitzustellen, welcher adäquate Ausgabecharakteristika hat, um die erforderliche Abgasreinigungsfähigkeit eines katalytischen Wandlers aufrecht zu erhalten.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung für und ein Verfahren zur Steuerung/Regelung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bereitzustellen, um die erforderliche Abgasreinigungsfähigkeit eines katalytischen Wandlers zuverlässig zu halten.
  • Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Speichermedium bereitzustellen, welches ein Programm speichert, um einem Computer zu ermöglichen, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu steuern/regeln, um die erforderliche Abgasreinigungsfähigkeit eines katalytischen Wandlers zuverlässig zu halten.
  • Bevor die vorliegende Erfindung detailliert beschrieben wird, werden nachfolgend zuerst die Ausgabecharakteristika eines O2-Sensors beschrieben. Ein O2-Sensor, welcher in dem Auspuff- bzw. Abgasdurchgang von einem Verbrennungsmotor angeordnet ist, erzeugt eine Ausgangsspannung, welche von der Sauerstoffkonzentration in einem Abgas abhängt, welches in Kontakt mit einem aktiven Element (empfindliches Element) von dem O2-Sensor gebracht wird. Das aktive Element von dem O2-Sensor besteht üblicherweise aus einem Material, welches Blei, Silber, Platin usw. (zum Beispiel Zirkondioxid (ZrO2 + Y2O3)) enthält oder damit beschichtet ist. Der O2-Sensor hat Ausgabecharakteristika (insbesondere die Charakteristika einer Ausgangsspannung von dem O2-Sensor bezüglich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in dem Abgas, welche durch die von dem aktiven Element erfasste Sauerstoffkonzentration verkörpert ist), welche allgemein als eine Z-Kurve bezeichnet wird.
  • Insbesondere, wie durch die Kurve „a" mit durchgezogener Linie in 3 der beigefügten Zeichnungen angedeutet, haben die Ausgabecharakteristika von dem O2-Sensor ein Segment e1, wo sich die Ausgangsspannung im Wesentlichen linear mit einem relativ großen Gradienten bezüglich einer Änderung beim Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas ändert (nachfolgend als „Großer-Gradient-Segment e1" bezeichnet, und Segmente e2, e3, wo der Gradient von einer Änderung bei der Ausgangsspannung bezüglich einer Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kleiner als das Großer-Gradient-Segment e1 ist (nachfolgend als „Kleiner-Gradient-Segmente e2, e3" bezeichnet). Die Kleiner-Gradient-Segmente e2, e3 sind jeweils auf beiden Seiten von dem Großer-Gradient-Segment e1, das heißt jeweils in Bereichen, welche fetter und magerer als ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereich Δ sind, welcher dem Großer-Gradient-Segment e1 entspricht. Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereich Δ, welcher dem Großer-Gradient-Segment e1 entspricht, ist ein enger Bereich nahe einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Die Gradienten von den Kleiner-Gradient-Segmenten e2, e3 sind viel kleiner als der Gradient von dem Großer-Gradient-Segment e1. Die Kleiner-Gradient-Segmente e2, e3 sind mit dem Großer-Gradient-Segment e1 durch jeweilige Grenzsegmente e4, e5 verbunden, welche Wendepunkte bereitstellen, über welche sich der Gradient stark verändert. Die Ausgabecharakteristika, welche in 3 gezeigt sind, sind allgemeine Ausgabecharakteristika von dem O2-Sensor. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas gemäß den obigen Ausgabecharakteristika, das heißt, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches durch die Sauerstoffkonzentration verkörpert wird, welche von dem aktiven Element von dem O2-Sensor abgetastet wird, wird fet ter, das heißt, das Verhältnis von Kraftstoff zu Luft ist größer, da die Sauerstoffkonzentration geringer ist, und wird magerer, das heißt, das Verhältnis von Kraftstoff zu Luft ist kleiner, da die Konzentration von Sauerstoff höher ist.
  • Gemäß der Kenntnis des Erfinders ist es dann, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas, welches dem katalytischen Wandler zugeführt wird, gesteuert/geregelt wird, um die Ausgangsspannung von dem O2-Sensor mit den obigen Ausgabecharakteristika auf einem bestimmten konstanten Soll-Wert zu halten, bevorzugt, um das Steuer-/Regelverhalten von einem solchen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelprozess zu verbessern, den Soll-Wert auf einem Niveau zu haben, welches im Wesentlichen einer Ausgangsspannung an dem Wendepunkt e4 bei einem fetteren Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, von den zwei Wendepunken e4, e5, oder insbesondere, den Soll-Wert in einem Ausgangsspannungsbereich an dem Wendepunkt e4 zu haben.
  • Die obige Soll-Wert-Steuerung/Regelung ist aus den folgenden Gründen vorzuziehen: An dem Wendepunkt e4 liegt der Gradient (mittlerer Gradient) von der Ausgangsspannung von dem O2-Sensor bezüglich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen dem größeren Gradienten von dem Großer-Gradient-Segment e1 und dem kleineren Gradienten von dem Kleiner-Gradient-Segment e2. Somit ist der Gradient an dem Wendepunkt e4 nicht zu groß und nicht zu klein, sondern ist ein entsprechender Gradient. Anders ausgedrückt ist an dem Wendepunkt e4 eine Änderung der Ausgangsspannung (Empfindlichkeit) bezüglich einer Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht zu groß und nicht zu klein. Das Kleiner-Gradient-Segment e2, welches an den Wendepunkt e4 angrenzt, hat einen bestimmten Gradienten (≠ 0), was es ermöglicht, dass die Ausgangsspannung für eine Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses etwas empfindlich ist. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis magerer wird, neigt das NOx in dem Abgas allgemein dazu, anzusteigen, und folglich ist es bevorzugt, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis rasch fetter zu machen. Wenn folglich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis magerer wird, sollte sich die Ausgangsspannung von dem O2-Sensor vorzugsweise äußerst empfindlich ändern. Als Ergebnis ist es bevorzugt, dass der Soll-Wert auf einem Niveau liegt, welches im Wesentlichen einer Aus gangsspannung an dem Wendepunkt e4 entspricht, das heißt, einen Ausgangsspannungsbereich an dem Wendepunkt e4 in der Nähe des Soll-Werts hat.
  • Gemäß der Kenntnis des Erfinders hängen außerdem die Ausgabecharakteristika der O2-Sensor-Änderung von der Temperatur seines aktiven Elements ab, wie in 3 gezeigt. In 3 verkörpern die durchgezogene Linie-Kurve „a", eine gestrichelte Linie-Kurve „b", eine strichpunktierte Linie-Kurve „c" und eine Zwei-Punkt-Strich Linie-Kurve „d" die Ausgabecharakteristika von dem O2-Sensor, wenn das aktive Element des O2-Sensors jeweils Temperaturen von 800°C, 750°C, 700°C und 650°C hat. Um die generellen Ausgabecharakteristika von dem O2-Sensor, wie oben beschrieben, zu erläutern, hat die durchgezogene Linie-Kurve „a" typischerweise ihr Großer-Gradient-Segment, Kleiner-Gradient-Segment und Wendepunkte, welche jeweils in 3 durch e1 bis e5 bezeichnet sind. Die anderen Kurven „b" bis „d", welche auch die Ausgabecharakteristika von dem O2-Sensor verkörpern, haben auch ihr Großer-Gradient-Segment, Kleiner-Gradient-Segment und Wendepunkte (welche exakt dasselbe bedeuten wie bei der durchgezogene Linie-Kurve „a"), welche jeweils durch Bezugszeichen bezeichnet sind, die zu denen von der durchgezogene Linie-Kurve „a" identisch sind. Von jeder von diesen anderen Kurven „b" bis „d" verweist das Kleiner-Gradient-Segment, welches mit e2 bezeichnet ist, auf ein Kleiner-Gradient-Segmet bei fetteren Luft-Kraftstoff-Verhältnissen und das Kleiner-Gradient-Segment, welches mit e3 bezeichnet ist, verweist auf ein Kleiner-Gradient-Segment bei magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnissen. Der Wendepunkt, welcher mit e4 bezeichnet ist, verweist auf einen Wendepunkt zwischen dem Großer-Gradient-Segment e1 und dem Kleiner-Gradient-Segment e2 und der Wendepunkt, welcher mit e5 bezeichnet ist, verweist auf einen Wendepunkt zwischen dem Großer-Gradient-Segment e1 und dem Kleiner-Gradient-Segment e3.
  • Wie in 3 gezeigt, beeinflusst die Temperatur von dem aktiven Element des O2-Sensors die Ausgabecharakteristika von dem O2-Sensor, insbesondere den Gradienten von dem Großer-Gradient-Segment e1 und das Niveau von der Ausgangsspannung in dem Kleiner-Gradient-Segment e2 in fetteren Luft-Kraft stoff-Verhältnissen. Insbesondere wird das Niveau der Ausgangsspannung in dem Kleiner-Gradient-Segment e2 grundsätzlich verringert (und das Niveau der Ausgangsspannung am Wendepunkt e4 wird auch verringert), wenn die Temperatur des aktiven Elements ansteigt. Allgemeiner verändert sich das Niveau der Ausgangsspannung in dem Kleiner-Gradient-Segment e2 zu dem Niveau der Ausgangsspannung in dem anderen Kleiner-Gradient-Segment e3, wenn die Temperatur von dem aktiven Element ansteigt. Grundsätzlich wird der Gradient von dem Großer-Gradient-Segment e1 gradueller, wenn die Temperatur des aktiven Elements niedriger ist. Ein Vergleich zwischen der gestrichelten Linie-Kurve „b", welche gezeichnet ist, wenn die Temperatur von dem aktiven Element 750°C beträgt, und die durchgezogene Linie-Kurve „a", welche gezeichnet ist, wenn die Temperatur des aktiven Elements 800°C beträgt, zeigt, dass dann, wenn die Temperatur von dem aktiven Element von dem O2-Sensor 750°C oder höher ist, die Ausgabecharakteristika von dem O2-Sensor im Wesentlichen konstant sind, das heißt, Änderungen in den Ausgabecharakteristika von dem O2-Sensor bezüglich Änderungen der Temperatur von dem aktiven Element klein sind.
  • Die Kenntnis des Erfinders lässt auch erkennen, dass dann, wenn der O2-Sensor mit den obigen Ausgabecharakteristika stromabwärts von einem katalytischen Wandler angeordnet ist, zum Beispiel einem Dreiwege-Katalysator, und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem Abgas, welches dem katalytischen Wandler zugeführt wird, um die Ausgangsspannung von dem O2-Sensor auf einem konstanten Wert zu halten, die Reinigungsraten durch den katalytischen Wandler von CO, HC und NOx in dem Abgas mit dem Wert der Ausgangsspannung von dem O2-Sensor in Wechselbeziehung stehen, wie durch eine Gruppe von durchgezogene Linie-Kurven oder eine Gruppe von unterbrochene Linie-Kurven in 4 der beigefügten Zeichnungen angedeutet. Die Gruppe von durchgezogene Linie-Kurven in 4 zeigt die Beziehung zwischen den Reinigungsraten von CO, HC und NOx und der Ausgangsspannung von dem O2-Sensor, wenn die Temperatur von dem aktiven Element des O2-Sensors 650°C beträgt, und die Gruppe von unterbrochene Linie-Kurven in 4 zeigt die Beziehung zwischen Reinigungsraten von CO, HC und NOx und der Ausgangs spannung von dem O2-Sensor, wenn die Temperatur von dem aktiven Element des O2-Sensors 800°C beträgt.
  • Wie in 4 gezeigt, differiert die Ausgangsspannung Vop von dem O2-Sensor zur Optimierung der Reinigungsraten durch den katalytischen Wandler von CO, HC und NOx (nachfolgend als „Reinigungsoptimierungsausgangsspannung Vop" bezeichnet) abhängig von der Temperatur des aktiven Elements von dem O2-Sensor. Der Grund hierfür liegt darin, dass sich die Ausgabecharakteristika von dem O2-Sensor abhängig von der Temperatur des aktiven Elements des O2-Sensors verändern, wie oben beschrieben. Wenn beispielsweise die Temperatur des aktiven Elements von dem O2-Sensor 650°C beträgt, dann liegt die Reinigungsoptimierungsausgangsspannung Vop (650°C) von dem O2-Sensor etwa bei 0,67 [V], und wenn die Temperatur des aktiven Elements des O2-Sensors 800°C beträgt, dann liegt die Reinigungsoptimierungsausgangsspannung Vop (800°C) von dem O2-Sensor bei etwa 0,59 [V].
  • Es ist insbesondere anzumerken, dass die Reinigungsoptimierungsausgangsspannung Vop (800°C) von dem O2-Sensor dann, wenn die Temperatur von dem aktiven Element des O2-Sensors 800°C beträgt, im Wesentlichen dieselbe ist wie die Ausgangsspannung an dem Wendepunkt e4 von den Ausgabecharakteristika des O2-Sensors (Kurve „a") bei 800°C. Da die Ausgabecharakteristika des O2-Sensors im Wesentlichen konstant sind, wenn die Temperatur des aktiven Elements des O2-Sensor 750°C oder höher ist, wie oben beschrieben, ist die Reinigungsoptimierungsausgangsspannung Vop (750°C) (nicht gezeigt) des O2-Sensors dann, wenn die Temperatur des aktiven Elements des O2-Sensor 750°C beträgt, im Wesentlichen die gleiche wie die Reinigungsoptimierungsausgangsspannung Vop (800°C) von dem O2-Sensor bei 800°C. Daher ist die Reinigungsoptimierungsausgangsspannung Vop (750°C) bei 750°C im Wesentlichen dieselbe wie die Ausgangsspannung an dem Wendepunkt e4 der Kurve „b".
  • Aus der obigen Analyse folgt, dass
    • (1) zur Steuerung/Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in dem Abgas, um die Ausgangsspannung von dem O2-Sensor auf einem bestimmten Soll-Wert zu halben, es für den Soll-Wert und die Ausgangsspannung an dem Wendepunkt e4 von den Ausgabecharakteristika des O2-Sensors bevorzugt ist, dass diese im Wesentlichen dasselbe Niveau haben,
    • (2) die Ausgabecharakteristika des O2-Sensors (insbesondere die Niveaus der Ausgangspannungen in dem Kleiner-Gradient-Segment e2 und dem Wendepunkt e4) eingestellt oder konstant gehalten werden können, indem die Temperatur des aktiven Elements des O2-Sensors gesteuert/geregelt wird, und
    • (3) dann, wenn die Temperatur des aktiven Elements des O2-Sensors, welcher stromabwärts von dem katalytischen Wandler angeordnet ist, auf 750°C oder höher gesteuert/geregelt wird, die Reinigungsoptimierungsausgangsspannung Vop von dem O2-Sensor und die Ausgangsspannung an dem Wendepunkt e4 der Ausgabecharakteristika von dem O2-Sensor im Wesentlichen dieselben Niveaus haben.
  • Bezüglich (2) oben ist es auch möglich, die Niveaus der Ausgangsspannungen in dem Kleiner-Gradient-Segment e2 und dem Umlenkpunkt e4 zu verändern, indem die Gehalte an Materialien, wie zum Beispiel Blei, Silber usw. in dem aktiven Element des O2-Sensors eingestellt werden.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend basierend auf den Ausgabecharakteristika des O2-Sensors, wie oben beschrieben, beschrieben. Als Erstes wird nachfolgend ein O2-Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Um das obige Ziel zu erreichen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein System gemäß Anspruch 1 verwendet, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem Abgas zu steuern/regeln, welches von einem Verbrennungsmotor einem katalytischen Wandler zugeführt wird, welcher in einem Abgasdurchgang von dem Verbrennungsmotor angeordnet ist, um eine Ausgangsspannung von ei nem O2-Sensor auf einem vorbestimmten Soll-Wert zu halten, um eine vorbestimmte Abgasreinigungsfähigkeit des katalytischen Wandlers zu erreichen, wobei der O2-Sensor in dem Abgasdurchgang stromabwärts des katalytischen Wandlers angeordnet ist, um eine Ausgangsspannung zu erzeugen, welche ein Niveau hat, das von der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas abhängt, wobei sich die Ausgangsspannung, welche sich bezüglich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in dem Abgas, welches durch die Sauerstoffkonzentration verkörpert wird, mit einem Gradienten verändert, welcher von einem großen Gradienten zu einem kleinen Gradienten über einen Umlenkpunkt wechselt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter wird, wobei der O2-Sensor solche Ausgabecharakteristika hat, dass seine Ausgangsspannung an dem Wendepunkt im Wesentlichen dem Soll-Wert entspricht. Der oben genannte „Wendepunkt" entspricht dem Wendepunkt e4, welcher in 3 gezeigt ist. Zum Zwecke der Veranschaulichung wird der „Wendepunkt", auf den in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung Bezug genommen wird, auch mit „e4" bezeichnet.
  • Mit der obigen Anordnung der vorliegenden Erfindung, da der Soll-Wert für die Ausgangsspannung des O2-Sensors und die Ausgangsspannung des O2-Sensors an dem Wendepunkt e4 der Ausgabecharakteristika davon im Wesentlichen einander entsprechen, ist der Soll-Wert an dem Wendepunkt vorhanden. Wie oben beschrieben, wird daher das Steuer-/Regelverhalten von einem Prozess zur Steuerung/Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in dem Abgas, um die Ausgangsspannung von dem O2-Sensor auf dem Soll-Wert zu halten, verbessert. Folglich kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas, welches von dem Verbrennungsmotor dem katalytischen Wandler zugeführt wird, stabil auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert/geregelt werden, um die Ausgangsspannung von dem O2-Sensor auf dem Soll-Wert zu halten. Als Ergebnis wird die verlangte Abgasreinigungsfähigkeit des katalytischen Wandlers stabil gehalten. Wenn sich die Ausgangsspannung von dem O2-Sensor von dem Wendepunkt e4 in einen magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereich infolge von Störungen verändert, da die Ausgangsspannung von dem O2-Sensor sich in das Großer-Gradient-Segment verschiebt, nimmt die Differenz zwischen der Ausgangsspannung von dem O2-Sensor und dem Soll-Wert zu. Als Ergebnis kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas rasch zu einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zurückgebracht werden, welches dem Soll-Wert entspricht. Insbesondere in dem Abgas enthaltenes Nox wird so rasch an einer Zunahme gehindert.
  • Der O2-Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung hat daher Ausgabecharakteristika, welche angemessen sind, um die erforderliche Abgasreinigungsfähigkeit des katalytischen Konverters zu erreichen. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas kann gesteuert/geregelt werden, indem die Menge des dem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoffs eingestellt wird.
  • Die obigen Ausgabecharakteristika von dem O2-Sensor können erreicht werden, indem der Materialgehalt eingestellt wird, welcher ein aktives Element von dem O2-Sensor zusammensetzt. Jedoch sollten die Ausgabecharakteristika von dem O2-Sensor vorzugsweise erreicht werden, indem die Temperatur von dem aktiven Element des O2-Sensors eine vorbestimmte Temperatur erreicht bzw. auf diese gesteuert/geregelt wird. Vorzugsweise ist die vorbestimmte Temperatur gleich oder höher als 750°C.
  • Wenn die Temperatur von dem aktiven Element von dem O2-Sensor auf der vorbestimmten Temperatur gehalten wird, können die Ausgabecharakteristika von dem O2-Sensor auf jene Charakteristika bzw. Kennlinien stabilisiert werden, welche dem Soll-Wert selbst dann entsprechen, wenn die Temperatur des von dem Verbrennungsmotor abgegebenen Abgases schwankt. Als Ergebnis kann der Prozess zur Steuerung/Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in dem Abgas zuverlässig stabilisiert werden und folglich kann die Abgasreinigungsfähigkeit des katalytischen Wandlers weiter stabilisiert werden.
  • Wenn die vorbestimmte Temperatur 750°C oder höher ist, ist selbst dann, wenn sich die Temperatur des aktiven Elements des O2-Sensors, welche gesteuert/geregelt wird, leicht verändert, die Stabilität der Ausgabecharakteristika des O2-Sensors hoch und der Soll-Wert und der mittlere Gradient des Wendepunkts e4 bezüglich einer Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas entsprechen einander gut. Anders ausgedrückt ist die Empfindlichkeit der Aus gangsspannung von dem O2-Sensor bezüglich einer Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Nähe des Soll-Werts (= der Wendepunkt e4) nicht zu hoch und zu niedrig, sondern ist angemessen. Als ein Ergebnis werden die Steuer-/Regeleigenschaften des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelprozesses effektiv verbessert. Wenn die Temperatur des aktiven Elements von dem O2-Sensor auf eine Temperatur von 750°C oder höher gesteuert/geregelt wird, kann die Reinigungsoptimierungsausgangsspannung Vop von dem O2-Sensor, welche alle Reinigungsraten von CO, HC, NOx von dem katalytischen Wandler optimiert, an dem Umlenkpunkt e4 vorhanden sein. Wenn die Reinigungsoptimierungsausgangsspannung Vop auf den Soll-Wert gesetzt ist, kann daher die Abgasreinigungsfähigkeit des katalytischen Wandlers stabil sein und effektiv in Kombination mit den verbesserten Steuer-/Regeleigenschaften des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelprozesses erhöht werden.
  • Die Temperatur des aktiven Elements von dem O2-Sensor kann beispielsweise dadurch gesteuert/geregelt werden, dass die Energiezufuhr zu einer elektrischen Heizeinrichtung, welche mit dem O2-Sensor in der Nähe seines aktiven Elements kombiniert ist, gesteuert/geregelt wird. Es ist notwendig, die Temperatur des aktiven Elements des O2-Sensors zu erkennen, um die Temperatur des aktiven Elements von dem O2-Sensor zu steuern/regeln. Die Temperatur des aktiven Elements kann entweder direkt durch einen Temperatursensor, welcher mit dem O2-Sensor nahe seinem aktiven Element gekuppelt ist, erfasst werden oder basierend auf einem geeigneten Modell abgeschätzt werden.
  • Ein Verfahren zur Steuerung/Regelung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und ein Speichermedium, welches ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelprogramm gemäß der vorliegenden Erfindung speichert, wird nachfolgend beschrieben.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren gemäß Anspruch 6 zur Steuerung/Regelung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einem Abgas, weiches von einem Verbrennungsmotor einem katalytischen Wandler zugeführt wird, welcher in einem Abgasdurchgang von dem Verbrennungsmotor an geordnet ist, um eine Ausgangsspannung von einem O2-Sensor auf einem vorbestimmten Soll-Wert zu halten, um eine vorbestimmte Abgasreinigungsfähigkeit des katalytischen Wandlers zu erreichen, vorgesehen, wobei der O2-Sensor in dem Abgasdurchgang stromabwärts von dem katalytischen Wandler angeordnet ist, um eine Ausgangsspannung mit einem Niveau, welches von der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas abhängt, zu erzeugen, wobei das Verfahren den Schritt umfasst, die Temperatur eines aktiven Elements von dem O2-Sensor derart zu steuern/regeln, dass sie auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas gesteuert/geregelt wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Speichermedium gemäß Anspruch 10 vorgesehen, welches von einem Computer lesbar ist und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelprogramm speichert, um dem Computer zu ermöglichen, in einem System mit einem O2-Sensor, welcher in einem Abgasdurchgang von einem Verbrennungsmotor stromabwärts von einem in dem Abgasdurchgang angeordneten katalytischen Wandler angeordnet ist, um eine Ausgangsspannung zu erzeugen, welche ein Niveau hat, das von der Sauerstoffkonzentration in einem Abgas abhängt, welches von dem Verbrennungsmotor durch den Abgasdurchgang dem katalytischen Wandler zugeführt wird, ein Verfahren zur Steuerung/Regelung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in dem Abgas durchzuführen, um eine Ausgangsspannung von dem O2-Sensor auf einem vorbestimmten Soll-Wert zu halten, um eine vorbestimmte Abgasreinigungsfähigkeit des katalytischen Wandlers zu erreichen, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelprogramm ein Programm umfasst, um dem Computer zu ermöglichen, ein Verfahren zur Steuerung/Regelung der Temperatur eines aktiven Elements des O2-Sensors durchzuführen, um auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten zu werden, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas gesteuert/geregelt wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung, da die Temperatur des aktiven Elements des O2-Sensors auf der vorbestimmten Temperatur gehalten wird, können die Ausgabecharakteristika des O2-Sensors konstant gehalten werden. Daher kön nen die Ausgabecharakteristika des O2-Sensors selbst dann stabilisiert werden, wenn die Temperatur des von dem Verbrennungsmotor abgegebenen Abgases schwankt. Als Ergebnis kann die Abgasreinigungsfähigkeit des katalytischen Wandlers durch das Verfahren zur Steuerung/Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in dem Abgas stabilisiert werden, um die Ausgangsspannung des O2-Sensors auf dem vorbestimmten Soll-Wert zu halten.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung (der O2-Sensor, das Verfahren zur Steuerung/Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und das Speichermedium, welches das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelprogramm speichert) ist die vorbestimmte Temperatur vorzugsweise gleich oder höher als 750°C. Mit der obigen vorbestimmten Temperatur können die Ausgabecharakteristika des O2-Sensors selbst dann stabilisiert werden, wenn die Temperatur des aktiven Elements des O2-Sensors, welche gesteuert/geregelt wird, leicht schwankt. Als Ergebnis kann die Abgasreinigungsfähigkeit des katalytischen Wandlers stabilisiert werden. Der O2-Sensor umfasst im Allgemeinen einen Sensor zur Erzeugung einer Ausgangsspannung, welche sich bezüglich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in dem Abgas verändert, welches durch die Sauerstoffkonzentration verkörpert wird, bei einem Gradienten, welcher von einem großen Gradienten zu einem kleinen Gradienten über einen Wendepunkt e4 wechselt, während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter wird. Wenn die Temperatur des aktiven Elements des O2-Sensors auf eine Temperatur von 750°C oder höher gesteuert/geregelt wird, kann die Reinigungsoptimierungsausgansspannung Vop des O2-Sensors, welche alle Reinigungsraten von CO, HC, NOx von dem katalytischen Wandler optimiert, an dem Wendepunkt e4 vorhanden sein. Wenn die Reinigungsoptimierungsausgangsspannung Vop auf den Soll-Wert eingestellt ist, kann daher die Abgasreinigungsfähigkeit des katalytischen Wandlers stabil sein und effektiv in Kombination mit den verbesserten Steuer-/Regeleigenschaften des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelprozesses erhöht werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung (der O2-Sensor, das Verfahren zur Steuerung/Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und das Speichermedium, wel ches das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelprogramm speichert), wenn der O2-Sensor einen Sensor zur Erzeugung einer Ausgangsspannung umfasst, welche sich bezüglich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in dem Abgas verändert, welches durch die Sauerstoffkonzentration verkörpert ist, bei einem Gradienten, welcher von einem großen Gradienten zu einem kleinen Gradienten über einen Wendepunkt wechselt, während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter wird, ist die vorbestimmte Temperatur vorzugsweise eine Temperatur, welche derart bestimmt wird, dass die Ausgangsspannung von dem O2-Sensor an dem Wendepunkt im Wesentlichen dem Soll-Wert entspricht, wenn die Temperatur des aktiven Elements des O2-Sensors auf der Temperatur gehalten wird.
  • Indem so die Temperatur des aktiven Elements des O2-Sensors gesteuert/geregelt wird, entsprechen der Soll-Wert für die Ausgangsspannung von dem O2-Sensor und die Ausgangsspannung an dem Wendepunkt e4 einander im Wesentlichen, so dass der Soll-Wert an dem Wendepunkt e4 vorhanden ist. Wie oben unter Bezugnahme auf den O2-Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, werden daher die Steuer-/Regeleigenschaften eines Prozesses zur Steuerung/Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in dem Abgas, um die Ausgangsspannung des O2-Sensors auf dem Soll-Wert zu halten, verbessert. Folglich kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas, welches dem katalytischen Wandler von dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, stabil gesteuert/geregelt werden bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, um die Ausgangsspannung des O2-Sensors auf dem Soll-Wert zu halten. Als Ergebnis wird die benötigte Abgasreinigungsfähigkeit des katalytischen Wandlers effektiv und stabil gehalten. Wenn die Ausgangsspannung des O2-Sensors sich von dem Wendepunkt e4 zu einem magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereich verändert infolge von Störungen, kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas rasch zurück zu einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis gebracht werden, welches dem Soll-Wert entspricht. Insbesondere in dem Abgas enthaltenes NOx wird so rasch an einem Ansteigen gehindert.
  • Bei dem O2-Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung sollte das Sensor-Temperatursteuer/regelmittel vorzugsweise die Temperatur des O2-Sensors auf eine Temperatur steuern/regeln, welche niedriger als die vorbestimmte Temperatur ist, bis eine vorbestimmte Zeitperiode verstreicht, nachdem der Verbrennungsmotor gestartet hat. In ähnlicher Weise sollte das Verfahren zur Steuerung/Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise den Schritt haben, die Temperatur des O2-Sensors auf eine Temperatur zu steuern/regeln, welche niedriger als die vorbestimmte Temperatur ist, bis eine vorbestimmte Zeitperiode verstreicht, nachdem der Verbrennungsmotor gestartet hat. Gleichermaßen sollte in dem Speichermedium, welches das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelprogramm speichert, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelprogramm vorzugsweise ein Programm umfassen, um dem Computer zu ermöglichen, ein Verfahren zur Steuerung/Regelung der Temperatur des O2-Sensors auf eine Temperatur durchzuführen, welche niedriger als die vorbestimmte Temperatur ist, bis eine vorbestimmte Zeitperiode verstreicht, nachdem der Verbrennungsmotor gestartet hat. Die Temperatur, welche niedriger als die vorbestimmte Temperatur ist, ist beispielsweise 600°C.
  • Mit der obigen Anordnung wird selbst dann, wenn sich Feuchtigkeit in dem Abgas auf dem aktiven Element von dem O2-Sensor abgelagert hat, verhindert, dass das aktive Element abrupt erhitzt wird und daher infolge thermischer Spannung oder dergleichen beschädigt wird.
  • Bei dem O2-Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung sollte dann, wenn das Sensor-Temperatur-Steuer-/Regelmittel die Temperatur des aktiven Elements des O2-Sensors mit einer elektrischen Heizeinrichtung steuert/regelt, das Sensor-Temperatur-Steuer-/Regelmittel dann vorzugsweise die elektrische Heizeinrichtung ausschalten, wenn die Temperatur der elektrischen Heizeinrichtung über einer vorbestimmten oberen Grenze (zum Beispiel 930°C) liegt. In gleicher Weise wird bei dem Verfahren zur Steuerung/Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gemäß der vorliegenden Erfindung dann, wenn die Temperatur des aktiven Elements des O2-Sensors durch eine elektrische Heizeinrichtung gesteuert/geregelt werden kann, das Verfahren vorzugsweise den Schritt umfassen, die Energiezufuhr zu der elektrischen Heizeinrichtung auszuschalten, wenn die Temperatur der elektrischen Heizeinrichtung über einer vorbestimmten oberen Grenze liegt. In gleicher Weise sollte dann in dem Speichermedium, welches das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelprogramm gemäß der vorliegenden Erfindung speichert, wenn die Temperatur des aktiven Elements des O2-Sensors durch eine elektrische Heizeinrichtung gesteuert/geregelt werden kann, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelprogramm vorzugsweise ein Programm umfassen, um dem Computer zu ermöglichen, einen Prozess zur Unterbrechung der Energiezufuhr zu der elektrischen Heizeinrichtung durchzuführen, wenn die Temperatur der elektrischen Heizeinrichtung über einer vorbestimmten oberen Grenze liegt.
  • Mit der so in ihrer Energiezufuhr gesteuerten/geregelten elektrischen Heizeinrichtung kann verhindert werden, dass die elektrische Heizeinrichtung eine Unterbrechung erleidet, und auch zu verhindern, dass das aktive Element des O2-Sensors, welches die elektrische Heizeinrichtung umfasst, durch eine Überhitzung beschädigt wird.
  • Die obigen und anderen Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, wenn diese zusammen mit den beigefügten Zeichnungen hergenommen wird, welche bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beispielhaft veranschaulichen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Blockdiagramm einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist eine unvollständige Querschnittsansicht eines O2-Sensors in der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelvorrichtung, welche in 2 gezeigt ist;
  • 3 ist ein Diagramm, welches Ausgabecharakteristika eines O2-Sensors zeigt; und
  • 4 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung eines O2-Sensors, welcher stromabwärts von einem katalytischen Wandler angeordnet ist, und den Reinigungsraten durch den katalytischen Wandler von Abgaskomponenten zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 und 2 und auch die oben beschriebenen 3 und 4 beschrieben. 1 zeigt in Blockform eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 1 verbrennt ein Motor (ein Verbrennungsmotor) 1, welcher an einem Kraftfahrzeug, einem Hybridfahrzeug, oder dergleichen angebracht ist, ein Gemisch aus Kraftstoff und Luft und erzeugt ein Abgas, welches in die Atmosphäre durch ein Auspuffrohr 3 (einen Abgasdurchgang) abgegeben wird, welcher sich von einem Auslasskanal 2 des Motors 1 aus erstreckt. Das Auspuffrohr 3 umfasst darin zwei katalytische Wandler 4, 5 welche aufeinander folgend stromabwärts zur Reinigung des Abgases angeordnet sind, weiches von dem Motor 1 abgegeben und durch das Auspuffrohr 3 strömt. Jeder von den katalytischen Wandlern 4, 5 umfasst beispielsweise einen Dreiwege-Katalysator 6. Obwohl die katalytischen Wandler 4, 5 in 1 so dargestellt sind, als ob sie voneinander getrennt sind, können sie aus einer einheitlichen Struktur mit zwei Katalysatorbetten bestehen, von denen jedes einen Dreiweg-Katalysator umfasst, welche jeweils in stromaufwärtigen und stromabwärtigen Bereichen davon angeordnet sind.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem von dem Motor 1 abgegebenen Abgas gesteuert/geregelt, damit der stromaufwärtige katalytische Wandler 4 eine gute Abgasreinigungsfähigkeit hat (die Fähigkeit des katalytischen Wandlers 4 CO, HC und NOx zu reinigen). Zur Steuerung/Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in dem Abgas ist ein O2-Sensor 7 an dem Auspuffrohr 3 stromabwärts von dem katalytischen Wandler 4 und stromaufwärts von dem katalytischen Wandler 5 angebracht und ein Weitbereich-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 8 ist an dem Auspuffrohr 3 stromaufwärts von dem katalytischen Wandler 4 angebracht. Der O2-Sensor 7, dessen bauliche Details später beschrieben werden, umfasst einen O2-Sensor zur Erzeugung einer Ausgangsspannung Vout gemäß den in 3 gezeigten Charakteristika bezüglich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in dem Abgas, welches durch den katalytischen Wandler 4 geströmt ist und welches in Kontakt mit einem aktiven Element (einem sensitiven Element) von dem O2-Sensor 7 gebracht wird. Der Weltbereich-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 8 umfasst einen Sensor zur Erzeugung einer Ausgangsspannung, welche proportional zum Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas ist, welches dabei ist, in den katalytischen Wandler 4 einzutreten und welches in Kontakt mit einem aktiven Element (sensitives Element) von dem Weitbereich-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 8 gebracht wird. Der Weitbereich-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 8 ist derselbe wie der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor, welcher in der offengelegten japanischen Patent-Publikation Nr. 4-36947 von dem Anmelder der vorliegenden Anmeldung offenbart ist, und erzeugt eine Ausgangsspannung KACT proportional zu dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas. Der Weitbereich-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor wird nachfolgend als „LAF-Sensor" bezeichnet.
  • Der O2-Sensor 7 wird nachfolgend detailliert beschrieben. Der O2-Sensor 7 hat eine Struktur wie sie in 2 gezeigt ist. Wie in 2 gezeigt, hat der O2-Sensor 7 ein aktives Element 9 in der Form eines hohlen mit Boden versehenen Zylinders, welcher hauptsächlich aus einem festen Elektrolyt besteht, welches für Sauerstoffionen durchlässig ist, zum Beispiel stabilisiertes Zirkondioxid (ZrO2 + Y2O3). Das aktive Element 9 hat äußere und innere Flächen, welche jeweils mit porösen Platinelektroden 10, 11 beschichtet sind. Der O2-Sensor 7 hat auch ein stangenförmiges keramisches Heizelement 12, welches als eine elektrische Heizeinrichtung in das aktive Element 9 eingesetzt ist, um das aktive Element 9 zur Aktivierung und Steuerung/Regelung der Temperatur des aktiven Elements 9 zu erhitzen. Das aktive Element 9 ist mit Luft gefüllt, welches Sauerstoff mit einer konstanten Konzentration, zum Beispiel unter einem konstanten Partialdruck, enthält, in einem Raum, welcher von dem keramischen Heiz element 12 umgeben ist. Der O2-Sensor 7 ist in einem Sensorgehäuse 13 angeordnet, welches an dem Auspuffrohr 3 derart angebracht ist, dass die Außenfläche des Kopfendes des aktiven Elements 9 in Kontakt mit dem in dem Auspuffrohr 3 strömenden Abgas angeordnet ist. Das Kopfende des aktiven Elements 9 ist mit einem rohrförmigen Schutz 14 abgedeckt, welcher das aktive Element 9 gegenüber dem Aufprall von Fremdstoff darauf schützt. Das Kopfende des aktiven Elements 9, welches in dem Auspuffrohr 3 angeordnet ist, kontaktiert das Abgas durch eine Mehrzahl von Löchern (nicht gezeigt), welche in dem Schutz 14 definiert sind.
  • Der so aufgebaute O2-Sensor 7 arbeitet wie folgt: Eine elektromotorische Kraft, welche von der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas abhängig ist, wird zwischen den Platinelektroden 10, 11 erzeugt basierend auf der Differenz zwischen der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, welches in Kontakt mit der Außenfläche des Kopfendes des aktiven Elements 9 gebracht wird, und der Sauerstoffkonzentration in der Luft in dem aktiven Element 9. Die erzeugte elektromotorische Kraft wird durch einen Verstärker (nicht gezeigt) verstärkt und dann als die Ausgangsspannung Vout von dem O2-Sensor 7 erzeugt.
  • In der vorliegenden Ausführungsforrm sind Temperatursensoren 15, 16, welche jeweils ein Thermoelement umfassen, jeweils auf dem keramischen Heizelement 12 und dem aktiven Element 9 zur Erfassung jeweiliger Temperaturen des keramischen Heizelements 12 und des aktiven Elements 9 angebracht. Der Temperatursensor 15 erzeugt eine Ausgangsspannung Tht abhängig von der Temperatur des keramischen Heizelements 12 und gibt die Ausgangsspannung Tht durch einen Verstärker (nicht gezeigt) aus. Der Temperatursensor 16 erzeugt eine Ausgangsspannung To2 abhängig von der Temperatur des aktiven Elements 9 und gibt die Ausgangsspannung To2 durch einen Verstärker (nicht gezeigt) aus.
  • Wie in 1 gezeigt, hat die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelvorrichtung auch eine Steuer-/Regeleinheit 17, welche einen Mikrocomputer umfasst. Der Steuer-/Regeleinheit 17 wird die Ausgangsspannung KACT von dem LAF-Sen sor 8, die Ausgangsspannung Vout von dem O2-Sensor 7 und die Ausgangsspannungen To2, Tht von den Temperatursensoren 15, 16 zugeführt. Die Steuer-/Regeleinheit 17 hat ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelmittel 18 und ein Sensortemperatur-Steuer-/Regelmittel 19 als seine Funktionsmittel. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelmittel 18 steuert/regelt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas, um die Ausgangsspannung Vout von dem O2-Sensor 7 auf einen vorbestimmten Soll-Wert Vop (ein konstanter Wert) zu setzen und zu halten, unter Verwendung der Ausgangsspannung KACT von dem LAF-Sensor 8 und der Ausgangsspannung Vout von dem O2-Sensor 7.
  • Insbesondere steuert/regelt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelmittel 18 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas, wie beispielsweise in den Absätzen [O071]–[0362] in der Beschreibung der offengelegten japanischen Patent-Publikation Nr. 11-324767 oder Spalte 9, Zeile 39 bis Spalte 44, Zeile 39 des US-Patents Nr. 6,188,953 beschrieben. Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelprozess, welcher von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelmittel 18 durchgeführt wird, wird wie folgt zusammengefasst: Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelmittel 18 berücksichtigt ein Auspuffsystem E, welches von dem LAF-Sensor 8 zu dem O2-Sensor 7 reicht und den katalytischen Wandler 4 umfasst, von dem gesamten Auspuffsystem von dem Motor 1, als ein zu steuerndes/regelndes Objekt, welchem die Ausgangsspannung KACT von dem LAF-Sensor 8 als eine Eingabe zugeführt wird und welches die Ausgangsspannung Vout von dem O2-Sensor 7 als eine Ausgabe erzeugt. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelmittel 18 bestimmt sequenziell gemäß einem adaptiven Sliding-Mode-Steuer-/Regelprozess, einem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas, welches von dem LAF-Sensor 8 erfasst wird), welches als eine Soll-Vorgabe für das Auspuffsystem E dient, welche erforderlich ist, um die Ausgangsspannung Vout von dem O2-Sensor 7 als der Ausgabe von dem Auspuffsystem E an den Soll-Wert Vout anzunähern. Dann erzeugt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelmittel 18 einen Kraftstoffbefehl, um die Kraftstoffmenge einzustellen, welche dem Motor 1 zuzuführen ist (und folglich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem Luft-Kraftstoff-Gemisch, welches in dem Mo tor 1 zu verbrennen ist) gemäß einem adaptiven Steuer-/Regelprozess oder einem PID-Steuer-/Regelprozess, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas, welches von dem LAF-Sensor 8 erfasst wird, an das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzunähern. Die Kraftstoffmenge, welche dem Motor 1 zuzuführen ist, wird nun gemäß dem Kraftstoffbefehl eingestellt.
  • Um das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu berechnen, um einen Totzeiteffekt auszugleichen, welcher zwischen der Ausgangsspannung KACT von dem LAF-Sensor 8 (die Eingabe von dem Auspuffsystem E) und der Ausgangsspannung Vout (die Ausgabe von dem Auspuffsystem E) von dem O2-Sensor 7 vorhanden ist, und einer Totzeit, welche zwischen dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas vorhanden ist, welches durch den LAF-Sensor 8 erfasst wird, kompensiert das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelmittel 18 sequenziell und bestimmt einen geschätzten Wert für die Ausgangsspannung Vout von dem O2-Sensor 7 nach der Summe der obigen Totzeiten. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelmittel 18 berechnet dann das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß dem adaptiven Sliding-Mode-Steuer-/Regelprozess, um den geschätzten Wert an den Soll-Wert Vop anzunähern (und als Ergebnis die Ausgangsspannung Vout von dem O2-Sensor 7 an den Soll-Wert Vop anzunähern). Um den Effekt von dynamischen charakteristischen Änderungen des Auspuffsystems E zu kompensieren, identifiziert ferner das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelmittel 18 sequenziell die Parameter eines Modells von dem Auspuffsystem E, welches verwendet wird, um den adaptiven Sliding-Mode-Steuer-/Regelprozess durchzuführen und berechnet den geschätzten Wert für die Ausgangsspannung Vout des O2-Sensors 7 nach der Summe der Totzeiten.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist der Soll-Wert Vop für die Ausgangsspannung Vout von dem O2-Sensor 7 ein solcher Wert, dass die Reinigungsraten durch den katalytischen Wandler von CO, HC und NOx in dem Abgas optimiert werden, wenn die Temperatur eines aktiven Elements von dem O2-Sensor beispielsweise 800°C beträgt, das heißt, ein in 4 gezeigter Wert Vop (800°C) ist.
  • Das Sensor-Temperatur-Steuer-/Regelmittel 19 schaltet grundsätzlich die Energiezufuhr zu dem keramischen Heizelement 12 ein, um die Temperatur des aktiven Elements 9, welche durch die Ausgangsspannung To2 von dem Temperatursensor 16 verkörpert ist, welcher mit dem O2-Sensor 7 gekuppelt ist, an die Temperatur (800°C) von dem aktiven Element 9 anzugleichen, was dem Soll-Wert Vop für die Ausgangsspannung Vout von dem O2-Sensor 7 in der vorliegenden Ausführungsform entspricht. Zu diesem Zeitpunkt wird das keramische Heizelement 12 durch eine gepulste Spannung mit Energie versorgt. Insbesondere stellt das Sensortemperatur-Steuer-/Regelmittel 19 den Arbeitszyklus DUT der gepulsten Spannung ein, um die elektrische Energiemenge einzustellen, welche dem keramischen Heizelement 12 zugeführt wird und folglich die von dem keramischen Heizelement 12 erzeugte Wärmemenge. Das Sensortemperatur-Steuer-/Regelmittel 19 bestimmt sequenziell den Arbeitszyklus DUT von der gepulsten Spannung gemäß einem Rückführungs-Steuer-/Regelprozess (zum Beispiel einem PID-Steuer-/Regelprozess), um die Temperatur des aktiven Elements 9, welche durch die Ausgangsspannung To2 von dem Temperatursensor 16 verkörpert wird, welcher mit dem O2-Sensor 7 gekuppelt ist, an den Soll-Wert von 800°C anzunähern und versorgt das keramische Heizelement 12 unter der gepulsten Spannung mit dem bestimmten Arbeitszyklus DUT mit Energie.
  • Die Steuer-/Regeleinheit 17 umfasst dabei als ein Speichermedium gemäß der vorliegenden Erfindung ein ROM (nicht gezeigt), welches ein Programm speichert, um dem Mikrocomputer zu ermöglichen, die Verarbeitungssequenzen von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelmittel 18 und dem Sensortemperatur-Steuer-/Regelmittel 19 durchzuführen.
  • Die Gesamtfunktion der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelmittel 18 der Steuer-/Regeleinheit 17 steuert/regelt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas, um die Ausgangsspannung Vout von dem O2-Sensor 7 auf dem Soll-Wert Vop (800°C) zu halten, wie oben beschrieben, während der Motor 1 im Betrieb ist (nachdem der LAF-Sensor 8 und der O2-Sensor 7 aktiviert sind). Gleichzeitig mit dem Betrieb des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelmittel 18 versorgt das Sensortemperatur-Steuer-/Regelmittel 19 das keramische Heizelement 17 mit Energie, um die Temperatur des aktiven Elements 9, welche durch die Ausgangsspannung To2 von dem Temperatursensor 16 verkörpert wird, an den Soll-Wert von 800°C anzunähern.
  • Wenn das keramische Heizelement 12 so mit Energie versorgt wird, wird die Temperatur des aktiven Elements 9 auf 800°C gehalten. Daher hat der O2-Sensor 7 seine Ausgabecharakteristika, welche durch die durchgezogene Linie-Kurve „a" in 3 angegeben ist, und der Soll-Wert Vop (800°C) für die Ausgangsspannung Vout von dem O2-Sensor 7 ist stets an dem Wendepunkt e4 vorhanden. Folglich ist eine Änderung (Empfindlichkeit) in der Ausgangsspannung Vout von dem O2-Sensor 7 bezüglich einer Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas in der Nähe von dem Soll-Wert Vop (800°C) zu groß und nicht zu klein, sondern ist adäquat. Daher kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelmittel 18 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas steuern/regeln, um in der Lage zu sein, die Ausgangsspannung Vout von dem O2-Sensor 7 auf dem Soll-Wert Vop (800°C) stabil mit hoher Genauigkeit zu halten. Als Ergebnis kann die Abgasreinigungsfähigkeit des katalytischen Wandlers 4 zuverlässig und stabil in einem optimalen Zustand gehalten werden.
  • Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas magerer wird, während die Ausgangsspannung Vout von dem O2-Sensor 7 nahe an dem Soll-Wert Vop (800°C) gehalten wird, dann neigt das in dem Abgas enthaltene NOx dazu, anzusteigen. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas magerer wird, wird jedoch, da sich die Ausgangsspannung Vout stark zu dem Großer-Gradient-Segment e1 (siehe 3) von den Ausgabecharakteristika von dem O2-Sensor 7 hin ändert, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas durch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelmittel 18 so gesteuert/geregelt, dass die Ausgangsspannung Vout rasch zurück zu dem Soll-Wert Vop (800°C) gebracht wird. Somit kann die Zunahme von in dem Abgas enthaltenem NOx rasch unterdrückt werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform führt das Sensortemperatur-Steuer-/Regelmittel 19 den folgenden Temperatur-Steuer-/Regelprozess durch, zusätzlich zu dem Einschalten der Energiezufuhr zu dem keramischen Heizelement 12: Wenn das Auspuffrohr und der O2-Sensor 7 kalt sind und dann der O2-Sensor 7 abrupt erwärmt wird, wie dann, wenn der Motor 1 aus einem kalten Zustand gestartet wird, kann das aktive Element 9 von dem O2-Sensor 7 möglicherweise durch Wärmebelastung infolge von Feuchtigkeit in dem Abgas, welche sich auf dem aktiven Element 9 angelagert hat, beschädigt werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform versorgt das Sensortemperatur-Steuer-/Regelmittel 19 das keramische Heizelement 12 mit Energie, wobei der Soll-Wert für die Temperatur von dem aktiven Element 9 auf eine Temperatur eingestellt ist, welche niedriger als 800°C ist, zum Beispiel 600°C, bis eine vorbestimmte Zeitperiode verstreicht, nach dem Start des Motors 1, das heißt, bis eine Zeitperiode, in welcher das aktive Element 9 auf eine Temperatur erhitzt wird, um darauf abgelagerte Feuchtigkeit zu verdampfen, verstreicht. Dieser Temperatur-Steuer-/Regelprozess ist wirksam, um zu verhindern, dass das aktive Element 9 abrupt erhitzt wird und folglich zu verhindern, dass das aktive Element 9 beschädigt wird, nachdem der Motor 1 gestartet hat. Der Soll-Wert für die Temperatur von dem aktiven Element 9 in diesem Temperatur-Steuer-/Regelprozess ist vorzugsweise etwa 600°C, um das aktive Element 9 rasch zu aktivieren, während verhindert wird, dass das aktive Element 9 beschädigt wird.
  • Wenn die Temperatur des keramischen Heizelements 12 übermäßig hoch ist, dann kann das keramische Heizelement 12 möglicherweise eine Abschaltung erfahren. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterbricht das Sensor-Temperatur-Steuer-/Regelmittel 19 die Energiezufuhr zu dem keramischen Heizelement 12, wenn die Temperatur des keramischen Heizelements 12, welche durch die Ausgangsspannung Tht von dem Temperatursensor 15 verkörpert wird, auf eine vorbestimmte obere Grenze (zum Beispiel 930°C) steigt. Auf die se Weise wird verhindert, dass das keramische Heizelement 12 eine unerwünschte Abschaltung erfährt, wenn es mit Energie versorgt wird.
  • Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben. In der ersten Ausführungsform wird die Temperatur von dem aktiven Element 9 des O2-Sensors 7 durch den Temperatursensor 16 erfasst. Gemäß der zweiten Ausführungsform wird die Temperatur des aktiven Elements 9 des O2-Sensors 7 abgeschätzt, statt durch einen Temperatursensor erfasst zu werden.
  • Ein Schätzwert To2_hat für die Temperatur von dem aktiven Element 9 stimmt normalerweise im Wesentlichen mit einer Zeitverzögerung erster Ordnung mit der Temperatur von dem Abgas, welches von dem Auslasskanal 2 des Motors 1 in das Auspuffrohr 3 eingeleitet wird, überein, und wird beispielsweise sequenziell berechnet gemäß der folgenden Gleichung (1): To2_hat(k) = (1 – Ktex)·To2_hat(k – 1) + Ktex·Texg_MAP(NE(k), PB(k)) (1)wo k den k-ten Steuer-/Regelzyklus von dem Sensortemperatur-Steuer-/Regelmittel 19 darstellt, Texg_MAP(NE(k), PB(k)) die Temperatur darstellt, welche als die Temperatur des Abgases von dem Motor 1 aus einem vorgegebenen Kennfeld basierend auf der Drehzahl NE von dem Motor 1 und einem Ansaugdruck (dem Absolutdruck in dem Ansaugrohr von dem Motor 1) PB bestimmt wird, und Ktex eine vorbestimmte Konstante darstellt. Ein Anfangswert von dem Schätzwert To2_hat für die Temperatur von dem aktiven Element 9 wird aus einer Datentabelle oder dergleichen basierend auf der Temperatur des Motors 1 zu dem Zeitpunkt, an dem er gestartet wird, bestimmt.
  • Das Sensortemperatur-Steuer-/Regelmittel 19 bestimmt sequenziell einen Arbeitszyklus DUT von der an das keramische Heizelement 12 anzulegenden gepulsten Spannung, um den Schätzwert To2_hat für die Temperatur von dem aktiven Element 9, welche gemäß der obigen Gleichung (1) in jedem Steuer-/Regelzyklus bestimmt wird, an den Soll-Wert 800°C (der Soll-Wert ist 600°C in einer vorbestimmten Zeitperiode nach dem Start des Motors 1) anzunähern, und versorgt dann das keramische Heizelement 12 unter der gepulsten Spannung mit dem vorbestimmten Arbeitszyklus DUT mit Energie. In der zweiten Ausführungsform wird daher der Schätzwert To2_hat anstelle der Ausgangsspannung To2 (der erfasste Wert der Temperatur von dem aktiven Element 9) von dem Temperatursensor 16 verwendet, welcher dazu verwendet wird, die Energiezufuhr zu dem keramischen Heizelement 12 in der ersten Ausführungsform zu steuern/regeln.
  • Die zweite Ausführungsform kann, wie oben beschrieben, dieselben Vorteile wie die erste Ausführungsform bieten. Gemäß der zweiten Ausführungsform werden die Kosten von der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelvorrichtung reduziert, da der Temperatursensor 16 zur Erfassung der Temperatur des aktiven Elements 9 entfällt.
  • Obwohl bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert gezeigt und beschrieben wurden, ist verständlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Schutzbereich der beigefügten Ansprüche abzuweichen.
  • Ein System steuert/regelt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem Abgas, welches einem katalytischen Wandler von einem Verbrennungsmotor zugeführt wird, um eine Ausgangsspannung Vout von einem O2-Sensor, welcher stromabwärts von dem katalytischen Wandler angeordnet ist, auf einem vorbestimmten Soll-Wert Vop zu halten. In dem System wird die Temperatur von einem aktiven Element des O2-Sensors auf eine vorbestimmte Temperatur derart gesteuert/geregelt, dass die Ausgangsspannung von dem O2-Sensor an einem Wendepunkt von Ausgabecharakteristika desselben im Wesentlichen dem Soll-Wert Vop entspricht.

Claims (13)

  1. System zur Steuerung/Regelung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einem Abgas, welches von einem Verbrennungsmotor (1) einem katalytischen Wandler (4) zugeführt wird, welcher in einem Abgasdurchgang (3) des Verbrennungsmotors (1) angeordnet ist, um eine Ausgangsspannung (Vout) von einem O2-Sensor (7) auf einem vorbestimmten Soll-Wert (Vop) zu halten, um eine vorbestimmte Abgasreinigungsfähigkeit des katalytischen Wandlers (4) zu erreichen, wobei der O2-Sensor (7) in dem Abgasdurchgang (3) stromabwärts von dem katalytischen Wandler (4) angeordnet ist, um eine Ausgangsspannung (Vout) zu erzeugen, welche ein von der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas abhängiges Niveau hat, wobei die Ausgangsspannung (Vout), welche sich bezüglich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in dem Abgas verändert, welches durch die Sauerstoffkonzentration verkörpert ist, an einem Gradienten (e4), welcher von einem großen Gradienten (e1) zu einem kleinen Gradienten (e2) über einen Wendepunkt wechselt, während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter wird, dadurch gekennzeichnet, dass der O2-Sensor (7) solche Ausgabecharakteristika hat, dass seine Ausgangsspannung (Vout) an dem Wendepunkt im Wesentlichen dem Soll-Wert (Vop) entspricht.
  2. System gemäß Anspruch 1, wobei der O2-Sensor (7) ein Sensortemperatur-Steuer-/Regelmittel (19) umfasst, um die Temperatur eines aktiven Elements (9) von dem O2-Sensor (7) derart zu steuern/regeln, dass sie auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten wird, um die Ausgabecharakteristika des O2-Sensors (7) zu erreichen.
  3. System gemäß Anspruch 2, wobei die vorbestimmte Temperatur gleich oder höher als 750°C ist.
  4. System gemäß Anspruch 2, wobei das Sensortemperatur-Steuer-/Regelmittel (19) ein Mittel umfasst, um die Temperatur des O2-Sensors (7) auf eine Temperatur zu steuern/regeln, welche niedriger als die vorbestimmte Temperatur ist, bis eine vorbestimmte Zeitperiode verstreicht, nachdem der Verbrennungsmotor (1) gestartet hat.
  5. System gemäß Anspruch 2, wobei das Sensortemperatur-Steuer-/Regelmittel (19) ein Mittel umfasst, um die Temperatur des aktiven Elements (9) des O2-Sensors (7) mit einer elektrischen Heizeinrichtung (12) zu steuern/regeln und die Energiezufuhr zu der elektrischen Heizeinrichtung (12) auszuschalten, wenn die Temperatur der elektrischen Heizeinrichtung (12) über einer vorbestimmten oberen Grenze liegt.
  6. Verfahren zur Steuerung/Regelung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einem Abgas, welches von einem Verbrennungsmotor (1) einem katalytischen Wandler (4) zugeführt wird, welcher in einem Abgasdurchgang (3) von dem Verbrennungsmotor (1) angeordnet ist, um eine Ausgangsspannung (Vout) von einem O2-Sensor (7) auf einem vorbestimmten Soll-Wert (Vop) zu halten, um eine vorbestimmte Abgasreinigungsfähigkeit des katalytischen Wandlers (4) zu erreichen, wobei der O2-Sensor (7) in dem Abgasdurchgang (3) stromabwärts von dem katalytischen Wandler (4) angeordnet ist, um eine Ausgangsspannung (Vout) zu erzeugen, welche ein von der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas abhängiges Niveau hat, wobei das Verfahren den Schritt umfasst: die Temperatur von einem aktiven Element (9) von dem O2-Sensor (7) derart zu steuern/regeln, dass sie auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas gesteuert/geregelt wird, wobei der O2-Sensor (7) einen Sensor umfasst zur Erzeugung einer Ausgangsspannung (Vout), welche sich bezüglich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in dem Abgas verändert, welches durch die Sauer stoffkonzentration verkörpert wird, an einem Gradienten (e4), welcher von einem großen Gradienten (e1) zu einem kleinen Gradienten (e2) über einen Wendepunkt wechselt, während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter wird, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Temperatur eine Temperatur ist, welche derart bestimmt wird, dass die Ausgangsspannung (Vout) von dem O2-Sensor (7) an dem Wendepunkt im Wesentlichen dem Soll-Wert (Vop) entspricht, wenn die Temperatur von dem aktiven Element (9) von dem O2-Sensor (7) auf der Temperatur gehalten wird.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die vorbestimmte Temperatur gleich oder höher als 750°C ist.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 6, ferner umfassend den Schritt, die Temperatur von dem O2-Sensor (7) auf eine Temperatur zu steuern/regeln, welche niedriger als die vorbestimmte Temperatur ist, bis eine vorbestimmte Zeitperiode verstreicht, nachdem der Verbrennungsmotor (1) gestartet hat.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die Temperatur von dem aktiven Element (9) von dem O2-Sensor (7) durch eine elektrische Heizeinrichtung (12) gesteuert/geregelt werden kann, ferner umfassend den Schritt, die Energiezufuhr zu der elektrischen Heizeinrichtung (12) zu unterbrechen, wenn die Temperatur von der elektrischen Heizeinrichtung (12) über einer vorbestimmten oberen Grenze liegt.
  10. Speichermedium, welches von einem Computer lesbar ist und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelprogramm speichert, um dem Computer zu ermöglichen, in einem System, welches einen O2-Sensor (7) hat, der in einem Abgasdurchgang (3) von einem Verbrennungsmotor (1) stromabwärts von einem in dem Abgasdurchgang (3) angeordneten katalytischen Wandler (4) angeordnet ist, um eine Ausgangsspannung (Vout) mit einem von der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, wel ches von dem Verbrennungsmotor (1) durch den Abgasdurchgang (3) dem katalytischen Wandler (4) zugeführt wird, abhängigen Niveau zu erzeugen, einen Prozess zur Steuerung/Regelung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in dem Abgas durchzuführen, um eine Ausgangsspannung (Vout) von dem O2-Sensor auf einem vorbestimmten Soll-Wert (Vop) zu halten, um eine vorbestimmte Abgasreinigungsfähigkeit von dem katalytischen Wandler (4) zu erreichen, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelprogramm ein Programm umfasst, um dem Computer zu ermöglichen, ein Verfahren zur Steuerung/Regelung der Temperatur von einem aktiven Element (9) von dem O2-Sensor (7) zu steuern/regeln, um auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten zu werden, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas gesteuert/geregelt wird, wobei der O2-Sensor (7) einen Sensor umfasst zur Erzeugung einer Ausgangsspannung (Vout), welche sich bezüglich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in dem Abgas verändert, welches durch die Sauerstoffkonzentration verkörpert ist, an einem Gradienten (e4), welcher von einem großen Gradienten (e1) zu einem kleinen Gradienten (e2) über einen Wendepunkt wechselt, während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter wird, wobei die vorbestimmte Temperatur eine Temperatur ist, welche derart bestimmt ist, dass die Ausgangsspannung (Vout) von dem O2-Sensor (7) an dem Wendepunkt im Wesentlichen mit dem Soll-Wert (Vop) übereinstimmt, wenn die Temperatur von dem aktiven Element (9) von dem O2-Sensor (7) auf der Temperatur gehalten wird.
  11. Speichermedium gemäß Anspruch 10, wobei die vorbestimmte Temperatur gleich oder höher als 750°C ist.
  12. Speichermedium gemäß Anspruch 10, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelprogramm ein Programm umfasst, um dem Computer zu ermöglichen, einen Prozess zur Steuerung/Regelung der Temperatur von dem O2-Sensor (7) auf eine Temperatur, welche niedriger als die vorbestimmte Temperatur ist, durchzuführen, bis eine vorbestimmte Zeitperiode verstreicht, nachdem der Verbrennungsmotor (1) gestartet hat.
  13. Speichermedium gemäß Anspruch 10, wobei die Temperatur von dem aktiven Element (9) von dem O2-Sensor (7) durch eine elektrische Heizeinrichtung (12) gesteuert/geregelt werden kann, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelprogramm ein Programm umfasst, um dem Computer zu ermöglichen, einen Prozess zur Unterbrechung der Energiezufuhr zu der elektrischen Heizeinrichtung (12) durchzuführen, wenn die Temperatur der elektrischen Heizeinrichtung (12) über einer vorbestimmten oberen Grenze liegt.
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