FR2890744A1 - Dispositif de commande de capteur de rapport air/combustible et procede de commande de capteur pour commander un tel capteur de rapport air/combustible - Google Patents

Abstract

L'invention se rapporte à un dispositif et un procédé de commande de capteur.Ce dispositif comprend un capteur (1) du rapport air/combustible ayant une cellule de capteur avec une paire d'électrodes (12, 13), une source de courant (41) apte à fournir un courant prédéterminé (Icp) entre les électrodes (12, 13), une section de commande de courant (76) qui met en/hors service la source de courant (41), une section (72) qui détecte les tensions produites entre les électrodes (12, 13) aux instants respectifs où la source de courant (41) est mise en et hors service, une section (73) qui détecte une tension différentielle (DeltaVs) entre les tensions qui sont produites aux instants respectifs auxquels la source de courant (41) est mise en et hors service, une première section de comparaison (74) qui compare la tension différentielle (DeltaVs) avec une première tension de seuil (ref1), et une section de détermination d'état semi-activé (75) qui détermine que la cellule de capteur a atteint un état semi-activé lorsque la tension différentielle (DeltaVs) est plus basse qu'une première tension de seuil (ref1).L'invention est applicable à des instruments de mesure.

Description

La présente invention se rapporte à un dispositif et procédé de commande

de capteur pour commander un capteur du rapport air/combustible qui détecte une concentration d'un composant de gaz particulier des gaz

d'échappement émis par un moteur à combustion interne et particulièrement à un dispositif et procédé de commande de capteur apte à atteindre un démarrage plus précoce ou accéléré d'une commande du rapport air/combustible après le démarrage du moteur.

Pour une commande du rapport air/carburant ou combustible d'un moteur à combustion interne, un dispositif de commande de capteur comportant un capteur du rapport air/carburant pour détecter une concentration de l'oxygène dans les gaz d'échappement émis par un moteur à combustion interne (rapport air/carburant) a été mis en utilisation pratique. Comme capteur du rapport air/carburant, on connaît généralement un capteur (soidisant capteur A) qui produit une sortie binaire en réponse à une concentration de l'oxygène dans les gaz d'échappement (c'est-à-dire une réponse à un rapport air/carburant riche ou appauvri) et un capteur (capteur d'oxygène du type à courant de pompe ou du type à courant limité) qui produit une sortie presque linéaire sur une grande plage de la concentration d'oxygène. Pendant ces dernières années, pour tenir compte des régulations sévères se rapportant aux gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, il est nécessaire de régler le rapport air/carburant d'une manière précise, et de ce fait un capteur d'oxygène du type à courant de pompe ou du type à courant de limitation ont été utilisés à la place du capteur A. Dans chacun des capteurs est utilisé, comme principe, une cellule de capteur comportant deux électrodes sur les côtés opposés d'un électrolyte solide (par exemple ZrO2) de manière à utiliser le phénomène selon lequel une force électromotrice est produite lorsque les gaz ambiants sur les côtés opposés de la cellule de capteur diffèrent en concentration d'oxygène et que les ions d'oxygène se déplacent entre les côtés opposés à travers l'électrolyte solide lorsque le courant est amené entre les électrodes. Un tel phénomène est atteint seulement lorsque l'électrolyte solide est chauffé et activé. Entre-temps, il peut y avoir un cas où il faut longtemps, plus que dix secondes à des dizaines de secondes, pour que le capteur d'oxygène du type à courant de pompe ou du type à courant limité apte à détecter une concentration d'oxygène sur une grande plage, soit activé.

Généralement, un dispositif de commande de capteur est configuré pour pouvoir détecter si le capteur a atteint un état activé. La technique pour détecter un tel état activé est divulguée dans les publications de brevets japonais non examinées numéros 4-313056, 10-104195 et 9-170997.

Entre-temps, pendant ces dernières années, des règlements plus stricts concernant les gaz d'échappement ont été demandés. Dans le cas du capteur d'oxygène du type à courant de pompe ou du type à courant limité qui requiert un temps relativement long jusqu'à ce qu'il atteigne un état activé et qui devient apte à servir de capteur linéaire, le capteur doit servir de capteur A qui peut déterminer si un rapport air/carburant des gaz d'échappement est plus riche ou plus appauvri qu'un rapport air/carburant théorique à un stade avant que le capteur ne devienne apte à servir de capteur linéaire, pour atteindre ainsi une commande à rétroaction du rapport air/carburant plus précoce ou accélérée.

Cependant, les publications de brevets japonais non examinés indiqués cidessus n 4-313056 et 10-104195 se rapportent à une technique pour déterminer si le capteur (cellule) est complètement activé (c'est-à-dire si le capteur a atteint un état entièrement activé) et non pas à une technique pour déterminer si le capteur (cellule) a atteint un état semiactivé qui permet au capteur de déterminer si le rapport air/carburant des gaz d'échappement est riche ou appauvri. D'autre part, la publication non examinée du brevet japonais n 9-170997 décrit une technique pour estimer l'état semi-activé du capteur du rapport air/carburant sur la base d'une valeur intégrée de la tension de sortie du capteur du rapport air/carburant. Cependant, la tension de sortie du capteur du rapport air/carburant varie en fonction d'une variation de l'atmosphère gazeuse à laquelle le capteur du rapport air/carburant est exposé (en d'autres termes, l'état du rapport air/carburant du gaz à mesurer). Pour cette raison, par la technique pour estimer si le capteur du rapport air/carburant a atteint l'état semi-activé en comparant la valeur intégrée de la tension de sortie du capteur du rapport air/carburant avec une valeur de seuil qui est simplement déterminée sur la base d'un aspect d'une matière ou sujet, le cas peut se présenter où il est déterminé d'une manière erronée que le capteur du rapport air/carburant a atteint l'état semi-activé. Par la technique de la publication non examinée du brevet japonais n 9-170997, l'appréciation de l'état semi-activé du capteur du rapport air/carburant est largement influencée par l'atmosphère gazeuse à laquelle le capteur du rapport air/carburant est exposé de sorte que la détection précise de l'état semi-activé du capteur du rapport air/carburant ne peut pas être obtenue et qu'une commande à rétroaction précise du rapport air/carburant ne peut pas être réalisée.

Par conséquent, la présente invention a pour objectif la réalisation d'un dispositif et procédé de commande de capteur apte à détecter une concentration d'un composant particulier des gaz d'échappement sur une grande plage et apte à détecter un état semi-activé du capteur du rapport air/carburant d'une manière précise sans être influencé par une atmosphère gazeuse à laquelle le capteur du rapport air/carburant est exposé de sorte 2890744 4 qu'un démarrage plus précoce ou accéléré d'une commande à rétroaction du rapport air/carburant peut être atteint.

Cet objectif est atteint conformément à la présente invention par un capteur du rapport air/combustible comportant une cellule de capteur avec une paire d'électrodes sur les côtés opposés d'un électrolyte solide et apte à détecter une concentration d'un composant de gaz particulier des gaz d'échappement émis par un moteur à combustion interne, une source de courant apte à fournir un courant prédéterminé entre la paire d'électrodes, une section de commande de courant qui met en/hors service la source de courant selon un cycle prédéterminé, une section de détection de tension qui détecte les tensions produites entre les deux électrodes à des temps ou instants respectifs lorsque la source de courant est mise en et hors service, une section de détection de tension différentielle qui détecte une tension différentielle entre les tensions qui sont produites aux instants ou temps respectifs auxquels la source de courant est mise en et hors service et détectées par la section de détection de tension, une première section de comparaison de tension qui compare la tension différentielle avec une première tension de seuil, et une section de détermination d'état semi-activé qui détermine que la cellule de capteur a atteint un état semi-activé qui permet au capteur du rapport air/combustible de mesurer si un rapport air/combustible des gaz d'échappement est riche ou appauvri sur la base d'une sortie de la cellule de capteur, lorsque la tension différentielle est plus basse que la première tension de seuil.

Dans le dispositif de commande de capteur, un courant prédéterminé est amené entre les deux électrodes disposées sur les côtés opposés de l'électrolyte solide tout en mettant en/hors service le courant selon un cycle prédéterminé. Les tensions qui sont produites entre les deux électrodes lorsque la source de courant est mise en et hors service sont détectées par la section de détection de tension. La différence de tension entre les deux électrodes est petite lorsque la cellule de capteur se trouve à l'état activé, et elle est considérablement grande lorsque la cellule de capteur est dans un état non activé à cause d'une grande valeur de résistance interne de l'électrolyte solide. D'autre part, la différence de tension entre les deux électrodes se situe entre une petite différence et une différence très grande au moment de la transition d'un état non activé à un état activé.

Ainsi, par le dispositif, une différence intermédiaire est détectée par la section de détection de tension différentielle et la première section de détection de tension, et on peut savoir directement à partir de la sortie de la cellule de capteur si le capteur du rapport air/combustible a atteint l'état semi-activé. Lorsque le capteur du rapport air/combustible se trouve dans l'état semi-activé, il devient possible de permettre au capteur du rapport air/combustible capable de détecter une concentration d'un composant gazeux particulier des gaz d'échappement sur une grande plage de servir de capteur (soi-disant capteur A) qui peut produire une sortie binaire en réponse à un rapport air/combustible riche ou appauvri. Par conséquent, en utilisant une telle sortie du capteur du rapport air/combustible, il devient possible d'effectuer une commande à rétroaction du rapport air/combustible en utilisant le capteur du rapport air/combustible rapidement après le démarrage du moteur à combustion interne même si le capteur du rapport air/combustible n'a pas encore atteint l'état entièrement activé. Entre-temps, l'état semi-activé est utilisé ici pour indiquer l'état avant que le capteur du rapport air/combustible n'atteigne un état entièrement activé, et on peut mesurer sur la base de la sortie de la cellule du capteur si le rapport air/combustible des gaz d'échappement est riche ou appauvri (c'est-à-dire la cellule de capteur peut produire une sortie binaire en réponse à un rapport air/combustible riche ou appauvri des gaz d'échappement).

En outre, un point remarquable du dispositif de commande de capteur de la présente invention réside en ce que la tension différentielle est détectée sur la base des tensions qui sont produites aux instants respectifs auxquels la source de courant est mise en et hors service et détectés par la section de détection de tension, et on détecte sur la base de la tension différentielle si le capteur du rapport air/carburant a atteint l'état semi-activé. La valeur de tension Von produite entre la paire d'électrodes lorsque la source de courant est en service est obtenue par Ipc x RP + EMF (c'est-à-dire Von = Ipc x Rp + EMF, ou Ipc est une valeur du courant prédéterminé décrit ci-dessus, Rp est une résistance interne de la cellule de capteur et EMF est une force électromotrice de la cellule de capteur), et la valeur de tension Voff produite entre la paire d'électrodes lorsque la source de courant est coupée est obtenue par la EMF étant donné que la valeur du courant prédéterminé est 0 A (c'est-à-dire Voff = EMF). Conformément à la présente invention, pour déterminer si la cellule de capteur a atteint l'état semi-activé, on détecte comme décrit ci-dessus, la tension différentielle (Von-Voff) et de ce fait la force électromotrice EMF de la cellule de capteur est décalée. Alors que la force électromotrice EMF varie en fonction d'une variation de l'atmosphère gazeuse à laquelle le capteur (cellule de capteur) du rapport air/carburant est exposé, même si la résistance interne de la cellule de capteur est constante, l'influence de la force électromotrice EMF (en d'autres termes, l'influence de l'atmosphère gazeuse) sur la détermination de l'état semi-activé de la cellule de capteur est éliminée en utilisant la tension différentielle pour la détermination. Ainsi, conformément à la présente invention, on peut détecter d'une manière précise si la cellule de capteur a atteint l'état semi-ativé sans être influencée par l'atmosphère gazeuse à laquelle la cellule de capteur est exposée.

Conformément à un autre aspect de la présente invention, un dispositif de commande de capteur est réalisé qui peut comprendre en outre une seconde section de comparaison de tension qui compare, lorsqu'il a été établi par la section de détermination de l'état semi-activé que la cellule de capteur a atteint l'état semi- activé, la tension entre les deux électrodes, qui a été détectée par la section de détection de tension lorsque la source de courant est en ou hors service, avec une deuxième tension de seuil et une section d'émission de résultat de mesure riche/appauvri qui émet un signal qui indique si le rapport air/combustible des gaz d'échappement est riche ou appauvri sur la base du résultat de la comparaison par la deuxième section de comparaison de tension. Cela améliore la fonction du dispositif de commande de capteur. En outre, le signal indiquant si le rapport air/combustible est riche ou appauvri peut être émis par la section de détermination du résultat de mesure riche/appauvri pendant le temps après qu'il a été déterminé que la cellule de capteur a atteint l'état semi-activé et avant que la cellule de capteur atteigne l'état entièrement activé en continuant l'amenée du courant prédéterminé et en comparant la tension à la paire d'électrodes avec la deuxième tension de seuil par la deuxième section de comparaison de tension. Ce faisant, il devient possible d'atteindre une bonne commande à rétroaction du rapport air/combustible continuellement jusqu'à ce que la cellule de capteur atteigne l'état entièrement activé.

Selon un autre aspect de la présente invention, un dispositif de commande de capteur est réalisé qui peut comprendre en outre une section de détermination de l'état entièrement activé qui détermine si la cellule de capteur a atteint l'état entièrement activé sur la base d'une information différente de la tension différentielle après qu'il a été déterminé par la section de détermination de l'état semi-activé que la cellule de capteur a atteint l'état semi-activé.

Il est également possible de déterminer si la cellule de capteur a atteint l'état entièrement activé sur la base de la tension différentielle. Cependant, pour déterminer d'une manière précise si la cellule de capteur a atteint l'état semi-activé, il est préférable de régler la première tension de seuil à la première section de comparaison de tension à une valeur relativement petite (c'est-à-dire une valeur relativement proche de zéro). Pour cette raison, si on cherche à déterminer si la cellule de capteur a atteint l'état entièrement activé en utilisant la tension différentielle, il se peut qu'il soit difficile de conserver la précision pour déterminer l'état semi-activé de la cellule de capteur étant donné que la première valeur de seuil doit être réglée inévitablement à une valeur relativement grande pour le réglage de la tension de seuil pour la détermination de l'état entièrement activé. Ainsi, en déterminant si la cellule de capteur a atteint l'état entièrement activé sur la base d'informations différentes de la tension différentielle, il devient possible d'obtenir une bonne précision pour la détermination de l'état semi-activé de la cellule de capteur.

Entre-temps, le moyen pour déterminer si la cellule de capteur a atteint l'état entièrement activé sur la base d'informations différentes de la tension différentielle n'est pas limité à un moyen particulier mais peut être, par exemple dans le cas où le capteur du rapport air/combustible possède un organe de chauffage, un moyen qui amène l'organe de chauffage à chauffer selon une relation synchronisée avec le démarrage du dispositif de commande de capteur, pour calculer la quantité totale de puissance consommée par l'organe de chauffage et pour déterminer si la quantité de puissance totale a atteint une quantité de puissance totale de référence qui a été réglée préalablement. Cependant, dans le cas où on détermine si la cellule de capteur a atteint l'état entièrement activé, il est préférable du point de vue d'une augmentation de la précision pour la détermination d'utiliser directement les informations concernant la cellule de capteur d'une manière similaire à la détermination de l'état semi-activé.

Conformément à un autre aspect de la présente invention, un dispositif de commande de capteur est réalisé, dans lequel la section de détermination de l'état entièrement activé peut utiliser une valeur de résistance interne de la cellule de capteur comme information décrite ci-dessus.

Selon encore un autre aspect de la présente invention, un dispositif de commande de capteur est réalisé, comprenant en outre une section de détection de la valeur de résistance qui détecte la valeur de résistance interne de la cellule de capteur, où la section de détection de l'état entièrement activé compare la valeur de résistance interne de la cellule de capteur avec une valeur de seuil et détermine que la cellule de capteur a atteint l'état entièrement activé lorsque la valeur de résistance interne est plus basse que la valeur de seuil. Ce faisant, il devient possible d'effectuer une commande à rétroaction du rapport air/combustible sur la base de la tension entre les deux électrodes après que la cellule de capteur a atteint l'état semi-activé tout en étant capable de détecter séparément si la cellule de capteur a atteint l'état entièrement activé d'une manière précise.

Conformément à encore un autre aspect de la présente invention, un dispositif de commande de capteur est réalisé, dans lequel le capteur du rapport air/combustible peut comprendre en outre une cellule de pompe comportant une paire d'électrodes sur les côtés opposés d'un électrolyte solide, l'une des électrodes de chacune de la cellule de pompe et de la cellule de capteur faisant face à une chambre de détection de gaz creuse dans laquelle les gaz d'échappement sont introduits, l'une des électrodes de la cellule de capteur, qui est positionnée sur le côté opposé à la chambre de détection de gaz, étant une électrode de référence fermée vers l'extérieur, le dispositif de commande de capteur comprenant en outre une section de commande qui fournit le courant prédéterminé de la source de courant à la cellule de capteur dans la direction pour pomper l'oxygène hors de la chambre de détection de gaz vers l'électrode de référence pour permettre ainsi à l'électrode de référence de fonctionner comme source d'oxygène de référence interne. La source de courant est doublée comme source pour fournir un courant prédéterminé à la cellule de capteur en vue d'amener l'électrode de référence de la cellule de capteur à stocker l'oxygène d'une concentration prédéterminée et à amener ainsi celle-ci à servir de source d'oxygène de référence interne et de source pour fournir un courant prédéterminé à la cellule de capteur pour la détermination de l'état semi-activé de la cellule de capteur. Ce faisant, l'entraînement du capteur du rapport air/combustible et la détermination de l'état semiactivé de celui-ci peuvent être atteints sans que plusieurs sources de courant soient nécessaires, en permettant ainsi de réduire le coût du dispositif de commande de capteur.

La présente invention se rapporte également à un procédé de commande de capteur pour commander un capteur du rapport air/combustible comportant une cellule de capteur avec une paire d'électrodes sur les côtés opposés d'un électrolyte solide et apte à détecter une concentration d'un composant gazeux particulier d'un gaz d'échappement émis par un moteur à combustion interne, le procédé comprenant les étapes consistant à : fournir un courant prédéterminé d'une source de courant entre la paire d'électrodes tout en mettant en/hors service la source de courant selon un cycle prédéterminé, détecter des tensions produites entre les deux électrodes à des instants respectifs auxquels la source de courant est mise en et hors service, détecter une tension différentielle entre les tensions qui sont produites entre les deux électrodes aux instants respectifs quand la source de courant est mise en et hors service et détectées par l'étape de détection, comparer la tension différentielle avec une première tension de seuil, et déterminer que la cellule de capteur a atteint un état semi-activé qui permet au capteur de rapport air/combustible de mesurer si un rapport air/combustible des gaz d'échappement est riche ou appauvri sur la base d'une sortie de la cellule de capteur lorsque la tension différentielle est plus basse que la première tension de seuil. Ce procédé permet également de réaliser une commande à rétroaction du rapport air/carburant rapidement après le démarrage du moteur à combustion interne d'une manière similaire au dispositif de commande de capteur décrit ci-dessus.

Selon un autre aspect de la présente invention, le procédé de commande de capteur peut comprendre en outre les étapes consistant à comparer, lorsqu'il a été déterminé à l'étape de détermination que la cellule de capteur a atteint l'état semi-activé, une tension produite entre les deux électrodes lorsque la source de courant est en ou hors service, avec une deuxième tension de seuil, et à émettre un signal indiquant si le rapport air/combustible des gaz d'échappement est riche ou appauvri, sur la base du résultat de la comparaison à l'étape de comparaison de la tension entre les deux électrodes avec la deuxième tension de seuil.

Selon encore un autre aspect de la présente invention, le procédé de commande de capteur peut comprendre en outre une étape consistant à déterminer si la cellule de capteur a atteint l'état entièrement activé sur la base d'une information différente de la tension différentielle après qu'il a été déterminé à l'étape de détermination que la cellule de capteur a atteint l'état semi-activé.

Selon encore un autre aspect de la présente invention, dans le procédé de commande de capteur, l'étape consistant à déterminer si la cellule de capteur a atteint l'état entièrement activé comprend l'utilisation d'une valeur de résistance interne de la cellule de capteur comme information précitée.

Selon un autre aspect de la présente invention, on a réalisé un procédé de commande de capteur comprenant en outre l'étape de détection de la valeur de résistance interne de la cellule de capteur, où l'étape consistant à déterminer si la cellule de capteur a atteint l'état entièrement activé comprend la comparaison de la valeur de résistance interne de la cellule de capteur avec une valeur de seuil et la détermination que la cellule de capteur a atteint l'état entièrement activé lorsque la valeur de résistance interne est plus basse que la valeur de seuil.

Enfin, dans le procédé inventif de commande de capteur, le capteur du rapport air/combustible peut comprendre en outre une cellule de pompe ayant une paire d'électrodes sur les côtés opposés d'un électrolyte solide, l'une des électrodes de chacune de la cellule de pompe et de la cellule de capteur faisant face à une chambre de détection de gaz creuse dans laquelle les gaz d'échappement sont introduits, l'une des électrodes de la cellule de capteur, qui est positionnée sur le côté opposé à la chambre de détection de gaz, étant une électrode de référence fermée vers l'extérieur, le dispositif de commande de capteur comprenant en outre une section de commande qui fournit le courant prédéterminé de la source de courant à la cellule de capteur dans la direction pour pomper l'oxygène hors de la chambre de détection de gaz vers l'électrode de référence pour permettre ainsi à l'électrode de référence de fonctionner comme une source d'oxygène de référence interne.

L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: la figure 1 est un schéma fonctionnel représentant un dispositif de commande de capteur selon un mode de réalisation de la présente invention; les figures 2A à 2C sont des vues explicatives représentant des variations de la tension de sortie d'une cellule de force électromotrice dans un capteur d'oxygène de grande plage du dispositif de commande de capteur de la figure 1; la figure 3 est une vue explicative représentant, en utilisant une amplitude Vs, les variations de la 20 tension indiquées sur les figures 2A à 2C; les figures 4A à 4C sont des vues explicatives représentant la détermination riche/appauvrie en relation avec les variations de la tension indiquées sur les figures 2A à 2C; la figure 5 est une vue explicative représentant l'influence d'un facteur de marche d'entraînement sur les variations de tension indiquées sur la figure 2B; et la figure 6 est un organigramme indiquant un fonctionnement du dispositif de commande de capteur de la figure 1.

En se reportant tout d'abord à la figure 1, un dispositif de commande de capteur selon un mode de réalisation de la présente invention comprend un capteur d'oxygène 1 d'une grande plage et un circuit de commande de capteur de gaz 4 relié au capteur 1. Le capteur d'oxygène de grande plage 1 présente, pour son échauffement, un organe de chauffage 2 qui est entraîné par une source de puissance de chauffage 3. Le circuit de commande 4 du capteur de gaz comprend un circuit pour commander le capteur d'oxygène de grande plage 1 ainsi qu'un système de traitement et comprend généralement en outre une autre structure non représentée sur la figure. Cependant, le circuit de commande 4 du capteur de gaz est représenté ici comme comprenant seulement une portion nécessaire pour l'explication de cette invention. Entre-temps, le capteur d'oxygène de grande plage 1 peut détecter une concentration de l'oxygène des gaz d'échappement sur une grande plage lorsqu'il est mis dans un état entièrement activé et équivaut à un capteur du rapport air-carburant ou combustible ayant une caractéristique du courant de sortie telle que le courant de sortie du capteur est presque proportionnel au rapport air- combustible, comme cela sera décrit ci-après.

Le capteur d'oxygène de grande plage 1 comprend une plaque de protection ou de blindage 10, une couche électrolytique solide 11, deux électrodes poreuses 12 et 13, une chambre d'oxygène de référence 14, une autre couche électrolytique solide 15, une autre paire d'électrodes poreuses 16 et 17, une chambre de diffusion de gaz 14 et une chambre de détection de gaz 19.

Sur un côté de la plaque de blindage 10 est positionnée la chambre d'oxygène de référence 14. Sur le côté de la chambre d'oxygène de référence 14, opposée à la plaque de blindage ou de protection 10, se trouve la couche électrolytique solide 11. Sur le côté de la couche électrolytique solide 11 opposée à la chambre d'oxygène de référence 14 sont positionnées une couche de commande de taux de diffusion de gaz poreuse 18 et une chambre de détection de gaz creuse 19. Sur le côté de la couche de commande de taux de diffusion de gaz 18 et de la chambre de détection de gaz 19, opposée à la couche électrolytique solide 11, se trouve la couche électrolytique solide 15. Sur les côtés opposés de la couche électrolytique solide 11 sont disposées les deux électrodes poreuses 12 et 13, respectivement. Sur les côtés opposés de la couche électrolytique solide 15 sont disposées les deux électrodes poreuses 16 et 17, respectivement.

Les couches électrolytiques solides 11 et 15 sont réalisées, par exemple, en zircone (ZrO2) et, lorsqu'elles sont chauffées par un organe dechauffage et mises dans un état activé, elles sont de nature à subir une réduction de la valeur de résistance interne et à permettre à l'ion d'oxygène de se déplacer. Pour un certain temps à partir de maintenant, la description se rapportant au capteur d'oxygène de grande plage 1 se rapporte, parmi divers états d'activation, à un état entièrement activé.

Un ensemble formé par la couche électrolytique solide 11 et les électrodes poreuses 12 et 13 sur les côtés opposés de celles-ci est appelée une cellule de force électromotrice ou cellule de capteur à laquelle est fourni par une source de courant de cellule de force électromotrice 41 un microcourant constant (par exemple de 16 g A) dans le sens d'un passage de l'électrode poreuse 12 à l'électrode poreuse 13. Ce faisant, l'oxygène est amené à passer de la chambre de détection de gaz 19 à la chambre d'oxygène de référence 14 qui est fermée vers l'extérieur, à travers la couche électrolytique solide 11, de sorte que l'oxygène de référence est recueilli dans la chambre d'oxygène de référence 14. A cet égard, l'électrode poreuse 12 est disposée dans la chambre d'oxygène de référence 14 et est apte à servir d'électrode de référence. C'est-à-dire que l'électrode poreuse 12 est fermée vers l'extérieur et est apte à stocker l'oxygène d'une concentration prédéterminée et à fonctionner ainsi comme une source d'oxygène de référence interne lorsqu'un micro-courant est amené entre les électrodes poreuses 12 et 13, comme décrit ci-dessus. Ainsi, lorsque la concentration de l'oxygène diffère aux côtés opposés de la couche électrolytique solide 11, une force électromotrice est produite entre les électrodes poreuses 12 et 13.

Lorsque la concentration de l'oxygène dans la chambre de détection de gaz 19 correspond au rapport air/combustible stoïchiométrique, la cellule de force électromotrice devient presque égale à 450 mV pour la nature de la couche électrolytique solide 11, et lorsque la concentration d'oxygène diffère de celle correspondant au rapport air/combustible stoïchiométrique, la force électromotrice est saturée à une tension plus élevée ou plus basse que 450 mV.

Alors que la chambre de détection de gaz 19 est séparée d'un espace recevant les gaz d'échappement au moyen de la couche de commande de taux de diffusion de gaz 18, le gaz d'échappement est introduit par diffusion dans la chambre de détection de gaz 19.

Un ensemble formé par la couche électrolytique solide 15 et les électrodes poreuses 16 et 17 est appelé une cellule de pompe, et un courant de cellule de pompe (Ip) est amené à passer entre les électrodes 16 et 17 par un circuit de commande du type PID et un amplificateur 46. Plus spécifiquement, lorsqu'une tension de sortie (tension produite) de la cellule de force électromotrice est entrée dans le circuit de commande PID 44 au moyen d'un tampon réalisé par un circuit d'amplificateur opérationnel 43 et une résistance 47, la différence A Vs entre une tension cible de commande de 450 mV (la tension cible de commande est égale à la tension d'une source de tension cible de commande 42 et est introduite dans le circuit de commande PID 44 par un tampon réalisé par un circuit d'amplificateur opérationnel 48 et une résistance 49), et la tension de sortie de la cellule de force électromotrice est calculée par le circuit de commande PID 44. En réinjectant la différence A Vs dans l'amplificateur 46 par l'intermédiaire d'une résistance de détection de courant de cellule de pompe 45 qui sera décrite ultérieurement, le courant de cellule de pompe Ip est amené à passer entre les électrodes poreuses 16 et 17. Lorsque le courant de cellule de pompe (Ip) passe à travers la cellule de pompe, un mouvement de l'oxygène dans la direction dans laquelle le courant circule est provoqué entre l'espace recevant les gaz d'échappement et la chambre de détection de gaz 19 par l'intermédiaire de la couche électrolytique solide 15.

Ce mouvement de l'oxygène, comme cela ressort de la description qui précède, a lieu dans l'une quelconque des directions de sorte que la concentration de l'oxygène dans la chambre de détection de gaz 19 correspond au rapport air/combustible stoïchiométrique. Ainsi, si la concentration de l'oxygène dans l'espace recevant les gaz d'échappement correspond au rapport air/combustible stoïchiométrique, un mouvement de l'oxygène à la couche électrolytique solide 15 n'est pas nécessaire de sorte que le courant de cellule de pompe redescend à zéro. Si la concentration de l'oxygène dans l'espace recevant les gaz d'échappement devient différente de celle correspondant au rapport air/combustible stoïchiométrique, le courant de cellule de pompe est amené à passer dans l'une quelconque des directions, en réponse à cela. Ainsi, le courant de cellule de pompe correspond à la concentration de l'oxygène (c'est-à-dire au rapport air/combustible des gaz d'échappement) dans l'espace alimenté en gaz d'échappement. Par conséquent, en détectant le courant de la cellule de pompe, il devient possible de mesurer la concentration de l'oxygène dans les gaz d'échappement sur une grande plage. C'est-à- dire que la cellule de pompe présente une caractéristique de sortie telle que le courant de la cellule de pompe est presque proportionnel à la concentration de l'oxygène (rapport air/combustible) des gaz d'échappement.

Le circuit de commande 4 du capteur de gaz présente des bornes d'entrée/sortie 4a, 4b, 4c et est connecté électriquement au capteur d'oxygène de grande plage 1.

Les fonctions de la source de courant 41 de la cellule de force électromotrice, de la source de courant cible de commande 42, de l'amplificateur 46, des circuits 43 et 38 de l'amplificateur opérationnel et des résistances 47 et 49 seront comprises à partir de la description qui précède et ne seront pas réexpliquées dans un souci de brièveté, mais ils fonctionnent comme une partie du dispositif de commande de capteur pour commander le capteur d'oxygène de grande plage 1, comme décrit cidessus.

Les relations de leurs connections seront maintenant décrites et, comme représenté sur la figure 1, l'amplificateur 46 présente une borne d'entrée inverse connectée à un côté sortie du circuit de commande PID 44 par l'intermédiaire de la résistance de détection 45, une borne d'entrée non-inverse à laquelle une tension de référence de 3,6 V est appliquée ainsi qu'une borne de sortie reliée à la borne d'entrée 4c. En outre, le circuit de commande PID 44 est relié, côté entrée, à la borne d'entrée/sortie 4a par l'intermédiaire de la résistance 47 et le circuit 43 de l'amplificateur opérationnel et, côté sortie, à une borne d'entrée inverse de l'amplificateur 46 par l'intermédiaire de la résistance de détection 45 du courant de la cellule de pompe. En outre, la source de tension cible de commande 42 fournit une tension (450 mV) qui est une cible de commande pour commander ou régler le courant de la cellule de pompe au circuit de commande PID 44 par l'intermédiaire du circuit 48 de l'amplificateur opérationnel et de la résistance 49. Au circuit de commande 4 du capteur de gaz, la détection du courant (Ip) de la cellule de pompe est effectuée en utilisant la résistance de détection de courant de cellule de pompe 45 montée en série au côté sortie du circuit de commande PID 44 et reliée à une extrémité de la borne d'entrée/sortie 4b.

Un premier commutateur 61 monté en série avec la source de courant de cellule de force électromotrice 41 est mis en service par l'instruction d'une section de commande 76 de marche/arrêt de courant lorsque le capteur d'oxygène de grande plage 1 se trouve dans l'état entièrement activé.

On décrira maintenant la détection du courant (Ip) de la cellule de pompe. Pour détecter la tension à la résistance de détection de courant de cellule de pompe 45, un circuit de détection de courant de cellule de pompe 50 est prévu, comme représenté. Le circuit de détection de courant de cellule de pompe 50 comprend des circuits 51 et 52 de l'amplificateur opérationnel, des résistances 53, 54, 55 et 56, un circuit 57 de l'amplificateur opérationnel, une source de tension de référence de détection 58 et un circuit 59 de l'amplificateur opérationnel.

Les circuits 51 et 52 de l'amplificateur opérationnel sont prévus pour servir de tampon à la tension à la résistance de détection de courant de cellule de pompe 45 et pour l'introduire dans la section de l'amplificateur différentiel à l'étape suivante. Pour cette raison, les circuits 51 et 52 de l'amplificateur opérationnel sont utilisés comme des circuits suiveurs de tension. Les résistances 53, 54, 55, 56 et le circuit 57 de l'amplificateur opérationnel constituent une section de l'amplificateur différentiel. C'est-à-dire qu'une extrémité de la résistance 53 est une borne d'entrée d'un pôle, et une extrémité de la résistance 54 est une borne d'entrée de l'autre pôle. Le facteur d'amplification d'un pôle est défini par la valeur de la résistance 55/la valeur de la résistance 53, et le facteur d'amplification de l'autre pôle est défini par la valeur de la résistance 56/la valeur de la résistance 54. Ces facteurs sont généralement réglés pour qu'ils soient égaux.

La source de tension de référence de détection 58 et le circuit 59 de l'amplificateur opérationnel déterminent une tension de référence pour la sortie de la section de l'amplificateur différentiel décrite ci-dessus, c'est-à-dire une tension de référence pour la sortie du circuit de détection de courant de cellule de pompe 50, et la tension de la source de tension de référence de détection 58 devient la tension de référence de sortie du circuit de détection de courant de cellule de pompe 50. Le facteur d'amplification et la tension de référence de sortie décrits cidessus peuvent être conçus ou réglés d'une manière appropriée en accord avec les détails du traitement exécuté à l'étape suivante. Le circuit de détection de courant de cellule de pompe 50 émet, sur la base de la tension de la source de tension de référence de détection 50, une tension correspondant au courant de la cellule de pompe.

La sortie du circuit de détection de courant de cellule de pompe 50 est transmise à un circuit de convertisseur A/N 80 dans une ECU 85 et est convertie en un signal numérique. Le signal numérique ainsi obtenu par conversion est utilisé comme une sortie de détection ou de mesure représentative du rapport air/combustible sur une grande plage de riche à appauvrie dans le traitement suivant exécuté par la ECU 85. C'est-à-dire que bien que cela ne soit pas représenté, par une réinjection de la sortie de mesure, une commande à rétroaction souhaitée du rapport air/combustible afin de commander une quantité de combustible à fournir est exécutée.

La description suivante est faite en se reportant à une commande qui est exécutée après que le capteur d'oxygène de grande plage 1 a atteint un état entièrement activé, c'est-à-dire une commande dans un cas normal.

Actuellement, à moins que le capteur d'oxygène de grande plage 1 soit mis dans un état où il est entièrement chauffé par l'organe de chauffage 2, une commande à rétroaction du rapport air/combustible utilisant la sortie de détection émise par le circuit de convertisseur A/N 80 après que le circuit de commande PID 44 et l'amplificateur 46 ont été entraînés, ne peut pas être exécutée.

Dans le but de remédier à un tel état, où la commande à rétroaction du rapport air/combustible ne peut pas être exécutée, le dispositif de commande de capteur de cette invention est pourvu d'un système de traitement apte à détecter si le rapport air/combustible des gaz d'échappement est plus riche ou plus appauvri que le rapport air/combustible stoïchiométrique (c'est-à-dire apte à produire une sortie binaire). En utilisant une telle information binaire, c'est-à-dire une information spécifiant si le rapport air/combustible est riche ou appauvri, dans la commande à rétroaction du rapport air/combustible, une commande à rétroaction du rapport air/combustible peu précoce ou accélérée après le démarrage du moteur à combustion interne peut être réalisée.

A cette fin, la ECU 85 reliée au circuit de commande 4 du capteur de gaz comprend en outre un circuit de convertisseur A/N 71, une section de détection de tension 72, une section de détection de tension différentielle 73, une première section de comparaison de tension 74, une section de génération de signal 75 indiquant l'état semi-activé (section de détermination de l'état semi-activé), une section de commande de courant 76, une deuxième section de comparaison de tension 77, une section d'émission 78 du résultat de mesure riche/appauvrie, une section de détection de tension 31, une section de détection de valeur de résistance 32, une section de comparaison de valeur de résistance (section de détermination de l'état entièrement activé) 33 et une section de génération de signal indiquant l'état entièrement activé 34.

Le circuit de convertisseur A/N 71 reçoit la tension de sortie Vs produite entre les deux électrodes de la cellule de force électromotrice du capteur d'oxygène de grande plage 1 par l'intermédiaire d'un circuit d'amplificateur différentiel 65 et la convertit en un signal numérique. Entre-temps, le circuit d'amplificateur différentiel 65 est prévu pour émettre la différence potentielle entre la paire d'électrodes de la cellule de force électromotrice au circuit de convertisseur A/N 71 et présente des bornes d'entrée reliées aux bornes d'entrée/sortie 4a, 4b, respectivement, bien que des lignes de connexion à cette fin soient omises sur la figure 1. Le signal numérique ainsi obtenu par le circuit de convertisseur A/N 71 est fourni à la section de détection de tension 72. La section de détection de tension 72 détecte la tension de la valeur numérique à deux instants (instants marche et arrêt) indiqués par la section de commande de courant 76. Les valeurs de tension détectées sont fournies à la section de détection de tension différentielle 73. La section de détection de tension différentielle 73 obtient une tension différentielle entre les valeurs de tension. La tension différentielle obtenue par la section de détection de tension différentielle 73 est fournie, comme une entrée, à la première section de comparaison de tension 74. La première section de comparaison de tension 74 compare la tension différentielle fournie par la section de détection de tension différentielle 73 avec une tension de référence (première tension de seuil) refl. Le résultat de la comparaison est transmis à la section de génération de signal indiquant l'état semi-activé 75.

La section de génération de signal indiquant l'état semi-activé 75 émet un signal indiquant l'état semi- activé du capteur d'oxygène de grande plage 1 sur la base du résultat de la comparaison obtenu par la première section de comparaison de tension 74. A cet égard, état semi-activé est utilisé pour indiquer que le capteur d'oxygène de grande plage 1 se trouve dans un état apte à produire une sortie de détection binaire, c'est-à-dire une sortie indiquant riche ou appauvri. Le signal d'indication produit par la section de génération de signal indiquant l'état semi-activé 75 est transmis à la deuxième section de comparaison de tension 77 comme signal de validation.

La section de commande de courant 76 commande la commutation marche/arrêt du premier commutateur 61 et produit un signal indiquant l'instant d'opération de la section de détection de tension 72. La commutation marche/arrêt du premier commutateur 61 est répétée selon un cycle prédéterminé jusqu'à ce que la section de génération de signal indiquant l'état semi-activé 75 détermine que le capteur d'oxygène de grande plage 1 a atteint l'état semi-activé (c'est-à-dire jusqu'à ce qu'un signal indiquant l'état semi-activé soit entré dans la section de commande de courant 76. Entre-temps, le deuxième commutateur 63 qui sera décrit ultérieurement est commandé pour être mis à l'arrêt jusqu'à ce que le signal indiquant l'état semi-activé soit entré dans la section de commande de courant 76. En outre, le premier commutateur 61 est réglé pour être mis en marche après que le capteur d'oxygène de grande plage 1 a atteint l'état entièrement activé.

Après que le capteur d'oxygène de grande plage 1 a atteint l'état semiactivé, la section de commande de courant 76 exécute un processus de commutation du deuxième commutateur 63 de l'état hors service à l'état en service à chaque fois qu'un temps prédéterminé s'est écoulé. La commutation du deuxième commutateur 63 de l'état hors service à l'état en service à chaque fois qu'un temps prédéterminé s'est écoulé, est exécutée jusqu'à ce que le capteur d'oxygène de grande plage 1 atteigne l'état semi-activé.

Le signal fourni par la section de commande de courant 76 à la section de détection de tension 72 est un signal de cadencement correspondant à chaque instant auquel le premier commutateur 61 est mis en ou hors service. Le signal fourni par la section de commande de courant 76 à la section de détection de tension 31 est un signal de cadencement correspondant à l'instant auquel le deuxième commutateur 63 est commuté de l'état hors service à l'état en service.

La deuxième section de comparaison de tension 77 reçoit, comme entrée, la tension émise par la section de détection de tension 72 lorsque le premier commutateur 61 est en service et la compare avec la tension de référence ref2 (à cet égard le signal indiquant l'état semi-activé est émis comme un signal de validation de l'opération de comparaison). Le résultat de la comparaison est fourni à la section de sortie de résultat de mesure riche/appauvrie 78. La section de sortie de résultat de mesure riche/appauvrie 78 émet un signal indiquant si le rapport air/combustible des gaz d'échappement fourni au capteur d'oxygène de grande plage 1 est riche ou appauvri sur la base du résultat de la comparaison obtenu par la deuxième section de comparaison de tension 77. Cette sortie est utilisée pour un processus exécuté ensuite par la ECU 85, bien qu'il soit non représenté, de sorte qu'une quantité de combustible à fournir ensuite est réglée pour réaliser une commande à rétroaction du rapport air/combustible plus précoce ou accélérée. Entre-temps, étant donné que le premier commutateur 61 est maintenu dans un état de mise en service continu jusqu'à ce que le capteur d'oxygène de grande plage 1 atteigne l'état entièrement activé après avoir atteint l'état semi-activé, la deuxième section de comparaison de tension 77 compare la tension émise par la section de comparaison de tension 72 avec la tension de référence (deuxième tension de seuil) ref2, fournit le résultat de la comparaison à la section de sortie de résultat de mesure riche/appauvrie 78 et émet un signal indiquant si le rapport air/combustible des gaz d'échappement est riche ou appauvri à la ECU 85.

La section de détection de tension 31 détecte la tension (différence potentielle) produite entre la paire d'électrodes de la cellule de force électromotrice par l'intermédiaire du circuit de convertisseur A/N 71 lorsque le second commutateur 63 est en service, et la section de détection de valeur de résistance 32 détecte, sur la base de la tension, la valeur de résistance interne de la cellule de force électromotrice du capteur d'oxygène de grande plage 1. La section de comparaison de la valeur de résistance 33 détermine si la valeur de résistance interne de la cellule de force électromotrice, qui est détectée par la section de détection de valeur de résistance est plus basse qu'une valeur de résistance de seuil prédéterminée et fournit lorsqu'il a été déterminé que la valeur de la résistance interne de la cellule de force électromotrice est devenue plus basse que la valeur de résistance de seuil, un signal indiquant cela à la section de génération de signal indiquant l'état entièrement activé 34. La section de génération de signal indiquant l'état entièrement activé 34 émet un signal indiquant l'état entièrement activé.

Les figures 2A à 2C représentent une variation de la tension (Vs) produite par la cellule de force électromotrice au moment du démarrage du moteur à combustion interne et correspondant aux gaz à mesurer (gaz d'échappement) qui sont différents en ce qui concerne le rapport air/combustible (A/F). La variation cyclique dans la tension produite par la cellule de force électromotrice, qui est représentée dans les figures, est provoquée par la commutation marche/arrêt du premier commutateur 61. Dans ce cas, la commutation marche/arrêt du premier commutateur 61 est exécutée selon un facteur de marche de 50% et de 10 Hz.

La raison pour laquelle l'amplitude au commencement du démarrage (l'amplitude représente la tension différentielle pour le capteur d'oxygène de grande plage 1 lorsque la source de courant 41 fournissant le courant de la cellule de force électromotrice est en service ou hors service et est référencée comme tension différentielle dans la description avec référence à la figure 1) est grande et que le capteur d'oxygène de grande plage 1 se trouve à l'état non activé et la couche électrolytique solide 11 possède une valeur de résistance élevée. L'amplitude devient plus petite au fur et à mesure que les couches électrolytiques solides 11 et 15 sont chauffées pour que leur valeur de résistance devienne plus petite (c'est-à-dire avec un laps de temps).

La figure 3 représente la variation de tension dans la figure 2 par une valeur d'amplitude (A Vs). Comme représenté sur la figure 3, la diminution de la valeur d'amplitude avec un laps de temps est constante quelque soit la variation du rapport air/combustible. Par conséquent, quelque soit le rapport air/combustible des gaz à mesurer (gaz d'échappement), on peut connaître le degré d'activation de la couche électrolytique solide 11 en consultant l'amplitude avec un critère prédéterminé. Lorsque la valeur d'amplitude A Vs devient inférieure à 0, 05 V, il est établi que la couche électrolytique solide 11 a atteint l'état semi-activé. Cela correspond à ce que la tension de référence refl fournie à la section de comparaison de tension 74 dans le circuit de la figure 1 est de 0,05V. Comme représenté sur la figure 3, dans ce cas, le capteur d'oxygène de grande plage 1 a atteint l'état semi-activé en deux secondes après le démarrage du moteur à combustion interne.

Les figures 4A à 4C représentent la détermination riche/appauvrie en relation avec les variations de tension sur les figures 2A à 2C, et elles sont exactement identiques aux figures 2A à 2C excepté que les expressions écrites se rapportant à la détermination sont ajoutées.

Si, comme représenté sur la figure 3, le capteur d'oxygène de grande plage 1 a atteint l'état semi-activé en deux secondes après le démarrage du moteur à combustion interne, il peut alors être établi, en comparant la tension Vs produite par la cellule de force électromotrice, lorsque la cellule de force électromotrice reçoit un courant par la source de courant 41 de la cellule de force électromotrice, avec la tension de référence ref2, si le gaz d'échappement correspond à un rapport air/combustible riche ou un rapport air/combustible appauvri. Dans ce cas, la tension de référence ref2 est fixée à 0,45V. Ce faisant, on peut déterminer à partir de la tension Vs produite par la cellule de force électromotrice en deux secondes après le démarrage du moteur que le rapport air/combustible est riche, dans le cas des figures 4A et 4B, et appauvri dans le cas de la figure 4C. A cet égard, la tension de référence ref2 correspond à la tension ref2 fournie à la deuxième section de comparaison de tension 77 sur la figure 1.

La raison pour laquelle la tension de référence ref2 est fixée à 0,45V est que la tension de la cellule de force électromotrice est réglée pour être de 0,45V lorsque le capteur d'oxygène de grande plage 1 se trouve dans l'état entièrement activé. Cela a déjà été décrit ci-dessus. Bien que dans les deux secondes après le démarrage du moteur sur les figures 4A à 4C, une opération complète du capteur d'oxygène de grande plage 1 dans l'état entièrement activé (opération normale) n'a pas encore été obtenue, les figures montrent que la cellule de force électromotrice a produit des tensions correspondant aux gaz d'échappement respectifs par suite de la diffusion des gaz d'échappement dans la chambre de détection de gaz 19. Entre-temps, alors que le rapport air/combustible A/F=14,1 sur la figure 4B correspond à celui au ou adjacent au rapport air/combustible stoïchiométrique, le résultat de la détermination dans ce cas est riche. Il se peut qu'une telle détermination soit provoquée étant donné qu'on cherche à ce moment d'obtenir une sortie binaire de riche/appauvri.

La figure 5 représente l'influence du facteur de marche d'entraînement sur la variation de tension représentée sur la figure 2B. Le facteur de marche d'entraînement est un rapport d'un temps de travail pour mettre en service le premier commutateur 61 sur un temps total pour un cycle de commutation. Comme représenté sur la figure 5, il s'est avéré qu'en diminuant le facteur de marche d'entraînement à 25%, la tension Vs de la cellule de force électromotrice, qui a été émise dans l'ensemble, a été abaissée. Cependant, il s'est également avéré qu'un tel abaissement de la tension Vs n'avait pas d'influence sur la détermination de l'état semi- activé représenté sur la figure 3 et la détermination riche/appauvrie représentée sur la figure 4. Par conséquent, le facteur de marche d'entraînement n'est pas limité à 50% mais peut être réglé sélectivement à une valeur appropriée en procédant à un tel examen, comme décrit ci- dessus.

Alors que la structure et le fonctionnement du dispositif et du capteur d'oxygène de grande plage 1 ont été entièrement décrits dans ce qui précède, le traitement à exécuter, par exemple, après le circuit de convertisseur A/N 71 représenté sur la figure 1, est un traitement numérique et peut donc être, bien évidemment, un traitement de logiciel au moyen d'un microprocesseur. Dans un tel cas, une sélection peut être faite de telle sorte que le traitement par un microprocesseur est exécuté après le traitement par la section de détection de tension différentielle 73 et la deuxième section de comparaison de tension 77 ou après le traitement par la deuxième section de comparaison de tension 77 seulement.

La figure 6 est un organigramme du fonctionnement du dispositif de commande de capteur représenté sur la figure 1 dans le cas où l'ensemble du traitement après le circuit du convertisseur A/N 71 est exécuté par un traitement par logiciel par un microprocesseur. Dans ce cas, les structures décrites ci-dessus de la section de détection de tension 72, de la première section de comparaison de tension 74, de la section de génération de signal indiquant l'état semi-activé 78, de la section de détection de tension 31, de la section de détection de valeur de résistance 32, de la section de comparaison de valeur de résistance 33 et de la section de génération de signal indiquant l'état entièrement activé 34 sont réalisées par le mouvement obtenu par l'opération du logiciel du microprocesseur. Ci-après, le flux des opérations du dispositif de commande de capteur sera décrit.

Tout d'abord, à l'étape 81, le premier commutateur 61 est mis en service par la section de commande de courant 76 de sorte que le courant de lasource de courant 41 de la cellule de force électromotrice est fourni à la cellule de force électromotrice du capteur d'oxygène de grande plage 1 (c'est-à-dire que Icp est en service). A l'étape 82, sous cette condition, la tension Vs produite par la cellule de force électromotrice est détectée par la section de détection de tension 72, et la tension détectée est stockée dans une mémoire (non représentée).

Ensuite, à l'étape 83, le courant Icp est coupé par la section de commande de courant 76 après l'écoulement d'un temps prédéterminé (après l'écoulement de 50 msec dans le cas de la commutation selon un facteur de marche de 50% et de 10 Hz, comme décrit ci-dessus). A l'étape 84, la tension Vs produite par la cellule de force électromotrice dans un état de coupure est détectée. A l'étape 85, une tension différentielle A Vs entre la tension détectée Vs et la tension stockée décrite ci-dessus Vs est obtenue.

A l'étape 86, la tension différentielle A Vs ainsi obtenue est comparée avec la tension de référence refl. Si la tension différentielle A Vs n'est pas inférieure à la tension de référence refl, le programme avance à l'étape 87 où le courant Icp est à nouveau en service après l'écoulement du temps prédéterminé. Ensuite, le processus à partir de l'étape 82 est répété.

S'il s'avère lors de la comparaison à l'étape 86 que la tension différentielle est plus basse que la tension de référence, il est établi que le capteur d'oxygène de grande plage 1 a atteint l'état semi-activé, et le programme avance au processus suivant. Tout d'abord, à l'étape 88, le premier commutateur 61 est mis en service (c'est-à-dire que le courant Icp est en service). Ensuite, à l'étape 89, la tension stockée Vs est comparée avec la tension de référence ref2. Si la tension stockée Vs est plus basse que la tension de référence ref2, le programme avance à l'étape 90 où un signal indiquant appauvri est émis par la section d'émission 78 du résultat de la mesure riche/appauvrie. Si la tension stockée Vs n'est pas inférieure à la tension de référence ref2, le programme avance à l'étape 91 où un signal indiquant riche est émis par la section 78 émettant le résultat de la mesure riche/appauvrie.

Ensuite, à l'étape 92, l'horloge (non représentée) est démarrée. L'horloge est prévue pour produire un cadencement selon lequel un processus pour déterminer si le capteur d'oxygène de grande plage 1 a atteint l'état entièrement activé est exécuté. Par exemple, il peut s'agir d'une horloge de 100 msec. A l'étape 93, si l'écoulement d'un temps prédéterminé n'est pas détecté par l'horloge, le programme avance à l'étape 94 où la tension produite par la cellule de force électromotrice est détectée par la section de détection de tension 72, et la tension détectée est stockée dans la mémoire. Ensuite, le programme retourne à l'étape 89 pour exécuter le processus à partir de celle-ci d'une manière similaire à ce qui a été décrit ci-dessus. Dans le cas où le programme avance à l'étape 92 à nouveau après être retourné à l'étape 89, il n'y a pas d'exécution à l'étape 92 (c'est-à-dire une opération pour démarrer l'horloge est exécutée seulement pour la première fois).

Si l'horloge a détecté à l'étape 93 que le temps prédéterminé s'est écoulé, le programme avance au processus suivant pour mesurer la valeur de résistance interne de la cellule de force électromotrice du capteur d'oxygène de grande plage 1. Tout d'abord, à l'étape 95, la source de courant 62 pour détecter la résistance de la cellule de force électromotrice est reliée à la cellule de force électromotrice. La valeur de courant de la source de courant 62 pour la détection de la résistance de la cellule de force électromotrice est par exemple de 1,22 mA. A l'étape 96, sous cette condition, la tension Vs de la cellule de force électromotrice est détectée par la section de détection de tension 31 et la valeur de la résistance interne est obtenue à partir de la tension Vs. Ensuite, à l'étape 97, le deuxième commutateur 63 est mis hors service par la section de commande de courant 76 en vue d'une déconnection entre la source de courant 62 pour la détection de la résistance de la cellule de force électromotrice et la cellule de force électromotrice.

Maintenant, à l'étape 98, la valeur de résistance interne ainsi obtenue de la cellule de force électromotrice est comparée avec une valeur de résistance de seuil Rth. Si la valeur de résistance interne obtenue est plus basse que la valeur de résistance de seuil Rth, le programme avance à l'étape 99 où il est établi que le capteur d'oxygène de grande plage 1 a atteint l'état entièrement activé, et un signal indiquant cet état est émis par la section de détection de tension 31. Ce faisant, le processus est terminé. Entre-temps, la valeur de résistance de seuil Rth peut être réglée à 22052, par exemple.

S'il est établi à l'étape 98 que la valeur de résistance interne de la cellule de force électromotrice n'est pas inférieure à la valeur de résistance de seuil Rth, le programme avance à l'étape 100 où l'horloge est redémarrée pour obtenir le cadencement pour la prochaine mesure de la valeur de résistance, et le processus à partir de l'étape 93 est à nouveau exécuté. Après que le capteur d'oxygène de grande plage 1 a atteint l'état entièrement activé, le circuit de commande PID 44 et l'amplificateur 46 représenté sur la figure 1 sont entraînés pour exécuter une commande à rétroaction complète du rapport air/combustible au moyen d'un signal de sortie du circuit de détection 50 du courant de la cellule de pompe, comme cela a déjà été décrit. Lorsque le capteur d'oxygène de grande plage 1 se trouve dans l'état semi-activé avant d'atteindre l'état entièrement activé, une commande à rétroaction du rapport air/combustible du moteur à combustion interne est exécutée sur la base de la sortie de la section d'émission 78 du résultat de mesure riche/appauvri.

Entre-temps, alors que dans l'organigramme du fonctionnement du dispositif de commande de capteur, une structure a été représentée et décrite dans laquelle un signal indiquant si le rapport air/carburant des gaz d'échappement est riche ou appauvri est émise sur la base du résultat de la comparaison entre la tension détectée lorsque le courant Icp est en service et la tension de référence ref2, cela n'a pas été fait dans un but de limitation. Par exemple, l'organigramme peut être modifié de telle sorte qu'un signal indiquant si le rapport air/carburant des gaz d'échappement est riche ou appauvri est émise sur la base du résultat de la comparaison entre la tension Vs détectée lorsque le courant Icp est coupé et la tension de référence ref2. Plus spécifiquement, l'organigramme peut être modifié de manière à remplacer l'étape 82 et l'étape 84 l'une par l'autre, à annuler le traitement de l'étape 88, à introduire une étape pour mettre en service le premier commutateur 61 après une détermination affirmative à l'étape 98 et à permettre ensuite à la commande d'avancer à l'étape 99.

Le contenu entier de la demande de brevet japonais P2005-264879, déposée le 13 Septembre 2005 fait partie de la technique à laquelle on peut se référer.

Bien que l'invention ait été décrite ci-dessus en se référant à un certain mode de réalisation de l'invention, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit ci-dessus. Des modifications et variations du mode de réalisation décrit ci-dessus viendront à l'esprit de l'homme de l'art, à la lumière des enseignements ci-dessus. L'étendue de l'invention est définie avec référence aux revendications suivantes.

Claims (12)

Revendications

1. Dispositif de commande de capteur, caractérisé en ce qu'il comprend: un capteur (1) du rapport air/combustible comportant une cellule de capteur avec une paire d'électrodes (12, 13) sur les côtés opposés d'un électrolyte solide (11) et apte à détecter une concentration d'un composant de gaz particulier des gaz d'échappement émis par un moteur à combustion interne; une source de courant (41) apte à fournir un courant prédéterminé (Icp) entre la paire d'électrodes (12, 13) ; une section de commande de courant (76) qui met 15 en/hors service la source de courant (41) selon un cycle prédéterminé ; une section de détection de tension (72) qui détecte les tensions produites entre les deux électrodes (12, 13) à des temps respectifs lorsque la source de 20 courant (41) est mise en et hors service; une section de détection de tension différentielle (73) qui détecte une tension différentielle (AVs) entre les tensions qui sont produites aux instants respectifs auxquels la source de courant (41) est mise en et hors service et détectées par la section de détection de tension (72) ; une première section de comparaison de tension (74) qui compare la tension différentielle (AVs) avec une première tension de seuil (refl) ; et une section de détermination d'état semi-activé (75) qui détermine que la cellule de capteur a atteint un état semi-activé qui permet au capteur de rapport air/combustible (1) de mesurer si un rapport air/combustible des gaz d'échappement est riche ou appauvri sur la base d'une sortie de la cellule de capteur, lorsque la tension différentielle (AVs) est plus basse que la première tension de seuil (refl).

2. Dispositif de commande de capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une seconde section de comparaison de tension (77) qui compare, lorsqu'il a été établi par la section de détermination (75) de l'état semi-activé que la cellule de capteur a atteint l'état semi-activé, la tension (Vs) entre les deux électrodes (12, 13), qui a été détectée par la section de détection de tension (72) lorsque la source de courant (41) est en ou hors service, avec une deuxième tension de seuil (ref2) et une section d'émission de résultat de mesure riche/appauvri (78) qui émet un signal qui indique si le rapport air/combustible des gaz d'échappement est riche ou appauvri sur la base du résultat de la comparaison par la deuxième section de comparaison de tension (77).

3. Dispositif de commande de capteur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une section de détermination (33) de l'état entièrement activé qui détermine si la cellule de capteur a atteint l'état entièrement activé sur la base d'une information différente de la tension différentielle (AVs) après qu'il a été déterminé par la section de détermination (75) de l'état semi-activé que la cellule de capteur a atteint l'état semi-activé.

4. Dispositif de commande de capteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la section de détermination (33) de l'état entièrement activé utilise une valeur de résistance interne de la cellule de capteur comme information précitée.

5. Dispositif de commande de capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une section de détection de valeur de résistance (32) qui détecte la valeur de résistance interne de la cellule de capteur, où la section de détection (33) de l'état entièrement activé compare la valeur de résistance interne de la cellule de capteur, compare la valeur de résistance interne de la cellule de capteur avec une valeur de seuil (Rth) et détermine que la cellule de capteur a atteint l'état entièrement activé lorsque la valeur de résistance interne est plus basse que la valeur de seuil (Rth).

6. Dispositif de commande de capteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le capteur (1) du rapport d'air/combustible comprend en outre une cellule de pompe comportant une paire d'électrodes (16, 17) sur les côtés opposés d'un électrolyte solide (15), l'une (13, 17) des électrodes de chacune de la cellule de pompe et cellule de capteur faisant face à une chambre de détection de gaz creuse (19) dans laquelle les gaz d'échappement sont introduits, l'une (12) des électrodes de la cellule de capteur, qui est positionnée sur le côté opposé à la chambre de détection de gaz (19), étant une électrode de référence fermée vers l'extérieur, le dispositif de commande de capteur comprenant en outre une section de commande qui fournit le courant prédéterminé (Icp) de la source de courant (41) à la cellule de capteur dans la direction pour pomper l'oxygène hors de la chambre de détection de gaz (19) vers l'électrode de référence (12) pour permettre ainsi à l'électrode de référence de fonctionner comme source d'oxygène de référence interne.

7. Procédé de commande de capteur pour commander un capteur de rapport air/combustible (1) comportant une cellule de capteur avec une paire d'électrodes (12, 13) sur les côtés opposés d'un électrolyte solide (11) et apte à détecter une concentration d'un composant de gaz particulier d'un gaz d'échappement émis par un moteur à combustion interne, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : fournir un courant prédéterminé (Icp) d'une source de courant (41) entre la paire d'électrodes (12, 13) tout en mettant en/hors service la source de courant (41) selon un cycle prédéterminé ; détecter des tensions produites entre la paire d'électrodes (12, 13) à des instants respectifs auxquels la source de courant (41) est mise en et hors service; détecter une tension différentielle entre les tensions qui sont produites aux instants respectifs auxquels la source de courant est mise en et hors service est détectée par l'étape de détection; comparer la tension différentielle (AVs) avec une première tension de seuil (refl) ; et déterminer que la cellule de capteur a atteint un état semi-activé qui permet au capteur de rapport air/combustible (1) de mesurer si un rapport air/combustible des gaz d'échappement est riche ou appauvri sur la base d'une sortie de la cellule de capteur lorsque la tension différentielle (AVs) est plus basse que la première tension de seuil (refl).

8. Procédé de commande de capteur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes consistant à : comparer, lorsqu'il a été déterminé à l'étape de détermination que la cellule de capteur a atteint l'état semi-activé, une tension produite entre les deux électrodes (12, 13) lorsque la source de courant (41) est en service, avec une deuxième tension de seuil (ref2) ; et émettre un signal indiquant si le rapport air/combustible des gaz d'échappement est riche ou appauvri, sur la base du résultat de la comparaison à l'étape de comparaison de la tension entre les deux électrodes (12, 13) avec la deuxième tension de seuil (ref2).

9. Procédé de commande de capteur selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à déterminer si la cellule de capteur a atteint un état entièrement activé sur la base d'une information différente de la tension différentielle (AVs) après qu'il a été déterminé à l'étape de détermination que la cellule de capteur a atteint l'état semi-activé.

10. Procédé de commande de capteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étape consistant à déterminer si la cellule de capteur a atteint l'état entièrement activé comprend l'utilisation d'une valeur de résistance interne de la cellule de capteur comme information précitée.

11. Procédé de commande de capteur selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape consistant à détecter une valeur de résistance interne de la cellule de capteur, où l'étape consistant à déterminer si la cellule de capteur a atteint l'état entièrement activé comprend la comparaison de la valeur de résistance interne de la cellule de capteur avec une valeur de seuil (Rth) et la détermination que la cellule de capteur a atteint l'état entièrement activé lorsque la valeur de résistance interne est plus basse que la valeur de seuil (Rth).

12. Procédé de commande de capteur selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que le capteur du rapport air/combustible comprend en outre une cellule de pompe ayant une paire d'électrodes (16, 17) sur les côtés opposés d'un électrolyte solide (15), l'une (13, 17) des électrodes de chacune de la cellule de pompe et de la cellule de capteur faisant face à une chambre de détection de gaz creuse (19) dans laquelle les gaz d'échappement sont introduits, l'une (12) des électrodes de la cellule de capteur, qui est positionnée sur le côté opposé à la chambre de détection de gaz, étant une électrode de référence fermée vers l'extérieur, le dispositif de commande de capteur comprenant en outre une section de commande qui fournit le courant prédéterminé (Icp) de la source de courant (41) à la cellule de capteur dans la direction pour pomper l'oxygène hors de la chambre de détection de gaz (19) vers l'électrode de référence (12) pour permettre ainsi à l'électrode de référence de fonctionner comme une source d'oxygène de référence interne.