DE19622625A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Diagnostizieren einer Verschlechterung oder einer Funktionsstörung eines Sauerstoffsensors - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vor­ richtung und auf ein Verfahren zum Diagnostizieren der Verschlechterung eines Sauerstoffsensors eines Begren­ zungsstromtyps. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Verfahren zum Diagnostizieren einer Funktionsstörung eines Sauerstoffsensors eines Begren­ zungsstromtyps.

Vor kurzem wurde ein Sauerstoffsensor eines Begren­ zungsstromtyps eingeführt, welcher linear ein Luftkraft­ stoffverhältnis in einem Verbrennungsgas, welches bei­ spielsweise in einem Kfz-Motor vorkommt, entsprechend ei­ ner Sauerstoffkonzentration eines Verbrennungsgases er­ faßt. Bei diesem Sauerstoffsensor eines Begrenzungs­ stromtyps wird ein Begrenzungsstrom eines konstanten Werts in einem bestimmten Bereich einer dem Sauerstoffsensor zu­ geführten Spannung ausgegeben, und der konstante Wert des Begrenzungsstroms ändert sich proportional zu einer Sauer­ stoffkonzentration. Daher kann in Fällen, bei welchen der Sauerstoffsensor eines Begrenzungsstromtyps für ein Luft­ kraftstoffverhältnissteuersystem des Kfz-Motors verwendet wird, ein Luftkraftstoffverhältnis in einem Verbrennungs­ gas entsprechend einem Wert des von dem Sauerstoffsensor eines Begrenzungsstromtyps ausgegebenen Begrenzungsstroms bestimmt werden.

Ebenfalls wird eine Technik zum genauen Erfassen eines Grads der Verschlechterung des Sauerstoffsensors verlangt, welcher sich mit der Zeit verändert. Als eine derartige Technik wird ein Verfahren zum Erfassen der Verschlechte­ rung eines Abgasdichtesensors beispielsweise in der veröf­ fentlichten nichtgeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 4-233447 von 1992 offenbart. Bei dieser Anmeldung wird ein innerer Widerstands eines Sauerstoffsensors aus einem Aus­ gangsstrom (oder einem Begrenzungsstrom) des Sauerstoffsen­ sors berechnet, welcher erlangt wird, wenn dem Sauer­ stoffsensor eine Spannung eingespeist wird, und es wird diagnostiziert, daß sich der Sauerstoffsensor verschlech­ tert hat, wenn der Wert des inneren Widerstands erhöht ist.

Ebenfalls wird eine Technik zum genauen Erfassen einer Funktionsstörung des Sauerstoffsensors verlangt. Als eine derartige Technik wird ein Diagnostikverfahren zur Selbst­ diagnostik der Verschlechterung eines Sauerstoffsensors beispielsweise in der veröffentlichten nichtgeprüften ja­ panischen Patentanmeldung Nr. 1-262460 von 1991 offenbart. Bei dieser Anmeldung verändert sich allmählich eine ange­ legte Spannung in einem Flachheitsgebiet (oder einem Be­ grenzungsstromerzeugungsgebiet), welches entsprechend ei­ ner Spannungsstromcharakteristik des Sauerstoffsensors de­ finiert ist, und der Grad der Verschlechterung des Sauer­ stoffsensors wird entsprechend einem Reduzierungsgrad ei­ nes Begrenzungsstroms diagnostiziert.

Es wird jedoch in der Anmeldung Nr. 4-233447 verlangt, die Temperatur einer festen Elektrolytschicht des Sauer­ stoffsensors auf einer vorgeschriebenen aktiven Temperatur (beispielsweise 650°C) zum Zwecke des Erfassens des Be­ grenzungsstroms mit einer hohen Genauigkeit zu halten. Da­ her ist ein Erhitzer bzw. Heizgerät in dem Sauerstoffsen­ sor angeordnet, und es wird ein dem Erhitzer eingespeister elektrischer Strom gesteuert, um die Temperatur der festen Elektrolytschicht des Sauerstoffsensors zu halten. In die­ sem Fall wird der innere Widerstand auf einem konstanten Wert gehalten, obwohl sogar der Sauerstoffsensor sich ver­ schlechtert hat, so daß der innere Widerstand sich erhöht hat, da der Wert des dem Erhitzer eingespeisten elektri­ schen Stroms zur Kompensierung der Erhöhung des inneren Widerstands erhöht wurde. Es besteht daher der Nachteil, daß eine Verschlechterungsdiagnostik bezüglich des Sauer­ stoffsensors nicht durchgeführt werden kann, obwohl sich der Sauerstoffsensor tatsächlich verschlechtert hat.

Ebenfalls kann bei der Anmeldung Nr. 1-262460 eine Funktionsstörung des Sauerstoffsensors nicht erfaßt wer­ den, wenn eine Funktionsstörung des Sauerstoffsensors auf­ tritt und sich ein Ausgangssignal des Sensors wegen einer Unterbrechung oder dergleichen nicht verändert. Das heißt bei dem Diagnostikverfahren der Anmeldung liegt in Fällen, bei welchen der Sensorausgang wegen des Auftretens einer Unterbrechungsfunktionsstörung auf 0 mA gehalten wird, die Wahrscheinlichkeit vor, daß der Sauerstoffsensor irrtüm­ lich als sich in einem Normalzustand befindend einge­ schätzt wird. Ebenfalls kann in Fällen, bei welchen der Sauerstoffsensor als sich in einem Zustand einer Unterbre­ chungsfunktionsstörung befindend beurteilt wird, wenn der Sensorausgang (oder der Begrenzungsstrom) auf 0 mA gehal­ ten wird, da der Sensorausgang (oder der Begrenzungsstrom) bei einem idealen Luftkraftstoffverhältnis auf 0 mA gehal­ ten wird, während der Sauerstoffsensor normal arbeitet, eine Funktionsstörungsbeurteilung nicht zuverlässig durch­ geführt werden, wenn lediglich der Sensorausgang beurteilt wird.

Ein Beispiel wird unter Bezugnahme auf Fig. 22A und 22B beschrieben. Fig. 22A und 22B stellen je­ weils einen Funktionsstörungszustand eines Sauerstoffsen­ sors dar. Wenn ein Bauelementebruch des Sauerstoffsensors auftritt oder ein Kabelsatz unterbrochen wird, tritt eine Funktionsstörung des Sauerstoffsensors auf. In diesem Fall stimmt wie in Fig. 22A dargestellt eine Kennlinie L6, welche eine Spannungsstromcharakteristik des Sauer­ stoffsensors anzeigt, mit der Linie eines Sensorstroms von Is = 0 überein. Ebenfalls erhöht sich, wenn ein Steckver­ binder, welcher elektrisch mit einem Sauerstoffsensor ver­ bunden ist, abgetrennt wird oder Rost in einer Verbin­ dungsleitung des Steckverbinders auftritt, der Leitungswi­ derstand des Steckverbinders von 100 auf 200 kΩ, obwohl der Leitungswiderstand normalerweise 1 Ω beträgt, und es tritt in dem Steckverbinder ein Leitungsdefekt auf. In diesem Fall stimmt wie in Fig. 22B dargestellt die Kenn­ linie L7, welche die Spannungsstromcharakteristik des Sau­ erstoffsensors anzeigt, nahezu mit der Linie eines Sensor­ stroms von Is = 0 überein. D.h. wegen der Funktionsstörung des Steckverbinders fließt kaum ein Sensorstrom.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Be­ rücksichtigung der Nachteile eines herkömmlichen Ver­ schlechterungsdiagnostikverfahrens eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Diagnostik einer Verschlechterung eines Sauerstoffsensors vorzusehen, bei welchem eine Verschlech­ terungsdiagnostik bezüglich eines Sauerstoffsensors mit einer hohen Genauigkeit durchgeführt wird, obwohl sogar ein Wert eines elektrischen Stroms, welcher einem Erhitzer des Sauerstoffsensors eingespeist wird, derart gesteuert wird, daß ein innerer Widerstand des Sauerstoffsensors auf einem konstanten Wert gehalten wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, des weite­ ren ein Verfahren zum Diagnostizieren einer Funktionsstö­ rung eines Sauerstoffsensors vorzusehen, bei welchem eine Funktionsstörung eines Sauerstoffsensors eines Begren­ zungsstromtyps leicht mit hoher Genauigkeit diagnostiziert wird.

Die Aufgabe wird durch Bereitstellen eines Verfahrens (entsprechend Anspruch 1) zum Diagnostizieren einer Ver­ schlechterung eines Sauerstoffsensors gelöst, welcher ei­ nen Begrenzungsstrom entsprechend einer Sauerstoffkonzen­ tration in Übereinstimmung mit einer Spannungsstromcharak­ teristik durch Aufbringen einer in einem Begrenzungsstrom­ erzeugungsgebiet gelegenen Abfragespannung ausgibt, mit den Schritten:
Ändern der Abfragespannung, welche an den Sauer­ stoffsensor angelegt ist, von einer ersten Abfragespannung auf eine zweite Abfragespannung, welche außerhalb des Be­ grenzungsstromerzeugungsgebiets gelegen ist, zur Ausgabe eines Abfragestroms mit einer Stromspitze von dem Sauer­ stoffsensor;
Erfassen eines Spitzenstromwerts des von dem Sauer­ stoffsensor ausgebenen Abfragestroms;
Beurteilen, ob der Spitzenstromwert des Abfragestroms innerhalb eines Normalbereichs liegt; und
Diagnostizieren, daß der Sauerstoffsensor sich ver­ schlechtert hat, in Fällen, bei welchen beurteilt wird, daß sich der Spitzenstromwert des Abfragestroms nicht in­ nerhalb des normalen Bereichs befindet.

Entsprechend der obigen Schritte wird bei einem Sauer­ stoffsensor des Begrenzungsstromtyps beispielsweise in Fällen, bei welchen die an den Sauerstoffsensor angelegte Abfragespannung von einer ersten Abfragespannung mit einem positiven Wert auf eine zweite Abfragespannung mit einem negativen Wert geändert wird, ein (als Spitzenstrom be­ zeichneter) Sensorstrom, welcher eine Stromspitze in Rich­ tung eines negativen Werts besitzt, erzeugt. Im Gegensatz dazu wird in Fällen, bei welchen eine an den Sauer­ stoffsensor angelegte Abfragespannung von einer zweiten Abfragespannung mit einem negativen Wert auf eine erste Abfragespannung mit einem positiven Wert geändert wird, ein (als Spitzenstrom bezeichneter) Sensorstrom erzeugt, welcher eine Stromspitze in Richtung eines positiven Werts besitzt. Da der Wert des Spitzenstroms (welcher als Spit­ zenstromwert bezeichnet wird) dem Verschlechterungsgrad des Sauerstoffsensors entspricht, kann in diesem Fall die Verschlechterung des Sauerstoffsensors mit hoher Genauig­ keit diagnostiziert werden.

Der Grund dafür, daß der Spitzenstromwert dem Ver­ schlechterungsgrad des Sauerstoffsensors entspricht, wird detailliert beschrieben. Die elektrische Funktion des Sau­ erstoffsensors des Begrenzungsstromtyps wird beispielswei­ se durch die in Fig. 12A dargestellte äquivalente Schal­ tung angezeigt. Dabei bezeichnet das Bezugszeichen Rb ei­ nen inneren Widerstand einer festen Elektrolytschicht des Sauerstoffsensors in einem Widerstandsregulierungsgebiet außerhalb des Begrenzungsstromerzeugungsgebiets, Bezugs­ zeichen Rd bezeichnet einen Widerstand an einer Grenz­ schicht zwischen der festen Elektrolytschicht und einer Elektrode in dem Begrenzungsstromerzeugungsgebiet, und Be­ zugszeichen Cd bezeichnet eine Kapazität der Grenzschicht. Wenn in diesem Fall in der Elektrode vorkommende Poren ei­ nem Druck ausgesetzt werden und wegen der Verschlechterung des Sauerstoffsensors brechen, erhöht sich der Widerstand Rd. In Fällen jedoch, bei welchen ein Gesamtwiderstand Zdc = Rb + Rd des Sauerstoffsensors rückgekoppelt wird, um auf einen Sollwert eingestellt zu werden, verringert sich der Widerstand Rb, um das Erhöhen des Widerstands Rd zu kom­ pensieren. Da ein Strompfad, welcher den Widerstand Rb und den Kondensator Cd verbindet, unmittelbar nach der Ände­ rung der Abfragespannung erzeugt wird, erhöht sich daher die Änderung eines Spitzenstromwerts. Als Ergebnis über­ schreitet der Spitzenstromwert in Fällen, bei welchen sich der Sauerstoffsensor etwas verschlechtert hat, einen Ver­ schlechterungsbeurteilungsbereich, und es wird die Beur­ teilung durchgeführt, daß sich der Sauerstoffsensor ver­ schlechtert hat. Wenn beispielsweise sich die Abfragespan­ nung von der ersten Abfragespannung mit einem positiven Wert Vp auf die zweite Abfragespannung mit einem negativen Wert Vn geändert hat, wird der Spitzenstromwert Io wie folgt erzielt.

Io = Ip - (Vp - Vn)/Rb

Dementsprechend kann die Verschlechterung des Sauer­ stoffsensors mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.

Es ist ebenfalls möglich, daß der Schritt des Beurtei­ lens, ob der Spitzenstromwert des Abfragestroms innerhalb eine Normalbereichs liegt, die Schritte aufweist:
eine vorgeschriebene Zeit Abwarten, bis der von dem Sauerstoffsensor aus gegebene Abfragestrom auf einen Kon­ vergenzstromwert konvergiert ist;
Erfassen des Konvergenzstromwerts des Abfragestroms;
unterschiedliches Bestimmen des normalen Bereichs in Abhängigkeit des Konvergenzstromwerts; und
Beurteilen, ob der Spitzenstromwert des Abfragestroms in einem normalen Bereich liegt, in Abhängigkeit des Kon­ vergenzstromwerts.

Da sich der Sauerstoffsensor allmählich verschlech­ tert, erhöht sich bei den obigen Schritten der Widerstand Rd, es erhöht sich ein Gesamtwiderstand Zdc = Rb + Rd des Sauerstoffsensors, wenn der Gesamtwiderstand Zdc nicht auf einen konstanten Wert gesteuert wird, und es verrin­ gert sich der Konvergenzstromwert des Abfragestroms. Da der normale Bereich in Abhängigkeit des Konvergenzstrom­ werts unterschiedlich bestimmt wird, kann daher die Dia­ gnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.

Es ist ebenfalls möglich, daß der Schritt des Beurtei­ lens, ob der Spitzenstromwert des Abfragestroms innerhalb eines normalen Bereichs liegt, folgende Schritte aufweist: eine vorgeschriebene Zeit Abwarten, bis der von dem Sauerstoffsensor ausgegebene Abfragestromausgang auf einen Konvergenzstromwert konvergiert ist;
Erfassen des Konvergenzstromwerts des Abfragestroms;
Bestimmen eines Verschlechterungsgebiets und eines normalen Gebiets, welche durch eine Verschlechterungsbeur­ teilungslinie unterteilt sind, welche sich in einem Be­ reich erstreckt, welcher durch den Spitzenstromwert und den Konvergenzstromwert definiert ist, unter der Bedin­ gung, daß eine Änderung eines Absolutwerts des Spitzen­ stromwerts größer als eine andere Änderung eines Absolut­ werts des Konvergenzstromwerts ist;
Betrachten des normalen Gebiets als den normalen Be­ reich; und
Beurteilen, ob der Spitzenstromwert des Abfragestroms innerhalb des normalen Bereichs liegt, in Abhängigkeit des Konvergenzstromwerts.

Da sich der Sauerstoffsensor allmählich verschlech­ tert, erhöht sich bei den obigen Schritten ein Gesamtwi­ derstand Zdc = Rb + Rd des Sauerstoffsensors, wenn der Gesamtwiderstand Zdc nicht auf einen konstanten Wert ge­ steuert wird, und es verringert sich der Konvergenzstrom­ wert des Abfragestroms. In diesem Fall ist eine Änderung eines Absolutwerts des Spitzenstromwerts größer als eine andere Änderung eines Absolutwerts des Konvergenzstrom­ werts. Da ein durch den Spitzenstromwert und den Konver­ genzstromwert definierter Bereich durch eine Verschlechte­ rungsbeurteilungslinie in ein Verschlechterungsgebiet und ein normales Gebiet unter der Bedingung unterteilt ist, daß eine Änderung eines Absolutwerts eines Spitzenstrom­ werts größer als eine andere Änderung eines absoluten Werts des Konvergenzstromwerts ist, kann die Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors mit hoher Genauig­ keit durchgeführt werden.

Es ist ebenfalls möglich, daß der Schritt des Beurtei­ lens, ob der Spitzenstromwert des Abfragestroms innerhalb eines normalen Bereichs liegt, die Schritte aufweist:
Erfassen eines inneren Widerstands des Sauerstoffsen­ sors;
Bestimmen des normalen Bereichs in Abhängigkeit des inneren Widerstands des Sauerstoffsensors; und
Beurteilen, ob der Spitzenstromwert des Abfragestroms innerhalb des normalen Bereichs liegt, in Abhängigkeit des inneren Widerstands.

Da bei den obigen Schritten der innere Widerstand Zdc des Sauerstoffsensors und der Konvergenzstromwert In der Beziehung Zdc = Vn/In genügt, obwohl sogar der innere Widerstand Zdc anstelle des Konvergenzstromwerts In ver­ wendet wird, kann die Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors mit hoher Genauigkeit durchgeführt wer­ den.

Es ist ebenfalls möglich, daß der Schritt des Beurtei­ lens, ob der Spitzenstromwert des Abfragestroms innerhalb eines normalen Bereichs liegt, die folgenden Schritte auf­ weist:
Erfassen eines inneren Widerstands des Sauerstoffsen­ sors;
Bestimmen eines Verschlechterungsgebiets und eines normalen Gebiets, welche durch eine Verschlechterungsbeur­ teilungslinie unterteilt sind, welche sich in einem Be­ reich erstreckt, der durch den Spitzenstromwert und den inneren Widerstand definiert ist, unter der Bedingung, daß eine Änderung eines Absolutwerts des Spitzenstromwerts kleiner wird, wenn der innere Widerstand größer wird;
Betrachten des normalen Gebiets als den normalen Be­ reich; und
Beurteilen, ob der Spitzenstromwert des Abfragestroms innerhalb des normalen Bereichs liegt, in Abhängigkeit von dem inneren Widerstand.

Da bei den obigen Schritten der Sauerstoffsensor sich allmählich verschlechtert, erhöht sich ein Gesamtwider­ stand Zdc = Rb + Rd des Sauerstoffsensors, wenn der Gesamtwiderstand Zdc nicht auf einen konstanten Wert ge­ steuert wird. Da sich der Sauerstoffsensor allmählich ver­ schlechtert, wird in diesem Fall eine Änderung eines Abso­ lutwerts des Spitzenstromwerts kleiner. Da ein durch den Spitzenstromwert und den inneren Widerstand definierter Bereich durch eine Verschlechterungsbeurteilungslinie in ein Verschlechterungsgebiet und ein normales Gebiet unter der Bedingung unterteilt ist, daß eine Änderung eines Ab­ solutwerts des Spitzenstromwerts kleiner wird, wenn der innere Widerstand größer wird, kann die Diagnose der Ver­ schlechterung des Sauerstoffsensors mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls durch Vorsehen einer Vorrichtung zur Diagnostizierung der Verschlechterung eines Sauerstoffsensors erzielt, welcher einen Begrenzungsstrom entsprechend einer Sauerstoffkon­ zentration in Übereinstimmung mit einer Spannungsstromcha­ rakteristik durch Anlegen einer Abfragespannung ausgibt, welche in einem Begrenzungsstromerzeugungsgebiet gelegen ist, mit:
einer Spannungsänderungseinrichtung zum Ändern der an den Sauerstoffsensor angelegten Abfragespannung von einer ersten Abfragespannung auf eine zweite Abfragespannung, welche außerhalb des Begrenzungsstromerzeugungsgebiets ge­ legen ist;
einer Stromänderungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Änderung des Sensorstromausgangs von dem Sauer­ stoffsensor, an welchen die zweite Abfragespannung durch die Spannungsänderungseinrichtung angelegt wird, und zum Erfassen eines Spitzenstromwerts des Abfragestroms;
einer Verschlechterungsdiagnoseeinrichtung zum Diagno­ stizieren einer Verschlechterung des Sauerstoffsensors entsprechend dem von der Stromänderungserfassungseinrich­ tung erfaßten Spitzenstromwert durch Beurteilen, ob der Spitzenstromwert des Abfragestroms innerhalb eines norma­ len Bereichs liegt;
einer Verschlechterungsbeurteilungseinrichtung zum Be­ urteilen bzw. Entscheiden daß der Sauerstoffsensor sich verschlechtert hat, in Fällen, bei welchen von der Ver­ schlechterungsdiagnoseeinrichtung beurteilt bzw. entschie­ den wird, daß der Spitzenstromwert des Abfragestroms nicht innerhalb des normalen Bereichs liegt, und zum Ausgeben eines Verschlechterungsbeurteilungssignals; und
einer Alarmierungseinrichtung zum Anzeigen der Ver­ schlechterung des Sauerstoffsensors entsprechend dem von der Verschlechterungsbeurteilungseinrichtung ausgegebenen Verschlechterungsbeurteilungssignal.

Wenn bei der obigen Konfiguration ein Abfragestrom von der Stromänderungserfassungseinrichtung erfaßt wird, gera­ de nachdem eine durch die Spannungsänderungseinrichtung geänderte Abfragespannung an den Sauerstoffsensor angelegt worden ist, wird ein Spitzenstromwert des Abfragestroms erfaßt, da eine Stromspitze in dem Sensorstrom vorhanden ist. Danach wird in den Fällen, bei welchen der Spitzen­ stromwert des Abfragestroms innerhalb eines normalen Be­ reichs liegt, wenn die Verschlechterung des Sauerstoffsen­ sors von der Verschlechterungsdiagnoseeinrichtung entspre­ chend dem Spitzenstromwert diagnostiziert wird, von der Verschlechterungsbeurteilungseinrichtung beurteilt, daß sich der Sauerstoffsensor verschlechtert hat, und die Ver­ schlechterung des Sauerstoffsensors wird von der Alarmie­ rungseinrichtung angezeigt, um einen Fahrer über die Ver­ schlechterung des Sauerstoffsensors zu informieren.

Dementsprechend kann die Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden, und es kann der Fahrer darüber informiert werden, daß sich der Sauerstoffsensor verschlechtert hat.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird des weite­ ren durch Vorsehen eines Verfahrens zur Diagnostizierung einer Funktionsstörung eines Sauerstoffsensors gelöst, welcher einen Begrenzungsstrom entsprechend einer Sauer­ stoffkonzentration in Übereinstimmung mit einer Spannungs­ stromcharakteristik durch Anlegen einer Abfragespannung ausgibt, welche in einem Begrenzungsstromerzeugungsgebiet gelegen ist, mit den Schritten:
Festlegen einer bestimmten Abfragespannung auf einen positiven oder negativen Wert außerhalb des Begrenzungs­ stromerzeugungsgebiets;
Anlegen der bestimmten Abfragespannung an den Sauer­ stoffsensor;
Erfassen eines bestimmten Abfragestromausgangs von dem Sauerstoffsensor;
Beurteilen, ob ein Wert des bestimmten Abfragestroms innerhalb eines gewünschten Stromwertbereichs liegt; und
Ausgeben einer Information bezüglich einer Funktions­ störung des Sauerstoffsensors in Fällen, bei welchen der Wert des bestimmten Abfragestroms nicht innerhalb des ge­ wünschten Stromwertbereichs liegt.

Wenn bei den obigen Schritten eine Funktionsstörung bei dem Sauerstoffsensor vorliegt, unterscheidet sich ein aktueller Wert eines von dem Sauerstoffsensor ausgegebenen Sensorstroms von einem gewünschten Wert, welcher entspre­ chend der Spannungsstromcharakteristik erwartet wird. Wenn eine auf einen positiven oder negativen Wert außerhalb des Begrenzungsstromerzeugungsgebiets festgelegte bestimmte Abfragespannung an den Sauerstoffsensor angelegt wird, ist insbesondere ein gewünschter Wert des Sensorstroms, wel­ cher entsprechend der Spannungsstromcharakteristik erwar­ tet wird, unabhängig von der von dem Sauerstoffsensor er­ faßten Sauerstoffkonzentration stets positiv oder negativ. Daher kann eine Funktionsstörungsdiagnose bezüglich des Sauerstoffsensors leicht mit hoher Genauigkeit durch Beur­ teilen durchgeführt werden, ob ein Wert des bestimmten Ab­ fragestroms innerhalb eines gewünschten Stromwertsbereichs liegt.

Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Kombination eines Blockschaltungs­ diagramms einer Luftkraftstoffverhältniserfas­ sungsvorrichtung entsprechend einer ersten, zweiten und dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht des in Fig. 1 dargestellten Sauerstoffsensors;

Fig. 3 zeigt eine Spannungsstromcharakteristik des Sauerstoffsensors;

Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm eines von einer in Fig. 1 dargestellten CPU durchgeführten Hauptprogramms;

Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm eines von der CPU ent­ sprechend der ersten Ausführungsform durchgeführten Luft­ kraftstoffverhältniserfassungsprogramms;

Fig. 6 zeigt ein Flußdiagramm eines von der CPU 22 entsprechend der ersten Ausführungsform durchgeführten Programms zur Erfassung des inneren Widerstands;

Fig. 7 zeigt ein Flußdiagramm eines von der CPU ent­ sprechend der ersten Ausführungsform ausgeführten Heizge­ rätsteuerprogramms;

Fig. 8 zeigt ein Flußdiagramm eines von der CPU ent­ sprechend der ersten Ausführungsform ausgeführten Sensor­ verschlechterungsdiagnoseprogramms;

Fig. 9 zeigt eine Beziehung zwischen einem Begren­ zungsstromwert Ip und einem Luftkraftstoffverhältnis;

Fig. 10 zeigt ein Zeitablaufsdiagramm einer Abfrage­ spannung und eines Abfragestroms, welche bei einem von der CPU entsprechend der ersten und dritten Ausführungsform durchgeführten Programm zur Erfassung des inneren Wider­ stands verwendet werden;

Fig. 11 zeigt ein Zeitablaufsdiagramm einer Abfrage­ spannung und eines Abfragestroms, welche in einem in Fig. 8 dargestellten Sensorverschlechterungsdiagnoseprogramm verwendet werden;

Fig. 12A zeigt eine äquivalente Schaltung einer in Fig. 1 dargestellten Erfassungsvorrichtungseinheit;

Fig. 12B zeigt eine Wellenform einer Abfragespannung und eine Wellenform eines Sensorstroms, welche in der in Fig. 12A dargestellten äquivalenten Schaltung erzeugt werden;

Fig. 13 zeigt ein Flußdiagramm eines von der CPU ent­ sprechend der zweiten Ausführungsform durchgeführten Hauptprogramms;

Fig. 14 zeigt ein Flußdiagramm eines von der CPU ent­ sprechend der zweiten Ausführungsform durchgeführten Sen­ sorverschlechterungsdiagnoseprogramms;

Fig. 15 zeigt ein Zeitablaufsdiagramm einer Abfrage­ spannung und eines Abfragestroms, welche in einem Sensor­ verschlechterungsdiagnoseprogramm entsprechend der zweiten Ausführungsform verwendet werden;

Fig. 16 zeigt eine In-Io-Zuordnung bzw. -Karte, welche ein Verschlechterungsgebiet auf der Grundlage einer Bezie­ hung zwischen einem Konvergenzstromwert (In) und einem Spitzenstromwert (Io) anzeigt;

Fig. 17 zeigt ein Flußdiagramm eines von der CPU ent­ sprechend der dritten Ausführungsform ausgeführten Haupt­ programms;

Fig. 18 zeigt ein Flußdiagramm eines von CPU entspre­ chend der dritten Ausführungsform ausgeführten Sensorver­ schlechterungsdiagnoseprogramms;

Fig. 19 zeigt ein Zeitablaufsdiagramm einer Abfrage­ spannung und eines Abfragestroms, welche bei einem Sensor­ verschlechterungsdiagnoseprogramm entsprechend der dritten Ausführungsform verwendet werden;

Fig. 20 zeigt eine Io-Zdc-Karte bzw. -Zuordnung, wel­ che ein Verschlechterungsgebiet auf der Grundlage einer Beziehung zwischen einem Spitzenstromwert (Io) und einem inneren Widerstand (Zdc) anzeigt;

Fig. 21 stellt ein Verfahren zur Bestimmung einer er­ sten Abfragespannung Vp dar, welche sich unter einem aktu­ ellen Luftkraftstoffverhältnis unter Verwendung der Span­ nungsstromcharakteristik des Sauerstoffsensors ändert;

Fig. 22A und 22B zeigen jeweils einen Funktions­ störungszustand eines Sauerstoffsensors;

Fig. 23 zeigt eine wesentliche Ansicht einer Luft­ kraftstoffverhältnissteuervorrichtung eines Kfz-Verbren­ nungsmotors entsprechend einer vierten Ausführungsform;

Fig. 24 zeigt eine Querschnittsansicht des in Fig. 23 dargestellten Sauerstoffsensors;

Fig. 25 zeigt eine Spannungsstromcharakteristik des Sauerstoffsensors;

Fig. 26 zeigt ein Blockdiagramm einer in Fig. 23 dar­ gestellten elektronischen Steuereinheit; und

Fig. 27 zeigt ein Flußdiagramm, welches ein Luftkraft­ stoffverhältniserfassungsprogramm darstellt, bei welchem eine Luftkraftstoffverhältniserfassung und eine Funktions­ störungsdiagnose bezüglich des Sauerstoffsensors entspre­ chend der vierten Ausführungsform durchgeführt werden.

Im folgenden wird eine erste Ausführungsform unter Be­ zugnahme auf die Figuren beschrieben, bei welcher eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Diagnose der Verschlech­ terung eines Sauerstoffsensors für eine Luftkraftstoffver­ hältniserfassungsvorrichtung eines Kfz-Verbrennungsmotors verwendet werden.

Fig. 1 zeigt eine Kombination eines Blockdiagramms und einer Schaltung einer Luftkraftstoffverhältniserfas­ sungsvorrichtung entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Wie in Fig. 1 dargestellt enthält eine Luftkraftstoff­ verhältniserfassungsvorrichtung 11 einen Sauerstoffsensor 12, welcher in einem Abgasrohr eines Automobils zum Erfas­ sen einer Sauerstoffkonzentration oder einer Kohlenmon­ oxidkonzentration (CO-Konzentration) eines Abgases eines Automobilverbrennungsmotors angeordnet ist, eine elektro­ nische Steuereinheit 13 zum Berechnen eines Luftkraft­ stoffverhältnisses eines Verbrennungsgases und zum Diagno­ stizieren der Verschlechterung des Sauerstoffsensor S12, eine Spannungsangelegenheit 14 zum Anlegen einer ersten Abfragespannung Vp oder einer zweiten Abfragespannung Vn an den Sauerstoffsensor 12 entsprechend einem von der elektronischen Steuereinheit 13 ausgegebenen Spannungs­ steuersignal, eine Strommeßeinheit 15 zum Messen eines von dem Sauerstoffsensor 12 erzeugten Sensorstroms und zum Ausgeben des Sensorstroms an die elektronische Steuerein­ heit 13 zur Berechnung des Luftkraftstoffverhältnisses des Verbrennungsgases und zum Diagnostizieren der Verschlech­ terung des Sauerstoffsensors S12, eine Motorsteuereinheit 16 zum Steuern des Luftkraftstoffverhältnisses des Ver­ brennungsgases auf ein optimales Luftkraftstoffverhältnis entsprechend einer Luftkraftstoffverhältnisrückkopp­ lungssteuerung unter Verwendung einer Information bezüg­ lich des Automobilverbrennungsmotors, einer Information bezüglich der Ansteuerung des Automobils und des von der elektronischen Steuereinheit 13 bestimmten Luftkraftstoff­ verhältnisses und zum Ausgeben der Automobilverbrennungs­ information und der Automobilansteuerungsinformation an die elektronische Steuereinheit 13, und ein Alarmlicht bzw. -leuchte 17 zum Anzeigen der Verschlechterung des Sauerstoffsensors S12 unter Steuerung der elektronischen Steuereinheit 13 und der Motorsteuereinheit 16 zur Infor­ mierung des Fahrers über die Verschlechterung des Sauer­ stoffsensors S12.

Der Sauerstoffsensor 12 enthält eine Erfassungsvor­ richtungseinheit 18 zum Empfang der von der Spannungsanle­ geeinheit 14 angelegten Spannung Vp oder Vn, zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration des Abgases in Fällen, bei welchen ein Luftkraftstoffverhältnis in einem Verbren­ nungsgas in einem Gebiet eines mageren Luftkraftstoffver­ hältnisses befindlich ist, und zum Erfassen der CO-Konzen­ tration des Abgases in Fällen, bei welchen ein Luftkraft­ stoffverhältnis in einem Verbrennungsgas in einem Gebiet eines fetten Luftkraftstoffverhältnisses gelegen ist, und zum Ausgeben des Sensorstroms als Begrenzungsstroms, wel­ cher sich mit der Sauerstoff- oder CO-Konzentration än­ dert, und ein Heizgerät 19 zum Heizen der Erfassungsvor­ richtungseinheit 18 auf eine aktive Temperatur von etwa 650°C oder mehr durch Aufnahme eines Heizstroms, welcher von der elektrischen Steuereinheit 13 gesteuert wird.

Die elektronische Steuereinheit 13 enthält einen Mi­ krocomputer 20 und eine Heizstromeinstellschaltung 21 zum Einstellen des der Erfassungsvorrichtungseinheit 18 unter Steuerung des Mikrocomputers 20 eingespeisten Heizstroms.

Der Mikrocomputer 20 enthält eine Zentralverarbei­ tungseinheit (CPU) 22 zum Berechnen eines Luftkraftstoff­ verhältnisses des Verbrennungsabgases entsprechend dem von der Strommeßeinheit 15 ausgegebenen Sensorstromsignals, zum Ausgeben eines Luftkraftsstoffverhältnisses der Motor­ steuereinheit 16 zur Steuerung des Luftkraftstoffverhält­ nisses des Verbrennungsgases auf ein theoretisches Luft­ kraftstoffverhältnis, zum Ausgeben eines entsprechend dem Sensorstromsignal erzeugten Sauerstoffsensortemperatur­ steuersignal an die Heizstromeinstellschaltung 20 zur Steuerung des Heizstroms (Funktion einer Heizgerätsteuer­ einrichtung), zum Erzeugen des von der Spannungsanlegeein­ heit 14 ausgegebenen Spannungssteuersignals zur Änderung einer an die Erfassungsvorrichtungseinheit 18 angelegten Abfragespannung von der ersten Abfragespannung Vp auf die zweite Abfragespannung Vn oder zur Änderung der Abfrage­ spannung von der zweiten Abfragespannung Vn auf die erste Abfragespannung Vp (Funktion einer Spannungsänderungsein­ richtung), zum Erfassen einer Änderung des von der Erfas­ sungsvorrichtungseinheit 18 ausgegebenen Sensorstroms ent­ sprechend einer Änderung des Sensorstromsignals (Funktion einer Stromänderungserfassungseinrichtung), zum Diagnosti­ zieren der Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12 ent­ sprechend der Änderung des Sensorstroms (Funktion einer Verschlechterungsdiagnoseeinrichtung), zum Ausgeben eines Verschlechterungsbeurteilungssignals an die Motorsteuer­ einheit 16 zum Betreiben des Alarmlichts 17, zum Erfassen eines inneren Widerstands der Erfassungsvorrichtungsein­ heit 18 entsprechend einem Verhältnis der zweiten Abfrage­ spannung Vn zu einem Sensorstrom In, welcher von der Er­ fassungsvorrichtungseinheit 18 ausgegeben wird (Funktion einer Einrichtung zum Erfassen des inneren Widerstands) und zum Ausgeben eines Verschlechterungsdiagnosesignals an die Motorsteuereinheit 16 zur Anzeige der Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12 durch das Alarmlicht 17, einen Festwertspeicher (ROM) 23 zum Speichern eines arithmeti­ schen Programms, welches zur Berechnung eines Luftkraft­ stoffverhältnisses entsprechend einem Wert des in der Er­ fassungsvorrichtungseinheit 18 erzeugten Sensorstroms ver­ wendet wird, und ein Speicher mit willkürlichem Zugriff (RAM) 24 zum Speichern eines Werts des von der Erfassungs­ vorrichtungseinheit 18 ausgegebenen Sensorstroms.

Die Heizstromeinstellschaltung 21 besitzt einen Tran­ sistor 21a als Schaltelement, und ein Ende des Heizgeräts 19 ist mit einem Kollektoranschluß des Transistors 21a verbunden. Das andere Ende des Heizgeräts 19 ist mit einer Batterie 25 verbunden. Wenn das Sauerstoffsensortempera­ tursteuersignal der Basis des Transistors 21a übertragen wird, wird daher der Transistor 21a ein- oder ausgeschal­ tet, und ein Wert des Heizstroms wird entsprechend einer Tastverhältnissteuerung (duty ratio control) gesteuert.

In der Spannungsanlegeeinheit 14 wird das in der CPU 22 erzeugte Spannungssteuersignal durch einen Digi­ tal/Analog-Wandler 26 in ein analoges Signal umgewandelt, das analoge Signal wird durch einen Operationsverstärker 27 in eine Abfragespannung umgewandelt, und die Abfrage­ spannung wird über einen Widerstand 28 an die Erfassungs­ vorrichtungseinheit 18 angelegt. Ebenfalls tritt in der Strommeßeinheit 15 ein Sensorstrom, welcher in der Erfas­ sungsvorrichtungseinheit 18 durch Anlegen der Abfragespan­ nung erzeugt wird, durch den Widerstand 28 hindurch und wird durch einen Operationsverstärker 29 in ein analoges Signal umgewandelt, das analoge Signal wird durch einen Analog/Digital-Wandler 30 in das Sensorstromsignal umge­ wandelt, und das Sensorstromsignal wird dem Mikrocomputer 20 übertragen.

Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht des Sauer­ stoffsensors 12.

Wie in Fig. 2 dargestellt enthält die Erfassungsvor­ richtungseinheit 18 eine feste Elektrolytschicht 31, wel­ che in einer U-Querschnittsform gebildet ist, eine Abgas­ seitenelektrodenschicht 32, welche auf einer äußeren Ober­ fläche der festen Elektrolytschicht 31 angeordnet ist, ei­ ne Atmosphärenseitenelektrodenschicht 33, welche auf einer inneren Oberfläche der festen Elektrolytschicht 31 ange­ ordnet ist, und eine Diffusionswiderstandsschicht 34, wel­ che auf einer äußeren Oberfläche der Abgasseitenelektro­ denschicht 32 angeordnet ist. Die feste Elektrolytschicht 31 ist aus einem gesinterten Körper eines Sauerstoffionen leitenden Oxids gebildet ist, in welchem CaO, MgO, Y₂O₃, Yb₂O₃ oder dergleichen in ZrO₂, HfO₂, ThO₂, BiZO₃, oder dergleichen als Stabilisator gelöst sind (solution-trea­ ted). Die Diffusionswiderstandsschicht 34 ist entsprechend einer Plasmasprühtechnik gebildet und ist aus einem hitze­ beständigen anorganischen Körper wie Aluminiumoxid, Magne­ siumoxid, Siliziumoxid, Spinell, Mullit oder dergleichen gebildet. Die Abgasseitenelektrodenschicht 32 und die At­ mosphärenseitenelektrodenschicht 33 sind aus einem Edelme­ tall mit hoher katalytischer Aktivität wie Platin gebil­ det und sind an beiden Oberflächen der festen Elektrolyt­ schicht 31 als poröser chemischer Metallüberzug plaziert. Die Abgasseitenelektrodenschicht 32 besitzt eine Fläche im Bereich von 10 bis 100 mm² und eine Dicke im Bereich von 0,5 bis 2,0 im. Die Atmosphärenseitenelektrodenschicht 33 besitzt eine Fläche von 10 mm² oder mehr und eine Dicke im Bereich von 0,5 bis 2,0 µm. Die feste Elektrolytschicht 31 ist äquivalent zu einer Sauerstoffkonzentrationserfas­ sungsvorrichtung.

Das Heizgerät 19 ist in einem Zentralteil des Sauer­ stoffsensors 12 plaziert und von der Atmosphärenseitene­ lektrodenschicht 33 umgeben, um die Atmosphärenseitenelek­ trodenschicht 34, die feste Elektrolytschicht 31, die Ab­ gasseitenelektrodenschicht 32 und die Diffusionswider­ standsschicht 33 zu erhitzen. Die Heizkapazität des Heiz­ geräts 19 ist hinreichend, die Erfassungsvorrichtungsein­ heit 18 zu aktivieren.

Wenn bei der obigen Konfiguration des Sauerstoffsen­ sors 12 eine Abfragespannung an die Abgasseitenelektroden­ schicht 32 angelegt wird, wird eine konzentrierte elektro­ motorische Kraft an einem theoretischen Luftkraftstoffver­ hältnispunkt von der Erfassungsvorrichtungseinheit 18 er­ zeugt. Wenn eine erste Abfragespannung Vp an die Abgassei­ tenelektrodenschicht 32 angelegt wird, wird daher ein Be­ grenzungsstrom, dessen Wert einer Sauerstoffkonzentration eines Abgases entspricht, von der Erfassungsvorrichtungs­ einheit 18 in Fällen erzeugt, bei welchen das Luftkraft­ stoffverhältnis in einem Verbrennungsgas in einem Gebiet eines mageren Luftkraftstoffverhältnisses gelegen ist. Es verbleibt ebenfalls in Fällen, bei welchen ein Luftkraft­ stoffverhältnis in einem Verbrennungsgas in einem Gebiet eines fetten Luftkraftstoffverhältnisses gelegen ist, ein unverbranntes Gas in einem Abgas als Kohlenmonoxid (CO), wobei sich die CO-Konzentration des Abgas es linear mit dem Luftkraftstoffverhältnis in dem Verbrennungsgas ändert, und es wird ein Begrenzungsstrom, dessen Wert der CO-Kon­ zentration des Abgases entspricht, von der Erfassungsvor­ richtungseinheit 18 erzeugt. In diesem Fall wird ein Wert des Begrenzungsstroms entsprechend der Sauerstoff- oder CO-Konzentration durch den Bereich der Abgasseitenelektro­ denschicht 32, der Dicke der Diffusionswiderstandsschicht 34, einem Porenverhältnis und einem Durchschnittsporen­ durchmesser in der Abgasseitenelektrodenschicht 32 und ei­ nem Porenverhältnis und einem Durchschnittsporendurchmes­ ser in der Atmosphärenseitenelektrodenschicht 33 bestimmt.

Eine Spannungsstromcharakteristik des Sauerstoffsensors 12 wird detailliert unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrie­ ben.

Entsprechend Fig. 3 ist ein Begrenzungsstromerzeu­ gungsgebiet, bei welchem ein Wert eines Sensorstroms be­ züglich der festen Elektrolytschicht 31 nahezu konstant ist, obwohl sich eine an die feste Elektrolytschicht 31 angelegte Abfragespannung durch die Abgasseitenelektrolyt­ schicht 32 ändert, durch eine charakteristische Linie L1 (welche als durchgezogene Linie dargestellt ist) entspre­ chend einem bestimmten Luftkraftstoffverhältnis angezeigt. D.h. die charakteristische Linie L1 in dem Begrenzungs­ stromerzeugungsgebiet ist parallel zu einer Spannungsachse ausgerichtet, und das Begrenzungsstromerzeugungsgebiet wird ebenfalls als Überschußspannungsregulierungsgebiet bezeichnet. Daher wird ein Wert des Begrenzungsstroms in dem Begrenzungsstromerzeugungsgebiet bestimmt. Ein Wert des Begrenzungsstroms ändert sich linear mit dem Luft­ kraftstoffverhältnis. D.h. der Wert des Begrenzungsstroms erhöht sich, wenn sich das Luftkraftstoffverhältnis auf das Gebiet des mageren Luftkraftstoffverhältnisses zu ver­ schiebt, und der Wert des Begrenzungsstroms verringert sich, wenn sich das Luftkraftstoffverhältnis auf das Ge­ biet des fetten Luftkraftstoffverhältnisses zu verschiebt.

Ebenfalls ist ein Widerstandsregulierungsgebiet an ei­ nem Gebiet vorhanden, bei welchem eine Abfragespannung niedriger ist als in dem Begrenzungsstromerzeugungsgebiet, und es wird eine Neigung der charakteristischen Linie L1 in dem Widerstandsregulierungsgebiet durch einen inneren Widerstand der festen Elektrolytschicht 31 bestimmt. In diesem Fall ändert sich der innere Widerstand der festen Elektrolytschicht 31 mit der Temperatur der festen Elek­ trolytschicht 31. Wenn die Temperatur der Erfassungsvor­ richtungseinheit 12 sich verringert, erhöht sich daher der innere Widerstand der festen Elektrolytschicht 31, und es verringert sich die Neigung der charakteristischen Linie, welche die Spannungsstromcharakteristik anzeigt. Bei­ spielsweise wird die Spannungsstromcharakteristik durch eine charakteristische Linie L2 (welche durch eine gestri­ chelte Linie dargestellt ist) entsprechend der Temperatur der Erfassungsvorrichtungseinheit 12 angezeigt, welche ge­ ringer als diejenige bezüglich der charakteristischen Li­ nie L1 ist. Obwohl sich die Temperatur der Erfassungsvor­ richtungseinheit 12 ändert, ist jedoch der Wert des Be­ grenzungsstroms nahezu konstant. Daher ist der durch die charakteristische Linie L2 angezeigte Wert des Begren­ zungsstroms nahezu derselbe wie der durch die charakteri­ stische Linie L1 angezeigte Wert.

Bezüglich der obigen Konfiguration der Luftkraftstoff­ verhältniserfassungsvorrichtung 11 und der obigen Funktion des Sauerstoffsensors 12 wird der in der Luftkraftstoff­ verhältniserfassungsvorrichtung 11 durchgeführte Betrieb beschrieben.

Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm eines von der CPU 22 des Mikrocomputers 20 entsprechend einer ersten Ausführungs­ form durchgeführten Hauptprogramms. Dieses Hauptprogramm wird von der CPU 22 in Zeitabständen von mehreren Millise­ kunden (ms) durchgeführt.

Wenn das Hauptprogramm gestartet wird, wird wie in Fig. 4 dargestellt ein Luftkraftstoffverhältniserfas­ sungsprogramm von der CPU in einem Schritt S110 durchge­ führt. Bei einem normalen Betrieb wird lediglich das Luft­ kraftstoffverhältniserfassungsprogramm jeweils in Zeitab­ ständen von mehreren Millisekunden (ms) durchgeführt.

Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm des Luftkraftstoffver­ hältniserfassungsprogramms, welches von der CPU 22 durch­ geführt wird.

Wie in Fig. 5 dargestellt wird in einem Schritt S111 bei dem Luftkraftstoffverhältniserfassungsprogramm eine erste Abfragespannung Vp, welche einen positiven Wert be­ sitzt, anfänglich an die Erfassungsvorrichtungseinheit 18 des Sauerstoffsensors 12 angelegt. Wie in Fig. 3 darge­ stellt wird die erste Abfragespannung Vp unter der Bedin­ gung bestimmt, daß ein Wert Ip des Begrenzungsstroms unab­ hängig von dem Ansteigen und Verringern des Luftkraft­ stoffverhältnisses, welches sich in einen gewünschten Er­ fassungsbereich ändert, erfaßt werden kann. Wenn bei­ spielsweise ein innerer Widerstand Zdc der festen Elek­ trolytschicht 31 den Wert 30 Ω aufweist und das Luft­ kraftstoffverhältnis sich in einem Bereich von 12 bis 18 befindet, wird die erste Abfragespannung Vp, welche in ei­ nem Bereich von 0,3 bis 0,5 V liegt, gewählt. Danach wird ein Wert Ip des Begrenzungsstromflusses der festen Elek­ trolytschicht 31 in einem Schritt S112 erfaßt, wenn die erste Abfragespannung Vp angelegt ist. Danach wird der Wert Ip des Begrenzungsstroms in ein Luftkraftstoffver­ hältnis Raf in einem Schritt S113 entsprechend der Bezie­ hung zwischen dem in Fig. 9 dargestellten Verhältnis zwi­ schen dem Begrenzungsstrom und dem Luftkraftstoffverhält­ nis, welche in dem ROM 23 als arithmetisches Programm ge­ speichert ist, umgewandelt. Danach wird das berechnete Luftkraftstoffverhältnis der Motorsteuereinheit 16 in ei­ nem Schritt S114 ausgegeben, und es wird das Luftkraft­ stoffverhältniserfassungsprogramm beendet.

Danach wird wie in Fig. 4 dargestellt, in einem Schritt S120 beurteilt, ob der innere Widerstand Zdc der festen Elektrolytschicht 31 zu erfassen ist oder nicht. Wenn sich die Temperatur des Abgases plötzlich ändert, wird in diesem Fall die Erfassung des inneren Widerstands Zdc verlangt. D.h. wenn sich die Automobilverbrennungsmo­ torinformation wie die Drehzahl des Automobilverbrennungs­ motors, der Druck eines Einlaßrohrs, das Volumen der Ein­ laßluft, das Volumen des Abgases oder dergleichen sich plötzlich ändert, wird in dem Schritt S120 beurteilt bzw. entschieden, daß die Erfassung des inneren Widerstands Zdc erfordert wird. Bei dieser Ausführungsform wird die Beur­ teilung des Schrittes S120 nach dem Schritt S110 durchge­ führt. Es ist jedoch möglich, daß die Beurteilung peri­ odisch, beispielsweise jede Sekunde, durchgeführt wird. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, die Automobilver­ brennungsmotorinformation der CPU 22 durch die Motorsteue­ reinheit 16 einzugeben. In Fällen, bei welchen die Erfas­ sung des inneren Widerstands Zdc in dem Schritt S120 ver­ langt wird, wird ein Programm zur Erfassung des inneren Widerstands in einem Schritt S130 durchgeführt.

Fig. 6 zeigt ein Flußdiagramm des von der CPU 22 durchgeführten Programms zum Erfassen des inneren Wider­ stands, und Fig. 10 zeigt ein Zeitablaufsdiagramm der an den Sauerstoffsensor 12 angelegten Abfragespannung und des von dem Sauerstoffsensor 12 ausgegebenen Abfragestroms.

Wie in Fig. 6 dargestellt ändert sich die an den Sau­ erstoffsensor 12 angelegte Abfragespannung auf eine zweite Abfragespannung Vn, welche einen negativen Wert besitzt, und die zweite Abfragespannung Vn wird in einem Schritt S131 an die Erfassungsvorrichtungseinheit 18 des Sauer­ stoffsensors 12 angelegt. Wie in Fig. 3 dargestellt ist die zweite Abfragespannung nicht in dem Begrenzungsstrom­ erzeugungsgebiet sondern in dem Widerstandsregulierungsge­ biet gelegen und liegt im Bereich von -0,3 bis -1 V. Da­ nach verbleibt die Erfassung des von der Erfassungsvor­ richtungseinheit 18 ausgegebenen Sensorstroms in einem Schritt S132 eine erste Wartezeitspanne t1 in einem Zu­ stand des Abwartens. D.h. wenn sich wie in Fig. 10 darge­ stellt die an den Sauerstoffsensor 12 angelegte Abfrage­ spannung von der ersten Abfragespannung Vp auf die zweite Abfragespannung Vn zum Zeitpunkt T1 ändert, wird ein Sen­ sorstrom, welcher eine Stromspitze besitzt, unmittelbar nach der Änderung der Abfragespannung erzeugt, so daß sich der Wert des Sensorstroms deutlich ändert, und ein Wert des Sensorstroms konvergiert auf einen Wert In entspre­ chend einer statischen Charakteristik des Sensorstroms. Der Wert In wird Konvergenzstromwert In genannt. Daher wird mit der Erfassung des Sensorstroms über die erste Wartezeit t1 abgewartet, was erforderlich ist, damit der Wert des Sensorstroms perfekt konvergiert ist. Die erste Wartezeit t1 liegt im Bereich von einigen 10 Millisekunden bis zu mehreren 100 Millisekunden. Nach der ersten Warte­ zeit t1 wird der Konvergenzstromwert In von der CPU 22 in einem Schritt S133 erfaßt und in dem RAM 24 gespeichert.

Danach ändert sich die Abfragespannung auf die erste Abfragespannung Vp, und es wird die erste Abfragespannung Vp in einem Schritt S134 an den Sauerstoffsensor 12 ange­ legt. Danach wird mit der Erfassung des von der Erfas­ sungsvorrichtungseinheit 18 ausgegebenen Sensorstroms eine zweite Wartezeit t2 in einem Schritt S135 abgewartet. D.h. wenn wie in Fig. 10 dargestellt sich die an den Sauer­ stoffsensor 12 angelegte Abfragespannung von der zweiten Abfragespannung Vn auf die erste Abfragespannung Vp zu ei­ nem Zeitpunkt T2 ändert, wird ein Sensorstrom, welcher ei­ ne Stromspitze besitzt, unmittelbar nach der Änderung der Abfragespannung erzeugt, und der Wert des Sensorstroms konvertiert auf einen Grenzstromwert Ip entsprechend der statischen Charakteristik des Sensorstroms. Die zweite Wartezeit t2 liegt im Bereich von mehreren 10 Millisekun­ den bis zu mehreren 100 Millisekunden. Nach der zweiten Wartezeit t2 wird der Begrenzungsstromwert Ip erfaßt, und es wird der innere Widerstand Zdc = Vn/In der festen Elektrolytschicht 31 von der CPU 22 zum Zeitpunkt T3 in einem Schritt S136 berechnet.

Da die in Fig. 3 dargestellte charakteristische Linie unabhängig von dem Luftkraftstoffverhältnis durch den Ur­ sprung hindurchtritt und sich direkt in das Widerstandsre­ gulierungsgebiet erstreckt und da der Konvergenzstromwert In erfaßt wird, nachdem der Sensorstromwert hinreichend konvergiert ist, kann dementsprechend der Widerstand Zdc = Vn/In der festen Elektrolytschicht 31 mit hoher Genau­ igkeit erlangt werden.

Nachdem das Programm zur Erfassung des inneren Wider­ stands beendet ist, wird wie in Fig. 4 dargestellt in ei­ nem Schritt S140 beurteilt, ob die Heizgerätsteuerung durchzuführen ist oder nicht. Wenn in diesem Fall auf die­ selbe Weise wie bei dem Schritt S120 sich die Automobil­ verbrennungsmotorinformation wie die Drehzahl des Automo­ bilverbrennungsmotors, der Druck des Einlaßrohrs, das Vo­ lumen der Einlaßluft, das Volumen des Abgases oder der­ gleichen sich plötzlich ändert, wird in dem Schritt S140 beurteilt, daß die Heizgerätsteuerung benötigt wird. Bei dieser Ausführungsform wird die Beurteilung in dem Schritt S140 nach dem Schritt S120 oder S130 durchgeführt. Es ist jedoch möglich, daß die Beurteilung periodisch durchge­ führt wird, beispielsweise jede 10 Sekunden. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, die Automobilverbrennungs­ motorinformation durch die Motorsteuereinheit 16 der CPU 22 einzugeben. In Fällen, bei welchen die Heizgerätsteue­ rung in dem Schritt S140 durchgeführt wird, wird ein Heiz­ gerätsteuerungsprogramm in einem Schritt S150 durchge­ führt.

Bei dem Heizgerätsteuerungsprogramm entsprechend die­ ser Ausführungsform wird ein dem Heizgerät 19 zugeführter Wert des Heizstroms entsprechend einer Tastverhält­ nissteuerung auf der Grundlage einer Pulsbreitenmodulation (PCM) gesteuert. In diesem Fall wird ein Steuertakt bzw. eine Steuerleistung (control duty) DC, welche dem Heizgerät 19 eingespeist wird, entsprechend den folgenden Gleichun­ gen (1), (2) und (3) berechnet.

GP = KP_*(Zdc - ZdcT) (1)

GI = Gi-1 + KI_*(Zdc - ZdcT) (2)

DC = GP + GI (3)

Hierbei bezeichnet Bezugszeichen GP einen Proportiona­ litätsterm, Bezugszeichen GI bezeichnet einen Integrati­ onsterm, Bezugszeichen KP bezeichnet eine Proportionali­ tätskonstante, Bezugszeichen KI bezeichnet eine Integrati­ onskonstante und Bezugszeichen ZdcT bezeichnet einen Soll­ wert des inneren Widerstands der festen Elektrolytschicht 31.

Fig. 7 zeigt ein Flußdiagramm des von der CPU 22 durchgeführten Heizgerätsteuerprogramms.

Wie in Fig. 7 dargestellt wird der Proportionali­ tätsterm GP entsprechend der Gleichung (1) in einem Schritt S151 unter Verwendung einer Abweichung des in dem Programm zur Erfassung des inneren Widerstands (Schritt S130) erzielten inneren Widerstands Zdc von dem Sollwert des inneren Widerstands ZdcT berechnet. Daher wird der In­ tegrationsterm GI entsprechend der Gleichung (2) in einem Schritt S152 unter Verwendung der Abweichung des inneren Widerstands Zdc von dem Sollwert des inneren Widerstands ZdcT berechnet. Danach wird der Steuertakt bzw. die Steu­ erleistung DC entsprechend der Gleichung (3) in einem Schritt S153 berechnet, und danach ist das Heizgerätsteu­ erprogramm beendet. Danach wird ein Sauerstoffsensortempe­ ratursteuersignal, welches den Steuertakt bzw. die Steuer­ leistung DC anzeigt, der Heizstromeinstellschaltung 21 zur Steuerung des Transistors 21a übertragen, und der Heiz­ strom wird dem Heizgerät 19 zur Steuerung des inneren Wi­ derstandswerts Zdc auf den Sollwert des inneren Wider­ stands ZdcT entsprechend einer Rückkopplungssteuerung ein­ gespeist.

Bei dieser Ausführungsform wird eine PI-Regelung (Proportional-Integral-Regelung) für das Heizgerät 19 durchgeführt. Es ist jedoch möglich, eine PID-Regelung (Proportional-Integral-Differential-Regelung) oder eine I- Regelung (Integral-Regelung) für das Heizgerät 19 durchzu­ führen.

Danach wird wie in Fig. 4 dargestellt in einem Schritt S160 beurteilt, ob die Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors durchgeführt wird oder nicht. In diesem Fall wird die Beurteilung entsprechend einem Teil der An­ steuerungsinformation wie einer Laufentfernung eines Auto­ mobils durchgeführt. Es ist ebenso möglich, die Beurtei­ lung entsprechend einer verstrichenen Zeit nach einer vor­ hergehenden Beurteilung durchzuführen. In Fällen, bei wel­ chen die Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsen­ sors verlangt wird, wird ein Sensorverschlechterungsdia­ gnoseprogramm in einem Schritt S170 durchgeführt.

Fig. 8 zeigt ein Flußdiagramm des von der CPU 22 ent­ sprechend der ersten Ausführungsform durchgeführten Sen­ sorverschlechterungsdiagnoseprogramms.

Wie in Fig. 8 dargestellt verändert sich die an den Sauerstoffsensor 12 angelegte Abfragespannung auf eine zweite Abfragespannung Vn, welche einen negativen Wert be­ sitzt, und es wird die zweite Abfragespannung Vn an die Erfassungsvorrichtungseinheit 18 des Sauerstoffsensors 12 in einem Schritt S171 angelegt. Wie in Fig. 3 dargestellt ist die zweite Abfragespannung Vn nicht in dem Begren­ zungsstromerzeugungsgebiet sondern in dem Widerstandsregu­ lierungsgebiet gelegen und variiert von -0,3 bis -1 V auf dieselbe Weise, wie diejenige in dem Programm zur Erfas­ sung des inneren Widerstands variiert. Danach wird mit der Erfassung des von der Erfassungsvorrichtungseinheit 18 ausgegebenen Sensorstroms eine dritte Wartezeit t3 in ei­ nem Schritt S172 abgewartet. In diesem Fall ist die dritte Wartezeit t3 wesentlich kürzer als die erste Wartezeit t1 des Programms zur Erfassung des inneren Widerstands (t3 « t1). Beispielsweise ist die dritte Wartezeit t3 kürzer als einige 10 Millisekunden. Nach der dritten Wartezeit t3 wird in einem Schritt S173 ein Wert Io des Sensorstroms erfaßt Da der Sensorstrom noch eine Spitze bildet, wird der Wert Io Spitzenstromwert genannt. Der Spitzenstromwert Io wird in dem RAM 24 gespeichert.

Danach kehrt die an den Sauerstoffsensor 12 angelegte Abfragespannung auf die erste Abfragespannung Vp in einem Schritt S174 zurück, und es wird mit der Erfassung des von der Erfassungsvorrichtungseinheit 18 ausgegebenen Sensor­ stroms in einem Schritt S175 eine vierte Wartezeit t4 ab­ gewartet. Die vierte Wartezeit t4 wird benötigt, damit der Spitzenwert des Abfragestroms, welcher bei einer Abfrage­ spannungsänderungsoperation auftritt, konvergiert. Daher schwankt die Wartezeit t4 von einigen 10 Millisekunden bis zu mehreren 100 Millisekunden und ist gleich der zweiten Wartezeit t2 (t4 = t2).

Danach wird in einem Schritt S176 beurteilt, ob der Spitzenstromwert Io kleiner ist als ein vorgeschriebener Verschlechterungsbeurteilungswert los. In diesem Fall hängt der Verschlechterungsbeurteilungswert Ios von einem Verschlechterungsbeurteilungsstandard jeder Luftkraft­ stoffverhältnisverhältniserfassungsvorrichtung ab. Bei dieser Ausführungsform ist der Verschlechterungsbeurtei­ lungswert Ios auf einen Wert mehrere mA niedriger als der Spitzenstromwert Io bestimmt, welcher erlangt wird, wenn der Sauerstoffsensor 12 normal arbeitet. In Fällen, bei welchen der Spitzenstromwert gleich oder größer als der Verschlechterungsbeurteilungswert Ios ist (Io Ios), wird beurteilt, daß der Sauerstoffsensor 12 normal arbei­ tet, und das Sensorverschlechterungsdiagnoseprogramm ist beendet. In Fällen, bei welchen der Spitzenstromwert Io niedriger als der Verschlechterungsbeurteilungswert Ios ist (Io < Ios), wird demgegenüber beurteilt, daß sich der Sauerstoffsensor 12 verschlechtert hat, und das Verfahren schreitet zu einem Schritt S177 voran. In dem Schritt S177 wird ein Verschlechterungsbeurteilungssignal von der CPU 22 der Motorsteuereinheit 16 übertragen, und das Sensor­ verschlechterungsdiagnoseprogramm ist beendet. In Fällen, bei welchen das Verschlechterungsbeurteilungssignal der Motorsteuereinheit 16 übertragen wird, wird das Alarmlicht 17 zur Information eines Benutzers über die Verschlechte­ rung des Sauerstoffsensors 12 betrieben, und es wird die von der Motorsteuereinheit 16 zur Steuerung des Luftkraft­ stoffverhältnisses des Verbrennungsgases auf ein optimales Luftkraftstoffverhältnis durchgeführte Luftkraftstoffver­ hältnisrückkopplungssteuerung beendet.

Das in Fig. 8 dargestellte Sensorverschlechterungsdia­ gnoseprogramm wird konkret unter Bezugnahme auf ein in Fig. 11 dargestelltes Zeitablaufsdiagramm beschrieben.

Wenn wie in Fig. 11 dargestellte die an die Erfas­ sungsvorrichtungseinheit 18 des Sauerstoffsensors 12 ange­ legte Abfragespannung sich von der ersten Abfragespannung Vp auf die zweite Abfragespannung Vn zum Zeitpunkt T11 än­ dert, wird von der Erfassungsvorrichtungseinheit 18 ein Sensorstrom ausgegeben, welcher eine Stromspitze besitzt. D.h. ein Wert des Sensorstroms ist plötzlich abgefallen und steigt allmählich an. Nachdem die dritte Wartezeit t3 verstrichen ist, wird der spitzenstromwert Io zum Zeitpunkt T12 erfaßt, und die an den Sauerstoffsensor 12 angelegte Abfragespannung ändert sich zum selben Zeitpunkt T12 von der zweiten Abfragespannung Vn auf die erste Abfragespan­ nung Vp. Da in diesem Fall die dritte Wartezeit t3 wesent­ lich kürzer als die erste Wartezeit t1 ist, ist der Wert des Sensorstroms nicht auf den Konvergenzstromwert In kon­ vergiert, und es wird die Beziehung Io < In erfüllt. Wenn die vierte Wartezeit t4 verstrichen ist, wird daher der Begrenzungsstromwert Ip erfaßt, und es wird unter Ver­ wendung des Spitzenstromwerts Io die Beurteilung durchge­ führt, ob sich der Sauerstoffsensor 12 verschlechtert hat oder nicht. In Fällen, bei welchen der Spitzenstromwert lo gleich oder größer als der Verschlechterungsbeurteilungs­ wert Ios (Io Ios) wie durch die durchgezogene Linie angezeigt ist, wird beurteilt, daß der Sauerstoffsensor 12 normal arbeitet. In Fällen, bei welchen der Spitzenstrom wert Io niedriger als der Verschlechterungsbeurteilungs­ wert Ios (Io < Ios) wie durch die gestrichelte Linie an­ gezeigt ist, wird beurteilt, daß sich der Sauerstoffsensor 12 verschlechtert hat.

Der Grund dafür, daß sich der spitzenstromwert Io ver­ ringert hat, wenn sich der Sauerstoffsensor 12 verschlech­ tert hat, wird unter Bezugnahme auf Fig. 12A und 12B beschrieben.

Fig. 12A zeigt eine äquivalente Schaltung der Erfas­ sungsvorrichtungseinheit 18, und Fig. 12B zeigt eine Wel­ lenform einer an die äquivalente Schaltung angelegten Ab­ fragespannung und eine Wellenform eines Sensorstromflusses der Äquivalenzschaltung.

Entsprechend Fig. 12A entspricht der Widerstandswert Rb eines Widerstands Rb dem inneren Widerstand der festen Elektrolytschicht 31 in dem Widerstandsregulierungsgebiet, und der Widerstandswert Rd eines Widerstands Rd entspricht der Summe eines ersten Widerstandswerts an der Grenz­ schicht zwischen der festen Elektrolytschicht 31 und der Abgasseitenelektrodenschicht 32 und dem zweiten Wider­ standswert an der Grenzschicht zwischen der festen Elek­ trolytschicht 31 und der Atmosphärenseitenelektroden­ schicht 33 in dem Begrenzungsstromerzeugungsgebiet, und die Kapazität Cd des Kondensators Cd entspricht der Summe der Kapazitäten der Grenzschichten. In diesem Fall genügt der innere Widerstand Zdc der festen Elektrolytschicht 31 der Beziehung Zdc = Rb + Rd. Da ein Sensorstrom durch den Widerstand Rb und den Kondensator Cd gerade nach einer Änderungsoperation der Abfragespannung hindurchtritt, wird der Spitzenstromwert Io durch den Widerstand Rb wie folgt bestimmt.

Io = Ip - (Vp - Vn)/Rb (4)

Die Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12 wird wie folgt hervorgerufen. Die Abgasseitenelektrodenschicht 32 und die Atmosphärenseitenelektrodenschicht 33, welche aus Platin in einer porösen Form gebildet sind, haben sich verschlechtert, in den Elektrodenschichten 32 und 33 vor­ kommende Poren stehen unter Druck und sind aufgebrochen, und der Durchtritt von Sauerstoff durch die Elektroden­ schichten 32 und 33 ist gestört. Da der Widerstand Rd, welcher die Summe der Widerstände an den Grenzschichten bezeichnet, angestiegen ist, wird in diesem Fall die in Fig. 7 dargestellte Heizgerätsteuerung zur Steuerung des inneren Widerstands Zdc der festen Elektrolytschicht 31 auf einen konstanten Wert durchgeführt. D.h. der dem Heiz­ gerät 19 eingespeiste Heizstrom ist zur Erhöhung der Tem­ peratur der Erfassungsvorrichtungseinheit 18 erhöht, und der Widerstand Rb, welcher den inneren Widerstand der Er­ fassungsvorrichtungseinheit 18 anzeigt, ist reduziert. Ob­ wohl der innere Widerstand Zdc = Rb + Rd der festen Elektrolytschicht 31 in einem verschlechterten Sauer­ stoffsensor derselbe wie derjenige eines normal funktio­ nierenden Sauerstoffsensors 12 ist, ist der Widerstand Rb verringert, wenn sich der Sauerstoffsensor 12 verschlech­ tert hat, und der Spitzenstromwert Io ist verringert (vergleiche Gleichung (4)).

Dementsprechend kann die Verschlechterung des Sauer­ stoffsensors 12 leicht durch beobachten des Spitzenstrom­ werts Io diagnostiziert werden, wenn sich die an den Sau­ erstoffsensor 12 angelegte Abfragespannung geändert hat, und die Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12 kann mit hoher Genauigkeit durch Erfassen der Verringerung des Spitzenstromwerts Io beurteilt werden.

Da es beabsichtigt ist, die Automobilemissionen soweit wie möglich in einem Luftkraftstoffverhältnissteuersystem zu reduzieren, soll die Steuerung des dem Heizgerät 19 ein­ gespeisten Heizstroms den inneren Widerstand Zdc auf einem konstanten Wert halten. Daher kann die Vorrichtung und das Verfahren zum Diagnostizieren der Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12 entsprechend der ersten Ausführungs­ form für das Luftkraftstoffverhältnissteuerungssystem sinnvoll sein, bei welchem die Heizgerätsteuerung durchge­ führt wird.

Ebenfalls variiert die erste oder zweite Wartezeit t1 oder t2, welche zum Warten auf das Konvergieren des Sen­ sorstroms unmittelbar nach der Änderung der an den Sauer­ stoffsensor 12 angelegten Abfragespannung benötigt werden, von mehreren 10 Millisekunden bis zu mehreren 100 Millise­ kunden. Jedoch liegt die dritte Wartezeit t3, welche zur Erfassung des Spitzenstromwerts Io zum Zwecke der Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12 benötigt wird, innerhalb mehrerer 10 Millisekunden. Daher kann eine für die Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsen­ sors 12 benötigte Zeitdauer verkürzt werden.

Im folgenden wird eine zweite Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung dargestellt.

Obwohl der Wert des dem Heizgerät 19 eingespeisten Heizstroms von dem Mikrocomputer 20 entsprechend der Rück­ kopplungssteuerung derart gesteuert wird, daß der innere Widerstand Zdc der festen Elektrolytschicht 31 mit dem Sollwert des inneren Widerstands ZdcT bei der ersten Aus­ führungsform übereinstimmt, wird bei der zweiten Ausfüh­ rungsform eine offene Steuerung für den Wert des Heiz­ stroms eingeführt. Obwohl der innere Widerstand Zdc der festen Elektrolytschicht 31 sich ändert, wird der Heiz­ strom (oder die Steuerleistung DC) auf einen konstanten Wert bei der zweiten Ausführungsform durch eine Funktion einer (nicht dargestellten) offenen Steuerschaltung einge­ stellt.

Fig. 13 zeigt ein Flußdiagramm eines von der CPU 22 des Mikrocomputers 20 entsprechend der zweiten Ausfüh­ rungsform durchgeführten Hauptprogramms.

Wenn das Hauptprogramm gestartet ist, wird wie in Fig. 13 dargestellt ein Luftkraftstoffverhältniserfas­ sungsprogramm von der CPU 22 in einem Schritt S210 auf dieselbe Weise wie in dem in Fig. 4 und 5 dargestellten Schritt S110 durchgeführt. Danach wird in einem Schritt S220 beurteilt, ob die Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12 durchgeführt wird oder nicht. Die Be­ urteilung wird auf dieselbe Weise wie in dem Schritt S160 durchgeführt. In Fällen, bei welchen die Diagnose der Ver­ schlechterung des Sauerstoffsensors verlangt wird, wird ein Senorverschlechterungsdiagnoseprogramm in einem Schritt S230 durchgeführt.

Fig. 14 zeigt ein Flußdiagramm des von der CPU 22 ent­ sprechend der zweiten Ausführungsform durchgeführten Sen­ sorverschlechterungsdiagnoseprogramms.

Wie in Fig. 14 dargestellt werden die Schritte S231 bis S233 auf dieselbe Weise wie die Schritte S170 bis S173 durchgeführt. D.h. die zweite Abfragespannung Vn, welche einen negativen Wert besitzt, wird in dem Schritt S231 an die Erfassungsvorrichtungseinheit 18 angelegt, es wird mit der Erfassung des Sensorstroms die dritte Wartezeit t3 in einem Schritt S232 abgewartet, und es wird ein Spitzen­ stromwert Io in dem Schritt S233 erfaßt und in dem RAM 24 gespeichert. Nach der Erfassung des Spitzenstromwerts Io wird mit der Erfassung des Sensorstroms eine fünfte Zeit t5 in einem Schritt S234 abgeartet, welche von mehreren 10 Millisekunden bis mehreren 100 Millisekunden variiert, und es wird ein Konvergenzstromwert In des Sensorstroms in ei­ nem Schritt S235 erfaßt und in dem RAM 22 gespeichert. Hier wird die fünfte Wartezeit t5 dafür benötigt, daß der Wert des Sensorstroms unmittelbar nach einer Änderungsope­ ration der an die Erfassungsvorrichtungseinheit 18 ange­ legten Abfragespannung perfekt konvergiert ist. Danach kehrt die Abfragespannung auf die erste Abfragespannung Vp zurück, und die erste Abfragespannung Vp wird in einem Schritt S236 an die Erfassungsvorrichtungseinheit 18 ange­ legt.

Danach wird die Beurteilung, ob sich der Sauer­ stoffsensor 12 verschlechtert hat oder nicht, in einem Schritt S237 entsprechend einer Io-In-Zuordnung durchge­ führt, welche im voraus in dem ROM 23 abgespeichert worden ist und die Beziehung zwischen dem Spitzenstromwert Io und dem Konvergenzstromwert In anzeigt. Wie in Fig. 16 darge­ stellt wird das ganze Gebiet der Io-In-Zuordnung bzw. - Karte durch eine Verschlechterungsbeurteilungslinie L3 in ein Verschlechterungsgebiet A und ein normales Gebiet B unterteilt, wobei die Verschlechterungsbeurteilungslinie L3 durch den Ursprung verläuft und die Neigung der Ver­ schlechterungsbeurteilungslinie L3 groß wird, wenn sich die Verschlechterungsbeurteilungslinie L3 in eine negative Richtung des Konvergenzstromwerts In erstreckt.

In Fällen, bei welchen die Betriebsposition (In, Io), welche durch den in dem Schritt S233 erzielten Spitzen­ stromwert Io und durch den in dem Schritt S235 erzielten Konvergenzstromwert In bestimmt wird, in dem normalen Ge­ biet B gelegen ist, wird von der CPU 22 beurteilt, daß der Sauerstoffsensor 12 normal arbeitet, und das Programm be­ gibt sich zu einem Schritt S239. In Fällen, bei welchen die Betriebsposition (In, Io) in dem Verschlechterungsge­ biet A gelegen ist, wird demgegenüber von der CPU 22 beur­ teilt, daß sich der Sauerstoffsensor 12 verschlechtert hat, und das Verfahren begibt sich zu einem Schritt S238.

In dem Schritt S238 wird ein Verschlechterungsbeurtei­ lungssignal von der CPU 22 auf die Motorsteuereinheit 16 übertragen. Danach wird mit der Erfassung des Werts des Sensorstroms eine sechste Wartezeit t6 in dem Schritt S239 gewartet, welche von mehreren 10 Millisekunden bis zu meh­ reren 100 Millisekunden variiert, es wird der Begrenzungs­ stromwert Ip erfaßt, und das Sensorverschlechterungsdia­ gnoseprogramm ist beendet. In Fällen, bei welchen das Ver­ schlechterungsbeurteilungssignal der Motorsteuereinheit 16 übertragen wird, wird das Alarmlicht 17 zur Information eines Benutzers über die Verschlechterung des Sauer­ stoffsensors 12 betrieben, und es wird eine Luftkraft­ stoffverhältnisrückkopplungssteuerung gestoppt, welche von der Motorsteuereinheit 16 zur Steuerung des Luftkraft­ stoffverhältnisses des Verbrennungsgases auf ein optimales Luftkraftstoffverhältnis durchgeführt wird.

Der Grund dafür, daß das Verschlechterungsgebiet A und das normale Gebiet B voneinander durch die Verschlechte­ rungsbeurteilungslinie L3 abgetrennt sind, dessen Neigung groß wird, wenn sich die Verschlechterungsbeurteilungsli­ nie L3 in die negative Richtung des Konvergenzstromwerts In erstreckt, wird im folgenden beschrieben. Da die offene Steuerung für den Wert des Heizstroms bei der zweiten Aus­ führungsform eingeführt wird, wenn sich der Sauerstoffsen­ sor 12 etwas verschlechtert, erhöht sich der innere Wider­ stand Zdc der festen Elektrolytschicht 31, ein Absolutwert des Konvergenzstromwerts In verringert sich mit einer er­ sten Änderungsrate, und ein Absolutwert des Spitzenstrom­ werts Io verringert sich mit einer zweiten Änderungsrate. In diesem Fall ist die zweite Änderungsrate des Spitzen­ stromwerts Io größer als die erste Änderungsrate des Kon­ vergenzstromwerts In. D.h. das Verhältnis des Änderungs­ grads des Spitzenstromwerts Io zu dem Änderungsgrad des Konvergenzstromwerts In erhöht sich, wenn der Verschlech­ terungsgrad des Sauerstoffsensors 12 groß wird. Daher wird die Neigung der Verschlechterungsbeurteilungslinie L3 groß, wenn sich die Verschlechterungsbeurteilungslinie L3 in die negative Richtung des Konvergenzstromwerts In er­ streckt.

Das Sensorverschlechterungsdiagnoseprogramm wird unter Bezugnahme auf das in Fig. 15 dargestellte Zeitablaufs­ diagramm konkret beschrieben.

Wie in Fig. 15 dargestellt ändert sich die an die Er­ fassungsvorrichtungseinheit 18 angelegte Abfragespannung von der ersten Abfragespannung Vp auf die zweite Abfrage­ spannung Vn zum Zeitpunkt T21. Wenn die dritte Wartezeit t3 verstrichen ist, wird danach der Spitzenstromwert Io zum Zeitpunkt T22 erfaßt. Wenn die fünfte Wartezeit t5 verstrichen ist, kehrt danach die Abfragespannung auf die erste Abfragespannung Vp zum Zeitpunkt T23 zurück, und es wird die Beurteilung, ob sich der Sauerstoffsensor 12 ver­ schlechtert hat oder nicht, unter Verwendung des Spitzen­ stromwerts Io und des Konvergenzstromwerts In durchge­ führt. Wenn die sechste Wartezeit t6 verstrichen ist, ist das Sensorverschlechterungsdiagnoseprogramm zum Zeitpunkt T24 beendet.

Die Verschlechterungsbeurteilungslinie L3 der in Fig. 16 dargestellten Io-In-Zuordnung wird wie folgt bestimmt. Eine anfängliche Charakteristik des Sauerstoffsensors 12 wird gemessen, und eine anfängliche Beziehung zwischen ei­ nem anfänglichen Spitzenstromwert Ioi und einem anfängli­ chen Konvergenzstromwert Ini entsprechend der anfänglichen Charakteristik wird in die Io-In-Karte übertragen. Die an­ fängliche Beziehung wird durch eine anfängliche charakte­ ristische Linie Lin angezeigt, welche durch eine gestri­ chelte Linie in Fig. 16 dargestellt ist. Danach wird die Verschlechterungsbeurteilungslinie L3 durch Verschieben der anfänglichen charakteristischen Linie Lin in die nega­ tive Richtung des Spitzenstromwerts Io um mehrere Prozent des anfänglichen Spitzenstromwerts Ioi bestimmt. Ein Un­ terschied zwischen der Verschlechterungsbeurteilungslinie L3 und der anfänglichen charakteristischen Linie Lin hängt von dem Verschlechterungsgrad des Sauerstoffsensors 12 ab, den der Fahrer als verschlechterten Sauerstoffsensor zu beurteilen beabsichtigt. Wenn beispielsweise der Fahrer zu beurteilen beabsichtigt, daß sich der leicht verschlech­ terte Sauerstoffsensor 12 verschlechtert hat, wird die Verschlechterungsbeurteilungslinie L3 nahe der anfängli­ chen charakteristischen Linie Lin bestimmt. Wenn demgegen­ über der Fahrer zu beurteilen beabsichtigt, daß sich der Sauerstoffsensor 12 nicht verschlechtert hat, obwohl sich der Sauerstoffsensor 12 leicht verschlechtert hat, wird die Verschlechterungsbeurteilungslinie L3 weit weg von der anfänglichen charakteristischen Linie Lin bestimmt.

Da die Beurteilung, ob sich der Sauerstoffsensor 12 verschlechtert hat oder nicht, unter Verwendung der zwei­ dimensionalen Io-In-Zuordnung durchgeführt wird, obwohl sich der Absolutwert des Konvergenzstromwerts des In ver­ ringert, wenn sich der Verschlechterungsgrad des Sauer­ stoffsensors 12 allmählich erhöht, kann dementsprechend die Verschlechterungsbeurteilung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.

Bei der zweiten Ausführungsform wird die Beurteilung, ob sich der Sauerstoffsensor 12 verschlechtert hat oder nicht, unter Verwendung der zweidimensionalen Io-In-Zuord­ nung durchgeführt. Da jedoch der Begrenzungsstromwert Ip die Beziehung zwischen dem Spitzenstromwert Io und dem Konvergenzstromwert In beeinflußt, ist es möglich, daß die Verschlechterungsbeurteilungslinie entsprechend einer dreidimensionalen Io-In-Ip-Zuordnung, welche durch Hinzu­ fügen des Begrenzungsstromwerts Ip der zweidimensionalen Io-In-Zuordnung erzielt wird, zur genauen Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12 bestimmt wird.

Ebenfalls wird die offene Steuerung bei der zweiten Ausführungsform zur Einstellung des dem Heizgerät 19 ein­ gespeisten Heizstroms auf einen konstanten Wert einge­ führt. Es ist jedoch möglich, daß die Rückkopplungssteue­ rung auf dieselbe Weise wie bei der ersten Ausführungsform zur Steuerung des internen Widerstands Zdc der festen Elektrolytschicht 31 auf einen konstanten Wert eingeführt wird. Obwohl der innere Widerstand Zdc sich nicht verän­ dert, obwohl der Verschlechterungsgrad des Sauerstoffsen­ sors 12 hoch wird, da sich der Widerstand Rb verringert, erhöht sich in diesem Fall der Absolutwert des Spitzen­ stromwerts Io. Dementsprechend kann die Diagnose der Ver­ schlechterung des Sauerstoffsensors 12 unter Verwendung der in Fig. 16 dargestellten Io-In-Zuordnung durchgeführt werden.

Im folgenden wird eine dritte Ausführungsform be­ schrieben, bei welcher die Verschlechterung des Sauer­ stoffsensors unter Verwendung der Beziehung zwischen dem Spitzenstromwert Io und dem inneren Widerstand Zdc der fe­ sten Elektrolytschicht 31 diagnostiziert wird. Da der in­ nere Widerstand Zdc und der Konvergenzstromwerts In der Beziehung Zdc = Vn/In genügt, kann die Diagnose der Ver­ schlechterung des Sauerstoffsensors 12 unter Verwendung einer Zdc-Io-Zuordnung anstelle der Io-In-Zuordnung durch­ geführt werden. Es wird ebenfalls die offene Steuerung zur Bestimmung des Heizstroms (oder der Steuerleistung DC) auf einen konstanten Wert bei der dritten Ausführungsform durch eine Funktion einer (nicht dargestellten) offenen Steuerschaltung eingeführt.

Fig. 17 zeigt ein Flußdiagramm eines von der CPU 22 entsprechend einer dritten Ausführungsform ausgeführten Hauptprogramms.

Wenn wie in Fig. 17 dargestellt das Hauptprogramm ge­ startet wird, wird ein Luftkraftstoffverhältniserfas­ sungsprogramm von der CPU 22 in einem Schritt S310 auf dieselbe Weise wie in dem in Fig. 4 und 5 dargestellten Schritt S110 durchgeführt. Danach wird in einem Schritt S320 beurteilt, ob der innere Widerstand Zdc der festen Elektrolytschicht 31 zu erfassen ist oder nicht. In diesem Fall wird die Beurteilung zur Erfassung des inneren Wider­ stands Zdc auf dieselbe Weise wie in dem in Fig. 4 darge­ stellten Schritt S120 durchgeführt. In Fällen, bei welchen die Erfassung des inneren Widerstands Zdc verlangt wird, wird ein Programm zur Erfassung des inneren Widerstands in einem Schritt S330 auf dieselbe Weise wie in dem in Fig. 6 dargestellten Schritt S130 durchgeführt.

In Fällen, bei welchen die Erfassung des inneren Wi­ derstands Zdc in dem Schritt S320 nicht verlangt wird oder das Programm zur Erfassung des inneren Widerstands beendet ist, wird in einem Schritt S340 beurteilt, ob die Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12 durchgeführt wird oder nicht. Die Beurteilung wird auf dieselbe Weise wie in dem Schritt S160 durchgeführt. In Fällen, bei wel­ chen die Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsen­ sors verlangt wird, wird ein Sensorverschlechterungsdia­ gnoseprogramm in einem Schritt S350 durchgeführt.

Fig. 18 zeigt ein Flußdiagramm des von der CPU 22 ent­ sprechend der dritten Ausführungsform durchgeführten Sen­ sorverschlechterungsdiagnoseprogramms.

Wie in Fig. 18 dargestellt werden Schritte S351 bis S355 auf dieselbe Weise wie die Schritte S171 bis S175 durchgeführt. D.h. es wird die zweite Abfragespannung Vn, welche einen negativen Wert besitzt, in dem Schritt S351 an die Erfassungsvorrichtungseinheit 18 angelegt, mit der Erfassung des Sensorstroms wird eine dritte Wartezeit t3 in dem Schritt S352 abgewartet, ein Spitzenstromwert Io wird in dem Schritt S353 erfaßt und in dem RAM 24 gespei­ chert, die Abfragespannung wird auf die erste Abfragespan­ nung Vp, welche einen positiven Wert besitzt, in dem Schritt S354 geändert, und es wird mit der Erfassung des Sensorstroms die vierte Wartezeit t4 in dem Schritt S355 abgewartet.

Daher wird die Beurteilung, ob der Sauerstoffsensor 12 sich verschlechtert hat oder nicht, in einem Schritt S356 entsprechend einer Io-Zdc-Zuordnung durchgeführt, welche im voraus in dem ROM 23 gespeichert worden und die Bezie­ hung zwischen dem inneren Widerstand Zdc und dem Spitzen­ stromwert Io anzeigt. Wie in Fig. 20 dargestellt ist das gesamte Gebiet in der Io-Zdc-Karte durch eine Verschlech­ terungsbeurteilungslinie L4 in ein Verschlechterungsgebiet C und ein normales Gebiet D unterteilt, und die Neigung der Verschlechterungsbeurteilungslinie L4 wird groß, wenn sich die Verschlechterungsbeurteilungslinie L4 auf einen niedrigen Wert des inneren Widerstands Zdc zu erstreckt.

In Fällen, bei welchen eine Betriebsposition (Zdc, Io), welche von dem in dem Schritt S353 erfaßten Spitzen­ stromwert Io und dem in dem Schritt S330 erfaßten inneren Widerstand Zdc bestimmt wird, in dem normalen Gebiet D ge­ legen ist, wird von der CPU 22 beurteilt, daß der Sauer­ stoffsensor 12 normal arbeitet, und das Sensorverschlech­ terungsdiagnoseprogramm ist beendet. In Fällen, bei wel­ chen die Betriebsposition (Zdc, Io) in dem Verschlechte­ rungsgebiet C gelegen ist, wird demgegenüber von der CPU 22 beurteilt, daß sich der Sauerstoffsensor 12 verschlech­ tert hat, und das Verfahren begibt sich zu einem Schritt S357.

In dem Schritt S357 wird ein Verschlechterungsbeurtei­ lungssignal von der CPU 22 der Motorsteuereinheit 16 über­ tragen, und das Sensorverschlechterungsdiagnoseprogramm ist beendet. In Fällen, bei welchen das Verschlechterungs­ beurteilungssignal der Motorsteuereinheit 16 übertragen wird, wird das Alarmlicht 17 zur Information eines Benut­ zers über die Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12 betrieben, und es wird die von der Motorsteuereinheit 16 zur Steuerung des Luftkraftstoffverhältnisses des Verbren­ nungsgases auf ein optimales Luftkraftstoffverhältnis durchgeführte Luftkraftstoffverhältnisrückkopp­ lungssteuerung beendet.

Das Sensorverschlechterungsdiagnoseprogramm wird kon­ kret unter Bezugnahme auf das in Fig. 19 dargestellte Zeitablaufsdiagramm beschrieben.

Wie in Fig. 19 dargestellt ändert sich die an die Er­ fassungsvorrichtungseinheit 18 angelegte Abfragespannung zu einem Zeitpunkt T31 von der ersten Abfragespannung Vp auf die zweite Abfragespannung Vn. Wenn die dritte Warte­ zeit t3 verstrichen ist, wird danach zum Zeitpunkt T32 der Spitzenstromwert Io erfaßt, und die Abfragespannung kehrt zum selben Zeitpunkt T32 auf die erste Abfragespannung Vp zurück. Wenn die vierte Wartezeit t4 verstrichen ist, wird danach der Begrenzungsstromwert Ip zum Zeitpunkt T33 er­ faßt, und es wird die Beurteilung, ob sich der Sauer­ stoffsensor 12 verschlechtert hat oder nicht, unter Ver­ wendung des Spitzenstromwerts Io und des inneren Wider­ stands Zdc durchgeführt.

Die in Fig. 20 dargestellte Verschlechterungsbeurtei­ lungslinie L4 der Io-Zdc-Zuordnung wird wie folgt be­ stimmt. Eine anfängliche Charakteristik des Sauerstoffsen­ sors 12 wird gemessen, und es wird eine anfängliche Bezie­ hung zwischen einem anfänglichen Spitzenstromwert Ioi und einem anfänglichen inneren Widerstand Zdci entsprechend der anfänglichen Charakteristik auf die Io-Zdc-Zuordnung übertragen. Die anfängliche Beziehung wird durch eine an­ fängliche charakteristische Linie Lin angezeigt, welche in Fig. 20 als gestrichelte Linie dargestellt ist. Danach wird die Verschlechterungsbeurteilungslinie L4 durch Ver­ schieben der anfänglichen charakteristischen Linie Lin in die negative Richtung des Spitzenstromwerts Io um mehrere Prozent des anfänglichen Spitzenstromwerts Ioi verschoben. Ein Unterschied zwischen der Verschlechterungsbeurtei­ lungslinie L4 und der anfänglichen charakteristischen Li­ nie Lin hängt von dem Verschlechterungsgrad des Sauer­ stoffsensors 12 ab, den ein Fahrer als verschlechterten Sauerstoffsensor zu beurteilen beabsichtigt. Wenn bei­ spielsweise der Fahrer zu beurteilen beabsichtigt, daß sich der leicht verschlechterte Sauerstoffsensor 12 ver­ schlechtert hat, wird die Verschlechterungsbeurteilungsli­ nie L4 nahe der anfänglichen charakteristischen Linie Lin bestimmt. Wenn demgegenüber der Fahrer zu beurteilen beab­ sichtigt, daß sich der Sauerstoffsensor 12 nicht ver­ schlechtert hat, obwohl sich der Sauerstoffsensor 12 leicht verschlechtert hat, wird die Verschlechterungsbeur­ teilungslinie L4 weit weg von der anfänglichen charakteri­ stischen Linie Lin bestimmt.

Da die Beurteilung, ob sich der Sauerstoffsensor 12 verschlechtert hat oder nicht, entsprechend der Beziehung zwischen dem inneren Widerstand Zdc und dem durch die zweidimensionale Io-Zdc-Zuordnung angezeigten Spitzen­ stromwert Io durchgeführt wird, obwohl ein Absolutwert des inneren Widerstands Zdc sich erhöht, wenn ein Verschlech­ terungsgrad des Sauerstoffsensors 12 sich allmählich er­ höht, kann dementsprechend die Verschlechterungsbeurtei­ lung mit hoher Genauigkeit auf dieselbe Weise wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform durchgeführt werden.

Bei der dritten Ausführungsform wird die Beurteilung, ob sich der Sauerstoffsensor 12 verschlechtert hat oder nicht, unter Verwendung der zweidimensionalen Io-Zdc-Zu­ ordnung durchgeführt. Da jedoch der Begrenzungsstromwert Ip die Beziehung zwischen dem Spitzenstromwert Io und dem inneren Widerstand Zdc beeinflußt, ist es möglich, eine Verschlechterungsbeurteilungslinie in einer dreidimensio­ nalen Io-Zdc-Ip-Zuordnung, welche durch Addieren des Be­ grenzungsstromwerts Ip auf die zweidimensionale Io-Zdc-Zu­ ordnung erzielt wurde, zur strengen Diagnose der Ver­ schlechterung des Sauerstoffsensors 12 zu bestimmen.

Die offene Steuerung ist ebenfalls bei der dritten Ausführungsform eingeführt, um den dem Heizgerät 19 einge­ speisten Heizstrom auf einen konstanten Wert einzustellen. Es ist jedoch möglich, als Rückkopplungssteuerung bzw. -regelung eine Proportional-Integral-Regelung (PI-Rege­ lung), eine Proportional-Integral-Differential-Regelung (PID-Regelung) oder eine Integralregelung (I-Regelung) für das Heizgerät 19 auf dieselbe Weise wie der ersten Ausfüh­ rungsform zur Steuerung des inneren Widerstands Zdc der festen Elektrolytschicht 31 auf einen konstanten Wert ein­ zuführen. Obwohl sich der innere Widerstand Zdc sich nicht ändert, wenn der Verschlechterungsgrad des Sauerstoffsen­ sors 12 groß wird, da sich der Widerstand Rb verringert, erhöht sich in diesem Fall der Absolutwert des Spitzen­ stromwerts Io. Dementsprechend kann die Diagnose der Ver­ schlechterung des Sauerstoffsensors 12 unter Verwendung der Io-Zdc-Zuordnung durchgeführt werden.

Es ist ebenfalls möglich, die Temperatur der Erfas­ sungsvorrichtungeinheit 12 auf eine Solltemperatur in Übereinstimmung mit einer Erfassungsvorrichtungstempera­ turrückkopplungssteuerung zu steuern.

Ebenfalls ändert sich bei der ersten bis dritten Aus­ führungsform die an die Erfassungsvorrichtungseinheit 18 angelegte Abfragespannung von der er 38370 00070 552 001000280000000200012000285913825900040 0002019622625 00004 38251sten Abfragespannung Vp auf die zweite Abfragespannung Vn und kehrt zu der er­ sten Abfragespannung Vp zur Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12 oder zur Erfassung des inneren Widerstands Zdc zurück. Es ist jedoch möglich, eine Wech­ selstromimpedanz auf dieselbe Weise wie bei der veröffent­ lichten japanischen Patentanmeldung Nr. 4-24657 von 1992 zur Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12 oder zur Erfassung des inneren Widerstands Zdc zu verwen­ den. In diesem Fall wird eine Wechselspannung an den Sau­ erstoffsensor 12 angelegt, und es wird die Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12 oder die Erfas­ sung des inneren Widerstands Zdc entsprechend der Ampli­ tude der Wechselspannung oder der Amplitude des Sensor­ stroms durchgeführt.

Es ist ebenso möglich, daß die Erfassung des inneren Widerstands Zdc auf dieselbe Weise wie bei der veröffent­ lichten japanischen Patentanmeldung Nr. 7-18837 von 1995 durchgeführt wird.

Ebenfalls wird bei der ersten bis dritten Ausführungs­ form der Spitzenstromwert Io durch Ändern der Abfragespan­ nung von der ersten Abfragespannung Vp mit einem positiven Wert auf die zweite Abfragespannung Vn mit einem negativen Wert erfaßt. Es ist jedoch möglich, einen Spitzenstromwert durch Änderung einer an den Sauerstoffsensor 12 angelegten Spannung von einer Abfragespannung Vp mit einem negativen Wert auf eine andere Abfragespannung mit einem positiven Wert zu erfassen. Da sich die Abfragespannung von der zweiten Abfragespannung Vn mit einem negativen Wert auf die erste Abfragespannung Vp mit einem positiven Wert zum Zeitpunkt T2 wie in Fig. 10 dargestellt ändert, kann bei­ spielsweise der Spitzenstromwert Io zu einem Zeitpunkt un­ mittelbar nach dem Zeitpunkt T2 erfaßt werden.

Ebenfalls kann der Spitzenstromwert Io erfaßt werden, obwohl sogar sich die Abfragespannung von einem ersten po­ sitiven Wert (oder einem ersten negativen Wert) auf einen zweiten positiven Wert (oder einen zweiten negativen Wert) ändert. In diesem Fall können folgende Effekte erzielt werden. Zuerst einmal kann eine Konfiguration einer Schal­ tung zur Änderung der Abfragespannung im Vergleich mit derjenigen bei der Änderung der Abfragespannung von einem positiven (oder negativen) Wert auf einen negativen (oder positiven) Wert vereinfacht werden. Insbesondere ist in Fällen, bei welchen der Sauerstoffsensor 12 bei dem mage­ ren Luftkraftstoffverhältnis verwendet wird, die an den Sauerstoffsensor 12 angelegte Abfragespannung bei der Ope­ ration zur Erfassung des Luftkraftstoffverhältnisses stets positiv. Daher kann die Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12, welche durch Ändern der Abfragespan­ nung von einem positiven (oder negativen Wert) auf einen anderen positiven (oder negativen) Wert leicht durchge­ führt werden. Da zum zweiten sich die an den Sauer­ stoffsensor 12 angelegte Abfragespannung von dem positiven Wert Vp in dem Begrenzungsstromerzeugungsgebiet auf einen anderen positiven Wert ändert, kann der Änderungsgrad der Änderungsspannung klein gehalten werden, und es kann ebenfalls der Änderungsgrad des Sensorstroms klein gehal­ ten werden. Da der Änderungsgrad des Sensorstroms klein ist, kann daher die Diagnose der Verschlechterung des Sau­ erstoffsensors 12 mit einer hohen Genauigkeit durchgeführt werden. Zum dritten liegt in Fällen, bei welchen der Sau­ erstoffsensor 12 in einem sehr hohen mageren Luftkraft­ stoffverhältnis verwendet wird, die an den Sauerstoffsen­ sor 12 angelegte Abfragespannung bei der Operation der Er­ fassung des Luftkraftstoffverhältnisses auf einem sehr ho­ hen positiven Wert. Da der Änderungsgrad des Sensorstroms klein ist, kann jedoch die Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12 leicht durchgeführt werden, ob­ wohl der Sauerstoffsensor 12 bei einem sehr hohen mageren Luftkraftstoffverhältnis verwendet wird.

Ebenfalls wird beim dem Programm zur Erfassung des Luftkraftstoffverhältnisses bei der ersten bis dritten Ausführungsform die erste Abfragespannung Vp unter der Be­ dingung bestimmt, daß ein Wert Ip des Begrenzungsstroms unabhängig von dem Ansteigen und Verringern des sich in einem gewünschten Erfassungsbereich ändernden Luftkraft­ stoffverhältnisses erfaßt werden kann. Es ist jedoch mög­ lich, die erste Abfragespannung Vp veränderbar einzustel­ len. D;h. es wird wie in Fig. 21 dargestellt eine Abfrage­ spannungsbestimmungslinie L5, welche der Beziehung V = Z_*I + Ve genügt, auf ein U-I-Koordinatensystem übertra­ gen, es wird ein Begrenzungsstromwert Ip, welcher einem von dem Mikrocomputer 20 erfaßten tatsächlichen Luftkraft­ stoffverhältnis entspricht, entsprechend einer Luftkraft­ stoffverhältnisrückkopplungssteuerung bestimmt, und es wird die erste Abfragespannung Vp unter der Bedingung be­ stimmt, daß eine Abfragespannungseinstellungsposition (Vp, Ip) auf der Einstellinie L5 (Vp = Z_*Ip + Ve) gele­ gen ist. Hierbei ist die Neigung Z der Bestimmungslinie L5 nahezu gleich dem inneren Widerstand Zdc, und die Position (Ve, 0) ist in der Mitte eines Begrenzungsstromerzeugungs­ gebiets entsprechend einem idealen Luftkraftstoffverhält­ nis (Ip = 0 mA) gelegen. Daher ändert sich die erste Abfragespannung Vp mit dem von dem Mikrocomputer 20 erfaß­ ten tatsächlichen Luftkraftstoffverhältnis. Da die Abfra­ gebestimmungseinstellposition (Vp, Ip) stets in der Mitte des Begrenzungsstromerzeugungsgebiet eingestellt ist, ob­ wohl sich das von dem Mikrocomputer 20 erfaßte tatsächli­ che Luftkraftstoffverhältnis ändert, kann dementsprechend der Begrenzungsstromwert Ip verläßlich erfaßt werden, und es kann die Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12 ver­ läßlich diagnostiziert werden.

Es wird ebenfalls bei der ersten bis dritten Ausfüh­ rungsform der innere Widerstand Zdc durch Erfassen des Konvergenzstromwerts In erfaßt. Es ist jedoch möglich, die Vorrichtungstemperatur der Erfassungsvorrichtungseinheit 18 direkt zu erfassen und den inneren Widerstand Zdc ent­ sprechend einer Beziehung zwischen der Vorrichtungstempe­ ratur und dem in dem RAM 24 gespeicherten inneren Wider­ stand Zdc zu berechnen.

Im folgenden wird ein Verfahren zur Diagnostik einer Funktionsstörung (beispielsweise eine Trennung oder ein Leitungsdefekt) eines in einer Luftkraftstoffverhält­ nissteuervorrichtung eines Automobilverbrennungsmotors verwendeten Sauerstoffsensors entsprechend einer vierten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Figuren beschrie­ ben.

Fig. 23 zeigt eine grundlegende Ansicht einer Luft­ kraftstoffverhältnissteuervorrichtung eines Automobilver­ brennungsmotors.

Wie in Fig. 23 dargestellt sind ein Einlaßrohr 42 und ein Auslaßrohr 43 jeweils mit einem Zylinder eines vierzy­ lindrigen Ottomotors (hiernach einfach als Motor bezeich­ net) 41 verbunden. Ein Druckausgleichsbehälter 44 ist in der Mitte des Einlaßrohr S42 angeordnet, und eine Drossel­ klappe 45, welche mit einem (nicht dargestellten) Be­ schleunigungspedals zusammenwirkt, ist an einer oberen Seite des Druckausgleichsbehälters 44 angeordnet. Eben­ falls ist eine Einspritzvorrichtung bzw. ein Düsenhalter mit Düse 46 in dem Einlaßrohr 42 jedes Zylinders des Mo­ tors 41 zum Einspritzen und Einspeisen von Kraftstoff (bzw. Benzin) in eine Verbrennungskammer 47 jedes Zylin­ ders angeordnet, und es ist eine Zündkerze 48 in der Ver­ brennungskammer 47 jedes Zylinders angeordnet. Eine hohe Spannung wird in einer Zündvorrichtung 50 aus einer Batte­ riespannung 31 erzeugt und an jede der Zündkerzen 48 durch einen Verteiler 52 verteilt. In einer Mehrzahl vorkommende Kurbelwinkelsensoren 53 sind an dem Verteiler 52 in vorge­ schriebenen Kurbelwinkelintervallen (beispielsweise in Kurbelwinkelintervallen von 30°) zur Erzeugung eines Kur­ belwinkelsignals in jedem der Kurbelwinkelsensoren 53 wäh­ rend der Drehung einer Kurbelwelle des Motors 41 angeord­ net. Ebenfalls ist ein Drucksensor 54 auf jedem Druckaus­ gleichsbehälter 44 zur Erfassung eines Drucks (oder eines negativen Einlaßdrucks) in dem Einlaßrohr 42 angeordnet. Ein Wassertemperatursensor 55 ist auf jedem Zylinderblock des Motors 41 zur Erfassung einer Temperatur des Motor­ kühlwassers angeordnet.

Ebenfalls ist ein Sauerstoffsensor 56 eines Begren­ zungsstromtyps in jedem Auslaßrohr 43 des Motors 41 ange­ ordnet, und ein Erfassungssignal, dessen Pegel sich linear proportional zu der Sauerstoffkonzentration des Abgas es ändert, wird von jedem Sauerstoffsensor 51 ausgegeben. Ein (nicht dargestellter) Katalysator ist stromab jedes Sauer­ stoffsensors 56 angeordnet, und das Abgas wird von dem Ka­ talysator gereinigt. Ein von jedem Sensor ausgegebenes Er­ fassungssignal wird einer elektronischen Steuereinheit 70 eingegeben. Die elektronische Steuereinheit 70 wird unter Verwendung der Batterie 51 als elektrische Quelle betrie­ ben, der Betrieb des Motors 41 wird synchron zu einem "Ein" -Signal eines Zündschalters 58 gestartet, ein Luftkraft­ stoffverhältniskorrekturkoeffizient wird entsprechend dem Erfassungssignal jedes Sauerstoffsensors 56 während des Betriebs des Motors 41 korrigiert, und ein tatsächliches Luftkraftstoffverhältnis wird zur Einstellung der tatsäch­ lichen Luftkraftstoffrate auf die Luftkraftstoffsollrate (beispielsweise eine theoretische Luftkraftstoffrate) un­ ter Rückkopplung gesteuert. Ebenfalls wird von der elek­ tronischen Steuereinheit 70 ein später beschriebenes Ver­ fahren zur Diagnostik einer Sensorfunktionsstörung durch­ geführt, es wird das Vorhandensein einer Funktionsstörung des Sauerstoffsensors 56 von der elektronischen Steuerein­ heit 70 diagnostiziert, es wird auf die Beurteilung, daß eine Funktionsstörung des Sauerstoffsensors 56 vorliegt, ein Alarmlicht 59 betrieben, und es wird der Fahrer über das Auftreten der Funktionsstörung informiert.

Fig. 24 zeigt eine Querschnittsansicht des Sauer­ stoffsensors 56, und Fig. 25 stellt die Spannungsstromcha­ rakteristik des Sauerstoffsensors 56 dar.

Wie in Fig. 24 dargestellt ragt der Sauerstoffsensor 56 in das Auslaßrohr 43 hinein, und der Sauerstoffsensor 56 setzt sich zusammen aus einer Abdeckung 61, einem Sen­ sorkörper 62 und einem Heizgerät 63. Die Abdeckung 61 ist in einem U-förmigen Querschnitt gebildet, und es sind viele Poren 61a in der Abdeckung 61 gebildet, um Abgas von der äußeren Oberfläche auf die innere Oberfläche durchzu­ lassen. In dem Sensorkörper 62 wird ein Begrenzungsstrom entsprechend einer Sauerstoffkonzentration des Abgas es in einem Gebiet eines mageren Luftkraftstoffverhältnisses oder entsprechend einer Verbrennungsgaskonzentration eines Kohlenmonoxids (CO) oder dergleichen in einem Gebiet eines fetten Luftkraftstoffverhältnisses erzeugt.

Der Sensorkörper 62 wird im folgenden detailliert be­ schrieben. In dem Sensorkörper 62 ist eine Abgasseitene­ lektrodenschicht 64 auf einer äußeren Oberfläche einer fe­ sten Elektrolytschicht 65 befestigt, und eine Atmosphären­ seitenelektrodenschicht 66 ist auf einer inneren Oberflä­ che der festen Elektrolytschicht 65 befestigt. Ebenso ist eine Diffusionswiderstandsschicht 67, welche entsprechend einer Plasmasprühtechnik gebildet ist, auf einer äußeren Oberfläche der Abgasseitenelektrodenschicht 64 angeordnet. Die feste Elektrolytschicht 65 ist aus einem gesinterten Körper eines Sauerstoffionen leitenden Oxids gebildet, in welchem CaO, MgO, Y₂O₃, Yb₂O₃ oder dergleichen in ZrO₂, HfO₂, ThO₂, Bi2O₃ oder dergleichen als Stabilisator gelöst sind (solution-treated). Die Diffusionswiderstandschicht 67 ist aus einem hitzebeständigen anorganischen Körper wie Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Siliziumoxid, Spinell, Mul­ lit oder dergleichen gebildet. Die Abgasseitenelektroden­ schicht 64 und die Atmosphärenseitenelektrodenschicht 66 sind aus einem Edelmetall, welches eine hohe katalytische Aktivität besitzt, wie Platin gebildet und an beiden Ober­ flächen der festen Elektrolytschicht 65 als poröser chemi­ scher Metallüberzug gelegen. Die Abgasseitenelektroden­ schicht 64 besitzt eine Fläche im Bereich von 10 bis 100 mm² und eine Dicke im Bereich von 0,5 bis 2,0 µm. Die At­ mosphärenseitenelektrodenschicht 66 besitzt eine Fläche von 10 mm² oder mehr und eine Dicke im Bereich von 0,5 bis 2,0 µm. Die feste Elektrolytschicht 65 ist äquivalent zu einer Sauerstoffkonzentrationserfassungsvorrichtung.

Das Heizgerät 63 ist in eine Atmosphärenkammer 68 pla­ ziert, welche von der Atmosphärenseitenelektrodenschicht 66 umgeben ist, zur Erhitzung des Sensorkörpers 62, wel­ cher sich aus der Atmosphärenseitenelektrodenschicht 66, der festen Elektrolytschicht 65, der Abgasseitenelektro­ denschicht 64 und der Diffusionswiderstandsschicht 67 zu­ sammensetzt. Das Heizvermögen des Heizgeräts 63 ist hin­ reichend, den Sensorkörper 62 zu aktivieren.

Ebenfalls ist ein Teil des Sauerstoffsensors 56 der Außenseite des Abgasrohrs 43 ausgesetzt bzw. bloßgelegt, und eine Kappe 69 ist auf dem ausgesetzten Teil des Sauer­ stoffsensors 5 befestigt. Ein Atmosphärenleitungsloch 69a ist in der Kappe 69 gebildet, um die Atmosphäre in die At­ mosphärenkammer 68 zu leiten.

Bei der obigen Konfiguration des Sauerstoffsensors 56 wird von dem Sensorkörper 62 eine elektromotorische Kraft entsprechend einer Konzentration an dem theoretischen Luftkraftstoffverhältnispunkt erzeugt, und es wird ein Be­ grenzungsstrom, dessen Wert der Sauerstoffkonzentration (oder einem Fluß von Sauerstoffionen in der festen Elek­ trolytschicht 65) des Abgases entspricht, von dem Sauer­ stoffkörper 62 in Fällen erzeugt, bei welchen das Luft­ kraftstoffverhältnis in einem Verbrennungsgas sich von dem theoretischen Luftkraftstoffverhältnispunkt auf das Gebiet des mageren Luftkraftstoffverhältnisses zu verschiebt. In diesem Fall wird ein Wert des Begrenzungsstroms entspre­ chend der Sauerstoffkonzentration durch die Fläche der Ab­ gasseitenelektrodenschicht 64, die Dicke der Diffusionswi­ derstandsschicht 67, einem Porenverhältnis und einem durchschnittlichen Porendurchmesser in der Abgasseitene­ lektronenschicht 64 und einem Porenverhältnis und einem durchschnittlichen Porendurchmesser in der Atmosphärensei­ tenelektrodenschicht 66 bestimmt. Obwohl die Sauerstoff­ konzentration entsprechend einer linearen Charakteristik erfaßt werden kann, wird ebenfalls verlangt, den Sensor­ körper 62 auf eine Temperatur von 650°C oder mehr zum Zwecke eines Aktivierens des Sensorkörpers 62 zu erhitzen, und ein Aktivierungsgebiet des Sensorkörpers 62 kann nicht durch Erhitzen des Sensorkörpers 62 lediglich mit dem Ab­ gas des Motors 41 gesteuert werden, da der Aktivie­ rungstemperaturbereich des Sensorkörpers 62 schmal ist. Daher wird die Temperatur des Sensorkörpers 62 entspre­ chend einer Hitzesteuerung unter Verwendung des Heizgeräts 63 gesteuert. In Fällen, bei welchen sich das Luftkraft­ stoffverhältnis in einem Verbrennungsgas von einem theore­ tischen Luftkraftstoffverhältnispunkt auf ein Gebiet eines reichen Luftkraftstoffverhältnisses zu verschiebt, ver­ bleibt ebenfalls unverbranntes Gas in dem Abgas wie Koh­ lenmonoxid (CO), die CO-Konzentration des Abgases ändert sich linear mit dem Luftkraftstoffverhältnis des Verbren­ nungsgases, und es wird von dem Sensorkörper 62 ein Be­ grenzungsstrom erzeugt, dessen Wert der CO-Konzentration des Abgases entspricht.

Wie in Fig. 25 dargestellt zeigt die Spannungsstrom­ charakteristik des Sauerstoffsensors 56 ebenfalls an, daß die Beziehung zwischen dem Sensorstrom, welcher durch die feste Elektrolytschicht 65 des Sensorkörpers 56 hindurch­ tritt und proportional zu der von dem Sauerstoffsensor 56 erfaßten Sauerstoffkonzentration (oder einem Luftkraft­ stoffverhältnis) ist, und die an die feste Elektrolyt­ schicht 65 angelegte Abfragespannung linear ist. Wenn der Sensorkörper 56 auf einen aktiven Zustand bestimmt ist, wird die Spannungsstromcharakteristik des Sauerstoffsen­ sors 56 durch eine charakteristische Linie L8 angezeigt, und es wird der Sensorkörper 56 auf den stabilsten Zustand bestimmt. In diesem Fall bestimmt ein gerades Linienseg­ ment der charakteristischen Linie L8 parallel zu der Span­ nungsachse den von dem Sensorkörper 56 ausgegebenen Be­ grenzungsstrom. Das Ansteigen und Verringern des Begren­ zungsstroms hängt von dem (mageren oder reichen) Luft­ kraftstoffverhältnis ab. D.h. wenn sich das Luftkraft­ stoffverhältnis auf die fette Seite verschiebt, erhöht sich der Wert des Begrenzungsstroms. Wenn sich demgegen­ über das Luftkraftstoffverhältnis auf die magere Seite verschiebt, verringert sich der Wert des Begrenzungs­ stroms.

Ein Gebiet für ein lineares Segment der charakteristi­ schen Linie L8, welches bei einer niedrigeren Abfragespan­ nung gegenüber dem geraden Leitungssegment der charakteri­ stischen Linie L8 parallel zu der Spannungsachse gelegen ist, wird Widerstandregulierungsgebiet genannt, und es wird eine Neigung der charakteristischen Linie L8 in dem Widerstandsregulierungsgebiet durch den inneren Widerstand der festen Elektrolytschicht 65 bestimmt. Da der innere Widerstand der festen Elektrolytschicht sich mit der Tem­ peratur des Sensorkörpers 62 ändert, d. h. wenn die Tempe­ ratur des Senorkörpers 62 sich verringert, erhöht sich der innere Widerstand der festen Elektrolytschicht 65, und die Neigung der charakteristischen Linie L8 in dem Wider­ standsregulierungsgebiet wird niedrig. Ebenfalls beträgt der Wert des Begrenzungsstroms entsprechend der theoreti­ schen Luftkraftstoffrate 0. Ebenfalls verschiebt sich die charakteristische Linie L8 in dem Widerstandsregulierungs­ gebiet leicht auf die positive Abfragespannungsseite wegen der Konzentration der elektromotorischen Kraft des Sauer­ stoffsensors 56 zu. D.h. die charakteristische Linie L8 in dem Widerstandsregulierungsgebiet kreuzt die Abfragespan­ nungsachse an einem positiven Wert V1.

Wenn eine Abfragespannung Vp an die feste Elektrolyt­ schicht des Sensorkörpers 62 angelegt wird, wird eine cha­ rakteristische Linie L8 entsprechend einem tatsächlichen Luftkraftstoffverhältnis bestimmt, und es wird ein Wert Ip des Begrenzungsstroms, welcher von der charakteristischen Linie L8 angezeigt wird, erfaßt. In Fällen, bei welchen der Motor 41 ein Motor mit einer mageren Verbrennung ist, bei welchem ein Verbrennungsgas eines Gebiets eines mage­ ren Luftkraftstoffverhältnisses verbrannt wird, ist der Wert des Begrenzungsstroms stets positiv. Ebenfalls wird bei dem Motor mit magerer Verbrennung, wenn eine Abfrage­ spannung mit negativem Wert Vb an die feste Elektrolytsch­ icht 65 des Sensorkörpers 62 angelegt wird, ein negativer Wert Ib des Sensorstroms, welcher ohne Abhängigkeit zu ei­ ner Sauerstoffkonzentration durch den Sensorkörper 62 fließt, erfaßt. Der negative Wert Ib des Sensorstroms ist proportional zu der Temperatur des Sensorkörpers 62. In Fällen, bei welchen ein Verbrennungsgas des Gebiets des fetten Luftkraftstoffverhältnisses verbrannt wird, wird, wenn eine Abfragespannung mit positivem Wert V in dem Be­ grenzungsstromerzeugungsgebiet an die feste Elektrolyt­ schicht 65 des Sensorkörpers 62 angelegt wird, ein Begren­ zungsstrom entsprechend einem fetten Luftkraftstoffver­ hältnis erfaßt, und der Wert des Begrenzungsstroms ist ne­ gativ.

Ebenfalls ist wie in Fig. 25 dargestellt die Spannung V1 niedriger als eine niedrigste Spannung in dem Begren­ zungsstromerzeugungsgebiet (oder einem Flachheitsgebiet in Übereinstimmung mit der Spannungsachse) entsprechend dem idealen Luftkraftstoffverhältnis (nahezu gleich 14.7), und ein Spannungsgebiet (in Fig. 25 durch Bezugszeichen A1 dargestellt) niedriger als die Spannung V1 ist äquivalent zu einem Gebiet, bei welchem ein Sensorstrom stets einen negativen Wert für ein Luftkraftstoffverhältnis besitzt. Ebenfalls ist eine Spannung V2 größer als eine höchste Spannung in dem Begrenzungsstromerzeugungsgebiet entspre­ chend dem idealen Luftkraftstoffverhältnis, und ein (in Fig. 25 durch Bezugszeichen A2 dargestelltes) Spannungsge­ biet oberhalb der Spannung V2 ist äquivalent zu einem Ge­ biet, in welchem ein Sensorstrom stets einen positiven Wert für ein Luftkraftstoffverhältnis besitzt.

Fig. 26 zeigt ein Blockdiagramm der elektronischen Steuereinheit 70. Wie in Fig. 26 dargestellt, ist eine Vorspannungssteuereinheit 71 mit der Abgasseitenelektro­ denschicht 64 des Sensorkörpers 62 verbunden, und die At­ mosphärenseitenelektrodenschicht 66 des Sensorkörpers 62 ist mit der Vorspannungssteuereinheit 71 durch eine Sen­ sorstromerfassungsschaltung 72 verbunden. Die Vorspan­ nungssteuereinheit 71 enthält eine erste Gleichstromquelle 73 für eine positive Vorspannung, eine zweite Gleichstrom­ quelle 74 für eine negative Vorspannung und eine Umschal­ teschaltung 75. Eine negative Elektrode der ersten Gleich­ stromquelle 73 und eine positive Elektrode der zweiten Gleichstromquelle 74 sind jeweils mit der Abgasseitenelek­ trodenschicht 64 verbunden.

Wenn die Umschalteschaltung 75 auf einen ersten Über­ gangszustand bestimmt ist, ist die positive Elektrode der ersten Gleichstromquelle 73 lediglich mit der Umschalte­ schaltung 75 verbunden. Wenn demgegenüber die Umschalte­ schaltung 75 auf einen zweiten Übergangszustand bestimmt ist, ist die negative Elektrode der zweiten Gleichstrom­ quelle 74 lediglich mit der Umschalteschaltung 75 verbun­ den. D.h. wenn die Umschalteschaltung 75 auf den ersten Übergangszustand bestimmt ist, ist die feste Elektrolyt­ schicht 65 des Sensorkörpers 62 auf eine positive Spannung durch die erste Gleichstromquelle 73 vorgespannt, und es fließt ein erster Strom, welcher in eine positive Richtung gerichtet ist, durch die feste Elektrolytschicht 65. Wenn demgegenüber die Umschalteschaltung 75 auf den zweiten Übergangszustand bestimmt ist, ist die feste Elektrolyts­ chicht 65 des Sensorkörpers 62 auf die negative Spannung durch die zweite Gleichstromquelle 74 vorgespannt, und es fließt ein zweiter Strom, welcher in eine negative Rich­ tung gerichtet ist, durch die feste Elektrolytschicht 65.

Ein Sensorstrom, welcher von der Atmosphärenseitene­ lektrodenschicht 66 des Sensorkörpers 62 zu der Umschalte­ schaltung 75 hindurchfließt, und ein anderer Sensorstrom, welcher von der Umschalteschaltung 75 zu der Atmosphären­ seitenelektrodenschicht 66 hindurchfließt, fließen durch die feste Elektrolytschicht 65, und diese Sensorströme werden von der Sensorstromerfassungsschaltung 72 erfaßt. Ebenfalls wird eine von einer Batterie VB dem Heizgerät 63 eingespeiste elektrische Leistung durch eine Heizge­ rätsteuerschaltung 76 entsprechend der Temperatur des Sen­ sorkörpers 62 und der Temperatur des Heizgeräts 63 zur Steuerung der Erwärmung des Heizgeräts leistungsgesteuert (duty controlled). Ein dem Heizgerät 63 zugeführter Heiz­ gerätstrom wird von einem Stromerfassungswiderstand 74 er­ faßt. Jeder Sensorstrom, dem Heizgerät 63 eingespeister Heizgerätstrom und eine der Abgasseitenelektrodenschicht 64 angelegte Abfragespannung werden jeweils in ein Digi­ talsignal von einem Analog/Digital-Wandler 78 umgewandelt, und das Digitalsignal wird einem Mikrocomputer 79 übertra­ gen. Der Mikrocomputer 79 enthält eine Zentralverarbei­ tungseinheit (CPU) 79a zum Durchführen verschiedener arithmetischer Verfahren und einen Speicher 79b, welcher sich aus einem Festwertspeicher (ROM) und einem Speicher mit willkürlichem Zugriff (RAM) zusammensetzt. Die Vor­ spannungssteuerschaltung 71 und die Heizgerätsteuerschal­ tung 76 werden von dem Mikrocomputer 79 entsprechend einem in dem Speicher 79b gespeicherten Computerprogramm gesteu­ ert. Verschiedene Sensorsignale werden einer Vorsteuerein­ heit 80 als Stücke einer Motorinformation eingegeben, und die Stücke der Motorinformation wie Einlaßlufttemperatur, negativer Einlaßluftdruck, Kühlwassertemperatur, Motor­ drehzahl und Automobilgeschwindigkeit werden von der Mo­ torsteuereinheit 80 erfaßt. Danach wird eine von jeder Einspritzvorrichtung 46 durchgeführten Kraftstoffeinsprit­ zung entsprechend der Motorinformation von der Motorsteue­ reinheit 80 gesteuert. Ebenfalls wird das Alarmlicht 59 von dem Motorsteuereinheit 80 entsprechend einem von dem Mikrocomputer 79 übertragenen Funktionsstörungsbeurtei­ lungssignals betrieben. Bei dieser Ausführungsform arbei­ tet die CPU 79a des Mikrocomputers als Spannungsanlegeein­ richtung und als Funktionsstörungsdiagnoseeinrichtung.

Bezüglich der obigen Konfiguration wird im folgenden eine Luftkraftstoffverhältniserfassungsoperation und eine Funktionsstörungsdiagnoseoperation beschrieben.

Fig. 27 zeigt ein Flußdiagramm, welches ein von der CPU 79a des Mikrocomputers 79 durchgeführtes Programm zur Erfassung eines Luftkraftstoffverhältnisses zur Durchfüh­ rung einer Luftkraftstoffverhältniserfassung und zur Dia­ gnose einer Funktionsstörung des Sauerstoffsensors 56 dar­ stellt.

Wenn der Zündschalter 58 eingeschaltet wird, wird wie in Fig. 27 dargestellt eine elektrische Leistung von der Batterie 51 der elektronischen Steuereinheit 70 einge­ speist und das Programm zur Erfassung des Luftkraftstoff­ verhältnisses gestartet. In einem Schritt S401 wird von der CPU 79a beurteilt, ob eine vorgeschriebene Zeitdauer (beispielsweise eine bis mehrere Sekunden) auf eine vor­ hergehende Funktionsstörungsdiagnose verstrichen ist. In Fällen, bei welchen die vorgeschriebene Zeitdauer nicht verstrichen ist, wird in Schritten S402 bis S404 eine Luftkraftstoffverhältniserfassungsoperation durchgeführt. In Fällen, bei welchen die vorgeschriebene Zeitdauer ver­ strichen ist, wird demgegenüber eine Funktionsstörungsdia­ gnoseoperation in Schritten S405 bis S410 durchgeführt.

Detailliert dargestellt, im Falle der Luftkraftstoff­ verhältniserfassungsoperation wird von der CPU 79a in ei­ nem Schritt S402 eine Abfragespannung Vp zur Erfassung ei­ nes Luftkraftstoffverhältnisses bestimmt, und es wird die Abfragespannung Vp dem Sauerstoffsensor 56 angelegt. In diesem Fall ist für die Abfragespannung Vp ein fester Wert verfügbar, und es ist für die Abfragespannung Vp ein ver­ änderbarer Wert verfügbar. In Fällen, bei welchen die Ab­ fragespannung Vp, welche einen veränderbaren Wert besitzt, an den Sauerstoffsensor 56 wie in Fig. 21 dargestellt an­ gelegt wird, wird die Abfragespannung Vp entsprechend ei­ nem kurz davor erfaßten Begrenzungsstromwert Ip (oder ei­ nem Luftkraftstoffverhältnis) entsprechend der Gleichung Vp = Z_*Ip + Ve bestimmt. Nachdem die Abfragespan­ nung Vp angelegt ist, wird ein von der Sensorstromerfas­ sungsschaltung 72 erfaßter Begrenzungsstromwert Ip der CPU 79a in einem Schritt S403 übertragen, und es wird ein Luftkraftstoffverhältnis entsprechend dem Begrenzungss­ tromwert Ip gemäß der Beziehung zwischen dem Begrenzungs­ strom und dem Luftkraftstoffverhältnis wie in Fig. 9 dar­ gestellt in einem Schritt S404 berechnet. Das berechnete Luftkraftstoffverhältnis wird von der CPU 79a der Motor­ steuereinheit 80 übertragen, und es wird eine Luftkraft­ stoffverhältnisrückkopplungssteuerung bzw. -regelung von der Motorsteuereinheit 80 entsprechend dem berechneten Luftkraftstoffverhältnis durchgeführt. Die Luftkraftstoff­ verhältniserfassungsoperation wird in den Schritten S402 bis S404 wiederholt, bis in dem Schritt S401 beurteilt wird, daß die vorgeschriebene Zeitdauer verstrichen ist.

Danach wird die Funktionsstörungsdiagnoseoperation an vorgeschriebenen Intervallen durchgeführt. Detailliert dargestellt, eine Abfragespannung mit einem positiven Wert Va (Va < V2), welche in dem Gebiet A2 gelegen ist, wird an die Abgasseitenelektrodenschicht 64 des Sensorkörpers 62 in einem Schritt S405 als Diagnosespannung angelegt. In diesem Fall ist ein von der Abfragespannung Va bestimmter Sensorstrom Ia entsprechend der Spannungsstromcharakteri­ stik für ein Luftkraftstoffverhältnis stets positiv, und es wird Va = 1,0 V bestimmt.

Nachdem die Abfragespannung Va angelegt ist, wird ein Sensorstrom mit einem positiven Wert Ia von der Sensorstr­ omerfassungsschaltung 72 in einem Schritt S406 erfaßt, und es wird in einem Schritt S407 beurteilt, ob der Wert Ia des Sensorstroms höher als ein vorgeschriebener Funktions­ störungsbeurteilungswert Iac (beispielsweise Iac = 1 mA) ist oder nicht. In Fällen, bei welchen der Sauerstoffsen­ sor 56 normal arbeitet, kehrt das Verfahren zu dem Schritt S401 zurück, da der Wert Ia des Sensorstroms größer als der vorgeschriebene Funktionsstörungsbeurteilungswert Iac ist. In Fällen, bei welchen demgegenüber eine Funktions­ störung des Sauerstoffsensors 56 auftritt, wird ein Funk­ tionsstörungsbeurteilungssignal der Motorsteuereinheit 80 in einem Schritt S408 ausgegeben, da der Wert Ia des Sen­ sorstroms wie in Fig. 22a und 22b dargestellt nahezu gleich 0 wird. Daher wird das Alarmlicht unter Steuerung der Motorsteuereinheit 80 entsprechend dem Funktionssteue­ rungsbeurteilungssignal betrieben, und es wird die von der Motorsteuereinheit 80 durchgeführte Luftkraftstoffverhält­ nissteuerung beendet.

Da die Funktionsstörungsdiagnoseoperation durch Anle­ gen der Abfragespannung mit positivem Wert Va an die Ab­ gasseitenelektrodenschicht 64 als Funktionsstörungsdiagno­ sespannung durchgeführt wird, kann demgemäß die Funktions­ störungsdiagnose des Sauerstoffsensors 56 leicht mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.

Da sich die an den Sensorkörper 62 angelegte Abfrage­ spannung von dem positiven Wert Vp in dem Begrenzungs­ stromerzeugungsgebiet auf den positiven Wert Va ändert, kann ebenfalls eine Konfiguration der Umschalteschaltung 75 im Vergleich zu derjenigen bezüglich der Änderung der Abfragespannung von einem positiven (oder negativen) Wert in einen negativen (oder positiven) Wert vereinfacht wer­ den. Insbesondere in Fällen, bei welchen der Sauer­ stoffsensor 56 in dem mageren Luftkraftstoffverhältnis verwendet wird, ist die an den Sensorkörper 62 bei der Luftkraftstoffverhältniserfassungsoperation angelegte Ab­ fragespannung stets positiv. Daher kann die Diagnose einer Funktionsstörung des Sauerstoffsensors 56, welche durch Ändern der Abfragespannung von einem positiven Wert auf einen anderen positiven Wert durchgeführt wird, leicht sein.

Da sich die an den Sensorkörper 62 angelegte Abfrage­ spannung von dem positiven Wert Vp in dem Begrenzungs­ stromerzeugungsgebiet auf den positiven Wert Va ändert, kann ebenfalls der Änderungsgrad der Abfragespannung klein gehalten werden, und es kann ebenfalls der Änderungsgrad des Sensorstroms klein gehalten werden. Da der Änderungs­ grad des Sensorstroms klein ist, kann daher die Diagnose einer Funktionsstörung des Sauerstoffsensors 56 mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.

Ebenfalls besitzt in Fällen, bei welchen der Sauer­ stoffsensor 56 in einem sehr großen mageren Luftkraft­ stoffverhältnis verwendet wird, die an den Sensorkörper 62 angelegte Abfragespannung in der Luftkraftstoffverhält­ niserfassungsoperation einen sehr großen positiven Wert. Da jedoch der Änderungsgrad des Sensorstroms klein ist, kann die Diagnose einer Funktionsstörung des Sauer­ stoffsensors 56 leicht durchgeführt werden, auch wenn der Sauerstoffsensor 56 in einem sehr hohen mageren Luftkraft­ stoffverhältnis verwendet wird.

Bei der vierten Ausführungsform ist der positive Wert Va auf 1,0 V bestimmt (Va = 1,0 V). Jedoch ist der posi­ tive Wert Va der Abfragespannung nicht auf den Zustand be­ schränkt, daß die Abfragespannung in dem Gebiet A2 gelegen ist.

Ebenfalls ist die an die Abgasseitenelektrodenschicht 64 angelegte Abfragespannung als Funktionsstörungsdiagno­ sespannung nicht auf einen positiven Wert beschränkt. D.h. es ist möglich, daß die Funktionsstörungsdiagnoseoperation durch Anlegen einer Abfragespannung mit einem negativen Wert Vb (Vb < V 1) an die Abgasseitenelektrodenschicht 64 als Funktionsstörungsdiagnosespannung durchgeführt wird. Detailliert dargestellt, da die Neigung der charak­ teristischen Linie L8 in dem Widerstandsregulierungsgebiet äquivalent zu dem inneren Widerstandswert des Sensorkör­ pers 62 ist, wird ein Wert V1 an dem Schnittpunkt der cha­ rakteristischen Linie L8 und der Spannungsachse aus dem Wert des inneren Widerstands des Sensorkörpers 62 berech­ net, und es wird der negative Wert Vb der Abfragespannung bestimmt. Da der von der Abfragespannung Vb entsprechend der Spannungsstromcharakteristik bestimmte Sensorstrom Ib für ein Luftkraftstoffverhältnis in Fällen, bei welchen der Sauerstoffsensor 56 normal arbeitet, stets negativ ist, kann in diesem Fall die Funktionsstörungsdiagnose des Sauerstoffsensors 56 leicht mit hoher Genauigkeit durchge­ führt werden.

Ebenfalls ändert sich bei der fünften Ausführungsform die an den Sensorkörper 62 angelegte Abfragespannung von dem positiven Wert Vp in dem Begrenzungsstromerzeugungsge­ biet auf den positiven Wert Va, es wird der von dem Sauer­ stoffsensor 56 ausgegebene Sensorstrom erfaßt, und es wird eine Funktionsstörung des Sauerstoffsensors 56 diagnosti­ ziert. In Fällen, bei welchen die Temperatur des Sauer­ stoffsensors 56 beispielsweise sehr niedrig ist und der Begrenzungsstrom entsprechend einer negativen Abfragespan­ nung erfaßt wird, ist es jedoch möglich, daß sich die an den Sensorkörper 62 angelegte Abfragespannung von einem negativen Wert in dem Begrenzungsstromerzeugungsgebiet auf einen anderen negativen Wert in dem Widerstandsregulie­ rungsgebiet ändert und eine Funktionsstörung des Sauer­ stoffsensors 56 diagnostiziert wird.

Vorstehend wurde eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Diagnostisieren einer Verschlechterung oder einer Funkti­ onsstörung eines Sauerstoffsensors offenbart. Ein Sauer­ stoffsensor besitzt eine Erfassungsvorrichtungseinheit zum Ausgeben eines Senorstroms wie eines Begrenzungsstroms, dessen Wert sogar dann konstant ist, wenn sich eine an den Sauerstoffsensor angelegte Abfragespannung in einem Begren­ zungsstromerzeugungsgebiet ändert und einem Luftkraftstoff­ verhältnis eines Verbrennungsgases entspricht, und ein Heizgerät zum Heizen der Erfassungsvorrichtungseinheit zum Aufrechterhalten eines Widerstands der Erfassungsvorrich­ tungseinheit, wenn sich der Sauerstoffsensor verschlechtert hat. Wenn sich die Abfragespannung auf eine zweite Abfrage­ spannung eines Widerstandsregulierungsgebiets ändert, tritt eine Stromspitze in dem Sensorstrom auf, und es wird ein Spitzenstromwert erfaßt. Da sich der Spitzenstromwert ver­ ringert, wenn sich der Sauerstoffsensor allmählich ver­ schlechtert, wird dann, wenn der Spitzenstromwert geringer als ein Verschlechterungsbeurteilungswert ist, beurteilt bzw. entschieden, daß sich der Sauerstoffsensor verschlech­ tert hat. Daher kann die Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors mit hoher Genauigkeit durchgeführt wer­ den.

Claims (16)

1. Verfahren zum Diagnostizieren der Verschlechterung ei­ nes Sauerstoffsensors, von welchem ein Begrenzungsstrom entsprechend einer Sauerstoffkonzentration in Übereinstim­ mung mit einer Spannungsstromcharakteristik durch Anlegen einer in einem Begrenzungsstromerzeugungsgebiet gelegenen Abfragespannung ausgegeben wird, mit den Schritten:
Ändern der an den Sauerstoffsensor angelegten Abfrage­ spannung von einer ersten Abfragespannung auf eine zweite Abfragespannung, welche außerhalb des Begrenzungsstromer­ zeugungsgebiets gelegen ist, zur Ausgabe eines Abfrage­ stroms mit einer Stromspitze von dem Sauerstoffsensor;
Erfassen eines Spitzenstromwerts des von dem Sauer­ stoffsensor ausgegebenen Abfragestroms;
Beurteilen, ob der Spitzenstromwert des Abfragestroms innerhalb eines normalen Bereichs liegt; und
Diagnostizieren einer Verschlechterung des Sauer­ stoffsensors in Fällen, bei welchen beurteilt wurde, daß der Spitzenstromwert des Sensorstroms nicht innerhalb des normalen Bereichs liegt.

2. Verfahren zum Diagnostizieren einer Verschlechterung eines Sauerstoffsensors nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Abfragespannung einen positiven Wert und die zweite Abfragespannung einen negativen Wert aufweisen.

3. Verfahren zum Diagnostizieren einer Verschlechterung eines Sauerstoffsensors nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Abfragespannung und die zweite Ab­ fragespannung beide zusammen einen positiven Wert oder ei­ nen negativen Wert aufweisen.

4. Verfahren zum Diagnostizieren einer Verschlechterung eines Sauerstoffsensors nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schritt des Beurteilens, ob der Spitzen­ stromwert des Abfragestroms innerhalb eines normalen Be­ reichs liegt, die Schritte aufweist:
eine vorgeschriebene Zeitdauer Abwarten, bis der von dem Sauerstoffsensor aus gegebene Abfragestrom auf einen Konvergenzstromwert konvergiert ist;
Erfassen des Konvergenzstromwerts des Abfragestroms;
veränderbares Bestimmen des normalen Bereichs in Abhän­ gigkeit des Konvergenzstromwerts; und
Beurteilen, ob der Spitzenstromwert des Abfragestroms innerhalb des normalen Bereichs liegt, in Abhängigkeit des Konvergenzstromwerts.

5. Verfahren zum Diagnostizieren einer Verschlechterung eines Sauerstoffsensors nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schritt des Beurteilens, ob der Spitzen­ stromwert des Abfragestroms innerhalb eines normalen Be­ reichs liegt, die Schritte aufweist:
eine vorgeschriebene Zeitdauer Abwarten, bis der von dem Sauerstoffsensor aus gegebene Abfragestrom auf einen Konvergenzstromwert konvergiert ist;
Erfassen des Konvergenzstromwerts des Abfragestroms;
Bestimmen eines Verschlechterungsgebiets und eines nor­ malen Gebiets, welche durch eine Verschlechterungsbeurtei­ lungslinie geteilt sind, die sich in einen durch den Spit­ zenstromwert und den Konvergenzstromwert definierten Be­ reich erstreckt, unter der Bedingung, daß eine Änderung ei­ nes Absolutwerts des Spitzenstromwerts größer als eine Än­ derung eines Absolutwerts des Konvergenzstromwerts ist;
Ansehen des normalen Gebiets als den normalen Bereich;
und
Beurteilen, ob der Spitzenstromwert des Abfragestroms in dem normalen Bereich liegt, in Abhängigkeit von dem Kon­ vergenzstromwert.

6. Verfahren zum Diagnostizieren einer Verschlechterung eines Sauerstoffsensors nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schritt des Beurteilens, ob der Spitzen­ stromwert des Abfragestroms innerhalb eines normalen Be­ reichs liegt, die Schritte aufweist:
Erfassen eines inneren Widerstands des Sauerstoffsen­ sors;
Bestimmen des normalen Bereichs in Abhängigkeit des in­ neren Widerstands des Sauerstoffsensors; und
Beurteilen, ob der Spitzenstromwert innerhalb des nor­ malen Bereichs liegt, in Abhängigkeit des inneren Wider­ stands.

7. Verfahren zum Diagnostizieren einer Verschlechterung eines Sauerstoffsensors nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schritt des Erfassens des inneren Wider­ stands die Schritte aufweist:
eine vorgeschriebene Zeitdauer Abwarten, bis der von dem Sauerstoffsensor aus gegebene Abfragestrom auf einen Konvergenzstromwert konvergiert ist;
Erfassen des Konvergenzstromwerts des Abfragestroms;
und
Berechnen des inneren Widerstands des Sauerstoffsensors von dem Konvergenzstromwert und der zweiten Abfragespan­ nung.

8. Verfahren zum Diagnostizieren einer Verschlechterung eines Sauerstoffsensors nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schritt des Beurteilens, ob der Spitzen­ stromwert des Abfragestroms innerhalb eines normalen Be­ reichs liegt, die Schritte aufweist:
Erfassen eines inneren Widerstands des Sauerstoffsen­ sors;
Bestimmen eines Verschlechterungsgebiets und eines nor­ malen Gebiets, welche durch eine Verschlechterungsbeurtei­ lungslinie geteilt sind, welche sich in ein durch den Spit­ zenstromwert und den inneren Widerstand definierten Bereich erstreckt, unter der Bedingung, daß die Änderung eines Ab­ solutwerts des Spitzenstromwerts kleiner wird, wenn innere Widerstand größer wird;
Ansehen des normalen Gebiets als den normalen Bereich;
und
Beurteilen, ob der Spitzenstromwert des Abfragestroms innerhalb des normalen Bereichs liegt, in Abhängigkeit des inneren Widerstands.

9. Verfahren zum Diagnostizieren einer Verschlechterung eines Sauerstoffsensors nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schritt des Erfassens des inneren Wider­ stands die Schritte aufweist:
eine vorgeschriebene Zeit Abwarten, bis der von dem Sauerstoffsensor aus gegebene Abfragestrom auf einen Konver­ genzstromwert konvergiert ist;
Erfassen des Konvergenzstromwerts des Abfragestroms;
und
Berechnen des inneren Widerstands des Sauerstoffsensors aus dem Konvergenzstromwert und der zweiten Abfragespan­ nung.

10. Verfahren zum Diagnostizieren einer Verschlechterung eines Sauerstoffsensors nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schritt des Erfassens eines Spitzenstrom­ werts des von den Sauerstoffsensor ausgegebenen Abfrage­ stroms die Schritte aufweist:
eine vorgeschriebene kurze Zeitdauer Abwarten;
Erfassen des Spitzenstromwerts des von dem Sauer­ stoffsensor ausgegebenen Abfragestroms, bevor der Spitzen­ stromwert des Abfragestroms konvergiert ist.

11. Verfahren zum Diagnostizieren einer Verschlechterung eines Sauerstoffsensors nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schritt des Änderns der Abfragespannung des weiteren die Schritte aufweist:
Bestimmen der ersten Abfragespannung auf einen Wert,
welcher in der Mitte des Begrenzungsstromerzeugungsgebiets gelegen ist;
Anlegen der ersten Abfragespannung an den Sauer­ stoffsensor zum Erzielen eines augenblicklichen Begren­ zungsstroms;
Berechnen eines Stroms entsprechend einem Luftkraft­ stoffverhältnis in einem Verbrennungsgas von dem augen­ blicklichen Begrenzungsstrom; und
Steuern eines Luftkraftstoffverhältnisses in dem Ver­ brennungsgas auf ein optimales Luftkraftstoffverhältnis.

12. Verfahren zum Diagnostizieren einer Funktionsstörung eines Sauerstoffsensors, von welchem ein Begrenzungsstrom entsprechend einer Sauerstoffkonzentration in Übereinstim­ mung mit einer Spannungsstromcharakteristik durch Anlegen einer Abfragespannung ausgegeben wird, welche in einem Strombegrenzungserzeugungsgebiet gelegen ist, mit den Schritten:
Festlegen einer bestimmten Abfragespannung eines posi­ tiven oder negativen Werts außerhalb des Begrenzungsstrom­ erzeugungsgebiets;
Anlegen der bestimmten Abfragespannung an den Sauer­ stoffsensor;
Erfassen eines von dem Sauerstoffsensor ausgegebenen bestimmten Abfragestroms;
Beurteilen, ob ein Wert des bestimmten Abfragestroms innerhalb eines gewünschten Stromwertbereichs liegt; und
Informationsausgabe einer Funktionsstörung des Sauer­ stoffsensors in Fällen, bei welchen der Wert des bestimmten Abfragestroms nicht innerhalb des gewünschten Stromwertbe­ reichs liegt.

13. Verfahren zum Diagnostizieren einer Funktionsstörung eines Sauerstoffsensors nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schritt des Beurteilens, ob ein Wert des bestimmten Abfragestroms innerhalb eines gewünschten Strom­ wertbereichs liegt, die Schritte aufweist:
Beurteilen, ob der Wert des bestimmten Abfragestroms gleich null ist;
Beurteilen, daß der Sauerstoffsensor in Fällen normal arbeitet, bei welchen der Wert des bestimmten Abfragestroms positiv oder negativ ist; und
Beurteilen, daß eine Funktionsstörung bei dem Sauer­ stoffsensor in Fällen vorhanden ist, bei welchen der Wert des bestimmten Abfragestroms gleich null ist.

14. Verfahren zum Diagnostizieren einer Funktionsstörung eines Sauerstoffsensors nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schritt des Festlegens einer bestimmten Abfragespannung die Schritte aufweist:
Festlegen der bestimmten Abfragespannung auf einen er­ sten positiven Wert des Begrenzungsstromerzeugungsgebiets zur Erfassung eines bestimmten Begrenzungsstroms; und
Ändern der bestimmten Abfragespannung von dem ersten positiven Wert auf einen zweiten positiven Wert außerhalb des Begrenzungsstromerzeugungsgebiets.

15. Verfahren zum Diagnostizieren einer Funktionsstörung eines Sauerstoffsensors nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schritt des Festlegens einer bestimmten Abfragespannung die Schritte aufweist:
Festlegen der bestimmten Abfragespannung aufeinen er­ sten negativen Wert des Begrenzungsstromerzeugungsgebiets zur Erfassung eines bestimmten Begrenzungsstroms; und
Ändern der bestimmten Abfragespannung von dem ersten negativen Wert auf einen zweiten negativen Wert außerhalb des Begrenzungsstromerzeugungsgebiets.

16. Vorrichtung zur Diagnostizierung einer Verschlechterung eines Sauerstoffsensors, von welchem ein Begrenzungsstrom entsprechend einer Sauerstoffkonzentration in Übereinstim­ mung mit einer Spannungsstromcharakteristik durch Anlegen einer Abfragespannung ausgegeben wird, welche in einem Be­ grenzungsstromerzeugungsgebiet gelegen ist, mit:
einer Spannungsänderungseinrichtung zum Ändern der an den Sauerstoffsensor angelegten Abfragespannung von einer ersten Abfragespannung auf eine zweite Abfragespannung, welche außerhalb des Begrenzungsstromerzeugungsgebiets ge­ legen ist;
einer Stromänderungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Änderung des von dem Sauerstoffsensor ausgegebenen Sensorstroms, welchem die zweite Abfragespannung von der Spannungsänderungseinrichtung angelegt wird, und zum Erfas­ sen eines Spitzenstromwerts des Abfragestroms;
einer Einrichtung zum Diagnostizieren einer Verschlech­ terung des Sauerstoffsensors entsprechend dem von der Stromänderungserfassungseinrichtung erfaßten Spitzenstrom­ werts durch Beurteilen, ob der Spitzenstromwert des Abfra­ gestroms innerhalb eines normalen Bereichs liegt;
einer Verschlechterungsbeurteilungseinrichtung zum Be­ urteilen, daß sich der Sauerstoffsensor verschlechtert hat, in Fällen, bei welchen von der Verschlechterungsdiagnose­ einrichtung beurteilt wurde, daß der Spitzenstromwert des Abfragestroms nicht innerhalb des normalen Bereichs liegt, und zum Ausgeben eines Verschlechterungsbeurteilungssi­ gnals; und
einer Alarmierungseinrichtung zur Anzeige der Ver­ schlechterung des Sauerstoffsensors entsprechend des von der Verschlechterungsbeurteilungseinrichtung aus gegebenen Verschlechterungsbeurteilungssignals.