DE19622625B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Diagnostizieren einer Verschlechterung oder einer Funktionsstörung eines Sauerstoffsensors - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Diagnostizieren einer Verschlechterung oder einer Funktionsstörung eines Sauerstoffsensors Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Diagnostizieren der Verschlechterung eines Sauerstoffsensors, von welchem ein Begrenzungsstrom entsprechend einer Sauerstoffkonzentration in Übereinstimmung mit einer Spannungsstromcharakteristik des Sauerstoffsensors als Antwort auf eine Abfragespannung ausgegeben wird, welche an dem Sauerstoffsensor angelegt wird, wenn der Wert der Abfragespannung in einem Begrenzungsstromerzeugungsgebiet gelegen ist, mit den Schritten: Ändern der an den Sauerstoffsensor angelegten Abfragespannung von einem ersten Wert auf einen zweiten Wert, welcher außerhalb des Begrenzungsstromerzeugungsgebiets gelegen ist, zur Ausgabe eines Abfragestroms von dem Sauerstoffsensor, wobei der Abfragestrom auf die Änderung der Abfragespannung sich zuerst sprunghaft ändert und dann konvergiert; Erfassen eines Spitzenstromwerts des Abfragestroms vor dem Konvergieren; Beurteilen, ob der Spitzenstromwert des Abfragestroms innerhalb eines normalen Bereichs liegt; und Diagnostizieren einer Verschlechterung des Sauerstoffsensors, wenn der Spitzenstromwert des Abfragestroms außerhalb des normalen Bereichs liegt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und auf ein Verfahren zum Diagnostizieren der Verschlechterung eines Sauerstoffsensors eines Begrenzungsstromtyps. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Verfahren zum Diagnostizieren einer Funktionsstörung eines Sauerstoffsensors eines Begrenzungsstromtyps.
  • Vor kurzem wurde ein Sauerstoffsensor eines Begrenzungsstromtyps eingeführt, welcher linear ein Luftkraftstoffverhältnis in einem Verbrennungsgas, welches beispielsweise in einem Kfz-Motor vorkommt, entsprechend einer Sauerstoffkonzentration eines Verbrennungsgases erfaßt. Bei diesem Sauerstoffsensor eines Begrenzungsstromtyps wird ein Begrenzungsstrom eines konstanten Werts in einem bestimmten Bereich einer dem Sauerstoffsensor zugeführten Spannung ausgegeben, und der konstante Wert des Begrenzungsstroms ändert sich proportional zu einer Sauerstoffkonzentration. Daher kann in Fällen, bei welchen der Sauerstoffsensor eines Begrenzungsstromtyps für ein Luftkraftstoffverhältnissteuersystem des Kfz-Motors verwendet wird, ein Luftkraftstoffverhältnis in einem Verbrennungsgas 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 Verschlechterung eines Abgasdichtesensors beispielsweise in der JP 4 233 447 A offenbart. Bei dieser Anmeldung wird ein innerer Widerstands eines Sauerstoffsensors aus einem Ausgangsstrom (oder einem Begrenzungstrom) des Sauerstoffsensors berechnet, welcher erlangt wird, wenn dem Sauerstoffsensor eine Spannung eingespeist wird, und es wird diagnostiziert, daß sich der Sauerstoffsensor verschlechtert hat, wenn der Wert des inneren Widerstands erhöht ist.
  • Ebenfalls wird eine Technik zum genauen Erfassen einer Funktionsstörung des Sauerstoffsensorsverlangt. Als eine derartige Technik wird ein Diagnostikverfahren zur Selbstdiagnostik der Verschlechterung eines Sauerstoffsensors beispielsweise in der JP 1 262 460 A offenbart. Bei dieser Anmeldung verändert sich allmählich eine angelegte Spannung in einem Flachheitsgebiet (oder einem Begrenzungsstromerzeugungsgebiet), welches entsprechend einer Spannungsstromcharakteristik des Sauerstoffsensors definiert ist, und der Grad der Verschlechterung des Sauerstoffsensors wird entsprechend einem Reduzierungsgrad eines Begrenzungsstroms diagnostiziert.
  • Es wird jedoch in der JP 4 233 447 A verlangt, die Temperatur einer festen Elektrolytschicht des Sauerstoffsensors auf einer vorgeschriebenen aktiven Temperatur (beispielsweise 650°C) zum Zwecke des Erfassens des Begrenzungsstroms mit einer hohen Genauigkeit zu halten. Daher ist ein Erhitzer bzw. Heizgerät in dem Sauerstoffsensor angeordnet, und es wird ein dem Erhitzer eingespeister elektrischer Strom gesteuert, um die Temperatur der festen Elektrolytschicht des Sauerstoffsensors zu halten. In diesem Fall wird der innere Widerstand auf einem konstanten Wert gehalten, obwohl sogar der Sauerstoffsensor sich verschlechtert hat, so daß der innere Widerstand sich erhöht hat, da der Wert des dem Erhitzer eingespeisten elektrischen Stroms zur Kompensierung der Erhöhung des inneren Widerstands erhöht wurde. Es besteht daher der Nachteil, daß eine Verschlechterungsdiagnostik bezüglich des Sauerstoffsensors nicht durchgeführt werden kann, obwohl sich der Sauerstoffsensor tatsächlich verschlechtert hat.
  • Ebenfalls kann bei der JP 1 262 460 A eine Funktionsstörung des Sauerstoffsensors nicht erfaßt werden, wenn eine Funktionsstörung des Sauerstoffsensors auftritt 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 irrtümlich als sich in einem Normalzustand befindend eingeschätzt wird. Ebenfalls kann in Fällen, bei welchen der Sauerstoffsensor als sich in einem Zustand einer Unterbrechungsfunktionsstörung befindend beurteilt wird, wenn der Sensorausgang (oder der Begrenzungsstrom) auf 0 mA gehalten wird, da der Sensorausgang (oder der Begrenzungsstrom) bei einem idealen Luftkraftstoffverhältnis auf 0 mA gehalten wird, während der Sauerstoffsensor normal arbeitet, eine Funktionsstörungsbeurteilung nicht zuverlässig durchgeführt werden, wenn lediglich der Sensorausgang beurteilt wird.
  • Ein Beispiel wird unter Bezugnahme auf 22A und 22B beschrieben. 22A und 22B stellen jeweils einen Funktionsstörungszustand eines Sauerstoffsensors dar. Wenn ein Bauelementebruch des Sauerstoffsensors auftritt oder ein Kabelsatz unterbrochen wird, tritt eine Funktionsstörung des Sauerstoffsensors auf. In diesem Fall stimmt wie in 22A dargestellt eine Kennlinie L6, welche eine Spannungsstromcharakteristik des Sauerstoffsensors anzeigt, mit der Linie eines Sensorstroms von Is = 0 überein. Ebenfalls erhöht sich, wenn ein Steckverbinder, welcher elektrisch mit einem Sauerstoffsensor verbunden ist, abgetrennt wird oder Rost in einer Verbindungsleitung des Steckverbinders auftritt, der Leitungswiderstand 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 22B dargestellt die Kennlinie L7, welche die Spannungsstromcharakteristik des Sauerstoffsensors anzeigt, nahezu mit der Linie eines Sensorstroms von Is = 0 überein. D. h. wegen der Funktionsstörung des Steckverbinders fließt kaum ein Sensorstrom.
  • Aus der US 5 405 521 ist eine Sauerstoffkonzentration-Messvorrichtung bekannt, welche eine Spannungsanlegeeinrichtung, insbesondere eine negative Vorspannungseinrichtung, einen Sauerstoffsensor, eine Stromerfassungseinrichtung, eine Stromabschätzeinrichtung, eine Temperaturmesseinrichtung und eine Sauerstoffkonzentration-Messeinrichtung aufweist. Dabei wird zum Messen der Temperatur eines Sensorkörpers die Temperatur durch Abschätzen eines Sättigungsstroms aus einem Strom bestimmt, welcher in einer Zeitperiode erfasst wird, bevor der Anstieg eines Stromflusses durch einen Sensorkörper beendet ist. Insbesondere, wenn beurteilt wird, dass sich eine Temperaturinformation verändert hat, wird ein Befehl zur Erzeugung einer negativen Vorspannung ausgegeben, und es wird eine negative Spannung Vneg einem Sensorkörper angelegt, woraufhin ein Strom Ineg zu fließen beginnt. Der Strom Ineg steigt nach dem Anlegen der negativen Vorspannung an den Sensorkörper exponentiell an. Zur Verkürzung der Erfassungszeitdauer wird ein Wert Inega während des Anstiegs des Stroms Ineg erfasst, ohne dass die Sättigung des Stroms Ineg abgewartet wird, um den Sättigungsstrom Inegs des Stroms Ineg abzuschätzen. Die charakteristischen Daten der geschätzten Sättigungsstrom-Temperatur wurden im voraus gespeichert. Wenn die Temperatur des Sensorkörpers bestimmt wird, wird ein Aufheizen eines Heizgeräts derart gesteuert, dass die Temperatur auf eine Temperatur T1 ansteigt und auf dem Wert beibehalten wird. Sogar dann, wenn sich die Temperatur des Sensorkörpers zwischenzeitlich verringert, wird stets rasch auf die Temperatur T1 zurückgekehrt. Demzufolge werden entsprechend der US 5 405 521 der Wert Inega des Stroms vor der Sättigung erfasst, die Sättigungstemperatur aus dem erfassten Wert abgeschätzt und die Temperatur des Sensorkörpers entsprechend der geschätzten Sättigungstemperatur gesteuert. Obwohl der Wert der Temperatur vor der Sättigung des Stroms zur Verkürzung der Erfassungszeitdauer erfasst wird, wird die Temperatur des Sensorkörpers entsprechend der Sättigungstemperatur gesteuert. Maßnahmen zum Diagnostizieren einer Verschlechterung des Sauerstoffsensors werden nicht offenbart.
  • Weiterer relevanter Stand der Technik ist aus der US 4 543 176 bekannt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Berücksichtigung der Nachteile eines herkömmlichen Verschlechterungsdiagnostikverfahrens eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Diagnostik einer Verschlechterung eines Sauerstoffsensors vorzusehen, bei welchem eine Verschlechterungsdiagnostik 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 weiteren ein Verfahren zum Diagnostizieren einer Funktionsstörung eines Sauerstoffsensors vorzusehen, bei welchem eine Funktionsstörung eines Sauerstoffsensors eines Begrenzungsstromtyps leicht mit hoher Genauigkeit diagnostiziert wird.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der Ansprüche 1, 10 oder 14. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Ensprechend einem Beispiel wird ein Verfahren zum Diagnostizieren einer Verschlechterung eines Sauerstoffsensors, welcher einen Begrenzungsstrom entsprechend einer Sauerstoffkonzentration in Übereinstimmung mit einer Spannungsstromcharakteristik durch Aufbringen einer in einem Begrenzungsstromerzeugungsgebiet gelegenen Abfragespannung ausgibt, mit den Schritten bereitgestellt:
    Ändern der Abfragespannung, welche an den Sauerstoffsensor angelegt ist, von einer ersten Abfragespannung auf eine zweite Abfragespannung, welche außerhalb des Begrenzungsstromerzeugungsgebiets gelegen ist, zur Ausgabe eines Abfragestroms mit einer Stromspitze von dem Sauerstoffsensor;
    Erfassen eines Spitzenstromwerts des von dem Sauerstoffsensor ausgebenen Abfragestroms;
    Beurteilen, ob der Spitzenstromwert des Abfragestroms innerhalb eines Normalbereichs liegt; und
    Diagnostizieren, daß der Sauerstoffsensor sich verschlechtert hat, in Fällen, bei welchen beurteilt wird, daß sich der Spitzenstromwert des Abfragestroms nicht innerhalb des normalen Bereichs befindet.
  • Entsprechend der obigen Schritte wird bei einem Sauerstoffsensor 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 bezeichneter) Sensorstrom, welcher eine Stromspitze in Richtung eines negativen Werts besitzt, erzeugt. Im Gegensatz dazu wird in Fällen, bei welchen eine an den Sauerstoffsensor 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 Spitzenstromwert bezeichnet wird) dem Verschlechterungsgrad, des Sauerstoffsensors entspricht, kann in diesem Fall die Verschlechterung des Sauerstoffsensors mit hoher Genauigkeit diagnostiziert werden.
  • Der Grund dafür, daß der Spitzenstromwert dem Verschlechterungsgrad des Sauerstoffsensors entspricht, wird detailliert beschrieben. Die elektrische Funktion des Sauerstoffsensors des Begrenzungsstromtyps wird beispielsweise durch die in 12A dargestellte äquivalente Schaltung angezeigt. Dabei bezeichnet das Bezugszeichen Rb einen inneren Widerstand einer festen Elektrolytschicht des Sauerstoffsensors in einem Widerstandsregulierungsgebiet außerhalb des Begrenzungsstromerzeugungsgebiets, Bezugszeichen Rd bezeichnet einen Widerstand an einer Grenzschicht zwischen der festen Elektrolytschicht und einer Elektrode in dem Begrenzungsstromerzeugungsgebiet, und Bezugszeichen Cd bezeichnet eine Kapazität der Grenzschicht. Wenn in diesem Fall in der Elektrode vorkommende Poren einem 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 kompensieren. Da ein Strompfad, welcher den Widerstand Rb und den Kondensator Cd verbindet, unmittelbar nach der Änderung der Abfragespannung erzeugt wird, erhöht sich daher die Änderung eines Spitzenstromwerts. Als Ergebnis überschreitet der Spitzenstromwert in Fällen, bei welchen sich der Sauerstoffsensor etwas verschlechtert hat, einen Verschlechterungsbeurteilungsbereich, und es wird die Beurteilung durchgeführt, daß sich der Sauerstoffsensor verschlechtert hat. Wenn beispielsweise sich die Abfragespannung 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 Sauerstoffsensors mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.
  • Es ist ebenfalls möglich, daß der Schritt des Beurteilens, ob der Spitzenstromwert des Abfragestroms innerhalb eine Normalbereichs liegt, die Schritte aufweist:
    eine vorgschriebene Zeit Abwarten, bis der von dem Sauerstoffsensor ausgegebene Abfragestrom auf einen Konvergenzstromwert 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 Konvergenzstromwerts.
  • Da sich der Sauerstoffsensor allmählich verschlechtert, 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 verringert sich der Konvergenzstromwert des Abfragestroms. Da der normale Bereich in Abhängigkeit des Konvergenzstromwerts unterschiedlich bestimmt wird, kann daher die Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.
  • Es ist ebenfalls möglich, daß der Schritt des Beurteilens, 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 Verschlechterungsbeurteilungslinie unterteilt sind, welche sich in einem Bereich erstreckt, welcher durch den Spitzenstromwert und den Konvergenzstromwert definiert ist, unter der Bedingung, daß eine Änderung eines Absolutwerts des Spitzenstromwerts größer als eine andere Änderung eines Absolutwerts des Konvergenzstromwerts ist;
    Betrachten des normalen Gebiets als den normalen Bereich; und
    Beurteilen, ob der Spitzenstromwert des Abfragestroms innerhalb des normalen Bereichs liegt, in Abhängigkeit des Konvergenzstromwerts.
  • Da sich der Sauerstoffsensor allmählich verschlechtert, erhöht sich bei den obigen Schritten ein Gesamtwiderstand Zdc = Rb + Rd des Sauerstoffsensors, wenn der Gesamtwiderstand Zdc nicht auf einen konstanten Wert gesteuert wird, und es verringert sich der Konvergenzstromwert des Abfragestroms. In diesem Fall ist eine Änderung eines Absolutwerts des Spitzenstromwerts größer als eine andere Änderung eines Absolutwerts des Konvergenzstromwerts. Da ein durch den Spitzenstromwert und den Konvergenzstromwert definierter Bereich durch eine Verschlechterungsbeurteilungslinie in ein Verschlechterungsgebiet und ein normales Gebiet unter der Bedingung unterteilt ist, daß eine Änderung eines Absolutwerts eines Spitzenstromwerts größer als eine andere Änderung eines absoluten Werts des Konvergenzstromwerts ist, kann die Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.
  • Es ist ebenfalls möglich, daß der Schritt des Beurteilens, ob der Spitzenstromwert des Abfragestroms innerhalb eines normalen Bereichs liegt, die Schritte aufweist:
    Erfassen eines inneren Widerstands des Sauerstoffsensors;
    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 verwendet wird, kann die Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.
  • Es ist ebenfalls möglich, daß der Schritt des Beurteilens, ob der Spitzenstromwert des Abfragestroms innerhalb eines normalen Bereichs liegt, die folgenden Schritte aufweist:
    Erfassen eines inneren Widerstands des Sauerstoffsensors;
    Bestimmen eines Verschlechterungsgebiets und eines normalen Gebiets, welche durch eine Verschlechterungsbeurteilungslinie unterteilt sind, welche sich in einem Bereich 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 Bereich; 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 Gesamtwiderstand Zdc = Rb + Rd des Sauerstoffsensors, wenn der Gesamtwiderstand Zdc nicht auf einen konstanten Wert gesteuert wird. Da sich der Sauerstoffsensor allmählich verschlechtert, wird in diesem Fall eine Änderung eines Absolutwerts 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 Absolutwerts des Spitzenstromwerts kleiner wird, wenn der innere Widerstand größer wird, kann die Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.
  • Ensprechend einem weiteren Beispiel wird eine Vorrichtung zur Diagnostizierung der Verschlechterung eines Sauerstoffsensors bereitgestellt, welcher einen Begrenzungsstrom entsprechend einer Sauerstoffkonzentration in Übereinstimmung mit einer Spannungsstromcharakteristik 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 gelegen ist;
    einer Stromänderungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Änderung des Sensorstromausgangs von dem Sauerstoffsensor, an welchen die zweite Abfragespannung durch die Spannungsänderungseinrichtung angelegt wird, und zum Erfassen eines Spitzenstromwerts des Abfragestroms;
    einer Verschlechterungsdiagnoseeinrichtung zum Diagnostizieren einer Verschlechterung des Sauerstoffsensors entsprechend dem von der Stromänderungserfassungseinrichtung erfaßten Spitzenstromwert durch Beurteilen, ob der Spitzenstromwert des Abfragestroms innerhalb eines normalen Bereichs liegt;
    einer Verschlechterungsbeurteilungseinrichtung zum Beurteilen bzw. Entscheiden daß der Sauerstoffsensor sich verschlechtert hat, in Fällen, bei welchen von der Verschlechterungsdiagnoseeinrichtung beurteilt bzw. entschieden wird, daß der Spitzenstromwert des Abfragestroms nicht innerhalb des normalen Bereichs liegt, und zum Ausgeben eines Verschlechterungsbeurteilungssignals; und
    einer Alarmierungseinrichtung zum Anzeigen. der Verschlechterung des Sauerstoffsensors entsprechend dem von der Verschlechterungsbeurteilungseinrichtung ausgegebenen Verschlechterungsbeurteilungssignal.
  • Wenn bei der obigen Konfiguration ein Abfragestrom von der Stromänderungserfassungseinrichtung erfaßt wird, gerade 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 Spitzenstromwert des Abfragestroms innerhalb eines normalen Bereichs liegt, wenn die Verschlechterung des Sauerstoffsensors von der Verschlechterungsdiagnoseeinrichtung entsprechend dem Spitzenstromwert diagnostiziert wird, von der Verschlechterungsbeurteilungseinrichtung beurteilt, daß sich der Sauerstoffsensor verschlechtert hat, und die Verschlechterung des Sauerstoffsensors wird von der Alarmierungseinrichtung angezeigt, um einen Fahrer über die Verschlechterung 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.
  • Ensprechend einem weiteren Beispiel wird schließlich noch ein Verfahren zur Diagnostizierung einer Funktionsstörung eines Sauerstoffsensors, welcher einen Begrenzungsstrom entsprechend einer Sauerstoffkonzentration in Übereinstimmung mit einer Spannungsstromcharakteristik durch Anlegen einer Abfragespannung ausgibt, welche in einem Begrenzungsstromerzeugungsgebiet gelegen ist, mit den Schritten bereitgestellt:
    Festlegen einer bestimmten Abfragespannung auf einen positiven oder negativen Wert außerhalb des Begrenzungsstromerzeugungsgebiets;
    Anlegen der bestimmten Abfragespannung an den Sauerstoffsensor;
    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 Funktionsstörung des Sauerstoffsensors in Fällen, bei welchen der Wert des bestimmten Abfragestroms nicht innerhalb des gewünschten 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 entsprechend 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, welcher entsprechend der Spannungsstromcharakteristik erwartet wird, unabhängig von der von dem Sauerstoffsensor erfaßten Sauerstoffkonzentration stets positiv oder negativ. Daher kann eine Funktionsstörungsdiagnose bezüglich des Sauerstoffsensors leicht mit hoher Genauigkeit durch Beurteilen durchgeführt werden, ob ein Wert des bestimmten Abfragestroms innerhalb eines gewünschten Stromwertsbereichs liegt.
  • Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden. Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
  • 1 zeigt eine Kombination eines Blockschaltungsdiagramms einer Luftkraftstoffverhältniserfassungsvorrichtung entsprechend einer ersten, zweiten und dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 zeigt eine Querschnittsansicht des in 1 dargestellten Sauerstoffsensors;
  • 3 zeigt eine Spannungsstromcharakteristik des Sauerstoffsensors;
  • 4 zeigt ein Flußdiagramm eines von einer in 1 dargestellten CPU durchgeführten Hauptprogramms;
  • 5 zeigt ein Flußdiagramm eines von der CPU entsprechend der ersten Ausführungsform durchgeführten Luftkraftstoffverhältniserfassungsprogramms;
  • 6 zeigt ein Flußdiagramm eines von der CPU 22 entsprechend der ersten Ausführungsform durchgeführten. Programms zur Erfassung des inneren Widerstands;
  • 7 zeigt ein Flußdiagramm eines von der CPU entsprechend der ersten Ausführungsform ausgeführten Heizgerätsteuerprogramms;
  • 8 zeigt ein Flußdiagramm eines von der CPU entsprechend der ersten Ausführungsform ausgeführten Sensorverschlechterungsdiagnoseprogramms;
  • 9 zeigt eine Beziehung zwischen einem Begrenzungstromwert Ip und einem Luftkraftstoffverhältnis;
  • 10 zeigt ein Zeitablaufsdiagramm einer Abfragespannung und eines Abfragestroms, welche bei einem von der CPU entsprechend der ersten und dritten Ausführungsform durchgeführten Programm zur Erfassung des inneren Widerstands verwendet werden;
  • 11 zeigt ein Zeitablaufsdiagramm einer Abfragespannung und eines Abfragestroms, welche in einem in 8 dargestellten Sensorverschlechterungsdiagnoseprogramm verwendet werden;
  • 12A zeigt eine äquivalente Schaltung einer in 1 dargestellten Erfassungsvorrichtungseinheit;
  • 12B zeigt eine Wellenform einer Abfragespannung und eine Wellenform eines Sensorstroms, welche in der in 12A dargestellten äquivalenten Schaltung erzeugt werden;
  • 13 zeigt ein Flußdiagramm eines von der CPU entsprechend der zweiten Ausführungsform durchgeführten Hauptprogramms;
  • 14 zeigt ein Flußdiagramm eines von der CPU entsprechend der zweiten Ausführungsform durchgeführten Sensorverschlechterungsdiagnoseprogramms;
  • 15 zeigt ein Zeitablaufsdiagramm einer Abfragespannung und eines Abfragestroms, welche in einem Sensorverschlechterungsdiagnoseprogramm entsprechend der zweiten Ausführungsform verwendet werden;
  • 16 zeigt eine In-Io-Zuordnung bzw. -Karte, welche ein Verschlechterungsgebiet auf der Grundlage einer Beziehung zwischen einem Konvergenzstromwert (In) und einem Spitzenstromwert (Io) anzeigt;
  • 17 zeigt ein Flußdiagramm eines von der CPU entsprechend der dritten Ausführungsform ausgeführten Hauptprogramms;
  • 18 zeigt ein Flußdiagramm eines von CPU entsprechend der dritten Ausführungsform ausgeführten Sensorverschlechterungsdiagnoseprogramms;
  • 19 zeigt ein Zeitablaufsdiagramm einer Abfragespannung und eines Abfragestroms, welche bei einem Sensorverschlechterungsdiagnoseprogramm entsprechend der dritten Ausführungsform verwendet werden;
  • 20 zeigt eine Io-Zdc-Karte bzw. -Zuordnung, welche ein Verschlechterungsgebiet auf der Grundlage einer Beziehung zwischen einem Spitzenstromwert (Io) und einem inneren Widerstand (Zdc) anzeigt;
  • 21 stellt ein Verfahren zur Bestimmung einer ersten Abfragespannung Vp dar, welche sich unter einem aktuellen Luftkraftstoffverhältnis unter Verwendung der Spannungsstromcharakteristik des Sauerstoffsensors ändert;
  • 22A und 22B zeigen jeweils einen Funktionsstörungszustand eines Sauerstoffsensors;
  • 23 zeigt eine wesentliche Ansicht einer Luftkraftstoffverhältnissteuervorrichtung eines Kfz-Verbrennungsmotors entsprechend einer vierten Ausführungsform;
  • 24 zeigt eine Querschnittsansicht des in 23 dargestellten Sauerstoffsensors;
  • 25 zeigt eine Spannungsstromcharakteristik des Sauerstoffsensors;
  • 26 zeigt ein Blockdiagramm einer in 23 dargestellten elektronischen Steuereinheit; und
  • 27 zeigt ein Flußdiagramm, welches ein Luftkraftstoffverhältniserfassungsprogramm darstellt, bei welchem eine Luftkraftstoffverhältniserfassung und eine Funktionsstörungsdiagnose bezüglich des Sauerstoffsensors entsprechend der vierten Ausführungsform durchgeführt werden.
  • Im folgenden wird eine erste Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben, bei welcher eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Diagnose der Verschlechterung eines Sauerstoffsensors für eine Luftkraftstoffverhältniserfassungsvorrichtung eines Kfz-Verbrennungsmotors verwendet werden.
  • 1 zeigt eine Kombination eines Blockdiagramms und einer Schaltung einer Luftkraftstoffverhältniserfassungsvorrichtung entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in 1 dargestellt enthält eine Luftkraftstoffverhältniserfassungsvorrichtung 11 einen Sauerstoffsensor 12, welcher in einem Abgasrohr eines Automobils zum Erfassen einer Sauerstoffkonzentration oder einer Kohlenmonoxidkonzentration (CO-Konzentration) eines Abgases eines Automobilverbrennungsmotors angeordnet ist, eine elektronische Steuereinheit 13 zum Berechnen eines Luftkraftstoffverhältnisses eines Verbrennungsgases und zum Diagnostizieren der Verschlechterung des Sauerstoffsensor 12, eine Spannungsanlegeeinheit 14 zum Anlegen einer ersten Abfragespannung Vp oder einer zweiten Abfragespannung Vn an den Sauerstoffsensor 12 entsprechend einem von der elektronischen Steuereinheit 13 ausgegebenen Spannungssteuersignal, eine Strommeßeinheit 15 zum Messen eines von dem Sauerstoffsensor 12 erzeugten Sensorstroms und zum Ausgeben des Sensorstroms an die elektronische Steuereinheit 13 zur Berechnung des Luftkraftstoffverhältnisses des Verbrennungsgases und zum Diagnostizieren der Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12, eine Motorsteuereinheit 16 zum Steuern des Luftkraftstoffverhältnisses des Verbrennungsgases auf ein optimales Luftkraftstoffverhältnis entsprechend einer Luftkraftstoffverhältnisrückkopplungssteuerung unter Verwendung einer Information bezüglich des Automobilverbrennungsmotors, einer Information bezüglich der Ansteuerung des Automobils und des von der elektronischen Steuereinheit 13 bestimmten Luftkraftstoffverhältnisses und zum Ausgeben der Automobilverbrennungsinformation 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 Informierung des Fahrers über die Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12.
  • Der Sauerstoffsensor 12 enthält eine Erfassungsvorrichtungseinheit 18 zum Empfang der von der Spannungsanlegeeinheit 14 angelegten Spannung Vp oder Vn, zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration des Abgases in Fällen, bei welchen ein Luftkraftstoffverhältnis in einem Verbrennungsgas in einem Gebiet eines mageren Luftkraftstoffverhältnisses befindlich ist, und zum Erfassen der CO-Konzentration des Abgases in Fällen, bei welchen ein Luftkraftstoffverhältnis in einem Verbrennungsgas in einem Gebiet eines fetten Luftkraftstoffverhältnisses gelegen ist, und zum Ausgeben des Sensorstroms als Begrenzungsstroms, welcher sich mit der Sauerstoff- oder CO-Konzentration ändert, und ein Heizgerät 19 zum Heizen der Erfassungsvorrichtungseinheit 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 Mikrocomputer 20 und eine Heizstromeinstellschaltung 21 zum Einstellen des der Erfassungsvorrichtungseinheit 18 unter Steuerung des Mikrocomputers 20 eingespeisten Heizstroms.
  • Der Mikrocomputer 20 enthält eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU) 22 zum Berechnen eines Luftkraftstoffverhältnisses des Verbrennungsabgases entsprechend dem von der Strommeßeinheit 15 ausgegebenen Sensorstromsignals, zum Ausgeben eines Luftkraftsstoffverhältnisses der Motorsteuereinheit 16 zur Steuerung des Luftkraftstoffverhältnisses des Verbrennungsgases auf ein theoretisches Luftkraftstoffverhältnis, zum Ausgeben eines entsprechend dem Sensorstromsignal erzeugten Sauerstoffsensortemperatursteuersignal an die Heizstromeinstellschaltung 20 zur Steuerung des Heizstroms (Funktion einer Heizgerätsteuereinrichtung), zum Erzeugen des von der Spannungsanlegeeinheit 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 Abfragespannung von der zweiten Abfragespannung Vn auf die erste Abfragespannung Vp (Funktion einer Spannungsänderungseinrichtung), zum Erfassen einer Änderung des von der Erfassungsvorrichtungseinheit 18 ausgegebenen Sensorstroms entsprechend einer Änderung des Sensorstromsignals (Funktion einer Stromänderungserfassungseinrichtung), zum Diagnostizieren der Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12 entsprechend der Änderung des Sensorstroms (Funktion einer Verschlechterungsdiagnoseeinrichtung), zum Ausgeben eines Verschlechterungsbeurteilungssignals an die Motorsteuereinheit 16 zum Betreiben des Alarmlichts 17, zum Erfassen eines inneren Widerstands der Erfassungsvorrichtungseinheit 18 entsprechend einem Verhältnis der zweiten Abfragespannung Vn zu einem Sensorstrom In, welcher von der Erfassungsvorrichtungseinheit 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 arithmetischen Programms, welches zur Berechnung eines Luftkraftstoffverhältnisses entsprechend einem Wert des in der Erfassungsvorrichtungseinheit 18 erzeugten Sensorstroms verwendet wird, und ein Speicher mit willkürlichem Zugriff (RAM) 24 zum Speichern eines Werts des von der Erfassungsvorrichtungseinheit 18 ausgegebenen Sensorstroms.
  • Die Heizstromeinstellschaltung 21 besitzt einen Transistor 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 Sauerstoffsensortemperatursteuersignal der Basis des Transistors 21a übertragen wird, wird daher der Transistor 21a ein- oder ausgeschaltet, 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 Digital/Analog-Wandler 26 in ein analoges Signal umgewandelt, das analoge Signal wird durch einen Operationsverstärker 27 in eine Abfragespannung umgewandelt, und die Abfragespannung wird über einen Widerstand 28 an die Erfassungsvorrichtungseinheit 18 angelegt. Ebenfalls tritt in der Strommeßeinheit 15 ein Sensorstrom, welcher in der Erfassungsvorrichtungseinheit 18 durch Anlegen der Abfragespannung 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 umgewandelt, und das Sensorstromsignal wird dem Mikrocomputer 20 übertragen.
  • 2 zeigt eine Querschnittsansicht des Sauerstoffsensors 12.
  • Wie in 2 dargestellt enthält die Erfassungsvorrichtungseinheit 18 eine feste Elektrolytschicht 31, welche in einer U-Querschnittsform gebildet ist, eine Abgasseitenelektrodenschicht 32, welche auf einer äußeren Oberfläche der festen Elektrolytschicht 31 angeordnet ist, eine Atmosphärenseitenelektrodenschicht 33, welche auf einer inneren Oberfläche der festen Elektrolytschicht 31 angeordnet ist, und eine Diffusionswiderstandsschicht 34, welche auf einer äußeren Oberfläche der Abgasseitenelektrodenschicht 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, Bi2O3, oder dergleichen als Stabilisator gelöst sind (solution-treated). Die Diffusionswiderstandsschicht 34 ist entsprechend einer Plasmasprühtechnik gebildet und ist aus einem hitzebeständigen anorganischen Körper wie Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Siliziumoxid, Spinell, Mullit oder dergleichen gebildet. Die Abgasseitenelektrodenschicht 32 und die Atmosphärenseitenelektrodenschicht 33 sind aus einem Edelmetall mit hoher katalythischer Aktivität wie Platin gebildet und sind an beiden Oberflächen der festen Elektrolytschicht 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 μm. 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 Sauerstoffkonzentrationserfassungsvorrichtung.
  • Das Heizgerät 19 ist in einem Zentralteil des Sauerstoffsensors 12 plaziert und von der Atmosphärenseitenelektrodenschicht 33 umgeben, um die Atmosphärenseitenelektrodenschicht 34, die feste Elektrolytschicht 31, die Abgasseitenelektrodenschicht 32 und die Diffusionswiderstandsschicht 33 zu erhitzen. Die Heizkapazität des Heizgeräts 19 ist hinreichend, die Erfassungsvorrichtungseinheit 18 zu aktivieren.
  • Wenn bei der obigen Konfiguration des Sauerstoffsensors 12 eine Abfragespannung an die Abgasseitenelektrodenschicht 32 angelegt wird, wird eine konzentrierte elektromotorische Kraft an einem theoretischen Luftkraftstoffverhältnispunkt von der Erfassungsvorrichtungseinheit 18 erzeugt. Wenn eine erste Abfragespannung VP an die Abgasseitenelektrodenschicht 32 angelegt wird, wird daher ein Begrenzungsstrom, dessen Wert einer Sauerstoffkonzentration eines Abgases entspricht, von der Erfassungsvorrichtungseinheit 18 in Fällen erzeugt, bei welchen das Luftkraftstoffverhältnis in einem Verbrennungsgas in einem Gebiet eines mageren Luftkraftstoffverhältnisses gelegen ist. Es verbleibt ebenfalls in Fällen, bei welchen ein Luftkraftstoffverhältnis 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 Abgases linear mit dem Luftkraftstoffverhältnis in dem Verbrennungsgas ändert, und es wird ein Begrenzungsstrom, dessen Wert der CO-Konzentration des Abgases entspricht, von der Erfassungsvorrichtungseinheit 18 erzeugt. In diesem Fall wird ein Wert des Begrenzungsstroms entsprechend der Sauerstoff- oder CO-Konzentration durch den Bereich der Abgasseitenelektrodenschicht 32, der Dicke der Diffusionswiderstandsschicht 34, einem Porenverhältnis und einem Durchschnittsporendurchmesser in der Abgasseitenelektrodenschicht 32 und einem Porenverhältnis und einem Durchschnittsporendurchmesser in der Atmosphärenseitenelektrodenschicht 33 bestimmt.
  • Eine Spannungstromcharakteristik des Sauerstoffsensors 12 wird detailliert unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
  • Entsprechend 3 ist ein Begrenzungsstromerzeugungsgebiet, bei welchem ein Wert eines Sensorstroms bezüglich der festen Elektrolytschicht 31 nahezu konstant ist, obwohl sich eine an die feste Elektrolytschicht 31 angelegte Abfragespannung durch die Abgasseitenelektrolytschicht 32 ändert, durch eine charakteristische Linie L1 (welche als durchgezogene Linie dargestellt ist) entsprechend einem bestimmten Luftkraftstoffverhältnis angezeigt. D. h. die charakteristische Linie L1 in dem Begrenzungsstromerzeugungsgebiet 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 Luftkraftstoffverhältnis. D. h. der Wert des Begrenzungsstroms erhöht sich, wenn sich das Luftkraftstoffverhältnis auf das Gebiet des mageren Luftkraftstoffverhältnisses zu verschiebt, und der Wert des Begrenzungsstroms verringert sich, wenn sich das Luftkraftstoffverhältnis auf das Gebiet des fetten Luftkraftstoffverhältnisses zu verschiebt.
  • Ebenfalls ist ein Widerstandsregulierungsgebiet an einem 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 Elektrolytschicht 31. Wenn die Temperatur der Erfassungsvorrichtungseinheit 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. Beispielsweise wird die Spannungsstromcharakteristik durch eine charakteristische Linie L2 (welche durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist) entsprechend der Temperatur der Erfassungsvorrichtungseinheit 12 angezeigt, welche geringer als diejenige bezüglich der charakteristischen Linie L1 ist. Obwohl sich die Temperatur der Erfassungsvorrichtungseinheit 12 ändert, ist jedoch der Wert des Begrenzungsstroms nahezu konstant. Daher ist der durch die charakteristische Linie L2 angezeigte Wert des Begrenzungsstroms nahezu derselbe wie der durch die charakteristische Linie L1 angezeigte Wert.
  • Bezüglich der obigen Konfiguration der Luftkraftstoffverhältniserfassungsvorrichtung 11 und der obigen Funktion des Sauerstoffsensors 12 wird der in der Luftkraftstoffverhältniserfassungsvorrichtung 11 durchgeführte Betrieb beschrieben.
  • 4 zeigt ein Flußdiagramm eines von der CPU 22 des Mikrocomputers 20 entsprechend einer ersten Ausführungsform durchgeführten Hauptprogramms. Dieses Hauptprogramm wird von der CPU 22 in Zeitabständen von mehreren Millisekunden (ms) durchgeführt.
  • Wenn das Hauptprogramm gestartet wird, wird wie in 4 dargestellt ein Luftkraftstoffverhältniserfassungsprogramm von der CPU in einem Schritt S110 durchgeführt. Bei einem normalen Betrieb wird lediglich das Luftkraftstoffverhältniserfassungsprogramm jeweils in Zeitabständen von mehreren Millisekunden (ms) durchgeführt.
  • 5 zeigt ein Flußdiagramm des Luftkraftstoffverhältniserfassungsprogramms, welches von der CPU 22 durchgeführt wird.
  • Wie in 5 dargestellt wird in einem Schritt S111 bei dem Luftkraftstoffverhältniserfassungsprogramm eine erste Abfragespannung Vp, welche einen positiven Wert besitzt, anfänglich an die Erfassungsvorrichtungseinheit 18 des Sauerstoffsensors 12 angelegt. Wie in 3 dargestellt wird die erste Abfragespannung Vp unter der Bedingung bestimmt, daß ein Wert Ip des Begrenzungsstroms unabhängig von dem Ansteigen und Verringern des Luftkraftstoffverhältnisses, welches sich in einen gewünschten Erfassungsbereich ändert, erfaßt werden kann. Wenn beispielsweise ein innerer Widerstand Zdc der festen Elektrolytschicht 31 den Wert 30 Ω aufweist und das Luftkraftstoffverhältnis sich in einem Bereich von 12 bis 18 befindet, wird die erste Abfragespannung Vp, welche in einem Bereich von 0,3 bis 0,5 V liegt, gewählt. Danach wird ein Wert Ip des Begrenzungsstromflusses der festen Elektrolytschicht 31 in einem Schritt S112 erfaßt, wenn die erste Abfragespannung Vp angelegt ist. Danach wird der Wert Ip des Begrenzungsstroms in ein Luftkraftstoffverhältnis Raf in einem Schritt S113 entsprechend der Beziehung zwischen dem in 9 dargestellten Verhältnis zwischen dem Begrenzungsstrom und dem Luftkraftstoffverhältnis, welche in dem ROM 23 als arithmetisches Programm gespeichert ist, umgewandelt. Danach wird das berechnete Luftkraftstoffverhältnis der Motorsteuereinheit 16 in einem Schritt S114 ausgegeben, und es wird das Luftkraftstoffverhältniserfassungsprogramm beendet.
  • Danach wird wie in 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 Automobilverbrennungsmotorinformation wie die Drehzahl des Automobilverbrennungsmotors, der Druck eines Einlaßrohrs, das Volumen der Einlaßluft, das Volumen des Abgases oder dergleichen sich plötzlich ändert, wird indem Schritt S120 beurteilt bzw. entschieden, daß die Erfassung des inneren Widerstands Zdc erfordert wird. Bei dieser Ausführungsform wird die Beurteilung des Schrittes S120 nach dem Schritt S110 durchgeführt. Es ist jedoch möglich, daß die Beurteilung periodisch, beispielsweise jede Sekunde, durchgeführt wird. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, die Automobilverbrennungsmotorinformation der CPU 22 durch die Motorsteuereinheit 16 einzugeben. In Fällen, bei welchen die Erfassung des inneren Widerstands Zdc in dem Schritt S120 verlangt wird, wird ein Programm zur Erfassung des inneren Widerstands in einem Schritt S130 durchgeführt.
  • 6 zeigt ein Flußdiagramm des von der CPU 22 durchgeführten Programms zum Erfassen des inneren Widerstands, und 10 zeigt ein Zeitablaufsdiagramm der an den Sauerstoffsensor 12 angelegten Abfragespannung und des von dem Sauerstoffsensor 12 ausgegebenen Abfragestroms.
  • Wie in 6 dargestellt ändert sich die an den Sauerstoffsensor 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 Sauerstoffsensors 12 angelegt. Wie in 3 dargestellt ist die zweite Abfragespannung nicht in dem Begrenzungsstromerzeugungsgebiet sondern in dem Widerstandsregulierungsgebiet gelegen und liegt im Bereich von –0,3 bis –1 V. Danach verbleibt die Erfassung des von der Erfassungsvorrichtungseinheit 18 ausgegebenen Sensorstroms in einem Schritt S132 eine erste Wartezeitspanne t1 in einem Zustand des Abwartens. D. h. wenn sich wie in 10 dargestellt die an den Sauerstoffsensor 12 angelegte Abfragespannung von der ersten Abfragespannung Vp auf die zweite Abfragespannung Vn zum Zeitpunkt T1 ändert, wird ein Sensorstrom, 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 entsprechend 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 Wartezeit 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 angelegt. Danach wird mit der Erfassung des von der Erfassungsvorrichtungseinheit 18 ausgegebenen Sensorstroms eine zweite Wartezeit t2 in einem Schritt S135 abgewartet. D. h. wenn wie in 10 dargestellt sich die an den Sauerstoffsensor 12 angelegte Abfragespannung von der zweiten Abfragespannung Vn auf die erste Abfragespannung Vp zu einem Zeitpunkt T2 ändert, wird ein Sensorstrom, welcher eine 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 Millisekunden 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 3 dargestellte charakteristische Linie unabhängig von dem Luftkraftstoffverhältnis durch den Ursprung hindurchtritt und sich direkt in das Widerstandsregulierungsgebiet 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 Genauigkeit erlangt werden.
  • Nachdem das Programm zur Erfassung des inneren Widerstands beendet ist, wird wie in 4 dargestellt in einem Schritt S140 beurteilt, ob die Heizgerätsteuerung durchzuführen ist oder nicht. Wenn in diesem Fall auf dieselbe Weise wie bei dem Schritt S120 sich die Automobilverbrennungsmotorinformation wie die Drehzahl des Automobilverbrennungsmotors, der Druck des Einlaßrohrs, das Volumen der Einlaßluft, das Volumen des Abgases oder dergleichen 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 durchgeführt wird, beispielsweise jede 10 Sekunden. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, die Automobilverbrennungsmotorinformation durch die Motorsteuereinheit 16 der CPU 22 einzugeben. In Fällen, bei welchen die Heizgerätsteuerung in dem Schritt S140 durchgeführt wird, wird ein Heizgerätsteuerungsprogramm in einem Schritt S150 durchgeführt.
  • Bei dem Heizgerätsteuerungsprogramm entsprechend dieser Ausführungsform wird ein dem Heizgerät 19 zugeführter Wert des Heizstroms entsprechend einer Tastverhältnissteuerung 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 Gleichungen (1), (2) und (3) berechnet. GP = KP·(Zdc – ZdcT) (1) GI = GIi – 1 + KI·(Zdc – ZdcT) (2) DC = GP + GI (3)
  • Hierbei bezeichnet Bezugszeichen GP einen Proportionalitätsterm, Bezugszeichen GI bezeichnet einen Integrationsterm, Bezugszeichen KP bezeichnet eine Proportionalitätskonstante, Bezugszeichen KI bezeichnet eine Integrationskonstante und Bezugszeichen ZdcT bezeichnet einen Sollwert des inneren Widerstands der festen Elektrolytschicht 31.
  • 7 zeigt ein Flußdiagramm des von der CPU 22 durchgeführten Heizgerätsteuerprogramms.
  • Wie in 7 dargestellt wird der Proportionalitätsterm 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 Integrationsterm 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 Steuerleistung DC entsprechend der Gleichung (3) in einem Schritt S153 berechnet, und danach ist das Heizgerätsteuerprogramm beendet. Danach wird ein Sauerstoffsensortemperatursteuersignal, welches den Steuertakt bzw. die Steuerleistung DC anzeigt, der Heizstromeinstellschaltung 21 zur Steuerung des Transistors 21a übertragen, und der Heizstrom wird dem Heizgerät 19 zur Steuerung des inneren Widerstandswerts Zdc auf den Sollwert des inneren Widerstands ZdcT entsprechend einer Rückkopplungssteuerung eingespeist.
  • 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 durchzuführen.
  • Danach wird wie in 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 Ansteuerungsinformation wie einer Laufentfernung eines Automobils durchgeführt. Es ist ebenso möglich, die Beurteilung entsprechend einer verstrichenen Zeit nach einer vorhergehenden Beurteilung durchzuführen. In Fällen, bei welchen die Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors verlangt wird, wird ein Sensorverschlechterungsdiagnoseprogramm in einem Schritt S170 durchgeführt.
  • 8 zeigt ein Flußdiagramm des von der CPU 22 entsprechend der ersten Ausführungsform durchgeführten Sensorverschlechterungsdiagnoseprogramms.
  • Wie in 8 dargestellt verändert sich die an den Sauerstoffsensor 12 angelegte Abfragespannung auf eine zweite Abfragespannung Vn, welche einen negativen Wert besitzt, und es wird die zweite Abfragespannung Vn an die Erfassungsvorrichtungseinheit 18 des Sauerstoffsensors 12 in einem Schritt S171 angelegt. Wie in 3 dargestellt ist die zweite Abfragespannung Vn nicht in dem Begrenzungsstromerzeugungsgebiet sondern in dem Widerstandsregulierungsgebiet gelegen und variiert von –0,3 bis –1 V auf dieselbe Weise, wie diejenige in dem Programm zur Erfassung des inneren Widerstands variiert. Danach wird mit der Erfassung des von der Erfassungsvorrichtungseinheit 18 ausgegebenen Sensorstroms eine dritte Wartezeit t3 in einem 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 Sensorstroms in einem Schritt S175 eine vierte Wartezeit t4 abgewartet. Die vierte Wartezeit t4 wird benötigt, damit der Spitzenwert des Abfragestroms, welcher bei einer Abfragespannungsänderungsoperation 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 Ios. In diesem Fall hängt der Verschlechterungsbeurteilungswert Ios von einem Verschlechterungsbeurteilungsstandard jeder Luftkraftstoffverhältnisverhältniserfassungsvorrichtung ab. Bei dieser Ausführungsform ist der Verschlechterungsbeurteilungswert 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 arbeitet, und das Sensorverschlechterungsdiagnoseprogramm ist beendet. In Fällen, bei welchen der Spitzenstromwert Io niedriger als der Verschlechterungbeurteilungswert 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 Sensorverschlechterungsdiagnoseprogramm ist beendet. In Fällen, bei welchen das Verschlechterungsbeurteilungssignal der Motorsteuereinheit 16 übertragen wird, wird das Alarmlicht 17 zur Information eines Benutzers über die Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12 betrieben, und es wird die von der Motorsteuereinheit 16 zur Steuerung des Luftkraftstoffverhältnisses des Verbrennungsgases auf ein optimales Luftkraftstoffverhältnis durchgeführte Luftkraftstoffverhältnisrückkopplungssteuerung beendet.
  • Das in 8 dargestellte Sensorverschlechterungsdiagnoseprogramm wird konkret unter Bezugnahme auf ein in 11 dargestelltes Zeitablaufsdiagramm beschrieben.
  • Wenn wie in 11 dargestellt, die an die Erfassungsvorrichtungseinheit 18 des Sauerstoffsensors 12 angelegte Abfragespannung sich von der ersten Abfragespannung Vp auf die zweite Abfragespannung Vn zum Zeitpunkt T11 ändert, 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 Zeitunkt T12 erfaßt, und die an den Sauerstoffsensor 12 angelegte Abfragespannung ändert sich zum selben Zeitpunkt T12 von der zweiten Abfragespannung Vn auf die erste Abfragespannung Vp. Da in diesem Fall die dritte Wartezeit t3 wesentlich kürzer als die erste Wartezeit t1 ist, ist der Wert des Sensorstroms nicht auf den Konvergenzstromwert In konvergiert, 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 Verwendung des Spitzenstromwerts Io die Beurteilung durchgeführt, ob sich der Sauerstoffsensor 12 verschlechtert hat oder nicht. In Fällen, bei welchen der Spitzenstromwert Io gleich oder größer als der Verschlechterungsbeurteilungswert Ios (Io ≥ Ios) wie durch die durchgezogene Linie angezeigt ist, wird beurteilt, daß der Sauerstoffsensor 12 normal arbeitet. In Fällen, bei welchen der Spitzenstromwert Io niedriger als der Verschlechterungsbeurteilungswert Ios (Io < Ios) wie durch die gestrichelte Linie angezeigt ist, wird beurteilt, daß sich der Sauerstoffsensor 12 verschlechtert hat.
  • Der Grund dafür, daß sich der Spitzenstromwert Io verringert hat, wenn sich der Sauerstoffsensor 12 verschlechtert hat, wird unter Bezugnahme auf 12A und 12B beschrieben.
  • 12A zeigt eine äquivalente Schaltung der Erfassungsvorrichtungseinheit 18, und 12B zeigt eine Wellenform einer an die äquivalente Schaltung angelegten Abfragespannung und eine Wellenform eines Sensorstromflusses der Äquivalenzschaltung.
  • Entsprechend 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 Grenzschicht zwischen der festen Elektrolytschicht 31 und der Abgasseitenelektrodenschicht 32 und dem zweiten Widerstandswert an der Grenzschicht zwischen der festen Elektrolytschicht 31 und der Atmosphärenseitenelektrodenschicht 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 vorkommende Poren stehen unter Druck und sind aufgebrochen, und der Durchtritt von Sauerstoff durch die Elektrodenschichten 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 7 dargestellte Heizgerätsteuerung zur Steuerung des inneren Widerstands Zdc der festen Elektrolytschicht 31 auf einen konstanten Wert durchgeführt. D. h. der dem Heizgerät 19 eingespeiste Heizstrom ist zur Erhöhung der Temperatur der Erfassungsvorrichtungseinheit 18 erhöht, und der Widerstand Rb, welcher den inneren Widerstand der Erfassungsvorrichtungseinheit 18 anzeigt, ist reduziert. Obwohl der innere Widerstand Zdc = Rb + Rd der festen Elektrolytschicht 31 in einem verschlechterten Sauerstoffsensor derselbe wie derjenige eines normal funktionierenden Sauerstoffsensors 12 ist, ist der Widerstand Rb verringert, wenn sich der Sauerstoffsensor 12 verschlechtert hat, und der Spitzenstromwert Io ist verringert (vergleiche Gleichung (4)).
  • Dementsprechend kann die Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12 leicht durch beobachten des Spitzenstromwerts Io diagnostiziert werden, wenn sich die an den Sauerstoffsensor 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 engespeisten 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 Ausführungsform für das Luftkraftstoffverhältnissteuerungssystem sinnvoll sein, bei welchem die Heizgerätsteuerung durchgeführt wird.
  • Ebenfalls variiert die erste oder zweite Wartezeit t1 oder t2, welche zum Warten auf das Konvergieren des Sensorstroms unmittelbar nach der Änderung der an den Sauerstoffsensor 12 angelegten Abfragespannung benötigt werden, von mehreren 10 Millisekunden bis zu mehreren 100 Millisekunden. 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 Sauerstoffsensors 12 benötigte Zeitdauer verkürzt werden.
  • Im folgenden wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
  • Obwohl der Wert des dem Heizgerät 19 eingespeisten Heizstroms von dem Mikrocomputer 20 entsprechend der Rückkopplungssteuerung derart gesteuert wird, daß der innere Widerstand Zdc der festen Elektrolytschicht 31 mit dem Sollwert des inneren Widerstands ZdcT bei der ersten Ausführungsform übereinstimmt, wird bei der zweiten Ausführungsform eine offene Steuerung für den Wert des Heizstroms eingeführt. Obwohl der innere Widerstand Zdc der festen Elektrolytschicht 31 sich ändert, wird der Heizstrom (oder die Steuerleistung DC) auf einen konstanten Wert bei der zweiten Ausführungsform durch eine Funktion einer (nicht dargestellten) offenen Steuerschaltung eingestellt.
  • 13 zeigt ein Flußdiagramm eines von der CPU 22 des Mikrocomputers 20 entsprechend der zweiten Ausführungsform durchgeführten Hauptprogramms.
  • Wenn das Hauptprogramm gestartet ist, wird wie in 13 dargestellt ein Luftkraftstoffverhältniserfassungsprogramm von der CPU 22 in einem Schritt S210 auf dieselbe Weise wie in dem in 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 Beurteilung wird auf dieselbe Weise wie in dem Schritt S160 durchgeführt. In Fällen, bei welchen die Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors verlangt wird, wird ein Senorverschlechterungsdiagnoseprogramm in einem Schritt S230 durchgeführt.
  • 14 zeigt ein Flußdiagramm des von der CPU 22 entsprechend der zweiten Ausführungsform durchgeführten Sensorverschlechterungsdiagnoseprogramms.
  • Wie in 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 Spitzenstromwert 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 einem 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 Änderungsoperation der an die Erfassungsvorrichtungseinheit 18 angelegten 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 angelegt.
  • Danach wird die Beurteilung, ob sich der Sauerstoffsensor 12 verschlechtert hat oder nicht, in einem Schritt S237 entsprechend einer Io-In-Zuordnung durchgeführt, welche im voraus in dem ROM 23 abgespeichert worden ist und die Beziehung zwischen dem Spitzenstromwert Io und dem Konvergenzstromwert In anzeigt. Wie in 16 dargestellt 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 Verschlechterungsbeurteilungslinie L3 groß wird, wenn sich die Verschlechterungsbeurteilungslinie L3 in eine negative Richtung des Konvergenzstromwerts In erstreckt.
  • In Fällen, bei welchen die Betriebspositon (In, Io), welche durch den in dem Schritt S233 erzielten Spitzenstromwert Io und durch den in dem Schritt S235 erzielten Konvergenzstromwert In bestimmt wird, in dem normalen Gebiet B gelegen ist, wird von der CPU 22 beurteilt, daß der Sauerstoffsensor 12 normal arbeitet, und das Programm begibt sich zu einem Schritt S239. In Fällen, bei welchen die Betriebsposition (In, Io) in dem Verschlechterungsgebiet A gelegen ist, wird demgegenüber von der CPU 22 beurteilt, daß sich der Sauerstoffsensor 12 verschlechtert hat, und das Verfahren begibt sich zu einem Schritt S238.
  • In dem Schritt S238 wird ein Verschlechterungsbeurteilungssignal von der CPU 22 auf die Motorsteuereinheit 16 übertragen. Danach wird mit der Erfassung des Werts des Sensorstroms eine sechste Wartezeit t5 in dem Schritt S239 gewartet, welche von mehreren 10 Millisekunden bis zu mehreren 100 Millisekunden variiert, es wird der Begrenzungsstromwert Ip erfaßt, und das Sensorverschlechterungsdiagnoseprogramm ist beendet. In Fällen, bei welchen das Verschlechterungsbeurteilungssignal der Motorsteuereinheit 16 übertragen wird, wird das Alarmlicht 17 zur Information eines Benutzers über die Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12 betrieben, und es wird eine Luftkraftstoffverhältnisrückkopplungssteuerung gestoppt, welche von der Motorsteuereinheit 16 zur Steuerung des Luftkraftstoffverhältnisses des Verbrennungsgases auf ein optimales Luftkraftstoffverhältnis durchgeführt wird.
  • Der Grund dafür, daß das Verschlechterungsgebiet A und das normale Gebiet B voneinander durch die Verschlechterungsbeurteilungslinie L3 abgetrennt sind, dessen Neigung groß wird, wenn sich die Verschlechterungsbeurteilungslinie 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 Ausführungsform eingeführt wird, wenn sich der Sauerstoffsensor 12 etwas verschlechtert, erhöht sich der innere Widerstand Zdc der festen Elektrolytschicht 31, ein Absolutwert des Konvergenzstromwerts In verringert sich mit einer ersten Änderungsrate, und ein Absolutwert des Spitzenstromwerts Io verringert sich mit einer zweiten Änderungsrate. In diesem Fall ist die zweite Änderungsrate des Spitzenstromwerts Io größer als die erste Änderungsrate des Konvergenzstromwerts In. D. h. das Verhältnis des Änderungsgrads des Spitzenstromwerts Io zu dem Änderungsgrad des Konvergenzstromwerts In erhöht sich, wenn der Verschlechterungsgrad 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 erstreckt.
  • Das Sensorverschlechterungsdiagnoseprogramm wird unter Bezugnahme auf das in 15 dargestellte Zeitablaufsdiagramm konkret beschrieben.
  • Wie in 15 dargestellt ändert sich die an die Erfassungsvorrichtungseinheit 18 angelegte Abfragespannung von der ersten Abfragespannung Vp auf die zweite Abfragespannung 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 verschlechtert hat oder nicht, unter Verwendung des Spitzenstromwerts Io und des Konvergenzstromwerts In durchgeführt. Wenn die sechste Wartezeit t6 verstrichen ist, ist das Sensorverschlechterungsdiagnoseprogramm zum Zeitpunkt T24 beendet.
  • Die Verschlechterungsbeurteilungslinie L3 der in 16 dargestellten Io-In-Zuordnung wird wie folgt bestimmt. Eine anfängliche Charakteristik des Sauerstoffsensors 12 wird gemessen, und eine anfängliche Beziehung zwischen einem anfänglichen Spitzenstromwert Ioi und einem anfänglichen Konvergenzstromwert Ini entsprechend der anfänglichen Charakteristik wird in die Io-In-Karte übertragen. Die anfängliche Beziehung wird durch eine anfängliche charakteristische Linie Lin angezeigt, welche durch eine gestrichelte Linie in 16 dargestellt ist. Danach wird die Verschlechterungsbeurteilungslinie L3 durch Verschieben der anfänglichen charakteristischen Linie Lin in die negative Richtung des Spitzenstromwerts Io um mehrere Prozent des anfänglichen Spitzenstromwerts Ioi bestimmt. Ein Unterschied 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 verschlechterte Sauerstoffsensor 12 verschlechtert hat, wird die Verschlechterungsbeurteilungslinie L3 nahe der anfänglichen charakteristischen Linie Lin bestimmt. Wenn demgegenüber 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 zweidimensionalen Io-In-Zuordnung durchgeführt wird, obwohl sich der Absolutwert des Konvergenzstromwerts des In verringert, wenn sich der Verschlechterungsgrad des Sauerstoffsensors 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-Zuordnung 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 Hinzufügen 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 eingespeisten Heizstroms auf einen konstanten Wert eingeführt. Es ist jedoch möglich, daß die Rückkopplungssteuerung 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 verändert, obwohl der Verschlechterungsgrad des Sauerstoffsensors 12 hoch wird, da sich der Widerstand Rb verringert, erhöht sich in diesem Fall der Absolutwert des Spitzenstromwerts Io. Dementsprechend kann die Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12 unter Verwendung der in 16 dargestellten Io-In-Zuordnung durchgeführt werden.
  • Im folgenden wird eine dritte Ausführungsform beschrieben, bei welcher die Verschlechterung des Sauerstoffsensors unter Verwendung der Beziehung zwischen dem Spitzenstromwert Io und dem inneren Widerstand Zdc der festen Elektrolytschicht 31 diagnostiziert wird. Da der innere Widerstand Zdc und der Konvergenzstromwerts In der Beziehung Zdc = Vn/In genügt, kann die Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12 unter Verwendung einer Zdc-Io-Zuordnung anstelle der Io-In-Zuordnung durchgeführt 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.
  • 17 zeigt ein Flußdiagramm eines von der CPU 22 entsprechend einer dritten Ausführungsform ausgeführten Hauptprogramms.
  • Wenn wie in 17 dargestellt das Hauptprogramm gestartet wird, wird ein Luftkraftstoffverhältniserfassungsprogramm von der CPU 22 in einem Schritt S310 auf dieselbe Weise wie in dem in 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 Widerstands Zdc auf dieselbe Weise wie in dem in 4 dargestellten 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 6 dargestellten Schritt S130 durchgeführt.
  • In Fällen, bei welchen die Erfassung des inneren Widerstands 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 welchen die Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors verlangt wird, wird ein Sensorverschlechterungsdiagnoseprogramm in einem Schritt S350 durchgeführt.
  • 18 zeigt ein Flußdiagramm des von der CPU 22 entsprechend der dritten Ausführungsform durchgeführten Sensorverschlechterungsdiagnoseprogramms.
  • Wie in 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 Erfassungvorrichtungseinheit 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 gespeichert, die Abfragespannung wird auf die erste Anragespannung 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 Beziehung zwischen dem inneren Widerstand Zdc und dem Spitzenstromwert Io anzeigt. Wie in 20 dargestellt ist das gesamte Gebiet in der Io-Zdc-Karte durch eine Verschlechterungsbeurteilungslinie 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 Spitzenstromwert Io und dem in dem Schritt S330 erfaßten inneren Widerstand Zdc bestimmt wird, in dem normalen Gebiet D gelegen ist, wird von der CPU 22 beurteilt, daß der Sauerstoffsensor 12 normal arbeitet, und das Sensorverschlechterungsdiagnoseprogramm ist beendet. In Fällen, bei welchen die Betriebspostion (Zdc, Io) in dem Verschlechterungsgebiet C gelegen ist, wird demgegenüber von der CPU 22 beurteilt, daß sich der Sauerstoffsensor 12 verschlechtert hat, und das Verfahren begibt sich zu einem Schritt S357.
  • In dem Schritt S357 wird ein Verschlechterungsbeurteilungssignal von der CPU 22 der Motorsteuereinheit 16 übertragen, und das Sensorverschlechterungsdiagnoseprogramm ist beendet. In Fällen, bei welchen das Verschlechterungsbeurteilungssignal der Motorsteuereinheit 16 übertragen wird, wird das Alarmlicht 17 zur Information eines Benutzers über die Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12 betrieben, und es wird die von der Motorsteuereinheit 16 zur Steuerung des Luftkraftstoffverhältnisses des Verbrennungsgases auf ein optimales Luftkraftstoffverhältnis durchgeführte Luftkraftstoffverhältnisrückkopplungssteuerung beendet.
  • Das Sensorverschlechterungsdiagnoseprogramm wird konkret unter Bezugnahme auf das in 19 dargestellte Zeitablaufsdiagramm beschrieben.
  • Wie in 19 dargestellt ändert sich die an die Erfassungsvorrichtungseinheit 18 angelegte Abfragespannung zu einem Zeitpunkt T31 von der ersten Abfragespannung Vp auf die zweite Abfragespannung Vn. Wenn die dritte Wartezeit 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 erfaßt, und es wird die Beurteilung, ob sich der Sauerstoffsensor 12 verschlechtert hat oder nicht, unter Verwendung des Spitzenstromwerts Io und des inneren Widerstands Zdc durchgeführt.
  • Die in 20 dargestellte Verschlechterungsbeurteilungslinie L4 der Io-Zdc-Zuordnung wird wie folgt bestimmt. Eine anfängliche Charakteristik des Sauerstoffsensors 12 wird gemessen, und es wird eine anfängliche Beziehung 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 anfängliche charakteristische Linie Lin angezeigt, welche in 20 als gestrichelte Linie dargestellt ist. Danach wird die Verschlechterungsbeurteilungslinie L4 durch Verschieben der anfänglichen charakteristischen Linie Lin in die negative Richtung des Spitzenstromwerts Io um mehrere Prozent des anfänglichen Spitzenstromwerts Ioi verschoben. Ein Unterschied zwischen der Verschlechterungsbeurteilungslinie L4 und der anfänglichen charakteristischen Linie Lin hängt von dem Verschlechterungsgrad des Sauerstoffsensors 12 ab, den ein Fahrer als verschlechterten Sauerstoffsensor zu beurteilen beabsichtigt. Wenn beispielsweise der Fahrer zu beurteilen beabsichtigt, daß sich der leicht verschlechterte Sauerstoffsensor 12 verschlechtert hat, wird die Verschlechterungsbeurteilungslinie L4 nahe der anfänglichen charakteristischen Linie Lin bestimmt. Wenn demgegenüber der Fahrer zu beurteilen beabsichtigt, daß sich der Sauerstoffsensor 12 nicht verschlechtert hat, obwohl sich der Sauerstoffsensor 12 leicht verschlechtert hat, wird die Verschlechterungsbeurteilungslinie L4 weit weg von der anfänglichen charakteristischen 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 Spitzenstromwert Io durchgeführt wird, obwohl ein Absolutwert des inneren Widerstands Zdc sich erhöht, wenn ein Verschlechterungsgrad des Sauerstoffsensors 12 sich allmählich erhöht, kann dementsprechend die Verschlechterungsbeurteilung 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-Zuordnung 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 dreidimensionalen Io-Zdc-Ip-Zuordnung, welche durch Addieren des Begrenzungsstromwerts Ip auf die zweidimensionale Io-Zdc-Zuordnung erzielt wurde, zur strengen Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12 zu bestimmen.
  • Die offene Steuerung ist ebenfalls bei der dritten Ausführungsform eingeführt, um den dem Heizgerät 19 eingespeisten Heizstrom auf einen konstanten Wert einzustellen. Es ist jedoch möglich, als Rückkopplungssteuerung bzw. -regelung eine Proportional-Integral-Regelung (PI-Regelung), eine Proportional-Integral-Differential-Regelung (PID-Regelung) oder eine Integralregelung (I-Regelung) für das Heizgerät 19 auf dieselbe Weise wie der ersten Ausführungsform zur Steuerung des inneren Widerstands Zdc der festen Elektrolytschicht 31 auf einen konstanten Wert einzuführen. Obwohl sich der innere Widerstand Zdc sich nicht ändert, wenn der Verschlechterungsgrad des Sauerstoffsensors 12 groß wird, da sich der Widerstand Rb verringert, erhöht sich in diesem Fall der Absolutwert des Spitzenstromwerts Io. Dementsprechend kann die Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12 unter Verwendung der Io-Zdc-Zuordnung durchgeführt werden.
  • Es ist ebenfalls möglich, die Temperatur der Erfassungsvorrichtungeinheit 12 auf eine Solltemperatur in Übereinstimmung mit einer Erfassungsvorrichtungstemperaturrückkopplungssteuerung zu steuern.
  • Ebenfalls ändert sich bei der ersten bis dritten Ausführungsform die an die Erfassungsvorrichtungseinheit 18 angelegte Abfragespannung von der ersten Abfragespannung Vp auf die zweite Abfragespannung Vn und kehrt zu der ersten Abfragespannung Vp zur Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12 oder zur Erfassung des inneren Widerstands Zdc zurück. Es ist jedoch möglich, eine Wechselstromimpedanz auf dieselbe Weise wie bei der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 4-24657 von 1992 zur Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12 oder zur Erfassung des inneren Widerstands Zdc zu verwenden. In diesem Fall wird eine Wechselspannung an den Sauerstoffsensor 12 angelegt, und es wird die Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12 oder die Erfassung des inneren Widerstands Zdc entsprechend der Amplitude der Wechselspannung oder der Amplitude des Sensorstroms durchgeführt.
  • Es ist ebenso möglich, daß die Erfassung des inneren Widerstands Zdc auf dieselbe Weise wie bei der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 7-18837 von 1995 durchgeführt wird.
  • Ebenfalls wird bei der ersten bis dritten Ausführungsform der Spitzenstromwert Io durch Ändern der Abfragespannung 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 10 dargestellt ändert, kann beispielsweise der Spitzenstromwert Io zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach dem Zeitpunkt T2 erfaßt werden.
  • Ebenfalls kann der Spitzenstromwert Io erfaßt werden, obwohl sogar sich die Abfragespannung von einem ersten positiven 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 Schaltung 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 mageren Luftkraftstoffverhältnis verwendet wird, die an den Sauerstoffsensor 12 angelegte Abfragespannung bei der Operation zur Erfassung des Luftkraftstoffverhältnisses stets positiv. Daher kann die Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12, welche durch Ändern der Abfragespannung von einem positiven (oder negativen Wert) auf einen anderen positiven (oder negativen) Wert leicht durchgeführt werden. Da zum zweiten sich die an den Sauerstoffsensor 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 gehalten werden. Da der Änderungsgrad des Sensorstroms klein ist, kann daher die Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12 mit einer hohen Genauigkeit durchgeführt werden. Zum dritten liegt in Fällen, bei welchen der Sauerstoffsensor 12 in einem sehr hohen mageren Luftkraftstoffverhältnis verwendet wird, die an den Sauerstoffsensor 12 angelegte Abfragespannung bei der Operation der Erfassung des Luftkraftstoffverhältnisses auf einem sehr hohen positiven Wert. Da der Änderungsgrad des Sensorstroms klein ist, kann jedoch die Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12 leicht durchgeführt werden, obwohl 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 Bedingung bestimmt, daß ein Wert Ip des Begrenzungsstroms unabhängig von dem Ansteigen und Verringern des sich in einem gewünschten Erfassungsbereich ändernden Luftkraftstoffverhältnisses erfaßt werden kann. Es ist jedoch möglich, die erste Abfragespannung Vp veränderbar einzustellen. D. h. es wird wie in 21 dargestellt eine Abfragespannungsbestimmungslinie L5, welche der Beziehung V = Z· I + Ve genügt, auf ein U-I-Koordinatensystem übertragen, es wird ein Begrenzungsstromwert Ip, welcher einem von dem Mikrocomputer 20 erfaßten tatsächlichen Luftkraftstoffverhältnis entspricht, entsprechend einer Luftkraftstoffverhältnisrückkopplungssteuerung bestimmt, und es wird die erste Abfragespannung Vp unter der Bedingung bestimmt, daß eine Abfragespannungseinstellungsposition (Vp, Ip) auf der Einstelllinie L5 (Vp = Z·Ip + Ve) gelegen 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 Begrenzungsstromerzeugungsgebiets entsprechend einem idealen Luftkraftstoffverhältnis (Ip = 0 mA) gelegen. Daher ändert sich die erste Abfragespannung Vp mit dem von dem Mikrocomputer 20 erfaßten tatsächlichen Luftkraftstoffverhältnis. Da die Abfragebestimmungseinstellposition (Vp, Ip) stets in der Mitte des Begrenzungsstromerzeugungsgebiet eingestellt ist, obwohl sich das von dem Mikrocomputer 20 erfaßte tatsächliche Luftkraftstoffverhältnis ändert, kann dementsprechend der Begrenzungsstromwert Ip verläßlich erfaßt werden, und es kann die Verschlechterung des Sauerstoffsensors 12 verläßlich diagnostiziert werden.
  • Es wird ebenfalls bei der ersten bis dritten Ausführungsform 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 entsprechend einer Beziehung zwischen der Vorrichtungstemperatur und dem in dem RAM 24 gespeicherten inneren Widerstand Zdc zu berechnen.
  • Im folgenden wird ein Verfahren zur Diagnostik einer Funktionsstörung (beispielsweise eine Trennung oder ein Leitungsdefekt) eines in einer Luftkraftstoffverhältnissteuervorrichtung eines Automobilverbrennungsmotors verwendeten Sauerstoffsensors entsprechend einer vierten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
  • 23 zeigt eine grundlegende Ansicht einer Luftkraftstoffverhältnissteuervorrichtung eines Automobilverbrennungsmotors.
  • Wie in 23 dargestellt sind ein Einlaßrohr 42 und ein Auslaßrohr 43 jeweils mit einem Zylinder eines vierzylindrigen Ottomotors (hiernach einfach als Motor bezeichnet) 41 verbunden. Ein Druckausgleichsbehälter 44 ist in der Mitte des Einlaßrohrs 42 angeordnet, und eine Drosselklappe 45, welche mit einem (nicht dargestellten) Beschleunigungspedals zusammenwirkt, ist an einer oberen Seite des Druckausgleichsbehälters 44 angeordnet. Ebenfalls ist eine Einspritzvorrichtung bzw. ein Düsenhalter mit Düse 46 in dem Einlaßrohr 42 jedes Zylinders des Motors 41 zum Einspritzen und Einspeisen von Kraftstoff (bzw. Benzin) in eine Verbrennungskammer 47 jedes Zylinders angeordnet, und es ist eine Zündkerze 48 in der Verbrennungskammer 47 jedes Zylinders angeordnet. Eine hohe Spannung wird in einer Zündvorrichtung 50 aus einer Batteriespannung 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 vorgeschriebenen Kurbelwinkelintervallen (beispielsweise in Kurbelwinkelintervallen von 30°) zur Erzeugung eines Kurbelwinkelsignals in jedem der Kurbelwinkelsensoren 53 während der Drehung einer Kurbelwelle des Motors 41 angeordnet. Ebenfalls ist ein Drucksensor 54 auf jedem Druckausgleichsbehälter 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 Motorkühlwassers angeordnet.
  • Ebenfalls ist ein Sauerstoffsensor 56 eines Begrenzungsstromtyps in jedem Auslaßrohr 43 des Motors 41 angeordnet, und ein Erfassungssignal, dessen Pegel sich linear proportional zu der Sauerstoffkonzentration des Abgases ändert, wird von jedem Sauerstoffsensor 51 ausgegeben. Ein (nicht dargestellter) Katalysator ist stromab jedes Sauerstoffsensors 56 angeordnet, und das Abgas wird von dem Katalysator gereinigt. Ein von jedem Sensor ausgegebenes Erfassungssignal wird einer elektronischen Steuereinheit 70 eingegeben. Die elektronische Steuereinheit 70 wird unter Verwendung der Batterie 51 als elektrische Quelle betrieben, der Betrieb des Motors 41 wird synchron zu einem ”Ein ”-Signal eines Zündschalters 58 gestartet, ein Luftkraftstoffverhältniskorrekturkoeffizient wird entsprechend dem Erfassungssignal jedes Sauerstoffsensors 56 während des Betriebs des Motors 41 korrigiert, und ein tatsächliches Luftkraftstoffverhältnis wird zur Einstellung der tatsächlichen Luftkraftstoffrate auf die Luftkraftstoffsollrate (beispielsweise eine theoretische Luftkraftstoffrate) unter Rückkopplung gesteuert. Ebenfalls wird von der elektronischen Steuereinheit 70 ein später beschriebenes Verfahren zur Diagnostik einer Sensorfunktionsstörung durchgeführt, es wird das Vorhandensein einer Funktionsstörung des Sauerstoffsensors 56 von der elektronischen Steuereinheit 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.
  • 24 zeigt eine Querschnittsansicht des Sauerstoffsensors 56, und 25 stellt die Spannungstromcharakteristik des Sauerstoffsensors 56 dar.
  • Wie in 24 dargestellt ragt der Sauerstoffsensor 56 in das Auslaßrohr 43 hinein, und der Sauerstoffsensor 56 setzt sich zusammen aus einer Abdeckung 61, einem Sensorkörper 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 durchzulassen. In dem Sensorkörper 62 wird ein Begrenzungsstrom entsprechend einer Sauerstoffkonzentration des Abgases 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 beschrieben. In dem Sensorkörper 62 ist eine Abgasseitenelektrodenschicht 64 auf einer äußeren Oberfläche einer festen Elektrolytschicht 65 befestigt, und eine Atmosphärenseitenelektrodenschicht 66 ist auf einer inneren Oberfläche 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 Eelektrolytschicht 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, Mullit oder dergleichen gebildet. Die Abgasseitenelektrodenschicht 64 und die Atmosphärenseitenelektrodenschicht 66 sind aus einem Edelmetall, welches eine hohe katalytische Aktivität besitzt, wie Platin gebildet und an beiden Oberflächen der festen Elektrolytschicht 65 als poröser chemischer Metallüberzug gelegen. Die Abgasseitenelektrodenschicht 64 besitzt eine Fläche im Bereich von 10 bis 100 mm2 und eine Dicke im Bereich von 0,5 bis 2,0 μm. Die Atmosphärenseitenelektrodenschicht 66 bestitzt 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 plaziert, welche von der Atmosphärenseitenelektrodenschicht 66 umgeben ist, zur Erhitzung des Sensorkörpers 62, welcher sich aus der Atmosphärenseitenelektrodenschicht 66, der festen Elektrolytschicht 65, der Abgasseitenelektrodenschicht 64 und der Diffusionswiderstandsschicht 67 zusammensetzt. Das Heizvermögen des Heizgeräts 63 ist hinreichend, 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 Sauerstoffsensors 5 befestigt. Ein Atmosphärenleitungsloch 69a ist in der Kappe 69 gebildet, um die Atmosphäre in die Atmosphärenkammer 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 Begrenzungsstrom, dessen Wert der Sauerstoffkonzentration (oder einem Fluß von Sauerstoffionen in der festen Elektrolytschicht 65) des Abgases entspricht, von dem Sauerstoffkörper 62 in Fällen erzeugt, bei welchen das Luftkraftstoffverhältnis in einem Verbrennungsgas sich von dem theoretischen Luftkraftstoffverhältnispunkt auf das Gebiet des mageren Luftkraftstoffverhältnisses zu verschiebt. In diesem Fall wird ein Wert des Begrenzungsstroms entsprechend der Sauerstoffkonzentration durch die Fläche der Abgasseitenelektrodenschicht 64, die Dicke der Diffusionswiderstandsschicht 67, einem Porenverhältnis und einem durchschnittlichen Porendurchmesser in der Abgasseitenelektronenschicht 64 und einem Porenverhältnis und einem durchschnittlichen Porendurchmesser in der Atmosphärenseitenelektrodenschicht 66 bestimmt. Obwohl die Sauerstoffkonzentration entsprechend einer linearen Charakteristik erfaßt werden kann, wird ebenfalls verlangt, den Sensorkörper 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 Abgas des Motors 41 gesteuert werden, da der Aktivierungstemperaturbereich des Sensorkörpers 62 schmäl ist. Daher wird die Temperatur des Sensorkörpers 62 entsprechend einer Hitzesteuerung unter Verwendung des Heizgeräts 63 gesteuert. In Fällen, bei welchen sich das Luftkraftstoffverhältnis in einem Verbrennungsgas von einem theoretischen Luftkraftstoffverhältnispunkt auf ein Gebiet eines reichen Luftkraftstoffverhältnisses zu verschiebt, verbleibt ebenfalls unverbranntes Gas in dem Abgas wie Kohlenmonoxid (CO), die CO-Konzentration des Abgases ändert sich linear mit dem Luftkraftstoffverhältnis des Verbrennungsgases, und es wird von dem Sensorkörper 62 ein Begrenzungsstrom erzeugt, dessen Wert der CO-Konzentration des Abgases entspricht.
  • Wie in 25 dargestellt zeigt die Spannungsstromcharakteristik des Sauerstoffsensors 56 ebenfalls an, daß die Beziehung zwischen dem Sensorstrom, welcher durch die feste Elektrolytschicht 65 des Sensorkörpers 56 hindurchtritt und proportional zu der von dem Sauerstoffsensor 56 erfaßten Sauerstoffkonzentration (oder einem Luftkraftstoffverhältnis) ist, und die an die feste Elektrolytschicht 65 angelegte Abfragespannung linear ist. Wenn der Sensorkörper 56 auf einen aktiven Zustand bestimmt ist, wird die Spannungsstromcharakteristik des Sauerstoffsensors 56 durch eine charakteristische Linie L8 angezeigt, und es wird der Sensorkörper 56 auf den stabilsten Zustand bestimmt. In diesem Fall bestimmt ein gerades Liniensegment der charakteristischen Linie L8 parallel zu der Spannungsachse den von dem Sensorkörper 56 ausgegebenen Begrenzungsstrom. Das Ansteigen und verringern des Begrenzungsstroms hängt von dem (mageren oder reichen) Luftkraftstoffverhältnis ab. D. h. wenn sich das Luftkraftstoffverhältnis auf die fette Seite verschiebt, erhöht sich der Wert des Begrenzungsstroms. Wenn sich demgegenüber das Luftkraftstoffverhältnis auf die magere Seite verschiebt, verringert sich der Wert des Begrenzungsstroms.
  • Ein Gebiet für ein lineares Segment der charakteristischen Linie L8, welches bei einer niedrigeren Abfragespannung gegenüber dem geraden Leitungssegment der charakteristischen 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 Temperatur des Sensorkörpers 62 ändert, d. h. wenn die Temperatur des Senorkörpers 62 sich verringert, erhöht sich der innere Widerstand der festen Elektrolytschicht 65, und die Neigung der charakteristischen Linie L8 in dem Widerstandsregulierungsgebiet wird niedrig. Ebenfalls beträgt der Wert des Begrenzungsstroms entsprechend der theoretischen Luftkraftstoffrate 0. Ebenfalls verschiebt sich die charakteristische Linie L8 in dem Widerstandsregulierungsgebiet leicht auf die positive Abfragespannungsseite wegen der Konzentration der elektromotorischen Kraft des Sauerstoffsensors 56 zu. D. h. die charakteristische Linie L8 in dem Widerstandsregulierungsgebiet kreuzt die Abfragespannungsachse an einem positiven Wert V1.
  • Wenn eine Abfragespannung Vp an die feste Elektrolytschicht des Sensorkörpers 62 angelegt wird, wird eine charakteristische 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 mageren Luftkraftstoffverhältnisses verbrannt wird, ist der Wert des Begrenzungsstroms stets positiv. Ebenfalls wird bei dem Motor mit magerer Verbrennung, wenn eine Abfragespannung mit negativem Wert Vb an die feste Elektrolytschicht 65 des Sensorkörpers 62 angelegt wird, ein negativer Wert Ib des Sensorstroms, welcher ohne Abhängigkeit zu einer 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 Begrenzungsstromerzeugungsgebiet an die feste Elektrolytschicht 65 des Sensorkörpers 62 angelegt wird, ein Begrenzungsstrom entsprechend einem fetten Luftkraftstoffverhältnis erfaßt, und der Wert des Begrenzungsstroms ist negativ.
  • Ebenfalls ist wie in 25 dargestellt die Spannung V1 niedriger als eine niedrigste Spannung in dem Begrenzungsstromerzeugungsgebiet (oder einem Flachheitsgebiet in Übereinstimmung mit der Spannungsachse) entsprechend dem idealen Luftkraftstoffverhältnis (nahezu gleich 14.7), und ein Spannungsgebiet (in 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 entsprechend dem idealen Luftkraftstoffverhältnis, und ein (in 25 durch Bezugszeichen A2 dargestelltes) Spannungsgebiet oberhalb der Spannung V2 ist äquivalent zu einem Gebiet, in welchem ein Sensorstrom stets einen positiven Wert für ein Luftkraftstoffverhältnis besitzt.
  • 26 zeigt ein Blockdiagramm der elektronischen Steuereinheit 70. Wie in 26 dargestellt, ist eine Vorspannungssteuereinheit 71 mit der Abgasseitenelektrodenschicht 64 des Sensorkörpers 62 verbunden, und die Atmosphärenseitenelektrodenschicht 66 des Sensorkörpers 62 ist mit der Vorspannungssteuereinheit 71 durch eine Sensorstromerfassungsschaltung 72 verbunden. Die Vorspannungssteuereinheit 71 enthält eine erste Gleichstromquelle 73 für eine positive Vorspannung, eine zweite Gleichstromquelle 74 für eine negative Vorspannung und eine Umschalteschaltung 75. Eine negative Elektrode der ersten Gleichstromquelle 73 und eine positive Elektrode der zweiten Gleichstromquelle 74 sind jeweils mit der Abgasseitenelektrodenschicht 64 verbunden.
  • Wenn die Umschalteschaltung 75 auf einen ersten Übergangszustand bestimmt ist, ist die positive Elektrode der ersten Gleichstromquelle 73 lediglich mit der Umschalteschaltung 75 verbunden. Wenn demgegenüber die Umschalteschaltung 75 auf einen zweiten Übergangszustand bestimmt ist, ist die negative Elektrode der zweiten Gleichstromquelle 74 lediglich mit der Umschalteschaltung 75 verbunden. D. h. wenn die Umschalteschaltung 75 auf den ersten Übergangszustand bestimmt ist, ist die feste Elektrolytschicht 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 Elektrolytschicht 65 des Sensorkörpers 62 auf die negative Spannung durch die zweite Gleichstromquelle 74 vorgespannt, und es fließt ein zweiter Strom, welcher in eine negative Richtung gerichtet ist, durch die feste Elektrolytschicht 65.
  • Ein Sensorstrom, welcher von der Atmosphärenseitenelektrodenschicht 66 des Sensorkörpers 62 zu der Umschalteschaltung 75 hindurchfließt, und ein anderer Sensorstrom, welcher von der Umschalteschaltung 75 zu der Atmosphärenseitenelektrodenschicht 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 Heizgerätsteuerschaltung 76 entsprechend der Temperatur des Sensorkörpers 62 und der Temperatur des Heizgeräts 63 zur Steuerung der Erwärmung des Heizgeräts leistungsgesteuert (duty controlled). Ein dem Heizgerät 63 zugeführter Heizgerätstrom wird von einem Stromerfassungswiderstand 74 erfaßt. Jeder Sensorstrom, dem Heizgerät 63 eingespeister Heizgerätstrom und eine der Abgasseitenelektrodenschicht 64 angelegte Abfragespannung werden jeweils in ein Digitalsignal von einem Analog/Digital-Wandler 78 umgewandelt, und das Digitalsignal wird einem Mikrocomputer 79 übertragen. Der Mikrocomputer 79 enthält eine Zentralverarbeitungseinheit (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 Vorspannungssteuerschaltung 71 und die Heizgerätsteuerschaltung 76 werden von dem Mikrocomputer 79 entsprechend einem in dem Speicher 79b gespeicherten Computerprogramm gesteuert. Verschiedene Sensorsignale werden einer Vorsteuereinheit 80 als Stücke einer Motorinformation eingegeben, und die Stücke der Motorinformation wie Einlaßlufttemperatur, negativer Einlaßluftdruck, Kühlwassertemperatur, Motordrehzahl und Automobilgeschwindigkeit werden von der Motorsteuereinheit 80 erfaßt. Danach wird eine von jeder Einspritzvorrichtung 46 durchgeführten Kraftstoffeinspritzung entsprechend der Motorinformation von der Motorsteuereinheit 80 gesteuert. Ebenfalls wird das Alarmlicht 59 von der Motorsteuereinheit 80 entsprechend einem von dem Mikrocomputer 79 übertragenen Funktionsstörungsbeurteilungssignals betrieben. Bei dieser Ausführungsform arbeitet die CPU 79a des Mikrocomputers als Spannungsanlegeeinrichtung und als Funktionsstörungsdiagnoseeinrichtung.
  • Bezüglich der obigen Konfiguration wird im folgenden eine Luftkraftstoffverhältniserfassungsoperation und eine Funktionsstörungsdiagnoseoperation beschrieben.
  • 27 zeigt ein Flußdiagramm, welches ein von der CPU 79a des Mikrocomputers 79 durchgeführtes Programm zur Erfassung eines Luftkraftstoffverhältnisses zur Durchführung einer Luftkraftstoffverhältniserfassung und zur Diagnose einer Funktionsstörung des Sauerstoffsensors 56 darstellt.
  • Wenn der Zündschalter 58 eingeschaltet wird, wird wie in 27 dargestellt eine elektrische Leistung von der Batterie 51 der elektronischen Steuereinheit 70 eingespeist und das Programm zur Erfassung des Luftkraftstoffverhältnisses gestartet. In einem Schritt S401 wird von der CPU 79a beurteilt, ob eine vorgeschriebene Zeitdauer (beispielsweise eine bis mehrere Sekunden) auf eine vorhergehende 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 verstrichen ist, wird demgegenüber eine Funktionsstörungsdiagnoseoperation in Schritten S405 bis S410 durchgeführt.
  • Detailliert dargestellt, im Falle der Luftkraftstoffverhältniserfassungsoperation wird von der CPU 79a in einem Schritt S402 eine Abfragespannung Vp zur Erfassung eines 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 veränderbarer Wert verfügbar. In Fällen, bei welchen die Abfragespannung Vp, welche einen veränderbaren Wert besitzt, an den Sauerstoffsensor 56 wie in 21 dargestellt angelegt wird, wird die Abfragespannung Vp entsprechend einem kurz davor erfaßten Begrenzungsstromwert Ip (oder einem Luftkraftstoffverhältnis) entsprechend der Gleichung Vp = Z·Ip + Ve bestimmt. Nachdem die Abfragespannung Vp angelegt ist, wird ein von der Sensorstromerfassungsschaltung 72 erfaßter Begrenzungsstromwert Ip der CPU 79a in einem Schritt S403 übertragen, und es wird ein Luftkraftstoffverhältnis entsprechend dem Begrenzungsstromwert Ip gemäß der Beziehung zwischen dem Begrenzungsstrom und dem Luftkraftstoffverhältnis wie in 9 dargestellt in einem Schritt S404 berechnet. Das berechnete Luftkraftstoffverhältnis wird von der CPU 79a der Motorsteuereinheit 80 übertragen, und es wird eine Luftkraftstoffverhältnisrückkopplungssteuerung bzw. -regelung von der Motorsteuereinheit 80 entsprechend dem berechneten Luftkraftstoffverhältnis durchgeführt. Die Luftkraftstoffverhältniserfassungsoperation 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 A 2 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 Spannungsstromcharakteristik 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 Sensorstromerfassungsschaltung 72 in einem Schritt S406 erfaßt, und es wird in einem Schritt S407 beurteilt, ob der Wert Ia des Sensorstroms höher als ein vorgeschriebener Funktionsstörungsbeurteilungswert Iac (beispielsweise Iac = 1 mA) ist oder nicht. In Fällen, bei welchen der Sauerstoffsensor 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 Funktionsstörung des Sauerstoffsensors 56 auftritt, wird ein Funktionsstörungsbeurteilungssignal der Motorsteuereinheit 80 in einem Schritt S408 ausgegeben, da der Wert Ia des Sensorstroms wie in 22a und 22b dargestellt nahezu gleich 0 wird. Daher wird das Alarmlicht unter Steuerung der Motorsteuereinheit 80 entsprechend dem Funktionssteuerungsbeurteilungssignal betrieben, und es wird die von der Motorsteuereinheit 80 durchgeführte Luftkraftstoffverhältnissteuerung beendet.
  • Da die Funktionsstörungsdiagnoseoperation durch Anlegen der Abfragespannung mit positivem Wert Va an die Abgasseitenelektrodenschicht 64 als Funktionsstörungsdiagnosespannung durchgeführt wird, kann demgemäß die Funktionsstörungsdiagnose des Sauerstoffsensors 56 leicht mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.
  • Da sich die an den Sensorkörper 62 angelegte Abfragespannung von dem positiven Wert Vp in dem Begrenzungsstromerzeugungsgebiet 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 positven) Wert vereinfacht werden. Insbesondere in Fällen, bei welchen der Sauerstoffsensor 56 in dem mageren Luftkraftstoffverhältnis verwendet wird, ist die an den Sensorkörper 62 bei der Luftkraftstoffverhältniserfassungsoperation angelegte Abfragespannung 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 Abfragespannung von dem positiven Wert Vp in dem Begrenzungsstromerzeugungsgebiet 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 Änderungsgrad 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 Sauerstoffsensor 56 in einem sehr großen mageren Luftkraftstoffverhältnis verwendet wird, die an den Sensorkörper 62 angelegte Abfragespannung in der Luftkraftstoffverhältniserfassungsoperation einen sehr großen positiven Wert. Da jedoch der Änderungsgrad des Sensorstroms klein ist, kann die Diagnose einer Funktionsstörung des Sauerstoffsensors 56 leicht durchgeführt werden, auch wenn der Sauerstoffsensor 56 in einem sehr hohen mageren Luftkraftstoffverhältnis verwendet wird.
  • Bei der vierten Ausführungsform ist der positive Wert Va auf 1,0 V bestimmt (Va = 1,0 V). Jedoch ist der positive Wert Va der Abfragespannung nicht auf den Zustand beschränkt, daß die Abfragespannung in dem Gebiet A2 gelegen ist.
  • Ebenfalls ist die an die Abgasseitenelektrodenschicht 64 angelegte Abfragespannung als Funktionsstörungsdiagnosespannung 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 charakteristischen Linie L8 in dem Widerstandsregulierungsgebiet äquivalent zu dem inneren Widerstandswert des Sensorkörpers 62 ist, wird ein Wert V1 an dem Schnittpunkt der charakteristischen Linie L8 und der Spannungsachse aus dem Wert des inneren Widerstands des Sensorkörpers 62 berechnet, und es wird der negative Wert Vb der Abfragespannung bestimmt. Da der von der Abfragespannung Vb entsprechend der Spannungsstromcharakteristik bestimmte Sensorstrom Tb 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 durchgeführt werden.
  • Ebenfalls ändert sich bei der fünften Ausführungsform die an den Sensorkörper 62 angelegte Abfragespannung von dem positiven Wert Vp in dem Begrenzungsstromerzeugungsgebiet auf den positiven Wert Va, es wird der von dem Sauerstoffsensor 56 ausgegebene Sensorstrom erfaßt, und es wird eine Funktionsstörung des Sauerstoffsensors 56 diagnostiziert. In Fällen, bei welchen die Temperatur des Sauerstoffsensors 56 beispielsweise sehr niedrig ist und der Begrenzungsstrom entsprechend einer negativen Abfragespannung 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 Widerstandsregulierungsgebiet ändert und eine Funktionsstörung des Sauerstoffsensors 56 diagnostiziert wird.
  • Vorstehend wurde eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Diagnostisieren einer Verschlechterung oder einer Funktionsstörung eines Sauerstoffsensors offenbart. Ein Sauerstoffsensor 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 Begrenzungsstromerzeugungsgebiet ändert und einem Luftkraftstoffverhältnis eines Verbrennungsgases entspricht, und ein Heizgerät zum Heizen der Erfassungsvorrichtungseinheit zum Auftechterhalten eines Widerstands der Erfassungsvorrichtungseinheit, wenn sich der Sauerstoffsensor verschlechtert hat. Wenn sich die Abfragespannung auf eine zweite Abfragespannung eines Widerstandsregulierungsgebiets ändert, tritt eine Stromspitze in dem Sensorstrom auf, und es wird ein Spitzenstromwert erfaßt. Da sich der Spitzenstromwert verringert, wenn sich der Sauerstoffsensor allmählich verschlechtert, wird dann, wenn der Spitzenstromwert geringer als ein Verschlechterungsbeurteilungswert ist, beurteilt bzw. entschieden, daß sich der Sauerstoffsensor verschlechtert hat. Daher kann die Diagnose der Verschlechterung des Sauerstoffsensors mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Diagnostizieren der Verschlechterung eines Sauerstoffsensors, von welchem ein Begrenzungsstrom entsprechend einer Sauerstoffkonzentration in Übereinstimmung mit einer Spannungsstromcharakteristik des Sauerstoffsensors als Antwort auf eine Abfragespannung ausgegeben wird, welche an dem Sauerstoffsensor angelegt wird, wenn der Wert der Abfragespannung in einem Begrenzungsstromerzeugungsgebiet gelegen ist, mit den Schritten: Ändern der an den Sauerstoffsensor angelegten Abfragespannung von einem ersten Wert auf einen zweiten Wert, welcher außerhalb des Begrenzungsstromerzeugungsgebiets gelegen ist, zur Ausgabe eines Abfragestroms von dem Sauerstoffsensor, wobei der Abfragestrom auf die Änderung der Abfragespannung sich zuerst sprunghaft ändert und dann konvergiert; Erfassen eines Spitzenstromwerts des Abfragestroms vor dem Konvergieren; Beurteilen, ob der Spitzenstromwert des Abfragestroms innerhalb eines normalen Bereichs liegt; und Diagnostizieren einer Verschlechterung des Sauerstoffsensors, wenn der Spitzenstromwert des Abfragestroms außerhalb des normalen Bereichs liegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Schritt des Änderns der Abfragespannung die Änderung der Abfragespannung zwischen einem positiven Wert und einem negativen Wert erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Beurteilens, ob der Spitzenstromwert des Abfragestroms innerhalb eines normalen Bereichs liegt, die Schritte aufweist: Festlegen eines Verschlechterungsbeurteilungswerts; und Vergleichen des Spitzenstromwerts des Abfragestroms mit dem Verschlechterungsbeurteilungswert, wobei der Schritt des Diagnostizierens des Sauerstoffsensors den Schritt des Diagnostizierens einer Verschlechterung des Sauerstoffsensors, wenn der Spitzenstromwert des Abfragestroms kleiner als der Verschlechterungsbeurteilungswert ist, beinhaltet.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch den Schritt Steuern der Temperatur des Sauerstoffsensors derart, daß die Summe des inneren Widerstands des Sauerstoffsensors in dem Begrenzungsstromerzeugungsgebiet und des inneren Widerstands des Sauerstoffsensors in einem Widerstandsregulierungsgebiet, welches außerhalb des Begrenzungsstromerzeugungsgebiets gelegen ist, vor der Änderung der Abtastspannung auf einem gewünschten Wert gehalten wird, wobei sich der interne Widerstand in dem Widerstandsregulierungsgebiet mit der Verschlechterung des Sauerstoffsensors erhöht.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Beurteilens, ob der Spitzenstromwert des Abfragestroms innerhalb eines normalen Bereichs liegt, die Schritte aufweist: eine vorgeschriebene Zeitdauer Abwarten, bis der von dem Sauerstoffsensor ausgegebene Abfragestrom auf einen Konvergenzstromwert konvergiert ist; Erfassen des Konvergenzstromwerts des Abfragestroms; Festlegen eines Verschlechterungsgebiets und eines normalen Gebiets, welche durch eine Verschlechterungsbeurteilungslinie geteilt sind, in einem Bereich, welcher durch den Spitzenstromwert und den Konvergenzstromwert definiert ist; und Beurteilen, ob eine Betriebsposition, welche durch den erfaßten Konvergenzstromwert und den erfaßten Spitzenstromwert des Abfragestroms bestimmt wird, in dem normalen Gebiet oder dem Verschlechterungsgebiet liegt, wobei der Schritt des Diagnostizierens des Sauerstoffsensors den Schritt des Diagnostizierens einer Verschlechterung des Sauerstoffsensors, wenn die Betriebsposition innerhalb des Verschlechterungsgebiets liegt, beinhaltet.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Erhöhen der Änderung des Spitzenstromwerts in Bezug auf die Verschlechterungsbeurteilungslinie größer wird, wenn der Konvergenzstromwert erhöht wird, und daß das Verschlechterungsgebiet auf der Seite des größeren Spitzenstromwerts gelegen ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Beurteilens, ob der Spitzenstromwert des Abfragestroms innerhalb eines normalen Bereichs liegt, die Schritte aufweist: Erfassen eines inneren Widerstands des Sauerstoffsensors; Festlegen eines Verschlechterungsgebiets und eines normalen Gebiets, welche durch eine Verschlechterungsbeurteilungslinie geteilt sind, in einem Bereich, welcher durch den Spitzenstromwert und den inneren Widerstand des Sauerstoffsensors definiert ist; und Beurteilen, ob eine Betriebsposition, welche durch den erfaßten inneren Widerstand und den erfaßten Spitzenstromwert des Abfragestroms bestimmt wird, in dem normalen Gebiet oder dem Verschlechterungsgebiet liegt, wobei der Schritt des Diagnostizierens des Sauerstoffsensors den Schritt des Diagnostizierens einer Verschlechterung des Sauerstoffsensors, wenn die Betriebsposition innerhalb des Verschlechterungsgebiets liegt, beinhaltet.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Erfassens des inneren Widerstands die Schritte aufweist: eine vorgeschriebene Zeitdauer Abwarten, bis der von dem Sauerstoffsensor ausgegebene Abfragestrom auf einen Konvergenzstromwert konvergiert ist; Erfassen des Konvergenzstromwerts des Abfragestroms; und Berechnen des inneren Widerstands des Sauerstoffsensors aus dem Konvergenzstromwert des Abfragestroms und dem zweiten Wert der Abfragespannung.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Änderns der Abfragespannung des weiteren die Schritte aufweist: Festlegen der Abfragespannung auf einen ersten Wert, welcher in dem Begrenzungsstromerzeugungsgebiets gelegen ist; Anlegen der auf den ersten Wert festgelegten Abfragespannung an den Sauerstoffsensor zum Erzielen eines Begrenzungsstroms; Berechnen eines Luftkraftstoffverhältnisses in einem Verbrennungsgas aus dem Begrenzungstrom; und Steuern des Luftkraftstoffverhältnisses in dem Verbrennungsgas auf ein optimales Luftkraftstoffverhältnis.
  10. Verfahren zum Diagnostizieren einer Funktionsstörung eines Sauerstoffsensors, von welchem ein Begrenzungsstrom entsprechend einer Sauerstoffkonzentration innerhalb eines Begrenzungsstrombereichs in Übereinstimmung mit einer Spannungsstromcharakteristik des Sauerstoffsensors als Antwort auf eine Abfragespannung ausgegeben wird, welche an dem Sauerstoffsensor angelegt wird, wenn ein Wert der Abfragespannung in einem Begrenzungsstromerzeugungsgebiet gelegen ist, mit den Schritten: Ändern einer Abfragespannung, welche an den Sauerstoffsensor angelegt wird, von einem ersten Wert auf einen zweiten Wert, welcher in einem positiven oder negativen Bereich und außerhalb des Begrenzungsstromerzeugungsgebiets gelegen ist; Erfassen eines Abfragestroms, welcher von dem Sauerstoffsensor als Antwort auf die auf den zweiten Wert festgelegte Abfragespannung ausgegebenen wird; Beurteilen, ob ein Wert des Abfragestroms innerhalb eines vorbestimmten Stromwertbereichs liegt, der außerhalb des Begrenzungsstrombereichs gelegen ist, wobei der vorbestimmte Stromwertbereich ein vorbestimmter Bereich von Stromwerten ist, die in Fällen erlangt werden, in denen bei dem Sauerstoffsensensor eine Funktionsstörung auftritt; und Informationsausgabe einer Funktionsstörung des Sauerstoffsensors in Fällen, bei welchen der Wert des Abfragestroms innerhalb des vorbestimmten Stromwertbereichs liegt.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Beurteilens, ob ein Wert des Abfragestroms innerhalb eines vorbestimmten Stromwertbereichs liegt, die Schritte aufweist: Beurteilen, ob der Wert des Abfragestroms gleich null ist; Beurteilen, daß der Sauerstoffsensor in Fällen normal arbeitet, bei welchen der Wert des Abfragestroms positiv oder negativ ist; und Beurteilen, daß eine Funktionsstörung bei dem Sauerstoffsensor in Fällen vorhanden ist, bei welchen der Wert des bestimmten Abfragestroms gleich null ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Änderns einer Abfragespannung die Schritte aufweist: Anlegen der auf einen ersten positiven Wert des Begrenzungsstromerzeugungsgebiets festgelegten Abfragespannung an den Sauerstoffsensor zur Erfassung eines Begrenzungsstroms, der von dem Sauerstoffsensor ausgegeben wird; und Ändern der Abfragespannung, die an dem Sauerstoffsensor angelegt wird, von dem ersten positiven Wert auf einen zweiten positiven Wert, der außerhalb des Begrenzungsstromerzeugungsgebiets gelegen ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Änderns einer Abfragespannung die Schritte aufweist: Anlegen der auf einen ersten negativen Wert des Begrenzungsstromerzeugungsgebiets festgelegten Abfragespannung an den Sauerstoffsensor zur Erfassung eines Begrenzungsstroms, der von dem Sauerstoffsensor ausgegeben wird; und Ändern der an dem Sauerstoffsensor angelegten Abfragespannung von dem ersten negativen Wert auf einen zweiten negativen Wert, der außerhalb des Begrenzungsstromerzeugungsgebiets gelegen ist.
  14. Vorrichtung zur Diagnostizierung einer Verschlechterung eines Sauerstoffsensors, von welchem ein Begrenzungsstrom entsprechend einer Sauerstoffkonzentration in Übereinstimmung mit einer Spannungsstromcharakteristik des Sauerstoffsensors als Antwort auf eine Abfragespannung ausgegeben wird, welche an dem Sauerstoffsensor angelegt wird, wenn der Wert der Abfragespannung in einem Begrenzungsstromerzeugungsgebiet gelegen ist, mit: einer Spannungsänderungseinrichtung zum Ändern der an den Sauerstoffsensor angelegten Abfragespannung von einem ersten Wert auf einen zweiten Wert, welcher außerhalb des Begrenzungsstromerzeugungsgebiets gelegen ist, zur Ausgabe eines Abfragestroms von dem Sauerstoffsensor, wobei der Abfragestrom auf die Änderung der Abfragespannung sich zuerst sprunghaft ändert und dann konvergiert; einer Stromerfassungseinrichtung zum Erfassen eines Spitzenstromwerts des Abfragestroms vor dem Konvertieren; einer Einrichtung zum Diagnostizieren einer Verschlechterung des Sauerstoffsensors entsprechend dem Spitzenstromwert durch Beurteilen, ob der Spitzenstromwert des Abfragestroms innerhalb eines normalen Bereichs liegt; einer Verschlechterungsbeurteilungseinrichtung zum Beurteilen, daß sich der Sauerstoffsensor verschlechtert hat, wenn der Spitzenstromwert des Abfragestroms außerhalb des normalen Bereichs liegt; und einer Alarmierungseinrichtung zur Anzeige der Verschlechterung des Sauerstoffsensors als Antwort auf die Verschlechterungsbeurteilung durch die Verschlechterungsbeurteilungseinrichtung.
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Families Citing this family (92)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7949495B2 (en) 1996-03-28 2011-05-24 Rosemount, Inc. Process variable transmitter with diagnostics
US8290721B2 (en) 1996-03-28 2012-10-16 Rosemount Inc. Flow measurement diagnostics
US6539267B1 (en) 1996-03-28 2003-03-25 Rosemount Inc. Device in a process system for determining statistical parameter
US6654697B1 (en) 1996-03-28 2003-11-25 Rosemount Inc. Flow measurement with diagnostics
US6017143A (en) * 1996-03-28 2000-01-25 Rosemount Inc. Device in a process system for detecting events
US5769063A (en) * 1996-06-05 1998-06-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Malfunction detecting apparatus for air-fuel ratio sensor
US5980728A (en) * 1996-09-24 1999-11-09 Rosemont Analytical Inc. Diagnostic method and apparatus for solid electrolyte gas analyzer
US6601005B1 (en) 1996-11-07 2003-07-29 Rosemount Inc. Process device diagnostics using process variable sensor signal
US6434504B1 (en) 1996-11-07 2002-08-13 Rosemount Inc. Resistance based process control device diagnostics
US6519546B1 (en) 1996-11-07 2003-02-11 Rosemount Inc. Auto correcting temperature transmitter with resistance based sensor
US6449574B1 (en) 1996-11-07 2002-09-10 Micro Motion, Inc. Resistance based process control device diagnostics
US5956663A (en) 1996-11-07 1999-09-21 Rosemount, Inc. Signal processing technique which separates signal components in a sensor for sensor diagnostics
EP0948759B1 (de) * 1996-12-31 2002-08-07 Rosemount Inc. Vorrichtung zur überprüfung eines von einer anlage kommenden steuersignals in einer prozesssteuerung
FR2759168B1 (fr) * 1997-01-31 1999-04-02 Sagem Dispositif de mesure de la teneur d'un milieu gazeux en oxygene
DE19804379A1 (de) * 1997-02-05 1998-08-06 Denso Corp Abtast- und Haltekreis
GB2357854B (en) * 1997-04-23 2001-09-12 Denso Corp Detection of malfunction in gas concentration detection system
JPH116813A (ja) 1997-04-23 1999-01-12 Denso Corp ガス濃度センサの制御装置
US6164125A (en) * 1997-04-23 2000-12-26 Denso Corporation Detection of malfunction in gas concentration detection system
JP3420932B2 (ja) * 1997-04-25 2003-06-30 株式会社デンソー ガス濃度センサの素子抵抗検出方法
DE69818494T2 (de) 1997-10-13 2004-07-01 Rosemount Inc., Eden Prairie Übertragungsmethode für Feldvorrichtungen in industriellen Prozessen
US6611775B1 (en) 1998-12-10 2003-08-26 Rosemount Inc. Electrode leakage diagnostics in a magnetic flow meter
US6615149B1 (en) 1998-12-10 2003-09-02 Rosemount Inc. Spectral diagnostics in a magnetic flow meter
IT1308992B1 (it) * 1999-02-09 2002-01-15 Magneti Marelli Spa Metodo di controllo e di diagnosi del riscaldatore di un sensoresensibile alla composizione dei gas di scarico di un motore.
US6633782B1 (en) 1999-02-22 2003-10-14 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Diagnostic expert in a process control system
US6298454B1 (en) 1999-02-22 2001-10-02 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Diagnostics in a process control system
US8044793B2 (en) 2001-03-01 2011-10-25 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Integrated device alerts in a process control system
JP3570274B2 (ja) * 1999-03-04 2004-09-29 トヨタ自動車株式会社 空燃比センサの制御装置
US6356191B1 (en) 1999-06-17 2002-03-12 Rosemount Inc. Error compensation for a process fluid temperature transmitter
EP1247268B2 (de) 1999-07-01 2009-08-05 Rosemount Inc. Zweidraht-temperaturübertrager mit selbstprüfung und niedriger leistung
US6505517B1 (en) 1999-07-23 2003-01-14 Rosemount Inc. High accuracy signal processing for magnetic flowmeter
DE19936355A1 (de) * 1999-08-03 2001-02-08 Volkswagen Ag Verfahren zur Plausibilitätsprüfung von Motorgrößen und Sensorgrößen unter Verwendung einer stetigen Lambda-Sonde
US6701274B1 (en) 1999-08-27 2004-03-02 Rosemount Inc. Prediction of error magnitude in a pressure transmitter
US6556145B1 (en) 1999-09-24 2003-04-29 Rosemount Inc. Two-wire fluid temperature transmitter with thermocouple diagnostics
US6386021B1 (en) * 2000-02-16 2002-05-14 General Motors Corporation Oxygen sensor heater service bay test
US6735484B1 (en) 2000-09-20 2004-05-11 Fargo Electronics, Inc. Printer with a process diagnostics system for detecting events
JP4524910B2 (ja) * 2000-12-08 2010-08-18 株式会社デンソー 積層型ガスセンサ及びそれを用いたガス濃度検出装置
US7720727B2 (en) 2001-03-01 2010-05-18 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Economic calculations in process control system
US8073967B2 (en) 2002-04-15 2011-12-06 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Web services-based communications for use with process control systems
US6629059B2 (en) 2001-05-14 2003-09-30 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Hand held diagnostic and communication device with automatic bus detection
US6772036B2 (en) 2001-08-30 2004-08-03 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Control system using process model
US6662638B2 (en) * 2001-11-26 2003-12-16 Ford Global Technologies, Llc System and method for determining degradation of an exhaust gas sensor in an engine
JP4020019B2 (ja) * 2002-08-29 2007-12-12 株式会社デンソー ガスセンサの異常検出装置
DE10318648A1 (de) * 2003-04-24 2004-11-18 Siemens Ag Verfahren zum Betreiben eines Abgassensors
US20050127920A1 (en) * 2003-12-12 2005-06-16 Mowery Kenneth D. Method and system for impedance measurement of a zeolite-based ammonia sensor
FR2864849B1 (fr) * 2004-01-07 2006-04-07 Renault Sas Procede de diagnostic electrique d'une sonde a oxygene de type tout ou rien a reservoir de gaz de reference
US8005647B2 (en) 2005-04-08 2011-08-23 Rosemount, Inc. Method and apparatus for monitoring and performing corrective measures in a process plant using monitoring data with corrective measures data
US9201420B2 (en) 2005-04-08 2015-12-01 Rosemount, Inc. Method and apparatus for performing a function in a process plant using monitoring data with criticality evaluation data
US8112565B2 (en) 2005-06-08 2012-02-07 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Multi-protocol field device interface with automatic bus detection
JP4483715B2 (ja) * 2005-06-10 2010-06-16 トヨタ自動車株式会社 排気ガスセンサの故障検出装置
JP4595718B2 (ja) * 2005-07-05 2010-12-08 トヨタ自動車株式会社 空燃比センサの異常検出装置並びに同異常検出装置を備える内燃機関
JP4665636B2 (ja) * 2005-07-13 2011-04-06 株式会社デンソー 酸素センサの素子割れ検出装置
US7679033B2 (en) * 2005-09-29 2010-03-16 Rosemount Inc. Process field device temperature control
US20070068225A1 (en) 2005-09-29 2007-03-29 Brown Gregory C Leak detector for process valve
US7953501B2 (en) 2006-09-25 2011-05-31 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Industrial process control loop monitor
US8788070B2 (en) 2006-09-26 2014-07-22 Rosemount Inc. Automatic field device service adviser
WO2008042290A2 (en) 2006-09-29 2008-04-10 Rosemount Inc. Magnetic flowmeter with verification
DE102006054183A1 (de) * 2006-11-16 2008-05-21 Robert Bosch Gmbh Gassensor
EP1959121B1 (de) * 2007-02-14 2009-08-19 Ford Global Technologies, LLC Monitor zur Sensorenaktivierung
US8898036B2 (en) 2007-08-06 2014-11-25 Rosemount Inc. Process variable transmitter with acceleration sensor
US8301676B2 (en) 2007-08-23 2012-10-30 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Field device with capability of calculating digital filter coefficients
DE102007042086B4 (de) * 2007-09-05 2014-12-24 Continental Automotive Gmbh Testverfahren für eine Abgassonde einer Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Lambda-Sonde
US7702401B2 (en) 2007-09-05 2010-04-20 Fisher-Rosemount Systems, Inc. System for preserving and displaying process control data associated with an abnormal situation
US7841769B2 (en) * 2007-09-11 2010-11-30 Gm Global Technology Operations, Inc. Method and apparatus for determining temperature in a gas feedstream
US8055479B2 (en) 2007-10-10 2011-11-08 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Simplified algorithm for abnormal situation prevention in load following applications including plugged line diagnostics in a dynamic process
US7900616B2 (en) * 2007-12-12 2011-03-08 Denso Corporation Exhaust gas oxygen sensor monitoring
DE102008017594A1 (de) * 2008-04-07 2009-11-05 Continental Automotive Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Abgassonde
US8121744B2 (en) * 2008-06-20 2012-02-21 GM Global Technology Operations LLC Control system and method for oxygen sensor heater control
JP2010256142A (ja) * 2009-04-23 2010-11-11 Denso Corp 排出ガスセンサのヒータ劣化診断装置
US7921734B2 (en) 2009-05-12 2011-04-12 Rosemount Inc. System to detect poor process ground connections
DE102009027378A1 (de) 2009-07-01 2011-01-05 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Diagnosevorrichtung zur Diagnose einer beheizbaren Abgassonde einer Brennkraftmaschine
US8117906B2 (en) * 2010-05-05 2012-02-21 Ford Global Technologies, Llc Gas sensor shield without perforations
JP5155377B2 (ja) 2010-11-29 2013-03-06 日本特殊陶業株式会社 ガスセンサの制御装置
US9207670B2 (en) 2011-03-21 2015-12-08 Rosemount Inc. Degrading sensor detection implemented within a transmitter
US9927788B2 (en) 2011-05-19 2018-03-27 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Software lockout coordination between a process control system and an asset management system
US9604877B2 (en) * 2011-09-02 2017-03-28 Guardian Industries Corp. Method of strengthening glass using plasma torches and/or arc jets, and articles made according to the same
US9052240B2 (en) 2012-06-29 2015-06-09 Rosemount Inc. Industrial process temperature transmitter with sensor stress diagnostics
US9207129B2 (en) 2012-09-27 2015-12-08 Rosemount Inc. Process variable transmitter with EMF detection and correction
US9602122B2 (en) 2012-09-28 2017-03-21 Rosemount Inc. Process variable measurement noise diagnostic
JP5737261B2 (ja) * 2012-10-16 2015-06-17 トヨタ自動車株式会社 車両
US20150316444A1 (en) * 2012-12-04 2015-11-05 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Sensor control device, sensor control system, and sensor control method
JP6123498B2 (ja) 2013-06-04 2017-05-10 株式会社デンソー ガスセンサ制御装置
JP6090092B2 (ja) 2013-10-01 2017-03-08 トヨタ自動車株式会社 空燃比センサの異常診断装置
WO2015049726A1 (ja) * 2013-10-01 2015-04-09 トヨタ自動車株式会社 空燃比センサの異常診断装置
JP5979165B2 (ja) * 2014-02-05 2016-08-24 株式会社デンソー 酸素濃度センサの素子インピーダンス検出装置
US9857072B2 (en) * 2014-03-12 2018-01-02 American Heating Technologies Inc. Apparatuses, methods, and systems for illuminating panels used as cabinet doors and drawer panels
JP6048442B2 (ja) * 2014-04-11 2016-12-21 株式会社デンソー 酸素濃度センサの素子インピーダンス検出装置
JP6311578B2 (ja) 2014-11-11 2018-04-18 トヨタ自動車株式会社 空燃比センサの異常診断装置
US9759149B2 (en) * 2015-05-29 2017-09-12 Ford Global Technologies, Llc System and method for determining exhaust temperature
US10078033B2 (en) 2016-01-20 2018-09-18 Ford Global Technologies, Llc Oxygen sensor element blackening detection
US10422292B2 (en) * 2017-03-27 2019-09-24 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for an exhaust oxygen sensor operation
JP2021018075A (ja) * 2019-07-17 2021-02-15 株式会社デンソー センサ装置
US11078859B2 (en) 2019-10-11 2021-08-03 Fca Us Llc Oxygen sensor out of specification heater rationality monitor using cold start cycle

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4543176A (en) * 1983-03-08 1985-09-24 Nippondenxo Co., Ltd. Oxygen concentration detector under temperature control
JPH01262460A (ja) * 1988-04-13 1989-10-19 Fujikura Ltd 酸素センサの劣化自己診断方法
JPH04233447A (ja) * 1990-12-28 1992-08-21 Honda Motor Co Ltd 排気濃度センサの劣化検出方法
US5405521A (en) * 1992-12-02 1995-04-11 Nippondenso Co., Ltd. Oxygen concentration measuring device

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3117790A1 (de) * 1981-05-06 1982-11-25 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Verfahren und vorrichtung zur temperaturmessung bei sauerstoffsonden
JPS60192849A (ja) * 1984-03-15 1985-10-01 Nippon Denso Co Ltd 限界電流型酸素濃度センサの劣化検出装置
JP2505152B2 (ja) * 1986-02-26 1996-06-05 マツダ株式会社 エンジンの空燃比検出装置
JPH0321859A (ja) * 1989-06-20 1991-01-30 Nippondenso Co Ltd 酸素センサー
JPH0424657A (ja) * 1990-05-18 1992-01-28 Mita Ind Co Ltd 画像形成装置
JPH0718837A (ja) * 1993-06-29 1995-01-20 Ibiden Co Ltd 天井裏収納構造
US5547552A (en) * 1994-06-20 1996-08-20 Nippondenso Co., Ltd. Oxygen concentration detecting apparatus

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4543176A (en) * 1983-03-08 1985-09-24 Nippondenxo Co., Ltd. Oxygen concentration detector under temperature control
JPH01262460A (ja) * 1988-04-13 1989-10-19 Fujikura Ltd 酸素センサの劣化自己診断方法
JPH04233447A (ja) * 1990-12-28 1992-08-21 Honda Motor Co Ltd 排気濃度センサの劣化検出方法
US5405521A (en) * 1992-12-02 1995-04-11 Nippondenso Co., Ltd. Oxygen concentration measuring device

Also Published As

Publication number Publication date
GB2301901A (en) 1996-12-18
GB2301901B (en) 1999-04-07
DE19622625A1 (de) 1996-12-12
US5781878A (en) 1998-07-14
GB9611656D0 (en) 1996-08-07

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