DE10261281B4 - Gaskonzentrations-Messgerät mit minimalem Messfehler - Google Patents

Gaskonzentrations-Messgerät mit minimalem Messfehler Download PDF

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Abstract

Gaskonzentrations-Messgerät, mit: einem Gaskonzentrationssensor mit einer Gaskammer, die zur Einleitung von Gasen eingerichtet ist, einer Pumpzelle, die so eingerichtet ist, dass sie in Abhängigkeit vom Anlegen einer Spannung in den Gasen enthaltene Sauerstoffmoleküle selektiv aus der Gaskammer herauspumpt und in die Gaskammer hineinpumpt und einen Pumpzellenstrom erzeugt, einer Sensorzelle, die so eingerichtet ist, dass sie einen Sensorzellenstrom erzeugt, der die Konzentration eines in den durch die Pumpzelle hindurch getretenen Gasen enthaltenen spezifischen Gasbestandteils angibt, und einer Überwachungszelle, die so eingerichtet ist, dass sie einen Überwachungszellenstrom erzeugt, der die Konzentration von Sauerstoff-Restmolekülen in der Gaskammer angibt, eine Pumpzellen-Klemmenspannungsbestimmungsschaltung, die so eingerichtet ist, dass sie eine vorgegebene Spannungs-Strom-Beziehung abfragt zur Bestimmung eines Anfangswertes der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung als Funktion des von der Pumpzelle erzeugten Pumpzellenstroms, und eine Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung, die so eingerichtet ist, dass sie den Anfangswert der Spannung an die Pumpzelle anlegt und den Anfangswert zumindest entweder zu höheren oder zu niedrigeren Werten hin ablenkt, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung so eingerichtet ist, dass sie den Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung als Funktion des Betrages des von der Überwachungszelle bei einer Ablenkung des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung erzeugten Überwachungszellenstroms korrigiert.

Description

  • Die Erfindung betrifft allgemein ein Gaskonzentrations-Messgerät zur Messung der Konzentration eines Gases oder Gasbestandteils, das bei Kraftfahrzeugen bei der Regelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses Verwendung finden kann, und bezieht sich insbesondere auf ein Gaskonzentrations-Messgerät dieser Art, bei dem der bei der Bestimmung der Konzentration eines Gases oder Gasbestandteils auftretende Messfehler minimal gehalten wird.
  • Auf diesem technischen Gebiet offenbart die Druckschrift US 2002/0050455 A1 ein Gaskonzentrationsmessgerät, das einen Fehlanteil im Ausgangssignal kompensiert, die Druckschrift US 6,295,862 B1 offenbart ebenfalls ein Gaskonzentrationsmessgerät, das einen Fehlanteil im Ausgangssignal kompensiert, und die Druckschrift US 6,231,735 B1 offenbart eine Sauerstofflinearsensortestanordnung.
  • Bekanntermaßen können zur Messung der im Abgas einer Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxide NOx Gaskonzentrationssensoren mit sog. Grenzstromverhalten, d. h., Grenzstrombildung, verwendet werden. In diesem Zusammenhang ist ein derartiger Gaskonzentrationssensor bekannt, der eine Pumpzelle und eine Sensorzelle aufweist, die aus Festelektrolytkörpern bestehen. Die Pumpzelle dient dazu, selektiv den in den in eine Gaskammer eingetretenen Gasen enthaltenen Sauerstoff (O2) aus dem Sensor herauszupumpen und den in äußeren Gasen enthaltenen Sauerstoff (O2) in die Gaskammer hineinzupumpen. Die Sensorzelle dient zur Messung der Konzentration der in den Gasen enthaltenen Stickoxide NOx nach deren Hindurchtreten durch die Pumpzelle. Beim Anlegen einer Spannung erzeugen die Pumpzelle und die Sensorzelle Stromsignale, die die Konzentration von Sauerstoff O2 und Stickoxiden NOx angeben.
  • Weiterhin ist ein Gaskonzentrationssensor anderer Art bekannt, der zusätzlich zu der Pumpzelle und der Sensorzelle eine Überwachungszelle aufweist. Die Überwachungszelle dient zur Erzeugung einer nachstehend als EMK bezeichneten Quellenspannung in Abhängigkeit von der Konzentration von Sauerstoff innerhalb der Gaskammer. Außerdem ist ein Regelsystem vorgeschlagen worden, das die der Pumpzelle eines solchen Dreizellen-Gaskonzentrationssensors zuzuführende Spannung als Funktion der Differenz zwischen einem Istwert und einem Sollwert der EMK der Überwachungszelle steuert.
  • Aus der JP 2885336 B2 ist z. B. ein Gaskonzentrationssensor dieser Art bekannt.
  • Die vorstehend beschriebenen Gaskonzentrationssensoren weisen jedoch den Nachteil auf, dass Bauelementabweichungen in Form einer (fertigungsbedingten) Streuung der Eigenschaften und/oder Alterung der Sensoren üblicherweise zu einer Änderung des Widerstands- oder Impedanzwertes eines Festelektrolytkörpers führen, was wiederum eine Verringerung der Messgenauigkeit bei der Bestimmung der Konzentration eines Gases oder Gasbestandteils zur Folge hat.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, zur Vermeidung der vorstehend beschriebenen Nachteile des Standes der Technik ein Gaskonzentrations-Messgerät anzugeben, bei dem der auf Grund von Bauelementabweichungen und/oder Alterungserscheinungen eines Gaskonzentrationssensors auftretende Messfehler bei der Bestimmung der Konzentration eines spezifischen Gasbestandteils von Messgasen unterdrückt ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in den Patentansprüchen angegebenen Mitteln gelöst.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Gaskonzentrations-Messgerät vorgesehen, das bei einem Kraftfahrzeug-Regelsystem Verwendung finden kann, welches zur Regelung der in eine fremdgezündete Brennkraftmaschine eingespritzten Kraftstoffmenge als Funktion des Ausgangssignals des Gaskonzentrations-Messgerätes zur Einregelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (A/F) auf einen Sollwert in einem geschlossenen Regelkreis (F/B) dient. Hierbei umfasst das Gaskonzentrations-Messgerät: (a) einen Gaskonzentrationssensor mit einer Gaskammer, in die Gase eingeleitet werden, einer Pumpzelle, die in Abhängigkeit vom Anlegen einer Spannung in den Gasen enthaltene Sauerstoffmoleküle selektiv aus der Gaskammer herauspumpt und in die Gaskammer hineinpumpt und einen Pumpzellenstrom erzeugt, einer Sensorzelle, die einen Sensorzellenstrom erzeugt, der die Konzentration eines in den durch die Pumpzelle hindurchgetretenen Gasen enthaltenen spezifischen Gasbestandteils angibt, und einer Überwachungszelle, die einen Überwachungszellenstrom erzeugt, der die Konzentration von Sauerstoff-Restmolekülen in der Gaskammer angibt; (b) eine Pumpzellen-Klemmenspannungsbestimmungsschaltung, die eine vorgegebene Spannungs-Strom-Beziehung abfragt zur Bestimmung eines Anfangswertes der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung als Funktion des von der Pumpzelle erzeugten Pumpzellenstroms, und (c) eine Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung, die den Anfangswert der Spannung an die Pumpzelle anlegt und den Anfangswert zumindest entweder zu höheren oder zu niedrigeren Werten hin ablenkt, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung den Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung als Funktion des Betrages des von der Überwachungszelle bei einer Ablenkung des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung erzeugten Überwachungszellenstroms korrigiert.
  • Die der Pumpzelle zugeführte Spannung (die nachstehend mit Vp bezeichnet ist) und der Überwachungszellenstrom (der nachstehend mit Im bezeichnet ist) stehen in folgender Beziehung zueinander: innerhalb eines Bereiches niedriger Werte der Pumpzellen-Klemmenspannung ändert sich der Überwachungszellenstrom in größerem Ausmaß, während er innerhalb eines Bereiches höherer Werte der Pumpzellen-Klemmenspannung im wesentlichen unverändert bleibt (siehe die Vp-Im-Kennlinie gemäß 2(b)). Insbesondere umfasst die Pumpzellen-Klemmenspannungs-Überwachungszellenstrom-Abhängigkeit einen Wendepunkt, bei dem sich der Änderungsbetrag des Überwachungszellenstroms in hohem Maße verändert. Die Beziehung zwischen der Pumpzellen-Klemmenspannung und dem Sensorzellenstrom (der nachstehend auch als Sensorzellenstrom Is bezeichnet ist) umfasst einen flachen Bereich, in dem sich der Sensorzellenstrom unabhängig von einer Änderung der Pumpzellen-Klemmenspannung kaum verändert. Innerhalb dieses flachen Bereiches ist eine genaue Messung der Konzentration eines Gasbestandteils, wie der im Abgas von Brennkraftmaschinen enthaltenen Stickoxide NOx, möglich (siehe Vp-Is-Kennlinie gemäß 2(b)). Alterungserscheinungen und/oder bauelementbedingte Abweichungen der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors führen üblicherweise zu Änderungen der Beziehung zwischen der Pumpzellen-Klemmenspannung zum Überwachungszellenstrom und der Pumpzellen-Klemmenspannung zum Sensorzellenstrom, wobei hierbei meist der Wendepunkt der Pumpzellen-Klemmenspannung/Überwachungszellenstrom-Abhängigkeit zum Anfangswert der Pumpzellen-Klemmenspannung hin bewegt oder von diesem Anfangswert weg bewegt wird. Die Lage des Wendepunktes kann daher zur Messung des Änderungsbetrages des Überwachungszellenstroms durch kurzzeitige Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung festgelegt werden. Eine Erzeugung des Sensorzellenstroms innerhalb des flachen Bereichs lässt sich erzielen, indem der Anfangswert der Pumpzellen-Klemmenspannung als Funktion der Änderung des Überwachungszellenstroms korrigiert wird, wodurch die Genauigkeit der Gaskonzentrationsmessung von bauelementbedingten Streuungen der Eigenschaften und/oder Alterungserscheinungen des Gaskonzentrationssensors nicht beeinflußt wird.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung bestimmt die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung eine Differenz zwischen dem Wert der an die Pumpzelle angelegten Spannung an einem Wendepunkt einer die Beziehung zwischen der an die Pumpzelle angelegten Spannung und dem sich ergebenden Wert des von der Überwachungszelle erzeugten Überwachungszellenstroms angebenden Pumpzellenklemmenspannungs-Überwachungszellenstrom-Kennlinie und dem auf dem Wert des bei der Ablenkung der an die Pumpzelle angelegten Spannung erzeugten Überwachungszellenstroms basierenden Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung, wobei der Wendepunkt durch den Wert der an die Pumpzelle angelegten Spannung definiert ist, bei dem der Änderungsbetrag des Überwachungszellenstroms einen vorgegebenen Wert überschreitet. Die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung korrigiert sodann den Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung auf der Basis der bestimmten Differenz.
  • Die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung kann den Anfangswert der Spannung hierbei nur in den Bereich höherer Werte oder aber in den Bereich niedrigerer Werte ablenken.
  • Alternativ kann die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung den Anfangswert der Spannung sowohl in den Bereich höherer als auch in den Bereich niedrigerer Werte ablenken. Hierdurch wird eine Lagebeziehung zwischen dem Anfangswert der Pumpzellen-Klemmenspannung und dem Wendepunkt der Pumpzellenklemmenspannungs-Überwachungszellenstrom-Kennlinie festgelegt.
  • Die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung kann den Anfangswert der Spannung aufeinanderfolgend sowohl zu höheren als auch zu niedrigeren Werten hin zur jeweiligen Messung der sich ergebenden Änderungen des Überwachungszellenstroms ablenken und die Änderungen miteinander vergleichen, um als Funktion der Differenz zwischen den Änderungen zu bestimmen, ob der Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung zu korrigieren ist oder nicht. Wenn die Pumpzellen-Klemmenspannung innerhalb des flachen Bereichs des Überwachungszellenstroms und weit vom Wendepunkt entfernt liegt, sind die durch die Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung zur positiven und zur negativen Seite entstehenden Änderungen des Überwachungszellenstroms im wesentlichen identisch. Wenn dies eine der ursprünglichen Sensoreigenschaften des Gaskonzentrationssensors ist, entscheidet die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung, dass die Pumpzellen-Klemmenspannung nicht korrigiert werden muss, wenn die von der Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung zur positiven und zur negativen Seite hervorgerufenen Änderungen des Überwachungszellenstroms im wesentlichen identisch sind, während entschieden wird, dass eine Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung erfolgen sollte, wenn sich die Änderungen des Überwachungszellenstroms Im voneinander unterscheiden.
  • Wenn die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung den Anfangswert der Spannung aufeinanderfolgend sowohl zu höheren Werten als auch zu niedrigeren Werten zur jeweiligen Messung der sich ergebenden Änderungen des Überwachungszellenstroms ablenkt, kann sie bei unterschiedlichen Änderungen zueinander sowie in Bezug auf die anfänglich bei dem Gaskonzentrationssensor aufgetretenen Änderungen den Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung in die entgegen gesetzte Richtung in Bezug zu der Richtung verschieben, in der der Überwachungszellenstrom bei einer Änderung der an die Pumpzelle angelegten Spannung ansteigt.
  • Die Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung erfolgt zur Beseitigung bzw. Unterdrückung der Auswirkungen von bauelementbedingten Streuungen der Eigenschaften und/oder Alterungserscheinungen des Gaskonzentrationssensors auf die Genauigkeit der Gaskonzentrationsmessung und hat vorzugsweise auch Auswirkungen auf einen nachfolgenden Gasmessvorgang. Es ist somit zweckmäßig, dass die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung einen Spannungskorrekturwert bestimmt, der zur Korrektur des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung als Funktion des sich bei der Ablenkung des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung ergebenden Überwachungszellenstroms verwendet wird, und den Spannungskorrekturwert in einem Sicherungsspeicher abspeichert. Alternativ kann die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung die vorgegebene Spannungs-Strombeziehung korrigieren.
  • Die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung kann die an die Pumpzelle angelegte Spannung derart steuern, dass der Wert des bei der Ablenkung des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung erzeugten Überwachungszellenstroms innerhalb eines vorgegebenen Regelbereichs liegt.
  • Die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung kann die an die Pumpzelle angelegte Spannung vergrößern oder verkleinern, wenn der Wert des bei der Ablenkung des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung erzeugten Überwachungszellenstroms außerhalb des vorgegebenen Regelbereichs liegt.
  • Die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung kann den Anfangswert der Spannung aufeinanderfolgend mit verschiedenen Amplituden ablenken zur Messung der sich ergebenden Änderungen des Überwachungszellenstroms und den Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung auf der Basis der Änderungen des Überwachungszellenstroms entsprechend korrigieren.
  • Das Gaskonzentrations-Messgerät kann ferner eine Verschlechterungsbestimmungsschaltung umfassen, die den Grad einer Verschlechterung der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors auf der Basis des Betrages des von der Überwachungszelle bei der Ablenkung des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung erzeugten Überwachungszellenstroms bestimmt. Die Pumpzellen-Klemmenspannungsbestimmungsschaltung legt den Anfangswert der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung als Funktion des von der Pumpzelle erzeugten Pumpzellenstroms durch einen Abfragevorgang unter Verwendung der vorgegebenen Spannungs-Strom-Beziehung fest zur Bestimmung der Konzentration des spezifischen Gasbestandteils in einem Gaskonzentrations-Messzyklus und die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung korrigiert den Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung in einem Korrekturzyklus, der keine Koinzidenz mit dem Gaskonzentrations-Messzyklus aufweist.
  • Wenn die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung den Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung ablenkt, können die sich ergebenden Werte des Überwachungszellenstroms und des Sensorzellenstroms zur Umsetzung ihrer Wellenform gefiltert werden.
  • Der Gaskonzentrationssensor kann eine spezifische Gaskomponente in den Abgasen der Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen messen, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung zumindest entweder beim Starten oder im Stillstand der Brennkraftmaschine betrieben wird.
  • Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Gaskonzentrations-Messgerät: (a) einen Gaskonzentrationssensor mit einer Gaskammer, in die Gase eingeleitet werden, einer Pumpzelle, die in Abhängigkeit vom Anlegen einer Spannung in den Gasen enthaltene Sauerstoffmoleküle selektiv aus der Gaskammer herauspumpt und in die Gaskammer hineinpumpt und einen Pumpzellenstrom erzeugt, einer Sensorzelle, die einen Sensorzellenstrom erzeugt, der die Konzentration eines in den durch die Pumpzelle hindurch getretenen Gasen enthaltenen spezifischen Gasbestandteils angibt, und einer Überwachungszelle, die einen Überwachungszellenstrom erzeugt, der die Konzentration von Sauerstoff-Restmolekülen in der Gaskammer angibt, (b) eine Pumpzellen-Klemmenspannungsbestimmungsschaltung, die eine vorgegebene Spannungs-Strom-Beziehung abfragt zur Bestimmung eines Anfangswertes der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung als Funktion des von der Pumpzelle erzeugten Pumpzellenstroms, und (c) eine Verschlechterungsbestimmungsschaltung, die den Anfangswert der Spannung an die Pumpzelle anlegt und den Anfangswert kurzzeitig ablenkt, wobei die Verschlechterungsbestimmungsschaltung den Grad einer Verschlechterung der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors auf der Basis des Betrages des von der Überwachungszelle bei der Ablenkung des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung erzeugten Überwachungszellenstroms bestimmt.
  • Alterungserscheinungen und/oder bauelementbedingte Abweichungen der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors führen üblicherweise zu einem Anstieg des Widerstands- oder Impedanzwertes des Gaskonzentrationssensors. Bei der Steuerung der Pumpzellen-Klemmenspannung ist somit die Abführung einer gewünschten Menge Sauerstoff aus der Gaskammer mit Schwierigkeiten verbunden. Dies führt zu einer Verschiebung des Wendepunktes der Pumpzellenklemmenspannungs-Überwachungszellen-Strom-Kennlinie, die die Relation zwischen der der Pumpzelle zugeführten Spannung und einem resultierenden Wert des von der Überwachungszelle erzeugten Überwachungszellenstroms und dem Anfangswert der der Pumpzelle zugeführten Spannung wiedergibt. Die Bestimmung einer Verschlechterung der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors kann daher auf der Basis des Betrages des von der Überwachungszelle bei der Ablenkung des Anfangswertes der der Pumpzelle zugeführten Spannung erzeugten Überwachungszellenstroms erfolgen.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Gaskonzentrationssensor eine spezifische Gaskomponente in den Abgasen der Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen messen und die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung kann zumindest entweder beim Starten oder im Stillstand der Brennkraftmaschine betrieben werden.
  • Gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Gaskonzentrations-Messgerät: (a) einen Gaskonzentrationssensor mit einer Gaskammer, in die Gase eingeleitet werden, einer Pumpzelle, die in Abhängigkeit vom Anlegen einer Spannung in den Gasen enthaltene Sauerstoffmoleküle selektiv aus der Gaskammer herauspumpt und in die Gaskammer hineinpumpt und einen Pumpzellenstrom erzeugt, einer Sensorzelle, die einen Sensorzellenstrom erzeugt, der die Konzentration eines in den durch die Pumpzelle hindurch getretenen Gasen enthaltenen spezifischen Gasbestandteils angibt, und einer Überwachungszelle, die einen Überwachungszellenstrom erzeugt, der die Konzentration von Sauerstoff-Restmolekülen in der Gaskammer angibt, (b) eine Pumpzellen-Klemmenspannungsbestimmungsschaltung, die eine vorgegebene Spannungs-Strom-Beziehung abfragt zur Bestimmung eines Anfangswertes der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung als Funktion des von der Pumpzelle erzeugten Pumpzellenstroms, und (c) eine Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung, die den Anfangswert der Spannung an die Pumpzelle anlegt und den Anfangswert zumindest entweder zu höheren oder zu niedrigeren Werten hin ablenkt, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung den Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung als Funktion des Betrages des von der Sensorzelle bei einer Ablenkung des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung erzeugten Sensorzellenstroms korrigiert.
  • Die Pumpzellen-Klemmenspannung und der Sensorzellenstrom stehen in einer Beziehung zueinander, bei der sich der Sensorzellenstrom innerhalb eines Bereiches niedriger Werte der Pumpzellen-Klemmenspannung in einem größeren Ausmaß ändert, während er innerhalb eines Bereiches höherer Werte der Pumpzellen-Klemmenspannung im wesentlichen unverändert bleibt (siehe Vp-Is-Kennlinie gemäß 2(b)). Hierbei zeigt die Pumpzellenklemmenspannungs-Sensorzellenstrom-Kennlinie einen Wendepunkt, bei dem sich der Änderungsbetrag des Sensorzellenstroms in großem Ausmaß ändert. Die Kennlinie umfasst außerdem einen flachen Bereich, bei dem sich der Sensorzellenstrom unabhängig von einer Änderung der Pumpzellen-Klemmenspannung kaum ändert. Die vorstehend beschriebene Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung korrigiert somit den Anfangswert der der Pumpzelle zugeführten Spannung als Funktion des Betrages des von der Sensorzelle bei der Ablenkung des Anfangswertes der der Pumpzelle zugeführten Spannung erzeugten Sensorzellenstroms.
  • Alterungserscheinungen und/oder bauelementbedingte Streuungen der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors führen üblicherweise zu einer Veränderung der Pumpzellenklemmenspannungs-Überwachungszellenstrom-Kennlinie und der Pumpzellenklemmenspannungs-Sensorzellenstrom-Kennlinie, wodurch der Wendepunkt der Pumpzellenklemmenspannungs-Sensorzellenstrom-Kennlinie entweder zum Anfangswert der Pumpzellen-Klemmenspannung hin bewegt oder von diesem Anfangswert weg bewegt wird. Die Lage des Wendepunktes kann daher zur Messung des Betrages einer Änderung des Sensorzellenstroms durch kurzzeitige Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung festgelegt werden. Eine Erzeugung des Sensorzellenstroms innerhalb des flachen Bereiches lässt sich erzielen, indem der Anfangswert der Pumpzellen-Klemmenspannung als Funktion der Änderung des Sensorzellenstroms korrigiert wird, wodurch die Messgenauigkeit der Gaskonzentrationsmessung unbeeinflusst von bauelementbedingten Abweichungen der Eigenschaften und/oder Alterungserscheinungen des Gaskonzentrationssensors gehalten wird.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung bestimmt die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung die Differenz zwischen dem Wert der an die Pumpzelle angelegten Spannung an einem Wendepunkt einer die Beziehung zwischen der an die Pumpzelle angelegten Spannung und dem sich ergebenden Wert des von der Sensorzelle erzeugten Sensorzellenstroms angebenden Pumpzellenklemmenspannungs-Sensorzellenstrom-Kennlinie und dem auf dem Wert des bei der Ablenkung der an die Pumpzelle angelegten Spannung erzeugten Sensorzellenstroms basierenden Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung, wobei der Wendepunkt durch den Wert der an die Pumpzelle angelegten Spannung definiert ist, bei dem der Änderungsbetrag des Sensorzellenstroms einen vorgegebenen Wert überschreitet. Die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung korrigiert sodann den Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung auf der Basis der bestimmten Differenz.
  • Hierbei kann die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung den Anfangswert der Spannung nur in einen Bereich höherer Werte oder aber in einen Bereich niedrigerer Werte ablenken. Alternativ kann die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung den Anfangswert sowohl in einen Bereich höherer Werte als auch in einen Bereich niedrigerer Werte ablenken.
  • Die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung kann den Anfangswert der Spannung aufeinanderfolgend sowohl zu höheren als auch zu niedrigeren Werten hin zur jeweiligen Messung der sich ergebenden Änderungen des Sensorzellenstroms ablenken und die Änderungen miteinander vergleichen, um als Funktion der Differenz zwischen den Änderungen zu bestimmen, ob der Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung zu korrigieren ist oder nicht.
  • Wenn die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung den Anfangswert der Spannung aufeinanderfolgend sowohl zu höheren Werten als auch zu niedrigeren Werten zur jeweiligen Messung der sich ergebenden Änderungen des Sensorzellenstroms ablenkt, kann sie bei unterschiedlichen Änderungen zueinander sowie in Bezug auf die anfänglich bei dem Gaskonzentrationssensor aufgetretenen Änderungen den Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung in die entgegen gesetzte Richtung in Bezug zu der Richtung verschieben, in der der Sensorzellenstrom bei einer Änderung der an die Pumpzelle angelegten Spannung ansteigt.
  • Die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung kann einen Spannungskorrekturwert bestimmen, der zur Korrektur des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung als Funktion des sich bei der Ablenkung des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung ergebenden Sensorzellenstroms verwendet wird, und den Spannungskorrekturwert in einem Sicherungsspeicher abspeichern.
  • Alternativ kann die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung die vorgegebene Spannungs-Strom-Beziehung unter Verwendung des Spannungskorrekturwertes korrigieren.
  • Die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung kann die an die Pumpzelle angelegte Spannung derart steuern, dass der Wert des bei der Ablenkung des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung erzeugten Sensorzellenstroms innerhalb eines vorgegebenen Regelbereichs liegt.
  • Die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung vergrößert oder verkleinert hierbei die an die Pumpzelle angelegte Spannung, wenn der Wert des bei der Ablenkung des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung erzeugten Sensorzellenstroms außerhalb des vorgegebenen Regelbereichs liegt.
  • Die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung kann den Anfangswert der Spannung aufeinanderfolgend mit verschiedenen Amplituden zur Messung der sich ergebenden Änderungen des Sensorzellenstroms ablenken und korrigiert sodann den Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung auf der Basis der Änderungen des Sensorzellenstroms.
  • Das Gaskonzentrations-Messgerät kann außerdem eine Verschlechterungsbestimmungsschaltung aufweisen, die den Grad einer Verschlechterung der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors auf der Basis des Betrages des von der Sensorzelle bei der Ablenkung des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung erzeugten Sensorzellenstroms bestimmt.
  • Die Pumpzellen-Klemmenspannungsbestimmungsschaltung kann ferner den Anfangswert der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung als Funktion des von der Pumpzelle erzeugten Pumpzellenstroms durch einen Abfragevorgang unter Verwendung der vorgegebenen Spannungs-Strom-Beziehung zur Bestimmung der Konzentration des spezifischen Gasbestandteils in einem Gaskonzentrations-Messzyklus festlegen, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung den Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung in einem Korrekturzyklus korrigiert, der keine Koinzidenz mit dem Gaskonzentrations-Messzyklus aufweist.
  • Wenn die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung den Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung ablenkt, können die sich ergebenden Werte des Überwachungszellenstroms und des Sensorzellenstroms zur Umsetzung ihrer Wellenform gefiltert werden.
  • Der Gaskonzentrationssensor kann eine spezifische Gaskomponente in den Abgasen der Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen messen, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung zumindest entweder beim Starten oder im Stillstand der Brennkraftmaschine betrieben wird.
  • Gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Gaskonzentrations-Messgerät: (a) einen Gaskonzentrationssensor mit einer Gaskammer, in die Gase eingeleitet werden, einer Pumpzelle, die in Abhängigkeit vom Anlegen einer Spannung in den Gasen enthaltene Sauerstoffmoleküle selektiv aus der Gaskammer herauspumpt und in die Gaskammer hineinpumpt und einen Pumpzellenstrom erzeugt, einer Sensorzelle, die einen Sensorzellenstrom erzeugt, der die Konzentration eines in den durch die Pumpzelle hindurch getretenen Gasen enthaltenen spezifischen Gasbestandteils angibt, und einer Überwachungszelle, die einen Überwachungszellenstrom erzeugt, der die Konzentration von Sauerstoff-Restmolekülen in der Gaskammer angibt, (b) eine Pumpzellen-Klemmenspannungsbestimmungsschaltung, die eine vorgegebene Spannungs-Strom-Beziehung abfragt zur Bestimmung eines Anfangswertes der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung als Funktion des von der Pumpzelle erzeugten Pumpzellenstroms, und (c) eine Verschlechterungsbestimmungsschaltung, die den Anfangswert der Spannung an die Pumpzelle anlegt und den Anfangswert kurzzeitig ablenkt, wobei die Verschlechterungsbestimmungsschaltung den Grad einer Verschlechterung der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors auf der Basis des Betrages des von der Sensorzelle bei der Ablenkung des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung erzeugten Sensorzellenstroms bestimmt.
  • Der Gaskonzentrationssensor kann hierbei eine spezifische Gaskomponente in den Abgasen der Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen messen, wobei die Verschlechterungsbestimmungsschaltung zumindest entweder beim Starten oder im Stillstand der Brennkraftmaschine betrieben wird.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 ein Blockschaltbild eines Gaskonzentrations-Messgeräts gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 2(a) eine Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom einer Pumpzelle und einem an die Pumpzelle anzulegenden Spannungswert sowie eine Sollwert-Klemmenspannungskennlinie zur Bestimmung eines Sollwertes der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung,
  • 2(b) eine Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom einer Überwachungszelle und einem an eine Pumpzelle angelegten Spannungswert sowie eine Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom einer Sensorzelle und dem an die Pumpzelle angelegten Spannungswert,
  • 3(a) eine Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom einer Pumpzelle und einem an die Pumpzelle anzulegenden Spannungswert, der zum Beispiel auf Grund von Alterungserscheinungen eines Gaskonzentrationssensors verschoben ist,
  • 3(b) eine Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom einer Überwachungszelle und einem an eine Pumpzelle angelegten Spannungswert sowie eine Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom einer Sensorzelle und dem an die Pumpzelle angelegten Spannungswert, die z. B. auf Grund von Alterungserscheinungen eines Gaskonzentrationssensors verschoben sind,
  • 4(a) eine Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom einer Pumpzelle und einem an die Pumpzelle anzulegenden Spannungswert, der auf Grund einer Impedanzänderung eines Gaskonzentrationssensors verschoben ist,
  • 4(b) eine Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom einer Überwachungszelle und einem an eine Pumpzelle angelegten Spannungswert sowie eine Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom einer Sensorzelle und dem an die Pumpzelle angelegten Spannungswert, die auf Grund einer Vergrößerung der in einer Gaskammer eines Gaskonzentrationssensors verbleibenden Sauerstoffmenge verschoben sind,
  • 5 ein Ablaufdiagramm eines Hauptprogramms zur Korrektur des an eine Pumpzelle anzulegenden Spannungswertes,
  • 6 eine Kennlinie, die einen zur Korrektur einer an eine Pumpzelle anzulegenden Spannung verwendeten und als Funktion einer Änderung des Ausgangsstroms einer Überwachungszelle bestimmten Korrekturwert angibt,
  • 7 die Änderung des Ausgangsstroms einer Überwachungszelle bei einer Ablenkung der an eine Pumpzelle angelegten Spannung,
  • 8(a) Änderungen des Ausgangsstroms einer Überwachungszelle und einer Sensorzelle auf Grund einer Ablenkung der an die Pumpzelle angelegten Spannung, wenn keine Korrektur des Sollwertes der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung erforderlich ist,
  • 8(b) Änderungen des Ausgangsstroms einer Überwachungszelle und einer Sensorzelle auf Grund einer Ablenkung der an die Pumpzelle angelegten Spannung, wenn entschieden ist, dass eine Korrektur des Sollwertes der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung zu erfolgen hat,
  • 9 Änderungen des Ausgangsstroms einer Überwachungszelle und einer Sensorzelle auf Grund einer Ablenkung der an die Pumpzelle angelegten Spannung in Bereiche niedrigerer Werte oder höherer Werte,
  • 10 Änderungen des Ausgangsstroms einer Überwachungszelle bei Ablenkung einer an eine Pumpzelle angelegten Spannung mit verschiedenen Amplituden,
  • 11 ein Ablaufdiagramm eines bei einem zweiten Ausführungsbeispiel ausgeführten Programms zur Korrektur eines an eine Pumpzelle anzulegenden Spannungswertes,
  • 12 eine Kennlinie, die einen zur Korrektur einer an eine Pumpzelle anzulegenden Spannung verwendeten und als Funktion einer Änderung des Ausgangsstroms einer Sensorzelle bestimmten Korrekturwert angibt,
  • 13(a) Änderungen des Ausgangsstroms einer Überwachungszelle und einer Sensorzelle auf Grund einer Ablenkung der an die Pumpzelle angelegten Spannung im Falle des zweiten Ausführungsbeispiels, wenn keine Korrektur des Sollwertes der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung erforderlich ist,
  • 13(b) Änderungen des Ausgangsstroms einer Überwachungszelle und einer Sensorzelle auf Grund einer Ablenkung der an die Pumpzelle angelegten Spannung im Falle des zweiten Ausführungsbeispiels, wenn entschieden wird, dass eine Korrektur des Sollwertes der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung zu erfolgen hat,
  • 14 Änderungen des Ausgangsstroms einer Überwachungszelle und einer Sensorzelle auf Grund einer Ablenkung der an die Pumpzelle angelegten Spannung in einen Bereich niedrigerer Werte oder in einen Bereich höherer Werte,
  • 15 ein Ablaufdiagramm eines bei einem dritten Ausführungsbeispiel ausgeführten Programms zur Korrektur eines an eine Pumpzelle anzulegenden Spannungswertes,
  • 16(a), 16(b) und 16(c) Änderungen eines durch Ausführung des Programms gemäß 15 auf einen gewünschten Regelbereich eingeregelten Ausgangsstroms einer Überwachungszelle,
  • 17(a) eine Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom einer Pumpzelle und einem an die Pumpzelle anzulegenden Spannungswert, die z. B. auf Grund von Alterungserscheinungen eines Gaskonzentrationssensors verschoben ist,
  • 17(b) eine Verschiebung des Ausgangsstroms einer Überwachungszelle auf Grund von Alterungserscheinungen eines Gaskonzentrationssensors,
  • 18(a) eine Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom einer Pumpzelle und einem an die Pumpzelle anzulegenden Spannungswert, die z. B. auf Grund von Alterungserscheinungen eines Gaskonzentrationssensors verschoben ist, und
  • 18(b) eine Verschiebung des Ausgangsstroms einer Sensorzelle auf Grund von Alterungserscheinungen eines Gaskonzentrationssensors.
  • Nachstehend wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, wobei gleiche Bezugszahlen und Bezugszeichen jeweils gleiche Bauteile und Elemente bezeichnen. In 1 ist ein Gaskonzentrations-Messgerät gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das in Verbindung mit einem Regelsystem für ein Kraftfahrzeug Verwendung finden kann, welches zur Regelung der Kraftstoffeinspritzmenge bei einer Brennkraftmaschine als Funktion des Ausgangssignals des Gaskonzentrations-Messgerätes im geschlossenen Regelkreis dient, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einen Sollwert eingeregelt wird. Bei dem Gaskonzentrations-Messgerät findet ein Komposit-Gaskonzentrationssensor mit Grenzstromverhalten Verwendung, der einen Dreizellen-Aufbau aufweist und in der Lage ist, die in den Abgasen der Brennkraftmaschine enthaltenen Konzentrationen von Sauerstoff (O2) und Stickoxiden (NOx) gleichzeitig zu messen.
  • Das in 1 dargestellte Gaskonzentrations-Messgerät umfasst im wesentlichen einen Gaskonzentrationssensor 100, einen Mikrocomputer bzw. eine Steuereinrichtung 170 sowie Stromdetektoren 171, 172 und 173 (z. B. Amperemeter).
  • Die nachstehende Beschreibung bezieht sich auf ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Gaskonzentrationssensor 100 in der Abgasleitung bzw. im Abgasrohr der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
  • Der Gaskonzentrationssensor 100 umfasst im allgemeinen Festelektrolytplatten 141 und 142 aus einem Sauerstoffionen leitenden Material. Die Festelektrolytplatten 141 und 142 sind mit Hilfe eines aus einem Isoliermaterial wie Aluminiumoxid bestehenden Distanzstücks 143 in einem vorgegebenen Abstand übereinanderliegend angeordnet. In der Festelektrolytplatte 141 ist ein feines Nadelloch 141a ausgebildet, durch das die um den Gaskonzentrationssensor 100 herum strömenden Abgase in eine erste Kammer 144 eintreten können. Die erste Kammer 144 steht über eine einen Diffusionsweg bildende Öffnung 145 mit einer zweiten Kammer 146 in Verbindung. Auf der Festelektrolytplatte 141 ist eine poröse Diffusionsschicht 147 ausgebildet.
  • In der Festelektrolytplatte 142 sind eine Pumpzelle 110 und eine Überwachungszelle 120 ausgebildet. Die Pumpzelle 110 hat die Aufgabe, in den in die erste Kammer 144 eingetretenen Abgasen enthaltene Sauerstoffmoleküle (O2) zu dissoziieren bzw. zu ionisieren und hereinzupumpen und sie zur Messung der Konzentration des in den Abgasen enthaltenen Sauerstoffs (O2) abzugeben sowie die innerhalb eines Luftkanals 150 enthaltenen Sauerstoffmoleküle (O2) zu dissoziieren bzw. zu ionisieren und in die erste Kammer 144 zu pumpen, wenn die Sauerstoffkonzentration in der ersten Kammer 144 unter einem gegebenen Wert liegt, um die Sauerstoffkonzentration in der ersten Kammer 144 auf dem gegebenen Wert zu halten. Die Überwachungszelle 120 hat die Aufgabe, eine Quellenspannung bzw. EMK oder beim Anlegen einer Spannung einen Strom als Funktion der Konzentration von in der zweiten Kammer 146 enthaltenem Sauerstoff (O2) zu erzeugen. Die Pumpzelle 110 weist eine obere Elektrode 111 und eine untere Elektrode 112 auf, die auf ihren gegenüberliegenden Oberflächen angeordnet sind. Die obere Elektrode 111 steht mit der ersten Kammer 144 in Verbindung und ist in Bezug auf Stickoxide NOx inaktiv, d. h., sie hat in Bezug auf Stickoxide NOx kaum eine zersetzende Wirkung. In ähnlicher Weise umfasst die Überwachungszelle 120 eine obere Elektrode 121 und eine untere Elektrode 122, die auf ihren gegenüberliegenden Oberflächen angeordnet sind. Die obere Elektrode 121 steht mit der zweiten Kammer 146 in Verbindung und ist wie die Elektrode 111 in Bezug auf Stickoxide NOx inaktiv. Die Pumpzelle 110 und die Überwachungszelle 120 dienen dazu, in den Abgasen enthaltene O2-Moleküle aus der ersten Kammer 144 und der zweiten Kammer 146 abzupumpen und sie über die Elektroden 112 und 122 in den Luftkanal 150 abzuführen.
  • In der Festelektrolytplatte 144 ist gegenüber der Überwachungszelle 120 eine Sensorzelle 130 ausgebildet, die auf ihren gegenüberliegenden Oberflächen eine obere Elektrode 131 und eine untere Elektrode 132 aufweist. Die Sensorzelle 130 hat die Aufgabe, die Konzentration von Stickoxiden NOx in den durch die Pumpzelle 110 hindurch getretenen Abgasen zu messen und den bei der Aufspaltung von Stickoxiden NOx in der zweiten Kammer 146 erzeugten Sauerstoff über die Elektrode 132 in einen Luftkanal 148 abzuführen.
  • Gemäß 1 ist auf der Unterseite der Festelektrolytplatte 142 eine Isolierschicht 149 ausgebildet, durch die der Luftkanal 150 festgelegt wird. In die Isolierschicht 149 ist ein Heizelement 151 zur Erwärmung des gesamten Sensors 100 auf eine vorgegebene Temperatur eingebettet.
  • Wenn im Betrieb O2, NOx, CO2 und H2O enthaltende Abgase über die poröse Diffusionsschicht 147 und das Nadelloch 141a in die erste Kammer 144 gelangen und durch die Pumpzelle 110 hindurch treten, führt das Anlegen einer Spannung an die Pumpzelle 110 über die Elektroden 111 und 112 zu einer Dissoziation der Abgase, sodass der Sauerstoff (O2) in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration in der ersten Kammer 144 in die erste Kammer 144 hineingepumpt oder aus ihr herausgepumpt wird. Da die obere Elektrode 111 der Pumpzelle 110 – wie vorstehend beschrieben – aus einem Metall besteht, das NOx kaum auflöst, werden bei einer über einem gewünschten Wert liegenden Sauerstoffkonzentration in der ersten Kammer 144 nur O2-Moleküle in der ersten Kammer 144 von der Pumpzelle 110 ionisiert, ohne Stickoxide NOx aufzuspalten bzw. abzubauen, die wiederum in den Luftkanal 150 abgeführt werden. Dies hat zur Folge, dass in der Pumpzelle 110 ein Strom als Funktion des Sauerstoffgehalts der Abgase erzeugt wird (der nachstehend als Pumpzellenstrom bezeichnet wird). Aus der EP 987 546 A2 der Anmelderin ist die Steuerung des Betriebs eines solchen Gassensors bekannt, sodass auf die Lehre dieser Druckschrift Bezug genommen wird.
  • Die in den Abgasen enthaltenen O2-Moleküle werden normalerweise von der Pumpzelle 110 nicht vollständig dissoziiert, sodass O2-Restmoleküle in die zweite Kammer 146 gelangen und die Überwachungszelle 120 erreichen. Durch Anlegen einer vorgegebenen Konstantspannung an die Überwachungszelle 120 über die Elektroden 121 und 122 wird ein Ausgangsstrom als Funktion der Konzentration des Restsauerstoffs erzeugt (der nachstehend auch als Überwachungszellenstrom bezeichnet wird). Durch Anlegen einer vorgegebenen Konstantspannung an die Sensorzelle 130 über die Elektroden 131 und 132 werden die in den Abgasen enthaltenen NOx-Moleküle aufgespalten oder reduziert, sodass Sauerstoffionen erzeugt und in den Luftkanal 148 abgeführt werden, wodurch ein über die Sensorzelle 130 fließender Strom als Funktion der Konzentration von NOx in der zweiten Kammer 146 erzeugt wird (der nachstehend auch als Sensorzellenstrom oder als NOx-Strom bezeichnet ist).
  • Die Steuereinrichtung 170 ist in Form einer typischen arithmetischen Logikeinheit aufgebaut und besteht aus einer Zentraleinheit (CPU), einem Speicher, einem Analog/Digital-Umsetzer, einem Digital/Analog-Umsetzer usw.
  • Wie 1 zu entnehmen ist, ist für die Pumpzelle 110, die Überwachungszelle 120 und die Sensorzelle 130 eine jeweilige Stromversorgungsschaltung vorgesehen. Diese Stromversorgungsschaltungen umfassen Spannungsquellen zur Zuführung einer jeweiligen Spannung Vp, Vm und Vs zu der Pumpzelle 110, der Überwachungszelle 120 bzw. der Sensorzelle 130 sowie die Stromdetektoren 171, 172 und 173. Wie vorstehend beschrieben, wird die der Pumpzelle 110 zugeführte Spannung Vp von der Steuereinrichtung 170 variabel gesteuert. Die der Überwachungszelle 120 zugeführte Spannung Vm sowie die der Sensorzelle 130 zugeführte Spannung Vs werden auf konstanten Werten gehalten. Der Stromdetektor 171 misst den von der Pumpzelle 110 erzeugten Pumpzellenstrom Ip und führt der Steuereinheit 170 ein diesen Strom angebendes Signal zu. Der Stromdetektor 172 misst den von der Überwachungszelle 120 erzeugten Überwachungszellenstrom Im und führt der Steuereinrichtung 170 ein diesen Strom angebendes Signal zu. Der Stromdetektor 173 misst den von der Sensorzelle 130 erzeugten Sensorzellenstrom Is und führt der Steuereinrichtung 170 ein diesen Strom angebendes Signal zu.
  • Die Steuereinrichtung 170 erhält das den Pumpzellenstrom Ip angebende Ausgangssignal des Stromdetektors 171 der Pumpzelle 110 und bestimmt einerseits die Konzentration von Sauerstoff (O2) in den Abgasen und andererseits den Wert einer an die Pumpzelle 110 anzulegenden Pumpzellen-Klemmenspannung Vp unter Verwendung einer vorgegebenen Sollwertkennlinie der Klemmenspannung, worauf nachstehend noch näher eingegangen wird. Außerdem erhält die Steuereinrichtung 170 das den Überwachungszellenstrom Im angebende Ausgangssignal des Stromdetektors 172 der Überwachungszelle 120 zur Bestimmung der in der zweiten Kammer 146 verbleibenden Sauerstoffmenge. Ferner erhält die Steuereinrichtung 170 das den Sensorzellenstrom Is angebende Ausgangssignal des Stromdetektors 173 der Sensorzelle 130 und bestimmt die Konzentration der in den Abgasen enthaltenen Stickoxide NOx. Die Steuereinrichtung 170 kann den Überwachungszellenstrom Im zur Korrektur des Wertes der an die Pumpzelle 110 angelegten Pumpzellen-Klemmenspannung Vp verwenden, um die Sauerstoffkonzentration in der zweiten Kammer 146 konstant zu halten, oder zur Korrektur des Sensorzellenstroms Is verwenden, um Störsignalanteile oder Fehler im Messsignal zu unterdrücken, die durch den in der zweiten Kammer 146 verbleibenden Sauerstoff entstehen.
  • 2(a) zeigt ein Beispiel für die Vp-Ip-Abhängigkeit zwischen der an die Pumpzelle 110 angelegten Spannung Vp (d. h., der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp) und dem Pumpzellenstrom Ip. 2(b) zeigt die Vp-Im-Abhängigkeit zwischen der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp und dem Überwachungszellenstrom Im sowie die Vp-Is-Abhängigkeit zwischen der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp und dem Sensorzellenstrom Is. Die 2(a) und 2(b) beziehen sich hierbei jeweils auf den Fall einer konstanten Konzentration von O2 und NOx.
  • Wie vorstehend beschrieben, erzeugt die Pumpzelle 110 bei Anliegen der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp den Pumpzellenstrom Ip, der sich in der in 2(a) dargestellten Weise ändert. Der Pumpzellenstrom Ip zeigt ein sog. Grenzstromverhalten. Ein gerades Segment der in Bezug auf die V-Achse (d. h., die Abszisse) leicht aufwärts verlaufenden Kennlinie bezeichnet einen Grenzstrombereich, in dem der Grenzstrom von der Pumpzelle 110 abgegeben wird. Der Grenzstrombereich verschiebt sich mit steigender Sauerstoffkonzentration zur positiven Seite (d. h., zu höheren Werten) der an die Pumpzelle 110 angelegten Spannung. Der bei niedrigeren Spannungswerten als der Grenzstrombereich verlaufende Teil der Kennlinie bezeichnet einen widerstandsabhängigen Bereich. Dieser Abschnitt verläuft mit einer Steigung aufwärts, die im wesentlichen von der Impedanz Rip der Pumpzelle 110 (d. h., der Festelektrolytplatte 142) abhängt. Nachstehend wird die Impedanz Rip auch als Pumpzellenimpedanz Rip bezeichnet.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrations-Messgerätes ist ein V-I-Kennfeld gespeichert, wie es in 2(a) dargestellt ist, wobei der Pumpzellenstrom Ip überwacht wird, um einen Sollwert der an die Pumpzelle 110 anzulegenden Pumpzellen-Klemmenspannung Vp durch einen Abfragevorgang unter Verwendung des V-I-Kennfeldes zu bestimmen. Das V-I-Kennfeld umfasst eine Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1, die zur Bestimmung des Sollwertes der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp dient. Wie vorstehend beschrieben, besteht die in der ersten Kammer 144 angeordnete obere Pumpzellenelektrode 111 der Pumpzelle 110 aus einem NOx kaum angreifenden Material, sodass die NOx-Moleküle in den Abgasen kaum abgebaut werden. Wenn jedoch die an die Pumpzelle 110 angelegte Spannung einen bestimmten oberen Grenzwert überschreitet, führt dies zu einem Abbau der NOx-Moleküle, was wiederum eine Abweichung des von der Pumpzelle 110 abgegebenen Pumpzellenstroms Ip (d. h., des Grenzstroms) zur Folge hat. In der Praxis ist die Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 derart festgelegt, dass die Sauerstoffkonzentration (O2) in der ersten Kammer 144 auf einem niedrigeren Wert (nahe dem stöchiometrischen Wert) gehalten wird. So ist z. B. die Sollwertkennlinie LX1 der Klemmenspannung dahingehend festgelegt, dass eine geringe Menge an O2 (z. B. einige ppm bis einige 10 ppm) in der ersten Kammer 144 verbleibt.
  • Die in 2(b) dargestellte Vp-Im-Abhängigkeit zwischen der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp und dem Überwachungszellenstrom Im zeigt, dass innerhalb eines Bereiches, in dem die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp einen niedrigen Wert aufweist, der Überwachungszellenstrom Im bei einer Verringerung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp stark ansteigt, jedoch abfällt und einen annähernd konstanten Wert erreicht, wenn die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in einem Bereich höherer Werte liegt. Wie aus 2(a) ersichtlich ist, weist der Pumpzellenstrom Ip in dem Bereich niedriger Pumpzellen-Klemmenspannungswerte (d. h., dem widerstandsabhängigen Bereich) niedrigere Werte auf, sodass sich die in der ersten Kammer 144 verbleibende Sauerstoffmenge vergrößert. Innerhalb des Grenzstrombereiches der Pumpzelle 110 wird der Pumpzellenstrom Ip annähernd konstant gehalten, sodass auch die in der ersten Kammer 144 verbleibende Sauerstoffmenge konstant gehalten wird. Der Überwachungszellenstrom Im ändert sich daher in der in 2(b) dargestellten Weise als Funktion der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp. Die die Änderung des Überwachungszellenstroms Im angebende Kennlinie besitzt einen Wendepunkt A, bei dem sich der Änderungsbetrag des Überwachungszellenstroms Im erheblich ändert. Der Wendepunkt A kann somit als Punkt definiert werden, bei dem die Steigung der Kennlinie einem vorgegebenen Referenzbetrag der Änderung des Überwachungszellenstroms Im entspricht.
  • Die Vp-Is-Abhängigkeit zwischen der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp und dem Sensorzellenstrom Is umfasst einen flachen Kennlinienbereich, in dem der Sensorzellenstrom Is unabhängig von der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp annähernd konstant gehalten wird. Wenn somit die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp auf einen Wert B eingestellt wird (der nachstehend auch als Regelpunkt bezeichnet ist), kann die Konzentration von NOx in den Abgasen genau gemessen werden. In diesem Falle weist der Wendepunkt A der Vp-Im-Kurve einen Abstand zu dem ebenen Bereich des Sensorzellenstroms Is auf, d. h., der Wendepunkt A ist in Bezug zu dem Regelpunkt B versetzt bzw. verschoben. Diese Verschiebung zwischen dem Wendepunkt A und dem Regelpunkt B ist ein Wert, der für jeden Gassensortyp festgelegt ist.
  • Auf Änderungen der Impedanz Rip der Pumpzelle 110, die auf bauelementbedingten Unterschieden oder Alterungserscheinungen des Gaskonzentrationssensors 100 beruhen, wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 3(a) bis 4(b) näher eingegangen. In den 3(a) bis 4(b) bezeichnen durchgezogene Kurven V-I-Kennlinien, wie sie in den 2(a) und 2(b) veranschaulicht sind. Gestrichelte Kurven bezeichnen V-I-Kennlinien bei einer Vergrößerung oder Verringerung der Pumpzellenimpedanz Rip.
  • Wenn sich die Impedanz Rip der Pumpzelle 110 vergrößert, führt dies zu einer Verringerung der Steigung der Vp-Ip-Kennlinie gemäß 3(a), sodass sich der Pumpzellenstrom Ip verringert. Dies führt zu einem Anstieg der in der ersten Kammer 144 verbleibenden Sauerstoffmenge. Der Überwachungszellenstrom Im und der Sensorzellenstrom Is ändern sich somit in der in 3(b) durch gestrichelte Kennlinien dargestellten Weise. Hierbei vergrößert sich der Sensorzellenstrom Is, was zu einer Vergrößerung des Fehlers bei der Bestimmung der Konzentration von NOx unter Verwendung des Sensorzellenstroms Is führt.
  • Wenn dagegen die Pumpzellenimpedanz Rip abnimmt, führt dies zu einer Zunahme der Steigung der Vp-Ip-Kennlinie, wie dies in 4(a) durch die gestrichelte Kennlinie veranschaulicht ist, sodass sich der Pumpzellenstrom Ip vergrößert. Dies führt zu einer Abnahme der in der ersten Kammer 144 verbleibenden Sauerstoffmenge. Der Überwachungszellenstrom Im und der Sensorzellenstrom Is ändern sich somit in der in 4(b) durch die gestrichelten Kennlinien veranschaulichten Weise. Hierbei nimmt der Sensorzellenstrom Is ab, was zu einer Vergrößerung des Fehlers bei der Bestimmung der Konzentration von NOx unter Verwendung des Sensorzellenstroms Is führt.
  • Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, führt eine unerwünschte Änderung der Impedanz Rip der Pumpzelle 110 zu einer Abnahme der Messgenauigkeit bei der Messung der Konzentration von NOx unter Verwendung des von der Sensorzelle 130 erzeugten Sensorzellenstroms Is.
  • Dies liegt im wesentlichen daran, dass eine Änderung der Pumpzellenimpedanz Rip zu einer Verschiebung des flachen Bereichs des Sensorzellenstroms Is führt, was wiederum eine größere Abweichung des Sensorzellenstroms Is zur Folge hat. Zur Vermeidung dieses Problems wird bei diesem Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrations-Messgerätes der Umstand ausgenutzt, dass die Korrelation zwischen dem Wendepunkt A der die Änderung des Überwachungszellenstroms Im in Abhängigkeit von Änderungen der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp angebenden Vp-Im-Kennlinie und dem flachen Bereich des Sensorzellenstroms Is unabhängig von einer Änderung der Pumpzellenimpedanz Rip festgelegt ist, indem die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in Abhängigkeit von der Lage des Wendepunkts A der Vp-Im-Kennlinie gesteuert wird.
  • Im einzelnen führt eine Änderung der in der ersten Kammer 144 verbleibenden Sauerstoffmenge zu einer Veränderung der Lage des Wendepunkts A der Vp-Im-Kennlinie, d. h., zu einer Differenz zwischen dem Wendepunkt A und dem Wert der an die Pumpzelle 110 angelegten Pumpzellen-Klemmenspannung Vp. Das Gaskonzentrations-Messgerät ist dahingehend ausgestaltet, unter Verwendung der Differenz zwischen dem Wendepunkt A und dem Wert der an die Pumpzelle 110 angelegten Pumpzellen-Klemmenspannung Vp eine derartige Änderung des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp oder eine derartige Korrektur der V-I-Abhängigkeit herbeizuführen, dass der Sensorzellenstrom Is innerhalb des flachen Bereichs erzeugt wird, wodurch die Abweichung bei der Bestimmung der Konzentration von NOx unterdrückt wird.
  • Nachstehend wird näher auf die Steuerung der an die Pumpzelle 110 anzulegenden Pumpzellen-Klemmenspannung Vp eingegangen. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Programms zur Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp, das von der Steuereinrichtung 170 in gleichmäßigen Intervallen von z. B. einigen Sekunden ausgeführt wird. Diese Korrekturzeit für die Pumpzellen-Klemmenspannung ist in Bezug auf eine Gaskonzentrations-Messzeit verschoben, bei der die Konzentration von NOx zyklisch gemessen wird. Im einzelnen wird während der Gaskonzentrations-Messzeit die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp als Funktion des Pumpzellenstroms Ip unter Verwendung der Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 zur Messung der Konzentration von NOx in Zyklen von z. B. 4 ms bestimmt. Wenn die Korrekturzeit für die Pumpzellen-Klemmenspannung eingegeben wird, verhindert das Gaskonzentrations-Messgerät die Messung der Konzentration von NOx und korrigiert die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp als Funktion von bauelementbedingten Unterschieden oder dem Ausmaß der Alterung des Gaskonzentrationssensors 100.
  • Nach Eintritt in das Programm gemäß 5 geht der Ablauf auf einen Schritt 101 über, bei dem ein Anfangswert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp durch eine Abfrage unter Verwendung der Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 gemäß 2(a) als Funktion des momentan gemessenen Pumpzellenstroms Ip bestimmt und der Pumpzelle 110 zugeführt wird.
  • Der Ablauf geht dann auf einen Schritt 102 über, bei dem die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in Bezug auf den Anfangswert mit einer gegebenen Amplitude ΔV sowohl zur positiven als auch zur negativen Seite hin abgelenkt wird (d. h., in Bereiche höherer und niedrigerer Werte). Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 103 über, bei dem die von der Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp bewirkte Änderung ΔIm des Überwachungszellenstroms Im gemessen wird. Die Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp erfolgt vorzugsweise in Zyklen von 200 ms oder weniger (d. h., 5 Hz oder mehr), wobei Zyklen von 100 ms oder weniger (d. h., 10 Hz oder mehr) noch vorteilhafter sind.
  • Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 104 über, bei dem ein Spannungskorrekturwert KV als Funktion der im Schritt 104 gemessenen Überwachungszellenstromänderung ΔIm durch Abfrage unter Verwendung einer Kennlinie bestimmt wird, wie sie in 6 veranschaulicht ist. Schließlich geht der Ablauf auf einen Schritt 105 über, bei dem die Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 unter Verwendung des Spannungskorrekturwertes KV zur Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp korrigiert wird.
  • Der Spannungskorrekturwert KV kann alternativ in einem Datensicherungs- oder Reservespeicher, wie einem Datensicherungs-RAM oder einem Flash-ROM gespeichert werden oder zur Korrektur der Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 verwendet werden. Die Spannungskorrekturwerte KV werden z. B. in dem Speicher während einer Vielzahl von Zyklen gespeichert. Wenn einige der im Speicher gespeicherten Spannungskorrekturwerte KV in einen vorgegebenen Bereich fallen, kann die Steuereinrichtung 170 festlegen, dass die Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 oder die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zu korrigieren ist. Hierdurch werden Fehler bei der Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp minimal gehalten.
  • Im Rahmen des Programms gemäß 5 kann die Festlegung, ob eine Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp durchzuführen ist oder nicht, erfolgen, indem die von der Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in den positiven Bereich und den negativen Bereich herrührenden Änderungen des Überwachungszellenstroms Im gemessen werden und bestimmt wird, ob sie im Wesentlichen identisch sind oder nicht. Wenn hierbei die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp innerhalb des flachen Bereichs des Überwachungszellenstroms Im liegt und weit vom Wendepunkt A entfernt ist, sind die durch die Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in sowohl den positiven als auch den negativen Bereich entstehenden Änderungen des Überwachungszellenstroms Im gewöhnlich gering und damit im wesentlichen identisch. Wenn dies den ursprünglichen Sensoreigenschaften des Gassensors 100 entspricht, kann die Steuereinrichtung 170 die Entscheidung treffen, dass keine Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp erforderlich ist, wenn die von der Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in den positiven und den negativen Bereich hervorgerufenen Änderungen des Überwachungszellenstroms Im im wesentlichen identisch sind, und dass eine Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zu erfolgen hat, wenn die Differenz zwischen den Änderungen des Überwachungszellenstroms Im größer als ein vorgegebener Wert ist.
  • Die Arbeitsweise der Steuereinrichtung 170 bei der Ausführung des Programms gemäß 5 wird nachstehend anhand eines Beispiels näher beschrieben.
  • Es sei angenommen, dass die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zu Beginn auf einen Spannungswert V1 eingestellt ist, wie dies in 7 veranschaulicht ist. Die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp wird sodann kurzzeitig sowohl zur positiven als auch zur negativen Seite des Spannungswertes V1 abgelenkt. Hierbei wird somit eine Sägezahnspannung der Pumpzelle 110 für eine vorgegebene kurze Zeitdauer zugeführt. Wenn eine bauelementbedingte Veränderung der Charakteristik bzw. Kennlinie des Gaskonzentrationssensors 100 oder Alterungserscheinungen des Gaskonzentrationssensors 100 vorliegen, liegt der Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im in der Nähe des Spannungswertes V1. Das Anlegen der Sägezahnspannung an die Pumpzelle 110 führt somit zu erheblichen Änderungen des Überwachungszellenstroms Im.
  • Wenn somit der Wendepunkt A nicht in der Nähe des Spannungswertes V1 liegt, führt die Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in der in 8(a) dargestellten Weise zu geringen Änderungen des Überwachungszellenstroms Im und des Sensorzellenstroms Is. In diesem Falle trifft die Steuereinrichtung 170 die Entscheidung, dass keine Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp erforderlich ist, und führt diese direkt der Pumpzelle 110 zu.
  • Wenn dagegen der Wendepunkt A in der Nähe des Spannungswertes V1 liegt, führt dies in der in 8(b) dargestellten Weise zu einer großen Differenz zwischen den bei der Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in den positiven und den negativen Bereich entstehenden Änderungen des Überwachungszellenstroms Im. In diesem Falle trifft die Steuereinrichtung 170 die Entscheidung, dass eine Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zu erfolgen hat, woraufhin der Spannungskorrekturwert KV zu der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp hinzuaddiert wird, um die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp vom Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im weg zu verschieben.
  • Wie vorstehend beschrieben, erfolgt die Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung sowohl in Richtung der positiven Seite als auch der negativen Seite des Spannungswertes V1, wodurch sich die Positionsbeziehung zwischen der Änderung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp und dem Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im sofort genau bestimmen lässt. Somit kann der Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im unabhängig von einer Veränderung genau lokalisiert werden. Die Ablenkung zu positiven und negativen Bereichen beschleunigt die Rückkehr bzw. Rückführung des Überwachungszellenstroms Im und des Sensorzellenstroms Is.
  • Alternativ kann die Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp auch nur entweder zur positiven Seite oder zur negativen Seite des Spannungswertes V1 erfolgen. So kann z. B. die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in der in 9 dargestellten Weise nur in den Bereichen niedrigerer Werte abgelenkt werden, um eine Änderung ΔIm des Überwachungszellenstroms Im zur Bestimmung des Spannungskorrekturwertes KV für die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zu ermitteln. Dies ermöglicht ebenfalls eine Messung des Sensorzellenstroms Is innerhalb des ebenen Bereiches der Vp-Is-Kennlinie gemäß 2(b), sodass die Messgenauigkeit bei der Messung der Konzentration von NOx nicht von bauelementbedingten Abweichungen und/oder Alterungserscheinungen des Gaskonzentrationssensors 100 beeinflusst wird.
  • Der bei der Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp sich ergebende Überwachungszellenstrom Im und Sensorzellenstrom Is kann gefiltert werden, um diese Ströme in eine Wellenform umzusetzen. Hierdurch besteht die Möglichkeit, die unter Verwendung des Überwachungszellenstroms Im und des Sensorzellenstroms Is erfolgende Messung der Konzentration von Sauerstoff und NOx unbeeinflusst von der Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp während der Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturzeit vorzunehmen.
  • Weiterhin kann die Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in positive und negative Bereiche mit verschiedenen Amplituden erfolgen. So kann z. B. die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in Bezug auf den Spannungswert V1 zunächst mit einer größeren Amplitude abgelenkt werden, wie dies in 10 durch die Bezugszahl 600 gekennzeichnet ist, woraufhin eine Ablenkung mit einer kleineren Amplitude erfolgt, wie dies in 10 durch die Bezugszahl 700 gekennzeichnet ist. Diese Reihenfolge kann umgekehrt werden. Durch Verwendung verschiedener Amplituden lässt sich ermitteln, wie weit der Wendepunkt des Überwachungszellenstroms Im vom flachen Bereich des Sensorzellenstroms Is entfernt liegt. Darüber hinaus kann die Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp auch mit mehr als zwei verschiedenen Amplituden erfolgen.
  • Nachstehend wird ein zweites Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrations-Messgerätes näher beschrieben, das sich vom ersten Ausführungsbeispiel dahingehend unterscheidet, dass die Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp nicht unter Verwendung des Überwachungszellenstroms Im, sondern unter Verwendung des Sensorzellenstroms Is erfolgt. Da die anderen Maßnahmen identisch sind, kann deren erneute Beschreibung entfallen.
  • Wie 2(b) zu entnehmen ist, besitzt die Vp-Is-Kennlinie des Sensorzellenstroms Is wie die Vp-Im-Kennlinie des Überwachungszellenstroms Im ebenfalls einen Wendepunkt C, bei dem sich der Änderungsbetrag des Sensorzellenstroms Is erheblich verändert. Dieses Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrations-Messgerätes ist derart ausgestaltet, dass die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp auf der Basis der Lagebeziehung zwischen dem Wendepunkt C und dem flachen Bereich, in dem sich der Sensorzellenstrom Is unabhängig von einer Änderung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp kaum verändert, gesteuert wird. Hierbei führt eine Änderung der in der ersten Kammer 144 verbleibenden Sauerstoffmenge zu einer Verschiebung des Wendepunktes C. Die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp wird als Funktion der Verschiebung des Wendepunktes C dahingehend korrigiert, dass der Sollwert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp innerhalb des flachen Bereichs liegt. Hierdurch wird die Messgenauigkeit bei der Messung der Konzentration von NOx unter Verwendung des Sensorzellenstroms Is aufrecht erhalten.
  • 11 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Korrekturprogramms für die Pumpzellen-Klemmenspannung, das von der Steuereinrichtung 170 beim zweiten Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrationssensors ausgeführt wird.
  • Zunächst wird in einem Schritt 201 ein Anfangswert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp durch eine Abfrage unter Verwendung der Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 gemäß 2(a) als Funktion des momentan gemessenen Pumpzellenstroms Ip bestimmt. Die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp wird sodann an die Pumpzelle 110 angelegt.
  • Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 202 über, bei dem die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp mit einer vorgegebenen Amplitude ΔV sowohl zur positiven als auch zur negativen Seite hin abgelenkt wird. Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 203 über, bei dem die sich aus der Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp ergebende Änderung ΔIs des Sensorzellenstroms Is gemessen wird. Die Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp erfolgt vorzugsweise in Zyklen von 200 ms oder weniger (d. h., 5 Hz oder mehr), wobei Zyklen von 100 ms oder weniger (d. h., 10 Hz oder mehr) noch vorteilhafter sind.
  • Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 204 über, in dem ein Spannungskorrekturwert KV als Funktion der im Schritt 203 gemessenen Sensorzellenstromänderung ΔIs durch einen Abfragevorgang unter Verwendung einer Kennlinie bestimmt wird, wie sie in 12 dargestellt ist. Schließlich geht der Ablauf auf einen Schritt 205 über, in dem die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp unter Verwendung des Spannungskorrekturwertes KV korrigiert wird.
  • Der Spannungskorrekturwert KV kann alternativ in einem Sicherungs- oder Reservespeicher, wie einem Sicherungs-RAM oder einem Flash-ROM, gespeichert oder zur Korrektur der Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 verwendet werden. Wenn hierbei in die Gaskonzentrations-Messzeit zur Messung der Konzentration von NOx eingetreten wird, korrigiert die Steuereinrichtung 170 die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp unter Verwendung des Spannungskorrekturwertes KV zur Bestimmung einer der Pumpzelle 110 zuzuführenden Endspannung oder bestimmt die Endspannung unter Verwendung der korrigierten Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1.
  • Bei dem Programm gemäß 11 kann die Beurteilung, ob eine Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp erforderlich ist oder nicht, getroffen werden, indem die sich bei der Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zur positiven Seite und zur negativen Seite ergebenden Änderungen des Sensorzellenstroms Is gemessen und bestimmt wird, ob sie im wesentlichen identisch sind oder nicht. Falls hierbei die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp innerhalb des flachen Bereichs des Sensorzellenstroms Is liegt und weit vom Wendepunkt C entfernt ist, treten normalerweise nur geringe Änderungen des Sensorzellenstroms Is bei der Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp sowohl zur positiven als auch zur negativen Seite auf. Wenn dies den ursprünglichen Sensoreigenschaften des Gaskonzentrationssensors 100 entspricht, kann die Steuereinrichtung 170 die Entscheidung treffen, dass keine Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp erforderlich ist, wenn die Änderungen des Sensorzellenstroms Is bei der Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zur positiven und zur negativen Seite im wesentlichen identisch sind, während eine Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp für erforderlich gehalten wird, wenn die Differenz zwischen den Änderungen des Sensorzellenstroms Is größer als ein vorgegebener Wert ist.
  • Nachstehend wird die Arbeitsweise der Steuereinrichtung 170 bei der Ausführung des Programms gemäß 11 anhand eines Beispiels näher beschrieben.
  • Es sei angenommen, dass die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zu Beginn auf einen Spannungswert V1 eingestellt ist, wie dies in 7 dargestellt ist. Die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp wird sowohl zur positiven als auch zur negativen Seite des Spannungswertes V1 kurzzeitig in der gleichen Weise abgelenkt, wie dies vorstehend in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist. Somit wird der Pumpzelle 110 für eine kurze Zeitdauer eine Sägezahnspannung zugeführt. Wenn bauelementbedingte Abweichungen des Gaskonzentrationssensors 100 oder Alterungserscheinungen des Gaskonzentrationssensors 100 vorliegen, liegt der Wendepunkt C des Sensorzellenstroms Is in der Nähe des Spannungswertes V1. Das Anlegen der Sägezahnspannung an die Pumpzelle 110 führt somit zu großen Änderungen des Sensorzellenstroms Is.
  • Wenn dagegen der Wendepunkt C nicht in der Nähe des Spannungswertes V1 liegt, führt die Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in der in 13(a) dargestellten Weise nur zu geringen Änderungen des Überwachungszellenstroms Im und des Sensorzellenstroms Is. In diesem Falle trifft die Steuereinrichtung 170 die Entscheidung, dass keine Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp erforderlich ist, und führt sie direkt der Pumpzelle 110 zu.
  • Wenn hingegen der Wendepunkt C in der Nähe des Spannungswertes V1 liegt, führt dies in der in 13(b) dargestellten Weise zu großen Unterschieden zwischen den jeweiligen Änderungen des Überwachungszellenstroms Im und des Sensorzellenstroms Is bei der Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zur positiven und zur negativen Seite. In diesem Falle trifft die Steuereinrichtung 170 die Entscheidung, dass eine Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp erforderlich ist, und addiert den Spannungskorrekturwert KV zu der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp hinzu, um die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp vom Wendepunkt C des Sensorzellenstroms Is weg zu verschieben (d. h., in der Zeichnung zur positiven Seite hin).
  • Wie vorstehend beschrieben, erfolgt die Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung sowohl in Richtung der positiven als auch in Richtung der negativen Seite des Spannungswertes V1, wodurch eine sofortige genaue Bestimmung der Lagebeziehung zwischen dem Anfangswert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp und dem Wendepunkt C des Sensorzellenstroms Is ermöglicht wird. Hierdurch kann der Wendepunkt C des Sensorzellenstroms Is unabhängig von einer Veränderung genau lokalisiert werden. Die Ablenkung zur positiven und negativen Seite beschleunigt die Rückkehr bzw. Rückführung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp auf einen Sollwert.
  • Alternativ kann die Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp auch nur entweder zur positiven oder zur negativen Seite des Spannungswertes V1 erfolgen. So kann z. B. die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in der in 14 dargestellten Weise nur zu niedrigeren Werten hin abgelenkt werden, um eine Änderung ΔIs des Sensorzellenstroms Is zur Bestimmung des Spannungskorrekturwertes KV der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zu ermitteln.
  • Die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp kann auch mit verschiedenen Amplituden zur positiven und negativen Seite abgelenkt werden, wie dies in Verbindung mit 10 beschrieben worden ist.
  • Der bei der Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp erhaltene Überwachungszellenstrom Im und Sensorzellenstrom Is kann wie im Falle des ersten Ausführungsbeispiels gefiltert werden, um diese Ströme in eine Wellenform umzusetzen. Auf diese Weise kann die Konzentration von Sauerstoff und NOx unter Verwendung des Überwachungszellenstroms Im und des Sensorzellenstroms Is unbeeinflusst von der Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp während der Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturzeit gemessen werden.
  • Nachstehend wird ein drittes Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrations-Messgerätes näher beschrieben, das sich vom ersten Ausführungsbeispiel dahingehend unterscheidet, dass die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp zur Konstanthaltung der Änderung ΔIm des Überwachungszellenstroms Im gesteuert wird. Da die anderen Maßnahmen identisch sind, kann ihre erneute Beschreibung entfallen.
  • 15 zeigt ein Ablaufdiagramm eines von der Steuereinrichtung 170 ausgeführten Steuerprogramms für die Pumpzellen-Klemmenspannung.
  • Nach Eintritt in das Programm geht der Ablauf auf einen Schritt 301 über, in dem ein Anfangswert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp durch einen Abfragevorgang unter Verwendung der Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 gemäß 2(a) als Funktion des momentan gemessenen Pumpzellenstroms Ip bestimmt und an die Pumpzelle 110 angelegt wird.
  • Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 302 über, in dem ermittelt wird, ob eine vorgegebene Zeitdauer verstrichen ist oder nicht. Im einzelnen wird hierbei ermittelt, ob bei einer durchzuführenden Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp eine Korrekturzeit erreicht worden ist oder nicht. Wenn dies zutrifft, geht der Ablauf auf einen Schritt 303 über, bei dem die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp mit einer vorgegebenen Amplitude ΔV sowohl zur positiven als auch zur negativen Seite hin abgelenkt wird. Der Ablauf geht dann auf einen Schritt 304 über, bei dem die sich bei der Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp ergebende Änderung ΔIm des Überwachungszellenstroms Im gemessen wird. Die Ablenkung der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp erfolgt vorzugsweise in Zyklen von 200 ms oder weniger (d. h., 5 Hz oder mehr), wobei Zyklen von 100 ms oder weniger (d. h., 10 Hz oder mehr) noch vorteilhafter sind.
  • Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt 305 über, in dem die Beurteilung erfolgt, ob die Überwachungszellenstromänderung ΔIm kleiner als ein unterer Grenzwert eines vorgegebenen Überwachungszellenstrom-Steuerbereichs ist oder nicht. Wenn dies zutrifft, was beinhaltet, dass die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp unerwünschterweise weit vom Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im entfernt liegt, geht der Ablauf auf einen Schritt 306 über, in dem ein negativer Korrekturwert gebildet wird, der zur Verringerung eines Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp dient, der als Funktion des Pumpzellenstroms Ip durch einen Abfragevorgang unter Verwendung der Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 bestimmt worden ist.
  • Wenn dagegen im Schritt 305 ein unzutreffendes Ergebnis erhalten wird, was beinhaltet, dass die Überwachungszellenstromänderung ΔIm größer als der untere Grenzwert des Überwachungszellenstrom-Steuerbereichs ist, geht der Ablauf auf einen Schritt 307 über, in dem beurteilt wird, ob die Überwachungszellenstromänderung ΔIm größer als ein oberer Grenzwert des Überwachungszellenstrom-Steuerbereichs ist oder nicht. Wenn dies zutrifft, was beinhaltet, dass die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp unerwünscht nahe am Wendepunkt A des Überwachungszellenstroms Im liegt, geht der Ablauf auf einen Schritt 308 über, in dem ein positiver Korrekturwert gebildet wird, der zur Vergrößerung eines Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp dient, der als Funktion des Pumpzellenstroms Ip durch einen Abfragevorgang unter Verwendung der Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 bestimmt worden ist.
  • Nachstehend wird die Arbeitsweise der Steuereinrichtung 170 bei der Ausführung des Programms gemäß 15 anhand eines Beispiels näher beschrieben.
  • 16(a) veranschaulicht den Fall, dass die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp weit vom Wendepunkt A entfernt ist, sodass die Überwachungszellenstromänderung ΔIm kleiner als der untere Grenzwert des Überwachungszellenstrom-Steuerbereichs ist. In diesem Falle wird im Schritt 305 gemäß 15 eine zutreffende Antwort erhalten. Im Schritt 306 wird der Wert der an die Pumpzelle 110 anzulegenden Pumpzellen-Klemmenspannung Vp verringert. 16(b) veranschaulicht den Fall, dass die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in einem gewünschten Abstand vom Wendepunkt A liegt, sodass die Überwachungszellenstromänderung ΔIm innerhalb des Überwachungszellenstrom-Steuerbereichs liegt. In diesem Falle werden in den beiden Schritten 305 und 307 negative Antworten erhalten. Die unter Verwendung der Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 bestimmte Pumpzellen-Klemmenspannung Vp wird daher direkt der Pumpzelle 110 zugeführt. 16(c) veranschaulicht den Fall, dass die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in der Nähe des Wendepunkts A liegt, sodass die Überwachungszellenstromänderung ΔIm größer als der obere Grenzwert des Überwachungszellenstrom-Steuerbereichs ist. In diesem Falle wird im Schritt 307 eine positive Antwort erhalten und im Schritt 308 der Wert der an die Pumpzelle 110 anzulegenden Pumpzellen-Klemmenspannung Vp erhöht.
  • Die in den Schritten 306 und 307 gebildeten Korrekturwerte können vorgegebene Festwerte sein, die zwischen 1 mV und 100 mV liegen, oder können alternativ als Funktion der Überwachungszellenstromänderung ΔIm bestimmt werden. Der Überwachungszellenstrom-Steuerbereich wird vorzugsweise in Abhängigkeit vom Wert des Überwachungszellenstroms Im bestimmt und beträgt z. B. 0,1 μA bis 0,2 μA.
  • Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, wird bei diesem Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrations-Messgerätes der Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp dahingehend korrigiert, dass die Überwachungszellenstromänderung ΔIm innerhalb des Sollbereiches gehalten wird, sodass die Genauigkeit der Gaskonzentrationsmessung nicht von bauelementbedingten Abweichungen und Alterungserscheinungen des Gaskonzentrationssensors 100 beeinflusst wird.
  • Alternativ kann das Gaskonzentrations-Messgerät derart ausgestaltet sein, dass eine Änderung des Sensorzellenstroms Is überwacht und diese Änderung anstelle der Überwachungszellenstromänderung ΔIm zur Korrektur des Wertes der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp in der vorstehend beschriebenen Weise verwendet wird.
  • Nachstehend wird ein viertes Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrations-Messgeräts näher beschrieben, das zur Bestimmung des Ausmaßes einer Verschlechterung der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors 100 auf der Basis des Wendepunktes A des Überwachungszellenstroms Im ausgestaltet ist.
  • Üblicherweise hat eine Alterung oder Verschlechterung der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors 100 eine Verschiebung des Wendepunktes des Überwachungszellenstroms Im zur Folge. Mit fortschreitender Verschlechterung der Eigenschaften tritt eine immer größere Verschiebung des Wendepunktes auf. Hierbei wird der Wendepunkt des Überwachungszellenstroms Im zu höheren Werten der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp mit fortschreitender Verschlechterung der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors 100 verschoben. So verschiebt sich z. B. der Wendepunkt des Überwachungszellenstroms Im mit fortschreitender Verschlechterung der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors 100 in der in 17(b) dargestellten Weise von M1 nach M2.
  • Die Steuereinrichtung 170 lenkt die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp vorübergehend zumindest entweder zur positiven Seite oder zur negativen Seite hin ab und verwendet den sich ergebenden Wert des Überwachungszellenstroms Im zur Bestimmung des Ausmaßes der Verschlechterung des Gaskonzentrationssensors 100. Wenn z. B. der Wert des Überwachungszellenstroms Im größer geworden ist, entscheidet die Steuereinrichtung 170, dass der Wendepunkt des Überwachungszellenstroms Im unerwünscht nahe bei dem unter Verwendung der Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1 bestimmten Wert der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp liegt, und gibt ein Warnsignal ab, wenn sich das Ausmaß bzw. der Betrag der Verschlechterung über einen zulässigen Bereich hinaus vergrößert.
  • Alternativ lässt sich das Ausmaß der Verschlechterung des Gaskonzentrationssensors 100 durch Verwendung der Verschiebung des Wendepunktes des Sensorzellenstroms Is anstelle der Verschiebung des Wendepunktes des Überwachungszellenstroms Im bestimmen. Dies beruht auf dem Umstand, dass sich der Wendepunkt des Sensorzellenstroms Is mit fortschreitender Verschlechterung des Gaskonzentrationssensors 100 zu höheren Werten der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp hin in der in 18(b) dargestellten Weise von S1 nach S2 verschiebt. Die Steuereinrichtung 170 lenkt die Pumpzellen-Klemmenspannung Vp vorübergehend zumindest entweder zur positiven oder zur negativen Seite hin ab und verwendet den sich ergebenden Wert des Sensorzellenstroms Is zur Bestimmung des Ausmaßes der Verschlechterung des Gaskonzentrationssensors 100.
  • Dieses Ausführungsbeispiel des Gaskonzentrations-Messgerätes kann derart ausgestaltet sein, dass lediglich die Verschlechterung der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors 100 ermittelt wird, ohne eine Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp unter Verwendung des Überwachungszellenstroms Im und des Sensorzellenstroms Is vorzunehmen.
  • Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erfolgt die Bestimmung eines Anfangssollwertes der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp durch einen Abfragevorgang unter Verwendung der Sollwert-Klemmenspannungskennlinie LX1, jedoch kann ein solcher Anfangssollwert auch fest vorgegeben sein oder schrittweise als Funktion der Sauerstoffkonzentration bestimmt werden.
  • Die Korrektur der Pumpzellen-Klemmenspannung Vp und/oder die Bestimmung einer Verschlechterung der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors 100 kann nur beim Starten der Brennkraftmaschine oder beim Abschalten bzw. im Stillstand der Brennkraftmaschine erfolgen. In diesem Falle werden diese Vorgänge ohne eine Gaskonzentrationsmessung durchgeführt.
  • Bei jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele des Gaskonzentrations-Messgerätes kann auch ein mehrzelliger Gaskonzentrationssensor Verwendung finden, der mehr als drei Zellen aufweist. So kann z. B. ein Gaskonzentrationssensor verwendet werden, der mit zwei Pumpzellen ausgestattet ist.
  • Ferner kann bei jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele ein Gaskonzentrationssensor verwendet werden, der dahingehend ausgestaltet ist, dass O2 in den Messgasen über eine Pumpzelle abgebaut und abgegeben wird und HC oder CO, das in den Gasen nach dem Abbau von O2 enthalten ist, über eine Sensorzelle abgebaut wird. Ferner kann das Gaskonzentrations-Messgerät bei jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele auch zur Messung der Konzentration von anderen Gasen als den Abgasen der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs verwendet werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, umfasst das Gaskonzentrations-Messgerät einen Gassensor, der aus zumindest einer Pumpzelle, einer Sensorzelle und einer Überwachungszelle besteht. Das Gaskonzentrations-Messgerät fragt eine vorgegebene Spannungs-Strom-Relation ab zur Bestimmung eines Anfangswertes einer an die Pumpzelle anzulegenden Spannung als Funktion des Ausgangsstroms der Pumpzelle, führt diesen Anfangswert der Spannung der Pumpzelle zu und lenkt ihn zeitweilig ab bzw. verschiebt ihn vorübergehend. Das Gaskonzentrations-Messgerät korrigiert sodann den Anfangswert der Spannung als Funktion des Ausgangsstroms der Überwachungszelle beim Ablenken des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung, wodurch die Genauigkeit der Gaskonzentrationsmessung nicht unter z. B. Alterungserscheinungen des Sensors leidet.

Claims (32)

  1. Gaskonzentrations-Messgerät, mit: einem Gaskonzentrationssensor mit einer Gaskammer, die zur Einleitung von Gasen eingerichtet ist, einer Pumpzelle, die so eingerichtet ist, dass sie in Abhängigkeit vom Anlegen einer Spannung in den Gasen enthaltene Sauerstoffmoleküle selektiv aus der Gaskammer herauspumpt und in die Gaskammer hineinpumpt und einen Pumpzellenstrom erzeugt, einer Sensorzelle, die so eingerichtet ist, dass sie einen Sensorzellenstrom erzeugt, der die Konzentration eines in den durch die Pumpzelle hindurch getretenen Gasen enthaltenen spezifischen Gasbestandteils angibt, und einer Überwachungszelle, die so eingerichtet ist, dass sie einen Überwachungszellenstrom erzeugt, der die Konzentration von Sauerstoff-Restmolekülen in der Gaskammer angibt, eine Pumpzellen-Klemmenspannungsbestimmungsschaltung, die so eingerichtet ist, dass sie eine vorgegebene Spannungs-Strom-Beziehung abfragt zur Bestimmung eines Anfangswertes der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung als Funktion des von der Pumpzelle erzeugten Pumpzellenstroms, und eine Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung, die so eingerichtet ist, dass sie den Anfangswert der Spannung an die Pumpzelle anlegt und den Anfangswert zumindest entweder zu höheren oder zu niedrigeren Werten hin ablenkt, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung so eingerichtet ist, dass sie den Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung als Funktion des Betrages des von der Überwachungszelle bei einer Ablenkung des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung erzeugten Überwachungszellenstroms korrigiert.
  2. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 1, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung so eingerichtet ist, dass sie eine Differenz bestimmt zwischen dem Wert der an die Pumpzelle angelegten Spannung an einem Wendepunkt einer die Beziehung zwischen der an die Pumpzelle angelegten Spannung und dem sich ergebenden Wert des von der Überwachungszelle erzeugten Überwachungszellenstroms angebenden Pumpzellenklemmenspannungs-Überwachungszellenstrom-Kennlinie und dem auf dem Wert des bei der Ablenkung der an die Pumpzelle angelegten Spannung erzeugten Überwachungszellenstroms basierenden Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung, wobei der Wendepunkt durch den Wert der an die Pumpzelle angelegten Spannung definiert ist, bei dem der Änderungsbetrag des Überwachungszellenstroms einen vorgegebenen Wert überschreitet, und wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung so eingerichtet ist, dass sie den Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung auf der Basis der bestimmten Differenz korrigiert.
  3. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 1, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung so eingerichtet ist, dass sie den Anfangswert der Spannung nur entweder zu höheren oder zu niedrigeren Werten hin ablenkt und den Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung als Funktion des Betrages des bei der Ablenkung des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung erzeugten Überwachungszellenstroms korrigiert.
  4. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 1, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung so eingerichtet ist, dass sie den Anfangswert der Spannung sowohl zu höheren Werten als auch zu niedrigeren Werten hin ablenkt und den Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung als Funktion des Betrages des bei der Ablenkung des Anfangswerts der an die Pumpzelle angelegten Spannung erzeugten Überwachungszellenstroms korrigiert.
  5. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 1, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung so eingerichtet ist, dass sie den Anfangswert der Spannung aufeinanderfolgend sowohl zu höheren als auch zu niedrigeren Werten hin zur jeweiligen Messung der sich ergebenden Änderungen des Überwachungszellenstroms ablenkt und die Änderungen miteinander vergleicht, um als Funktion der Differenz zwischen den Änderungen zu bestimmen, ob der Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung zu korrigieren ist oder nicht.
  6. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 1, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung so eingerichtet ist, dass sie den Anfangswert der Spannung aufeinanderfolgend sowohl zu höheren Werten als auch zu niedrigeren Werten zur jeweiligen Messung der sich ergebenden Änderungen des Überwachungszellenstroms ablenkt und bei unterschiedlichen Änderungen zueinander sowie in Bezug auf die anfänglich bei dem Gaskonzentrationssensor aufgetretenen Änderungen den Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung in die entgegengesetzte Richtung in Bezug zu der Richtung verschiebt, in der der Überwachungszellenstrom bei einer Änderung der an die Pumpzelle angelegten Spannung ansteigt.
  7. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 1, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung so eingerichtet ist, dass sie einen Spannungskorrekturwert bestimmt, der zur Korrektur des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung als Funktion des sich bei der Ablenkung des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung ergebenden Überwachungszellenstroms verwendet wird, und den Spannungskorrekturwert in einem Sicherungsspeicher abspeichert.
  8. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 1, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung so eingerichtet ist, dass sie einen Spannungskorrekturwert als Funktion des bei der Ablenkung des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung erhaltenen Überwachungszellenstroms bestimmt und die vorgegebene Spannungs-Strom-Beziehung korrigiert.
  9. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 1, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung so eingerichtet ist, dass sie die an die Pumpzelle angelegte Spannung derart steuert, dass der Wert des bei der Ablenkung des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung erzeugten Überwachungszellenstroms innerhalb eines vorgegebenen Regelbereichs liegt.
  10. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 9, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung so eingerichtet ist, dass sie die an die Pumpzelle angelegte Spannung vergrößert oder verkleinert, wenn der Wert des bei der Ablenkung des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung erzeugten Überwachungszellenstroms außerhalb des vorgegebenen Regelbereichs liegt.
  11. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 1, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung so eingerichtet ist, dass sie den Anfangswert der Spannung aufeinanderfolgend mit verschiedenen Amplituden zur Messung der sich ergebenden Änderungen des Überwachungszellenstroms ablenkt und den Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung auf der Basis der Änderungen des Überwachungszellenstroms korrigiert.
  12. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 1, ferner mit einer Verschlechterungsbestimmungsschaltung, die so eingerichtet ist, dass sie den Grad einer Verschlechterung der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors auf der Basis des Betrages des von der Überwachungszelle bei der Ablenkung des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung erzeugten Überwachungszellenstroms bestimmt.
  13. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 1, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungsbestimmungsschaltung so eingerichtet ist, dass sie den Anfangswert der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung als Funktion des von der Pumpzelle erzeugten Pumpzellenstroms durch einen Abfragevorgang unter Verwendung der vorgegebenen Spannungs-Strom-Beziehung zur Bestimmung der Konzentration des spezifischen Gasbestandteils in einem Gaskonzentrations-Messzyklus festlegt, und die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung so eingerichtet ist, dass sie den Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung in einem Korrekturzyklus korrigiert, der keine Koinzidenz mit dem Gaskonzentrations-Messzyklus aufweist.
  14. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 1, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung so eingerichtet ist, dass sie den Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung ablenkt und die sich ergebenden Werte des Überwachungszellenstroms und des Sensorzellenstroms zur Umsetzung ihrer Wellenform gefiltert werden.
  15. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 1, wobei der Gaskonzentrationssensor so eingerichtet ist, dass er eine spezifische Gaskomponente in den Abgasen der Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen misst, und die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung so eingerichtet ist, dass sie zumindest entweder beim Starten oder im Stillstand der Brennkraftmaschine betrieben wird.
  16. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 12, wobei der Gaskonzentrationssensor so eingerichtet ist, dass er eine spezifische Gaskomponente in den Abgasen der Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen misst, und die Verschlechterungsbestimmungsschaltung so eingerichtet ist, dass sie zumindest entweder beim Starten oder im Stillstand der Brennkraftmaschine betrieben wird.
  17. Gaskonzentrations-Messgerät, mit: einem Gaskonzentrationssensor mit einer Gaskammer, die zur Einleitung von Gasen eingerichtet ist, einer Pumpzelle, die so eingerichtet ist, dass sie in Abhängigkeit vom Anlegen einer Spannung in den Gasen enthaltene Sauerstoffmoleküle selektiv aus der Gaskammer herauspumpt und in die Gaskammer hineinpumpt und einen Pumpzellenstrom erzeugt, einer Sensorzelle, die so eingerichtet ist, dass sie einen Sensorzellenstrom erzeugt, der die Konzentration eines in den durch die Pumpzelle hindurch getretenen Gasen enthaltenen spezifischen Gasbestandteils angibt, und einer Überwachungszelle, die so eingerichtet ist, dass sie einen Überwachungszellenstrom erzeugt, der die Konzentration von Sauerstoff-Restmolekülen in der Gaskammer angibt, einer Pumpzellen-Klemmenspannungsbestimmungsschaltung, die so eingerichtet ist, dass sie eine vorgegebene Spannungs-Strom-Beziehung abfragt zur Bestimmung eines Anfangswertes der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung als Funktion des von der Pumpzelle erzeugten Pumpzellenstroms, und eine Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung, die so eingerichtet ist, dass sie den Anfangswert der Spannung an die Pumpzelle anlegt und den Anfangswert zumindest entweder zu höheren oder zu niedrigeren Werten hin ablenkt, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung so eingerichtet ist, dass sie den Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung als Funktion des Betrages des von der Sensorzelle bei einer Ablenkung des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung erzeugten Sensorzellenstroms korrigiert.
  18. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 17, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung so eingerichtet ist, dass sie eine Differenz bestimmt zwischen dem Wert der an die Pumpzelle angelegten Spannung an einem Wendepunkt einer die Beziehung zwischen der an die Pumpzelle angelegten Spannung und dem sich ergebenden Wert des von der Sensorzelle erzeugten Sensorzellenstroms angebenden Pumpzellenklemmenspannungs-Sensorzellenstrom-Kennlinie und dem auf dem Wert des bei der Ablenkung der an die Pumpzelle angelegten Spannung erzeugten Sensorzellenstroms basierenden Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung, wobei der Wendepunkt durch den Wert der an die Pumpzelle angelegten Spannung definiert ist, bei dem der Änderungsbetrag des Sensorzellenstroms einen vorgegebenen Wert überschreitet, und wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung so eingerichtet ist, dass sie den Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung auf der Basis der bestimmten Differenz korrigiert.
  19. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 17, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung so eingerichtet ist, dass sie den Anfangswert der Spannung nur entweder zu höheren oder zu niedrigeren Werten hin ablenkt und den Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung als Funktion des Betrages des bei der Ablenkung des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung erzeugten Sensorzellenstroms korrigiert.
  20. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 17, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung so eingerichtet ist, dass sie den Anfangswert der Spannung sowohl zu höheren Werten als auch zu niedrigeren Werten hin ablenkt und den Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung als Funktion des Betrages des bei der Ablenkung des Anfangswerts der an die Pumpzelle angelegten Spannung erzeugten Sensorzellenstroms korrigiert.
  21. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 17, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung so eingerichtet ist, dass sie den Anfangswert der Spannung aufeinanderfolgend sowohl zu höheren als auch zu niedrigeren Werten hin zur jeweiligen Messung der sich ergebenden Änderungen des Sensorzellenstroms ablenkt und die Änderungen miteinander vergleicht, um als Funktion der Differenz zwischen den Änderungen zu bestimmen, ob der Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung zu korrigieren ist oder nicht.
  22. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 17, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung so eingerichtet ist, dass sie den Anfangswert der Spannung aufeinanderfolgend sowohl zu höheren Werten als auch zu niedrigeren Werten zur jeweiligen Messung der sich ergebenden Änderungen des Sensorzellenstroms ablenkt und bei unterschiedlichen Änderungen zueinander sowie in Bezug auf die anfänglich bei dem Gaskonzentrationssensor aufgetretenen Änderungen den Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung in die entgegengesetzte Richtung in Bezug zu der Richtung verschiebt, in der der Sensorzellenstrom bei einer Änderung der an die Pumpzelle angelegten Spannung ansteigt.
  23. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 17, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung so eingerichtet ist, dass sie einen Spannungskorrekturwert bestimmt, der zur Korrektur des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung als Funktion des sich bei der Ablenkung des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung ergebenden Sensorzellenstroms verwendet wird, und den Spannungskorrekturwert in einem Sicherungsspeicher abspeichert.
  24. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 17, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung so eingerichtet ist, dass sie einen Spannungskorrekturwert als Funktion des bei der Ablenkung des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung erhaltenen Sensorzellenstroms bestimmt und die vorgegebene Spannungs-Strom-Beziehung korrigiert.
  25. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 17, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung so eingerichtet ist, dass sie die an die Pumpzelle angelegte Spannung derart steuert, dass der Wert des bei der Ablenkung des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung erzeugten Sensorzellenstroms innerhalb eines vorgegebenen Regelbereichs liegt.
  26. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 25, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung so eingerichtet ist, dass sie die an die Pumpzelle angelegte Spannung vergrößert oder verkleinert, wenn der Wert des bei der Ablenkung des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung erzeugten Sensorzellenstroms außerhalb des vorgegebenen Regelbereichs liegt.
  27. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 17, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung so eingerichtet ist, dass sie den Anfangswert der Spannung aufeinanderfolgend mit verschiedenen Amplituden zur Messung der sich ergebenden Änderungen des Sensorzellenstroms ablenkt und den Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung auf der Basis der Änderungen des Sensorzellenstroms korrigiert.
  28. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 17, ferner mit einer Verschlechterungsbestimmungsschaltung, die so eingerichtet ist, dass sie den Grad einer Verschlechterung der Eigenschaften des Gaskonzentrationssensors auf der Basis des Betrages des von der Sensorzelle bei der Ablenkung des Anfangswertes der an die Pumpzelle angelegten Spannung erzeugten Sensorzellenstroms bestimmt.
  29. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 17, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungsbestimmungsschaltung so eingerichtet ist, dass sie den Anfangswert der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung als Funktion des von der Pumpzelle erzeugten Pumpzellenstroms durch einen Abfragevorgang unter Verwendung der vorgegebenen Spannungs-Strom-Beziehung zur Bestimmung der Konzentration des spezifischen Gasbestandteils in einem Gaskonzentrations-Messzyklus festlegt, und die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung so eingerichtet ist, dass sie den Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung in einem Korrekturzyklus korrigiert, der keine Koinzidenz mit dem Gaskonzentrations-Messzyklus aufweist.
  30. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 17, wobei die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung so eingerichtet ist, dass sie den Anfangswert der an die Pumpzelle angelegten Spannung ablenkt und die sich ergebenden Werte des Überwachungszellenstroms und des Sensorzellenstroms zur Umsetzung ihrer Wellenform gefiltert werden.
  31. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 17, wobei der Gaskonzentrationssensor so eingerichtet ist, dass er eine spezifische Gaskomponente in den Abgasen der Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen misst und die Pumpzellen-Klemmenspannungskorrekturschaltung zumindest entweder beim Starten oder im Stillstand der Brennkraftmaschine betrieben wird.
  32. Gaskonzentrations-Messgerät nach Anspruch 28, wobei der Gaskonzentrationssensor so eingerichtet ist, dass er eine spezifische Gaskomponente in den Abgasen der Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen misst, und die Verschlechterungsbestimmungsschaltung so eingerichtet ist, dass sie zumindest entweder beim Starten oder im Stillstand der Brennkraftmaschine betrieben wird.
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