DE19822801A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Gaskonzentrationserfassung sowie Herstellungsverfahren für die Vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gaskonzentration-Erfassungs-Vor­ richtung und ein zugehöriges Verfahren sowie ein Her­ stellungsverfahren für die Vorrichtung.

Die Vorrichtung und das Verfahren nutzen einen Gaskonzen­ trationssensor zum Ausgeben eines Stromsignals entspre­ chend einer Gaskonzentration eines zu erfassenden Gases, wenn eine Spannung angelegt wird. Die Vorrichtung und das Verfahren sind beispielsweise ausgestaltet als eine Gas­ konzentration-Erfassungsvorrichtung, die auf ein Gaskon­ zentration-Rückkopplungssteuersystem einer in einem Fahr­ zeug eingesetzten Brennkraftmaschine angewandt wird.

Für die Anwendung in einem Fahrzeug ist bereits eine Gas­ konzentration-Erfassungsvorrichtung, die einen Gaskonzen­ trationssensor verwendet, vorgeschlagen worden. Als ein Beispiel hierfür ist eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Er­ fassungsvorrichtung, die einen Luft/Kraftstoff-Verhält­ nis-Sensor verwendet, bekannt.

Bei einer Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung einer in einem Fahrzeug eingebauten Brennkraftmaschine bestand beispielsweise in den vergangenen Jahren ein Bedarf nach einer verbesserten Genauigkeit der Steuerung sowie ein Bedarf nach einem Übergang auf eine Magerverbrennung bzw. Magergemischverbrennung. Um diesem Bedarf zu entsprechen, wurden ein linearer Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor zum Erfassen des Luft/Kraftstoffverhältnisses eines der Brennkraftmaschine zugeführten Luft/Kraftstoffgemischs (der Konzentration von Sauerstoff im Abgas) linear über einen weiten Bereich sowie eine den Sensor verwendende Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsvorrichtung imple­ mentiert. Bei einem solchen Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Sensor, beispielsweise einem nach dem Grenzstromprinzip arbeitenden Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor, wird ein Bereich zum Erfassen eines Grenzstroms in Übereinstimmung mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis (der Konzentration von Sauerstoff) zu dieser Zeit verschoben, wie allgemein be­ kannt ist.

Der nach dem Grenzstromprinzip arbeitende Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis-Sensor besitzt Ausgangscharakteristiken, in welchen der Bereich zum Erfassen eines Grenzstroms um so weiter auf die Seite einer positiven Spannung verscho­ ben wird, je weiter sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis hin zu dem Magerbereich bewegt. Je weiter sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf die Anreicherungsseite be­ wegt, desto weiter wird der Bereich zum Erfassen eines Grenzstroms auf die Seite einer negativen Spannung ver­ schoben. Demzufolge ist es dann, wenn die angelegte Span­ nung auf einen festen Wert festgelegt gehalten wird, wenn sich das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis ändert, unmöglich, ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch Verwenden des Be­ reichs zum Erfassen eines Grenzstroms genau zu erfassen. Bei einer herkömmlichen, gewöhnlichen Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Erfassungsvorrichtung wird daher die an den Sensor angelegte Spannung, d. h. der Sensorstrom, in Über­ einstimmung mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu jedem Zeitpunkt variiert (vgl. beispielsweise die japanischen Patent-Offenlegungsschriften Nr. Sho-61-237047 und Nr. Sho-61-280560). In diesem Fall wird die angelegte Span­ nung auf der Grundlage einer Anlegespannungskennlinie Lx gemäß Fig. 3 gesteuert. Durch Steuern der angelegten Spannung auf diese Art und Weise kann ein gewünschter Sensorstrom (Grenzstrom) immer erfaßt werden.

Die Schaltungsanordnung einer Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Er­ fassungsvorrichtung, die herkömmlich vorwiegend imple­ mentiert wird, ist in Fig. 22 gezeigt. Gemäß dem Diagramm wird eine Referenzspannung Va, die durch eine Referenz­ spannungsschaltung 84 erzeugt wird, an einen Anschluß 82 eines Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 81 angelegt, und wird eine Anweisungsspannung Vb, die von einem Digital/­ Analog-Umsetzer 87 ausgegeben wird, an einen anderen An­ schluß 83 angelegt. Die Anweisungsspannung Vb wird durch eine (nicht gezeigte) zentrale Verarbeitungsschaltung oder CPU in Übereinstimmung mit einem Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis zu jeder Zeit variabel gesteuert. Nachstehend wird der Schaltungsaufbau kurz beschrieben. Die vorbe­ stimmte Referenzspannung Va, die durch die Referenzspan­ nungsschaltung 84 erzeugt wird, wird durch eine Verstär­ kungsschaltung 85 verstärkt. Dieselbe Spannung Va wie die Referenzspannung Va aus der Referenzspannungsschaltung 84 wird an einen Anschluß 82 des Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Sensors 81 angelegt. Die Anweisungsspannung Vb, die durch den Digital/Analog-Umsetzer 87 ausgegeben wird, wird durch eine Verstärkungsschaltung 86 verstärkt. Dieselbe Spannung wie die Anweisungsspannung Vb wird an den ande­ ren Anschluß 83 des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 81 angelegt.

In dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 81 linearer Bau­ art fließt ein Sensorstrom in Übereinstimmung mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Ein Luft/Kraftstoff-Verhält­ nis-Ausgangssignal, das ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, wird daher als eine elektromotorische Spannung Vc eines Stromerfassungswiderstands 88 zum Erfassen des Sensorstroms (des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses) und nicht als eine Sensoranschlußspannung als die vorbestimm­ te Referenzspannung Va erfaßt. In diesem Fall wird die elektromotorische Spannung Vc über einen Spannungsfolger 89 ausgegeben. Fig. 23 ist ein Diagramm, das eine Kennli­ nie einer Ausgangsspannung (eines Luft/Kraftstoff-Ver­ hältniswerts) jedes Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zeigt. Gemäß dem Diagramm wird dann, wenn das Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis auf die Magerseite hin verschoben wird, die elektromotorische Spannung Vc auf die positive Seite in Bezug auf die Referenzspannung Va verschoben. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf die Anreicherungsseite hin verschoben wird, wird die elektromotorische Spannung Vc auf die negative Seite in Bezug auf die Referenzspannung Va verschoben. Ein auf diese Art und Weise erhaltenes Si­ gnal Vc (ein Luft/Kraftstoff-Verhältniswert) wird von dem Spannungsfolger 89 an einen Analog/Digital-Umsetzer 90 übertragen. Nach einer Analog/Digital-Umsetzung durch den Analog/Digital-Umsetzer 90 wird das resultierende Signal für die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerung in einer CPU 92 zur Motorsteuerung verwendet.

Bei der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsvorrichtung mit dem vorstehenden Aufbau ist der Eingangsspannungsbe­ reich des Analog/Digital-Umsetzers 90 zum Empfangen des Spannungssignals (des Luft/Kraftstoff-Verhältniswerts) auf einen vorbestimmten Bereich von beispielsweise "0 bis 5 V" begrenzt. Beispielsweise wird im Fall der Verwendung eines 8 Bit-Analog/Digital-Umsetzers der Eingangsspan­ nungsbereich von "0 bis 5 V" in 256 Teilbereiche unter­ teilt, und wird der Luft/Kraftstoff-Verhältniswert gele­ sen. Speziell dann, wenn der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Er­ fassungsbereich auf einen Bereich (Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis 12 bis 18) nahe dem stöchiometrischen Verhältnis festgelegt wird, um eine stöchiometrische Steuerung durchzuführen, bei der das stöchiometrische Verhältnis (Luft/Kraftstoff-Verhältnis 14,7) als ein Soll-Luft/­ Kraftstoff-Verhältnis verwendet wird, wird die elektromo­ torische Spannung Vc in dem Bereich von "0 bis 5 V" aus­ gegeben unter Verwendung des Stromerfassungswiderstands 88 gemäß Fig. 22. In diesem Fall wird der Spannungswert pro Einheit des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (jede "1" des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Intervalls) gleich "0,833 V", und wird der Luft/Kraftstoff-Verhältniswert in 42 Teile pro Einheit des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses un­ terteilt und erfaßt.

Demgegenüber ist beispielsweise in einem Fall, in dem der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsbereich auf ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 12 bis 25 erweitert wird, um die Magerverbrennungssteuerung zu realisieren, dann, wenn der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsbereich auf einen Bereich von "0 bis 5 V" festgelegt gehalten wird, der Spannungswert pro Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einheit "0,384 V", und wird der Luft/Kraftstoff-Verhältniswert dadurch erfaßt, daß er in 19 Teile pro Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Einheit unterteilt wird. D.h. dies bedeutet, daß die Erfassungsgenauigkeit des Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnisses zur Zeit der Magerverbrennung niedriger ist als die Erfassungsgenauigkeit des Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnisses zur Zeit der stöchiometrischen Steuerung (je höher der Spannungswert pro Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Einheit ist, desto höher ist die Erfassungsgenauigkeit des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses) . Infolgedessen ent­ steht beispielsweise bei dem Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Steuersystem, bei dem sowohl die stöchiometrische Steue­ rung als auch die Magerverbrennungssteuerung ausgeführt werden, ein Problem dahingehend, daß die Erfassungsgenau­ igkeit des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses nahe dem stö­ chiometrischen Verhältnis verschlechtert wird, um die Er­ fassungsgenauigkeit des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zur Zeit der Magerverbrennungssteuerung zu gewährleisten.

Es wird angemerkt, daß das Problem der Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit des Sensors nicht nur in der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsvorrichtung auf­ tritt, sondern auch in allen Gaskonzentration-Erfassungs­ vorrichtungen, die einen Gaskonzentrationssensor zum Er­ zeugen eines Stromsignals in Übereinstimmung mit der Gas­ konzentration eines zu erfassenden Gases verwenden und die derart aufgebaut sind, daß sie die Gaskonzentration aus einem Erfassungsergebnis des Sensors erfassen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gas­ konzentration-Erfassungsvorrichtung und ein Gas konzentra­ tion-Erfassungsverfahren, bei welchen die Erfassungsge­ nauigkeit der Gaskonzentration auch dann verbessert wer­ den kann, wenn eine Gaskonzentrationserfassung über einen weiten Bereich erforderlich ist, sowie ein Herstellungs­ verfahren für eine Gaskonzentration-Erfassungsvorrich­ tung, durch welches Gaskonzentrationerfassungs-Ausgangs­ kennlinien eingestellt werden können, zu schaffen.

Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Gaskonzentration-Erfassungsvorrichtung, gekennzeich­ net durch einen Gaskonzentrationssensor zum Ausgeben eines Stromsignals entsprechend einer zu erfassenden Gaskonzen­ tration eines Gases dann, wenn eine Spannung angelegt wird; einen Stromerfassungswiderstand zum Erfassen eines Werts eines in dem Gaskonzentrationssensor fließenden Stroms; eine Spannungssignal-Ausgabeeinrichtung zum Aus­ geben des durch den Stromerfassungswiderstand erfaßten Stromwerts als ein Spannungssignal in Übereinstimmung mit der Gaskonzentration; einen Signalprozessor, beinhaltend einen Analog/Digital-Umsetzer zum Empfangen des Span­ nungssignals und Konvertieren des empfangenen Spannungs­ signals in ein digitales Signal; und eine Einstellein­ richtung zum Empfangen des Werts des in dem Gaskonzentra­ tionssensor fließenden Stroms und zum variablen Festlegen eines Widerstandswerts des Stromerfassungswiderstands in Übereinstimmung mit dem empfangenen Stromwert, um dadurch das Spannungssignal innerhalb des vorbestimmten Span­ nungsbereichs zu begrenzen.

Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß alternativ gelöst durch eine Gaskonzentration-Erfassungsvorrichtung, gekennzeichnet durch einen Gaskonzentrationssensor zum Ausgeben eines Stromsignals entsprechend einer Gaskonzen­ tration eines zu erfassenden Gases dann, wenn eine Span­ nung angelegt wird; einen Stromerfassungswiderstand zum Erfassen eines Werts eines in dem Gaskonzentrationssensor fließenden Stroms und Ausgeben einer Vielzahl von Erfas­ sungssignalen bei unterschiedlichen Spannungspegeln; eine Spannungssignal-Ausgabeeinrichtung zum Ausgeben des durch den Stromerfassungswiderstand erfaßten Stromwerts als ein Spannungssignal in Übereinstimmung mit der Gaskonzentra­ tion; einen Signalprozessor, beinhaltend einen Analog/­ Digital-Umsetzer zum Empfangen des Spannungssignals und Konvertieren des empfangenen Spannungssignals in ein di­ gitales Signal; und eine Erfassungssignal-Auswahleinrich­ tung zum Empfangen des Werts des in dem Gaskonzentrations­ sensor fließenden Stroms und zum Auswählen eines der Vielzahl der Spannungssignale in Übereinstimmung mit dem empfangenen Stromwert.

Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß alternativ ferner gelöst durch eine Gaskonzentration-Erfassungs­ vorrichtung, gekennzeichnet durch einen Gaskonzentrations­ sensor zum Ausgeben eines Stromsignals entsprechend einer Gaskonzentration eines zu erfassenden Gases dann, wenn eine Spannung angelegt wird; einen Stromerfassungswider­ stand zum Erfassen eines Werts eines in dem Gaskonzentra­ tionssensor fließenden Stroms; eine Spannungssignal-Aus­ gabeeinrichtung zum Ausgeben des durch den Stromerfas­ sungswiderstand erfaßten Stromwerts als ein Spannungs­ signal in Übereinstimmung mit der Gaskonzentration; einen Signalprozessor, beinhaltend einen Analog/Digital-Umset­ zer zum Empfangen des Spannungssignals und Konvertieren des empfangenen Spannungssignals in ein digitales Signal; eine Bedingungsunterscheidungseinrichtung zum Unterschei­ den einer Bedingung zum Umschalten des Stromerfassungswi­ derstands; und eine Einstelleinrichtung zum variablen Festlegen eines Widerstands des Stromerfassungswider­ stands in Übereinstimmung mit einem Unterscheidungsergeb­ nis der Umschaltbedingung.

Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner ge­ löst durch ein Verfahren zur Herstellung der Gaskonzen­ tration-Erfassungsvorrichtung, gekennzeichnet durch die Schritte: Überwachen einer Ausgangsspannung der Span­ nungssignal-Ausgabeeinrichtung; und Einstellen der Aus­ gangsspannung durch Trimmen einer Vielzahl von Spannungs­ teilerwiderständen, die eine an den Gaskonzentration-Er­ fassungsvorrichtung angelegte Referenzspannung erzeu­ gen.

Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß alternativ gelöst durch ein Herstellungsverfahren für eine Gaskon­ zentration-Erfassungsvorrichtung, die einen Gaskonzentra­ tionssensor zum Ausgeben eines Stromsignals entsprechend einer Gaskonzentration eines zu erfassenden Gases dann, wenn eine Spannung angelegt wird, umfaßt, und die das durch den Sensor ausgegebene Stromsignal in ein Span­ nungssignal konvertiert und das Spannungssignal nach ei­ ner Analog/Digital-Umsetzung an einen Signalprozessor ausgibt, der ein Analog/Digital-umgesetztes Signal in ei­ nem vorbestimmten Spannungsbereich verwendet, gekenn­ zeichnet durch die Schritte: Überwachen einer Ausgangs­ spannung des Spannungssignals; und Einstellen der Aus­ gangsspannung durch Trimmen einer Vielzahl von Spannungs­ teilerwiderständen, die eine an den Gaskonzentrationssen­ sor angelegte Referenzspannung erzeugen.

Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß alternativ gelöst durch ein Verfahren zum Erfassen einer Gaskonzen­ tration, umfassend die Schritte: Anlegen einer Spannung an einen Gaskonzentrationssensor durch einen Widerstand derart, daß ein Stromsignal entsprechend einer Gaskonzen­ tration eines zu erfassenden Gases durch den Gaskonzen­ trationssensor erzeugt wird; Konvertieren des in dem Gas­ konzentrationssensor fließenden Stromsignals in ein Span­ nungssignal durch den Stromerfassungswiderstand; Konver­ tieren des Spannungssignals in ein digitales Signal; und Ändern des Strom-zu-Spannung-Umwandlungsverhältnisses oder des Spannung-zu-Digital-Umwandlungsverhältnisses, um dadurch eine Vielzahl von Verhältnissen der Konversion zwischen dem Stromsignal und dem digitalen Signal für ei­ nen vorbestimmten Bereich der Gaskonzentration zu ermög­ lichen.

Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung wird somit der Widerstandswert eines Stromerfassungswiderstands variabel festgelegt, so daß eine Gaskonzentration immer in einem Spannungsbereich erfaßt werden kann, der durch einen Si­ gnalprozessor lesbar ist. Beispielsweise liegt der Span­ nungsbereich zwischen "0 und 5 V". Zu diesem Zeitpunkt wird ermöglicht, innerhalb einer Beschränkung dahinge­ hend, daß die Gaskonzentration innerhalb dieses Span­ nungsbereichs erfaßt wird, die höchste Genauigkeit zu ge­ währleisten. D.h., die Erfassungsgenauigkeit kann in je­ dem beliebigen Bereich, in dem ein erfaßter Wert (Sen­ sorstrom) eines Gaskonzentrationssensors liegt, gewährlei­ stet werden.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Stromerfassungswiderstand bereitgestellt, um eine Viel­ zahl von Erfassungssignalen bei unterschiedlichen Span­ nungspegeln zu erzeugen, wobei eines von Erfassungssigna­ len in Übereinstimmung mit einem Stromwert eines Gaskon­ zentrationssensors ausgewählt wird.

In Übereinstimmung mit einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Schaltbedingung zum Umschalten eines Widerstandswerts eines Stromerfassungswiderstands unter­ schieden, und wird der Widerstandswert in Übereinstimmung mit dem Unterscheidungsergebnis der Schaltbedingung va­ riabel festgelegt.

In Übereinstimmung mit einem nochmals weiteren Gesichts­ punkt der Erfindung wird eine Ausgangsspannung eines Sen­ sorstrom-Erfassungswiderstands überwacht, und wird die Ausgangsspannung durch Trimmen einer Vielzahl von Span­ nungsteilerwiderständen, die eine an einen Gaskonzentra­ tionssensor anzulegende Referenzspannung erzeugen, einge­ stellt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausfüh­ rungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeich­ nung näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm, das eine als Gaskonzentra­ tion-Erfassungsvorrichtung verwendete Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Erfassungsvorrichtung gemäß einem ersten Aus­ führungsbeispiel zeigt;

Fig. 2 ein Querschnitt, der den Aufbau eines als Gaskon­ zentrationssensor verwendeten Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Sensors veranschaulicht;

Fig. 3 ein Diagramm, das eine V-I-Kennlinie des Luft/­ Kraftstoff-Verhältnis-Sensors zeigt;

Fig. 4 ein Diagramm, das eine Ausgangsspannungskennlinie des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors für jedes Luft/­ Kraftstoff-Verhältnis zeigt;

Fig. 5 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Sensorstrom und einem Stromerfassungswiderstand gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;

Fig. 6 ein Ablaufdiagramm, das eine Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Erfassungsroutine gemäß dem ersten Ausführungs­ beispiel zeigt;

Fig. 7 ein Diagramm, das einen Fehler in der Ausgangs­ spannung der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsvor­ richtung zeigt;

Fig. 8 ein Schaltungsdiagramm, das eine Vorrichtung zum Einstellen der Ausgangsspannung der Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Erfassungsvorrichtung zeigt;

Fig. 9 ein Schaltungsdiagramm, das eine Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Erfassungsvorrichtung gemäß einem zweiten Aus­ führungsbeispiel zeigt;

Fig. 10 ein Diagramm, das eine Ausgangsspannungskennlinie für jedes Luft/Kraftstoff-Verhältnis gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;

Fig. 11 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Sen­ sorstrom und dem Stromerfassungswiderstand gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;

Fig. 12 ein Ablaufdiagramm, das eine Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Erfassungsroutine gemäß dem zweiten Ausführungs­ beispiel zeigt;

Fig. 13 ein Schaltungsdiagramm, das eine Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Erfassungsvorrichtung gemäß einem dritten Aus­ führungsbeispiel zeigt;

Fig. 14 ein Schaltungsdiagramm, das eine Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Erfassungsvorrichtung gemäß einem vierten Aus­ führungsbeispiel zeigt;

Fig. 15 ein Schaltungsdiagramm, das eine Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Erfassungsvorrichtung gemäß einem fünften Aus­ führungsbeispiel zeigt;

Fig. 16 ein Schaltungsdiagramm, das einen Teil der Luft/­ Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsvorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel zeigt;

Fig. 17 ein Zeitverlaufsdiagramm, das den Betriebsablauf des fünften Ausführungsbeispiels zeigt;

Fig. 18 ein Ablaufdiagramm, das eine Zeitgeber-Unter­ brechungsroutine, die durch eine Motorsteuerung ECU aus­ geführt wird, in einem sechsten Ausführungsbeispiel zeigt;

Fig. 19 ein Ablaufdiagramm, das einen Teil einer Luft/­ Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsroutine gemäß dem sech­ sten Ausführungsbeispiel zeigt;

Fig. 20 ein Ablaufdiagramm, das eine Sensorverschlechte­ rungs-Unterscheidungsverarbeitung gemäß dem siebten Aus­ führungsbeispiel zeigt;

Fig. 21 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Sen­ sorstrom und dem Stromerfassungswiderstand in dem siebten Ausführungsbeispiel zeigt;

Fig. 22 eine Schaltungsanordnung, die eine herkömmliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsvorrichtung zeigt; und

Fig. 23 ein Diagramm, das eine Ausgangsspannungskennlinie für jedes Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der herkömmlichen Vorrichtung zeigt.

(Erstes Ausführungsbeispiel)

Eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsvorrichtung ge­ mäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird auf ein Luft/­ Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuersystem eines in einem Fahrzeug eingebauten, elektronisch gesteuerten Ein­ spritzmotors angewandt und erfaßt das Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis auf der Grundlage von Komponenten eines aus dem Motor ausgestoßenen Abgases. Eine elektronische Steu­ ereinheit bzw. ECU 40 zur Motorsteuerung für die Steue­ rung einer Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteue­ rung führt in Übereinstimmung mit einem Betriebszustand des Motors selektiv eine stöchiometrische Steuerung, bei der das stöchiometrische Verhältnis (Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis 14,7) ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, und eine Magerverbrennungssteuerung, bei der ein vorbe­ stimmtes mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis (beispiels­ weise ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 22) in einem Ma­ gerbereich ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, aus.

Bei der Vorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird ein nach dem Grenzstromprinzip arbeitender Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis-Sensor (A/F-Sensor) 30 zum Ausgeben ei­ nes Stromsignals (Grenzstrom Ip) entsprechend dem das An­ legen einer Spannung Vp begleitenden Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis verwendet, und wird die an den Sensor angelegte Spannung Vp durch eine Vorspannungs- bzw. Biassteuer­ schaltung 10 gesteuert. Der Grenzstrom Ip, der durch den Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 30 erfaßt wird, wird als ein Spannungssignal extrahiert und durch einen Ana­ log/Digital-Umsetzer (Signalprozessor) 42 mit einem vor­ bestimmten Eingangsspannungsbereich (0 bis 5 V gemäß dem Ausführungsbeispiel) von analog nach digital konvertiert, woraufhin dann die resultierenden Daten an eine zentrale Verarbeitungseinheit bzw. CPU 42 in der Motorsteuerung ECU 40 ausgegeben werden. Insbesondere hat die Vorrich­ tung gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Aufbau der­ art, daß ein Widerstandswert eines Stromerfassungswider­ stands 15, der in der Biassteuerschaltung 10 angeordnet ist, variabel festgelegt wird, um das Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis mit hoher Genauigkeit in jedem beliebigen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bereich zu erfassen. Im ein­ zelnen wird der Widerstandswert des Stromerfassungswider­ stands 15 auf geeignete Art und Weise geändert in Über­ einstimmung mit dem Bereich nahe dem stöchiometrischen Verhältnis und anderen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Be­ reichen.

Bezugnehmend auf Fig. 2 wird der Luft/Kraftstoff-Verhält­ nis-Sensor derart installiert, daß er in das Innere einer Motor-Abgasleitung 39 hineinragt. Hauptkomponenten des Sensors 30 sind eine Abdeckung 31, ein Sensorkörper 32 und eine Heizeinrichtung 33. Die Abdeckung 31 weist im Querschnitt eine U-förmige Form auf, und eine Anzahl kleiner Löcher 31a sind durch die Seitenwand der Abdec­ kung 31 gebohrt. Der Sensorkörper 32 erzeugt einen Grenz­ strom entsprechend der Sauerstoffkonzentration in dem Ma­ gerbereich eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses oder der Konzentration unverbrannten Gases (wie beispielsweise CO, HC und H₂) in dem Anreicherungsbereich des Luft/Kraft­ stoff-Verhältnisses.

In dem Sensorkörper 32 ist eine abgasseitige Elektroden­ schicht 36 fest an der äußeren Fläche einer festen Elek­ trolytschicht 34, die mit einem tassenförmigen Quer­ schnitt ausgestaltet ist, angebracht, und ist eine atmo­ sphärenseitige Elektrodenschicht 37 fest an der inneren Fläche der festen Elektrolytschicht 34 angebracht. Auf der Außenseite der abgasseitigen Elektrodenschicht 36 ist eine Diffusionswiderstandsschicht 35 mittels einem Plas­ masprühverfahren oder dergleichen aufgebracht. Die feste Elektrolytschicht 34 besteht aus einem Sauerstoffionen leitenden Oxidsinterkörper, der in einem Material wie beispielsweise ZrO₂, HfO₂, ThO₂ oder Bi₂O₃ mit einem als Stabilisator verwendeten Material wie beispielsweise CaO, MgO, Y₂O₃ und Yb₂O₃ fest-gelöst ist. Die Diffusionswider­ standsschicht 35 besteht aus einem wärmeresistenten, an­ organischen Material wie beispielsweise Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Silizium-(IV)-Oxid, Spinell oder Mullit. Die abgasseitige Elektrodenschicht 36 und die atmosphä­ renseitige Elektrodenschicht 37 sind beide aus einem Edelmetall mit einer hohen katalytischen Aktivität, wie beispielsweise Platin, hergestellt und weisen Oberflächen auf, auf welche eine poröse, chemische Plattierung aufge­ bracht ist. Die Fläche bzw. die Dicke der abgasseitigen Elektrodenschicht 36 betragen 10 bis 100 mm² bzw. 0,5 bis 2,0 µm. Andererseits betragen die Fläche bzw. die Dicke der atmosphärenseitigen Elektrodenschicht 37 10 mm² oder mehr bzw. 0,5 bis 2,0 µm.

Die Heizeinrichtung 33 ist in dem inneren Raum, der durch die atmosphärenseitige Elektrodenschicht 37 gebildet wird, untergebracht und erwärmt den Sensorkörper 32 (die atmosphärenseitige Elektrodenschicht 37, die feste Elek­ trodenschicht 34, die abgasseitige Elektrodenschicht 36 und die Diffusionswiderstandsschicht 35) durch ihre Wär­ meerzeugungsenergie. Die Heizeinrichtung 33 weist eine Wärmeerzeugungskapazität auf, die ausreicht, um den Sen­ sorkörper 32 zu aktivieren.

In dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 30 mit dem vor­ stehend beschriebenen Aufbau erzeugt der Sensorkörper 32 einen Grenzstrom in Übereinstimmung mit der Konzentration von Sauerstoff in einem Bereich magerer als der Punkt des stöchiometrischen Verhältnisses (Punkt des stöchiometri­ schen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses). In diesem Fall wird der der Sauerstoffkonzentration entsprechende Grenzstrom durch die Fläche der abgasseitigen Elektrodenschicht 36 und die Dicke, die Porösität und den mittleren Poren­ durchmesser der Diffusionswiderstandsschicht 35 bestimmt. Der Sensorkörper 32 ist in der Lage, die Sauerstoffkon­ zentration in Übereinstimmung mit einer linearen Charak­ teristik desselben zu erfassen. Es ist daher erforder­ lich, die Elementtemperatur auf einer hohen Temperatur, die gleich oder höher als etwa 600°C ist, zu halten, um den Sensorkörper 32 zu aktivieren. In einem Bereich, der fetter bzw. angereicherter ist als das stöchiometrische Verhältnis, ändern sich die Konzentrationen unverbrannter Gase wie beispielsweise Kohlenmonoxid (CO) nahezu linear mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und der Sensorkörper 32 erzeugt einen Grenzstrom in Übereinstimmung mit der Konzentration von CO oder dergleichen.

Fig. 3 ist entnehmbar, daß ein in der festen Elektrolyt­ schicht 34 des Sensorkörpers 32 fließender Strom, der proportional zu dem durch den Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Sensor 30 erfaßten Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, und eine an die feste Elektrolytschicht 34 angelegte Spannung eine lineare Charakteristik haben. In diesem Fall bilden gerade Liniensegmente parallel zu der Spannungsachse V einen Grenzstromerfassungsbereich, der den Grenzstrom des Sensorkörpers 32 spezifiziert. Zunahmen und Abnahmen des Grenzstroms (Sensorstroms) entsprechen Zunahmen und Ab­ nahmen in dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis (d. h. dem Grad der Anreicherung und der Abmagerung). D.h., je weiter das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf die Magerseite verschoben wird, desto stärker nimmt der Grenzstrom zu. Je weiter das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf die Anreicherungsseite verschoben wird, desto stärker nimmt der Grenzstrom ab.

In der V-I-Charakteristik ist ein Spannungsbereich unter den geraden Liniensegmenten (Grenzstromerfassungsbereich) parallel zu der Spannungsachse V ein widerstandsdominier­ ter Bereich. Der Gradient bzw. die Steigung der linearen geraden Liniensegmente in dem widerstandsdominierten Be­ reich wird durch den Innenwiderstand (Elementwiderstand) der festen Elektrolytschicht 34 in dem Sensorkörper 32 spezifiziert. Da sich der Elementwiderstand mit einer Än­ derung der Temperatur ändert, wenn die Temperatur des Sensorkörpers 32 abnimmt, wird der Gradient durch die Zu­ nahme des Elementwiderstands verringert.

In der V-I-Charakteristik gemäß Fig. 3 wird ein "Sensor­ strom-Erfassungsbereich" zwischen einer extrem angerei­ cherten Zone und einer extrem abgemagerten Zone festge­ legt, und wird ein "dynamischer Bereich" als ein Luft/­ Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsbereich innerhalb des Sensorstrom-Erfassungsbereichs festgelegt. In Überein­ stimmung mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuersystem gemäß dem Ausführungsbeispiel wird, da die Magerverbren­ nungssteuerung durchgeführt wird, der dynamische Bereich in einem Bereich des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zwi­ schen 12 und 25 festgelegt.

Rückbezug nehmend auf Fig. 1 ist die Biassteuerschaltung 10 eine Schaltung zum Steuern einer an den Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis-Sensor 30 angelegten Spannung, die den nachstehenden Aufbau aufweist. D.h., die Biassteuerschal­ tung 10 besitzt eine Referenzspannungsschaltung 11. Die Referenzspannungsschaltung 11 erzeugt eine vorbestimmte Referenzspannung Va (2,5 V in diesem Ausführungsbeispiel) durch Teilen einer Konstantspannung Vcc mittels der Span­ nungsteilerwiderstände 12 und 13.

Ein Spannungsteilerpunkt der Referenzspannungsschaltung 11, an dem die Referenzspannung Va anliegt, ist mit einem nicht invertierenden Eingangsanschluß einer Verstärkers 14a in einer Verstärkungsschaltung 14 verbunden. Ein An­ schluß 25 des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 30 ist mit dem Ausgangsanschluß des Verstärkers 14a über eine Sensorstrom-Erfassungsschaltung 15 verbunden. Der An­ schluß 25 ist ein Anschluß, der mit der atmosphärenseiti­ gen Elektrodenschicht 37 in dem Luft/Kraftstoff-Verhält­ nis-Sensor 30 verbunden ist. Dieselbe Spannung Va (2,5 V) wie die Referenzspannung Va der Referenzspannungsschal­ tung 11 wird immer an den Anschluß 25 angelegt. Der An­ schluß 25 ist mit einem invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 14a verbunden, und die Spannung Va des Anschlusses 25 wird durch den Analog/Digital-Umsetzer 22 empfangen.

Die Sensorstrom-Erfassungsschaltung 15 erfaßt einen Sen­ sorstrom Ip in Übereinstimmung mit dem Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis zu jeder Zeit, und weist zwei Stromerfassungs­ widerstände 15a und 15b auf, die seriell zwischen dem Ausgangsanschluß des Verstärkers 14a und dem Anschluß 25 des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 30 verschaltet sind. Eine Spannung Vc an einem Anschlußpunkt (Punkt C in dem Diagramm) der Stromerfassungswiderstände 15a und 15b wird durch den Analog/Digital-Umsetzer 22 empfangen.

Eine CPU 21 für die Biassteuerung empfängt Spannungen von beiden Enden des Stromerfassungswiderstands 15a durch den Analog/Digital-Umsetzer 22 und erfaßt den Sensorstrom (Grenzstrom) Ip zu dieser Zeit aus den analog/digital-um­ gesetzten Daten der Spannungen beider Enden. Die CPU 21 berechnet einen Anweisungswert für eine an den Luft/­ Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 30 anzulegende Spannung in Übereinstimmung mit dem Sensorstrom Ip zu dieser Zeit. Im einzelnen wird eine lineare Anlegespannungslinie Lx, die in Fig. 3 gezeigt ist, verwendet, und wird eine Anlege­ spannung in Übereinstimmung mit dem Sensorstrom Ip zu dieser Zeit ermittelt. Der durch die CPU 21 berechnete Spannungsanweisungswert wird durch einen Digital/Analog-Um­ setzer 23 in eine Anweisungsspannung konvertiert, und die Anweisungsspannung Vb nach der Digital/Analog-Um­ setzung wird einer Verstärkungsschaltung 16 zugeführt.

Der Digital/Analog-Umsetzer 23 ist mit dem nicht inver­ tierenden Eingangsanschluß eines Verstärkers 16a in der Verstärkungsschaltung 16 verbunden. Ein invertierender Eingangsanschluß des Verstärkers 16 und der andere An­ schluß 26 des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 30 sind mit dem Ausgangsanschluß des Verstärkers 16a verbunden. In diesem Fall ist der Anschluß 26 ein Anschluß, der mit der abgasseitigen Elektrodenschicht 36 des Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis-Sensors 30 verbunden ist, und dieselbe Spannung Vb wie die Anweisungsspannung Vb als ein Aus­ gangssignal des Digital/Analog-Umsetzers 23 wird an den Anschluß 26 angelegt.

Zur Zeit der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassung wird daher bei der Biassteuerschaltung 10 mit dem vorstehenden Aufbau die Referenzspannung Va immer an dem Anschluß 25, der einer der Anschlüsse des Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Sensors 30 ist, zugeführt, und wird die Anweisungsspan­ nung Vb dem anderen Anschluß 26 zugeführt. Falls die An­ weisungsspannung Vb, die dem anderen Anschluß 26 des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 30 über den Digital/­ Analog-Umsetzer 23 zugeführt wird, kleiner ist als die Referenzspannung Va (falls Vb < Va), wird eine positive Vorspannung an den Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 30 angelegt. Falls die an dem anderen Anschluß 26 des Luft/­ Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 30 zugeführte Anweisungs­ spannung größer ist als die Referenzspannung Va (falls Vb < Va), wird eine negative Vorspannung an den Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis-Sensor 30 angelegt. In jedem Fall wird der Sensorstrom Ip, der mit dem Anlegen der Spannung fließt, als ein Unterschied (Vc - Va) zwischen den elek­ trischen Potentialen der Enden des Stromerfassungswider­ stands 15a erfaßt und der CPU 21 über den Analog/Digital-Wandler 22 zugeführt.

Darüber hinaus weist die Biassteuerschaltung 10 einen Spannungsfolger 17 auf zum Empfangen des in der Stromer­ fassungsschaltung 15 fließenden Sensorstroms Ip als ein Spannungssignal und Ausgeben des empfangenen Spannungs­ signals an eine außenliegende Motorsteuerung ECU 40. Der Punkt C oder der Punkt D in dem Diagramm ist mit dem nicht invertierenden Eingangsanschluß des Spannungsfol­ gers 17 verbunden in Übereinstimmung mit der geschalteten Position der Umschaltschaltung 18. Der Punkt C ist ein Anschlußpunkt der Stromerfassungswiderstände 15a und 15b, und der Punkt D ist ein Anschlußpunkt des Ausgangsan­ schlusses des Verstärkers 14a und des Stromerfassungswi­ derstands 15b.

In diesem Fall wird dann, wenn die Umschaltschaltung 18 wie in dem Diagramm gezeigt auf die Seite der Spannung Vc umgeschaltet wird, die Spannung Vc an dem Punkt C als ei­ ne Spannung Vf an dem nicht invertierenden Eingangsan­ schluß des Spannungsfolgers 17 verwendet. D.h., der durch die Stromerfassungswiderstände 15a und 15b fließende Sen­ sorstrom Ip wird nur durch den Widerstand des Stromerfas­ sungswiderstands 15a erfaßt, und die Ip entsprechende Spannung Vc wird dem Spannungsfolger 17 durch die Um­ schaltschaltung 18 zugeführt.

Wenn die Umschaltschaltung 18 von der in dem Diagramm ge­ zeigten Position auf die Seite der Spannung Vd umgeschal­ tet wird, wird die Spannung Vd an dem Punkt D als die Spannung Vf an dem nicht invertierenden Eingangsanschluß des Spannungsfolgers 17 verwendet. D.h., der Sensorstrom Ip wird durch den Widerstand der Stromerfassungswider­ stände 15a und 15b erfaßt, und die Spannung Vd, die Ip entspricht, wird dem Spannungsfolger 17 über die Um­ schaltschaltung 18 zugeführt. Der Umschaltvorgang der Um­ schaltschaltung 18 wird durch die CPU 21 durchgeführt.

Das Spannungs-Ausgangssignal des Spannungsfolgers 17 wird einer CPU 42 über einen Analog/Digital-Umsetzer 41 in der Motorsteuerung ECU 40 zugeführt. Die CPU 42 erfaßt ein tatsächliches Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf der Grundla­ ge des Unterschieds zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhält­ niswert (Spannungswert), der über den Analog/Digital-Um­ setzer 41 zugeführt wird, und der Referenzspannung Va der Biassteuerschaltung 10. In dem Analog/Digital-Umsetzer 41 gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die Leistungsquellen­ spannung eine konstante Spannung Vcc von "5 V" (in dem Diagramm nicht gezeigt), und der Eingangsspannungsbe­ reich, der durch den Analog/Digital-Umsetzer 41 gelesen werden kann, wird auf "0 bis 5 V" festgelegt. In diesem Fall wird dann, wenn der 8 Bit-Analog/Digital-Umsetzer 41 verwendet wird, der Eingangsspannungsbereich von "0 bis 5 V" in 256 Teilbereiche unterteilt, um die Luft/Kraft­ stoff-Verhältniswerte zu lesen.

In Bezug auf die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopp­ lungssteuerung durch die Motorsteuerung ECU 40 wird, da dies nicht das Wesentliche dieser Anmeldung ist und die Steuerung insoweit bekannt ist, die Beschreibung dersel­ ben im einzelnen hier weggelassen. Die Motorsteuerung ECU 40 empfängt das Erfassungsergebnis (Spannungssignal) des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durch den Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Sensor 30 und steuert das Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis rückgekoppelt in Übereinstimmung einem Steue­ rungsalgorithmus wie beispielsweise der fortgeschrittenen Steuerung oder einer PID-Steuerung auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses. Die Motorsteuerung ECU 40 steuert die aus einem (nicht gezeigten) Injektor in jeden der Zy­ linder des Motors eingespritzte Kraftstoffmenge derart, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu jeder Zeit mit dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis übereinstimmt. In diesem Fall wird dann, wenn sich der Motor in einem Zustand ge­ ringer Last befindet, die Magerverbrennungssteuerung durchgeführt, und dann, wenn sich der Motor in einem Zu­ stand mittlerer oder hoher Last befindet, eine normale stöchiometrische Steuerung ausgeführt.

Nachstehend wird der Umschaltvorgang der Umschaltschal­ tung 18 durch Aufzeigen tatsächlicher spezifischer Werte beschrieben. Verfahren zum Erfassen des Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnisses werden hier in Bezug auf die nachfolgenden beiden Bereiche:

• - ein Bereich (Luft/Kraftstoff-Verhältnis 12,8 bis 18) nahe dem stöchiometrischen Verhältnis in dem dynami­ schen Bereich; und
• - andere Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bereiche (Luft/Kraftstoff-Verhältnis 12 bis 12,8 und 18 bis 25) beschrieben.

Bei der Vorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ent­ spricht der Bereich nahe dem stöchiometrischen Verhält­ nis, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis 12,8 bis 18 beträgt, dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsbe­ reich, der zur Zeit der stöchiometrischen Steuerung er­ forderlich ist, und entspricht der Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Bereich, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis 18 bis 25 beträgt, dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfas­ sungsbereich, der zur Zeit der Magerverbrennungssteuerung erforderlich ist.

Die Referenzspannung Va wird auf "2,5 V" festgelegt, der Sensorstrom Ip dann, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gleich 18 ist, wird auf "7 mA" festgelegt, und der Sen­ sorstrom Ip dann, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gleich 25 ist, wird auf "22 mA" festgelegt (V-I-Charakte­ ristik gemäß Fig. 3) . Ein Widerstandswert R1 des Stromer­ fassungswiderstands 15a wird auf "113 W" festgelegt, und ein Widerstandswert R2 des Stromerfassungswiderstands 15b wird auf "224 W" festgelegt.

Zunächst ist in dem Bereich (Luft/Kraftstoff-Verhältnis 12,8 bis 18) nahe dem stöchiometrischen Verhältnis das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, bei dem die Spannungen Vc und Vd an den Punkten C und D gemäß Fig. 1 maximal sind, gleich dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis 18. Die Spannungen Vc und Vd bei dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 18 sind

Vc = 3,291 V und
Vd = 4,999 V.

In diesem Zusammenhang wird die Spannung Vc erhalten durch Addieren der Referenzspannung Va zu dem Produkt des Sensorstroms Ip und des Widerstandswerts R1 des Stromer­ fassungswiderstands 15a (Vc = Ip×R1 + Va). Die Spannung Vd wird erhalten durch Addieren der Referenzspannung Va zu dem Produkt des Sensorstroms Ip und der Widerstands­ werte R1 + R2 der Stromerfassungswiderstände 15a und 15b (Vd = Ip×(R1 + R2) + Va).

Da beide Werte der Spannungen Vc und Vd innerhalb des Spannungsbereichs (0 bis 5 V) liegen, der durch den Ana­ log/Digital-Umsetzer 41 in der Motorsteuerung ECU 40 ver­ arbeitet werden kann, können beide Werte durch den Ana­ log/Digital-Umsetzer 41 gelesen werden. Um die Erfas­ sungsgenauigkeit des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses wie vorstehend beschrieben zu gewährleisten, wird bevorzugt, den Spannungswert pro Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einheit so groß wie möglich festzulegen.

Wenn die Spannungswerte der Spannungen Vc und Vd pro Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einheit berechnet werden unter Verwendung des stöchiometrischen Verhältnisses (Luft/ Kraftstoff-Verhältnis 14,7) als Referenz, wird der Span­ nungswert pro Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einheit der Spannung Vc zu "0,239 V" aus dem nachstehenden arithmeti­ schen Ausdruck erhalten.

(3,291 V - 2,5 V)/(18 - 14,7)

Der Spannungswert pro Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einheit der Spannung Vd wird aus dem nachstehenden arithmetischen Ausdruck zu "0,757 V" erhalten.

(4,999 V - 2,5 V)/(18 - 14,7)

In diesem Fall bezeichnet der Umstand, daß der letztge­ nannte den größeren Spannungswert pro Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Einheit hat, daß die Spannung Vd eine höhere Erfassungsgenauigkeit als die Spannung Vc hat. Eine ähn­ liche Tendenz besteht für ein beliebiges Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis, falls es innerhalb des Bereichs (Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis 12,8 bis 18) nahe dem stöchiometrischen Verhältnis liegt. D. h., in dem Bereich nahe dem stöchio­ metrischen Verhältnis kann durch Verwenden des Vd-Werts als Eingangsspannung Vf des Spannungsfolgers 17 die Er­ fassungsgenauigkeit des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ge­ währleistet werden.

Nachstehend wird die Ausgangsspannungscharakteristik un­ ter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben. Falls der Span­ nungswert pro Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einheit bei ei­ nem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 18 eines Falls, in dem der Wert des Stromerfassungswiderstands gleich "R1" ist (im Fall des Ausgebens der Spannung Vc), verglichen wird mit demjenigen eines Falls, in dem der Wert des Stromer­ fassungswiderstands gleich "R1 + R2" ist (im Fall des Ausgebens der Spannung Vd), wird deutlich, daß der letzt­ genannte größer ist und die Erfassungsgenauigkeit des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses verbessert ist.

Andererseits ist in den Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Be­ reichen (Luft/Kraftstoff-Verhältnis 12 bis 12,8 und 18 bis 25) außerhalb des Bereichs nahe dem stöchiometrischen Verhältnis das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, bei dem die Spannungen Vc und Vd an den Punkten C und D in Fig. 1 ma­ ximal sind, gleich 25. Die Spannungen Vc und Vd dann, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gleich 25 ist, sind wie folgt.

Vc = 4,986 V
Vd = 10,354 V
(Vc = Ip×R1 + Va, Vd = Ip×(R1 + R2) + Va)

In diesem Fall kann, weil der Eingangsspannungsbereich des Analog/Digital-Umsetzers 41 auf "0 bis 5 V" festge­ legt ist, obwohl die Spannung Vc gelesen werden kann, die Spannung Vd nicht gelesen werden. In den Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Bereichen (Luft/Kraftstoff-Verhältnis 12 bis 12,8 und 18 bis 25) außerhalb des Bereichs nahe dem stöchiometrischen Verhältnis wird der Wert Vc als Ein­ gangsspannung Vf des Spannungsfolgers 17 verwendet. D.h., wie in der Ausgangsspannungscharakteristik gemäß Fig. 4 gezeigt, muß der Wert des Stromerfassungswiderstands auf "R1" (den Wert des Stromerfassungswiderstands 15a) ge­ setzt werden. Infolgedessen wird das Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis eines Maximums von 25 erfaßt.

Fig. 5 ist ein Diagramm, das eine zu bevorzugende Bezie­ hung zwischen dem Sensorstrom Tp (mA) und dem Widerstand (W) des Stromerfassungswiderstands in Übereinstimmung mit dem Tp-Wert zeigt. Gemäß dem Diagramm ist Ip = -11 mA bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 12, ist Ip = -7 mA bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 12,8, ist Ip = 7 mA bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 18, und ist Ip = 22 mA bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 25. In Übereinstimmung mit dem Diagramm wird ersichtlich, daß es ausreicht, daß

• - der Stromerfassungswiderstand auf "357 W" festge­ legt wird entsprechend dem Wert von "R1 + R2" dann, wenn -7 mA ≦ Ip ≦ 7 mA erfüllt ist (wenn das Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis 12,8 bis 18 beträgt), und
• - der Stromerfassungswiderstand auf "113 W" festge­ legt wird entsprechend dem Wert von "R1" dann, wenn -11 mA ≦ Ip ≦ -7 mA und 7 mA ≦ Ip ≦ 22 mA erfüllt ist (in dem Fall, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis 12 bis 12,8 oder 18 bis 25 beträgt).

Nachstehend wird der Betriebsablauf der wie vorstehend aufgebauten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsvor­ richtung beschrieben. Fig. 6 ist ein Ablaufdiagramm, das eine durch die CPU 21 ausgeführte Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Erfassungsroutine zeigt. Die CPU 21 führt die Routine wiederholt in einem vorbestimmten Zyklus (bei­ spielsweise in Intervallen von 4 ms) aus.

Die CPU 21 erfaßt in Schritten 101 bis 103 den Sensor­ strom Ip, der in Übereinstimmung mit dem Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis zu jeder Zeit fließt. Im einzelnen liest die CPU 21 eine Anschlußspannung Va des Stromerfassungswider­ stands 15a über den Analog/Digital-Umsetzer 22 in Schritt 101. In dem nachfolgenden Schritt 102 wird die andere An­ schlußspannung Vc des Stromerfassungswiderstands 15a über den Analog/Digital-Umsetzer 22 gelesen. Danach berechnet die CPU 21 in Schritt 103 den gegenwärtigen Sensorstrom Ip auf der Grundlage der Spannungen Va und Vc, die durch den Analog/Digital-Umsetzer 22 unter Verwendung der Be­ triebsgleichung

Ip = (Vc - Va)/R1

gelesen werden (worin R1 ein Widerstandswert des Stromer­ fassungswiderstands 15a ist).

Sodann ermittelt die CPU 21 eine Soll-Anlegespannung ent­ sprechend dem berechneten Sensorstrom Ip unter Verwendung der Anlegespannungs-Charakteristiklinie Lx, die in Fig. 3 gezeigt ist, in Schritt 104 (Tabellenberechnung) . Ferner, in Schritt 105, legt die CPU 21 die ermittelte Soll-Anle­ gespannung als einen Spannungsanweisungswert (Anweisungs­ spannung Vb) über den Digital/Analog-Umsetzer 23 an den Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 30 an.

Die CPU 21 unterscheidet, ob der Sensorstrom Ip zu dieser Zeit innerhalb eines Bereichs zwischen "-7 mA bis 7 mA" liegt oder nicht, in Schritt 106. Ip = -7 mA, 7 mA sind Schwellenwerte, die dazu verwendet werden, um zu unter­ scheiden, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu dieser Zeit in dem Bereich nahe dem stöchiometrischen Verhältnis (Luft/Kraftstoff-Verhältnis 12,8 bis 18) liegt oder nicht. Falls der Schritt 106 positiv beschieden wird, so bedeutet dies, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu die­ ser Zeit innerhalb des Bereichs nahe dem stöchiometri­ schen Verhältnis liegt.

Wenn der Schritt 106 positiv beschieden wird (im Fall von -7 mA ≦ Ip ≦ 7 mA), verbindet die CPU 21 die Umschalt­ schaltung 18 mit der Seite der Spannung Vd in Schritt 107. Demzufolge dient die Spannung Vd als die Eingangs­ spannung Vf des Spannungsfolgers 17, und wird der Wert Vd als ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Ausgangssignal an den Analog/Digital-Umsetzer 41 in der Motorsteuerung ECU 40 ausgegeben. In diesem Fall wird das Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Ausgangssignal, das durch die Sensorstrom-Erfas­ sungsschaltung erfaßt wird, durch die Summe "R1 + R2" beider der Widerstandswerte der Stromerfassungswiderstän­ de 15a und 15b erfaßt.

Wenn der Schritt 106 negativ beschieden wird, erlaubt die CPU 21 in Schritt 108, daß die Umschaltschaltung 18 mit der Seite der Spannung Vc verbunden wird. Demzufolge dient die Spannung Vc als die Eingangsspannung Vf des Spannungsfolgers 17, und wird der Vc-Wert als ein Luft/­ Kraftstoff-Verhältnis-Ausgangssignal an den Analog/Di­ gital-Umsetzer 41 in der Motorsteuerung ECU 40 ausgege­ ben. In diesem Fall wird das Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Ausgangssignal, das durch die Sensorstrom-Erfassungs­ schaltung 15 erfaßt wird, durch den Widerstandswert "R1" des Widerstands 15a, der einer der Stromerfassungswider­ stände ist, erfaßt.

Andererseits wird in der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Er­ fassungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Ausgangswert durch die nachfolgende Prozedur in dem Her­ stellungsprozeß der Vorrichtung eingestellt, um individu­ elle Variationen von Vorrichtung zu Vorrichtung zu elimi­ nieren. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Ausgangssignal (das Ausgangssignal des Spannungsfolgers 17) der Bi­ assteuerschaltung 10 führt zu Erfassungsfehlern aus den folgenden Gründen:

• (1) aufgrund von Variationen bzw. Schwankungen der Widerstände 12 und 13 der Referenzspannungsschaltung 11,
• (2) aufgrund von Offset-Fehlern der Operationsver­ stärker 14a und 17,
• (3) aufgrund von Variationen der Sensorstrom-Er­ fassungsschaltung 15, und dergleichen.

Nachstehend wird die Prozedur zum Einstellen der Aus­ gangsspannung unter Bezugnahme auf Fig. 7 und 8 erklärt. Hier beträgt die Referenzspannung Va des Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Sensors 30, die durch die Spannungsteilerwi­ derstände 12 und 13 in der Referenzspannungsschaltung 11 bestimmt wird, "2,5 V", beträgt der Widerstandswert der Sensorstrom-Erfassungsschaltung 15 "357 W", ist der Sen­ sorstrom bei dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis 18 gleich "7 mA" und ist der Sensorstrom bei dem Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis 17 gleich "4,880 mA". In diesem Fall ist die Aus­ gangsspannung bei dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis 18:

357 W×7 mA + 2,5 V = 4,999 V

Darüber hinaus ist die Ausgangsspannung bei dem Luft/­ Kraftstoff-Verhältnis 17:

357 W×4,880 mA + 2,5 V = 4,24 V

Daher ist der Spannungsbereich für die Einheit des Luft/­ Kraftstoff-Verhältnisses (1 Luft/Kraftstoff-Verhältnis) gleich 0,757 V (= 4,999 - 4,242).

Um in Bezug auf die vorstehenden Variationen (1) bis (3) spezifischer zu werden, ändert sich, weil die Spannungs­ teilerwiderstände 12 und 13 Variationen bzw. Toleranzen von etwa ± 1% aufweisen, die Referenzspannung Va inner­ halb einem Bereich von 1% (d. h. ± 25 mV) von 2,5 V (obiges (1)).

Ferner tritt, weil die Operationsverstärker 14a und 17 die Offsetspannung Voff von etwa ± 20 mV aufweisen, ein Fehler zwischen dem positivseitigen (+) Anschluß und dem negativseitigen (-) Anschluß in jedem der Operationsver­ stärker 14a und 17 auf (obiges (2)) . Die Summe der Fehler (Offsetspannung Voff) der beiden Operationsverstärker 14a und 17 beläuft sich auf etwa ± 40 mV.

Zudem haben in der Sensorstrom-Erfassungsschaltung 15 die Stromerfassungswiderstände 15a und 15b Variationen bzw. Toleranzen von etwa ± 1%. Infolgedessen tritt ein Span­ nungsfehler entsprechend den Schwankungen des Sensor­ stroms und der Stromerfassungswiderstände 15a und 15b auf bei anderen Luft/Kraftstoff-Verhältnissen als dem stöchiometrischen Verhältnis, bei dem der Sensorstrom zu 0 mA wird. Beispielsweise beträgt der Fehler bei dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis 17:

4,880 mA×357 W×0,01 = 17,4 mV (obiges (3)).

Die maximale Summe der Fehler gemäß vorstehendem (1) bis (3) bei dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 17 ist gleich:

25 mV + 40 mV + 17,4 mV = 82,4 mV

D. h., die Beziehung zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhält­ nis und der Ausgangsspannung beinhaltet aufgrund der vor­ stehenden Ursachen (1) bis (3) Variationen, die durch ei­ ne Zweipunkt-Kettenlinie dargestellt werden, gegenüber einer idealen Charakteristik, gezeigt durch die ausgezo­ gene Linie, wie in Fig. 7 gezeigt. Bei dem Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis 17 wird der Fehler zu ± 82,4 mV maximal gegenüber der idealen Ausgangsspannung. Dieser Ausgangs­ spannungsfehler entspricht dem Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Fehler von:

82,4 mV/0,757 V = 0,11

In Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel werden da­ her die Spannungsteilerwiderstände 12 und 13 der Refe­ renzspannungsschaltung 11 in der Biassteuerschaltung 10 auf geeignete Art und Weise getrimmt, um individuelle Va­ riationen der Einrichtung, die durch die vorstehenden Fehler verursacht werden, zu vermeiden. Die in Fig. 8 ge­ zeigte Schaltung weist denselben Aufbau auf wie die Bi­ assteuerschaltung 10, die in Fig. 1 gezeigt ist, so daß daher deren Aufbau, wie beispielsweise die Sensor­ strom-Erfassungsschaltung 15, in einer aus Gründen der Kürze teilweise vereinfachten Form aufgezeigt wird.

Im einzelnen ist eine Konstantstromquelle 101 mit einem Anschluß 100 der Biassteuerschaltung 10 verbunden, um ei­ nen Strom mit einem konstanten Wert durch die Konstant­ stromquelle bereitzustellen. Beispielsweise wird dann, wenn ein Strom von "4,880 mA", der dem Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis 17 entspricht, bereitgestellt wird, die Aus­ gangsspannung der Biassteuerschaltung 10 (das Potential an dem Punkt Z gemäß Fig. 8) gemessen. Zu dieser Zeit wird der Spannungsteilerwiderstand 12 oder 13 in Überein­ stimmung mit der Abweichung der Ausgangsspannung an dem Punkt Z von dem idealen Wert "4,242 V" der Ausgangsspan­ nung bei dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis 17 getrimmt. Falls die an dem Punkt Z gemessene Ausgangsspannung höher ist als der ideale Wert "4,242 V", wird der Spannungstei­ lerwiderstand 12 getrimmt. Durch Trimmen des Spannungs­ teilerwiderstands 12 auf einen größeren Widerstandswert wird die durch die Referenzspannungsschaltung 11 erzeugte Referenzspannung Va verringert. Da die Ausgangsspannung an dem Punkt Z proportional zu der Referenzspannung Va abnimmt, wird die Ausgangsspannung des Punkts Z durch Trimmen des Spannungsteilerwiderstands näher an den idea­ len Wert gebracht. Diese Prozedur ermöglicht die Bereit­ stellung derjenigen Ausgangsspannung, die die geringste Abweichung von dem idealen Wert zeigt.

Falls die an dem Punkt Z gemessene Ausgangsspannung nied­ riger ist als der ideale Wert "4,242 V" bei dem Luft/ Kraftstoff-Verhältnis von 17, wird der Spannungsteilerwi­ derstand 13 getrimmt. Durch Trimmen des Spannungsteiler­ widerstands 13 auf einen größeren Widerstandswert wird die Referenzspannung Va, die durch die Referenzspannungs-Er­ zeugungsschaltung 11 erzeugt wird, erhöht. Somit wird die Spannung des Punkts Z näher an den idealen Wert ge­ bracht, um diejenige Ausgangsspannung bereitzustellen, die die geringste Abweichung von dem idealen Wert auf­ weist. Die Spannungsteilerwiderstände 12 und 13 können durch ein Dickschichtwiderstand-Trimmverfahren oder ein Dünnschichtwiderstand-Trimmverfahren, die auf einem Chip durchgeführt werden können, oder ein anderes Trimmverfah­ ren ähnlicher Art getrimmt werden.

In Übereinstimmung mit dem im einzelnen beschriebenen Ausführungsbeispiel können die nachstehenden Wirkungen erzielt werden:

• (a) in Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel wird bei der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsvor­ richtung zum Konvertieren des Sensorstroms Ip in ein Spannungssignal und Ausgeben des Spannungssignals an den Analog/Digital-Umsetzer 41 über den Spannungsfolger 17 der Widerstandswert der Sensorstrom-Erfassungsschaltung 15 zum Senden des Spannungssignals an den Spannungsfolger 17 variabel festgelegt in Übereinstimmung mit dem Sensor­ strom Ip. In Übereinstimmung mit diesem Aufbau kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis immer in dem Spannungsbereich, der durch den Analog/Digital-Umsetzer 41 gelesen werden kann, d. h. dem Spannungsbereich zwischen "0 und 5 V", er­ faßt werden. Darüber hinaus kann eine hohe Erfassungsge­ nauigkeit gewährleistet werden, innerhalb einer Beschrän­ kung dahingehend, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem vorstehenden Spannungsbereich erfaßt werden sollte. Demzufolge kann die Erfassungsgenauigkeit des Luft/­ Kraftstoff-Verhältnisses verbessert werden, und zwar auch dann, wenn ein breiter Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfas­ sungsbereich erforderlich ist. Infolgedessen kann auch bei dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuersystem, bei dem sowohl die stöchiometrische Steuerung als auch die Mager­ verbrennungssteuerung durchgeführt werden, die Erfas­ sungsgenauigkeit des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses nahe dem stöchiometrischen Verhältnis verbessert werden, wäh­ rend die Erfassungsgenauigkeit des Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnisses zur Zeit der Magerverbrennungssteuerung ge­ währleistet wird.
• (b) in Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel sind die Stromerfassungswiderstände 15a und 15b durch ei­ ne Vielzahl von Widerständen aufgebaut, deren Wider­ standswerte bekannt sind, und wird der Widerstand, der mit dem Eingangsanschluß des Spannungsfolgers 17 verbun­ den ist, auf geeignete Art und Weise geändert in Überein­ stimmung mit dem Sensorstrom Ip. In diesem Fall kann durch Umschalten des Widerstandswerts durch die Umschalt­ schaltung 18 der Umschaltvorgang mit einem einfachen Auf­ bau realisiert werden.
• (c) darüber hinaus wird der Widerstandswert des Stromerfassungswiderstands geändert für jeden Bereich durch Unterteilen in eine Vielzahl von Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Bereichen (Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bereich mit einem Mittenpunkt bei dem Soll-Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis) in Bezug auf das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Luft/Kraftstoff-Verhältnis 14,7) zur Zeit der stöchiome­ trischen Steuerung oder der Magerverbrennungssteuerung als Referenz. Somit kann daher die benötigte Erfassungs­ genauigkeit an dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Punkt, an dem insbesondere die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfas­ sungsgenauigkeit benötigt wird, gewährleistet werden.
• (d) bei dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuersystem, das die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsvorrichtung mit dem vorstehenden Aufbau verwendet, können, da die Er­ fassungsgenauigkeit des Luft/Kraftstoff-Verhältniswerts als Steuerparameter verbessert wird, die Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Rückkopplungssteuerung mit hoher Genauigkeit realisiert und exzellente Effekte wie beispielsweise der­ art, daß die Emissionen und der Kraftstoffverbrauch ver­ ringert werden, erzielt werden.
• (e) die Umschaltschaltung 18 zum Umschalten des Wi­ derstandswerts der Sensorstrom-Erfassungsschaltung 15 ist nicht in dem Sensorstrom-Flußpfad bereitgestellt, sondern an der Eingangsseite des Spannungsfolgers 17. In diesem Fall kann der Nachteil dahingehend, daß sich die Luft/ Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsgenauigkeit aufgrund von Variationen in dem Stromsignal, die durch die Wider­ standskomponente der Umschaltschaltung 18 verursacht wer­ den, verschlechtert, umgangen werden.
• (f) ferner wird zur Zeit der Herstellung der Luft/­ Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsvorrichtung die Ausgangs­ spannung des Spannungsfolgers 17 überwacht und werden die Spannungsteilerwiderstände für die Referenzspannung auf geeignete Art und Weise getrimmt, um die Ausgangsspannung einzustellen. Infolgedessen können Schwankungen in dem Ausgangssignal, die sich aus der individuellen Variation der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsvorrichtung (Biassteuerschaltung 10) ergeben, verringert werden, und kann die Genauigkeit der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Er­ fassung auf ein höheres Niveau gesteigert werden.

Nachstehend werden zweite bis sechste Ausführungsbeispie­ le der Erfindung beschrieben. In jedem der nachfolgenden Ausführungsbeispiele sind Abschnitte, die zu solchen in dem vorstehend erwähnten ersten Ausführungsbeispiel äqui­ valent sind, durch dieselben Bezugszeichen gekennzeich­ net, und wird daher ihre Beschreibung vereinfacht. Die sich gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel unterschei­ denden Punkte werden nachstehend in der Hauptsache be­ schrieben.

(Zweites Ausführungsbeispiel)

Nachstehend wird das zweite Ausführungsbeispiel der Er­ findung unter Bezugnahme auf Fig. 7 bis 10 beschrieben. Fig. 9 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen Entwurf ei­ ner Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsvorrichtung ge­ mäß diesem Ausführungsbeispiel zeigt. Da der Aufbau der Vorrichtung grundsätzlich ähnlich ist zu demjenigen der Fig. 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, werden nach­ stehend nur sich demgegenüber unterscheidende Punkte be­ schrieben.

Eine Sensorstrom-Erfassungsschaltung 15 weist drei Strom­ erfassungswiderstände 15a, 15b und 15c auf, die seriell zwischen dem Ausgangsanschluß des Verstärkers 14a und dem Anschluß 25 des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 30 verschaltet sind. Der Punkt C, D oder E in dem Diagramm ist mit dem nicht invertierenden Eingangsanschluß des Spannungsfolgers 17 verbunden, der den Sensorstrom Ip als ein Spannungssignal in Übereinstimmung mit der Schaltpo­ sition einer Umschaltschaltung 52 empfängt. Der Punkt C ist ein Verbindungspunkt der Stromerfassungswiderstände 15a und 15b. Der Punkt D ist ein Verbindungspunkt der Stromerfassungswiderstände 15b und 15c. Der Punkt E ist ein Verbindungspunkt des Ausgangsanschlusses des Verstär­ kers 14a und des Stromerfassungswiderstands 15c.

In diesem Fall wird dann, wenn die Umschaltschaltung 52 auf die Seite der Spannung Vc geschaltet ist, wie in dem Diagramm gezeigt, die Spannung Vf des Eingangsanschlusses des Spannungsfolgers 17 zu der Spannung Vc an dem Punkt C. D.h., der Sensorstrom Ip, der in der Sensorstrom-Er­ fassungsschaltung 15 fließt, wird nur durch den Wider­ stand des Stromerfassungswiderstands 15a erfaßt. Die Ip entsprechende Spannung Vc wird dem Spannungsfolger 17 über die Umschaltschaltung 52 zugeführt.

Wenn die Umschaltschaltung 52 von der in dem Diagramm ge­ zeigten Position auf die Seite der Spannung Vd wechselt, wird die Spannung Vf des Eingangsanschlusses des Span­ nungsfolgers 17 zu der Spannung Vd an dem Punkt D. D.h., der Sensorstrom Ip wird durch den Widerstand der Stromer­ fassungswiderstände 15a und 15b erfaßt, und die Spannung Vd, die Ip entspricht, wird dem Spannungsfolger 17 über die Umschaltschaltung 52 zugeführt.

Ferner wird dann, wenn die Umschaltschaltung 52 von der in dem Diagramm gezeigten Position auf die Seite der Spannung Ve wechselt, die Spannung Vf des Eingangsan­ schlusses des Spannungsfolgers 17 zu der Spannung Ve an dem Punkt E. D.h., der Sensorstrom Ip wird durch den Wi­ derstand der Stromerfassungswiderstände 15a, 15b und 15c erfaßt. Die diesem Ip entsprechende Spannung Ve wird dem Spannungsfolger 17 über die Umschaltschaltung 52 zuge­ führt. Der Umschaltvorgang der Umschaltschaltung 52 wird durch die CPU 21 auf eine Art und Weise ähnlich dem er­ sten Ausführungsbeispiel gesteuert.

Nachstehend wird der Umschaltvorgang der Umschaltschal­ tung 52 durch Zeigen tatsächlicher spezifischer Werte be­ schrieben. Verfahren zum Erfassen des Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnisses werden hier in Bezug auf jeden der nachfol­ genden drei Bereiche:

• - erster Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bereich (Luft/­ Kraftstoff-Verhältnis 12,8 bis 18) als eine Zone nahe dem stöchiometrischen Verhältnis in dem dynamischen Bereich;
• - zweiter Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bereich (Luft/­ Kraftstoff-Verhältnis 12 bis 12,8, 18 bis 22) als Zonen außerhalb des ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bereichs; und
• - dritter Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bereich (Luft/­ Kraftstoff-Verhältnis 22 bis 25) als eine Zone außerhalb des zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bereichs;
  beschrieben.

In dem Ausführungsbeispiel ist die Referenzspannung Va gleich "2,5 V", ist der Sensorstrom Ip bei einem Luft/­ Kraftstoff-Verhältnis von 18 "7 mA", ist der Sensorstrom Ip bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 22 "15,5 mA", und ist der Sensorstrom Ip bei einem Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis von 25 "22 mA" (V-I-Charakteristik gemäß Fig. 3) Ein Widerstandswert R11 des Stromerfassungswiderstands 15a ist auf "113 W" festgelegt, ein Widerstandswert R12 des Stromerfassungswiderstands 15b ist auf "48 W" festge­ legt, und ein Widerstandswert R13 des Stromerfassungswi­ derstands 15c ist auf "196 W" festgelegt.

In dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bereich bzw. der ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Zone (Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis 12,8 bis 18) ist das Luft/Kraftstoff-Verhält­ nis, bei dem die Spannungen Vc, Vd und Ve an den Punkten C, D und E in Fig. 9 maximal sind, gleich 18. Die Span­ nungen Vc, Vd und Ve dann, wenn das Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis gleich 18 ist, sind wie folgt.

Vc = 3,291 V
Vd = 3,627 V
Ve = 4,999 V

Die Spannung Vc wird erhalten durch Addieren der Refe­ renzspannung Va zu dem Produkt des Sensorstroms Ip und des Widerstandswerts R11 des Stromerfassungswiderstands 15a (Vc = Ip.R11 + Va) . Die Spannung Vd wird erhalten durch Addieren der Referenzspannung Va zu dem Produkt des Sensorstroms Ip und der Widerstandswerte (R11 + R12) der Stromerfassungswiderstände 15a und 15b (Vd = Ip.(R11 + R12) + Va) . Die Spannung Ve wird erhalten durch Addieren der Referenzspannung Va zu dem Produkt des Sensorstroms Ip und der Widerstandswerte (R11 + R12 + R13) der Strom­ erfassungswiderstände 15a und 15b und 15c (Ve = Ip. (R11 + R12 + R13) + Va).

Da sämtliche Werte der Spannungen Vc, Vd und Ve innerhalb eines Spannungsbereichs (0 bis 5 V) liegen, der durch den Analog/Digital-Umsetzer 41 in der Motorsteuerung ECU 40 verarbeitet werden kann, kann jeder Wert durch den Ana­ log/Digital-Umsetzer 41 gelesen werden. Wie vorstehend beschrieben, ist es jedoch, um die Erfassungsgenauigkeit des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu gewährleisten, wün­ schenswert, den Spannungswert pro Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Einheit so weit wie möglich zu erhöhen.

Wenn der Spannungswert pro Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Ein­ heit jeder der Spannungen Vc, Vd und Ve berechnet wird unter Verwendung des stöchiometrischen Verhältnisses (Luft/Kraftstoff-Verhältnis 14,7) als Referenz, wird der Spannungswert pro Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einheit der Spannung Vc zu "0,239 V" aus dem nachstehenden arithmeti­ schen Ausdruck erhalten.

(3,291 V - 2,5 V)/(18 - 14,7)

Der Spannungswert pro Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einheit der Spannung Vd wird zu "0,341 V" aus dem nachstehenden arithmetischen Ausdruck erhalten.

(3,627 V - 2,5 V)/(18 - 14,7)

Der Spannungswert pro Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einheit der Spannung Ve wird zu "0,757 V" aus dem nachstehenden arithmetischen Ausdruck erhalten.

(4,999 V - 2,5 V)/(18 - 14,7)

In diesem Fall kann es, da der Spannungswert pro Luft/­ Kraftstoff-Verhältnis-Einheit der Spannung Ve der größte ist, sein, daß die Spannung Ve die höchste Erfassungsge­ nauigkeit aufweist. Eine ähnliche Tendenz besteht für be­ liebige Luft/Kraftstoff-Verhältniswerte, falls diese in­ nerhalb des Bereichs nahe dem stöchiometrischen Verhält­ nis liegen (Luft/Kraftstoff-Verhältnis 12,8 bis 18) D.h., in dem Bereich nahe dem stöchiometrischen Verhält­ nis wird der Wert Ve als Eingangsspannung Vf des Span­ nungsfolgers 17 verwendet, wodurch möglich wird, daß die Erfassungsgenauigkeit gewährleistet wird.

Nachstehend wird die Ausgangsspannungscharakteristik un­ ter Bezugnahme auf Fig. 10 beschrieben. Falls der Span­ nungswert pro Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einheit bei ei­ nem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 18 in Bezug auf je­ weils:

• (a) einen Fall, in dem der Wert des Stromerfassungs­ widerstands auf "R11" festgelegt ist (im Fall des Ausge­ bens der Spannung Vc)
• (b) einen Fall, in dem der Wert des Stromerfassungs­ widerstands auf "R11 + R12" festgelegt ist (im Fall des Ausgebens der Spannung Vd); und
• (c) einen Fall, in dem der Wert des Stromerfassungs­ widerstands auf "R11 + R12 + R13" festgelegt ist (im Fall des Ausgebens der Spannung Ve) ,
  verglichen wird, wird erkennbar, daß der Wert von (c) der größte ist und die Erfassungsgenauigkeit des Luft/Kraft­ stoff-Verhältnisses verbessert wird.

Andererseits ist in dem zweiten Luft/Kraftstoff-Verhält­ nis-Bereich (Luft/Kraftstoff-Verhältnis 12 bis 12,8 und 18 bis 22) das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, bei dem die Spannungen Vc, Vd und Ve an den Punkten C, D und E gemäß Fig. 9 am größten sind, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis 22. Die Spannungen Vc, Vd und Ve bei dem Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis 22 sind wie folgt:

Vc = 4,251 V
Vd = 4,996 V
Ve = 8,034 V

In diesem Fall sind, da der Eingangsspannungsbereich des Analog/Digital-Umsetzers 41 in der Motorsteuerung ECU 40 "0 bis 5 V" ist, die Spannungen Vc und Vd, außer Ve, les­ bare Werte. Wenn die Spannungen Vc und Vd verglichen wer­ den, kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit höherer Ge­ nauigkeit unter Verwendung der Spannung Vd erfaßt werden (die Ursache ist ähnlich dem Fall, in dem das Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis 18 ist). In dem zweiten Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Bereich (Luft/Kraftstoff-Verhältnis 12 bis 12,8 und 18 bis 22) wird daher der Wert Vd als Eingangs­ spannung Vf des Spannungsfolgers 17 verwendet. D.h., wie durch die Ausgangsspannungscharakteristik gemäß Fig. 10 gezeigt, ist es ausreichend, daß der Wert des Stromerfas­ sungswiderstands gleich "R11 + R12" (ein Additionswert der Stromerfassungswiderstände 15a und 15b) ist.

Ferner ist in dem dritten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Be­ reich (Luft/Kraftstoff-Verhältnis 22 bis 25) das Luft/­ Kraftstoff-Verhältnis, bei dem die Spannungen Vc, Vd und Ve an den Punkten C, D und E gemäß Fig. 9 am größten sind, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis 25. Die Spannungen Vc, Vd und Ve bei dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis 25 sind wie folgt:

Vc = 4,986 V
Vd = 6,042 V
Ve = 10,354 V

In diesem Fall können, da der Eingangsspannungsbereich des Analog/Digital-Umsetzers 41 "0 bis 5 V" ist, obwohl die Spannung Vc gelesen werden kann, die Spannungen Vd und Ve nicht gelesen werden. In dem dritten Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis-Bereich (Luft/Kraftstoff-Verhältnis 22 bis 25) wird daher der Wert Vc als Eingangsspannung Vf des Spannungsfolgers 17 verwendet. D.h., wie durch die Ausgangsspannungscharakteristik gemäß Fig. 10 gezeigt, ist es ausreichend, daß der Wert des Stromerfassungswi­ derstands gleich "R11" (Wert des Stromerfassungswider­ stands 15a) ist.

Fig. 11 ist ein Diagramm, das eine zu bevorzugende Bezie­ hung zwischen dem Sensorstrom Ip (mA) und dem Widerstand (W) des Stromerfassungswiderstands in Übereinstimmung mit dem Wert Ip zeigt. In dem Diagramm ist Ip = -11 mA bei dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 12, ist Ip = -7 mA bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 12,8, ist Ip = 7 mA bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 18, ist Ip = 15,5 mA bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 22 und ist Ip = 22 mA bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 25. In Übereinstimmung mit dem Diagramm wird deutlich, daß es ausreichend ist, wie folgt festzulegen:

• - im Fall von -7 mA ≦ Ip ≦ 7 mA (bei dem Luft/ Kraftstoff-Verhältnis von 12,8 bis 18) wird der Stromer­ fassungswiderstand auf "357 W" entsprechend dem Wert von "R11 + R12 + R13" festgelegt;
• - im Fall von -11 mA ≦ Ip < -7 mA, 7 mA < Ip ≦ 15,5 mA (bei dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 12 bis 12,8 und 18 bis 22) wird der Stromerfassungswiderstand auf "161 W" festgelegt entsprechend dem Wert von "R11 + R12";
• - im Fall von 15,5 mA < Ip ≦ 22 mA (bei dem Luft/ Kraftstoff-Verhältnis von 22 bis 25) wird der Stromerfas­ sungswiderstand auf "113 W" festgelegt entsprechend dem Wert von "R11".

Nachstehend wird der Betriebsablauf der wie vorstehend aufgebauten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsvorrich­ tung erklärt.

Fig. 12 ist ein Ablaufdiagramm, das eine durch die CPU 21 ausgeführte Luft /Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsroutine zeigt. Die CPU 21 führt diese Routine wiederholt in einem vorbestimmten Zyklus (beispielsweise in Intervallen von 4 ms) aus.

Zunächst erfaßt in Schritten 101 bis 105 die CPU 21 den Sensorstrom Ip, der zu jeder Zeit in Übereinstimmung mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis fließt, auf eine Art und Weise ähnlich zu der Routine gemäß Fig. 6, und legt eine Anlegespannung entsprechend dem Sensorstrom Ip an den Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 30 an. Gemäß dem Aus­ führungsbeispiel wird der Sensorstrom Ip in Schritt 103' aus dem arithmetischen Ausdruck

Ip = (Vc - Va)/R11

(in dem R11 ein Widerstandswert des Stromerfassungswider­ stands 15a ist), errechnet.

Sodann unterscheidet die CPU 21, ob der Sensorstrom Ip zu dieser Zeit innerhalb eines Bereichs von "-7 mA bis 7 mA" liegt oder nicht, in Schritt 106. Ip = -7 mA und 7 mA sind Schwellenwerte, die verwendet werden, um zu unter­ scheiden, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu dieser Zeit innerhalb dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Be­ reich (Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 12,8 bis 18) liegt oder nicht. Wenn der Schritt 106 bejahend entschieden wird, so bedeutet dies, daß das Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis zu dieser Zeit innerhalb des ersten Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis-Bereichs liegt.

Wenn der Schritt 106 bejahend entschieden wird (im Fall von -7 mA ≦ Ip ≦ 7 mA), erlaubt die CPU 21 in Schritt 111, daß die Umschaltschaltung 52 auf die Seite der Span­ nung Ve geschaltet wird. Demzufolge wird die Eingangs­ spannung Vf des Spannungsfolgers 17 zu der Spannung Ve, und wird der Wert Ve als eine Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Ausgabe an den Analog/Digital-Umsetzer 41 in der Motor­ steuerung ECU 40 ausgegeben. Die Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Ausgabe, die durch die Sensorstrom-Erfassungs­ schaltung 15 in diesem Fall erfaßt wird, wird durch die Summe "R11 + R12 + R13" der Widerstandswerte der Stromer­ fassungswiderstände 15a, 15b und 15c erfaßt.

Wenn der Schritt 106 negativ entschieden wird, unter­ scheidet die CPU 21 in Schritt 112, ob der Sensorstrom Ip zu dieser Zeit innerhalb eines Bereichs von "15,5 mA oder kleiner" oder "kleiner als -7 mA" liegt. Ip = 15,5 mA ist ein Schwellenwert, der verwendet wird, um zu unterschei­ den, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu dieser Zeit in­ nerhalb des zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bereichs (Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 18 bis 22) liegt oder nicht. Wenn der Schritt 112 bejahend entschieden wird, so bedeutet dies, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu die­ ser Zeit innerhalb des zweiten Luft/Kraftstoff-Verhält­ nis-Bereichs liegt.

Wenn der Schritt 112 bejahend entschieden wird (im Fall von 7 mA < Ip ≦ 15,5 mA oder Ip < -7 mA), erlaubt die CPU 21 in Schritt 113, daß die Umschaltschaltung 52 mit der Seite der Spannung Vd verbunden wird. Demzufolge dient die Spannung Vd als Eingangsspannung Vf des Spannungsfol­ gers 17, und wird der Wert Vd als eine Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Ausgabe an den Analog/Digital-Umsetzer 41 in der Motorsteuerung ECU 40 ausgegeben. Die Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis-Ausgabe, die durch die Sensorstrom-Er­ fassungsschaltung 15 erfaßt wird, wird durch die Summe "R11 + R12" von beiden der Widerstandswerte der Stromer­ fassungswerte 15a und 15b erfaßt.

Wenn der Schritt 112 negativ entschieden wird, erlaubt die CPU 21 in Schritt 114, daß die Umschaltschaltung 52 mit der Seite der Spannung Vc verbunden wird. Demzufolge dient die Spannung Vc als Eingangsspannung Vf des Span­ nungsfolgers 1, und wird der Wert Vc als eine Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis-Ausgabe an den Analog/Digital-Umsetzer 41 in der Motorsteuerung ECU 40 ausgegeben. In diesem Fall wird die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Ausgabe, die durch die Sensorstrom-Erfassungsschaltung 15 erfaßt wird, durch den Widerstandswert "R11" des Stromerfassungswider­ stands 15a erfaßt.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel wie vorstehend beschrieben kann auf eine Art und Weise ähnlich zu dem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit hoher Genauigkeit erfaßt werden, während die Ausgangsspannung der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsvorrichtung auf den Spannungsbereich begrenzt wird, der durch den Ana­ log/Digital-Umsetzer 41 lesbar ist. Daher können Effekte derart, daß die Erfassungsgenauigkeit des Luft/Kraft­ stoff-Verhältnisses auch dann verbessert werden kann, wenn ein weiter Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsbe­ reich erforderlich ist, erhalten werden. Infolgedessen kann auch in dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuersystem, in dem sowohl die stöchiometrische Steuerung und die Ma­ gerverbrennungssteuerung durchgeführt werden, während die Erfassungsgenauigkeit des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zur Zeit der Magerverbrennungssteuerung gewährleistet wird, die Erfassungsgenauigkeit des Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnisses nahe dem stöchiometrischen Verhältnis verbes­ sert werden. Insbesondere kann in dem Ausführungsbei­ spiel, da die Sensorstrom-Erfassungsschaltung 15 durch die drei Stromerfassungswiderstände 15a, 15b und 15c auf­ gebaut ist, die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassung mit einer höheren Genauigkeit realisiert werden als im Ver­ gleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel, in dem sie durch zwei Stromerfassungswiderstände aufgebaut ist. Da der Widerstandswert an dem Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Punkt (beispielsweise dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhält­ nis) umgeschaltet wird, an dem die Erfassungsgenauigkeit benötigt wird, kann in dem Ausführungsbeispiel auch die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassung wie erforderlich realisiert werden.

In diesem Zusammenhang können vier oder mehr Stromerfas­ sungswiderstände der Sensorstrom-Erfassungsschaltung be­ reitgestellt werden, und kann die Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Zone zum Umschalten der Widerstandswerte weiter unterteilt werden. In diesem Fall kann die Erfassungsge­ nauigkeit des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses weiter ver­ bessert werden.

(Drittes Ausführungsbeispiel)

Nachstehend wird das dritte Ausführungsbeispiel unter Be­ zugnahme auf Fig. 13 beschrieben. Fig. 13 ist ein Schal­ tungsdiagramm, das einen Entwurf einer Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Erfassungsvorrichtung gemäß diesem Ausfüh­ rungsbeispiel zeigt. Da der Aufbau der Vorrichtung grund­ sätzlich ähnlich ist zu demjenigen der Fig. 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, werden nachstehend nur sich demgegenüber unterscheidende Punkte beschrieben.

In Übereinstimmung mit dem Aufbau gemäß Fig. 13 sind eine Sensorstrom-Erfassungsschaltung 15 und eine Umschalt­ schaltung 18 seriell zwischen dem Ausgangsanschluß des Verstärkers 14a und dem Anschluß 25 des Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Sensors 30 verschaltet. Die Sensorstrom-Erfas­ sungsschaltung weist zwei Stromerfassungswiderstände 15a und 15b auf, die parallel verschaltet sind. Der Punkt F zwischen dem Ausgangsanschluß des Verstärkers 14a und der Umschaltschaltung 18 ist mit dem nicht invertierenden Eingangsanschluß des Spannungsfolgers 17 verbunden, der den Sensorstrom Ip als ein Spannungssignal empfängt. Die Spannung Vf an dem Punkt F in dem Diagramm wird ebenfalls von dem Analog/Digital-Umsetzer 22 empfangen.

In diesem Fall dient dann, wenn die Umschaltschaltung 18 auf die Seite der Spannung Vc geschaltet wird, wie in dem Diagramm gezeigt, die Spannung Vc als Spannung Vf des Eingangsanschlusses des Spannungsfolgers 17. D.h., der Sensorstrom Ip in Übereinstimmung mit dem Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis wird durch den Stromerfassungswiderstand 15a erfaßt, und die Ip entsprechende Spannung Vc wird dem Spannungsfolger 17 über den Punkt F in dem Diagramm zuge­ führt. Wenn die Umschaltschaltung 18 von der in dem Dia­ gramm gezeigten Position auf die Seite der Spannung Vd umgeschaltet wird, dient die Spannung Vd als Spannung Vf des Eingangsanschlusses des Spannungsfolgers 17. D.h., der Sensorstrom Ip wird durch den Stromerfassungswider­ stand 15b erfaßt. Die Spannung Vd, die Ip entspricht, wird dem Spannungsfolger 17 über den Punkt F in dem Dia­ gramm zugeführt.

Nachstehend wird der Umschaltvorgang der Umschaltschal­ tung 18 durch Zeigen tatsächlicher spezifischer Werte be­ schrieben. Verfahren zum Erfassen des Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnisses werden in Bezug auf die nachfolgenden bei­ den Bereiche:

• - den Bereich nahe dem stöchiometrischen Verhältnis (Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 12,8 bis 18) in dem dyna­ mischen Bereich; und
• - Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bereiche außerhalb des Bereichs nahe dem stöchiometrischen Verhältnis (Luft/ Kraftstoff-Verhältnis 12 bis 12,8, 18 bis 25)
  beschrieben.

In dem Ausführungsbeispiel ist die Referenzspannung Va auf "2,5 V" festgelegt, ist der Sensorstrom Ip bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 18 auf "7 mA" festgelegt, und ist der Sensorstrom Ip bei einem Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis von 25 auf "22 mA" festgelegt (V-I-Charakte­ ristik gemäß Fig. 3) . Ein Widerstandswert R21 des Stromerfassungswiderstands 15a ist auf "113 W" festge­ legt, und ein Widerstandswert R22 des Stromerfassungswi­ derstands 15b ist auf "357 W" festgelegt.

Zunächst ist in dem Bereich nahe dem stöchiometrischen Verhältnis (Luft/Kraftstoff-Verhältnis 12,8 bis 18) das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, bei dem die Spannung Vc oder die Spannung Vd maximal sind, das Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis 18, und sind die Spannungen Vc und Vd dann, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gleich 18 ist, wie folgt:

Vc = 3,291 V
Ve = 4, 999 V

Die Spannung Vc wird erhalten durch Addieren der Refe­ renzspannung Va zu dem Produkt des Sensorstroms Ip und des Widerstandswerts R21 des Stromerfassungswiderstands 15a (Vc = Ip.R21 + Va) . Die Spannung Vd wird erhalten durch Addieren der Referenzspannung Va zu dem Produkt des Sensorstroms Ip und des Widerstandswerts R22 des Stromer­ fassungswiderstands 15b (Vd = Ip.R22 + Va).

Da beide der Spannungen Vc und Vd innerhalb eines Span­ nungsbereich (0 bis 5 V) liegen, der durch den Analog/ Digital-Umsetzer 41 in der Motorsteuerung ECU 40 verar­ beitet werden kann, können beide Werte durch den Ana­ log/Digital-Umsetzer 41 gelesen werden. Wie vorstehend beschrieben, ist es jedoch, um die Erfassungsgenauigkeit zu gewährleisten, wünschenswert, den Spannungswertbereich pro Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einheit so groß wie mög­ lich festzulegen. In diesem Fall kann es, da die Spannung Vd den größeren Spannungswert pro Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Einheit als die Spannung Vc hat, wie beschrieben, sein, daß die Spannung Vd eine höhere Erfassungsgenauig­ keit hat. Eine ähnliche Tendenz besteht für einen belie­ bigen Luft/Kraftstoff-Verhältniswert, falls dieser inner­ halb des Bereichs nahe dem stöchiometrischen Verhältnis (Luft/Kraftstoff-Verhältnis 12,8 bi 32309 00070 552 001000280000000200012000285913219800040 0002019822801 00004 32190s 18) liegt. D.h., der Wert Vd wird als Eingangsspannung Vf des Spannungsfolgers 17 verwendet in dem Bereich nahe dem stöchiometrischen Verhältnis, so daß die Erfassungsgenauigkeit des Luft/ Kraftstoff-Verhältnisses gewährleistet werden kann (Fig. 4 und 5). Es ist ausreichend, daß der Wert des Stromer­ fassungswiderstands "R22 = 357 W" (Wert des Stromerfas­ sungswiderstands 15b) ist.

Andererseits ist in den Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Be­ reichen (Luft/Kraftstoff-Verhältnis 12 bis 12,8 und 18 bis 25) außerhalb des Bereichs nahe dem stöchiometrischen Verhältnis das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, bei dem die Spannung Vc oder die Spannung Vd am größten ist, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis 25. Die Spannungen Vc und Vd bei dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis 25 sind wie folgt:

Vc = 4,986 V
Vd = 10,354 V

In diesem Fall kann, da der Eingangsspannungsbereich des Analog/Digital-Umsetzers 41 "0 bis 5 V" ist, obwohl die Spannung Vc gelesen werden kann, die Spannung Vd nicht gelesen werden. In den Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Berei­ chen (Luft/Kraftstoff-Verhältnis 12 bis 12,8 und 18 bis 25) wird daher der Wert Vc als Eingangsspannung Vf des Spannungsfolgers 17 verwendet. D.h., es ist ausreichend, daß der Wert des Stromerfassungswiderstands "R21 = 113 W" (Wert des Stromerfassungswiderstands 15a) ist.

Bei der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsvorrichtung mit dem vorstehenden Aufbau wird ein Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Erfassungsprozeß grundlegend in Übereinstimmung mit der Routine gemäß Fig. 6 des ersten Ausführungsbei­ spiels durchgeführt (da der hauptsächliche Aufbau auf Fig. 6 beruht, ist an dieser Stelle ein Diagramm wegge­ lassen). Wenn ein Punkt, der sich von Fig. 6 unterschei­ det, erwähnt wird, wird die nachfolgende Gleichung ver­ wendet, um den Sensorstrom Tp (Schritt 103 in Fig. 6) in dem Ausführungsbeispiel zu berechnen:

Ip = (Vf - Va)/R21 oder
Ip = (Vf - Va)/R22

D. h., der Sensorstrom Ip wird berechnet unter Verwendung der Potentialdifferenz zwischen der Spannung Vf und der Spannung Va und des Widerstandswerts R21 (oder R22) des Stromerfassungswiderstands 15a (oder 15b).

In dem vorstehend im einzelnen beschriebenen Ausführungs­ beispiel sind, anders als in dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel, die Stromerfassungswiderstände 15a und 15b in der Sensorstrom-Erfassungsschaltung parallel verschaltet. Auf eine Art und Weise ähnlich zu den vor­ stehend erwähnten Ausführungsbeispielen wird jedoch ein Effekt derart, daß die Erfassungsgenauigkeit des Luft/­ Kraftstoff-Verhältnisses auch dann verbessert wird, wenn ein weiter Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsbereich erforderlich ist, erhalten. Infolgedessen kann auch in dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuersystem, in dem so­ wohl die stöchiometrische Steuerung als auch die Mager­ verbrennungssteuerung durchgeführt werden, die Erfas­ sungsgenauigkeit des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses nahe dem stöchiometrischen Verhältnis verbessert werden, wäh­ rend die Erfassungsgenauigkeit des Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnisses zur Zeit der Magerverbrennungssteuerung ge­ währleistet wird.

Als ein weiteres Beispiel des dritten Ausführungsbei­ spiels kann erwogen werden, die Luft/Kraftstoff-Verhält­ nis-Erfassungsvorrichtung wie folgt auszugestalten. Die Sensorstrom-Erfassungsschaltung 15 weist drei oder mehr Stromerfassungswiderstände auf, die unterschiedliche Wi­ derstandswerte haben und parallel verschaltet sind, und der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bereich zum Umschalten des Widerstandswerts des Stromerfassungswiderstands wird wei­ ter unterteilt. In diesem Fall kann die Erfassungsgenau­ igkeit des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses weiter verbes­ sert werden.

(Viertes Ausführungsbeispiel)

Nachstehend wird ein viertes Ausführungsbeispiel der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsvorrichtung unter Bezugnahme auf Fig. 12 beschrieben. Fig. 12 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen Entwurf einer Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis-Erfassungsvorrichtung gemäß diesem Aus­ führungsbeispiel zeigt. Da der Aufbau der Vorrichtung grundlegend ähnlich zu demjenigen der Fig. 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist, werden im folgenden nur sich demgegenüber unterscheidende Punkte beschrieben.

Bei den Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsvorrichtung­ en gemäß den ersten bis dritten Ausführungsbeispielen ist die Umschaltschaltung in der Biassteuerschaltung 10 ange­ ordnet, und legt die CPU 21 den Widerstandswert des Stromerfassungswiderstands variabel fest durch Umschalten der Umschaltschaltung in Übereinstimmung mit dem Sensor­ strom Ip zu jeder Zeit. Die Erfassungsgenauigkeit des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses wird durch den Umschaltvor­ gang gewährleistet. Demgegenüber wird in der Vorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Wert des Stroms, der in dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 30 fließt, als eine Vielzahl von Erfassungssignalen (Luft/ Kraftstoff-Verhältniswerten) mit unterschiedlichen Span­ nungspegeln ausgegeben. Eines der Vielzahl der zu verwen­ denden Erfassungssignale wird in der Motorsteuerung ECU 40 in Übereinstimmung mit dem Sensorstrom Ip ausgewählt.

Gemäß Fig. 14 ist die Sensorstrom-Erfassungsschaltung 15 zwischen dem Ausgangsanschluß des Verstärkers 14a und dem Anschluß 25 des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 30 be­ reitgestellt. Eingangsanschlüsse von Spannungsfolgern 71 und 72 sind mit den Punkten C bzw. D zwischen dem Aus­ gangsanschluß des Verstärkers 14a und dem Anschluß 25 des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 30 verbunden. Die Spannungen Vc und Vd an den Punkten C und D werden an die Spannungsfolger 71 und 72 angelegt. Der Analog/Digital- Umsetzer 41 in der Motorsteuerung ECU 40 ist mit den Aus­ gangsanschlüssen der Spannungsfolger 71 und 72 über Klemmschaltungen 73 und 74 als Spannungsschutzeinrichtun­ gen verbunden. Die Klemmschaltung 73 umfaßt ein Paar von Dioden 73a und 73b, die zwischen der Konstantspannung Vcc und der Masse verschaltet sind. Auf vergleichbare Art und Weise umfaßt die Klemmschaltung 74 ein Paar von Dioden 74a und 74b, die zwischen der Konstantspannung Vcc und der Masse verschaltet sind. Diese Klemmschaltungen 73 und 74 schützen die Ausgänge der Spannungsfolger 71 und 72 bei der Konstantspannung Vcc.

In Übereinstimmung mit dem vorstehenden Aufbau ist, an­ ders als bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispie­ len, der Umschaltvorgang der Umschaltschaltung nicht er­ forderlich. Die Spannungen Vc und Vd werden an die Motor­ steuerung ECU 40 über die Spannungsfolger 71 und 72 ange­ legt. D.h., der Sensorstrom Ip, der in den Stromerfas­ sungswiderständen 15a und 15b fließt, wird als zwei Luft/­ Kraftstoff-Verhältnis-Signale (Spannungen Vc und Vd) aus­ gegeben. Auf eine Art und Weise ähnlich dem ersten Aus­ führungsbeispiel ist der Widerstandswert R1 des Stromer­ fassungswiderstands 15a "113 W", und ist der Widerstands­ wert R2 des Stromerfassungswiderstands 15b "244 W".

In diesem Fall wählt die Motorsteuerung ECU 40 eines der beiden Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungssignale in Übereinstimmung mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis (dem Sensorstrom Ip) zu jeder Zeit aus. Im einzelnen kann dann, wenn der Sensorstrom Ip gleich "-7 mA bis 7 mA" ist, d. h. wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu dieser Zeit innerhalb der Zone nahe dem stöchiometrischen Ver­ hältnis (Luft/Kraftstoff-Verhältnis 12,8 bis 18) liegt, der Luft/Kraftstoff-Verhältniswert durch die Spannung Vd erfaßt werden. Wenn der Sensorstrom Ip "außerhalb des Be­ reichs von -7 mA bis 7 mA" liegt, d. h. wenn das Luft/­ Kraftstoff-Verhältnis zu dieser Zeit innerhalb der Luft/­ Kraftstoff-Verhältnisbereiche (Luft/Kraftstoff-Verhältnis 12 bis 12,8 und 18 bis 25) außerhalb der Zone nahe dem stöchiometrischen Verhältnis liegt, kann der Luft/Kraft­ stoff-Verhältniswert durch die Spannung Vc erfaßt werden (für Einzelheiten vgl. das Diagramm gemäß Fig. 4).

In Übereinstimmung mit dem vierten Ausführungsbeispiel kann auf eine Art und Weise ähnlich zu den vorangehenden Ausführungsbeispielen auch dann, wenn ein weiter Luft/­ Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsbereich erforderlich ist, die Erfassungsgenauigkeit des Luft/Kraftstoff-Verhältnis­ ses verbessert werden, und kann somit die Aufgabe der Er­ findung gelöst werden. In diesem Fall kann, je weiter der Sensorstrom Ip von dem stöchiometrischen Verhältnis ab­ liegt, aus der Vielzahl der Erfassungssignale (Vc, Vd) ein Erfassungssignal eines elektrischen Widerstands mit einem niedrigen Widerstandswert ausgewählt werden (ein ähnlicher Betriebsablauf wird durchgeführt, wenn drei oder mehr Stromerfassungswiderstände verwendet werden).

In dem Ausführungsbeispiel sind die Klemmschaltungen 73 und 74 zum Regeln der Ausgangsspannungen der Spannungs­ folger 71 und 72 derart, daß diese in einem vorbestimmten Spannungsbereich liegen, der durch den Analog/Digital-Um­ setzer 41 gelesen werden kann, d. h. in dem Spannungsbe­ reich zwischen 0 und 5 V, bereitgestellt. In diesem Fall werden die Ausgangsspannungen der Spannungsfolger 71 und 72 zu Spannungssignalen, die immer durch den Analog/Di­ gital-Umsetzer 41 gelesen werden können, so daß verhin­ dert werden kann, daß eine zu große Spannung an den Ana­ log/Digital-Umsetzer 41 angelegt wird. Die Erfindung kann auch durch Weglassen der Klemmschaltungen 71 und 72 aus­ gestaltet werden.

(Fünftes Ausführungsbeispiel)

Nachstehend wird das fünftes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf Fig. 15 bis 17 beschrieben. In diesem Aus­ führungsbeispiel wird dann, wenn ein Widerstandswert der Sensorstrom-Erfassungsschaltung in der Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Erfassungsvorrichtung umgeschaltet wird, die Umschaltinformation an eine Motorsteuerung ECU 40 über­ tragen. Somit erfaßt auch dann, wenn die Ausgangsspannun­ gen gegenüber unterschiedlichen Luft/Kraftstoff-Verhält­ nissen gleich werden, die Motorsteuerung ECU 40 das Luft/­ Kraftstoff-Verhältnis präzise.

Fig. 15 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen Entwurf der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt.

Gemäß Fig. 15 ist, anders als gemäß Fig. 1, die Motor­ steuerung ECU 40 mit einem digitalen Port 43 versehen, der mit der CPU 21 über eine Signalleitung 44 verbunden ist. Der digitale Port 43 wird in einem Zustand von ent­ weder "0" oder "1" gehalten in Übereinstimmung mit dem Bereichsignal, das von der CPU 21 übertragen wird.

Fig. 16 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Teil der Luft/­ Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsroutine, die durch die CPU 21 ausgeführt wird, zeigt, und ist eine teilweise Mo­ difikation des in Fig. 6 gezeigten Prozesses. Gemäß Fig. 16 steuert die CPU 21 in Schritten 106 bis 108 die Um­ schaltschaltung 18 in Übereinstimmung mit dem Sensorstrom Ip an. D.h., in dem Fall von Ip = -7 mA bis 7 mA steuert die CPU 21 die Umschaltschaltung 18 auf die Seite der Spannung Vd (Schritt 107), und in dem Fall von Ip < -7 mA oder Ip < 7 mA steuert die CPU 21 die Umschaltschaltung 18 auf die Seite der Spannung Vc (Schritt 108).

Wenn die Umschaltschaltung 18 mit der Seite der Spannung Vd verbunden ist, löscht die CPU 21 das Bereichsignal auf "0" in Schritt 201. Wenn die Umschaltschaltung 18 mit der Seite der Spannung Vc verbunden ist, setzt die CPU 21 das Bereichsignal auf "1" in Schritt 202.

Die Motorsteuerung ECU 40 unterscheidet, ob das Bereich­ signal "0" oder "1" ist, aus dem Signalzustand an dem di­ gitalen Port 43. Falls das Bereichsignal 0 ist, unter­ scheidet die Motorsteuerung ECU 40, daß das Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis in dem Bereich nahe dem stöchiometri­ schen Verhältnis (Luft/Kraftstoff-Verhältnis 12,8 bis 18) erfaßt wird. Falls das Bereichsignal 1 ist, unterscheidet die Motorsteuerung ECU 40, daß das Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis in dem Bereich außerhalb des Bereichs nahe dem stöchiometrischen Verhältnis erfaßt wird.

Fig. 17 ist ein Zeitverlaufsdiagramm, das in weiteren Einzelheiten den Betriebsablauf des Ausführungsbeispiels zeigt. In dieser Figur sind Übergänge des Sensorstroms Ip, der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Ausgangsspannung und des Bereichsignals, die auftreten, wenn sich das Luft/­ Kraftstoff-Verhältnis von einem Anreicherungswert (bei­ spielsweise einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 13) auf einen Abmagerungswert (beispielsweise ein Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis von 25) ändert, gezeigt. Es wird ange­ nommen, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis das stöchiome­ trische Verhältnis zur Zeit t1 erreicht, und das Luft/­ Kraftstoff-Verhältnis von 18 zur Zeit t2 erreicht.

Vor der Zeit t2 wird das Bereichsignal aufgrund von Ip = -7 mA bis 7 mA auf "0" gehalten. Wenn der Sensorstrom Ip zur Zeit t2 "7 mA" erreicht, welches einem Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis von 18 entspricht, wird das Bereichsi­ gnal auf "1" umgeschaltet. Die Motorsteuerung ECU 40 er­ faßt aus dem Bereichsignal, daß die Umschaltschaltung 18 angesteuert wird. Somit werden auch dann, wenn die Sen­ sorausgangsspannungen gleich sind, zwei Luft/Kraftstoff-Ver­ hältniswerte in dem Bereich nahe dem stöchiometrischen Verhältnis und in dem anderen Bereich erfaßt.

In Übereinstimmung mit dem fünften Ausführungsbeispiel wird der Motorsteuerung ECU 40 ermöglicht, das Luft/­ Kraftstoff-Verhältnis (den Luft/Kraftstoff-Verhältnis­ wert) genau zu bestimmen. Infolgedessen kann die Motor­ steuerung ECU 40, indem sie somit das Luft/Kraftstoff- Verhältnis akkurat ermittelt, eine hochgenaue Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis-Steuerung in Antwort auf das ermittelte Luft/Kraftstoff-Verhältnis durchführen.

Als eine Modifikation des fünften Ausführungsbeispiels können mehr als drei Stromerfassungswiderstände umge­ schaltet werden. Im Fall des Umschaltens dreier Stromer­ fassungswiderstände beispielsweise erfaßt die Motorsteue­ rung ECU 40 auch dann, wenn die Sensorausgangsspannungen gleich sind, drei Luft/Kraftstoff-Verhältniswerte für je­ den Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bereich in Antwort auf das Bereichsignal.

(Sechstes Ausführungsbeispiel)

Nachstehend wird das sechstes Ausführungsbeispiel be­ schrieben. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel gibt die Mo­ torsteuerung ECU 40 einen Umschaltbefehl an die Umschalt­ schaltung 18 aus und führt die CPU 21 einen Umschaltvor­ gang der Umschaltschaltung 18 in Antwort auf diesen Be­ fehl durch.

Fig. 18 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Zeitgeber-Un­ terbrechungsroutine, die durch die Motorsteuerung ECU 40 ausgeführt wird, zeigt. Gemäß Fig. 18 unterscheidet die Motorsteuerung ECU 40 zunächst in Schritt 301, ob die Ma­ gersteuerungsbedingung erfüllt ist oder nicht. Die Mager­ steuerungsbedingung beinhaltet zum Beispiel:

• - der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 30 ist akti­ viert; und
• - die Brennkraftmaschine befindet sich in einem nor­ malen Betriebszustand.

Falls die Magersteuerungsbedingung erfüllt ist, schreitet die Motorsteuerung ECU 40 zu Schritt 302 fort, um das Be­ reichsignal auf "1" zu setzen. Falls die Magersteuerungs­ bedingung nicht erfüllt ist, schreitet die Motorsteuerung ECU 40 zu Schritt 303 fort, um das Bereichsignal auf "0" zu setzen.

Die CPU 21 führt einen Umschaltvorgang der Umschaltschal­ tung 18 in Antwort auf das durch die Motorsteuerung ECU 14 festgelegte Bereichsignal durch. D.h., in der Luft/­ Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsroutine, die in Fig. 19 gezeigt ist, unterscheidet die CPU 21 in Schritt 401, ob das Bereichsignal "0" ist oder nicht. Falls das Bereich­ signal gleich 0 ist, verbindet die CPU 21 in Schritt 107 die Umschaltschaltung 18 mit der Seite der Spannung Vd. Zu dieser Zeit wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nahe dem stöchiometrischen Verhältnis erfaßt. Falls das Be­ reichsignal gleich 1 ist, verbindet die CPU 21 in Schritt 108 die Umschaltschaltung 18 mit der Seite der Spannung Vc. Zu dieser Zeit wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nahe der Magerverbrennungszone erfaßt. Es ist auch in diesem Ausführungsbeispiel möglich, mehr als drei Stromerfassungswiderstände zu verwenden.

(Siebtes Ausführungsbeispiel)

In diesem Ausführungsbeispiel wird der Widerstandswert des Stromerfassungswiderstands variabel festgelegt, wenn eine Sensorverschlechterung aus einem Ergebnis der Erfas­ sung des atmosphärischen Gas-Luft/Kraftstoff-Verhält­ nisses bzw. des Atmosphäre-Gas-Luft/Kraftstoff-Verhält­ nisses in einem Mittenbereich der Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Steuerung zu erfassen ist. Zur Zeit der Erfassung des Atmosphäre-Gas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis extrem mager, und wird der Sensorstrom Ip zu beispielsweise "36 mA". Der Wider­ standswert des Stromerfassungswiderstands wird auf "69 W" geändert, so daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis innerhalb des Signalverarbeitungsbereichs (0 V bis 5 V) des Ana­ log/Digital-Umsetzers 41 auf dieselbe Art und Weise wie in den vorstehenden Ausführungsbeispielen erfaßt werden kann. Durch Festlegen des Widerstandswerts auf 69 W wird die Eingangsspannung Vf des Spannungsfolgers 17 gemäß Fig. 1 zu beispielsweise:

Vf = 36 mA.69 W + 2,5 V = 4,984 V,

welches durch den Analog/Digital-Umsetzer 41 lesbar ist. Im einzelnen führt die Motorsteuerung ECU 40 die Verar­ beitung gemäß Fig. 20 aus.

Gemäß Fig. 20 unterscheidet die Motorsteuerung ECU 40 in Schritt 501, ob gegenwärtig der Betriebsablauf der Kraft­ stoffabschaltung (F/C) vorliegt oder nicht. Falls nicht, gibt Schritt 502 der CPU 21 eine Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Erfassung durch den Widerstandswert für die Luft/­ Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung vor. Zu dieser Zeit führt die CPU 21 die Umschaltung der Umschaltschaltung in Ant­ wort auf den Befehl von der Motorsteuerung ECU 40 durch.

Falls die Unterscheidung in Schritt 501 zu dem Ergebnis JA führt, schreitet die Motorsteuerung ECU 40 zu Schritt 503 fort, um der CPU 21 eine Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Erfassung durch den Widerstandswert für die Atmos­ phäre-Gas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassung vorzugeben. Zu dieser Zeit führt die CPU 21 die Umschaltung der Um­ schaltschaltung in Antwort auf den Befehl von der Motor­ steuerung ECU 40 durch. Sodann erfaßt die Motorsteuerung ECU 40 das Atmosphäre-Gas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis in Schritt 504 und unterscheidet die Verschlechterung des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 30 anhand des erfaßten Atmosphäre-Gas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in Schritt 505. Als ein Beispiel wird der Sensorstrom Ip, der in Schritt 504 erfaßt wird, mit einem Sensorstrom (einem vorbestimmten Schwellenwert Ith), der zur Zeit der Atmo­ sphäre-Gas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassung be­ kannt ist, verglichen. Falls sich der Ip-Wert und Ith stark unterscheiden, kann die Sensorverschlechterung un­ terschieden bzw. ermittelt werden. Falls Ip kleiner als Ith ist, wird die Sensorverschlechterung als eine Ver­ stopfung der Elektroden des Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Sensors 30 oder der kleinen Löcher 31a der Abdeckung 31 oder als Ablösung der Elektroden erkannt.

Wie vorstehend beschrieben, kann die Erfindung sogar zu der Zeit der Erfassung der Atmosphäre-Gas-Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis-Erfassung angewandt werden. D.h., das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (der Sensorstrom Ip) kann ent­ weder zur Zeit des Erfassens des Luft/Kraftstoff-Verhält­ nisses oder des Atmosphäre-Gas-Luft/Kraftstoff-Verhält­ nisses präzise erfaßt werden. Darüber hinaus wird auch zu der Zeit des Erfassens des Atmosphäre-Gas-Luft/Kraft­ stoff-Verhältnisses kein unerwünschter Einfluß den Luft/­ Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerungsvorgang be­ einträchtigen. Als ein Stromerfassungswiderstand der Sen­ sorstrom-Erfassungsschaltung wird ein variabler Wider­ stand, dessen Widerstandswert optional geändert werden kann, verwendet. In diesem Fall ist es, wie durch eine Kennlinie L1 in Fig. 21 gezeigt, ausreichend, den Wider­ stand (W) des Stromerfassungswiderstands in Übereinstim­ mung mit dem Sensorstrom Ip zu ändern. In Fig. 21 ist ei­ ne Kennlinie L2, die durch eine durchbrochene Linie ver­ anschaulicht ist, dieselbe wie die in Fig. 11 gezeigte Kennlinie. Wenn eine Vielzahl von Stromerfassungswider­ ständen umgeschaltet wird, ist es ausreichend, den Um­ schaltpunkt auf der Kennlinie L1 festzulegen. Daher kön­ nen Umschaltpunkte von Widerstandswerten außer den vor­ stehend beschriebenen Widerstandswert-Umschaltpunkten, wie beispielsweise ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 18 (Ip = 7 mA) und ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 22 (Ip = 15.5 mA) frei auf der Linie L1 in Fig. 21 festgelegt werden.

Obwohl die Referenzspannung Va, die durch die Referenz­ spannungsschaltung 11 generiert wird, auf "2,5 V" in den vorangehenden Ausführungsbeispielen festgelegt ist, kann der Wert geändert werden. Beispielsweise werden im Fall des Festlegens der Referenzspannung Va auf einen Wert kleiner als "2,5 V" die in Fig. 5, 9 und 21 gezeigten Kennlinien in den Diagrammen nach rechts verschoben.

In den zurückliegenden Jahren wurde ein in die Zylinder direkt einspritzender Motor bzw. Direkteinspritzmotor, bei dem Kraftstoff direkt in einen Zylinder (einen Brenn­ raum) des Motors eingespritzt wird, implementiert. Bei dem nach dem Prinzip der Direkteinspritzung arbeitenden Motor kann ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis nahe einem ex­ tremen Magerbereich (Luft/Kraftstoff-Verhältnis von um 40) realisiert werden. In einem Luft/Kraftstoff-Verhält­ nis-Steuersystem, in dem die Magerverbrennungssteuerung in dem extremen Magerbereich verwendet wird, wird der dy­ namische Bereich (der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfas­ sungsbereich) auf ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis zwischen 12 und 40 festgelegt, und wird der Widerstandswert des Stromerfassungswiderstands in dem dynamischen Bereich va­ riabel festgelegt. Bei der Magerverbrennungssteuerung in dem extremen Magerbereich wird das Soll-Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis auf beispielsweise ein Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis von um 37 festgelegt.

Im einzelnen ist es dann, wenn die Referenzspannung (Fig. 1) auf "2,5 V" festgelegt wird und der Sensorstrom Ip bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 40 "28 mA" beträgt, ausreichend, den Widerstandswert des Stromerfassungswi­ derstands auf "89 W" festzulegen. D.h., es ist ausrei­ chend, beispielsweise die Spannung Vf des nicht invertie­ renden Eingangsanschlusses des in Fig. 1 gezeigten Span­ nungsfolgers 17 als einen durch den Stromerfassungswider­ stand mit dem Widerstandswert von 89 W zu erfassenden Spannungswert zu verwenden. In diesem Fall wird die Ein­ gangsspannung Vf des Spannungsfolgers 17 erhalten durch

Vf = 28 mA.89 W + 2,5 V = 4,992 V

welches ein Spannungswert ist, der durch den Analog/Di­ gital-Umsetzer 41 gelesen werden kann. Auf eine Art und Weise ähnlich zu beispielsweise dem ersten Ausführungs­ beispiel ist es daher, wenn der Luft/Kraftstoff-Verhält­ nis-Punkt, an dem die Stromerfassungswiderstände umge­ schaltet werden, auf beispielsweise ein Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis von 12,8, 18 und darüber hinaus ein Luft/­ Kraftstoff-Verhältnis von 25 festgelegt wird, ausrei­ chend, daß

• - der Widerstandswert des Stromerfassungswiderstands bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 12,8 bis 18 auf "357 W" festgelegt wird,
• - der Widerstandswert des Stromerfassungswiderstands bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 12,8 bis 18 und 18 bis 25 auf "113 W" festgelegt wird, und
• - der Widerstandswert des Stromerfassungswiderstands bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 25 bis 40 auf "89 W" festgelegt wird.

Die Steuerung in dem extremen Magerbereich wie vorstehend erwähnt kann auch auf Ausführungsbeispiele wie beispiels­ weise das vierte Ausführungsbeispiel, bei dem eine Viel­ zahl von Spannungssignalen für jeweilige Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Bereich für die Motorsteuerung ECU 40 erzeugt werden, angewandt werden.

Darüber hinaus kann, obwohl die Umschaltung der Umschalt­ schaltung 18 in den vorangehenden Ausführungsbeispielen durch die CPU 21 erfolgt, diese in Übereinstimmung mit der benötigten Genauigkeit des Luft/Kraftstoff-Verhält­ nisses durch die CPU 42 in der Motorsteuerung ECU 40 durchgeführt werden.

Obwohl die Spannungswerteinstellung auf der Grundlage der von dem Spannungsfolger 17 erzeugten Ausgangsspannung durchgeführt wird, wenn der Konstantstrom (der gewünschte Sensorstrom entsprechend dem vorbestimmten Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis) durch die Konstantstromquelle 101 gemäß Fig. 8 in dem ersten Ausführungsbeispiel zugeführt wird, kann die Ausgangsspannung durch Verbinden des tatsächlich zu verwendenden Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 30 an­ stelle der Konstantstromquelle 101 in Fig. 8 eingestellt werden. In diesem Fall werden Variationen bzw. Schwankun­ gen (Variationen zwischen den Einrichtungen oder Elemen­ ten) reduziert, und die Erfassungsgenauigkeit kann weiter gesteigert werden.

Überdies kann die vorstehende Ausgangsspannungseinstel­ lung (Fig. 7 und 8) nicht nur auf die Vorrichtung, die variabel den Widerstandswert der Sensorstrom-Erfassungs­ schaltung festlegt, angewandt werden, sondern auch auf andere Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsvorrich­ tungen. D.h., sie kann auf eine Luft/Kraftstoff-Verhält­ nis-Erfassungsvorrichtung angewandt werden, die einen Sensorstrom in einen Spannungswert konvertiert, so lange die Ausgangsspannung durch Trimmen spannungsteilender Wi­ derstände, die eine Referenzspannung erzeugen, einge­ stellt wird. In Übereinstimmung mit dieser Ausgangsspan­ nungseinstellung kann eine hochgenaue Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Steuervorrichtung bereitgestellt werden, und zwar auch dann, wenn ein Magerverbrennungssystem oder ein Direkteinspritzmotor verwendet wird oder wenn in der Zu­ kunft eine strengere Abgasregelung eingeführt wird.

Obwohl der Aufbau, bei dem die an den Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Sensor 30 angelegte Spannung variabel durch die Biassteuerschaltung 10 gesteuert wird, in den voran­ gehenden Ausführungsbeispielen verwendet wird, kann die an den Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 30 angelegte Spannung fest sein. Beispielsweise werden in dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau die CPU 21, der Analog/Digital-Um­ setzer 22 und der Digital/Analog-Umsetzer 23 weggelassen und wird der Umschaltvorgang der Umschaltschaltung 18 durch die Motorsteuerung ECU 40 gesteuert.

Obwohl die Sensorstrom-Erfassungsschaltung nur auf der Seite des Anschlusses 25, die mit der atmosphärenseitigen Elektrodenschicht 37 in dem Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Sensor 30 verbunden ist, vorgesehen ist, kann diese An­ ordnung geändert werden. Beispielsweise kann die Sensor­ strom-Erfassungsschaltung auf der Seite des Anschlusses 26, der mit der äußeren, Atmosphäre-Gas-seitigen Elektro­ denschicht 36 in dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 30 verbunden ist, vorgesehen sein, oder können die Sensor­ strom-Erfassungsschaltungen an beiden der Anschlüsse 25 und 26 vorgesehen sein. Kurz gesagt ist es ausreichend, solange die Sensorstrom-Erfassungsschaltung in einem elektrischen Pfad, durch den der Sensorstrom Ip fließt, bereitgestellt wird, und solange die Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Signale bei unterschiedlichen Spannungspegeln durch den Stromerfassungswiderstand der Sensorstrom-Er­ fassungsschaltung ermittelt werden.

Obwohl die Erfindung gemäß den vorstehenden Ausführungs­ beispielen in einem einzelligen, nach dem Grenzstromprin­ zip arbeitenden Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor verkör­ pert ist, kann dies geändert werden. Beispielsweise kann die Erfindung in einem zweizelligen Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis-Sensor dargestellt werden. Bei dem zweizelligen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor wird das Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis in Übereinstimmung mit einem dem Sensor zugeführten Pumpstrom erfaßt. Darüber hinaus kann die Er­ findung anstelle in dem tassenförmigen Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Sensor in einem nach dem Stapelprinzip ausge­ bildeten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor verkörpert werden.

Die Erfindung kann auf andere Vorrichtungen als die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsvorrichtung, die den Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor verwendet, angewandt werden. D.h. die Erfindung kann auf eine Gaskonzentrati­ on-Erfassungsvorrichtung angewandt werden, die einen Gas­ konzentrationssensor verwendet, der in der Lage ist, eine Konzentration von Gaskomponenten wie beispielsweise NOx, HC, CO oder dergleichen zu erfassen.

Wie vorstehend beschrieben, erzeugt somit ein Luft/­ Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 30 ein Stromsignal entspre­ chend einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis in Antwort auf ei­ ne durch eine Biassteuerschaltung 10 angelegte Spannung. Nachdem ein Sensorstrom Ip als ein Spannungssignal über einen Spannungsfolger 17 empfangen wurde, wird dieses an einen Analog/Digital-Umsetzer 41 mit einem vorbestimmten Eingangsspannungsbereich 0 bis 5 V ausgegeben. Eine Sen­ sorstrom-Erfassungsschaltung 15 weist eine Vielzahl von Stromerfassungswiderständen 15a bis 15c auf. Um den Wi­ derstandswert durch die Sensorstrom-Erfassungsschaltung 15 variabel einzustellen, wird eine Umschaltschaltung 18 in Übereinstimmung mit dem Sensorstrom umgeschaltet in Abhängigkeit davon, ob der zu erfassende Luft/Kraftstoff-Ver­ hältniswert in dem Bereich nahe dem stöchiometrischen Verhältnis oder in anderen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Be­ reichen liegt.

Claims (16)

1. Gaskonzentration-Erfassungsvorrichtung, gekenn­ zeichnet durch
einen Gaskonzentrationssensor (30) zum Ausgeben eines Stromsignals entsprechend einer zu erfassenden Gaskonzen­ tration eines Gases dann, wenn eine Spannung angelegt wird;
einen Stromerfassungswiderstand (15) zum Erfassen eines Werts eines in dem Gaskonzentrationssensor fließen­ den Stroms;
eine Spannungssignal-Ausgabeeinrichtung (18) zum Ausgeben des durch den Stromerfassungswiderstand erfaßten Stromwerts als ein Spannungssignal in Übereinstimmung mit der Gaskonzentration;
einen Signalprozessor (40 bis 42), beinhaltend einen Analog/Digital-Umsetzer (41) zum Empfangen des Spannungs­ signals und Konvertieren des empfangenen Spannungssignals in ein digitales Signal; und
eine Einstelleinrichtung (18, 21) zum Empfangen des Werts des in dem Gaskonzentrationssensor fließenden Stroms und zum variablen Festlegen eines Widerstandswerts des Stromerfassungswiderstands in Übereinstimmung mit dem empfangenen Stromwert, um dadurch das Spannungssignal auf einen Wert innerhalb des vorbestimmten Spannungsbereichs zu begrenzen.

2. Gaskonzentration-Erfassungsvorrichtung nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Stromerfassungswiderstand (15) eine Vielzahl von Widerständen mit unterschiedlichen Widerstandswerten um­ faßt; und
die Einstelleinrichtung zum variablen Festlegen des Widerstandswerts (18, 21) den mit der Spannungssignal-Aus­ gabeeinrichtung zu verbindenden Widerstand in Überein­ stimmung mit dem Stromwert des Gaskonzentrationssensors auswählt und umschaltet.

3. Gaskonzentration-Erfassungsvorrichtung nach An­ spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung zum variablen Festlegen des Widerstandswerts (18, 21) den Widerstandswert des Stromerfassungswiderstands mit zunehmender Gaskonzentra­ tion des zu erfassenden Gases auf einen kleineren Wert festlegt.

4. Gaskonzentration-Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung zum variablen Festlegen des Widerstandswerts (18, 21) den Widerstand zwischen einer Vielzahl von Zonen, die in Bezug auf den Gaskonzentra­ tionspunkt, an dem die Erfassungsgenauigkeit der Gaskon­ zentration besonders erforderlich ist, unterteilt sind, umschaltet.

5. Gaskonzentration-Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung zum variablen Festlegen des Widerstandswerts (18, 21) den Signalprozessor, an den das Spannungssignal entsprechend der Gaskonzentration ausge­ geben wird, über das Umschalten des Widerstands infor­ miert.

6. Gaskonzentration-Erfassungsvorrichtung, gekennzeichnet durch
einen Gaskonzentrationssensor (30) zum Ausgeben eines Stromsignals entsprechend einer Gaskonzentration eines zu erfassenden Gases dann, wenn eine Spannung angelegt wird;
einen Stromerfassungswiderstand (15) zum Erfassen eines Werts eines in dem Gaskonzentrationssensor fließen­ den Stroms und Ausgeben einer Vielzahl von Erfassungs­ signalen bei unterschiedlichen Spannungspegeln;
eine Spannungssignal-Ausgabeeinrichtung (71, 72) zum Ausgeben des durch den Stromerfassungswiderstand erfaßten Stromwerts als ein Spannungssignal in Übereinstimmung mit der Gaskonzentration;
einen Signalprozessor (40 bis 42), beinhaltend einen Analog/Digital-Umsetzer (41) zum Empfangen des Spannungs­ signals und Konvertieren des empfangenen Spannungssignals in ein digitales Signal; und
eine Erfassungssignal-Auswahleinrichtung (41) zum Empfangen des Werts des in dem Gaskonzentrationssensor fließenden Stroms und zum Auswählen eines der Vielzahl der Spannungssignale in Übereinstimmung mit dem empfange­ nen Stromwert.

7. Gaskonzentration-Erfassungsvorrichtung nach An­ spruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungssignal-Auswahleinrichtung (41) mit zu­ nehmender Gaskonzentration des zu erfassenden Gases eines der Erfassungssignale aus einem Widerstand mit einem niedrigen Widerstandswert auswählt.

8. Gaskonzentration-Erfassungsvorrichtung nach An­ spruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine Spannungsschutzeinrichtung (73, 74) zum Regeln des Spannungssignals in einen vorbestimmten Spannungsbe­ reich, der durch den Signalprozessor proportional in das digitale Signal zu konvertieren ist.

9. Gaskonzentration-Erfassungsvorrichtung, gekenn­ zeichnet durch
einen Gaskonzentrationssensor (30) zum Ausgeben eines Stromsignals entsprechend einer Gaskonzentration eines zu erfassenden Gases dann, wenn eine Spannung angelegt wird;
einen Stromerfassungswiderstand (15) zum Erfassen eines Werts eines in dem Gaskonzentrationssensor fließen­ den Stroms;
eine Spannungssignal-Ausgabeeinrichtung (18, 21) zum Ausgeben des durch den Stromerfassungswiderstand erfaßten Stromwerts als ein Spannungssignal in Übereinstimmung mit der Gaskonzentration;
einen Signalprozessor (40 bis 42), beinhaltend einen Analog/Digital-Umsetzer (41) zum Empfangen des Spannungs­ signals und Konvertieren des empfangenen Spannungssignals in ein digitales Signal;
eine Bedingungsunterscheidungseinrichtung (21, 42) zum Unterscheiden einer Bedingung zum Umschalten des Stromerfassungswiderstands; und
eine Einstelleinrichtung (18, 21) zum variablen Festlegen eines Widerstands des Stromerfassungswider­ stands in Übereinstimmung mit einem Unterscheidungsergeb­ nis der Umschaltbedingung.

10. Gaskonzentration-Erfassungsvorrichtung nach An­ spruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
der Signalprozessor (40 bis 42) eine zentrale Verar­ beitungseinheit (42) aufweist, die eine Magergemischver­ brennung in einem Mager-Luft/Kraftstoff-Verhältnisbereich einer Brennkraftmaschine implementiert; und
die Bedingungsunterscheidungseinrichtung (42) die Bedingung in Übereinstimmung damit, ob die Magergemisch­ verbrennung implementiert ist, unterscheidet.

11. Gaskonzentration-Erfassungsvorrichtung nach ei­ nem der Ansprüche 1 bis 5, 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
die Einstelleinrichtung zum variablen Festlegen des Widerstandswerts (18, 21) eine Umschaltschaltung (18) zum Umschalten des Widerstands des Stromerfassungswiderstands aufweist; und
die Umschaltschaltung (18) getrennt von einem Fluß­ pfad eines Sensorstroms eingangsseitig der Spannungs­ signal-Ausgabeeinrichtung bereitgestellt ist.

12. Verfahren zur Herstellung der Gaskonzentration-Er­ fassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch die Schritte:
Überwachen einer Ausgangsspannung der Spannungs­ signal-Ausgabeeinrichtung; und
Einstellen der Ausgangsspannung durch Trimmen einer Vielzahl von Spannungsteilerwiderständen (11 bis 13), die eine an den Gaskonzentration-Erfassungsvorrichtung ange­ legte Referenzspannung (Va) erzeugen.

13. Herstellungsverfahren für eine Gaskonzentration-Er­ fassungsvorrichtung, die einen Gaskonzentrationssensor (30) zum Ausgeben eines Stromsignals entsprechend einer Gaskonzentration eines zu erfassenden Gases dann, wenn eine Spannung angelegt wird, umfaßt, und die das durch den Sensor ausgegebene Stromsignal in ein Spannungssignal konvertiert und das Spannungssignal nach einer Analog/­ Digital-Umsetzung an einen Signalprozessor ausgibt, der ein analog/digital-umgesetztes Signal in einem vorbe­ stimmten Spannungsbereich verwendet, gekennzeichnet durch die Schritte:
Überwachen einer Ausgangsspannung des Spannungs­ signals; und
Einstellen der Ausgangsspannung durch Trimmen einer Vielzahl von Spannungsteilerwiderständen (12, 13), die eine an den Gaskonzentrationssensor angelegte Referenz­ spannung (Va) erzeugen.

14. Verfahren zum Erfassen einer Gaskonzentration, umfassend die Schritte:
Anlegen einer Spannung an einen Gaskonzentrationssen­ sor (30) durch einen Widerstand (15) derart, daß ein Stromsignal entsprechend einer Gaskonzentration eines zu erfassenden Gases durch den Gaskonzentrationssensor er­ zeugt wird;
Konvertieren des in dem Gaskonzentrationssensor flie­ ßenden Stromsignals in ein Spannungssignal durch den Stromerfassungswiderstand;
Konvertieren des Spannungssignals in ein digitales Signal; und
Ändern des Strom-zu-Spannung-Umwandlungsverhältnis­ ses oder des Spannung-zu-Digital-Umwandlungsverhältnis­ ses, um dadurch eine Vielzahl von Verhältnissen der Kon­ version zwischen dem Stromsignal und dem digitalen Signal für einen vorbestimmten Bereich der Gaskonzentration zu ermöglichen.

15. Verfahren zum Erfassen einer Gaskonzentration nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
der Gaskonzentrationssensor bereitgestellt ist, um eine Sauerstoffkonzentration in einem Abgas einer Brenn­ kraftmaschine zu erfassen; und
der Verhältnisänderungsschritt das Umwandlungsver­ hältnis in Antwort auf ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhält­ nis eines der Brennkraftmaschine zuzuführenden Luft/­ Kraftstoff-Gemischs ändert.

16. Verfahren zum Erfassen einer Gaskonzentration nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Verhältnisänderungsschritt das Umwandlungsver­ hältnis in Antwort auf eine Änderung zwischen einem er­ sten Luft/Kraftstoff-Verhältnisbereich einschließlich ei­ nes stöchiometrischen Verhältnisses und einem zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnisbereich ausschließlich des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zwischen dem ersten Verhältnis und dem zweiten Verhältnis kleiner als das erste Verhältnis ändert.