DE3609227A1

DE3609227A1 - Sauerstoffkonzentrationsdetektorvorrichtung

Info

Publication number: DE3609227A1
Application number: DE19863609227
Authority: DE
Inventors: Kenshiro Hashimoto; Yasushi Okada
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1985-03-19
Filing date: 1986-03-19
Publication date: 1986-10-02
Also published as: GB2174812B; DE3609227C2; US4702816A; GB2174812A; GB8606739D0

Description

Sauerstoffkonzentrat!onsdetektorvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Sauerstoffkonzentrationsdetektorvorrichtung zum Bestimmen der Konzentration des Sauerstoffs in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre innerhalb eines geschlossenen Volumens, die insbesondere einen elektrochemischen Sauerstoffsensor verwendet, der so ausgebildet ist, daß er die Konzentration des Sauerstoffs im typischen Fall im Abgas einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges bestimmt.

Es sind verschiedene Gemischregel vorrichtungen bekannt, die dazu dienen, die Abgase einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges schadstoffärmer zu machen. Derartige Gemischregelvorrichtungen verwenden im typischen Fall ein elektrisches Signal, das von einem Sauerstoffsensor erzeugt wird, der die Konzentration des Sauerstoffs im Abgas der Maschine wahrnehmen und bestimmten kann. Das vom Sauerstoff sensor erzeugte elektrische Signal wird planmäßig so verarbeitet, daß die Abgase der Maschine schadstoffärmer werden, und ermöglicht es der Regelvorrichtung, das Luft-Kraftstoffverhältnis des verbrennbaren Gemisches in passender Weise einzustellen, das den Arbeitszylindern der Maschine geliefert wird.

Unter den verschiedenen Arten von Sauerstoffsensoren für diesen Zweck der Verringerung der Schadstoffe in den Abgasen gibt es einen elektrochemischen Sauerstoffsensor, der einen Sauerstoffionen leitenden festen Elektrolyten als aktives Material verwendet. Ein Beispiel eines derartigen Sensors ist in der US-PS 4 450 065 und der JP-OS 58-153155 beschrieben. Der in diesen Druckschriften jeweils dargestellte elektrochemische

Sauerstoffsensor arbeitet so, daß er einen Ausgangsstrom oder eine Ausgangsspannung erzeugt, die sich proportional zur aufgenommenen Sauerstoffkonzentration ändert.

Ein derartiger Sauerstoffsensor besteht im wesentlichen aus einer Kombination von Sauerstoffpump-, und Sensorzellenstapeln, von denen jede zwei beabstandete Elektrodenplatten und eine aktive Schicht aus einem sauerstoff ionenleitenden ,festen Elektrolyten umfaßt, der sandwichartig zwischen den Elektrodenplatten angeordnet ist. Die Pump- und Zellenstapel sind im Abstand voneinander und parallel zueinander angeordnet, so daß zwischen den jeweiligen inneren Elektrodenplatten der Stapel ein Zwischenraum gebildet ist, der zu einem Durchgang, bei· spielsweise im Abgaskrümmer, einer Brennkraftmaschine offen ist, wenn der Sensor in Benutzung ist. Im typischen Fall sind die Elektrodenplatten des Sauerstoffpumpstapels einem derartigen Strom ausgesetzt, daß die innere Elektrodenplatte bezüglich der äußeren Elektrodenplatte negativ gepolt ist.

Wenn am Sauerstoffpumpstapel des Sensors mit im wesentlichen diesem Aufbau ein Gleichstrom liegt, werden die Sauerstoffionen dazu gebracht, durch die Sauerstoff ionenleitende aktive Schicht des Sauerstoffpumpstapel von der negativen inneren Elektrodenplatte zur positiven äußeren Elektrodenplatte des Stapels zu wandern. Als Folge einer derartigen Bewegung der Sauerstoff ionen durch die aktive Schicht des Sauerstoffpumpstapels werden die Sauerstoffmoleküle, die in den Abgasen im Zwischenraum zwischen den Pumpen- und Zellenstapeln vorhanden sind, dazu gebracht, in die aktive Schicht durch die innere Elektrodenplatte zu diffundieren, was dazu führt, daß die gleiche Anzahl an Sauerstoffmolekülen die aktive Schicht durch die äußere Elektrodenplatte des Sauerstoffpirmgstapels verläßt. Während die Sauerstoffmoleküle aus dem Zwischenraum zwischen den Pump- und Zellenstapeln in die aktive Schicht des Sauerstoffpumpstapels gepumpt werden,nimmt dementsprechend allmählich die Konzentration des Sauerstoffs

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im Zwischenraum ab, so daß eine Differenz zwischen den Konzentrationen des Sauerstoffs in den Gasen im Zwischenraum und in den Umgebungsgasen auftritt, von denen der Sensor im Abgaskrüm mer der Maschine umgeben ist. Im stationären Zustand, der dann erreicht wird, entwickelt sich somit ein Sauerstoffpartialdifferenzdruck zwischen den Gasströmen innerhalb und außerhalb des Zwischenraumes, der auf die sauerstoff ionenleitende aktive Schicht des Sensorzellenstapels wirkt. Der Sensorzellenstapel wird dementsprechend dazu gebracht, quer über seine aktive Schicht eine elektromotorische Kraft zu entwickeln, die sich mit dem Unterschied im Partialdruck zwischen dem gepumpten und nicht gepumpten Sauerstoff ändert. Eine derartige elektromotorische Kraft und die entsprechende Spannung (Zellenspannung) über dem Sensorzellenstapel ändert sich mit der Konzentration des Sauerstoffs in den umgebenden Abgasen, wenn der Strom (Pumpstrom) ,der am SauerstoffpumpEtapel liegt,auf einen konstanten Wert geregelt wird, um die Konzentration des Sauerstoffs im Zwischenraum konstant zu halten. Wenn die Zellenspannung konstant gehalten wird, ändert sich der Pumpstrom in starkem Maße. Der Pumpstrom, der so gesteuert wird, daß er sich in dieser Weise ändert, ist im wesentlichen proportional zur Sauerstoffkonzentration in den umgebenden Abgasen, denen der Sauerstoffsensor ausgesetzt ist, und kann somit als ein Signalstrom in der oben genannten Gemischregel vorrichtung für eine Brennkraftmaschine verwandt werden.

Wenn dem Sauerstoffpump stapel des Sauerstoffsensors ein zu hoher Pumpstrom zugeführt wird, werden mehr Sauerstoffmoleküle aus der sauerstoff ionenleitenden aktiven Schicht des Sauerstoffpumpstapel herausgepumpt, als in diese Schicht eindiffundieren, der folglich ein Sauerstoffmolekülenüberschuß entzogen wird, so daß darin ein sauerstoffarmer Zustand erzeugt wird. Diese Erscheinung ist als sogenanntes "Schwarzwerden" des sauerstoff ionenleitenden festen Elektrolyten bekannt, der als aktives Material im Sauerstoffsensor verwandt wird. Wenn

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eine Feststoff lösung aus beispielsweise Zirkonerde (Zirkonoxid, ZrOp) als festes elektrolytisches Material verwandt wird, wird der Zirkonanteil der Lösung mit einem der aktiven Schicht entzogenen Überschuß von Sauerstoffmolekülen als Folge des Schwarzwerdens des elektrolytischen Materials ausgeschieden. Dieses Schwarzwerden der aktiven Schicht des Sauerstoff pump'Stapels führt zu einer beschleunigten Verschlechterung des Pump stapeis und gefährdet die fehlerfreie Arbeit des Sauerstoffsensors.

Um ein derartiges Schwarzwerden der sauerstoffionenleitenden aktiven Schicht des Sauerstoffpumpstapels zu vermeiden, ist die Gemischregel vorrichtung, die einen Sauerstoff sensor der beschriebenen Art verwendet, gewöhnlich so ausgelegt, daß sie den Pumpstrom unter einen kritischen Wert begrenzt, der mit der Sauerstoffkonzentration variiert, die durch den Sensor wahrgenommen wird. Der Pumpstrom oder der Aktivierungsstrom, der dem Sauerstoffpump stapel zugeführt wird, wird somit so gesteuert, daß er unter einem kritischen Wert bleibt, und wird mit einem gegebenen ßezugsstrom verglichen, um festzustellen, ob das Luft-Kraftstoffverhältnis des Gemisches, das dem Arbeitszylinder der Maschine zugeführt wird, zur reichen oder zur armen Seite verschoben werden muß. Eine derartige Steuerung des Luft-Kraftstoff Verhältnisses des Gemisches wird gewöhnlich dadurch bewirkt, daß Sekundärluft über ein Sekundärlufteinführungssteuerventi1 eingeführt wird. Das Sekundärlufteinführungssteuerventi1 wird betätigt, um das Luft-Kraftstoffverhältnis des Gemisches zur armen Seite zu verschieben, wenn es geöffnet wird, und das Luft-Kraftstoffverhältnis zur reichen Seite zu verschieben, wenn es geschlossen wird. Das Ventil wird geöffnet und geschlossen in Abhängigkeit von dem Steuersignal, das auf der Grundlage des Pumpstromes erzeugt wird, der sich in der oben beschriebenen Weise ändert. Durch ein abwechselndes öffnen und Schließen dieses Sekundär 1ufteinführungs- oder -Zirkulationssteuerventils wird das Luft-

Kraftstoff verhältnis des den Arbeitszylindern der Maschine gelieferten Gemisches auf einen Wert geregelt, der durch den Bezugsstrom wiedergegeben wird, mit dem der Pumpstrom verglichen wird.

Fig.1 der zugehörigen Zeichnung zeigt den kritischen Wert des Pumpstromes I , bei dessen Überschreitung die sauerstoff ionenleitende aktive Schicht des Sauerstoffpump stapeis schwarz werden kann, wenn der Sauerstoffsensor in einer Atmosphäre angeordnet ist, die Sauerstoff in einer gegebenen Konzentration enthält. Aus der in Fig.1 dargestellten Kennkurve ist ersichtlich, daß der kritische Wert des Pumpstromes I kleiner wird, und der Pumpstrom I diesem Wert näherkommt, wenn die wahrgenommene Sauerstoffkonzentration mit reicher werdendem den Arbeitszylindern der Maschine zugeführtem Gemisch kleiner wird. Wenn das den Arbeitszylindern der Maschine zugeführte Gemisch plötzlich aus irgendeinem Grunde, beispielsweise durch ein plötzliches Schließen des Drosselventils des Ansaugsystems der Maschine bei einer Verzögerung, angereichert wird, wird das Sekundärluftzirkulationssteuerventi1 unmittelbar auf die Anreicherung des Gemisches geöffnet, um zusätzliche Luft in das Gemisch einzuleiten. Der dem Sauerstoff sensor nach einer derartigen Verarmung anschließend an eine plötzliche Anreicherung gelieferte Pumpstrom I nimmt jedoch über den kritischen Wert für die Sauerstoffkonzentration als Folge des verarmten Gemisches zu, was dazu führt, daß die aktive Schicht des Sauerstoffpump.stapeis schwarz wird. Der Pumpenstrom I bleibt unverändert und zeigt für eine gewisse Zeit nach der Verarmung des Gemisches anschließend an eine plötzliche Anreicherung eine Sauerstoffkonzentration an, die aus dem angereicherten Gemisch resultiert. Der Grund dafür besteht darin, daß unvermeidlich eine gewisse Zeitverzögerung vorliegt, bevor der Sauerstoff sensor im Abgaskrümmer nach einer Verarmung des Gemisches im Ansaugsystem der Maschine auf das Ergebnis der Verbrennung des mit Zusatzluft verdünnten Gemisches anspricht.

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Durch die Erfindung soll eine Sauerstoffkonzentrationsdetektor-Vorrichtung geschaffen werden, die einen elektrochemischen Sauerstoffsensor verwendet und mit einer Einrichtung versehen ist, die zuverlässig den Sauerstoffpumpstapels vor einem Schwarzwerden schützt, was sonst durch einen zu hohen Pumpstrom bewirkt würde, der am Sauerstoffpumpstapel liegt.

Durch die Erfindung soll insbesondere eine Sauerstoffkonzentrationsdetektorvorrichtung geschaffen werden, bei der dann, wenn sie im Abgassystem einer Brennkraftmaschine verwandt wird, der Sauerstoffsensor, der einen Teil dieser Vorrichtung bildet, zuverlässig davor geschützt ist, daß der darin vorhandene Sauerstoffpumpstapel schwarz wird.

Dazu umfaßt die erfindungsgemäße Sauerstoffkonzentrationsdetektorvorrichtung 1) einen Sauerstoffsensor, der für Sauerstoff in Sauerstoff enthaltenden Umgebungsgasen empfindlich ist, 2) eine Aktivierungsstromversorgungseinrichtung, die so arbeitet, daß sie dem Sauerstoff sensor einen Aktivierungsstrom liefert, wobei 3) der Sauerstoffsensor auf den Aktivierungsstrom anspricht und so arbeitet, daß er eine Sensorsignalspannung erzeugt, die sich mit der Sauerstoffkonzentration in den Sauerstoff enthaltenden Gasen ändert, 4) eine Bezugssignalgeneratoreinrichtung, die so arbeitet, daß sie ein vorbestimmtes Bezugssignal erzeugt, wobei 5) die Aktivierungsstromversorgungseinrichtung auf das Bezugssignal ansprechend den Aktivierungsstrom erzeugt, und 6) eine Strombegrenzungseinrichtung, die die Sauerstoffkonzentration unter einen vorbestimmten Wert begrenzt, der sich mit dem Aktivierungsstrom oder der Sensorsignalspannung ändert.

Eine weitere erfindungsgemäße Sauerstoffkonzentrationsdetektorvorrichtung umfaßt 1) einen Sauerstoffsensor, der für Sauerstoff in Sauerstoff enthaltenden Umgebungsgasen empfindlich ist, 2) eine Aktivierungsstromversorgungseinrichtung, die so

'Zuarbeitet, daß sie dem Sauerstoff sensor einen Aktivierungsstrom liefert, wobei 3) der Sauerstoff sensor auf den Aktivierungsstrom anspricht und so arbeitet, daß er eine Sensorsignal spannung erzeugt, die sich mit der Sauerstoffkonzentration in den Sauerstoff enthaltenden Gasen ändert, 4) eine Bezugsspannungsgeneratoreinrichtung, die so arbeitet, daß sie eine vorbestimmte Bezugsspannung erzeugt, bei der die Sensorsignal spannung konstant bleibt, wobei 5) die Aktivierungsstromversorgungseinrichtung auf die Bezugsspannung anspricht und weiterhin so arbeitet, daß sie den Aktivierungsstrom so steuert, daß sich dieser in der Weise ändert, daß die Sensorsignalspannung im wesentlichen gleich der Bezugsspannung gehalten wird, so daß sich der Aktivierungsstrom mit der Sauerstoffkonzentration in den Sauerstoff enthaltenden Umgebungsgasen ändert, 6) eine Einrichtung, die einen ersten vorbestimmten Stromwert erzeugt, und 7) eine Strombegrenzungseinrichtung, die den Aktivierungsstrom mit dem ersten vorbestimmten Stromwert vergleicht und zuläßt, daß die Bezugsspannungsgeneratoreinrichtung die Bezugsspannung beibehält, wenn der Aktivierungsstrom unter dem ersten vorbestimmten Stromwert liegt, oder bewirkt, daß die Aktivierungsstromversorgungseinrichtung die Aktivierungsstromversorgung für den Sauerstoffsensor unterbricht, wenn der Aktivierungsstrom nicht unter dem ersten vorbestimmten Stromwert 1 iegt.

Eine weitere erfindungsgemäße Sauerstoffkonzentrationsdetektorvorrichtung umfaßt 1) einen Sauerstoffsensor, der für Sauerstoff in Sauerstoff enthaltenden Umgebungsgasen empfindlich ist, 2) eine Aktivierungsstromversorgungseinrichtung, die so arbeitet, daß sie dem Sauerstoff sensor einen Aktivierungsstrom liefert, wobei 3) der Sauerstoff sensor auf den Aktivierungsstrom anspricht und so arbeitet, daß er eine Sensorsignalspannung erzeugt, die sich mit der Sauerstoffkonzentration in den Sauerstoff enthaltenden Gasen ändert, 4) eine Bezugsspannungsgeneratoreinrichtung, die so arbeitet, daß sie eine vorbestimmte Bezugsspannung erzeugt, bei der der Aktivierungsstrom

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konstant zu halten ist, 5) eine Sensorsignalspannungsgeneratoreinrichtung, die eine Sensorsignalspannung erzeugt, die sich mit dem Aktivierungsstrom ändert, wobei 6) die Aktivierungsstromversorgungseinrichtung auf die Bezugsspannung anspricht und weiterhin so arbeitet, daß sie den Aktivierungsstrom so steuert, daß dieser konstant bleibt, so daß sich die Sensorsignalspannung mit der Sauerstoffkonzentration in den Sauerstoff enthaltenden Umgebungsgasen ändert, 7) eine Einrichtung, die einen ersten vorbestimmten Spannungswert erzeugt, und 8) eine Strombegrenzungseinrichtung, die die Sensorsignalspannung mit dem ersten vorbestimmten Spannungswert vergleicht und es zuläßt, daß die Bezugsspannungsgeneratoreinrichtung den Aktivierungsstrom beibehält, wenn die Sensorsignalspannung unter dem ersten vorbestimmten Spannungswert liegt_/oder bewirkt, daß die Aktivierungsstromversorgungseinrichtung die Aktivierungsstromversorgung für den Sauerstoffsensor beendet, wenn die Sensorsignalspannung nicht unter dem ersten vorbestimmten Spannungswert liegt, wobei 9) die Aktivierungsstromversorgungseinrichtung weiterhin auf die Differenzspannung anspricht und beim Vorliegen einer Differenzspannung weiterhin so arbeitet, daß sie den Aktivierungsstrom derart steuert, daß die Summe aus der Sensorsignalspannung und der Differenzspannung im wesentlichen gleich der Bezugsspannung ist.

jf\ Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig.1 in einer graphischen Darstellung einige

Beispiele der Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration, der ein Sauerstoffsensor ausgesetzt ist, und dem Pumpstrom Ip, der dem Sensor auf die Sauerstoffkonzentration ansprechend

bei verschiedenen konstanten Zellspannungen V<- geliefert wird, die über dem Sensorzellenstapel des Sauerstoffsensors erzeugt wird, sowie dem Bereich des Pumpstromes I_p oberhalb dem die sauerstoff ionenleitende aktive Schicht des Pumpstapels schwarz werden kann,

Fig.2 in einem Blockschaltbild den allgemei

nen Schaltungsaufbau eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei der Sauerstoffsensor in einer Schnittansicht dargestellt ist,

Fig.3 in einem Flußdiagramm den Arbeitszyklus,

der von einem Mikroprozessor auszuführen ist, der die Steuerschaltung in der Schaltungsanordnung des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung bildet,

Fig.4 in einer Fig.2 ähnlichen Ansicht den

allgemeinen Schaltungsaufbau eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei gleichfalls der Sauerstoff sensor in einer Schnittansicht dargestellt ist,

Fig.5 in einem Blockschaltbild die in Fig.4

dargestellte Vorrichtung mehr im einzelnen, und

Fig.6 in einer graphischen Darstellung

Beispiele für die Beziehung zwischen

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der Sauerstoffkonzentration, der der Sauerstoffsensor ausgesetzt ist, und dem Pumpstrom Ip, der auf die Sauerstoffkonzentration während der Arbeit der in Fig.4 und 5 dargestellten Vorrichtungen erzeugt wird, und weiterhin den kritischen Wert des Pumpstromes Ip, der auch in Fig.1 dargestellt ist.

Das in Fig.2 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßeη Sauerstoffkonzentrat ionsdetektor vorriehtu ng umfaßt einen elektrochemischen Sauerstoffsensor 10. Der Sauerstoffsensor 10 dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung hat einen mehrschichtigen Aufbau, der im wesentlichen aus einem Sauerstoffpumpstapel 12 und einem Sensorzellenstapel 14 besteht. Der Sauerstoffpumpstapel 12 umfaßt eine innere und eine äußere Elektrodenplatte 16 und 18, die im Abstand voneinander und parallel zueinander angeordnet sind, sowie eine aktive Schicht 20, die dicht und sandwichartig zwischen den Elektrodenplatten 16 und 18 angeordnet ist. In ähnlicher Weise umfaßt der Sensorzellenstapel 14 eine innere und eine äußere Elektrodenplatte 22 und 24, die im Abstand voneinander und parallel zueinander angeordnet sind, sowie eine aktive Schicht 26, die dicht und sandwichartig zwischen den Elektrodenplatten 22 und 24 angeordnet ist. Der Pumpen- und der Zellenstapel 12 und 14 sind im Abstand voneinander und parallel zueinander angeordnet, so daß zwischen den jeweiligen inneren Elektrodenplatten 16 und 22 der Stapel 12 und 14 ein Zwischenraum gebildet ist, und sind miteinander über eine Abstandsschicht 28 gekoppelt, die sandwichartig zwischen den jeweiligen aktiven Schichten 20 und 26 des Pump- und Zellenstapels 12 und 14 angeordnet ist. Jede aktive Schicht 20 und 26 besteht aus einem sauerstoffionenleitenden festen Elektrolyten. Beispiele derartiger elektrolytischer Stoffe schließen eine feste Lösung von Zirkonerde (Zirkonoxid, ZrO₉)

gemischt mit Yttria (Yttriumoxid, YpO₃) oder Calcia (Calciumoxid, CaO) als gelöstem Stoff ein, obwohl auch andere feste Lösungen, wie beispielsweise Ceriumdioxid (CeOg), Thoriumdioxid (ThOp) oder Hafniumdioxid (HfOp) verwandt werden können. Jede Elektrodenplatte 16,18,22 und 24 besteht vorzugsweise aus Platin, Ruthenium oder Palladium und kann unter Verwendung dieser Stoffe durch Aufsprühen auf einen Rahmen, durch chemisches Piatieren oder durch Vakuumbedampfen ausgebildet sein. Die Abstandsschicht 28, die zwischen dem Pump- und Zellenstapel 12 und 14 ausgebildet ist, kann aus irgendeinem wärmebeständigen, elektrisch nicht leitenden, anorganischen Klebemittel oder Kitt, wie beispielsweise einem keramischen K itt bestehen. Die Elektrodenplatten 16 und des Sauerstoffpumpstapels 12 gehen in langgestreckte, streifenförmige Abschnitte 16a und 18a über, während in ähnlicher Weise die Elektrodenplatten 22 und 24 des Sensorzellenstapels 14 in langgestreckte streifenförmige Abschnitte 22a und 24a übergehen. Die streifenförmigen Abschnitte, die in dieser Weise an der aktiven Schicht des Pump- und Zellenstapels 12 und 14 ausgebildet sind, liefern die Zuleitungen für den Stapel.

Obwohl es in Fig.2 nicht dargestellt ist, kann der Sauerstoffsensor 10 weiterhin Isolierschichten umfassen, die mit den Außenflächen der äußeren Elektrodenplatten 18 und 24 des Pump- und Zellenstapels 12 und 14 jeweils verbunden oder in anderer Weise daran angebracht sind. Jede Isolierschicht besteht aus einem elektrisch isolierenden anorganischen Material und ist mit einer Öffnung versehen, damit die darunterliegende Elektrodenplatte teilweise durch diese Öffnung hindurch freiliegt. Die in dieser Weise in den beiden Isolierschichten ausgebildeten Öffnungen sind quer über die vier Elektrodenplatten und die beiden aktiven Schichten des Sensors 10 zueinander ausgerichtet angeordnet. In jede Isolierschicht ist ein wärmeerzeugendes Element eingebettet oder

aufgenommen, das im typischen Fall in Form eines elektrisch und thermisch beständigen Drahtes aus einem Metall, wie beispielsweise Platin oder Gold, vorliegt. Die Isolatoren, die in dieser Weise mit derartigen wärmeerzeugenden Elementen gebildet sind, bilden einen Teil der Temperatureinstel1 einrichtung, um die Temperatur der aktiven Schicht des Pump- und Zellenstapels 12 und 14 über die Arbeit des Sauerstoffsensors 10 konstant zu halten, der beispielsweise im Abgaskrümmer einer Brennkraftmaschine angeordnet ist.

Von dem in Fig.2 dargestellten Sauerstoff sensor 10 sei angenommen, daß er im Abgassystem einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine angeordnet ist. Der Sauerstoff sensor 10 befindet sich somit wenigstens teilweise in einem Durchgang im Abgaskrümmer und bildet einen Teil einer Gemischregelvorrichtung zum Regeln des Luft-Kraftstoffverhältnisses des den Arbeitszylindern der Maschine gelieferten verbrennbaren Gemisches zum Zweck der Reduzierung der Schadstoffe im Abgas der Maschine.

Der in dieser Weise aufgebaute Sauerstoff sensor 10 ist elektrisch mit einer Schaltung verbunden, die eine Steuerschaltung 30 enthält. Die Steuerschaltung 30 liegt im typischen Fall in Form eines Mikroprozessors vor und weist eine Bezugs signalausgangsklemme S_R, eine Pumpsignaleingangsklemme S_pund eine Venti1 steuerklemme S₀ auf. Von der Bezugssignal ausgangsklemme Sj, der Steuerschaltung 30 kommt ein digitales Signal, das normalerweise einen festen Wert wiedergibt, auf dem die Zellenspannung V<-, die vom Sensorzellenstapel 14 des Sauerstoffsensors 10 erzeugt wird, gehalten werden soll, damit das gewünschte Luft-Kraftstoffverhältnis des Gemisches in der Maschine erzeugt wird, wie es später beschrieben wird. Die Ausgangsklemme S_R kann somit in Form einer Vielzahl von Anschlüssen zum Liefern binärer Signale in paralleler Form ausgebildet sein. An der Pumpsignaleingangsklemme S_p der

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Steuerschaltung 30 tritt die Pumpspannung V_p auf, die in der Vorrichtung erzeugt wird, wie es im folgenden im einzelnen beschrieben wird. Die an dieser Eingangsklemme S_p liegende Pumpspannung V_p wird in einem nicht dargestellten Speicher mit direktem Zugriff RAM gespeichert, der im Mikroprozessor enthalten ist, der die Steuerschaltung 30 bildet. Das von der Bezugssignalausgangsklemme S_R abzugebende digitale Signal liegt beispielsweise in Form eines digitalen Vier-Bit-Signals vor und gibt einen Wert wieder, der durch die Steuerschaltung 30 auf der Grundlage bestimmter Parameter einschließlich der Pumpspannung V_p an der Pumpsignaleingangsklemme S_p gewählt oder berechnet ist.

Die Ventilsteuerklemme S_Q der Steuerschaltung 30 ist andererseits über eine geeignete nicht dargestellte Schnittstelle mit einem Solnoid-betätigten Sekundärluftzirkulationssteuerventil 32 verbunden, das einen Teil der Sekundärluftversorgungseinrichtung der Maschine bildet, in der der Sauerstoff sensor 10 vorgesehen ist. Wie es allgemein bekannt ist, enthält eine derartige Sekundärluftversorgungseinrichtung einen Sekundärluftzirkulationskanal, der zum Ansaugsystem der Maschine über das Ventil 32 führt. Der Sekundärluftzirkulationskanal ist zum Ansaugsystem der Maschine im typischen Fall stromabwärts vom Drosselventil des Ansaugsystems offen, obwohl das nicht in der Zeichnung dargestellt ist, wobei das Ventil 32 geöffnet wird, um das Luft-Kraftstoffverhältnis des Gemisches auf die arme Seite zu verschieben, und geschlossen wird, um das Luft-Kraftstoff verhältnis auf die reiche Seite zu verschieben, was von einem Steuersignal abhängt, das auf der Grundlage der Pumpspannung V_p erzeugt wird, die an der Eingangsklemme S_p der Steuerschaltung 30 liegt. Durch das Öffnen und Schließen eines derartigen SekundärluftzirkulationssteuerventiIs 32 wird das Luft-Kraftstoff verhältni s des den Arbeitszylindern der Maschine gelieferten Gemisches so gesteuert, daß es sich auf einen

Wert ändert, der der Sauerstoffkonzentration entspricht, die von dem digitalen Signal wiedergegeben wird, das von der Bezugssignalausgangsklemme S_R der Steuerschaltung 30 kommt.

Das digitale Signal von der Bezugssignalausgangsklemme S_R der Steuerschaltung 30 liegt somit an einer programmierbaren Bezugsspannungsgeneratorschaltung 34, die im wesentlichen aus einem Digital/Analogwandler 36 und einer Spannungsfolgerschaltung 38 besteht. Der Digital/Analogwandler 36 empfängt das digitale Signal von der Ausgangsklemme S_R der Steuerschaltung 30 und erzeugt ein analoges Ausgangssignal, das sich mit dem von der Steuerschaltung 30 empfangenen digitalen Signal ändert. Die Spannungsfolgerschaltung 38 besteht aus einem Operationsverstärker mit dem Verstärkungsfaktor 1, der als Pufferverstärker wirkt, um die Wechselwirkung zwischen dem Digital/Analogwandler 36 und der der Bezugsspannungsgeneratorschaltung 34 nachgeschalteten Schaltung auszuschließen. Die Bezugsspannungsgeneratorschaltung 34 arbeitet somit derart, daß sie an der Ausgangsklemme der Spannungsfolgerschaltung 38 eine feste Bezugsspannung V_R erzeugt, die einen bestimmten Wert der Zellenspannung V_s wiedergibt, der durch die Steuerschaltung 30 gewählt oder berechnet ist.

Hinter der Bezugsspannungsgeneratorschaltung 34 ist eine Pumpsignalversorgungsschaltung 40 vorgesehen, die den Pumpstrom Ip erzeugt, die dem Sauerstoffpumpstapel 12 des Sauerstoffsensors 10 zu liefern ist. Die Pumpsignalversorgungsschaltung 40 umfaßt einen Operationsverstärker 42 mit einem invertierenden Eingang und einem nicht invertierenden Eingang, der über einen Widerstand 44 mit dem Ausgang der Bezugsspannungsgeneratorschaltung 34 verbunden ist. Der Operationsverstärker 42 empfängt somit die Bezugsspannung V_R an seinem nicht invertierenden Eingang und ist mit seinem Ausgang über einen Widerstand 46 mit der Basis eines n-p-n-Bipolartransistors 48 verbunden. Der n-p-n-Transistor 48 liegt mit seinem

Kollektor an dem leitenden streifenförmigen Abschnitt 16a der inneren Elektrodenplatte 16 des Sauerstoffpumpstapels 12 des Sauerstoffsensors 10, wie es in Fig.2 dargestellt ist, und liegt mit seinem Emitter einerseits an der Pumpsignaleingangsklemme S_p der Steuerschaltung 30 und andererseits über einen Widerstand 50 an Masse. Am leitenden streifenförmigen Abschnitt 18a der äußeren Elektrodenplatte 18 des Sauerstoffpumpstapels 12 des Sauerstoff sensors 10 liegt eine' vorbestimmte Vorspannung V„ mit positiver Polarität, so daß die innere Elektrodenplatte 16 des Sauerstoffpumpstapels 12 negativ bezüglich der äußeren Elektrodenplatte 18 des Stapels 12 vorgespannt ist. Wenn der Transistor 48 durchgeschaltet ist, wird der Kollektorstrom des Transistors 48 als Pumpstrom Ip dem Sauerstoffpumpstapel 12 des Sauerstoff sensors 10 geliefert, so daß über den Widerstand 50 eine Pumpgleichspannung Vp erzeugt wird, die sich mit dem Pumpstrom I_p ändert. Diese Pumpspannung V_p liegt an der Pumpsignaleingangsklemme S_p der Steuerschaltung 30 und wird im Speicher RAM gespeichert, der in der Steuerschaltung 30 enthalten ist, wie es oben beschrieben wurde.

Der leitende streifenförmige Abschnitt 22a der inneren Elektrodenplatte 22 des Sensorzellenstapels 14 des Sauerstoffsensors 10 liegt andererseits an Masse, während der leitende streifenförmige Abschnitt 24a der äußeren Elektrodenplatte 24 über ein Rauschfilter 52 mit einer Pufferverstärkerschaltung 54 verbunden ist. Das Rauschfilter 52 ist dazu vorgesehen, den Rauschanteil in dem Spannungssignal zu beseitigen, das aus der elektromotorischen Kraft resultiert, die über der aktiven Schicht 26 des Sensorzellenstapels 14 erzeugt wird, und besteht aus einer Kombination aus einem Widerstand 56 und einem Kondensator 58, wie es in Fig.2 dargestellt ist. Die Pufferverstärkerschaltung 54 umfaßt einen Operationsverstärker 60, dessen nicht invertierender Eingang über das Rauschfilter 52 mit der äußeren Elektroden-

platte 24 des Sensorzellenstapels 14 des Sauerstoff sensors 10 verbunden ist, während sein invertierender Eingang über einen Rückkopplungswiderstand 62 am Ausgang des Verstärkers 60 und über einen Widerstand 64 an Masse liegt. Der Operationsverstärker 60 dient somit als nicht invertierender verstärkender Pufferverstärker, der eine verstärkte Zellenspannung V₅ ¹ an seinem Ausgang erzeugt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 60 ist nicht nur über den Rückkopplungswiderstand 62 mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 60, sondern gleichfalls über einen Widerstand 66 mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 42 der Pumpsignal Versorgungsschaltung 40 verbunden. Der Operationsverstärker 42 der Signal Versorgungsschaltung 40 arbeitet somit als Komparator, der eine Ausgangspannung mit hohem Pegel dann erzeugt, wenn die Bezugsspannung V_R, die an seinem nicht invertierenden Eingang liegt, höher als die verstärkte Zellenspannung V₅' ist, die an seinem invertierenden Eingang liegt, und eine Ausgangsspannung mit niedrigem Pegel erzeugt, wenn die Bezugsspannung V_R unter der verstärkten Zellenspannung V₅ ¹ liegt.

Wenn die Sauerstoffkonzentrationsdetektorvorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau eine Temperatureinstelleinrichtung einschließlich der Isolierschichten verwendet, die mit wärmeerzeugenden Elementen versehen sind, wie es oben beschrieben wurde, umfaßt die Temperatureinstelleinrichtung weiterhin eine Temperatursteuerschaltung mit einem Temperatursensor, beispielsweise einem Thermoelement, das in Verbindung mit dem Sensor 10 so angeordnet ist, daß es die Temperatur des Sensors 10 aufnimmt. Eine derartige Temperatursteuerschaltung kann auch über den Widerstand 50 geschaltet sein, um einen Temperaturkompensationsstrom auf der Grundlage der Pumpspannung V_p in der Schaltung 40 und der vom Temperatursensor wahrgenommenen Temperatur zu erzeugen.

Während der Arbeit der Sauerstoffkonzentrationsdetektorvorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau und der oben beschriebenen Anordnung erzeugt die Steuerschaltung 30 ein digitales Signal, das den Wert wiedergibt, auf dem die Zellenspannung V_s zu halten ist. Das digitale Signal liegt von der Bezugssignalausgangsklemme S_D der Steuerschaltung 30 an der

Bezugsspannungsgeneratorschaltung 34 und wird durch den Digital/Analogwandler 36 in eine feste Bezugsspannung V_R umgewandelt. Die Bezugsspannung V_D geht über den Spannungsfolger

38 und den Wiederstand 44 zum nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 42 in der Pumpsignalversorgungsschaltung 40. Wenn angenommen wird, daß zu irgendeinem Zeitpunkt die verstärkte Zellenspannung Vc-¹, die am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 42 auftritt, kleiner als die Bezugsspannung V_R ist, dann arbeitet der Operationsverstärker 42 als Komparator, der eine Ausgangsspannung mit hohem Pegel erzeugt. Die hohe Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 42 liegt an der Basis des Transistors 48, der damit durchschaltet und einen Stromweg über seinen Kollektor und Emitter bildet.

Wenn der Sauerstoffsensor 10 im Abgaskrümmer der Maschine angeordnet ist, können die Abgase, die von den Zylindern in den Abgaskrümmer der Maschine abgegeben werden, teilweise in den Zwischenraum zwischen dem Pump- und Zellstapel 12 und 14 des Sensors 10 eintreten. Wenn der Kollektorstrom des Transistors 48 nun durch den Sauerstoffpumpstapel 12 des Sauerstoffsensors 10 fließt, werden die Sauerstoff ionen dazu gebracht, durch die sauerstoff ionenleitende aktive Schicht 20 des Sauerstoffpumpstapels 12 von der negativen inneren Elektrodenplatte 16 zur positiven äußeren Elektrodenplatte 18 des Stapels 12 zu wandern. Als Folge einer derartigen Bewegung der Sauerstoff ionen durch die aktive Schicht 20 des Sauerstoffpumpstapels 12 werden die Sauerstoffmoleküle in den Abgasen im Zwischenraum zwischen dem

Pump- und Zellenstapel 12 und 14 dazu gebracht, in die aktive Schicht 20 durch die innere Elektrodenplatte 16 hindurchzudiffundieren, wodurch die Sauerstoffmoleküle in der aktiven Schicht 20 gezwungen werden, die Schicht 20 über die äußere Elektrodenplatte 18 des Sauerstoffpumpstapels 12 zu verlassen. Wenn die Sauerstoffmoleküle in dieser Weise aus dem Zwischenraum zwischen dem Pump- und dem Zellenstapel 12 und 14 herausgepumpt werden, wird eine allmähliche Abnahme in der Sauerstoffkonzentration in den Gasen bewirkt, die im Zwischenraum bleiben, so daß eine Differenz zwischen den Sauerstoffkonzentrationen in den Gasen im Zwischenraum und in den Umgebungsgasen entsteht, die den Sensor 10 im Abgaskrümmer der Maschine umgeben. Nach Ablauf einer gegebenen Anfangsübergangszeit wird ein stabiler Zustand erreicht, in dem die Anzahl der aus dem Zwischenraum zwischen den Stapeln 12 und 14 herausgepumpten Sauerstoffmoleküle gleich der Anzahl der Sauerstoffmoleküle ist, die in den Zwischenraum eintreten können. Unter derartigen stabilen Verhältnissen nimmt der Partialdruck des gepumpten Sauerstoffs im Zwischenraum zwischen den Stapeln 12 und 14 einen Wert an, von dem angenommen ist, daß er über den gesamten Zwischenraum gleich ist,und der kleiner als der Partialdruck des nicht gepumpten Sauerstoffs in den umgebenden Abgasen ist, die den Sauerstoffsensor 10 umgeben. Der Differenzsauerstoff partialdruck , der in dieser Weise zwischen den Gasen im Inneren des Zwischenraumes und den Gasen außerhalb des Zwischenraumes entwickelt wird, wirkt auf die sauerstoff ionenleitende aktive Schicht 26 des Sensorzellenstapels 14. Der Sensorzellenstapel 14 wird dementsprechend dazu gebracht, über der aktiven Schicht 26 eine elektromotorische Kraft zu induzieren, die sich mit der Differenz zwischen dem Partialdruck des gepumpten und nicht gepumpten Sauerstoffs ändert, wodurch die Zellenspannung Vg zwischen der inneren und der äußeren Elektrodenplatte 22 und 24 des Sensorzellenstapels 14 erzeugt wird. Es versteht sich, daß die in dieser Weise durch den Sensorzellenstapel 14 des Sauerstoff sensors 10 erzeugte Zellenspannung

»β φ t* a

·' * *"■"·■■ ' ■"* 3809227 -ZS-

V₅ sich mit der Differenz zwischen dem Partialdruck des gepumpten und nicht gepumpten Sauerstoffs im Sauerstoff sensor 10 ändert.

Die Zellenspannung V₅ liegt über das Rauschfilter 52 am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 60 in der Pufferverstärkerschaltung 54. Der Operationsverstärker 60 erzeugt an seinem Ausgang die verstärkte Zellenspannung V₅ ¹, die sich fortlaufend mit der Zellenspannung V₅ ändert, die vom Sauerstoff sensor 10 empfangen wird. Diese verstärkte Zellenspannung V₅ ¹ liegt am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 42 in der Pumpsignal versorgungsschaltung 40 und wird mit der Bezugsspannung V_R verglichen, die am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 42 liegt. Wenn die Zellenspannung V₅ vom Sauerstoff sensor 10 zu einem gegebenen Zeitpunkt ansteigt und dementsprechend die verstärkte Zellenspannung V₅ ¹, die am Operationsverstärker 42 der Pumpsignal Versorgungsschaltung 40 liegt, die Bezugsspannung V_R übersteigt, erzeugt der Operationsverstärker 42 eine Ausgangsspannung mit niedrigem Pegel, so daß der Transistor 48 im gesperrten Zustand gehalten wird. Wenn in dieser Weise der Transistor 48 gesperrt gehalten wird, fließt im wesentlichen kein Strom durch den Kollektor des Transistors 48, so daß die Zellenspannung V₅ über dem Sensorzellenstapel 14 des Sauerstoffsensors 10 und somit die verstärkte Zellenspannung V₅ ¹ vom invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 42 der Signal Versorgungsschaltung 40 abfallen.

-Si.

Wenn danach die verstärkte Zellenspannung V₅ ¹ am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 42 unter die Bezugsspannung V_R am nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 42 fällt, wird der Transistor 48 durchgeschaltet, so daß ein Anstieg des Kollektorstromes die Folge ist. Der Transistor 48 wiederholt diese Schaltvorgänge mit hoher Frequenz, so daß die Zellenspannung V<~, die über dem Sensorzellenstapel 14 des Sauerstoffsensors 10 entwickelt wird, auf einem festen Pegel gehalten wird, während sich der Kollektorstrom des Transistors 48 proportional zur prozentualen Konzentration des Sauerstoffs in den Gasen ändert, die den Sauerstoffsensor 10 umgeben, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Dieser Kollektorstrom liegt als Pumpstrom I_p am Sauerstoffpumpstapel 12 des Sauerstoffsensors 10 und fließt über den Emitter des Transistors 48 durch den Widerstand 50. In Fig. 1 zeigen die Kurven a,b und c Beispiele einer solchen linearen Änderung des Pumpstromes I_p mit der wahrgenommenen Sauerstoffkonzentration, wenn die Bezugsspannung V_R durch die Steuerschaltung 30 so gewählt oder berechnet ist, daß Spannungen von 20, 40 und 80 Millivolt jeweils als Zellenspannungen V₅ über den Sensorzellenstapel 14 des Sauerstoffsensors 10 erzeugt werden. Der schraffierte Bereich mit einer Grenze über der Kurve d gibt den Bereich wieder, in dem der Pumpstrom Ip bei einer gegebenen Sauerstoffkonzentration dazu führen würde, daß die aktive Schicht 20 des Sauerstoffpumpstapels 12 des Sauerstoffsensors 10 schwarz wird.

Um einen Pumpstom I_p zu erzielen, der sich richtig proportional zu der wahrgenommenen Sauerstoffkonzentration ändert, ist es wichtig, daß die Temperatur des Sauerstoffsensors 10 auf einem festen Wert gehalten wird. Zu diesem Zweck wird der den wärmeerzeugenden Elementen der vorher erwähnten Temperatureinstelleinrichtung gelieferte Strom in Abhängigkeit von der Pumpspannung V_p oder dem Pumpstrom I_p und dem Ausgangssignal des Temperatursensors gesteuert, um

für eine genaue Temperaturkompensation für den Pumpstrom I_p zu sorgen. Die an dem Pump- und Zellenstapel 12 und 14liegende Wärme bewirkt nicht nur eine derartige Temperaturkompensation, sondern fördert auch die elektrochemische Aktivität des Sauerstoff ionen leitenden festen Elektrolyten, der die aktive Schicht jedes Stapels bildet,und insbesondere die Sauerstoffpumpaktivität des Sauerstoffpumpstapels 12 bei niedrigen Temperaturen der Abgase, denen der Sauerstoffsensor 10 ausgesetzt ist. Wenn die Temperaturkompensation des Pumpstromes nicht ernsthaft benötigt wird, kann daher die Temperatureinstelleinrichtung fehlen, obwohl das die elektrochemische Aktivität des Pump- und Zellenstapels 12 und ¹⁴ beeinträchtigen würde.

Die Steuerschaltung 30, die als Mikroprozessor ausgebildet ist, wird bezüglich der Drehzahl der Maschine getaktet und wiederholt den Arbeitszyklus, der in Form eines Flußdiagrammes in Fig. 3 dargestellt ist. Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, beginnt der Arbeitszyklus der Steuerschaltung 30 mit einem Arbeitsschritt 70, um die Pumpspannung V_p zu lesen, die im Speicher RAM gespeichert ist, der einen Teil der Steuerschaltung 30 bildet. Die Steuerschaltung 30 geht dann auf einen Arbeitsschritt 72 über, in dem eine Funktion berechnet wird, die einen vorbestimmten oberen Grenzwert I_p, des Pumpstromes I_p entsprechend der Bezugsspannung V_R wiedergibt, die gerade am Ausgang der Bezugsspannungsgeneratorschaltung 34 vorliegt. Die Funktion, die in dieser Weise den oberen Grenzwert I_p. des Pumpstromes I_p wiedergibt, wird beispielsweise durch Berechnen,durch Wählen oder durch Zuordnen in der Steuerschaltung 30 so bestimmt, daß sie etwas kleiner als der kritische Wert des Pumstromes I_p ist, der durch die Grenze wiedergegeben wird, die durch die Kurve d in Fig. 1 angegeben ist und mit abfallender wahrgenommener Sauerstoffkonzentration kleiner wird. Auf den Arbeitsschritt 72 folgt ein Entscheidungsschritt 74, in dem bestimmt wird,

* IV

ob der Pumpstrom I_pj der der Pumpspannung V_p entspricht, die gerade im RAM in der Steuerschaltung 30 gespeichert ist, kleiner als der Grenzwert I_p, des Pumpstromes I_p ist oder nicht, der im vorhergehenden Schritt 72 berechnet wurde.

Wenn der Pumpstrom I_p kleiner als der Grenzwert I_p. ist, dann wird in einem folgenden Arbeitsschritt 76 das digitale Signal am Ausgang S_R der Steuerschaltung 30 und somit die Bezugsspannugn V_D konstant gehalten, aus der der betreffende Pumpstrom I_p resultierte. In diesem Fall wird weiterhin in einem Entscheidungsschritt 78 festgestellt, ob der fragliche Pumpstrom I_p kleiner als Stromwert I_R ist oder nicht, der das Ziel-Luft-Kraftstoff verhältnis des der Maschine zum vorliegenden Zeitpunkt zu liefernden Gemisches angibt. Dieser Stromwert I_R wird aus der Bezugsspannung V_R berechnet, die aus dem digitalen Signal resultiert, das am Ausgang S_n der

Steuerschaltung 30 auftritt. Wenn sich herausstellt, daß der Pumpstrom I_p kleiner als der in dieser Weise berechnete

Stromwert I_D ist, wird in einem Arbeitsschritt 80 festgestellt, κ

daß das gerade der Maschien zugeführte Gemisch zu reich ist und daß das Sekundärluftzirkulationsventil 32 in Fig. 2 geöffnet werden sollte. Das Sekundärluftzirkulationsventil 32 wird somit betätigt, so daß es öffnet, wenn.es geschlossen war_; oder offengehalten, wenn es bereits offen war. Wenn im Gegensatz dazu der Pumpstrom I_p nicht kleiner als der Stromwert I_R im Entscheidungsschritt 78 ist, wird in einem folgenden Arbeitsschritt 82 bestimmt, daß das der Maschine gelieferte Gemisch zu arm ist, und daß das Sekundärluftzirkulationsventil 32 geschlossen werden sollte. Das Sekundärluftzirkulationsventil 32 wird daher so betätigt, daß es schließt, wenn es offen war,oder geschlossen gehalten, wenn es bereits geschlossen war.

Wenn andererseits der Pumpstrom I_p, der der Pumpspannung V_p entspricht, die vom RAM gelesen wurde, nicht kleiner als

der Grenzwert Ip. im Entscheidungsschritt 74 ist, dann wird in einem Arbeitsschritt 84 bestimmt, daß das digitale Signal am Ausgang S_R der Steuerschaltung 30 in eine neues Signal geändert werden soll, das zu einer Bezugsspannung V_R von 0 Volt führt. In der in Fig. 2 dargestellten Schaltung liegt die in dieser Weise durch den Bezugssignalgenerator 34 erzeugte Bezugsspannung V_R von 0 Volt über den Widerstand 44 am nicht invertierenden Eingang des Opeationsverstärkers 42 in der Pumpsignalversorgungsschaltung 40. Der Operationsverstärker 42 erzeugt dann eine Ausgangsspannung mit niedrigem Pegel, so daß der Transistor 48 sperrt und dadurch die Kollektorstromversorgung zum Sauerstoffpumpstapel 12 des Sauerstoffsensors 10 unterbrochen wird. In diesem Fall geht der Arbeitsschritt 84 auf den Arbeitsschritt 82 über, um die Stromversorgung zum Sekundärluftzirkulationsventil 32 zu unterbrechen und dadurch das Ventil zu schließen.

Ein einziger Arbeitszyklus des Mikroprozessors, der die Steuerschaltung 30 bildet, wird somit mit dem Arbeitsschritt 80 oder 82 abgeschlossen, um das Luft-Kraftstoffverhältnis des Gemisches entweder zur armen oder zur reichen Seite in Abhängigkeit vom Pumpstrom I_p zu verschieben, der in der Pumpsignalversorgungsschaltung 40 erzeugt wird. Das neue digitale Signal, das im Arbeitsschritt 84 zu erzeugen ist, um die Bezugsspannung V_R auf 0 Volt zu verschieben, wie es oben beschrieben wurde, kann ein Vier-Bit-Signal, beispielsweise ein Signal "0000" sein. Die Einrichtung, die ein derartiges neues digitales Signal erzeugt, um die Bezugsspannung V_R zu ändern, kann auch durch eine Einrichtung ersetzt sein, die so arbeitet, daß sie zwangsweise den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 42 an Masse legt oder in anderer Weise ein Potential von 0 Volt am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 42 aufbaut.

Im folgenden wird anhand von Fig. 4 ein zweites bevorzugtes

Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sauerstoffkonzentrationsdetektorvorrichtung beschrieben. Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel ist dem ersten Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme des Aufbaus und der Anordnung der Pumpsignalgeneratorschaltung und einer zusätzlich vorgesehenen Pumpstrombegrenzerschaltung 86 ähnlich. Die Steuerschaltung 30 ist bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel zusätzlich zur Bezugssignalausgangsklemme S_R und der Ventilsteuerklemme Sq mit einer ZeIlensignaleingangsklemme S₅ statt der Pumpensignaleingangsklemme S_p bei der Steuerschaltung 30 des Ausführugnsbeispiels von Fig. 2 versehen. Das digitale Signal von der Bezugssignalausgangsklemme S_D gibt einen Wert wieder, der durch die Steuerschaltung 30 gewählt oder berechnet wird und dazu dient, eine erste Bezugsspannugn V_D beim zweiten Ausführungsbei-

spiel der Erfindung zu erzeugen. An der ZeIlensignaleingangsklemme S_R erscheint eine Spannung, die sich mit der Zellenspannung V₅ ändert, die vom Sensorzellenstapel 14 des Sauerstoffsensors 10 erzeugt wird, wie es im folgenden im einzelnen beschrieben wird. Die an dieser Eingangsklemme S₅ liegende Spannung wird im nicht dargestellten Speicher mit direktem Zugriff RAM im Mikroprozessor gespeichert, der die Steuerschaltung 30 bildet,und mit einer zweiten Bezugsspannung V_R' verglichen, die ein Ziel-Luft-Kraftstoffverhältnis wiedergibt, in dem das der Maschine gelieferte Gemisch zu proportionieren ist. Das von der Bezugssignalausgangsklemme S_R gelieferte digitale Signal wird durch die Steuerschaltung 30 gewählt oder berechnet.

Im Gegensatz zu der Pumpsignalversorgungsschaltung 40 bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Pumpsignalversorgungsschaltung 40¹ bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel einen Pumpstrom I_p mit fester Höhe auf die erste Bezugsspannung V_R ansprechend erzeugen, so daß sich die Zellenspannung V^ mit der Sauerstoff-

konzentration der umgebenden Abgase ändert. Zu diesem Zweck liegt der Operationsverstärker 42 der Pumpsignalversorgungsschaltung 40' mit seinem invertierenden Eingang über einen Rückkopplungswiderstand 88 am Emitter des Transistors 48. Es liegt somit eine Spannung, die proportional zur Pumpspannung Vp ist, die über dem Widerstand 50 auftritt, am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 42 statt der verstärkten Zellenspannung V^' , die von der Pufferverstärkerschaltung 54 bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel kommt. Eine Diode 90 ist mit ihrer Anode mit dem Emitter des Transistors 48 und mit ihrer Kathode mit Ausgang des Operationsverstärkers 42 verbunden. Weiterhin ist der Operationsverstärker 60 der Pufferverstärkerschaltung 54 mit seinem Ausgang über den Widerstand 66 mit der Zellensignaleingangsklemme S₅ der Steuerschaltung 30 verbunden. Andererseits ist die Pumpstrombegrenzerschaltung 86 bei diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich vorgesehen und mit einem Eingang mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 60 in der Pufferverstärkerschaltung 54 und zwar über den Widerstand 66 und mit dem anderen Eingang mit einer Quelle einer festen positiven Gleichspannung V_p verbunden. Die Pumpstrombegrenzerschaltung 86 ist weiterhin mit ihrem Ausgang mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 42 in der Pumpsignalversorgungsschaltung 40' und dementsprechend über den Widerstand 88 mit der Anode der Diode 90 verbunden, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Die Pumpstrombegrenzerschaltung 86 ist somit zwischen der Signalversorgungsschaltung 40 und der Pufferverstärkerschaltung 54 angeordnet und arbeitet so, daß sie die verstärkte Zellenspannung V₅ ¹ von der Pufferverstärkerschaltung 54 um einen gewählten Wert herabsetzt. Die Pumpstrombegrenzerschaltung 86 hat vorzugsweise den in Fig. 5 dargestellten Aufbau.

Wie es in Fig. 5 dargestellt ist, umfaßt die Pumpstrombe-

grenzerschaltung 86 eine einstellbare Spannungsteilerschaltung 92, die in der dargestellten Weise aus einer Reihe von Widerständen 94, 96 und 98 besteht, die zwischen Masse und die oben erwähnte Quelle einer festen Gleichspannung Vg geschaltet sind. Der Widerstand 96 liegt zwischen den beiden übrigen Widerständen 94 und 98 und bildet einen veränderbaren Widerstand, der eine ßruchtei lspannung V, erzeugt. Die Bruchteilspannung V, , die über die einstellbare Teilerschaltung 92 zu.erzeugen ist, ist so gewählt, daß sie etwas über der zweiten Bezugsspannugn V ' liegt, die in der Steuerschaltung 30 festgelegt wird. Die Pumpstrombegrenzerschaltung 86 umfaßt weiterhin einen Differential verstärker 100, der mit seinem nicht invertierenden Eingang über den Widerstand 66 am Ausgang des Operationsverstärkers 60 in der Pufferverstärkerschaltung 54 und mit seinem invertierenden Eingang am veränderlichen Widerstand 96 und über einen Rückkopplungswiderstand 102 am Ausgang des Verstärkers liegt. Der Differential verstärker 100 arbeitet somit als Subtrahierer, der eine verringerte Zellenspannung V,-¹¹ liefert, die um die Bruchteilspannung V_L kleiner als die verstärkte Zellenspannung v_s' ist, die vom Operationsverstärker 60 der Pufferverstärkerschaltung 54 kommt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 100 liegt nicht nur über den Rückkopplungswiderstand 102 an seinem invertierenden Eingang, sondern gleichfalls über einen Widerstand 104 und eine Diode 106 am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 42 in der Pumpsignalversorgungsschaltung 40' und weiterhin über den Widerstand 88 an der Anode der Diode 90, wie es in der Zeichnung dargestellt ist.

Das oben beschriebene zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung arbeitet in der folgenden Weise:

Die Bezugsspannung V_R wird durch die Bezugsspannungs-

generatorschaltung 34 aus dem digitalen Signal erzeugt, das von der Bezugssignalausgangsklemme S_R der Steuerschaltung 30 kommt, wie es bei dem Ausführungsbeispiel der Fall ist, das anhand von Fig. 2 beschrieben wurde. Die Bezugsspannung

V_D liegt über den Widerstand 44 am nicht invertierenden κ

Eingang des Operationsverstärkers 42 in der Pumpsignalversorgungsschaltung 40'. Wenn die über den Widerstand 50 und damit am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 42 auftretende Pumpspannung V_p unterdie Bezugsspannugn V_r zu irgendeinem Zeitpunkt fällt, erzeugt der Operationsverstärker 42 eine Ausgangsspannung mit hohem Pegel, so daß der Transistor 48 durchschaltet. Wenn andererseits die Pumpspannung V_p die Bezugsspannung V überschreitet, erzeugt der Operationsverstärker 42 eine Ausgangsspannung mit niedrigem Pegel, so daß der Transistor 48 sperrt. Durch eine Wiederholung eines derartigen Durchschaltens und Sperrens mit hoher Frequenz kann die Pumpspannung V_p, die über den Widerstand 50 auftritt, auf einem konstanten Wert gehalten werden, der durch die erste Bezugsspannung V_R vorgeschrieben ist. Auf den in dieser Weise von der Pumpsignalversorgungsschaltung 40' gelieferten konstanten Pumpstrom I_p ansprechend erzeugt der Sauerstoffsensor 10 eine Zellenspannung V^, die sich mit der Sauerstoffkonzentration in den umgebenden Abgasen ändert, in denen der Sensor 10 angeordnet ist.

Die in dieser Weise durch den Sensorzellenstapel 14 des Sauerstoff sensors 10 erzeugte Zellenspannung V<. liegt über das Rauschfilter 52 am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 60 in der Pufferverstärkerschaltung 54. Der Operationsverstärker 60 erzeugt somit an seinem Ausgang die verstärkte Zellenspannung V^¹, die über den Widerstand 66 an der ZeIlensignaleingangsklemme S_s der Steuerschaltung 30 und am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 100 in der Pumpstrombegrenzerschaltung

86 liegt. Die verstärkte Zellenspannung V₅ ¹ > die an der ZeI lens ignaleingangsklemme S<- der Steuerschaltung 30 liegt, wird im darin enthaltenen Speicher RAM gespeichert und mit der zweiten Bezugsspannung V ' verglichen, die die Sauerstoffkonzentration im Abgas bei einem Ziel-Luft-Kraftstoff verhältnis wiedergibt, auf das das Gemisch zu proportionieren ist. Wenn die verstärkte Zellenspannung V_ς kleiner als die zweite Bezugsspannung V ' ist, dann bestimmt die Steuerschaltung 30, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des der Maschine gelieferten Gemisches auf der armen Seite liegt und das Sekundärluftzirkulationsventi 1 32 geschlossen werden sollte. Es wird somit das Sekundärluftzirkulationsventi1 32 betätigt, um dieses zu schließen, wenn es offen war oder dieses geschlossen zu halten, wenn es bereits geschlossen war. Wenn andererseits die verstärkte Zellenspannung V^¹ über der zweiten Bezugsspannugn V ' liegt, bestimmt die Steuerschaltung 30, daß das Luft-Kraftstoffverhältnis des der Maschine gelieferten Gemisches auf der reichen Seite liegt und das Sekundärluftzirkulationsventi1 32 geöffnet werden sollte. Das Sekundärluftzirkulationsventil 32 wird somit geöffnet, wenn es geschlossen war, oder offen gehalten, wenn es bereits offen war.

Es sei im folgenden angenommen, daß das den Arbeitszylindern der Maschine gelieferte Gemisch plötzlich angereichert wird, wobei das Drosselventil des Ansaugsystems der Maschine geschlossen wird, um den Luftstrom durch das Ansaugsystem zu begrenzen. Auf die plötzliche Anreicherung des Gemisches folgt eine entsprechende Zunahme in der Zellenspannung V₅₅ die vom Sensorzellenstapel 14 des Sauerstoffsensors 10 erzeugt wird,und folglich in der verstärkten Zellenspannung V₅ ¹, die am Ausgang des Operationsverstärkers 60 in der Pufferverstärkerschaltung 54 auftritt. Die verstärkte Zellenspannung V₅ ¹, die in dieser Weise zugenommen hat, liegt am nicht invertierenden Eingang des Operations-

Verstärkers 100 in der Pumpstrombegrenzerschaltung 86, wobei dann, wenn die Spannung V₅ ¹ die Bruchtei Ispannugn V_L überschreitet, die am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 100 liegt, am Ausgang des Verstärkers 100 eine positive Spannung auftritt, die proportional zum Unterschied zwischen den Spannungen V₅ ¹ und V, ist. Die Differenzspannugn V₅ ¹- V, ist höher als die Pumpspannung Vp₅ die gerade über dem Widerstand 50 auftritt, so daß ein Strom vom Ausgang des Operationsverstärkers 100 über den Widerstand 104, die Diode 106 und die Widerstände 88 und 50 zur Masse fließt. Dieser Strom führt zu einer Zunahme in der Spannung am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 42 in der Signal Versorgungsschaltung 40' mit einer sich daraus ergebenden Abnahme in der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 42. Die am Ausgang des Operationsverstärkers 42 auftretende verringerte Spannung führt dazu, daß der Transistor 48 sperrt und der Pumpstrom P verschwindet. Je ärmer das in der Maschine erzeugte Gemisch ist und dementsprechend je höher die vom Sauerstoffsensor 10 erzeugte Zellenspannung V₅ ist, um so höher wird Ausgangsspannung vom Operationsverstärker 100 sein. Wenn die Spannung v^, die durch die einstellbare Spannungsteilerschaltung 92 erzeugt wird, so gewählt ist, daß sie etwas größer als die zweite Bezugsspannung V ' ist, die in der Steuerschaltung 30 festgelegt ist, wie es im obigen beschrieben wurde, sagt eine über der Bruchteilspannung V, liegende verstärkte Zellenspannung V₅ ¹ vorher, daß der Pumpstrom I_p einen Wert erreicht, der dazu führen kann, daß die aktive Schicht 20 des Sauerstoffpumpstapels 12 des Sauerstoffsensors 10 schwarz wird. Eine Verringerung des Pumpstromes Ip auf eine plötzliche Zunahme in der Zellenspannung V₅, wie sie bewirkt wird, wie es oben beschrieben wurde, trägt somit wirksam dazu bei, ein Schwarzwerden der aktiven Schicht 20 des Sauerstoffpumpstapels 12 zu verhindern.

Wenn die verstärkte Zellenspannung V₅ ¹ unter der variablen Bruchtei1 spannung V, liegt, dann tritt am Ausgang des Verstärkers 100 eine negative Spannung auf, die proportional zum Unterschied zwischen den Spannungen Vc-¹ und V, ist. Die negative Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 100 wird daran gehindert über die Diode 106 zu fließen, so daß der Operationsverstärker 42 der Signal Versorgungsschaltung 40' nur auf die erste Bezugsspannung V und die Pumpspannung Vp anspricht, die über dem Widerstand 50 auftritt. Der Transistor 48 wird somit durchgeschaltet, wenn die Pumpspannung V_p unter der ersten Bezugsspannung V liegt, und gesperrt, wenn die Pumpspannung V_p über der ersten Bezugsspannung V liegt.

Der somit erzeugte Pumpstrom I_p bei einer auf einen gegebenen Wert festgelegten zweiten Bezugsspannung V ' kann bei dem obigen Ausführungsbeispiel somit so gesteuert werden, daß er sich mit der Sauerstoffkonzentration der umgebenden Abgase ändert, wie es durch die Kurve A in Fig. 6 dargestellt ist. In diesem Fall nimmt der Pumpstrom I_p, der dem Sauerstoffsensor 10 zu liefern ist, einen Wert I_p an, wenn die Sauerstoffkonzentration einen Wert D, annimmt, der dem Ziel-Luft-Kraftstoffverhältnis entspricht, das durch die Bezugsspannung V ' wiedergegeben ist. Der in dieser Weise gesteuerte Pumpstrom I_pkann einen oberen Grenzwert haben, der sich mit der Sauerstoffkonzentration in den umgebenden Abgasen ändert, wie es durch die Kurve B in Fig. 6 dargestellt ist, wenn die Bruchtei1 spannung V, in der Pumpstrombegrenzerschaltung 86 erzeugt wird. Wenn das der Maschine gelieferte Gemisch plötzlich angereichert wird, so daß das Luft-Kraftstoffverhältnis des Gemisches bezeichnend absinkt, kann die Sauerstoffkonzentration, die durch die Zellenspannung V₅ wiedergegeben wird, in der Größenordnung eines Wertes liegen, der mit D, auf der Kurve B in Fig. 6 angegeben ist. Wenn der Pumpstrom I_p unverändert auf dem

Wert I_n, unter diesen Umständen gehalten wird, hätte der

r α

Pumpstrom I_p einen Wert, der ein Schwarzwerden des Sauerstoffionen leitenden festen Elektrolyten bewirken könnte , der als aktives Material im Sauerstoffsensor 10 verwandt wird. Dadurch, daß der Pumpstrom I_p auf einem Wert unter dem Pegel der Kurve B mittels der Pumpstrombegrenzerschaltung 86 gehalten wird, kann der Pumpstrom den bei I_p auf der Kurve B angegebenen Wert nicht überschreiten, so daß aus diesem Grunde ein Schwarzwerden im Sauerstoffsensor 10 ausgeschlossen werden kann.

Claims

Case FPG30-8522 HONDA GIKEN KOGYO K.K. Sauerstoffkonzentrationsdetektorvorrichtung ^ PATENTANSPRÜCHE * Sauerstoffkonzentrationsdetektorvorrichtung, gekennzeichnet durch

1.) einen Sauerstoffsensor, der für den Sauerstoff in den ihn umgebenden Sauerstoff enthaltenden Gasen empfindlich ist,

2.) eine Aktivierungsstromversorgungeinrichtung, die so arbeitet, daß sie dem Sauerstoffsensor einen Aktivierungsstrom liefert, wobei

3.) der Sauerstoffsensor auf den Aktivierungsstrom anspricht und so arbeitet, daß er eine Sensorsignalspannung erzeugt, die sich mit der Sauerstoffkonzentration in den Sauerstoff enthaltenden Gasen ändert,

4.) eine BezugssignaIgeneratoreinrichtung, die so arbeitet, daß sie ein vorbestimmtes Bezugssignal erzeugt, wobei

5.) die Aktivierungsstromversorgungseinrichtung auf das

j!

Bezugssignal anspricht, um den Aktivierungsstrom zu erzeugen und

6.) eine Strombegrenzungseinrichtung, die den Aktivierungs· strom unter einen vorbestimmten Wert begrenzt, der sich mit dem Aktivierungsstrom oder der Sensorsignalspannung ändert.

2. Sauerstoff konzerrtrationsdetektorvorrichtung,

gekennzeichnet durch,

2.) eine Aktivierungsstromversorgungseinrichtung, die so arbeitet, daß sie dem Sauerstoffsensor einen Aktivierungsstrom liefert, wobei

3.) der Sauerstoffsensor auf den Aktivierungsstrom an-, spricht und so arbeitet, daß er eine Sensorsignal-

_A spannung liefert, die sich mit der Sauerstoffkon

zentration in den Sauerstoff enthaltenden Gasen ändert,

4.) eine Bezugsspannungsgeneratoreinrichtung, die so arbeitet, daß sie eine vorbestimmte Bezugsspannung liefert, auf der die Sensorsignalspannung konstant zu halten ist, wobei

5.) die Aktivierungsstromversorgungseinrichtung auf die Bezugsspannung anspricht und so arbeitet, daß sie den Aktivierungsstrom so steuert, daß dieser sich derart ändert, daß die Sensorsignalspannung im wesentlichen gleich der Bezugsspannung gehalten wird, so daß der Aktivierungsstrom sich mit der Sauerstoffkonzentration in den umgebenden Sauerstoff enthaltenden Gasen ändert,

6.) eine Einrichtung zum Erzeugen eines ersten vorbestimmten Stromwertes und

7.) eine Strombegrenzungseinrichtung, die den '» Aktivierungsstrom mit dem ersten vorbestimmten Strom-

wert vergleicht und zuläßt, daß die Bezugsspannungsgeneratoreinrichtung die Bezugsspannung beibehält, wenn der Aktivierungsstrom unter dem ersten vorbestimmten Stromwert liegt, oder bewirkt, daß die Aktivierungsstromversorgungseinrichtung die Aktivierungsstromversorgung zum Sauerstoffsensor beendet, wenn der Aktivierungsstrom nicht unter dem ersten vorbestimmten Stromwert liegt.

3. Sauerstoffkonzentrationsdetektorvorrichtung, gekennzeichnet durch

1.) einen Sauerstoffsensor, der für den Sauerstoff in den ihn umgebenden Sauerstoff enthaltenen Gasen empfindlich ist,

2.) eine Aktivierungsstromversorgungseinrichtung, die so

arbeitet, daß sie dem Sauerstoffsensor einen ^

Aktivierungsstrom liefert, wobei J-

3.) der Sauerstoffsensor auf den Aktivierungsstrom an- * spricht und so arbeitet, daß er eine Sensorsignalspannung erzeugt, die sich mit der Sauerstoffkonzentration in den Sauerstoff enthaltenden Gasen ändert,

4.) eine Bezugsspannungsgeneratoreinrichtung, die so arbeitet, daß sie eine vorbestimmte Bezugsspannung erzeugt, auf der der Aktivierungsstrom konstant zu halten ist,

5.) eine Sensorsignalspannungsgeneratoreinrichtung, die eine Sensorsignalspannung liefert, die sich mit dem Aktivierungsstrom ändert, wobei

6.) die Aktivierungsstromversorgungseinrichtung auf die Bezugsspannung anspricht und so arbeitet, daß sie den Aktivierungsstrom in der Weise ändert, daß der Aktivierungsstrom konstant gehalten wird, so daß die Sensorsignal spannung sich mit der Sauerstoffkonzentration in den umgebenden Sauerstoff enthaltenden Gasen ändert,

7.) eine Einrichtung, die einen ersten vorbestimmten Spannungswert erzeugt,und

8.) eine Strombegrenzungseinrichtung, die die Sensorsignalspannung mit einem ersten vorbestimmten Spannungswert vergleicht und es zuläßt, daß die Bezugsspannungsgeneratoreinrichtung den Aktivierungsstrom beibehält, wenn die Sensorsignalspannung unter dem ersten vorbestimmten Spannungswert liegt, oder bewirkt, daß die Aktivierungsstromversorgungseinrichtung die Aktivierungsstromversorgung zum Sauerstoffsensor beendet, wenn die Sensorsignalspannung nicht unter dem ersten vorbestimmten Spannungswert liegt, wobei

9.) die Aktivierungsstromversorgungseinrichtung weiterhin auf die genannte Differenzspannung anspricht und beim Vorliegen der Differenzspannung so arbeitet, daß sie den Aktivierungsstrom derart steuert, daß die Summe

aus der Sensorsignalspannung und der Differenzspannung im wesentlichen gleich der Bezugsspannung wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß

der vorbestimmte Wert so festgelegt wird, daß er abnimmt, wenn die wahrgenommene Sauerstoffkonzentration oder die Sensorsignalspannung zunimmt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß

der vorbestimmte Stromwert so festgelegt wird, daß er abnimmt, wenn die wahrgenommene Sauerstoffkonzentration abfällt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß der erste vorbestimmte Spannungswert so festgelegt wird, daß er abnimmt, wenn der Aktivierungsstrom zunimmt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß

die Aktivierungsstromversorgungseinrichtung einen Operationsverstärker, der mit einem ersten Eingang mit der Bezugsspannungsgeneratoreinrichtung und einem zweiten Eingang mit der Strombegrenzungseinrichtung verbunden ist, und ein Schaltelement umfaßt, das mit einem ersten Anschluß mit dem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden ist, mit einem zweiten Anschluß mit dem Sauerstoffsensor verbunden ist und mit einem dritten Anschluß am zweiten Eingang des Operationsverstärkers und an der Sensorsignalspannungsgeneratoreinrichtung liegt, wobei das Schaltelement so arbeitet, daß es beim Vorliegen einer Spannung mit einem ersten Pegel an seinem ersten }j Anschluß einen Schaltungszustand einnimmt, der einen Leitungsweg zwischen seinem zweiten und seinem dritten Anschluß liefert, um den Aktivierungsstrom am zweiten Anschluß zu erzeugen, und beim Vorliegen einer Spannung mit einem zweiten Pegel an seinem ersten Anschluß einen Schaltungszustand einnimmt, in dem der Leitungsweg unterbrochen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die Strombegrenzungseinrichtung einen veränderlichen Widerstand zum Erzeugen des vorbestimmten Spannungswertes und eine Subtrahiereinrichtung umfaßt, die mit einem ersten Eingang mit dem veränderlichen Widerstand verbunden ist und am zweiten Eingang auf die Sensorsignalspannung anspricht, wobei die Subtrahiereinrichtung mit ihrem Ausgang mit dem zweiten Eingang des Operationsverstärkers und mit der Sensorsignalspannungs-

generatoreinrichtung verbunden ist und so arbeitet, daß sie die Differenzspannung erzeugt, die im wesentlichen gleich dem Unterschied zwischen der Sensorsignalspannung und dem vorbestimmten Spannungswert ist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß

der Sauerstoffsensor (a) zwei aktive Schichten jeweils aus einem Sauerstoff ionen leitenden festen Elektrolyten, wobei jede aktive Schichte parallele Außen- und Innenflächen aufweist,und (b) Elektrodenschichten umfaßt, die jeweils auf den gegenüberliegenden Außenflächen jeder der aktiven Schichten ausgebildet sind, wobei eine der aktiven Schichten ein Pumpzellenelement bildet, das auf den Aktivierungsstrom anspricht, und die andere Aktivierungsschicht ein Sensorzellenelement liefert, das so arbeitet, daß es die Sensorsignal spannung erzeugt, und das Pumpzellenelement und das Sensorzellenelement wenigstens teilweise im Abstand voneinander angeordnet sind, so daß dazwischen ein Zwischenraum gebildet ist, in den die umgebenden Sauerstoff enthaltenden Gase eintreten können.