DE3710154C3 - Verfahren zur Abnormalitätsdetektion für einen Sauerstoffkonzentrationssensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abnormalitätsde­ tektion für einen Sauerstoffkonzentrationssensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. dem Oberbegriff des Anspruchs 2.

Aus der EP 0 152 942 A2 ist ein Sauerstoffkonzentrations­ sensor der im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2 beschriebe­ nen Art bekannt. Dieser Sensor weist eine Gasaufnahmekammer auf zur Aufnahme von Motorabgasen, deren Sauerstoffkonzen­ tration bestimmt werden soll. Eine Wand dieser Kammer ist von einer Seite eines für Sauerstoff-Ionen durchlässigen Festkörperelektrolyten gebildet. Die andere Seite des Fest­ körperelektrolyten grenzt an eine Atmosphärenbezugskammer an. Mittels eines auf die beiden Seiten des Elektrolyten aufgebrachten Sensor-Elektrodenpaars kann eine von den unterschiedlichen Sauerstoffkonzentrationen in den Kammern hervorgerufene Potentialdifferenz bestimmt werden. Ferner ist auf die beiden Seiten des Elektrolyten ein Pump-Elek­ trodenpaar aufgebracht, mittels dessen Sauerstoff-Ionen wahlweise aus der Gasaufnahmekammer in die Atmosphärenbe­ zugskammer oder umgekehrt durch den Elektrolyten gepumpt werden können. Diese Sauerstoff-Ionen bilden einen Pump­ strom.

Der bekannte Sauerstoffkonzentrations-Sensor wird in der Praxis so betrieben, daß versucht wird, die Potentialdiffe­ renz des Sensorelektroden-Paars möglichst auf einem vorbe­ stimmten Wert zu halten. Hierzu müssen bei sich ändernder Sauerstoffkonzentration im Abgas Sauerstoff-Ionen in die Gasaufnahmekammer hinein oder aus dieser heraus gepumpt werden. Der zur Aufrechterhaltung einer konstanten Poten­ tialdifferenz erforderliche Pumpstrom ist ein Maß für die Sauerstoffkonzentration im Abgas und wird in ein Spannungs­ signal umgewandelt, das zur Steuerung des Kraftstoff/Luft- Gemisches der Brennkraftmaschine eingesetzt wird. Daher wird bei dem bekannten Sauerstoffkonzentrationssensor als einziges Ausgangssignal das dem Pumpstrom entsprechende Spannungssignal abgegriffen. Ein Verfahren zur Detektion einer Abnormalität des Sauerstoffkonzentrationssensors ist aus der EP 0 152 942 A2 nicht bekannt.

Aus der JP 53-81 824 ist ein Verfahren zur Abnor­ malitätsdetektion für einen Sauerstoffkonzentrationssensor der Lambda-Sonden-Bauart bekannt. Der genaue Aufbau des Sensors geht aus dieser Druckschrift nicht hervor. Bei dem bekannten Verfahren wird das Ausgangssignal des Sauerstoff­ konzentrationssensor mit einem oberen Grenzwert und einem unteren Grenzwert verglichen und es wird entschieden, daß eine Abnormalität des Sensors vorliegt, wenn der Wert des Ausgangssignals länger als eine vorbestimmte Zeitdauer den unteren Grenzwert unterschreitet.

Darüber hinaus müssen die oberen und unteren Grenzwerte oder die vorbestimmte Zeitdauer bei dem aus der JP 53-81 824 bekannten Verfahren sehr groß gewählt werden, damit von der Verbrennung eines sehr fetten bzw. eines sehr mageren Kraftstoff/Luft-Gemisches herrührendes Abgas nicht unmittelbar zur Anzeige einer Abnormalität führt. Beim Be­ trieb einer Brennkraftmaschine muß zwar verhältnismäßig selten die Sauerstoffkonzentration von Abgasen bestimmt werden, die von der Verbrennung eines sehr fetten bzw. eines sehr mageren Kraftstoff/Luft-Gemisches herrühren, dennoch ist das Auftreten derartiger Abgase im normalen Betrieb nicht ungewöhnlich und kann selbst mit Rücksicht auf die gesetzlich vorgeschriebenen Abgasgrenzwerte tole­ riert werden. Durch die bei dem bekannten Verfahren erfor­ derliche Wahl großer Werte kann ein von einem Defekt des Sauerstoffkonzentrationssensors hervorgerufener, gerade noch innerhalb der vorgegebenen Grenzwerte liegender Wert des Pumpstroms dazu führen, daß das Kraftstoff/Luft-Gemisch ständig falsch gesteuert wird. Dies hat eine nicht zu to­ lerierende Verschlechterung der Abgaswerte und auch der Motorleistung zur Folge.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Detektieren der Abnormalität eines Sauerstoffkonzentrationssensors der im Oberbegriff des Anspruchs 1 oder der im Oberbegriff des Anspruchs 2 umrissenen Art bereitzustellen, das zuverlässig jegliche Abnormalität eines angeschlossenen elektrischen Verbindungssystems feststellen kann, um hierdurch bedingte Störungen in einem in Abhängigkeit von einem solchen Sauerstoffkonzentrationssensor arbeitenden Steuersystem wirksam zu vermeiden.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zur Abnormalitätsdetektion mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 in Verbindung mit den Merkmalen seines Kennzeichens sowie bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 2 in Verbindung mit den Merkmalen seines Kenn­ zeichens gelöst.

Bei dem Verfahren nach Anspruch 1 werden eine Sensorspannung, die am Sensorzellenelement auftritt, und ein Pumpstrom, der durch das Sauerstoffpumpelement fließt, kontrolliert und überwacht. Eine elektrische Schaltung, die unmittelbar mit dem Sauerstoffkonzentrationssensor zusammenarbeitet und diesen enthält, befindet sich dann in einem abnormalen Zustand, wenn der Pumpstrom einen oberen Grenzwert,
daß der Steuervorrichtung an dem Anschluß des Differentialverstärkers, an dem ihr auch die Sensorspannung (V_s) zugeführt wird, eine Versorgungsspannung (V_cc) über einen Widerstand (24) zugeführt wird,
daß Mittel zum Bestimmen einer Abnormalität in Form eines Kurzschlusses in einem mit dem ersten Elektrodenpaar (17) verbundenen elektrischen System vorgesehen werden, welche die Abnormalität in Form eines Kurzschlusses in dem mit dem ersten Elektrodenpaar (17) verbundenen elektrischen System dann bestimmen, wenn der bestimmte Kompensationswert (K_oz) einen oberen Grenzwert (K_O2LH) überschreitet, während der erfaßte Wert der Sensor­ spannung (V_S) während einer vorbestimmten Zeitdauer (t₀) einen niedrigen Wert einnimmt, und
daß Mittel zum Bestimmen einer Abnormalität in Form einer offenen Schaltung des mit dem ersten Elektrodenpaar (17) verbundenen elektrischen Systems vorgesehen werden, welche die Abnormalität in Form einer offenen Schaltung des mit dem ersten Elektrodenpaar (17) verbundenen elektrischen Systems bestimmen, wenn der bestimmte Kompensationswert (K_oz) einen unteren Grenzwert (K_02LL) unterschreitet, während der erfaßte Wert der Sensorspannung (V_S) während einer vorbestimmten Zeitdauer (t₁) einen höheren der Versorgungsspannung (V_cc) entsprechenden Wert einnimmt.

Aus der JP-60-2 52 133 ist eine Vorrichtung zur Selbstdia­ gnose bekannt, die bei einem Luft/Kraftstoff-Verhält­ nis-Steuersystem mit einer lernenden Steuerfunktion angewandt wird. Diese Vorrichtung liefert für eine Ab­ normalität einen Alarm, wenn bestimmt wird, daß ein sich ändernder bzw. sich lernender Kompensa­ tionswert einen vorbestimmten Wert überschreitet. Ferner kann ein Alarm für eine Abnormalität angege­ ben werden, wenn die Vorrichtung bestimmt, daß eine Anzahl von lernenden Kompensationsdaten, die größer als eine vorbestimmte Rate der Gesamtzahl von lernen­ den Kompensationswertdaten sind, in ein und dieselbe Richtung von einem Bezugswert um mehr als eine vor­ bestimmte Abweichung abweichen. Diese Diagnosevor­ richtung überwacht nur den lernenden Kompensations­ wert und liefert in Abhängigkeit von hierbei auftreten­ den Abnormalitäten ein Alarmsignal. Diese Diagnose­ vorrichtung befaßt sich somit mit der Abnormalität des Gesamtsystems, die ihre Ursache in Zerstörungen von einzelnen Bauteilen des Gesamtsystems haben kann, die mit der Zeit auftreten können.

Aus der JP-59-2 18 339 ist ein Diagnosesystem für ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuersystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, wobei das System das momentane Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf einen Soll- Wert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gleichzeitig da­ durch regelt, daß die Menge der Nebenluft nach Maßgabe eines Steuersignals reguliert wird, das eine Differenz zwischen dem Abgabesignal und einem Bezugswert darstellt. Das Diagnosesystem bestimmt eine Abnorma­ lität, wenn es irgendeine Diskrepanz zwischen dem Steuersignal und dem Abgabesignal von einer Treiber­ schaltung zum Betreiben der Nebenluftsteuer-Betäti­ gungseinrichtung in Abhängigkeit von dem Steuersignal feststellt. Hierbei wird somit nicht die Abnormalität des Sauerstoffsensors an sich überwacht.

Zur Reduzierung der Abgasverunreinigung und zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs einer Brenn­ kraftmaschine ist aus der JP-52-7 22 86 eine Prozeßsteue­ rung bekannt, bei der mittels Rückführung das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis des der Brennkraftmaschine zuge­ führten Gemisches bei der Regelung einem Sollwert nachgeführt wird. Hierbei ist ein Sauerstoffkonzentra­ tionssensor für die Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung vorgesehen, welcher ein Abgabesignal liefert, dessen Pegel sich in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzen­ tration in dem Brennkraftmaschinenabgas ändert. Die­ ser Sauerstoffkonzentrationssensor weist ein Sauer­ stoff-ionenleitendes Feststoffelektrolytteil auf, das als eine flache Platte ausgebildet ist, auf deren beiden Hauptflächen ein Elektrodenpaar angeordnet ist, wobei eine der Elektroden ein Teil eines Gasaufnahmekammer bildet. Die Gasaufnahmekammer steht in Verbindung mit einem zu messenden Gas, wie Abgas, einer Brenn­ kraftmaschine, wozu eine Einführungsöffnung vorgese­ hen ist. Hierbei bilden das Sauerstoff-ionenleitende Feststoffelektrolytteil und die Elektroden ein Sauer­ stoffpumpelement. Wenn ein Strom zwischen den Elek­ troden derart fließt, daß die Elektrode in der Gasauf­ nahmekammer eine Kathode (negativer Elektrode) ist, wird das Sauerstoffgas in der Gasaufnahmekammer in der Nähe dieser Kathode ionisiert und strömt durch das Feststoffelektrolytteil in Richtung zur Anode (positive Elektrode), so daß an dieser Fläche des Sensorelements gasförmiger Sauerstoff abgegeben wird. Der zwischen den Elektroden fließende Strom ist ein Grenzstrom­ wert, der im wesentlichen konstant, d. h. im wesentli­ chen unbeeinflußt durch Änderungen der anliegenden Spannung ist, und der proportional zur Sauerstoffkon­ zentration in dem zu messenden Gas ist. Wenn man daher die Größe des Grenzstromes erfaßt, kann man die Sauerstoffkonzentration in dem zu messenden Gas mes­ sen. Bei der Anwendung eines solchen Sauerstoffkon­ zentrationssensors zur Regelung des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses der einer Brennkraftmaschine zuführen­ den Gemisches kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nur auf einen solchen Wert geregelt werden, der im mage­ ren Bereich, bezogen auf das stöchiometrische Luft/ Kraftstoff-Verhältnis ist.

In der JP-59-1 92 955 ist ein Sauerstoffkonzentrationssen­ sor beschrieben, der einen solchen Abgabesignalpegel liefert, daß man hierbei sowohl eine Regelung des Luft/ Kraftstoff-Verhältnisses im mageren als auch im fetten Bereich vornehmen kann. Dieser Sauerstoffkonzentra­ tionssensor weist zwei Sauerstoff-ionenleitende Fest­ stoffelektrolytelemente auf, die jeweils in Form einer ebenen Platte ausgebildet sind, und die jeweils mit einem Elektrodenpaar versehen sind. Zwei gegenüberlie­ gende Elektrodenflächen, d. h. eine Fläche jedes Fest­ stoffelektrolytelementes, bilden ein Teil einer Gasauf­ nahmekammer, die über eine Einführungsöffnung in Verbindung mit einem zu messenden Gas steht. Die andere Elektrode des einen Feststoffelektrolytelements weist zur Atmosphäre. Bei diesem Sauerstoffkonzentra­ tionssensor wirken eines der Feststoffelektrolytelemente und sein Elektrodenpaar als ein Sauerstoffkonzentra­ tionsverhältnis-Sensorzellenelement, während das an­ dere Feststoffelektrolytelement und sein Elektroden­ paar als ein Sauerstoffpumpelement wirken. Wenn die zwischen den Elektroden des Sauerstoffkonzentrations­ verhältnis-Sensorzellenelements erzeugte Spannung höher als ein Bezugsspannungswert ist, dann fließt der Strom zwischen den Elektroden des Sauerstoffpump­ elements derart, daß die Sauerstoffionen durch das Sauer­ stoffpumpelement zu der Elektrode jenes Elements wandern, das sich in der Gasaufnahmekammer befindet. Wenn die zwischen den Elektroden des Sensorzellenele­ ments auftretende Spannung niedriger als der Bezugs­ spannungswert ist, dann fließt ein Strom zwischen den Elektroden des Sauerstoffpumpelements derart, daß die Sauerstoffionen durch jenes Element zu der Sauerstoff­ pumpelementelektrode wandern, die auf der gegen­ überliegenden Seite der Gasaufnahmekammer liegt. Hierbei erhält man einen Stromflußwert zwischen den Elektroden des Sauerstoffpumpelements, der sich im Verhältnis zur Sauerstoffkonzentration des zu messen­ den Gases ändert, und zwar sowohl im fetten als auch im mageren Bereich des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses. Tritt bei einem solchen Sauerstoffkonzentrationssensor eine Abnormalität auf, dann kann das Luft/Kraftstoff- Verhältnis nicht mehr genau regeln, wodurch die Abgas­ reinigungswirkung beeinträchtigt wird.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 ein Diagramm zur Verdeutlichung einer elektronischen Kraftstoffeinspritzregeleinrichtung, die ein Sauerstoff­ konzentrationssensor enthält, bei dem das Verfahren zur Abnormalitätsdetektion angewandt wird,

Fig. 2 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung der innenliegenden Bauteile eines Sauerstoffkonzentrations­ sensors,

Fig. 3 ein Blockschaltdiagramm der innenliegenden Funktions­ teile einer elektronischen Regeleinheit (ECU), und

Fig. 4(a) und 4(b) Flußdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der elektronischen Regeleinheit.

Fig. 1 bis 3 zeigen eine elektronische Kraftstoffregeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine, die einen Sauerstoffkonzentrationssensor enthält, bei dem das Verfahren zur Abnormalitätsdetektion durchgeführt wird. In dieser Einrichtung ist ein Sauerstoff­ konzentrationssensor 1 in einer Abgasleitung 3 einer Brenn­ kraftmaschine 2 stromauf eines katalytischen Konverters 5 angebracht. Die Eingänge und Ausgänge des Sauerstoffkonzentrationssensors 1 sind mit einer ECU (elektronische Regeleinheit) 4 verbunden.

Für das Schutzgehäuse 11 des Sauerstoffkonzentrationssensors 1 enthält ein Sauerstoff-ionenleitendes Feststoff­ elektrolytelement 12, das beispielsweise eine etwa rechteckige Gestalt entsprechend Fig. 2 hat. Eine Gasaufnahmekammer 13 ist im Innern des Feststoffelektrolytelements 12 ausgebildet und steht über eine Einführungsöffnung 14 mit dem Abgas als zu untersuchendes Gas an der Außenseite des Feststoffelektrolytelements 12 in Verbindung. Die Einführungsöffnung 14 ist derart angeordnet, daß das Abgas unbehindert von dem Inneren der Abgasleitung in die Gasaufnahmekammer 13 strömen kann. Zusätzlich ist eine Atmosphären­ bezugskammer 15 in dem Feststoffelektrolytelement 12 ausgebildet, in die Umgebungsluft eingeleitet wird. Die Atmosphärenbezugskammer 15 ist von der Gasaufnahmekammer 13 durch einen Teil des Feststoffelektrolytelements 12 getrennt, der als eine Trennwand dient. Wie gezeigt sind Elektrodenpaare 17a, 17b und 16a, 16b jeweils auf der Trennwand zwischen den Kammern 13 und 15 und auf der Wand der Gasaufnahmekammer 13 auf der von der Atmosphären­ bezugskammer 15 abgelegenen Seite dieser Gasaufnahmekammer 13 ausgebildet. Das Feststoffelektrolytelement 12 arbeitet in Verbindung mit dem Elektrodenpaar 17a und 17b als ein Sauerstoffpumpelement 19. Ein Heizelement 20 ist auf der Außenfläche der Atmosphärenbezugskammer 15 angebracht.

Das Sauerstoff-ionenleitende Feststoffelektrolytelement 12 kann beispielsweise aus ZrO₂ (Zirkondioxid) ausgebildet sein, während die Elektrodenpaare 16a bis 17b jeweils aus Platin bestehen.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, weist ECU 4 einen Sauerstoff­ konzentrationssensorregelteil auf, der einen Differentialverstärker 21, eine Bezugsspannungsquelle 22 und Widerstände 23 und 24 umfaßt. Die Elektrode 16b des Sauerstoffpumpelements 18 und die Elektrode 17b des Sensorzellenelements 19 sind jeweils mit Massepotential verbunden und die Elektrode 17a des Sensor­ zellenelements 19 ist über den Widerstand 24 an eine Versorgungs­ spannung V_cc angeschlossen. Die Elektrode 17a ist auch mit einem Eingangsanschluß des Differentialverstärkers 21 verbunden, der eine Abgabespannung nach Maßgabe der Differenz zwischen einer Spannung, die sich an dem Elektrodenpaar 17a und 17b des Sensorzellenelements 19 einstellt, und der Abgabespannung der Bezugsspannungsquelle 22 liefert. Die Abgabespannung der Bezugsspannungsquelle 22 ist ein Wert, der einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht (beispielsweise 0,4 V). Der Ausgangsanschluß des Differential­ verstärkers 21 ist über einen Stromsensorwiderstand 23 mit der Elektrode 16a des Sauerstoffpumpelements 18 verbunden. Die Anschlüsse des Sauerstoffsensorwiderstandes 23 bilden ein Paar von Ausgangsanschlüssen des Sauerstoffkonzentrationssensors und sind mit einem Mikroprozessor verbunden, der die Regelschaltung 25 enthält.

Ein Drosselklappenöffnungssensor 31, der eine Abgabespannung nach Maßgabe des Öffnungsgrades der Drosselklappe 26 liefert, und der als ein Potentiometer ausgelegt sein kann, ist mit der Regelschaltung 25 verbunden, mit der auch ein Absolut­ drucksensor 32 verbunden ist, der in der Einlaßleitung 27 an einer Stelle stromauf von der Drosselklappe 26 angeordnet ist und der eine Abgabespannung liefert, deren Pegel sich nach Maßgabe des Absolutdruckes in der Einlaßleitung 27 ändert. Die Regelschaltung 25 ist auch mit einem Wasser­ temperatursensor 33 verbunden, der eine Abgabespannung liefert, deren Pegel sich nach Maßgabe der Temperatur des Brennkraftmaschinenkühlwassers ändert und sie ist ferner mit einem Kurbelwinkelsensor 34 verbunden, der ein Signal liefert, das aus aufeinanderfolgenden Impulsen besteht, die jeweils synchron mit der Drehung der Kurbelwelle (in der Zeichnung nicht gezeigt) der Brennkraft­ maschine 2 erzeugt werden. Die Regelschaltung 25 ist auch mit einer Einspritzeinrichtung 35 verbunden, der in der Einlaßleitung 27 in der Nähe der Einlaßventile (in der Zeichnung nicht gezeigt) der Brennkraftmaschine 2 vorgesehen ist.

Die Regelschaltung 25 enthält einen Analog/Digital (A/D)-Wandler 30 zum Umwandeln der Spannung V_S zwischen dem Elektroden­ paar 17a und 17b des Sensorelements 19 in ein digitales Signal, und einen A/D-Wandler 40, der die am Stromsensorwiderstand 23 als ein Differentialeingang erzeugte Spannung erhält und diese Spannung in ein digitales Signal umwandelt. Die Regelschaltung 25 enthält auch eine Pegelkonverter­ schaltung 41, die eine Pegelumwandlung jedes der Abgabesignale von dem Drosselklappenöffnungssensor 31, dem Absolut­ drucksensor 32 und dem Wassertemperatursensor 33 vornimmt. Die erhaltenen Pegel-konvertierten Signale von der Pegelkonverter­ schaltung 41 liegen als Eingänge an einem Multiplexer 42 an. Die Regelschaltung 25 enthält auch einen A/D-Wandler 43, der die Abgabesignale von dem Multiplexer 42 zu digitalen Signalen umwandelt, eine Wellenform-Formungsschaltung 44, die eine Wellenform-Formung der Abgabesignale von dem Kurbelwinkelsensor 34 vornimmt, um TDC(oberer Totpunkt)-Signalimpulse als Ausgang zu liefern und ferner enthält sie einen Zähler 45, der die Anzahl der Taktimpulse (die von einer Taktimpulserzeugungs­ schaltung, die in der Zeichnung nicht gezeigt ist, erzeugt werden) während jedes Intervalls zwischen aufeinanderfolgenden TDC-Impulsen von der Wellenform-Formungsschaltung 44 erhält. Die Regelschaltung 25 enthält ferner eine Treiber­ schaltung 46a für das Treiben der Einspritzeinrichtung 35, eine Muster­ anzeigetreiberschaltung 46b zum Betreiben einer Musteranzeigeeinheit 38, eine CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) 47 für die Ausführung von digitalen Operationen nach Maßgabe eines Programmablaufes, einen ROM (Festwertspeicher) 48, der verschiedene Verarbeitungsprogramme und Daten darin gespeichert hat, und einen RAM (Random-Speicher) 49. Die A/D-Wandler 39, 40 und 43, der Multiplexer 42, der Zähler 45, die Treiberschaltungen 46a, 46b, CPU 47, ROM 48 und RAM 49 sind wechselweise über Eingabe/Ausgabe-Busleitungen 50 verbunden. Das TDC-Signal wird von der Wellenform-Formungsschaltung 44 an CPU 47 angelegt. Die Regelschaltung 25 enthält auch eine Heizstromversorgungs­ schaltung 51, die beispielsweise ein Schaltelement enthalten kann, das auf einen Heizstromversorgungsbefehl von CPU 47 ansprechen kann, um eine Spannung an die Anschlüsse des Heizelementes 20 anzulegen, so daß ein Heizstrom zugeführt und das Heizelement 20 erwärmt wird.

Die sich zwischen dem Elektrodenpaar 17a und 17b des Sensorzellen­ elementes 19 einstellende Spannung V_S, die von dem A/D-Wandler 39 übertragen wird, die Daten, die einen Pumpstromwert I_P darstellen und dem durch das Sauerstoffpumpelement 18 fließenden Strom entsprechen, die vom A/D-Wandler 40 zusammen mit Daten übertragen werden, die einen Drosselklappenöffnungsgrad R_TH darstellen, Daten, die den Absolutdruck P_BA in der Einlaß­ leitung wiedergeben und Daten, die die Kühlwassertemperatur T_W wiedergeben und die jeweils ausgewählt und über den A/D- Wandler 43 zugeführt werden, liegen an CPU 47 über die I/O- Busleitung 50 an. Zusätzlich wird ein Zählwert vom Zähler 45, den man während jeder Periode der TDC-Impulse erhält, ebenfalls an CPU 47 über die I/O-Busleitung 50 angelegt. CPU 47 nimmt eine Einlesung aller dieser Daten nach Maßgabe eines Verarbeitungsprogrammes vor, das im ROM 48 gespeichert ist und ermittelt ein Kraftstoffeinspritzzeitintervall T_OUT für die Einspritzeinrichtung 35 auf der Basis dieser Daten nach Maßgabe einer Brennstoffeinspritzmenge für die Brennkraftmaschine 2, die aus vorbestimmten Gleichungen ermittelt wird. Diese Berechnungen erfolgen mit Hilfe eines Brennstoffversorgungs­ programms, das synchron mit dem TDC-Signal ausgeführt wird. Die Einspritzeinrichtung 35 wird dann über die Treiber­ schaltung 46a während der Dauer des Kraftstoffeinspritzzeit­ intervalles T_OUT aktiviert, um Brennstoff der Brennkraftmaschine zuzuführen.

Das Kraftstoffeinspritzzeitintervall T_OUT kann man beispiels­ weise aus der folgenden Gleichung erhalten:

T_OUT = T_I × K₀₂ × K_WOT × K_TW (1).

Bei der vorstehend genannten Gleichung ist T_I die Grund­ versorgungsmenge, die nach Maßgabe der Brennkraftmaschinen­ drehzahl N_e und dem Absolutdruck P_BA in der Einlaßleitung bestimmt wird und die ein Grundeinspritzzeitintervall darstellt. K₀₂ ist ein Regelkompensatioinskoeffizient für das Luft/Brenn- Verhältnis, das nach Maßgabe des Abgabesignalpegels von dem Sauerstoffkonzentrationssensor eingestellt werden kann. K_WOT ist ein Brennstoffmengeninkrementkompensations­ koeffizient, der sich auf den hohen Belastungszustand der Brennkraftmaschine bezieht. K_TW ist ein Kühlwassertemperatur­ koeffizient. T_I, K₀₂, K_WO ₂ und K_TW werden jeweils mit Hilfe eines Unterprogramms des Kraftstoffversorgungsprogramms gesetzt.

Wenn die Versorgung des Sauerstoffpumpelements mit einem Pumpstrom beginnt und wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Gemisches, das der Brennkraftmaschine 2 zu diesem Zeitpunkt zugeführt wird, im mageren Bereich liegt, dann ist die Spannung, die sich zwischen dem Elektrodenpaar 17a und 17b des Sensor­ zellenelements 19 einstellt, niedriger als die Abgabespannung von der Bezugsspannungsquelle 22 und als Folge hiervon ist der Abgabespannungspegel vom Differentialverstärker 21 ein positiver Wert. Die positive Spannung wird über eine Serien­ schaltungskombination aus Widerstand 23 und Sauerstoffpumpelement 18 angelegt. Der Pumpstrom fließt hierbei von der Elektrode 16a zu der Elektrode 16b des Sauerstoffpumpelements 18, so daß der Sauerstoff in der Gasaufnahmekammer 13 durch die Elektrode 16b ionisiert wird und durch das Innere des Sauerstoff­ pumpelements 18 von der Elektrode 16b wegwandert, um an der Elektrode 16a als gasförmiger Sauerstoff freigesetzt zu werden. Sauerstoff wird daher aus dem Inneren der Gasaufnahme­ kammer 13 abgezogen.

Als Folge dieses Sauerstoffabzuges aus der Gasaufnahmekammer 13 entsteht eine Differenz bei der Sauerstoffkonzentration zwischen dem Abgas in der Gasaufnahmekammer 13 und der Umgebungs­ luft in der Atmosphärenbezugskammer 15. Eine Spannung V_S wird hierbei zwischen dem Elektrodenpaar 17a und 17b des Sensorzellenelementes 19 in einer Größe erzeugt, die durch diese Differenz der Sauerstoffkonzentration bestimmt ist, und die Spannung V_S wird an den invertierenden Eingangsanschluß des Differentialverstärkers 21 angelegt. Die Abgabespannung von dem Differentialverstärker 21 ist proportional zu der Spannungsdifferenz zwischen der Spannung V_S und der von der Bezugsspannungsquelle 22 gelieferten Spannung und somit ist der Pumpstrom proportional zur Sauerstoffkonzentration im Abgas. Der Pumpstrom wird als ein Spannungswert ausgegeben, der zwischen den Anschlüssen des Stromsensorwiderstandes 23 auftritt.

Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem fetten Bereich liegt, ist die Spannung V_S höher als die Abgabespannung von der Bezugs­ spannungsquelle 22 und daher wird die Abgabespannung von dem Differentialverstärker 21 von einem positiven zu einem negativen Pegel invertiert. In Abhängigkeit von diesem negativen Pegel der Abgabespannung wird der Pumpstrom, der zwischen dem Elektrodenpaar 16a und 16b des Sauerstoffpumpelements 18 fließt, reduziert und die Richtung des Stromflusses wird umgekehrt. Da somit die Flußrichtung des Pumpstromes nunmehr von der Elektrode 16b zu der Elektrode 16a gerichtet ist, wird Sauerstoff durch die Elektrode 16a ionisiert, so daß Sauerstoff als Ionen durch das Sauerstoffpumpelement 18 zu der Elektrode 16b übertragen werden, um von dort als gasförmiger Sauerstoff in der Gasaufnahmekammer 13 freigesetzt zu werden. Auf diese Weise wird Sauerstoff in die Gasaufnahmekammer 13 eingesaugt. Der Pumpstrom wird hierbei derart geregelt, daß die Sauerstoffkonzentration in der Gasaufnahmekammer 13 auf einem konstanten Wert bleibt, indem Sauerstoff in die Gasaufnahmekammer 13 eingesaugt oder von dieser abgezogen wird, so daß der Pumpstrom I_P immer proportional zur Sauerstoff­ konzentration im Abgas sowohl beim Arbeiten im mageren Bereich als auch beim Arbeiten im fetten Bereich des Luft/Brennstoff-Verhältnisses ist. Der Wert des Regelkompensations­ koeffizienten K₀₂, der vorstehend angegeben ist, wird nach Maßgabe des Pumpstromwertes I_P in einem K₀₂-Rechenunterprogramm ermittelt. Insbesondere wird der Sauerstoffkonzentrations­ darstellungswert V₀₂, der in Abhängigkeit von I_P bestimmt ist, mit einem Sollwert für das Luft/Brennstoff-Verhältnis V_ref (der nach Maßgabe der Brennkraftmaschinenparameter bestimmt wird) verglichen und wenn V₀₂ < V_ref ist, wird die Ermittlung K₀₂ -Δ ausgeführt, während wenn V₀₂ < V_ref ist, die Ermittlung K₀₂ +Δ ausgeführt wird.

Eine Arbeitsablauffolge für das Abnormalitätsdetektionsverfahren für einen Sauerstoffkonzentrationssensor wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Flußdiagramme des CPU 47 nach den Fig. 4a und 4b erläutert. Die Abnormalitäts­ detektion ist als ein Abnormalitätsdetektionsunterprogramm des Brennstoffversorgungsprogramms dargestellt und wird daher jedesmal ausgeführt, wenn das Brennstoffversorgungsprogramm ausgeführt wird.

In diesem Arbeitsablauf ermittelt CPU 47 zuerst, ob die Aktivierung des Sauerstoffkonzentrationssensors beendet ist oder nicht (Schritt 61). Diese Entscheidung kann beispielsweise darauf basieren, ob eine vorbestimmte Zeitdauer seit der Zuführung des Heizstromes zu dem Heizelement 20 verstrichen ist oder nicht. Wenn die Aktivierung des Sauerstoffkonzentrationssensors beendet ist, wird die Spannung V_S zwischen dem Elektrodenpaar 17a und 17b des Sensorzellenelementes 19 eingelesen und es erfolgt eine Entscheidung, ob V_S 0 [V] ist oder nicht (Schritt 62). Wenn V_S ≠ 0 [V], dann wird ein Zeitgeber A (in der Zeichnung nicht gezeigt) in CPU 47 zurückgesetzt, um ein Zählen von Null aus zu beginnen. Wenn andererseits V_S = 0 [V], dann erfolgt eine Entscheidung, ob ein Zählwert T_A des Zeitgebers A größer als ein Zeitintervall t₀ ist oder nicht (Schritt 64). Wenn T_A ≧ t₀, dann wird der Pumpstromwert I_P eingelesen und es erfolgt eine Entscheidung, ob I_P höher als ein oberer Grenzwert I_PLH ist oder nicht (Schritt 65). Wenn I_P < I_PLH, wird dies als eine Anzeige für einen Kurz­ schluß zwischen dem Elektrodenpaar 17a und 17b des Sensorzellen­ elementes 19 genommen, da ein übermäßig hoher Wert des Pumpstromes fließt, währenddem ein Zustand von V_S = 0 [V] konstant aufrechterhalten wird. Daher wird ein "Sensorzellenelement­ kurzschluß"-Anzeigebefehl ausgegeben, um die Schaltung 46b zu aktivieren (Schritt 66). Wenn I_P ≦ I_PLH, dann erfolgt eine Entscheidung, ob der Wert des Regelkompensationskoeffizienten K₀₂, der mit einem K₀₂-Berechnungsunterprogramm ermittelt worden ist, höher als ein oberer Grenzwert K_02LH ist oder nicht (Schritt 67). Wenn K₀₂ < K_02LH, dann zeigt dies einen Zustand an, bei dem V_S kontinuierlich konstant bei 0 [V] gehalten wird, währenddem ein übermäßig hoher Pumpstrom in positiver Richtung fließt und der Regelkompensationskoeffizient K₀₂ übermäßig hoch ist. Dieser Zustand wird als ein Kurzschluß zwischen dem Elektrodenpaar 17a und 17b des Sensorzellenelements 19 identifiziert und ein "Sensorzellenelementkurzschluß"-Anzeigebefehl wird daher an die Treiberschaltung 47b abgegeben (Schritt 66).

Wenn nach der Rücksetzung des Zeitgebers A ermittelt wird, daß der Zählerwert T_A des Zählers A noch nicht die Zeit t₀ erreicht hat oder wenn ermittelt wird, daß K₀₂ ≦ K_02LH ist, dann erfolgt eine Entscheidung, ob die Spannung V_S gleich Vcc ist oder nicht (Schritt 68). Wenn V_S ≠ Vcc ist (wenn Vcc die Schaltungs­ versorgungsspannung ist), wird ein Zeitgeber B (in der Zeichnung nicht gezeigt) in CPU 47 zurückgesetzt und es wird ein Aufwärtszählen von Null mit Hilfe des Zählers B initiiert (Schritt 69). Wenn andererseits V_S = Vcc, dann erfolgt eine Entscheidung, ob der Zählerwert T_B des Zeitgebers B größer als eine Zeit t₁ ist oder nicht (Schritt 70). Wenn T_B ≧ t₁ ist, dann wird der Pumpstromwert I_P eingelesen und es erfolgt eine Entscheidung, ob I_P kleiner als ein unterer Grenzwert I_PLL ist oder nicht (Schritt 71). Wenn I_P < I_PLL ist, dann wird dieser Zustand als eine Anzeige für eine offene Schaltung bei den Verbindungsleitungen der Elektrodenpaare 17a und 17b des Sensorzellenelementes 19 interpretiert, da dann nämlich ein Zustand von V_S = Vcc kontinuierlich aufrechterhalten wird, währenddem ein übermäßig hoher Pumpstrom in negativer Richtung fließt, und daher wird ein "Sensorzellenelement-Schaltungoffen"- Anzeigebefehl an die Treiberschaltung 46b abgegeben (Schritt 72). Wenn I_P ≧ I_PLL, ist, dann erfolgt eine Entscheidung, ob der Regelkompensationskoeffizient K₀₂ (in dem K₀₂-Berechnungs­ unterprogramm ermittelt) kleiner als der untere Grenzwert K_02LL ist oder nicht (Schritt 73). Wenn K₀₂ < K_02LL ist, dann zeigt dies, daß obgleich kein übergroßer Pumpstrom fließt, ein Zustand von V_S = Vcc kontinuierlich aufrechterhalten wird und der Regelkompensationskoeffizient K₀₂ übermäßig klein ist. Dies wird als ein Zustand einer offenen Schaltung in den Verbindungsleitungen der Elektrodenpaare 17a, 17b des Sensorzellen­ elementes 19 interpretiert und es wird ein "Sensorzellenelement- Schaltungoffen"-Anzeigebefehl an die Treiberschaltung 46b abgegeben (Schritt 72).

Wenn nach dem Rücksetzen des Zeitgebers B ermittelt wird, daß der Zählerwert T_B nicht dem Zeitwert t₁ entspricht, oder wenn ermittelt wird, daß K₀₂ ≧ K_02LL ist, dann erfolgt eine Entscheidung, ob der Pumpstromwert I_P gleich 0 (mA) ist oder nicht (Schritt 74). Wenn I_P ≠ 0 (mA) ist, dann wird ein Zähler C (in der Zeichnung nicht gezeigt) in CPU 47 zurückgesetzt, um ein Zählen ausgehend von Null einzuleiten (Schritt 75).

Wenn andererseits I_P = 0 (mA) ist, dann erfolgt eine Entscheidung, ob der Zählerwert T_C des Zeitgebers C größer als die Zeit t₂ ist oder nicht (Schritt 76). Wenn T_C ≧ t₂ ist, dann erfolgt eine Entscheidung, ob der Regelkompensations­ koeffizient K₀₂ größer als der obere Grenzwert K_02LH ist oder nicht (Schritt 77). Wenn K₀₂ < K_02LH ist, dann wird hierdurch eine offene Schaltung in den Verbindungsleitungen des Elektroden­ paars 16a, 16b des Sauerstoffpumpelements 18 angezeigt, während das Luft/Brennstoff-Verhältnis fettet als der Sollwert des Luft/Brennstoff-Verhältnisses ist, wobei ein Zustand von I_P = 0 (mA) fortgesetzt aufrechterhalten wird, so daß der Regelkompensationskoeffizient K₀₂ übermäßig hoch ist. Es wird daher ein "Sauerstoffpumpelement-Schaltungoffen"-Anzeige­ befehl an die Treiberschaltung 46b abgegeben (Schritt 78). Wenn K₀₂ < K_02LH ist, dann erfolgt eine Entscheidung, ob der Regel­ kompensationskoeffizient K₀₂ kleiner als der untere Grenzwert K_02LL ist oder nicht (Schritt 79). Wenn K₀₂ < K_02LL ist, dann wird dies als eine Anzeige interpretiert, daß ein Zustand von I_P = 0 (mA) kontinuierlich aufrechterhalten wird, während der Regelkompensationskoeffizient K₀₂ infolge einer offenen Schaltung in den Verbindungsleitungen des Elektrodenpaars 16a, 16b des Sauerstoffpumpelements 18 übermäßig klein ist, so daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis magerer als der Sollwert für das Luft/Brennstoff-Verhältnis ist. Daher wird ein "Sauerstoffpumpenelement-Schaltungoffen"-Anzeigebefehl an die Treiberschaltung 46b abgegeben (Schritt 78).

Wenn nach dem Rücksetzen des Zeitgebers C ermittelt wird, daß der Zählerwert T_C nicht dem Zeitwert t₂ entspricht, oder wenn ermittelt wird, daß K₀₂ ≧ K_02LL ist, dann erfolgt eine Entscheidung, ob der Regelkompensationskoeffizient K₀₂ größer als der obere Grenzwert K_02LH ist oder nicht (Schritt 80). Wenn K₀₂ ≦ K_02LH ist, dann werden die Zeitgeber D und E (von denen in der Zeichnung keiner gezeigt ist) in CPU 47 jeweils zurück­ gesetzt und es wird ein Zählvorgang ausgehend von Null einge­ leitet (Schritte 81, 82). Wenn andererseits K₀₂ < K_02LH ist, dann erfolgt eine Entscheidung, ob der Zählerwert T_D des Zeitgebers E größer als ein Zeitintervall t₃ ist oder nicht (Schritt 83). Wenn T_D < t₃ ist, dann wird der Zeitgeber D zurückgesetzt und es wird ein Aufwärtszählen des Zählers E ausgehend von Null eingeleitet (Schritt 82). Da es dann, wenn T_D ≧ t₃ ist, ungewöhnlich für einen Arbeitszustand ist, in dem das Luft/Brennstoff-Verhältnis übermäßig mager ist, um dies fortgesetzt für mehr als eine Zeit von t₃ zuzuführen, erfolgt eine Entscheidung, ob die Spannung V_S zwischen dem Elektrodenpaar 17a und 17b des Sensorelementes 19 niedriger als 0,4 (V) ist oder nicht (Schritt 84). Wenn V_S < 0,4 (V) ist, zeigt dies an, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis als Folge des Werts von V_S mager ist. Der Zähler E wird dann zurückgesetzt, und es wird eine Zählung ausgehend von Null mit Hilfe des Zählers E eingeleitet (Schritt 85). Dann werden die Brennkraftmaschinen­ drehzahl N_e und der Absolutdruck P_BA in der Einlaßleitung eingelesen und es wird eine Entscheidung herbeigeführt, ob die Drehzahl N_e größer als 3 000 (Upm) ist oder nicht. Zusätzlich erfolgt eine Entscheidung, ob der Absolutdruck P_BA in der Einlaßleitung größer als 660 (mm Hg) ist oder nicht (Schritte 86, 87) und es erfolgt eine Entscheidung, ob der Sollwert des Luft/Brennstoff-Verhältnisses L_ref auf einen Wert kleiner als 14,7 gesetzt ist oder nicht (Schritt 88). Der Sollwert für das Luft/Brennstoff-Verhältnis kann nach Maßgabe der Brennkraftmaschinenparameter bestimmt werden, die die Brennkraft­ maschinenbelastung darstellen, wie N_e und P_BA, indem eine Daten­ liste ausgelesen wird. Wenn wenigstens eine der vorbestimmten Bedingungen N_e ≧ 3000 (Upm), P_BA ≧ 660 (mm Hg) und L_ref ≦ 14,7 erfüllt ist, dann wird dies als eine Anzeige dafür genommen, daß die Brennkraft­ maschine unter einem hohen Belastungszustand mit einem fetten Luft/Brennstoff-Verhältnis arbeitet. In diesem Fall erfolgt eine Entscheidung, ob der Pumpstrom I_P höher als der obere Grenzwert I_PLH ist oder nicht (Schritt 89). Wenn I_P < I_PLH ist, dann zeigt dies, daß ein übergroßer Pumpstrom in positiver Richtung trotz der Tatsache fließt, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis fett ist und daher wird dies als eine Anzeige dafür genommen, daß Gas vom Abgas in die Atmosphärenbezugskammer 15 beispielsweise infolge eines Risses in dem Feststoff­ elektrolytelement 12 ausgetreten ist, so daß die Spannung V_S niedriger als 0,4 (V) ist. Dies ist ein "Fettabnormalitäts"- Detektionszustand und es wird ein "Fettabnormalitätsdetektions"- Anzeigebefehl an die Treiberschaltung 46b abgegeben (Schritt 90). Wenn alle die Bedingungen N_e ≧ 300 (Upm), P_BA ≧ 660 (mm Hg) und L_ref 14,7 nicht erfüllt sind, dann erfolgt eine Entscheidung, ob der Pumpstrom I_P größer als der untere Grenzwert I_PLH ist oder nicht (Schritt 91).Wenn I_P < I_PLH ist, dann zeigt dies an, daß, obgleich der Regelkompensationskoeffizient K₀₂ kontinuierlich höher als der obere Grenzwert K_02LH gehalten wird, um einen Zustand des armen Luft/Brennstoff-Verhältnisses zu kompensieren und das Luft/Brennstoff-Verhältnis hierdurch fetter zu machen, ein übergroßer Pumpstrom in positiver Richtung fließt. Dies wird als Anzeige dafür genommen, daß ein Kurzanschluß zwischen dem Elektrodenpaar 16a, 16b des Sauerstoff­ pumpelements 18 vorhanden ist und daher wird ein "Sauerstoffpump­ element-Kurzschluß"-Anzeigebefehl an die Treiberschaltung 46b abgegeben (Schritt 92). Der Sollwert für das Luft/Brennstoff-Verhältnis L_ref wird nach Maßgabe der Brennkraftmaschinendrehzahl N_e und des Absolutdruckes P_BA in der Einlaßleitung synchron mit dem TDC-Signal während eines Unterprogramms des Brennstoffversorgungsprogramms gesetzt.

Wenn im Schritt 84 ermittelt wird, daß V_S ≧ 0,4 (V) ist, dann wird dieser Wert von V_S als eine Anzeige dafür genommen, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis fett ist. Da es somit unüblich ist, daß der Regelkompensationskoeffizient K₀₂ den oberen Grenzwert K_02LH überschreitet, erfolgt eine Entscheidung, ob der Zählerwert T_E des Zeitgebers E größer als ein Zeitintervall t₄ ist oder nicht (Schritt 93). Wenn T_E < t₄ ist, dann wird dies als eine Anzeige dafür genommen, daß eine offene Schaltung in den Verbindungsleitungen des Heizelements 20 oder in dem Heiz­ element selbst vorhanden ist und es wird ein "Heizelementschaltung­ offen"-Anzeigebefehl an die Treiberschaltung 46b abgegeben (Schritt 94).

Nach dem Rücksetzen des Zeitgebers E im Schritt 82 oder nachdem ermittelt wird, daß der Zählerwert T_E nicht die Zeit t₄ erreicht hat, erfolgt eine Entscheidung, ob der Regelkompensations­ koeffizient K₀₂ kleiner als der untere Grenzwert K_02LL ist oder nicht (Schritt 95). Wenn K₀₂ ≧ K_02LL ist, dann wird ein Zeitgeber F (in der Zeichnung nicht gezeigt) in CPU 47 zurückgesetzt und es wird eine Zählung ausgehend von Null begonnen (Schritt 96). Wenn K₀₂ < K_02LL ist, dann erfolgt eine Entscheidung, ob der Zählerwert T_F des Zeitgebers F größer als das Zeitintervall t₅ ist oder nicht (Schritt 97). Wenn T_F ≧ t₅ ist, dann erfolgt eine Entscheidung, ob die Spannung V_S zwischen dem Elektrodenpaar 17a, 17b des Sensorzellen­ elementes 19 größer als 0,4 (V) ist oder nicht (Schritt 98). Wenn V_S ≦ 0,4 (V) ist, und ein solcher Wert von V_S anzeigt, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis im mageren Bereich ist, und daß ferner ungewöhnlich für den Regelkompensationskoeffizienten K₀₂ ist, daß er unter den unteren Grenzwert K_02LL abfällt, wird dies als eine Anzeige für einen Zustand genommen, bei dem eine offene Schaltung in den Verbindungsleitungen des Heizelements 20 oder in dem Heizelement 20 selbst vorhanden ist, und es wird ein "Heizelement-Schaltungoffen"- Anzeigebefehl an die Treiberschaltung 46b abgegeben (Schritt 94). Wenn andererseits V_S < 0,4 (V) ist, erfolgt eine Entscheidung, ob der Pumpstrom I_P kleiner als der untere Grenzwert I_PLL ist oder nicht (Schritt 99). Wenn I_P < I_PLL ist, dann zeigt dies an, daß trotz der Tatsache, daß der Regelkompensationskoeffizient K₀₂ kontinuierlich unter dem unteren Grenzwert K_02LL konstant gehalten ist, um eine Kompensation für ein fettes Luft/Brennstoff-Verhältnis zu schaffen, und das Luft/Brennstoff-Verhältnis abzumagern, ein übergroßer Pumpstrom in negativer Richtung fließt. Dies wird als eine Anzeige dafür genommen, daß ein Kurzschluß zwischen dem Elektrodenpaar 16a und 16b des Sauerstoffpumpelements 18 vorhanden ist und daher wird ein "Sauerstoffpumpelement-Kurzschluß"-Anzeigebefehl an die Treiberschaltung 46b abgegeben (Schritt 92).

Wenn ein "Sensorzellenelement-Kurzschluß"-Anzeigebefehl, ein "Sensorzellenelement-Schaltungoffen"-Anzeigebefehl oder ein "Heizelement-Schaltungoffen"-Anzeigebefehl ausgegeben wurde, dann wird der Regelkompensationskoeffizient K₀₂ gleich 1 gemacht, um die Luft/Brennstoff-Verhältnis-Prozeß­ regelung anzuhalten (Schritt 100). Wenn ein "Sauerstoffpump­ element-Kurzschluß"-Anzeigebefehl oder ein "Sauerstoffpump­ element-Schaltungoffen"-Anzeigebefehl ausgegeben wurde, dann wird das Arbeiten unter der Annahme normal fortgesetzt, daß das Sensorzellenelement 19 normal arbeitet, es erfolgt dann eine Verarbeitung, um den Regelkompensationskoeffizienten auf der Basis der Ermittlung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses nach Maßgabe des Spannungswertes V_S zu ermitteln, die sich zwischen dem Elektrodenpaar 17a und 17b des Sensorzellenelements 19 einstellt (Schritt 101).

Wenn die Treiberschaltung 46b mit irgendeinem anderen der vorstehend beschriebenen Anzeigebefehle versorgt wird, wird ein vorbestimmtes Anzeigemuster an einer Anzeigeeinheit 83 nach Maßgabe des Inhalts des Befehls erzeugt.

Jeder der Zeitgeber A bis F kann dadurch verwirklicht werden, daß Taktimpulse zugeführt werden, um die Inhalte der Register in CPU 47 zu verändern.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausbildungsform wird die Brennstoffzufuhrmenge nach Maßgabe eines Pumpstromwertes I_P geregelt.

In gleicher Weise kann auch bei einem Verfahren zur Abnormalitäts­ detektion für einen Sauerstoffkonzentrationssensor einer Luft/Brennstoff-Verhältnis-Regeleinrichtung verfahren werden, bei der eine Hilfsluftzuführung erfolgt, wobei die zugeführte Hilfsluftmenge nach Maßgabe des Pumpenstromes I_P regelbar ist.

Ferner wird bei der vorstehend beschriebenen Ausbildungsform die Einführungsöffnung 14 als eine Gasdiffusionsregeleinrichtung genutzt. Jedoch ist es auch möglich, ein poröses Material, wie Aluminiumoxid (Al₂O₃) zu verwenden, das einen porösen Körper bildet, der eine Ein­ führungseröffnung oder eine Gasaufnahmekammer bildet.

Bei dem Verfahren zur Abnormalitätsdetektion für einen Sauerstoffkonzentrationssensor der vorstehend beschriebenen Art wird die Spannung, die sich zwischen dem Elektrodenpaar des Sensorzellenelements einstellt, konstant gehalten, während zugleich ein übergroßer Pegel des Stromes auftritt, der zwischen dem Elektrodenpaar des Sauerstoffpump­ elements fließt, wenn eine Abnormalität, wie eine offene Schaltung oder ein Kurzschluß in den Elektrodenverbindungsleitungen eines Sensorzellenelements auftritt. Somit wird als Ergebnis hiervon ein Luft/Brennstoff-Verhältniskompensationswert, wie der vorstehend beschriebene Wert K₀₂, der nach Maßgabe eines Sauerstoffkonzentrationsdetektionswertes zur Verwendung bei der Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses eines der Brenn­ kraftmaschine zugeführten Gemisches verwendet wird, um das Luft/Brennstoff-Verhältnis auf einem Sollwert zu halten, übermäßig groß oder übermäßig klein. Somit kann eine Abnormalität in dem Elektrodenanschlußsystem des Sensor­ zellenelementes zuverlässig bei dem Verfahren auf der Basis der Spannung, die sich zwischen dem Elektroden­ paar des Sensorzellenelementes einstellt, in Verbindung mit dem Strom detektiert werden, der zwischen dem Elektrodenpaar des Sauerstoffpumpelements fließt, oder auf der Basis der Spannung, die sich zwischen dem Elektrodenpaar des Sensorelements einstellt und in Verbindung mit dem Luft/Brennstoff-Verhältniskompensations­ wert defektiert werden. Bei dem Abnormalitätsdetektionsverfahren wird dann, wenn eine Abnormalität detektiert wird, die Luft/Brennstoff-Verhältnisregelung nach Maßgabe der Daten von dem Sauerstoffkonzentrationssensor unmittelbar gestoppt. Hierdurch wird verhindert, daß die Brennkraftmaschine unter Bedingungen mit einer geringeren Genauigkeit der Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses des der Brennkraftmaschine zugeführten Gemisches arbeitet. Hierdurch wird ermöglicht, daß wirksam eine Herabsetzung des Abgasreinigungs­ grades vermieden wird.

Claims (2)

1. Verfahren zur Abnormalitätsdetektion für einen Sauerstoff­ konzentrationssensor, der in einer Brennkraftmaschine (2) mit einer Vorrichtung (4) zur Steuerung eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf einen Sollwert (L_ref) des Luft/Kraftstoff-Verhält­ nisses vorgesehen ist, der ferner zwei Elektrodenpaare enthält, die wechselweise einander gegenüberliegend als jeweilige Elektrodenpaare unter Zwischenlage eines Sauerstoff- ionenleitenden Feststoffelektrolytelements angeordnet sind, der ferner eine Gasdiffusionsregeleinrichtung enthält, welche ein zu messendes Gas zu der Nähe einer der Elektroden jeder der beiden Elektrodenpaare leitet, und eine Steuereinrichtung zum Anlegen einer Pumpspannung enthält, die gemäß einer Spannungs­ differenz zwischen einer Sensorspannung, die zwischen einem ersten Paar der beiden Elektrodenpaare erzeugt wird, und einer Bezugsspannung, wobei diese beiden Spannungen an einem Differentialverstärker anliegen, an einem zweiten Paar der beiden Elektroden­ paare bestimmt wird, um die Sensorspannung an der Bezugsspannung aufrechtzuerhalten, wobei die Steuereinrichtung hierdurch einen Ausgang erzeugt, der als einen Sauerstoffkonzen­ trationssensorwert einen Wert des Pumpstroms darstellt, der zwischen dem zweiten Elektrodenpaar fließt, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Abnormalitätsdetektion ein Wert (I_p) des Pumpstroms und ein Wert (V_S) der Sensorspannung erfaßt werden,
daß der Steuervorrichtung an dem Anschluß des Differentialverstärkers, an dem ihr auch die Sensorspannung (V_S) zugeführt wird, eine Versorgungsspannung (V_CC) über einen Widerstand (24) zugeführt wird,
daß Mittel zum Bestimmen einer Abnormalität in Form eines Kurzschlusses in einem mit dem ersten Elektrodenpaar (17) verbundenen elektrischen System vorgesehen werden, welche die Abnormalität in Form eines Kurzschlusses in dem mit dem ersten Elektrodenpaar (17) verbundenen elektrischen System dann bestimmen, wenn der erfaßte Wert des Pump­ stroms (I_p) einen oberen Grenzwert (I_PLH) überschreitet, während der erfaßte Wert der Sensor­ spannung (V_S) während einer vorbestimmten Zeitdauer (t₀) einen niedrigen Wert einnimmt, und
daß Mittel zum Bestimmen einer Abnormalität in Form einer offenen Schaltung des mit dem ersten Elektrodenpaar (17) verbundenen elektrischen Systems vorgesehen werden, welche die Abnormalität in Form einer offenen Schaltung des mit dem ersten Elektrodenpaar (17) verbundenen elektrischen Systems bestimmen, wenn der erfaßte Wert des Pumpstroms (I_p) einen unteren Grenzwert (I_PLL) unterschreitet, während der erfaßte Wert der Sensorspannung (V_S) während einer vorbestimmten Zeitdauer (t₁) einen höheren der Versorgungsspannung (V_CC) entsprechenden Wert einnimmt.

2. Verfahren zur Abnormalitätsdetektion für einen Sauerstoff­ konzentrationssensor einer Luft/Kraftstoff-Verhältnis­ steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine, wobei der Sensor zwei Elektrodenpaare aufweist, die wechselweise einander gegen­ überliegend jeweils in Paaren unter Zwischenlage eines Sauerstoff-ionenleitenden Feststoffelektrolytelements angeordnet sind, ferner eine Gasdiffusionsregeleinrichtung aufweist, die mit einem Abgas der Brennkraftmaschine in Verbindung steht, wobei das Gas zu der Nähe einer Elektrode der jeweiligen beiden Elektrodenpaare geleitet wird, und eine Steuereinrichtung aufweist, welche eine Pumpspannung anlegt, die nach Maßgabe einer Spannungsdifferenz zwischen einer Sensorspannung, die zwischen einem ersten Paar der beiden Elektroden­ paare erzeugt wird und einer Bezugsspannung, wobei diese beiden Spannungen an einem Differentialverstärker anliegen, an dem zweiten Paar der beiden Elektrodenpaare erzeugt wird, um die Sensor­ spannung auf der Bezugsspannung aufrechtzuerhalten, wobei die Steuereinrichtung einen Ausgang liefert, der als einen Sauerstoff­ konzentrationssensorwert einen Wert des Pumpstromes darstellt, der zwischen dem zweiten Elektrodenpaar fließt und wobei die Steuereinrichtung ferner eine Einrichtung aufweist, durch die man einen Luft/Brennstoff-Verhältniskompensationswert, basierend auf dem Sauerstoffkonzentrationssensorwert zur Verwendung bei der Steuerung eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines Gemisches erhält, das der Brennkraftmaschine zugeführt wird, um das Verhältnis auf einem Soll-Verhältniswert für das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis aufrechtzuerhalten, sowie eine Antriebs­ einrichtung zum Betreiben einer Luft/Kraftstoff-Verhältnis­ einstelleinrichtung der Brennkraftmaschine nach Maßgabe eines korrigierten Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerwertes aufweist, den man durch Korrektur des Luft/Kraftstoff-Verhältnis­ steuerwertes durch den Luft/Kraftstoff-Verhältniskompensations­ wert erhält, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abnormalitätsdetektion ein Wert (I_P) des Pumpstroms und ein Wert (V_S) der Sensorspannung erfaßt werden, sowie der Kompensa­ tionswert (K₀₂) bestimmt wird.