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Dokumentenidentifikation DE102004001364A1 22.07.2004
Titel Fehlerdiagnosevorrichtung für eine Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung
Anmelder Toyota Jidosha K.K., Toyota, Aichi, JP
Erfinder Suzuki, Yusuke, Toyota, Aichi, JP
Vertreter WINTER, BRANDL, FÜRNISS, HÜBNER, RÖSS, KAISER, POLTE, Partnerschaft, 85354 Freising
DE-Anmeldedatum 08.01.2004
DE-Aktenzeichen 102004001364
Offenlegungstag 22.07.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.07.2004
IPC-Hauptklasse G01N 27/407
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Fehlerdiagnosevorrichtung für eine Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung (10), die eine frühzeitige Erfassung einer Unterbrechung eines Stromflusses in einer Zelle der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung gestattet. Die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung umfasst Zellen (28, 38, 40), die den in einer Gaserfassungskammer (18) vorhandenen Sauerstoff herauspumpen, wodurch ein elektrischer Strom entsprechend der Sauerstoffkonzentration in der Gaserfassungskammer (18) erzeugt wird. Eine Heizvorrichtung (58) heizt die Zellen (28, 38, 40) auf eine Aktivierungstemperatur an. Weiter wird die Phase erfasst, in der nach dem Start der Anheizung der Heizvorrichtung (58) in den Zellen (28, 38, 40) ein vorgegebener elektrischer Strom fließen sollte. In Abhängigkeit davon, ob die in den Zellen (28, 38, 40) fließenden elektrischen Ströme (A1, A2, A3) angemessen sind, wird schließlich bestimmt, ob eine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt.

Beschreibung[de]
1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Fehlerdiagnosevorrichtung für eine Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung. Die Erfindung betrifft im Besonderen eine Fehlerdiagnosevorrichtung zum Erfassen einer Unterbrechung des Stromflusses in einer Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung, die die NOx-Konzentration eines Abgases aus einer Brennkraftmaschine erfasst.

2. Stand der Technik

Als Beispiel für eine Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung, die die Konzentration des im Abgas aus einer Brennkraftmaschine enthaltenen NOx erfasst, ist die in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. JP 2002-202285 A beschriebene Vorrichtung bekannt. Die bekannte Vorrichtung umfasst eine Pumpzelle, das aus einem in eine Gaserfassungskammer strömenden Abgas Sauerstoff abführt, sowie eine Überwachungszelle und eine Sensorzelle, die stromabwärts der Pumpzelle angeordnet sind.

Die Überwachungszelle führt den Sauerstoff ab, der in der Gaserfassungskammer verbleibt, nachdem die Pumpzelle Sauerstoff abgeführt hat, und erzeugt dadurch einen elektrischen Strom entsprechend der Sauerstoffkonzentration. Die Sensorzelle zerlegt im Abgas enthaltenes NOx in Stickstoff und Sauerstoff, nachdem die Pumpzelle Sauerstoff abgeführt hat, führt den daraus resultierenden Sauerstoff und den im Abgas verbliebenen Sauerstoff ab und erzeugt dadurch einen elektrischen Strom.

Gemäß der vorgenannten Konfiguration entspricht der Wert des in der Überwachungszelle fließenden elektrischen Stroms der Konzentration des Sauerstoffs, der durch die Pumpzelle nicht abgeführt werden konnte. Des Weiteren entspricht der Wert des in der Sensorzelle fließenden elektrischen Stroms der Summe aus der Konzentration des Sauerstoffs, der durch die Pumpzelle nicht abgeführt werden konnte, und der Konzentration des durch die Zerlegung von NOx entstandenen Sauerstoffs. Durch eine Subtraktion des Werts des in der Überwachungszelle fließenden elektrischen Stroms von dem Wert des in der Sensorzelle fließenden elektrischen Stroms lässt sich daher die Konzentration des als Ergebnis der NOx-Zerlegung entstandenen Sauerstoffs erfassen. Die so erfasste Sauerstoffkonzentration entspricht der NOx-Konzentration des Abgases. Dementsprechend kann die vorgenannte bekannte Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung die Konzentration des NOx im Abgas präzise erfassen.

Die vorgenannte bekannte Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung wird zur Emissionsregelung einer Brennkraftmaschine oder dergleichen verwendet. Wenn der Ausgang der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung zur Emissionsregelung, etc. verwendet wird, ist es von Vorteil, eine Unregelmäßigkeit der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung frühzeitig zu erfassen, um die gewünschte Emissionskennlinie aufrechtzuerhalten. Ein Verfahren zur frühzeitigen Unterbrechungserfassung („disconnection") in einer Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung dieser Bauart wurde bislang jedoch noch nicht vorgeschlagen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Fehlerdiagnosevorrichtung für eine Gaskonzentrationsvorrichtung der eingangs erläuterten Bauart zu schaffen, mit der sich eine Unterbrechung des Stromflusses in der Gaskonzentrationsvorrichtung frühzeitig erfassen lässt.

Diese Aufgabe wird durch eine Fehlerdiagnosevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.

Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Fehlerdiagnosevorrichtung mit einer Zelle, die in einem Messgas enthaltenen Sauerstoff herauspumpt und dadurch einen elektrischen Strom entsprechend der Sauerstoffkonzentration des Messgases erzeugt, und ein Fehlerdiagnoseverfahren für die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung. Die Fehlerdiagnosevorrichtung weist auf: eine Heizvorrichtung zum Anheizen der Zelle der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung auf eine Aktivierungstemperatur; eine Flussphasenerfassungseinrichtung zum Erfassen der Phase, in der in der Zelle ein vorgegebener elektrischer Strom fließen sollte, nachdem die Heizvorrichtung mit dem Anheizen begonnen hat; und eine Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen, ob in der Zelle eine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt, wenn während der Phase, in der in der Zelle der vorgegebene elektrische Strom fließen sollte, der in der Zelle fließende elektrische Strom kleiner ist als ein vorgegebener elektrischer Strom.

Mit dieser Fehlerdiagnosevorrichtung kann in Abhängigkeit davon, ob nach dem Beginn der Anheizung der Zelle in der Zelle der vorgegebene elektrische Strom fließt, bestimmt werden, ob in der Zelle eine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt.

In der Fehlerdiagnosevorrichtung kann der vorgegebene elektrische Strom ein anfänglicher elektrischer Strom sein, der infolge der Anheizung der Zelle entsteht. Mit dieser Konfiguration kann in Abhängigkeit davon, ob in der Zelle der anfängliche elektrische Strom fließt, bestimmt werden, ob eine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt.

In diesem Fall kann die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung aufweisen: eine Pumpzelle, die aus einem Erfassungsbereich Sauerstoff herauspumpt, der in dem in den Erfassungsbereich fließenden Messgas enthalten ist; und ein Sensorzelle, die im Messgas enthaltenes NOx in Stickstoff und Sauerstoff zerlegt, nachdem die Pumpzelle Sauerstoff herausgepumpt hat, und weiter den Sauerstoff, der nach der Zerlegung des im Messgas enthaltenen NOx in Stickstoff und Sauerstoff im Messgas enthalten ist, herauspumpt. Die Zelle, bei der die Bestimmungseinrichtung die Unterbrechung des Stromflusses bestimmt, kann die Sensorzelle sein. Auf diese Weise lässt sich in Abhängigkeit davon, ob in der Sensorzelle der anfängliche elektrische Strom fließt, bestimmen, ob in der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung, die die Pumpzelle und der Sensorzelle aufweist, eine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt.

Als Alternative dazu kann in diesem Fall die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung aufweisen: eine Pumpzelle, die aus einem Erfassungsbereich Sauerstoff herauspumpt, der in dem in den Erfassungsbereich strömenden Messgases enthalten ist; eine Sensorzelle, die im Messgas enthaltenes NOx in Stickstoff und Sauerstoff zerlegt, nachdem die Pumpzelle Sauerstoff herausgepumpt hat, und weiter den Sauerstoff, der nach der Zerlegung des im Messgas enthaltenem NOx in Stickstoff und Sauerstoff im Messgas enthalten ist, herauspumpt; und eine Überwachungszelle, die den Sauerstoff herauspumpt, der im Messgas enthalten ist, nachdem die Pumpzelle Sauerstoff herausgepumpt hat. Die Zelle, bei der die Bestimmungseinrichtung die Unterbrechung des Stromflusses bestimmt, kann die Überwachungszelle sein. Auf diese Weise lässt sich in Abhängigkeit davon, ob in der Überwachungszelle der anfängliche elektrische Strom fließt, bestimmen, ob in der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung, die die Pumpzelle, die Sensorzelle und die Überwachungszelle aufweist, eine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt. Des Weiteren kann präzise bestimmt werden, ob in der Überwachungszelle eine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt.

Was die Fehlerdiagnosevorrichtung betrifft, so kann die Flussphasenerfassungseinrichtung eine Zähleinrichtung zum Messen der Zeit wenigstens bis zum Beginn der Phase, in der in der Zelle der anfängliche elektrische Strom fließen sollte, nachdem die Heizvorrichtung mit dem Anheizen begonnen hat, aufweisen. Mit dieser Konfiguration lässt sich erfassen, dass die Phase, in der in der Zelle der anfängliche elektrische Strom fließen sollte, in dem Augenblick erreicht wird, in dem die Zähleinrichtung anzeigt, dass die vorgegebene Zeit abgelaufen ist, nachdem die Heizvorrichtung mit der Anheizung begonnen hat.

In der Fehlerdiagnosevorrichtung kann die Flussphasenerfassungseinrichtung aufweisen: eine Widerstandserfassungseinrichtung zum Erfassen eines Wechselstromwiderstandswerts der Zelle; und eine Widerstandsabnahmeerfassungseinrichtung zum Erfassen einer Abnahme des Wechselstromwiderstandswerts auf einen vorgegebenen Widerstandswert, bei dem der anfängliche elektrische Strom erzeugt wird. Mit dieser Konfiguration lässt sich erfassen, dass die Temperatur einer Zelle, bei der die Unterbrechung des Stromflusses zu erfassen ist, eine Temperatur erreicht hat, bei der der anfängliche elektrische Strom in der Zelle fließen sollte, wenn der Wechselstromwiderstandswert der Zelle den vorgegebenen Wert erreicht hat, nachdem die Heizvorrichtung mit dem Heizen beginnt.

Die Fehlerdiagnosevorrichtung kann eine Verhinderungseinrichtung zum Verhindern der Bestimmung betreffend die Unterbrechung des Stromflusses in der Zelle in dem Fall, in dem angenommen wird, dass die Temperatur der Zelle beim Start der Anheizung durch die Heizvorrichtung bereits hoch war, aufweisen. Mit dieser Konfiguration lässt sich die Bestimmung betreffend die Unterbrechung des Stromflusses in der Zelle in dem Fall verhindern, in dem angenommen wird, dass die Temperatur der Zelle bereits hoch war, als die Heizvorrichtung mit dem Heizen begonnen hat. Dementsprechend lässt sich bei der Diagnose der Unterbrechung des Stromflusses in der Zelle ein Fehler in dem Fall vermeiden, in dem in der Zelle der anfängliche elektrische Strom nicht fließt, da die Temperatur der Zelle bereits hoch war.

Die Zelle kann aufweisen: eine gasseitige Elektrode, die mit dem Messgas in Kontakt steht, und eine atmosphärenseitige Elektrode, die mit der Atmosphäre in Kontakt steht. Die Bestimmungseinrichtung kann eine Kurzschlusserfassungseinrichtung zum Erfassen, ob die gasseitige Elektrode und die atmosphärenseitige Elektrode mit einer Leistungsquelle oder der Masse kurzgeschlossen ist. Weiter ist die Bestimmung betreffend die Unterbrechung des Stromflusses in der Zelle nur dann möglich, wenn weder die gasseitige Elektrode noch die atmosphärenseitige Elektrode mit der Leistungsquelle oder der Masse kurzgeschlossen ist. Mit dieser Konfiguration ist die Bestimmung betreffend die Unterbrechung des Stromflusses in der Zelle nur dann möglich, wenn weder die gasseitige Elektrode noch die atmosphärenseitige Elektrode mit der Leistungsquelle oder der Masse kurzgeschlossen ist. Erfindungsgemäß lässt sich somit die Unterbrechung des Stromflusses in der Zelle erfassen, wobei zwischen einem Kurzschluss und der Unterbrechung des Stromflusses in der Zelle unterschieden wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorgenannten und weitere Ausführungsformen, Gegenstände, Merkmale, Vorteile sowie die technische und gewerbliche Bedeutsamkeit dieser Erfindung wird aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen verständlicher, in denen:

1 eine Konzeptdarstellung ist, die die Konfiguration einer Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung und einer Fehlerdiagnosevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;

2 eine perspektivische Querschnittsdarstellung ist, die die Konfiguration der in 1 gezeigten Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung zeigt;

3A ein Zeitschaubild ist, das die Änderung der Temperatur einer Zelle der in 1 gezeigten Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung zeigt;

3B ein Zeitschaubild ist, das die Änderung des elektrischen Stroms zeigt, der in einer Pumpzelle der in 1 gezeigten Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung nach Beginn der Wärmezufuhr durch die Heizvorrichtung fließt;

3C ein Zeitschaubild ist, das die Änderung des elektrischen Stroms zeigt, der in einer Überwachungszelle der in 1 gezeigten Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung nach Beginn der Wärmezufuhr durch die Heizvorrichtung zeigt;

3D ein Zeitschaubild ist, das die Änderung des elektrischen Stroms zeigt, der in einer Sensorzelle der in 1 gezeigten Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung nach Beginn der Wärmezufuhr durch die Heizvorrichtung fließt;

4A ein Flussdiagramm einer Regelungs/Steuerungsroutine ist, die die in 1 gezeigte Fehlerdiagnosevorrichtung ausführt;

4B ein Flussdiagramm einer Regelungs/Steuerungsroutine ist, die die in 1 gezeigte Fehlerdiagnosevorrichtung ausführt; und

5 ein Flussdiagramm ist, die einen Unterbrechungserfassungsprozess zeigt, der im Schritt 118 in dem in 4A und 4B gezeigten Flussdiagramm ausgeführt wird.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung an beispielhaften Ausführungsformen näher erläutert.

Denselben Komponenten sind dieselben Bezugszeichen zugeordnet, so dass eine wiederholte Beschreibung dieser Komponenten unterbleibt.

1 ist eine Konzeptdarstellung, die die Konfiguration einer Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung und einer Fehlerdiagnosevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Die in 1 gezeigte Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 ist in einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine, im Besonderen in einer Abgasleitung mit einem NOx-Speicher-Katalysator, angeordnet. Die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 ist ein Sensor, der einen Sensorausgang entsprechend der NOx-Konzentration des Abgases erzeugt.

2 ist eine perspektivische Querschnittsdarstellung, die die Konfiguration der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 zeigt. Wie es in 2 gezeigt ist, umfasst die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 Zirkondioxidschichten 12, 14 und eine Isolationsschicht 16. Zwischen den beiden Zirkondioxidschichten 12, 14 ist eine Gaserfassungskammer 18 vorgesehen. An die Zirkondioxidschichten 12, 14 grenzen Atmosphärenkammern 20, 22 an, die durch die Zirkondioxidschichten 12, 14 von der Gaserfassungskammer 18 isoliert sind.

Die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 weist eine Diffusionsöffnung 24 auf, die zur Gaserfassungskammer 18 führt. Die Diffusionsöffnung 24 ist ein Durchlass, um Abgas aus der Abgasleitung der Brennkraftmaschine in die Gaserfassungskammer 18 zu führen. Das Abgas kann aus der Abgasleitung über eine Diffusionswiderstandsschicht 26 in die Diffusionsöffnung 24 strömen. Die Diffusionswiderstandsschicht 26 besteht aus einem porösen Material, das die Geschwindigkeit der Abgasdiffusion reguliert. Bei dieser Konfiguration diffundiert in der Abgasleitung strömendes Abgas zur Grenze zwischen der Diffusionswiderstandsschicht 26 und der Zirkondioxidschicht 14 mit einer durch die Diffusionswiderstandsschicht 26 regulierten Geschwindigkeit. Anschließend diffundiert das Abgas weiter in Richtung Innenraum der Gaserfassungskammer 18 mit einer durch den Drosseleffekt der Diffusionsöffnung 24 regulierten Geschwindigkeit.

Das aus der Diffusionsöffnung 24 in die Gaserfassungskammer 18 strömende Abgas strömt in der Gaserfassungskammer 18 entlang eines vorgegebenen Weges, der in 2 durch Pfeile angedeutet ist. Auf diesem Weg liegt eine Pumpzelle 28. Die Pumpzelle 28 besteht aus der Zirkondioxidschicht 12 sowie einer gasseitigen Elektrode 30 und einer atmosphärenseitigen Elektrode 32, die auf den beiden Seiten der Zirkondioxidschicht 12 angeordnet sind. Die gasseitige Elektrode 30 hat eine schwache NOx-Aktivität (beispielsweise eine Pt-Au-Legierungs-Elektrode) und ist der Gaserfassungskammer 18 ausgesetzt. Die atmosphärenseitige Elektrode 32 besteht aus Pt und ist der Atmosphärenkammer 20 ausgesetzt.

Eine veränderliche Leistungsquelle 34, die eine Spannung von der atmosphärenseitigen Elektrode 32 zur gasseitigen Elektrode 30 anlegt, ist mit einem Abschnitt zwischen der gasseitigen Elektrode 30 und der atmosphärenseitigen Elektrode 32 verbunden. Mit den Elektroden 30, 32 verbunden ist eine elektrische Stromerfassungsvorrichtung 36, die den elektrischen Strom A1 erfasst, der in die Pumpzelle 28 fliegt. Die veränderliche Leistungsquelle 34 und die elektrische Stromerfassungsvorrichtung 36 sind Bestandteile eines Steuer-/Regelkreises, der nachstehend noch beschrieben wird.

Stromabwärts der Pumpzelle 28 sind eine Überwachungszelle 38 und eine Sensorzelle 40 aneinander angrenzend vorgesehen. In 2 befindet sich die Überwachungszelle 38 zweckmäßigerweise stromaufwärts der Sensorzelle 40. In der Realität sind diese Zellen aber so vorgesehen, dass sie in eine Richtung senkrecht zur Abgasströmungsrichtung nebeneinander liegen.

Die Überwachungszelle 38 besteht aus der Zirkondioxidschicht 14, einer gasseitigen Elektrode 42, die der Gaserfassungskammer 18 ausgesetzt ist, und einer atmosphärenseitigen Elektrode 46, die der Atmosphärenkammer 22 ausgesetzt ist. Die Sensorzelle 40 besteht aus der Zirkondioxidschicht 14, einer gasseitigen Elektrode 44, die der Gaserfassungskammer 18 ausgesetzt ist, und der atmosphärenseitigen Elektrode 48, die der Atmosphärenkammer 22 ausgesetzt ist. Die gasseitige Elektrode 42 der Überwachungszelle 38 hat eine geringe NOx-Aktivität und besteht aus einer Pt-Au-Legierung oder dergleichen. Die gasseitige Elektrode 44 der Sensorzelle 40 hat dagegen eine hohe NOx-Aktivität und besteht aus einer Pt-Rh-Legierung oder dergleichen. Die atmosphärenseitigen Elektroden 46, 48 bestehen ebenso wie die Pumpzelle 28 aus Pt.

Eine Konstantspannungsleistungsquelle 50, die eine Spannung von der atmosphärenseitigen Elektrode 46 zur gasseitigen Elektrode 42 anlegt, und eine elektrische Stromerfassungsvorrichtung 54, die den elektrischen Strom A2 erfasst, der in die Überwachungszelle 38 fließt, sind mit der Überwachungszelle 38 verbunden. Des Weiteren sind eine Konstantspannungsleistungsquelle 52, die eine Spannung von der atmosphärenseitigen Elektrode 48 zur gasseitigen Elektrode 44 anlegt, und eine elektrische Stromerfassungsvorrichtung 56, die den elektrischen Strom A3 erfasst, der in die Sensorzelle 40 fließt, mit der Sensorzelle 40 verbunden. Die Konstantspannungsleistungsquellen 50, 52 und die elektrischen Stromerfassungsvorrichtungen 54, 56 sind Bestandteile des Steuer-/Regelkreises, der nachfolgend noch beschrieben wird.

In der Isolationsschicht 16 ist eine Heizvorrichtung, beispielsweise ein Erhitzer 58 vorgesehen. Die Pumpzelle 28, die Überwachungszelle 38 und die Sensorzelle 40 werden durch den Erhitzer 58 angeheizt, wodurch die Temperatur jeder Zelle auf die entsprechende Aktivierungstemperatur angehoben wird.

Wenn an der Pumpzelle 28 die entsprechende Spannung angelegt wird, nachdem die Temperatur der Pumpzelle 28 die Aktivierungstemperatur erreicht hat, zerlegt die Pumpzelle 28 im Abgas-NOx enthaltenes NO2 in NO und Sauerstoff, so dass das NOx in das Einfachgas NO umgewandelt wird. Somit wird nahezu der gesamte Sauerstoff, der im Abgas vorliegt, abgeführt. In diesem Fall entspricht der Wert des in der Pumpzelle 28 fließenden elektrischen Stroms A1 im Wesentlichen der Sauerstoffkonzentration in dem in die Gaserfassungskammer 18 strömenden Abgas, d.h. dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F des Abgases. Daher lässt sich mit der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 in der Ausführungsform der Erfindung in Abhängigkeit vom Ausgang der elektrischen Stromerfassungsvorrichtung 36 das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F des Abgases erfassen.

In der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 strömt das Abgas, in dem nahezu kein Sauerstoff mehr enthalten und das NOx in das Einfachgas NO umgewandelt ist, stromabwärts der Pumpzelle 28. Die Überwachungszelle 38 pumpt den Restsauerstoff im Abgas heraus, nachdem die Temperatur der Überwachungszelle 38 die Aktivierungstemperatur erreicht hat, wodurch ein elektrischer Strom A2 entsprechend der Sauerstoffkonzentration stromabwärts der Pumpzelle 28 erzeugt wird. Daher lässt sich mit der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 in der Ausführungsform der Erfindung in Abhängigkeit vom Ausgang der elektrischen Stromerfassungsvorrichtung 54 die Konzentration des Restsauerstoffs im Abgas stromabwärts der Pumpzelle 28 erfassen.

Die Sensorzelle 40 zerlegt NO im Abgas in Stickstoff und Sauerstoff, nachdem die Temperatur der Sensorzelle 40 die Aktivierungstemperatur erreicht hat. Die Sensorzelle 40 pumpt des Weiteren den Restsauerstoff in der Gaserfassungskammer 18 vollständig heraus, wodurch ein elektrischer Strom A3 erzeugt wird. Der Wert des elektrischen Stroms A3 entspricht daher der Summe aus der Konzentration des Restsauerstoffs im Abgas stromabwärts der Pumpzelle 28 und der Konzentration des durch die Zerlegung des NO entstandenen Sauerstoffs. Somit lässt sich in Abhängigkeit vom Ausgang der elektrischen Stromerfassungsvorrichtung 56 die Summe aus der Konzentration des Restsauerstoffs im Abgas stromabwärts der Pumpzelle 28 und der Konzentration des durch die Zerlegung von NO entstandenen Sauerstoffs erfassen.

Der Wert, der erhalten wird, indem der von der elektrischen Stromerfassungsvorrichtung 54 erfasste elektrische Strom A2 von dem von der elektrischen Stromerfassungsvorrichtung 56 erfassten elektrischen Strom A3 subtrahiert wird, entspricht der Konzentration des NO im Abgas stromabwärts der Pumpzelle 28, d.h. der Konzentration des NOx in dem in die Gaserfassungskammer 18 strömenden Abgases. Mit der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung in der Ausführungsform der Erfindung lässt sich daher die Konzentration des NOx im Abgas auf der Grundlage der Ausgänge der beiden elektrischen Stromerfassungsvorrichtungen 54, 56 erfassen.

Es wird wieder auf 1 Bezug genommen; im Folgenden wird die gesamte Konfiguration der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung und der Fehlerdiagnosevorrichtung für die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung in der Ausführungsform der Erfindung erläutert. Wie es in 1 gezeigt ist, steht ein Steuer-/Regelkreis 60 in Verbindung mit der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10. An den Steuer-/Regelkreis 60 angeschlossen ist eine (im Folgenden als ECU bezeichnete) elektronische Steuer- /Regeleinheit 70 zur Steuerung/Regelung der Brennkraftmaschine.

Die Kommunikationen zwischen dem Steuer-/Regelkreis 60 und der ECU 70 erfolgen mittels eines vorgegebenen Protokolls. Die ECU 70 gibt beispielsweise eine (im Folgenden als Anheizstartaufforderung bezeichnete) Aufforderung zum Starten der Anheizung der Zellen an den Steuer/Regelkreis 60 aus, wenn eine vorgegebene Bedingung zum Starten der Anheizung erfüllt ist. Der Steuer-/Regelkreis 60 versorgt die ECU 70 mit Ausgangssignalen, die die NOx-Konzentration, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F, die Sauerstoffkonzentration und dergleichen anzeigen. In 1 ist der Steuer-/Regelkreis 60 unabhängig von der ECU 70 dargestellt. Der Steuer-/Regelkreis 60 muss aber nicht notwendig unabhängig von der ECU 70 vorgesehen sein, sondern kann auch in der ECU 70 enthalten sein.

Der Steuer-/Regelkreis 60 umfasst einen Schwachstromausgangserfassungsabschnitt, der den in der Überwachungszelle 38 fließenden elektrischen Strom A2 und den in der Sensorzelle 40 fließenden elektrischen Strom A3 erfasst. Die vorgenannten Konstantspannungsleistungsquellen 50, 52 und die elektrische Stromerfassungsvorrichtungen 54, 56 sind im Schwachstromausgangserfassungsabschnitt enthalten. Der Steuer-/Regelkreis 60 legt nämlich mittels der Konstantspannungsleistungsquellen 50, 52 eine entsprechende Spannung an die Überwachungszelle 38 und die Sensorzelle 40 an, wenn die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 in Betrieb genommen werden muss. Der Steuer/Regelkreis 60 erfasst des Weiteren die elektrischen Schwachströme A2, A3 die durch das Anlegen der Spannung in der Überwachungszelle 38 und Sensorzelle 40 erzeugt werden, mittels der elektrischen Stromerfassungsvorrichtungen 54, 56.

Der Steuer-/Regelkreis 60 umfasst einen Abschnitt zur Steuerung/Regelung der Sauerstoffkonzentration. Die vorgenannte veränderliche Leistungsquelle 34 und die elektrische Stromerfassungsvorrichtung 36 sind in dem Abschnitt zur Steuerung/Regelung der Sauerstoffkonzentration enthalten. Wie vorstehend erwähnt, hat die Pumpzelle 28 der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 die Funktion, den Sauerstoff in dem Abgas, das in die Gaserfassungskammer 18 fließt, abzupumpen. Vorteilhafterweise soll die Pumpzelle 28 so viel Sauerstoff als möglich abführen, ohne im Abgas enthaltenes NO zu zerlegen, damit die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 die Konzentration des NOx im Abgas genau erfassen kann.

Die durch die Pumpzelle 28 abgeführte Sauerstoffmenge korreliert mit der an die Pumpzelle 28 angelegten Spannung, solange in der Gaserfassungskammer 18 noch Sauerstoff vorliegt. Daher muss an die Pumpzelle 28 wenigstens eine der abzuführenden Sauerstoffmenge entsprechende Spannung angelegt werden. Andererseits sollte der Wert der angelegten Spannung nicht unnötig hoch sein, da NO im Abgas zerlegt wird, wenn die angelegte Spannung extrem hoch ist. Die an die Pumpzelle 28 angelegte Spannung muss daher auf einen angemessenen Wert entsprechend der Sauerstoffkonzentration im Abgas eingestellt werden.

Der Abschnitt zur Steuerung/Regelung der Sauerstoffkonzentration steuert/regelt den Wert der an die Pumpzelle 28 angelegten Spannung auf den zweckmäßigen Wert. Im Besonderen wird die veränderliche Leistungsquelle 34 so angesteuert, dass die Relation zwischen dem elektrischen Strom A1 und der angelegten Spannung angemessen wird. Wenn bestimmt wird, dass der elektrische Strom A1 bezüglich der angelegten Spannung extrem groß ist, wird anders ausgedrückt die veränderliche Leistungsquelle 34 so angesteuert, dass die angelegte Spannung zunimmt. Wenn bestimmt wird, dass der elektrische Strom A1 bezüglich der angelegten Spannung extrem klein ist, wird die veränderliche Leistungsquelle 34 andererseits so angesteuert, dass die angelegte Spannung abnimmt. Der Wert der an die Pumpzelle 28 angelegten Spannung erreicht durch diese Steuerung/Regelung im Wesentlichen gleich dem angemessenen Wert. Im Ergebnis wird der im Abgas enthaltene Sauerstoff nahezu vollständig aus der Gaserfassungskammer 18 abgeführt, ohne im Abgas enthaltenes NO zu zerlegen. In diesem Fall entspricht der Wert des durch die elektrische Stromerfassungsvorrichtung 36 erfassten elektrischen Stroms A1 der Sauerstoffkonzentration im Abgas, d.h. dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F des Abgases.

Der Steuer-/Regelkreis 60 umfasst einen Abschnitt zur Steuerung/Regelung der Heizvorrichtung. Wie vorstehend erwähnt, gibt die ECU 70 die Anheizstartaufforderung an den Steuer-/Regelkreis 60 aus, wenn die vorgegebene Bedingung zum Starten der Anheizung erfüllt ist, nachdem die Brennkraftmaschine gestartet wurde. Wenn der Abschnitt zur Steuerung/Regelung der Heizvorrichtung die Aufforderung erhält, startet der Abschnitt zur Steuerung/Regelung der Heizvorrichtung die Leistungszufuhr zu dem in der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 enthaltenen Erhitzer 58. Im Ergebnis erzeugt der Erhitzer 58 wärme, wodurch die Pumpzelle 28, die Überwachungszelle 38 und die Sensorzelle 40 auf die Aktivierungstemperatur angeheizt werden.

Der Steuer-/Regelkreis 60 enthält einen Diagnoseabschnitt. Der Diagnoseabschnitt ist ein wesentlicher Abschnitt der Fehlerdiagnosevorrichtung in der Ausführungsform und bestimmt, ob in der Überwachungszelle 38 oder Sensorzelle 40 eine Unterbrechung des Stromflusses ("disconnection") vorliegt.

Wenn in der Überwachungszelle 38 oder Sensorzelle 40 eine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt, wird der wert des in der Überwachungszelle 38 fließenden elektrischen Stroms A2 bzw. der Wert des in der Sensorzelle 40 fließenden elektrischen Stroms A3 ungeachtet der Konzentration des Restsauerstoffs oder der NOx-Konzentration null. Die Werte der elektrischen Ströme A2, A3 können aber auch dann null werden, wenn keine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt. Des Weiteren können die Werte der elektrischen Ströme A2, A3 infolge eines Störeinflusses augenblicklich einen anderen Wert als Null annehmen, wenn eine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt. Daher lässt sich eine Unterbrechung des Stromflusses nicht so ohne weiteres durch eine Überwachung der elektrischen Ströme A2, A3 erfassen.

3A bis 3D sind Zeitschaubilder, die das Prinzip zur Unterbrechungserfassung in der Überwachungszelle 38 oder Sensorzelle 40 beschreiben. 3A zeigt im Besonderen eine Änderung der Temperatur einer Zelle der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10, d.h. eine Änderung der Temperatur der Pumpzelle 28, der Überwachungszelle 38 und der Sensorzelle 40, und dergleichen. 3B, 3C und 3D zeigen eine Änderung des in der Pumpzelle 28 fließenden elektrischen Stroms A1, eine Änderung des in der Überwachungszelle 38 fließenden elektrischen Stroms A2 bzw. eine Änderung des in der Sensorzelle 40 fließenden elektrischen Stroms A3.

Wenn die Pumpzelle 28, die Überwachungszelle 38 und die Sensorzelle 40 jeweils die Aktivierungstemperatur erreicht haben, führen die Zellen die vorstehend beschriebenen Funktionen durch. Die Wellenform des in 3B gezeigten elektrischen Stroms A1 wird in dem Fall erhalten, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager ist, wenn der Erhitzer 58 mit der Anheizung beginnt. Wie es in 3B gezeigt ist, steigt der in der Pumpzelle 28 fließende elektrische Strom A1 mit einer Zunahme der Temperatur der Pumpzelle 28 an, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager ist. Diese Wellenform des elektrischen Stroms A1 wird jedoch nur in dem Fall erhalten, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager ist. In dem Fall, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stöchiometrisch ist, bleibt der elektrische Strom A1 ungeachtet einer Zunahme der Temperatur der Pumpzelle 28 auf einem Wert in der Nähe von Null. In dem Fall, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett ist, wird der Wert des elektrischen Stroms A1 negativ, wenn die Temperatur der Pumpzelle 28 zunimmt.

Wie es in 3C und 3D gezeigt ist, fließt in der Überwachungszelle 38 und Sensorzelle 40 während einer bestimmten Phase, in der die Zellentemperatur ansteigt, ungeachtet des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases jeweils ein anfänglicher elektrischer Strom von etwa 3 bis 4 &mgr;A. Es wird davon ausgegangen, dass der anfängliche elektrische Strom erzeugt wird, wenn die Überwachungszelle 38 oder Sensorzelle 40 einen Restsauerstoff in der Zellenumgebung oder einen von der gasseitigen Elektrode 42 oder der gasseitigen Elektrode 44 adsorbierten Sauerstoff herauspumpt, wenn die Zellentemperatur ansteigt.

Es wird davon ausgegangen, dass dasselbe Phänomenon auch in der Pumpzelle 28 auftritt. Jedoch fließt in der Pumpzelle 28 in einem normalen Betriebszustand ein ausreichend großer elektrischer Strom A1. Daher ist es nicht unbedingt einfach zu bestimmen, ob in der Pumpzelle 28 der anfängliche elektrische Strom fließt, wenn die Temperatur der Pumpzelle 28 ansteigt. Die Werte der in der Überwachungszelle 38 bzw. Sensorzelle 40 fließenden elektrischen Ströme A2, A3 betragen in einem normalen Betriebszustand dagegen jeweils mehrere Zehn nA, was ein genügend kleiner Wert ist. Daher ist der Wert des vorgenannten anfänglichen elektrischen Stroms (3 bis 4 &mgr;A) in der Überwachungszelle 38 und Sensorzelle 40 ausreichend groß. Somit ist es einfach zu bestimmen, ob in der Überwachungszelle 38 oder Sensorzelle 40 der anfängliche elektrische Strom fließt, wenn die Zellentemperatur ansteigt.

In dem Fall, in dem in der Überwachungszelle 38 oder Sensorzelle 40 eine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt, wird der vorgenannte anfängliche elektrische Strom nicht erzeugt, während die Temperatur der Zelle ansteigt. In dem Fall, in dem in der Überwachungszelle 38 oder Sensorzelle 40 keine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt, fließt während der bestimmten Phase, in der die Zellentemperatur ansteigt, der anfängliche elektrische Strom in der Zelle; dieser Fall unterscheidet sich augenscheinlich von dem Fall, in dem ein Störeinfluss vorliegt. Daher lässt sich in der Fehlerdiagnosevorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung in Abhängigkeit davon, ob über die bestimmte Phase nach dem Start der Anheizung durch den Erhitzer 58 hinweg in der Überwachungszelle 38 oder Sensorzelle 40 der elektrische Strom A2 bzw. der elektrische Strom A3 fließt, der dem anfänglichen elektrischen Strom entspricht, bestimmen, ob in der Überwachungszelle 38 oder Sensorzelle 40 eine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt.

4A und 4B zeigen ein Flussdiagramm einer vom Steuer-/Regelkreis 60 ausgeführten Routine zur Unterbrechungserfassung in der Überwachungszelle 38 oder Sensorzelle 40 gemäß dem vorstehend geschilderten Prinzip.

In der in 4A und 4B gezeigten Routine wird zunächst bestimmt (Schritt 100), ob die ECU 70 die Aufforderung zum Starten der Anheizung ausgegeben hat. Im Besonderen wird bestimmt, ob ein Anheizungsanzeige-Merker, der anzeigt, ob die Aufforderung bereits ausgegeben wurde, auf EIN gesetzt ist.

Wie vorstehend erwähnt, erzeugt die ECU 70 die Aufforderung zum Start der Anheizung, wenn die vorgegebene Bedingung zum Starten der Anheizung erfüllt ist, nachdem die Brennkraftmaschine gestartet wurde. Die vorgegebene Bedingung zum Starten der Anheizung gilt im Besonderen dann als erfüllt, wenn eine Bedingung zur Beseitigung einer Dampfkondensation in der Abgasleitung erfüllt ist. Eine Dampfkondensation wird in der Abgasleitung beispielsweise dann verursacht, wenn die Brennkraftmaschine aus dem kalten Zustand heraus gestartet wird. In diesem Fall können sich an der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 durch die Dampfkondensation gebildete Wassertropfen anlagern. In der Fehlerdiagnosevorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung führt der Erhitzer 58 in dem Fall, in dem sich an der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 Wassertropfen anlagern können, keine Anheizung durch, sondern startet diese erst, wenn die vorgenannte Bedingung zum Starten der Anheizung erfüllt ist.

Wenn im Schritt 100 der in 4A und 4B gezeigten Routine bestimmt wird, dass der Anheizungsanzeige-Merker nicht auf EIN gesetzt ist, wird eine Anheizung der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 durch den Erhitzer 58 verhindert (Schritt 102).

Anschließend wird ein Zähler, der die vergangene Zeit seit dem Start der Anheizung der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 misst, zurückgesetzt (Schritt 104).

Daraufhin wird bestimmt, ob es eine Vorgeschichte oder ein Ereignis gibt, das anzeigt, dass der Erhitzer 58, nachdem die Brennkraftmaschine gestartet wurde, der Steuer-/Regelkreis 60 mit Leistung versorgt wurde, eine Anheizung durchgeführt hat, und für den Fall, dass es dieses Ereignis gibt, wird bestimmt, ob die nach dem Stopp der ehemals gestarteten Anheizung vergangene Zeit die vorgegebene Zeit erreicht hat (Schritt 106).

Wenn bestimmt wird, dass der Erhitzer 58 nach dem Einschalten der Leistungszufuhr zum Steuer-/Regelkreis 60 keine Anheizung durchgeführt hat, oder wenn nach dem Stopp der Anheizung genügend Zeit vergangen ist, kann im Ergebnis bestimmt werden, dass die Überwachungszelle 38 und die Sensorzelle 40 zu dieser Zeit genügend abgekühlt sind. In diesem Fall wird ein Unterbrechungserfassungs-Merker auf AUS gesetzt, so dass die Ausführung der Unterbrechungserfassung gestattet ist (Schritt 108).

Wenn keine der vorgenannten Bedingungen erfüllt ist, d.h. wenn es weder ein Ereignis dahingehend gibt, dass der Erhitzer 58 nach dem Einschalten der Leistungszufuhr zum Steuer-/Regelkreis 60 die Anheizung durchgeführt hat, noch die vergangene Zeit seit dem Stopp der Anheizung die vorgegebene Zeit erreicht hat, erfolgt kein Prozess, und die vorliegende Routine wird beendet. In diesem Fall wird der Unterbrechungserfassungs-Merker in dem Zustand während des vorhergehenden Prozesszyklus gehalten. Der Unterbrechungserfassungs-Merker wird auf EIN gesetzt, wenn die Unterbrechungserfassung für die Überwachungszelle 38 (oder die Sensorzelle 40) beendet ist, wie es nachstehend noch beschrieben wird. Gemäß den vorgenannten Prozessen wird in dem Fall, in dem die Unterbrechungserfassung während des vorhergehenden Prozesszyklus nicht beendet wurde, der momentane Prozesszyklus beendet, wobei der Unterbrechungserfassungs-Merker wie in dem Fall, in dem die Bedingung im Schritt 106 erfüllt ist, auf AUS gesetzt ist. In dem Fall, in dem die Unterbrechungserfassung während des vorhergehenden Prozesszyklus beendet wurde, wird der momentane Prozesszyklus beendet, wobei der Unterbrechungs-Merker auf EIN gesetzt ist.

Wenn im Schritt 100 in der in 4A und 4B gezeigten Routine bestimmt wird, dass der Anheizungsanzeige-Merker auf EIN gesetzt ist, wird bestimmt, ob ein Unterbrechungs-Merker für die Überwachungszelle 38 (oder die Sensorzelle 40) auf AUS gesetzt ist, und ob der Unterbrechungserfassungs-Merker für die Überwachungszelle 38 (oder die Sensorzelle 40) auf AUS gesetzt ist (Schritt 110).

Der Unterbrechungs-Merker wird auf EIN gesetzt, wenn in der Überwachungszelle 38 (oder Sensorzelle 40) eine Unterbrechung des Stromflusses erfasst wird, wie es später noch beschrieben wird. Wenn der Unterbrechungs-Merker auf EIN gesetzt ist, kann dementsprechend bestimmt werden, dass es in der Überwachungszelle 38 (oder Sensorzelle 40) eine Unterbrechung des Stromflusses gibt. Wenn bestimmt wird, dass der Unterbrechungs-Merker auf EIN gesetzt ist, oder wenn bestimmt wird, dass der Unterbrechungserfassungs-Merker auf EIN gesetzt ist, wird bestimmt, dass die Unterbrechungserfassung weder ausgeführt werden muss noch ausgeführt werden sollte. Danach wird der momentane Prozesszyklus rasch beendet.

Wenn im Schritt 110 bestimmt wird, dass der Unterbrechungs-Merker wie auch der Unterbrechungserfassungs-Merker auf AUS gesetzt sind, erfolgt die Unterbrechungserfassung. Im Besonderen wird bestimmt, ob die beiden Elektroden 42, 46 (oder die beiden Elektroden 44, 48) der Überwachungszelle 38 (oder der Sensorzelle 40) mit der Leistungsquelle oder der Masse kurzgeschlossen sind (Schritt 112).

Im Diagnoseabschnitt des Steuer-/Regelkreises 60 ist ein Potentialsensor vorgesehen, der das Potential der gasseitigen Elektroden 42, 44 und der atmosphärenseitigen Elektroden 46, 48 der Überwachungszelle 38 und der Sensorzelle 40 erfasst. Im Schritt 112 misst der Potentialsensor das Potential jeder Elektrode; auf der Grundlage des gemessenen Potentials jeder Elektrode wird bestimmt, ob die Elektroden mit der Leistungsquelle oder der Masse kurzgeschlossen sind. Wenn erfasst wird, dass wenigstens eine der beiden Elektroden kurzgeschlossen ist, wird bestimmt, dass eine Unterbrechungserfassung nicht ausgeführt werden muss, und der momentane Prozesszyklus rasch beendet.

Wenn bestimmt wird, dass weder die gasseitige Elektrode 42 (oder die gasseitige Elektrode 44) noch die atmosphärenseitigen Elektrode 46 (oder die atmosphärenseitigen Elektrode 48) kurzgeschlossen ist, startet der Erhitzer 58 die Anheizung der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10. Des Weiteren wird der Wert des Zählers, der die Zeit nach dem Start der Anheizung misst, erhöht (Schritt 114).

Anschließend wird bestimmt, ob der gemessene Wert des Zählers auf oder über einem vorgegebenen Bestimmungswert liegt (Schritt 116).

Der vorgenannte Bestimmungswert ist ein vorgegebener Wert entsprechend der vergangenen Zeit seit dem Start der Anheizung, bis in der Überwachungszelle 38 und Sensorzelle 40 der in 3C oder 3D gezeigte anfängliche elektrische Strom zu Fließen beginnt. wenn bestimmt wird, dass der gemessene Wert des Zählers den Bestimmungswert noch nicht erreicht hat, kann dementsprechend bestimmt werden, dass in der Überwachungszelle 38 oder Sensorzelle 40 der anfängliche elektrische Strom nicht geflossen ist. Wenn andererseits bestimmt wird, dass der gemessene Wert des Zählers den Bestimmungswert erreicht hat, kann bestimmt werden, dass in der Überwachungszelle 38 und Sensorzelle 40 der anfängliche elektrische Strom zu Fließen begonnen hat.

Wenn im Schritt 116 in der in 4A und 4B gezeigten Routine bestimmt wird, dass der gemessene Wert des Zählers den Bestimmungswert noch nicht erreicht hat, wird bestimmt, dass die Phase, in der die Unterbrechungserfassung ausgeführt werden soll, noch nicht erreicht ist, und der momentane Prozesszyklus rasch beendet. Wenn dagegen bestimmt wird, dass der gemessene Wert des Zählers den Bestimmungswert erreicht hat, wird der Unterbrechungserfassungsprozess ausgeführt (Schritt 118).

5 ist ein Flussdiagramm, das den im Schritt 118 ausgeführten Unterbrechungserfassungsprozess im Einzelnen beschreibt.

Bestimmt wird, ob der Ausgang der Überwachungszelle 38 (oder der Sensorzelle 40) in einem vorgegebenen Bereich liegt. Im Besonderen wird bestimmt (Schritt 130), ob der in der Überwachungszelle 38 fließende elektrische Strom A2 (oder der in der Sensorzelle 40 fließende elektrische Strom A3) kleiner ist als ein Bestimmungswert XnA, der im Vergleich zu dem Wert des anfänglichen elektrischen Stroms ein genügend kleiner Wert ist.

Wenn der elektrische Strom A2 (oder der elektrische Strom A3) größer ist als der Bestimmungswert XnA, kann bestimmt werden, dass die Möglichkeit dafür, dass in der Überwachungszelle 38 (oder Sensorzelle 40) entsprechend der anfängliche elektrische Strom fließt, groß ist. In diesem Fall wird der Wert eines Normalzustandzählers für die Überwachungszelle 38 (oder Sensorzelle 40), der anzeigt, dass die Zelle normal arbeitet, erhöht und ein Unregelmäßigkeitszähler für die Zelle, der anzeigt, dass in der Zelle eine Unregelmäßigkeit aufgetreten ist, zurückgesetzt (Schritt 132).

Als nächstes wird bestimmt, ob der gemessene wert des Normalzustandzähler für die Überwachungszelle 38 (oder die Sensorzelle 40) auf oder über einem vorgegebenen Wert liegt (Schritt 134).

Wenn der gemessene Wert des Normalzustandzählers unter dem vorgegebenen Wert liegt, kann aber die Möglichkeit dafür, dass der Wert des elektrischen Stroms A2 (oder des elektrischen Stroms A3) infolge eines Störeinflusses oder dergleichen vorübergehend groß wird, noch nicht verneint werden. In diesem Fall wird daher der momentane Prozesszyklus beendet und die Bestimmung betreffend die Unterbrechungserfassung aufgeschoben.

Wenn dagegen bestimmt wird, dass der gemessene Wert des Normalzustandzählers auf oder über dem vorgegebenen Wert liegt, kann bestimmt werden, dass der elektrische Strom A2 (oder der elektrische Strom A3) auf einem hohen Wert bleibt, so dass der elektrische Strom als der anfängliche elektrische Strom betrachtet werden kann. In diesem Fall wird in der in 5 gezeigten Routine bestimmt, dass in der Überwachungszelle 38 (oder Sensorzelle 40) der anfängliche elektrische Strom fließt, und der Unterbrechungs-Merker auf AUS gesetzt, um anzuzeigen, dass in der Überwachungszelle 38 (oder Sensorzelle 40) keine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt (Schritt 136).

Wenn bestimmt wird, dass der Ausgang der Überwachungszelle 38 (oder der Sensorzelle 40) im vorgegebenen Bereich liegt, d.h. wenn im Schritt 130 in der in 5 gezeigten Routine bestimmt wird, dass der elektrische Strom A2 (oder der elektrische Strom A3) unter dem Bestimmungswert XnA liegt, kann bestimmt werden, dass in der Überwachungszelle 38 (oder Sensorzelle 40) der anfängliche elektrische Strom nicht fließt. In diesem Fall wird der Wert des Unregelmäßigkeitszählers für die Überwachungszelle 38 (oder die Sensorzelle 40) erhöht und der Normalzustandzähler für die Zelle zurückgesetzt (Schritt 138).

Anschließend, wird bestimmt, ob der gemessene Wert des Unregelmäßigkeitszählers für die Überwachungszelle 38 (oder die Sensorzelle 40) auf oder über dem vorgegebenen Wert liegt (Schritt 140).

Wenn der gemessene Wert des Unregelmäßigkeitszählers unter dem vorgegebenen Wert, liegt, kann aber die Möglichkeit dafür, dass der elektrische Strom A2 (oder der elektrische Strom A3) infolge eines Störeinflusses oder dergleichen vorübergehend klein wird, noch nicht verneint werden. Daher wird in diesem Fall der momentane Prozesszyklus beendet und die Bestimmung betreffend die Unterbrechungserfassung aufgeschoben.

Wenn im Schritt 140 bestimmt wird, dass der gemessene Wert des Unregelmäßigkeitszähler auf oder über dem vorgegebenen Wert liegt, kann bestimmt werden, dass der elektrische Strom A2 (oder der elektrische Strom A3) über eine vorgegebene Zeit hinweg auf einem kleinen Wert bleibt, der unter dem wert des anfänglichen elektrischen Stroms liegt. In diesem Fall wird in der in 5 gezeigten Routine bestimmt, dass in der Überwachungszelle 38 (oder Sensorzelle 40) der anfängliche elektrische Strom nicht fließt. Der Unterbrechungs-Merker für die Überwachungszelle 38 (oder die Sensorzelle 40) wird auf EIN gesetzt, um anzuzeigen, dass in der Überwachungszelle 38 (oder Sensorzelle 40) eine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt (Schritt 142).

Gemäß dieser Vorgehensweise wird der Unterbrechungserfassungsprozess für die Überwachungszelle 38 (oder Sensorzelle 40) in dem in 4A gezeigten Schritt 118 ausgeführt. Wenn der Prozess beendet wird, wird bestimmt, ob die Bestimmung betreffend die Unterbrechungserfassung in der in 4A und 4B gezeigten Routine beendet wurde (Schritt 120).

Solange bestimmt wird, dass die Bestimmung betreffend die Unterbrechungserfassung noch nicht beendet wurde, wird der Prozess im Schritt 118 wiederholt. Wenn bestimmt wird, dass die Bestimmung betreffend die Unterbrechungserfassung beendet wurde, wird der Unterbrechungserfassungs-Merker auf EIN gesetzt und anschließend der momentane Prozesszyklus beendet (Schritt 122).

Gemäß der bisherigen Beschreibung kann gemäß der in 4A und 4B und 5 gezeigten Routine, in Abhängigkeit davon, ob in einer Phase, in der der anfängliche elektrische Strom in der Zelle fließen sollte, in der Zelle entsprechend ein elektrischer Strom fließt, der als der anfängliche elektrische Strom betrachtet wird, bestimmt werden, ob in der Überwachungszelle 38 oder Sensorzelle 40 eine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt. Somit kann die Fehlerdiagnosevorrichtung in der Ausführungsform der Erfindung eine Unterbrechung des Stromflusses in der in der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 10 enthaltenen Überwachungszelle 38 oder Sensorzelle 40 genau und rasch erfassen.

In der vorgenannten Ausführungsform wird die Phase, in der die Unterbrechungserfassung ausgeführt werden sollte, in Abhängigkeit von der vergangenen Zeit seit dem Start der Anheizung durch den Erhitzer 58 bestimmt. Die Erfindung ist aber nicht auf dieses Verfahren zur Bestimmung der Phase, in der die Unterbrechungserfassung ausgeführt werden soll, beschränkt. Anders ausgedrückt kann die Unterbrechungserfassung in der Phase ausgeführt werden, in der in der Überwachungszelle 38 und Sensorzelle 40 der anfängliche elektrische Strom fließen sollte. Beispielsweise kann der Zeitpunkt, in der die Temperatur der Zelle auf eine Temperatur angestiegen ist, bei der der anfängliche Strom erzeugt wird, erfasst und die Unterbrechungserfassung zu diesem Zeitpunkt ausgeführt werden. Ob die Temperatur der Zelle auf die Temperatur angestiegen ist, bei der der anfängliche elektrische Strom erzeugt wird, kann in Abhängigkeit davon bestimmt werden, ob der Wechselstromwiderstandswert der Pumpzelle 28, der Überwachungszelle 38 und der Sensorzelle 40 abnimmt.

In der vorgenannten Ausführungsform wird die Unterbrechungserfassung für die Überwachungszelle 38 oder Sensorzelle 40 dadurch ausgeführt, dass bestimmt wird, ob in der Phase, in der in der Zelle der anfängliche elektrische Strom fließen sollte, in der Zelle der entsprechende elektrische Strom fließt. Ob eine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt, kann aber auch dadurch bestimmt werden, dass bestimmt wird, ob in einer Phase, in der in jeder Zelle ein vorgegebener elektrischer Strom fließen sollte, in jeder Zelle der entsprechende elektrische Strom fließt. Dementsprechend ist die Erfindung nicht auf das vorstehend beschriebene Verfahren zur Bestimmung, ob eine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt, beschränkt.

Ob eine Unterbrechung des Stromflusses in der Überwachungszelle 38 oder Sensorzelle 40 vorliegt, kann nämlich auch in Abhängigkeit davon bestimmt werden, ob unter den Umständen, unter denen in der Zelle ein vorgegebener elektrischer Strom fließen sollte (beispielsweise in dem' Fall, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager ist, und in dem der Betrieb der Pumpzelle 28 gestoppt ist) der entsprechende elektrische Strom A2 oder A3 auch erzeugt wird. Des Weiteren kann auch für die Pumpzelle 28 eine Unterbrechungserfassung ausgeführt werden. Ob eine Unterbrechung des Stromflusses in der Pumpzelle 28 vorliegt, kann nämlich in Abhängigkeit davon bestimmt werden, ob unter den Umständen, unter denen in der Pumpzelle 28 ein vorgegebener elektrischer Strom fließen sollte (beispielsweise in dem Fall, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases konstant mager ist) ein entsprechender elektrischer Strom A1 auch erzeugt wird.

In der vorgenannten Ausführungsform der Erfindung führt der Steuer-/Regelkreis 60 den Prozess im Schritt 116 aus, wodurch die erfindungsgemäße "Flussphasenerfassungseinrichtung" realisiert wird. Des Weiteren führt der Steuer-/Regelkreis 60 den Prozess in den Schritten 138 bis 142, wodurch die erfindungsgemäße "Bestimmungseinrichtung" realisiert wird.

In der vorgenannten Ausführungsform der Erfindung misst der Steuer-/Regelkreis 60 die vergangene Zeit seit dem Start der Anheizung durch den Erhitzer 58 im Schritt 114, wodurch die erfindungsgemäße "Zähleinrichtung" realisiert wird.

In der vorgenannten Ausführungsform der Erfindung erfasst der Steuer-/Regelkreis 60 den Wechselstromwiderstandswert der Pumpzelle 28, der Überwachungszelle 38 oder der Sensorzelle 40, wodurch die erfindungsgemäße "Widerstandserfassungseinrichtung" realisiert wird. Des Weiteren führt der Steuer-/Regelkreis 60 auf der Grundlage des Wechselstromwiderstandswerts denselben Prozess aus wie im Schritt 116 aus, wodurch die erfindungsgemäße "Widerstandsabnahmeerfassungseinrichtung" realisiert wird.

In der vorgenannten Ausführungsform der Erfindung führt der Steuer-/Regelkreis 60 die Prozesse in den Schritten 106 und 108 aus, wodurch die erfindungsgemäße "Verhinderungseinrichtung" realisiert wird. Des Weiteren führt in der vorgenannten Ausführungsform der Erfindung der Steuer-/Regelkreis 60 den Prozess im Schritt 112 aus, wodurch die erfindungsgemäße "Kurzschlusserfassungseinrichtung" realisiert wird.

Zusammenfassed betrifft die Erfindung eine Fehlerdiagnosevorrichtung für eine Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung (10), die eine frühzeitige Erfassung einer Unterbrechung eines Stromflusses in einer Zelle der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung gestattet. Die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung umfasst Zellen (28, 38, 40), die den in einer Gaserfassungskammer (18) vorhandenen Sauerstoff herauspumpen, wodurch ein elektrischer Strom entsprechend der Sauerstoffkonzentration in der Gaserfassungskammer (18) erzeugt wird. Die Heizvorrichtung (58) heizt die Zellen (28, 38, 40) auf eine Aktivierungstemperatur an. Erfasst wird die Phase, in der nach dem Start der Anheizung der Heizvorrichtung (58) in den Zellen (28, 38, 40) ein vorgegebener elektrischer Strom fließen sollte. In Abhängigkeit davon, ob die in den Zellen (28, 38, 40) fließenden elektrischen Ströme (A1, A2, A3) angemessen sind, wird schließlich bestimmt, ob eine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt.

Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, sei angemerkt, dass die Erfindung selbstverständlich nicht auf die beispielhaften Ausführungsformen oder Konstruktionen beschränkt ist. Die Erfindung soll vielmehr verschiedenartige Modifikationen und gleichwertige Anordnungen mit umfassen. Obwohl die verschiedenen Komponenten der beispielhaften Ausführungsformen in verschiedenen beispielhaften Kombinationen und Konfigurationen gezeigt sind, liegen andere Kombinationen und Konfigurationen mit mehreren oder wenigeren Komponenten ebenfalls innerhalb des durch die Patentansprüche definierten Schutzbereichs der Erfindung.


Anspruch[de]
  1. Fehlerdiagnosevorrichtung für eine Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung (10) mit einer Zelle (28, 38, 40), die in einem Messgas enthaltenen Sauerstoff herauspumpt, wodurch einen elektrischen Strom entsprechend der Sauerstoffkonzentration des Messgases erzeugt, gekennzeichnet durch:

    eine Heizvorrichtung (58) zum Anheizen der Zelle der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung auf eine Aktivierungstemperatur;

    eine Flussphasenerfassungseinrichtung (Schritt 116) zum Erfassen einer Phase, in der in der Zelle ein vorgegebener elektrischer Strom fließen sollte, nach dem Start der Anheizung durch die Heizvorrichtung (58); und

    eine Bestimmungseinrichtung (Schritte 138 bis 142) zum Bestimmen, dass in der Zelle eine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt, wenn der in der Zelle fließende elektrische Strom in der Phase, in der in der Zelle der vorgegebene elektrische Strom fließen sollte, unter einem vorgegebenen elektrischen Strom liegt.
  2. Fehlerdiagnosevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene elektrische Strom ein anfänglicher elektrischer Strom ist, der infolge der Anheizung der Zelle (28, 38, 40) erzeugt wird.
  3. Fehlerdiagnosevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung aufweist:

    eine Pumpzelle (28), die aus einem Erfassungsbereich den Sauerstoff herauspumpt, der in dem in den Erfassungsbereich strömenden Messgas enthalten ist; und

    eine Sensorzelle (40), die im Messgas enthaltenes NOx in Stickstoff und Sauerstoff zerlegt, nachdem die Pumpzelle Sauerstoff herausgepumpt hat, und weiter den Sauerstoff herauspumpt, der nach der Zerlegung des im Messgas enthaltenen NOx in Stickstoff und Sauerstoff im Messgas vorliegt,

    wobei die Zelle, bei der die Bestimmungseinrichtung die Unterbrechung des Stromflusses bestimmt, die Sensorzelle ist.
  4. Fehlerdiagnosevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung aufweist:

    eine Pumpzelle (28), die aus einem Erfassungsbereich Sauerstoff herauspumpt, der in dem in den Erfassungsbereich strömenden Messgas enthalten ist,

    eine Sensorzelle (40), die im Messgas enthaltenes NOx in Stickstoff und Sauerstoff zerlegt, nachdem die Pumpzelle Sauerstoff herausgepumpt hat, und weiter den Sauerstoff herauspumpt, der nach der Zerlegung des im Messgas enthaltenen NOx in Stickstoff und Sauerstoff im Messgas vorliegt, und

    eine Überwachungszelle (38), die den Sauerstoff herauspumpt, der im Messgas enthalten ist, nachdem die Pumpzelle Sauerstoff herausgepumpt hat, herausgepumpt hat,

    wobei die Zelle, bei der die Bestimmungseinrichtung die Unterbrechung des Stromflusses bestimmt, die Überwachungszelle ist.
  5. Fehlerdiagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussphasenerfassungseinrichtung (Schritt 116) eine Zähleinrichtung aufweist zur Zeitmessung bis zum Ablauf einer vorgegebenen Zeit nach dem Start der Anheizung durch die Heizvorrichtung (58), so dass wenigstens der Beginn der Phase, in der in der Zelle (28, 38, 40) der anfängliche elektrische Strom fließen sollte, erreicht wird.
  6. Fehlerdiagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussphasenerfassungseinrichtung (Schritt 116) eine Widerstandserfassungseinrichtung zum Erfassen eines Wechselstromwiderstandswerts der Zelle (28, 38, 40) und eine Widerstandsabnahmeerfassungseinrichtung zum Erfassen einer Abnahme des Wechselstromwiderstandswerts auf einen vorgegebenen Widerstandswert, bei dem der anfängliche elektrische Strom erzeugt wird, aufweist.
  7. Fehlerdiagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer Verhinderungseinrichtung (Schritte 106 und 108) zum Verhindern der Bestimmung, ob in der Zelle (28, 38, 40) eine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt, wenn davon auszugehen ist, dass beim Start der Anheizung durch die Heizvorrichtung (58) die Temperatur der Zelle bereits hoch ist.
  8. Fehlerdiagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass

    die Zelle eine gasseitige Elektrode, die mit dem betreffenden Gas in Kontakt steht, und eine atmosphärenseitige Elektrode, die mit der Atmosphäre in Kontakt steht, aufweist, und

    die Bestimmungseinrichtung (Schritte 138 bis 142) eine Kurzschlusserfassungseinrichtung (Schritt 112) zum Bestimmen, ob die gasseitige Elektrode und die atmosphärenseitige Elektrode mit einer Leistungsquelle oder der Masse kurzgeschlossen sind, aufweist und nur dann bestimmt, ob in der Zelle (28, 38, 40) eine Unterbrechung des Stromflusses vorliegt, wenn weder die gasseitige Elektrode noch die atmosphärenseitige Elektrode mit der Leistungsquelle oder der Masse kurzgeschlossen ist.
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