DE69720647T2

DE69720647T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen der Verschlechterung des Betriebs einer Lambda-Sonde mit grossem Messbereich

Info

Publication number: DE69720647T2
Application number: DE69720647T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Kawai; Toshiya Matsuoka; Shigeki Mori; Yuji Oi; Satoshi Teramoto; Tessho Yamada
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1996-11-06
Filing date: 1997-11-06
Publication date: 2003-10-30
Anticipated expiration: 2017-11-07
Also published as: EP0841478B1; DE69720647D1; EP0841478A3; EP0841478A2; US6099717A

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren der Erfassung eines verschlechterten Zustandes eines Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich, d. h., ob sich ein Luft-/Kraftstoff Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich verschlechtert hat, oder ob nicht. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zum Ausführen solch eines Verfahrens.

2. Beschreibung der zugehörigen Technik

Zum Steuern eines Luft-/Kraftstoff- Gemischverhältnisses, um zu einem Motor in einer Weise zugeführt zu werden, um dem Luft-/Kraftstoff Verhältnis zu gestatten, bei einem Zielwert (d. h., stöchiometrisch) beibehalten zu werden und dabei die Konzentration von CO, NOx und HC in dem Motorabgas zu reduzieren, ist es bekannt, eine Rückkopplungssteuerung einer Kraftstoffmenge, um zu dem Motor zugeführt zu werden, auszuführen. Für solch eine Rückkopplungssteuerung wird hauptsächlich eine X- (Lambda) Sonde verwendet, deren Ausgangssignal sich plötzlich oder stark (z. B. schrittweise) in Abhängigkeit zu einer besonderen Sauerstoffkonzentration, d. h. zu einem theoretischen Luft- 1 Kraftstoff- Gemischverhältnis, ändert, und außerdem ein Luft-/Kraftstoff Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich oder Sauerstoffsensor, dessen Ausgangssignal sich glatt und kontinuierlich (d. h. nicht schrittweise) in Abhängigkeit zu einer Veränderung des Luft-/Kraftstoff- Verhältnisses von einem mageren Gemischmodus oder - bereich zu einem fetten Gemischmodus oder -bereich ändert. Der Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich ist, wie vorerwähnt, in der Lage, die Sauerstoffkonzentration in dem Motorabgas kontinuierlich zu erfassen und die Rückkopplungs- Steuerungsgenauigkeit und -geschwindigkeit zu verbessern und wird somit in dem Fall verwendet, in dem die Hochgeschwindigkeits- oder die genauere Rückkopplungssteuerung erforderlich ist.
Der Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich ist mit zwei Zellen versehen, die aus sauerstoffionen- leitenden Festkörper- Elektrolytkörpern hergestellt sind und angeordnet sind, um einander mit einem bestimmten Abstand oder Spalt (Messkammer) dazwischen gegenüberzustehen. Eine der Zellen wird als eine Pumpzelle zum Pumpen von Sauerstoff aus dem Spalt zwischen den Zellen heraus, oder in den Spalt hinein, verwendet. Die andere der Zellen wird als eine elektromotorische Kraftzelle zum Erzeugen einer Spannung, die von einer Differenz in der Sauerstoffkonzentration zwischen einer Sauerstoff Referenzkammer und dem obigen Spalt abhängt, verwendet. Die Pumpzelle wird in einer derartigen Weise betätigt, dass die Ausgangsleistung der elektromotorischen Kraftzelle konstant ist, und der zu der Pumpzelle zu diesem Zweck zugeführte Strom wird zum Gebrauch als ein Wert gemessen, der proportional zu einer gemessenen Sauerstoffkonzentration ist. Ein Beispiel solch eines Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich wird in den U.S.- Patenten Nr. 5,174,885 und 5,194,135 gezeigt.
Die oben beschriebene Rückkopplungssteuerung zur Reduzierung der giftigen Komponenten, die in dem Abgas enthalten sind, startet nachdem der Motor aufgewärmt wurde. Dies kommt daher, weil der Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich nicht aktiv oder betätigbar ist, bis er auf eine vorbestimmte Temperatur aufgewärmt ist, um die Aktivität seiner sauerstoffionen- leitenden Festkörper- Elektrolytkörper höher zu machen. Aus diesem Grund ist an dem Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich ein Heizer vorgesehen, um ihn sobald wie möglich nach dem Starten des Motors betätigbar zu machen.
In diesem Zusammenhang ist vor dem Starten der Rückkopplungssteuerung durch den oben beschriebenen Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich das Luft-/Kraftstoff- Verhältnis in vielen Fällen in Hinblick darauf, das Stoppen des Motors zu verhindern, auf einen fetten Modus derart reguliert, dass die Abgase mit einer relativ hohen Konzentration von CO und HC emittiert werden. Damit der Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich nach dem Starten des Motors so früh wie möglich in Betrieb genommen werden kann, so dass die Emission von solchen Abgasen mit einer hohen Konzentration von giftigen Komponenten innerhalb einer kurzen Zeit beendet wird, wird die Entscheidung, ob der Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich aktiviert worden ist, oder ob nicht, durch Anlegen eines vorbestimmten Stromes auf die elektromotorischen Kraftzelle zum Messen des Widerstandes vorgenommen.
Die elektromotorischen Kraftzelle hat eine negative Temperatur- Widerstands- Charakteristik, so dass ihr Widerstand allmählich kleiner wird, wenn sie auf eine höhere Temperatur durch einen Heizer aufgewärmt wird. Nämlich aus der Tatsache, dass die elektromotorische Kraftzelle eine Temperatur erreicht hat, bei der sie aktiv oder betätigbar wird, wird entschieden, dass der Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich in einem Zustand ist, um in der Lage zu sein die Messung zu starten.
In diesem Zusammenhang wird keine Verschlechterung in dem sauerstoffionenleitenden Festkörper- Elektrolytkörper, der die elektromotorischen Kraftzelle des Luft-/ Kraftstoff- Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich bildet, verursacht, aber in der porösen Elektrode, die aus Pt (Platin) oder dergleichen hergestellt und mit der elektromotorischen Kraftzelle verbunden ist und in der Schnittstelle zwischen dem Festkörper- Elektrolytkörper und der porösen Elektrode. Die poröse Elektrode wird nämlich von dem sauerstoffionen- leitenden Festkörper- Elektrolytkörper getrennt oder in der Sauerstoffdurchlässigkeit nach einer bestimmten Zeitdauer des Gebrauchs des Sensors reduziert, um sich folglich im Innenwiderstand und im Verschlechtern allmählich zu erhöhen.
Wenn die Verschlechterung oberhalb eines bestimmten Grades vorangeschritten ist, entsteht ein Problem, dass es unmöglich wird, eine genaue Erfassung des Luft-/ Kraftstoff- Verhältnisses auszuführen. Bis jetzt ist kein Verfahren bekannt, dass die Verschlechterung eines derartigen Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich genau erfassen kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren der Erfassung eines verschlechterten Zustandes eines Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich vorgesehen, wobei der Luft-/Kraftstoff- Verhältnis-Sensor zwei Zellen enthält, von denen jede einen sauerstoffionen- leitenden Festkörper- Elektrolytkörper hat, der durch einen Heizer erwärmt wird, und zwei poröse Elektroden, die an jeweils gegenüberliegenden Seiten des sauerstoffionen- leitenden Festkörper- Elektrolytkörpers angeordnet sind, wobei die zwei Zellen angeordnet sind, um sich jeweils mit einem Spalt dazwischen gegenüberzustehen, wobei eine Zelle als eine Pumpzelle zum Pumpen des Sauerstoffs aus dem Spalt heraus, oder in den Spalt hinein, verwendet wird und die andere der Zellen als eine elektromotorische Kraftzelle verwendet wird, um eine Spannung entsprechend einer Differenz in der Sauerstoffkonzentration zwischen einer Sauerstoffreferenzkammer und dem Spalt zu erzeugen, und das Verfahren einen ersten Schritt der Stromanwendung auf die elektromotorische Kraftzelle aufweist, einen zweiten Schritt des Erfassens einer Spannung Vs0 über die Elektroden auf gegenüberliegenden Seitenoberflächen der elektromotorischen Kraftzelle, einen dritten Schritt des Aussetzens des vorerwähnten Anlegens des Stromes auf die elektromotorische Kraftzelle, einen vierten Schritt des Erfassens einer Spannung Vs1 über die Elektroden auf den gegenüberliegenden Oberflächen der elektromotorischen Kraftzelle nach dem Verstreichen einer Zeit, die von 10 us bis 1ms nach dem vorerwähnten dritten Schritt reicht, einen fünften Schritt des Erfassens einer Spannung Vs2 über die Elektroden auf den gegenüberliegenden Seitenoberflächen der elektromotorischen Kraftzelle nach Verstreichen einer Zeit, die von 10 ms bis 50 ms nach dem vorerwähnten dritten Schritt reicht, und einen sechsten Schritt des Erfassens des verschlechterten Zustandes des Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich auf der Grundlage der Spannungen Vs0, Vs1 und Vs2.
Bei dem ersten Aspekt wird auf die elektromotorische Kraftzelle ein Strom angelegt und die Spannung Vs0 über den Elektroden auf den gegenüberliegenden Seitenoberflächen der elektromotorischen Kraftzelle wird erfasst. Danach wird das Anlegen des Stromes auf die elektromotorische Kraftzelle ausgesetzt und nach Verstreichen der Zeit, die von 10 us bis 1ms nach dem vorerwähnten Aussetzen reicht, wird die Spannung Vs1 über die Elektroden auf den gegenüberliegenden Seitenoberflächen der elektromotorischen Kraftzelle erfasst. Aus der Spannung Vs1 ist der Widerstandswert (d. h., die Temperatur) der elektromotorischen Kraftzelle bekannt. Dann, nach Verstreichen der Zeit, die von 10 ms bis 50 ms reicht, nachdem das vorerwähnten Anlegen des Stromes aufgehoben wird, wird die Spannung Vs2 über die Elektroden der elektromotorischen Kraftzelle erfasst. Aus dieser Spannung Vs2 ist der verschlechterte Zustand der elektromotorischen Kraftzelle bekannt. Die Spannung Vs2 wird jedoch durch die Temperatur der elektromotorischen Kraftzelle beeinflusst, d. h., die Spannung Vs2 ist veränderbar, was von einer Veränderung der Temperatur der elektromotorischen Kraftzelle abhängt. Aus diesem Grund wird der verschlechterte Zustand der elektromotorischen Kraftzelle auf der Grundlage der Spannung Vs0, Vs1 und Vs2 erfasst.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren nach dem ersten Aspekt vorgesehen, wobei der dritte Schritt nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeit ausgeführt wird, nachdem er startet, um dem Heizer Energie zuzuführen.
Bei dem zweiten Aspekt wird das Anlegen des Stromes auf die elektromotorische Kraftzelle nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeit, nachdem sie beginnt dem Heizer Energie zuzuführen, ausgesetzt. Es wird nämlich fortgesetzt einen Strom zuzuführen oder eine Spannung auf die elektromotorische Kraftzelle anzulegen, ohne ein Aussetzen derselben, bis eine Möglichkeit hervorgerufen wird, dass die elektromotorische Kraftzelle aktiviert worden ist.
Nach dem dritten Aspekt ist das Verfahren nach Anspruch 1 vorgesehen, wobei der dritte Schritt beginnt, nachdem die bei dem zweiten Schritt erfasste Spannung Vs0 gleich zu oder geringer als ein vorbestimmter Wert ist.
Bei dem dritten Aspekt startet das Aussetzen der Stromanwendung, nachdem die erfasste Spannung Vs0 gleich zu oder geringer als ein vorbestimmter Wert ist. Es wird nämlich fortgesetzt eine Stromanwendung zuzuführen oder eine Spannung auf die elektromotorische Kraftzelle anzulegen, ohne ein Aussetzen derselben, bis eine Möglichkeit hervorgerufen wird, dass die elektromotorische Kraftzelle aktiviert worden ist.
Nach einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Erfassen eines verschlechterten Zustandes eines Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich vorgesehen, wobei der Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensor zwei Zellen enthält, die jeweils einen sauerstoffionen- leitenden Festkörper- Elektrolytkörper haben, der durch einen Heizer erwärmt wird, und zwei poröse Elektroden, die auf den jeweils gegenüberliegenden Seiten des sauerstoffionen- leitenden Festkörper- Elektrolytkörpers angeordnet sind, wobei die zwei Zellen angeordnet sind, um miteinander mit einem Spalt dazwischen gegenüberzustehen, wobei eine der Zellen als eine Pumpzelle zum Pumpen des Sauerstoffs aus dem Spalt heraus, oder in den Spalt hinein, verwendet wird und die andere der Zellen als eine elektromotorische Kraftzelle verwendet wird, um eine Spannung entsprechend einer Differenz in der Sauerstoffkonzentration zwischen einer Sauerstoffreferenzkammer und dem Spalt zu erzeugen, und das Verfahren einen ersten Schritt der Stromanwendung auf die elektromotorische Kraftzelle aufweist, einen zweiten Schritt des Erfassens einer Spannung Vs0 über die Elektroden auf gegenüberliegenden Seitenoberflächen der elektromotorischen Kraftzelle, einen dritten Schritt des Aussetzens des vorerwähnten Anlegens des Stromes auf die elektromotorische Kraftzelle, einen vierten Schritt des Erfassens einer Spannung Vs1 über die Elektroden auf den gegenüberliegenden Oberflächen der elektromotorischen Kraftzelle nach dem Verstreichen einer Zeit, die von 10 us bis 1 ms nach dem vorerwähnten dritten Schritt reicht, einen fünften Schritt des Erfassens einer Spannung Vs2 über die Elektroden auf den gegenüberliegenden Seitenoberflächen der elektromotorischen Kraftzelle nach Verstreichen einer Zeit, die von 10 ms bis 50 ms nach dem vorerwähnten dritten Schritt reicht, einen sechsten Schritt des Erfassens eines ersten Widerstandswertes Rvs1 der elektromotorischen Kraftzelle auf der Grundlage der Spannungen Vs0 und Vs1, einem siebenten Schritt des Erfassens eines zweiten Widerstandswertes Rvs2 der elektromotorischen Kraftzelle auf der Grundlage der vorerwähnten Spannungen Vs0 und Vs2, und einen achten Schritt des Erfassens des verschlechterten Zustandes des Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich durch Vergleich der vorerwähnten Widerstandswerte Rvs1 und Rvs2.
Bei dem vierten Aspekt wird ein Stromauf die elektromotorische Kraftzelle angelegt und die Spannung Vs0 über die Elektroden auf den gegenüberliegenden Seitenoberflächen der elektromotorischen Kraftzelle wird erfasst. Danach wird die Anwendung des Stromes auf die elektromotorische Kraftzelle ausgesetzt und nach Verstreichen der Zeit, die von 10 us bis 1 ms nach dem vorerwähnten Aussetzen reicht, wird die Spannung Vs1 über die Elektroden auf den gegenüberliegenden Seitenoberflächen der elektromotorischen Kraftzelle erfasst. Außerdem wird, nach Verstreichen der Zeit, die von 10 ms bis 50 ms reicht, die Spannung Vs2 über die Elektroden auf den gegenüberliegenden Seitenoberflächen der elektromotorischen Kraftzelle erfasst. Auf der Grundlage der Spannungen Vs0 und Vs1 wird der erste Widerstandswert Rvs1 erfasst, der der Temperatur der elektromotorischen Kraftzelle gleichgesetzt wird, und auf der Grundlage der Spannungen Vs0 und Vs2 wird der zweite Widerstandswert Rvs2 erfasst, der dem Innenwiderstand der elektromotorischen Kraftzelle gleichgesetzt wird, die eine Komponente enthält, die aus der Verschlechterung herrührt. Der Widerstandswert Rvs2 wird durch die Temperatur der elektromotorischen Kraftzelle beeinflusst, d. h., der Widerstandswert Rvs2 ist abhängend von einer Veränderung der Temperatur der elektromotorischen Kraftzelle veränderbar. Aus diesem Grund wird der verschlechterte Zustand der elektromotorischen Kraftzelle durch Vergleich des Widerstandswertes Rvs1 und des Widerstandswertes Rvs2 erfasst.
Nach einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren der Erfassung eines verschlechterten Zustandes eines Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich vorgesehen, wobei der Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensor zwei Zellen enthält die jeweils einen sauerstoffionen leitenden Festkörper- Elektrolytkörper haben, der durch einen Heizer erwärmt wird, und zwei poröse Elektroden, die jeweils auf gegenüberliegen Seiten der sauerstoffionen- leitenden Festkörper- Elektrolytkörper angeordnet sind, wobei die zwei Zellen angeordnet sind, um einander mit einem Spalt dazwischen gegenüberzustehen, wobei eine der Zellen als eine Pumpzelle zum Pumpen des Sauerstoffs aus dem Spalt heraus, oder in den Spalt hinein, verwendet wird und die andere der Zellen als eine elektromotorische Kraftzelle verwendet wird, um eine Spannung entsprechend einer Differenz in der Sauerstoffkonzentration zwischen einer Sauerstoffreferenzkammer und dem Spalt zu erzeugen, und das Verfahren einen ersten Schritt der Stromanwendung auf die elektromotorische Kraftzelle aufweist, einen zweiten Schritt des Erfassens einer Spannung Vs0 über die Elektroden auf gegenüberliegenden Seitenoberflächen der elektromotorischen Kraftzelle, einen dritten Schritt des Aussetzens des vorerwähnten Anlegens des Stromes auf die elektromotorische Kraftzelle, einen vierten Schritt des Erfassens einer Spannung Vs2 über die Elektroden auf den gegenüberliegenden Oberflächen der elektromotorischen Kraftzelle nach dem Verstreichen einer Zeit, die von 10 ms bis 50 ms nachdem vorerwähnten dritten Schritt reicht, einen fünften Schritt des Erfassens des aktivierten Zustandes des Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich auf der Grundlage der Spannungen Vs0 und Vs2, einen sechsten Schritt des Erfassens eines Zeitabstandes Ts zwischen der Zeit, wenn es beginnt dem Heizer Energie zuzuführen und der Zeit, wenn es in dem fünften Schritt erfasst wird, dass der Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich in einem aktivierten Zustand ist, und ein siebenter Schritt des Erfassens des verschlechterten Zustandes des Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich auf der Grundlage des Zeitabstandes Ts, der in dem sechsten Schritt erfasst wird.
Bei dem fünften Schritt wird ein Strom auf eine elektromotorische Kraftzelle angelegt und eine Spannung Vs0 über die Elektroden auf den gegenüberliegenden Seitenoberflächen der elektromotorischen Kraftzelle wird erfasst. Dann wird das Anlegen des Stromes auf die elektromotorische Kraftzelle ausgesetzt und nach Verstreichen einer Zeit, die von 10 ms bis 50 ms nach dem vorerwähnten Aussetzen reicht, wird eine Spannung Vs2 über die Elektroden auf den gegenüberliegenden Seitenoberflächen der elektromotorischen Kraftzelle erfasst. Auf der Grundlage der Spannungen Vs0 und Vs2 wird der aktivierte Zustand des Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich erfasst. Es wird ein Zeitabstand zwischen der Zeit gemessen, wenn es beginnt dem Heizer Energie zuzuführen und der Zeit, wenn es erfasst wird, dass der Luft-/ Kraftstoff- Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich aktiviert worden ist. In diesem Zusammenhang, wenn der Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich verschlechtert worden ist, wird die Temperatur, bei er der Sensor aktiv wird, höher. Aus diesem Grund wird der verschlechterte Zustand des Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich auf der Grundlage des Zeitabstandes Ts erfasst, der notwendig ist, um den Sensor zu aktivieren.
Nach einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Erfassen eines aktivierten Zustandes des Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich vorgesehen, wobei der Luft- / Kraftstoff- Verhältnis- Sensor zwei Zellen enthält, die jeweils einen sauerstoffionen- leitenden Festkörper- Elektrolytkörper enthalten, der durch einen Heizer erwärmt wird, und zwei poröse Elektroden, die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des sauerstoffionen- leitenden Festkörper- Elektrolytkörpers angeordnet sind, wobei die zwei Zellen angeordnet sind, um einander mit einem Spalt dazwischen gegenüberzustehen, wobei eine der Zellen als eine Pumpzelle zum Pumpen des Sauerstoffs aus dem Spalt heraus, oder in den Spalt hinein, verwendet wird und die andere der Zellen als eine elektromotorische Kraftzelle verwendet wird, um eine Spannung entsprechend einer Differenz in der Sauerstoffkonzentration zwischen einer Sauerstoffreferenzkammer und dem Spalt zu erzeugen, und die Vorrichtung eine Stromanwendungseinrichtung zum Anlegen eines Stromes auf die elektromotorische Kraftzelle aufweist, eine Spannungs- Vs0- Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Spannung Vs0 über die Elektroden auf gegenüberliegenden Seitenoberflächen der elektromotorischen Kraftzelle, eine Aussetzeinrichtung zum Aussetzen der Anwendung des Stromes auf die elektromotorische Kraftzelle, eine Spannungs- Vs1- Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Spannung Vs1 über die Elektroden auf den gegenüberliegenden Oberflächen der elektromotorischen Kraftzelle nach dem Verstreichen einer Zeit, die von 10 us bis 1 ms reicht, nachdem dem Anlegen des Stromes auf die elektromotorische Kraftzelle ausgesetzt ist, eine Spannungs- Vs2- Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Spannung Vs2 über die Elektroden auf den gegenüberliegenden Seitenoberflächen der elektromotorischen Kraftzelle nach Verstreichen einer Zeit, die von 10 ms bis 50 ms reicht, nachdem das anlegen des Stromes auf die elektromotorische Kraftzelle ausgesetzt ist, die Rvs1- Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines ersten Widerstandswertes Rvs1 der elektromotorischen Kraftzelle auf der Grundlage der Spannungen Vs0 und Vs1, die Rvs2 - Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines zweiten Widerstandswertes Rvs2 der elektromotorischen Kraftzelle auf der Grundlage der Spannungen Vs0 und Vs2 und die Verschlechterungserfassungseinrichtung zum Erfassen des verschlechterten Zustandes des Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich auf der Grundlage der Widerstandswerte Rvs1 und Rvs2.
Bei dem sechsten Aspekt legt die Stromanwendungseinrichtung einen Strom auf die elektromotorische Kraftzelle an und die Spannungs Vs0- Erfassungseinrichtung erfasst die Spannung über die Elektroden auf den gegenüberliegenden Seitenoberflächen der elektromotorischen Kraftzelle. Die Aussetzeinrichtung setzt die Stromanwendung auf die elektromotorische Kraftzelle aus, nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeit, nachdem es die Energiezuführung zu dem Heizer startet. Die Spannungs- Vs1- Erfassungseinrichtung erfasst die Spannung Vs1 über die Elektroden auf den gegenüberliegenden Seitenoberflächen der elektromotorischen Kraftzelle nachdem Verstreichen einer Zeit, die von 10 us bis 1 ms reicht, nachdem der Strom ausgesetzt ist. Außerdem erfasst die Spannungs- Vs2- Erfassungseinrichtung die Spannung Vs2 über die Elektroden auf den gegenüberliegenden Seitenoberflächen der elektromotorischen Kraftzelle nach dem Verstreichen einer Zeit, die von 10 ms bis 50 ms reicht, nachdem die Anwendung des Stromes ausgesetzt ist. Die Rvs1- Erfassungseinrichtung eraßt den ersten Widerstandswert Rvs1, der der Temperatur der elektromotorischen Kraftzelle angeglichen wird, und die Rvs2 - Erfassungseinrichtung erfasst den zweiten Widerstandswert Rvs2, der dem Innenwiderstand der elektromotorischen Kraftzelle angeglichen wird, die eine Widerstandskomponente enthält, die aus der Verschlechterung herrührt. Der Widerstandswert Rvs2 wird durch die Temperatur der elektromotorischen Kraftzelle beeinflusst, d. h., der Widerstandswertes Rvs2 ist abhängend von einer Veränderung der elektromotorischen Kraftzelle veränderbar. Aus diesem Grund erfasst die Verschlechterungserfassungseinrichtung den verschlechterten Zustand des Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich durch Vergleich des Widerstandswertes Rvs1 und des Widerstandswertes Rvs2.
Nach dem siebenten Aspekt de vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, um den verschlechterten Zustand des Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich zu erfassen, wobei der Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich zwei Zellen enthält, die jeweils einen sauerstoffionenleitenden Festkörper- Elektrolytkörper haben, der durch einen Heizer erwärmt wird, und zwei poröse Elektroden, die jeweils auf gegenüberliegen Seiten der sauerstoffionen- leitenden Festkörper- Elektrolytkörper angeordnet sind, wobei die zwei Zellen angeordnet sind, um einander mit einem Spalt dazwischen gegenüberzustehen, wobei eine der Zellen als eine Pumpzelle zum Pumpen des Sauerstoffs aus dem Spalt heraus, oder in den Spalt hinein, verwendet wird und die andere der Zellen als eine elektromotorische Kraftzelle verwendet wird, um eine Spannung entsprechend einer Differenz in der Sauerstoffkonzentration zwischen einer Sauerstoffreferenzkammer und dem Spalt zu erzeugen, und die Vorrichtung eine einen er Stromanwendungseinrichtung aufweist, um einen Strom auf die elektromotorische Kraftzelle anzulegen, eine Vs0 Spannungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Spannung- Vs0 über die Elektroden auf gegenüberliegenden Seitenoberflächen der elektromotorischen Kraftzelle, eine Aussetzeinrichtung zum Aussetzen des Anlegens des Stromes auf die elektromotorische Kraftzelle, eine Vs2 Spannungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Spannung Vs2 über die Elektroden auf den gegenüberliegenden Oberflächen der elektromotorischen Kraftzelle nach dem Verstreichen einer Zeit, die von 10 ms bis 50 ms reicht, nachdem das Anlegen des Stromes auf die elektromotorische Kraftzelle ausgesetzt ist, eine Aktivitätserfassungseinrichtung zum Erfassens eines aktivierten Zustandes des Luft- / Kraftstoff- Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich auf der Grundlage der Spannungen Vs0 und Vs2, eine Aktivierungszeitabstand- Erfassungseinrichtung zum Erfassens eines Aktivierungszeitabstandes zwischen der Zeit, wenn es die Energiezuführung zu dem Heizer startet und der Zeit, wenn der Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich aktiv wird, und die Verschlechterungszustand- Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines verschlechterten Zustandes des Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich auf der Grundlage des Aktivierungszeitabstandes.
Bei dem siebenten Aspekt legt die Stromanwendungseinrichtung einen Strom auf die elektromotorische Kraftzeile an und die Vs0 Spannungserfassungseinrichtung erfasst die Spannung Vs0 über die Elektroden auf den gegenüberliegenden Seitenoberflächen der elektromotorischen Kraftzelle. Die Aussetzeinrichtung setzt die Anwendung des Stromes auf die elektromotorische Kraftzelle nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeit aus, nachdem er beginnt dem Heizer Energie zuzuführen. Die Vs2 Spannungserfassungseinrichtung erfasst die Spannung Vs2 über die Elektroden auf den gegenüberliegenden Seitenoberflächen der elektromotorischen Kraftzelle nach dem Verstreichen einer Zeit, die von 10 ms bis 50 ms reicht, nachdem das Anlegen des Stromes ausgesetzt ist. Danach erfasst die Aktivitätserfassungseinrichtung den aktivierten Zustand des Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich auf der Grundlage der Spannungen Vs0 und Vs2, während die Aktivierungszeitabstand- Erfassungseinrichtung den Aktivierungszeitabstand zwischen der Zeit erfasst, wenn es die Energiezuführung zu dem Heizer startet, und der Zeit, wenn der Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensor aktiv wird. In diesem Zusammenhang, wenn der Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich verschlechtert ist, wird die Temperatur, bei der der Sensor aktiv wird, höher. Der Erwärmungszeitabstand für das Erwärmen der Zelleneinheit des Sensors, bis er aktiviert wird, wird nämlich länger. Aus diesem Grund erfasst die Verschlechterungszustand- Erfassungseinrichtung den verschlechterten Zustand des Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich auf der Grundlage des Aktivierungszeitabstandes.
Das oben beschriebene Verfahren und die Vorrichtung sind zum Lösen der oben angemerkten Probleme effektiv, die dem Verfahren und der Vorrichtung nach dem Stand der Technik inhärent sind.
Es ist demzufolge ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein neues und verbessertes Verfahren der Erfassung eines verschlechterten Zustandes eines Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich vorzusehen, das die Verschlechterung des Sensors genau erfassen kann.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens der vorhergehenden Merkmale vorzusehen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Darstellung eines Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich, einem Heizer- Steuerschaltkreis und einer Steuerung entsprechend eines Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist ein Flussdiagramm eines Steuerablaufes für eine Steuerung von Fig. 1;
Fig. 3A ist eine graphische Darstellung einer Wellenform einer Spannung über einer elektromotorischen Kraftzelle des Sensors von Fig. 1;
Fig. 3B ist eine graphische Darstellung einer Wellenform eines Stromes, um zu der elektromotorischen Kraftzelle des Sensors von Fig. 1 zugeführt zu werden;
Fig. 4 ist eine vergrößerte, graphische Darstellung eines Abschnittes der Wellenform von Fig. 3A, die sich ergibt, wenn der Strom ausgeschaltet ist;
Fig. 5 ist ein Flussdiagramm eines Steuerungsablaufes für die Steuerung von Fig. 1 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ist eine vergrößerte, graphische Darstellung eines Abschnittes der Wellenform von Fig. 3A, die sich ergibt, wenn die Zuführung des Stromes ausgesetzt wird;
Fig. 7 ist eine grafische Darstellung eines Planes zum Gebrauch in dem Schritt S32 in dem Flussdiagramm von Fig. 2; und
Fig. 8 ist eine Veränderung des Flussdiagramms von Fig. 2; und
Fig. 9 ist eine Veränderung des Flussdiagramms von Fig. 5.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Zuerst auf Fig. 1 Bezug nehmend, ist ein Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich gezeigt, wie er eine Zelleneinheit 10 und einen Heizer 70 enthält. Die Zelleneinheit 10 ist in einem Abgassystem (nicht gezeigt) angeordnet, um die Sauerstoffkonzentration in den Abgasen zu messen. Eine Steuerung 50, die die vorliegende Erfindung verkörpert, ist mit der Zelleneinheit 10 verbunden, um die Temperatur derselben zu messen. Mit der Zelleneinheit 10 ist mittels eines Klebstoffes, hergestellt aus Keramik, der Heizer 70 verbunden, der durch den Heizersteuerungsschaltkreis 60 gesteuert wird. Der Heizer 70 ist aus einem isolierenden Material hergestellt, d. h., einem Keramikmaterial, z. B. Tonerde, und hat im Inneren einen Heizerschaltkreis oder eine Verdrahtung 72 vorgesehen. Der Heizersteuerungsschaltkreis 60 wendet eine Elektroenergie auf den Heizer 70 in solch einer Weise an, um den Widerstand der Zelleneinheit 10, um durch die Steuerung 50 bei einem Zielwert gemessen zu werden, beizubehalten, wodurch die Temperatur der Sensoreinheit 10 bei einem Zielwert beibehalten wird.
Die Zelleneinheit 10 enthält eine Pumpzelle 14, eine poröse Diffusionsschicht 18, eine elektromotorische Kraftzelle 24 und eine Verstärkungsplatte 30, die eine über der anderen platziert sind. Die Pumpzelle 14 ist aus einem Festkörperelektrolyt hergestellt, das eine Sauerstoffionenleitfähigkeit hat, d. h., stabilisiertes oder teilweise stabilisiertes Zirkon (ZrO&sub2;) und hat an der vorderen und der hinteren Oberfläche derselben poröse Elektroden 12 und 16, jeweils hauptsächlich aus Platin hergestellt. Auf die poröse Elektrode 12 der vorderen Oberflächenseite, die dem zu messenden Gas ausgesetzt ist, wird eine Spannung Ip+ angelegt, um den elektrischen Strom Ip+ zu veranlassen dort durchzufließen, so dass die poröse Elektrode 12 der vorderen Oberflächenseite als eine Ip+- Elektrode bezeichnet wird. Andererseits wird auf die poröse Elektrode 14 der hinteren Oberflächenseite eine Spannung Ip- angelegt, um den elektrischen Strom Ip- zu veranlassen, dort durchzufließen, so dass die poröse Elektrode 14 der hinteren Oberflächenseite als eine Ip- Elektrode bezeichnet wird.
Die elektromotorische Kraftzelle 24 ist ähnlich aus stabilisiertem oder teilweise stabilisiertem Zirkon (ZrO&sub2;) hergestellt und hat an der vorderen und der hinteren Oberfläche derselben poröse Elektroden 22 und 28, jeweils hauptsächlich aus Platin hergestellt. Zwischen der Pumpzelle 14 und der elektromotorischen Kraftzelle 24 ist ein Spalt gebildet (Messkammer) 20, der durch eine poröse Diffusionsschicht 18 umgeben ist. Der Spalt 20 ist nämlich mit der Messgasatmosphäre mittels der porösen Diffusionsschicht 18 in Verbindung. Inzwischen ist in diesem Ausführungsbeispiel die poröse Diffusionsschicht 18 durch Einfüllen eines porösen Materiales an Ort und Stelle gebildet, aber sie kann andererseits durch Anbringen von Poren an Ort und Stelle gebildet werden. An der porösen Elektrode 22, vorgesehen an der Spaltseite (Messkammer) 20, wird eine Spannung Vs- durch die elektromotorische Kraft Vs der elektromotorischen Kraftzelle 24 erzeugt, so dass die poröse Elektrode 22 als eine Vs- Elektrode bezeichnet wird. Andererseits, an der porösen Elektrode 28, angeordnet auf der Seite einer Sauerstoffreferenzkammer 26, wird eine Spannung Vs+ durch die elektromotorische Kraft Vs der elektromotorischen Kraftzelle 24 erzeugt, so dass die poröse Elektrode 28 als eine Vs+ Elektrode bezeichnet wird. In der Zwischenzeit wird der Referenzsauerstoff innerhalb der Sauerstoffreferenzkammer 26 durch Pumpen von vorbestimmten Sauerstoff aus der porösen Elektrode 22 heraus und in die poröse Elektrode 28 hinein erzeugt.
Dadurch wird eine Menge von Sauerstoff, die der Differenz in der Sauerstoffkonzentration zwischen dem gemessenen Gas (d. h., dem Gas, das gemessen werden soll) und der Atmosphäre in dem Spalt 20 entspricht, in die Seite des Spaltes 20 mittels der poröse Diffusionsschicht 18 diffundiert. In diesem Zusammenhang, wenn das Luft- 1 Kraftstoff- Verhältnis der Atmosphäre innerhalb des Spaltes 20 bei einem theoretischen (d. h., stöchiometrischen) Wert beibehalten wird, wird ein Potential von ungefähr 0,45 V zwischen der Vs+ Elektrode 28 und der Vs- Elektrode 22 der elektromotorischen Kraftzelle 24 infolge der Differenz in der Sauerstoffkonzentration zwischen dem Spalt 20 und der Sauerstoffreferenzkammer 26 erzeugt. Aus diesem Grund, durch Steuerung des Stromes Ip, der durch die Pumpzelle 14 in solch einer Weise fließt, dass die elektromotorische Kraft Vs der elektromotorischen Kraftzelle 24 auf 0,45 V reguliert wird, um dabei das Luft-/Kraftstoff- Verhältnis der Atmosphäre in dem Spalt 20 bei einem theoretischen (d. h., stöchiometrischen) Wert zu halten, wobei die Steuerung 50 die Sauerstoffkonzentration in dem gemessenen Gas auf der Grundlage des Pumzellenstromes Ip misst, um das Luft-/Kraftstoff- Verhältnis der Atmosphäre in dem Spalt 20 auf einem theoretischen Wert zu halten.
Bezugnehmend auf die Fig. 2 bis 4 wird der Betrieb der Steuerung 50 zum Erfassen des aktivierten Zustandes des Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich beschrieben.
Zuerst, nachdem der Motor gestartet ist, startet die Steuerung 50 die Zuführung eines Stromes zu dem Heizer 70 mittels des Heizersteuerungsschaltkreises 60, während ein konstanter Strom Icp veranlasst wird durch die elektromotorische Kraftzelle 24 durchzufließen und die Spannung über die porösen Elektroden 22 und 28 auf den gegenüberliegenden Seitenoberflächen der elektromotorischen Kraftzelle 24 (Schritt S10) zu messen. Dann wird die Entscheidung vorgenommen, ob die Spannung Vs der elektromotorischen Kraftzelle 24 gleich wird zu oder geringer als die Spannung Vss (bezogen auf Fig. 3A), bei der sie eine Möglichkeit hervorruft, dass die Zelleneinheit 10 aktiviert worden ist oder in einen aktivierten Zustand (Schritt S12) gebracht worden ist. Die Steuerung 50 hält nämlich die Zuführung eines Stromes auf die elektromotorische Kraftzelle 24 ohne ein Aussetzen oder eine Unterbrechung bei, bis eine Möglichkeit hervorgerufen wird, dass die Zelleneinheit 10 in einen aktivierten Zustand gebracht worden. Wenn die Spannung Vs der elektromotorischen Kraftzelle 24 gleich wird zu oder geringer als die Spannung Vss, bei der eine Möglichkeit hervorgerufen wird, dass die Zelleneinheit 10 in einen aktivierten Zustand gebracht worden ist (Ja in Schritt 12), wird die Entscheidung getroffen, ob ein vorbestimmter Abstand verstrichen ist, oder ob nicht (Schritt S14) und danach wird die Spannung Vs0 gemessen (S15). Zu dieser in den Fig. 3A und 3B gezeigten Zeit t2, d. h., der Zeit, wenn ein vorbestimmter Abstand verstreicht (Ja in Schritt S14), wird die Zuführung des Stromes Icp zu der elektromotorischen Kraftzelle 24 unterbrochen oder ausgesetzt (Schritt S16). Die Wellenform der Spannung von Fig. 3a ist in einem vergrößerten Maßstab in Fig. 4 gezeigt.
Zu der Zeit t3, unmittelbar nach der Unterbrechung des Stromes, d. h., nach Verstreichen einer Zeit, die von von 10 us bis 1 ms nach der Unterbrechung des Stromes (Ja in S18) reicht, misst die Steuerung 50 die Spannung Vs1 über die elektromotorische Kraftzelle 24 zu der Zeit t3 und berechnet die Differenz zwischen der Spannung Vs0 der elektromotorischen Kraftzelle 24 unmittelbar vor der Unterbrechung des Stromes und der Spannung Vs1 von der gleichen zu der Zeit t3, d. h., den Spannungsabfall Vsd1 (Schritt S20). Dann wird der Innenwiderstand Rvs1 der elektromotorischen Kraftzelle 24 berechnet und danach wird ein Plan, der vorher präpariert worden ist, für die Zelleneinheit 10 (Schritt S22) gesucht. Danach, zu der Zeit t4, wenn die Zeit, die von 10 bis 50 ms reicht, verstreicht, nachdem die Zeit t2, bei der die Zuführung des Stromes Icp unterbrochen worden ist (Ja in Schritt S24), wird es vorgenommen, die Spannung Vs2 über die elektromotorische Kraftzelle 24 zu der Zeit t4 zu messen und die Different zwischen der Spannung Vs0 der elektromotorischen Kraftzelle 24 unmittelbar vor der Unterbrechung des Stromes und der Spannung Vs2 vom gleichen zu der Zeit t4 zu berechnen, d. h., den Spannungsabfall Vsd2 (Schritt S26). Danach wird der Innenwiderstand Rvs2 der elektromotorischen Kraftzelle 24, der eine Widerstandskomponente enthält, die aus der Verschlechterung herrührt, berechnet oder ein Plan, der vorher präpariert worden ist, wird für solch einen Innenwiderstand Rvs2 gesucht (Schritt S28). Bezugnehmend auf Fig. 4 wird jetzt eine Beschreibung auf die Spannung Vs der elektromotorischen Kraftzelle 24 zu der Zeit der Unterbrechung der Zuführung des Stromes Icp vorgenommen. Zuerst wird die Spannung Vs der elektromotorischen Kraftzelle 24 ausgedrückt durch:
Vs = Icp · Rvs + EMF
wo Rvs der Innenwiderstand der elektromotorischen Kraftzelle 24 ist und EMF die innere elektromotorische Kraft der elektromotorischen Kraftzelle 24 ist.
Wenn die Zuführung des Stromes Icp unterbrochen oder ausgesetzt ist, fällt die Spannung Vs der elektromotorischen Kraftzelle 24 schnell ab, um zu der inneren elektromotorischen Kraft EMF gleich zu werden. In diesem Beispiel, da der Strom Icp ein bekannter Wert ist, kann der Innenwiderstand Rvs1 durch Messen des Spannungsabfalls Vsdl erhalten werden, wie oben beschrieben und durch Teilen des Stromes Icp durch den gemessenen Spannungsabfall Vsd1 (Schritte S20 und S22). In der Zwischenzeit hängt der Spannungsabfall Vsd1 unmittelbar nach der Unterbrechung der Zuführung des Stromes Icp nur von der Temperatur der elektromotorischen Kraftzelle 24 ab und wird nicht direkt von der Verschlechterung der elektromotorischen Kraftzelle 24 beeinflusst, wie nachstehend beschrieben wird.
Die Spannung Vs der elektromotorischen Kraftzelle 24 fällt zuerst schnell und dann allmählich ab, wie oben beschrieben. Der allmähliche Abfall der Spannung Vs hängt hauptsächlich von der Verschlechterung der elektromotorischen Kraftzeile 24 ab, d. h., von der Zelleneinheit 10. Die elektromotorische Kraftzelle 24 der Zelleneinheit 10 besteht aus den porösen Elektroden 22 und 28, hergestellt aus PT (Platin), die mit der vorderen und der hinteren Oberfläche der teilweise stabilisierten Zirkonplatte, wie oben beschrieben, verbunden ist, so tritt nach einer langgestreckten Zeitdauer des Gebrauchs zwischen der teilweise stabilisierten Zirkonplatte und den porösen Elektroden 22 und 28 Abtrennung auf, während gleichzeitig die Sauerstoffdurchlässigkeit der porösen Elektroden 22 und 28 abfällt, um somit den Innenwiderstand zu erhöhen. Jedoch in dem Luft-/ Kraftstoff- Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich, hergestellt aus teilweise stabilisiertem Zirkon, erscheint der Innenwiderstand, der aus solch Verschlechterung herrührt, nicht unmittelbar nach der oben beschriebenen Unterbrechung der Zuführung des Stromes, so dass in diesem Ausführungsbeispiel die Messung des Spannungsabfall Vsd1 zu der Zeit t4 vorgenommen wird, d. h., zu der Zeit, wenn die Zeit, die von 10 bis 50 ms reicht, verstreicht, nachdem die Zeit t2, bei der die Zuführung des Stromes Icp unterbrochen wird, und der Spannungsabfall Vsd2, der eine Widerstandskomponente enthält, die aus der Verschlechterung herrührt, wird berechnet.
In dem nächsten Schritt (Schritt S30), wird die Entscheidung, ob der Innenwiderstand Rvs2 gleich ist zu oder geringer als ein vorbestimmter Wert ist getroffen. In dem Fall, dass der Innenwiderstand Rvs2 gleich ist zu oder geringer als ein vorbestimmter Wert ist, wird es entschieden, dass die Zelleneinheit 10 noch nicht aktiviert worden ist und der Verfahrensablauf für die Entscheidung des Aktivierens wird erneut wiederholt.
In dem Fall, dass entschieden wird, dass die Zelleneinheit 10 aktiviert worden ist, wird die Suche für die Entscheidung nach der Verschlechterung der Zelleneinheit 10 durch Verwenden eines Planes, der in der Steuerung 50 vorher installiert wurde, und der Innenwiderstandwerte Rvs1 und Rvs2, die in den oben beschriebenen Schritten (Schritt S32) erhalten worden sind, vorgenommen. Ein Beispiel solch eines Planes ist in Fig. 7 gezeigt.
Andererseits kann die Entscheidung nach der Verschlechterung durch Berechnung die Rvs2 und Rvs1 verwendet, vorgenommen werden. In dem Fall eines einfachen Modells kann die Differenz zwischen Rvs2 und Rvs1 als eine Widerstandskomponente an der Schnittstelle zwischen den porösen Elektroden und dem Elektrodenkörper betrachtet werden. Obwohl entschieden worden ist, dass die Zelleneinheit 10 verschlechtert worden ist, wenn die Widerstandskomponente größer als ein bestimmter Wert ist, ist die Widerstandskomponente an dieser Schnittstelle veränderbar, was grundsätzlich von der Temperatur abhängt. Somit wird die Widerstandskomponente an der Schnittstelle für eine Temperaturveränderung durch Gebrauch des folgenden Ausdruckes zuerst kompensiert, und dann wird auf der Grundlage, ob die somit kompensierte Widerstandskomponente gleich ist zu oder größer ist als ein vorbestimmter Widerstandswert Rr die Entscheidung nach der Verschlechterung vorgenommen.
(Rvs2 - Rvs1)/Rvs1
Wenn mittels des Planes oder durch die Berechnung entschieden wird, dass die Zelleneinheit 10 verschlechtert worden ist, wird das Ergebnis in dem Speicher gespeichert und wird nicht verwendet einen Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Erfassungsbetrieb des Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich (Schritt S34) zu starten.
Wenn es andererseits in dem Fall entschieden wird, dass die Zelleneinheit 10 nicht verschlechtert worden ist, wird die Messung der Sauerstoffkonzentration vorgenommen, um zu beginnen (Schritt S36), und das Programm zur Erfassung der Verschlechterung wird beendet.
Durch das oben beschriebene erste Ausführungsbeispiel wird es möglich, die Aktivität des Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich zu erfassen und zusätzlich wird es möglich die Alterungsverschlechterung der elektromotorischen Kraftzelle 24 genau zu erfassen.
Bezug nehmend auf Fig. 5 wird eine Beschreibung bezüglich eines Aktivitäts- und Verschlechterungserfassungsbetrieb einer Steuerung eines Luft- / Kraftstoff Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich nach einem zweiten Ausführungsbeispiel vorgenommen. Dieses Ausführungsbeispiel ist im Wesentlichen im Aufbau und in dem Verfahren des Unterbrechens des Stromes mit dem ersten Ausführungsbeispiel, das in Bezug auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben ist, dasselbe, so dass dieses Ausführungsbeispiel zusätzlich mit Bezug auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben wird und die Beschreibung wird zur Verkürzung weggelassen.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel führt die Steuerung 50, nachdem der Motor gestartet worden ist, einen Strom zu dem Heizer 70 mittels des Heizersteuerungsschaltkreises 60 zu, um die Zelleneinheit 10 zu erwärmen und um sie zu aktivieren. Dann führt die Steuerung 50 den Strom Icp zu der elektromotorischen Kraftzelle 24 zu, um abhängend von der Spannung Vs der elektromotorischen Kraftzelle 24 zu erfassen, ob die elektromotorische Kraftzelle 24 erwärmt und aktiviert wird, und startet dann die Messung der Sauerstoffkonzentration, während die Entscheidung hinsichtlich der Verschlechterung der elektromotorischen Kraftzelle 24 vorgenommen wird. Solch ein Betrieb der Steuerung 50 wird ausführlicher in Bezug auf das Flussdiagramm von Fig. 5, zusammen mit Fig. 3A vorgenommen, die die Spannung Vs der elektromotorischen Kraftzelle 24 zeigt, wobei Fig. 3B den Strom Icp der elektromotorischen Kraftzelle 24 zeigt und Fig. 6 zeigt, in einem vergrößerten Maßstab, die Wellenform, die herrührt, wenn die Zuführung des Stromes Icp unterbrochen wird.
Zuerst, nachdem der Motor gestartet worden ist, führt die Steuerung 50 Strom zu dem Heizer 70 mittels des Heizersteuerungsschaltkreises 60 zu. Gleichzeitig damit führt die Steuerung 50 einen konstanten Strom Icp zu der elektromotorischen Kraftzelle 24 zu und die misst die Spannung über den porösen Elektroden 22 und 28, angeordnet auf den gegenüberliegenden Seitenoberflächen der elektromotorischen Kraftzelle 24 (Schritt S50). Nachdem es ausgeführt wurde, einen Zeitgeber zum Messen eines Zeitabstandes, der für die elektromotorische Kraftzelle 24 notwendig ist, um aktiv zu werden, zu starten, wird die Entscheidung getroffen, ob der Zeitabstand verstrichen ist, während die Möglichkeit hervorgerufen wird, dass die Zelleneinheit 10 aktiviert worden ist, d. h., ob der Zeitabstand T5 verstrichen ist, der der kürzeste Zeitabstand für die Zelleneinheit 10 ist, um aktiviert zu werden (bezogen auf Fig. 3A) (Schritt S52). Die Zuführung des Stromes zu der elektromotorischen Kraftzelle 24 wird ohne eine Unterbrechung oder ein aussetzen fortgesetzt, bis eine Möglichkeit hervorgerufen wird, dass die Zelleneinheit 10 aktiviert worden ist.
Wenn die Zeit verstrichen ist, bei der die oben beschriebene Möglichkeit der Aktivierung (Ja in Schritt S54) hervorgerufen wird, wird die Entscheidung, ob ein vorbestimmter Zeitabstand verstrichen ist, vorgenommen (Schritt S56), und zu der Zeit t2, wenn ein vorbestimmter Zeitabstand, wie in den Fig. 3A und 3B gezeigt (Ja in Schritt S56) verstreicht, wird die Spannung Vs0 über die elektromotorische Kraftzelle 24 gemessen (S57) und danach wird die Zuführung des Stromes Icp zu der elektromotorischen Kraftzelle 24 unterbrochen oder ausgesetzt (S58). Fig. 3A zeigt die Wellenform, die einer Spannungsveränderung repräsentativ ist, die aus der Zeit resultiert, wenn die Stromzuführung ausgesetzt ist.
Zu der Zeit t4, d. h., zu der Zeit, wenn die Zeit, die von 10 bis 50 ms reicht, verstreicht, nachdem die Zuführung des Stromes unterbrochen wird (Ja in Schritt S60), wird es ausgeführt, die Spannung Vs2 über die elektromotorische Kraftzelle 24 zu der Zeit t4 zu messen, und den Unterschied zwischen der Spannung Vs0 unmittelbar bevor die Zuführung des Stromes zu der elektromotorischen Kraftzelle 24 unterbrochen wird und der Spannung Vs2 zu der Zeit t4, d. h., den Spannungsabfall Vsd2 (Schritt S62) zu berechnen. Dann wird der Innenwiderstand der elektromotorischen Kraftzelle 24 (d. h., der Widerstand Rvs3, der eine Widerstandskomponente enthält, die aus der Verschlechterung herrührt) berechnet, oder ein Plan, der vorher präpariert worden ist, wird für diesen Innenwiderstand (Schritt S64) aufgesucht. Danach wird die Entscheidung hinsichtlich der Aktivität der Zelleneinheit 10 auf der Grundlage vorgenommen, ob der berechnete oder der aufgesuchte Innenwiderstand Rvs3 der elektromotorischen Kraftzelle 24 ein vorbestimmter Wert geworden ist, oder ob nicht (Schritt S66).
In diesem Beispiel, in dem Fall, dass die Zelleneinheit 10 noch nicht aktiviert worden ist (Nein in Schritt S66), wird das Erwärmen weiter fortgeführt und die Steuerung auf den Schritt S56 zurückgebracht, um zu entscheiden, ob der oben beschriebene Abstand verstrichen ist. Wenn dieser Abstand verstrichen ist (Ja in Schritt S56), wird die Zuführung des Stromes Icp unterbrochen (Schritt S58), um das oben beschriebene Verfahren zu beenden.
Andererseits, in dem Fall, dass im Schritt S66 entschieden wird, dass die elektromotorische Kraftzelle 24 bis auf die aktive Temperatur (Ja in Schritt S66) erwärmt worden ist, wird der Zeitgeber zum Messen des Zeitabstandes, der für die elektromotorische Kraftzelle 24 notwendig ist, um aktiviert zu werden, gestoppt und es wird der Zeitabstand Ts gemessen zwischen der Zeit, wenn er beginnt, den Strom Icp zuzuführen, d. h., es beginnt den Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich durch den Heizer 70 zu erwärmen und der Zeit, wenn der Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich aktiviert wird (S68). Dann wird es entschieden, ob der Zeitabstand Ts den längsten Zeitabstand zur Aktivierung der elektromotorischen Kraftzelle 24 (Schritt S70) überschreitet. Da sich nämlich die elektromotorische Kraftzelle 24 verschlechtert, wird die Temperatur höher, bei der die elektromotorische Kraftzelle 24 aktiviert wird und der Zeitabstand für die elektromotorische Kraftzelle 24, bis sie aktiviert wird, wird länger. Aus diesem Grund wird in dem zweiten Ausführungsbeispiel der längste Zeitabstand, der angenommen wird, um für die Aktivierung der Zelleneinheit, die noch nicht verschlechtert ist, notwendig zu sein, vorher als der längste Erwärmungszeitabstand bestimmt, und die Entscheidung hinsichtlich der Verschlechterung der Zelleneinheit wird auf der Grundlage getroffen, ob das Zeitintervall Ts den längsten Erwärmungszeitabstand überschreitet.
In diesem Beispiel, in dem Fall, dass der Zeitabstand Ts den vorbestimmten längsten Erwärmungszeitabstand nicht überschreitet (Nein in Schritt S70), startet sie eine Stromzuführung zu der Pumpzelle 14 und die Messung der Sauerstoffkonzentration in den Abgasen mittels des Luft-/Kraftstoff- Verhältnis-Sensors mit großem Erfassungsbereich (Schritt S74). Andererseits, in dem Fall, in dem der Zeitabstand Ts den vorbestimmten längsten Erwärmungszeitabstand überschreitet (Ja in Schritt S70), wird eine Information bezüglich der Verschlechterung des Luft- 1 Kraftstoff- Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich in dem Speicher gespeichert, der an der Motorsteuereinheit oder dergleichen zum Speichern der Information bezüglich der verschiedenen Zustände eines Fahrzeuges vorgesehen ist, und von da an wird keine Starterfassung der Sauerstoffkonzentration durch den Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich vorgenommen. Auf der Grundlage der in dem Speicher gespeicherten Information wird der Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich zur Zeit einer periodischen Inspektion oder dergleichen durch einen neuen ersetzt, so dass von da an das Luft-/Kraftstoff- Verhältnis des Motors passend vorgenommen werden kann.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird es möglich zu erfassen, ob der Luft-/ Kraftstoff- Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich aktiviert ist und zusätzlich wird es möglich, die Alterungsverschlechterung der elektromotorischen Kraftzelle 24 genau zu bestimmen.
In der Zwischenzeit, in dem ersten Ausführungsbeispiel, das in Bezug auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben wurde, wird die Unterbrechung der Zuführung des Stromes zum Erfassen der Aktivitäten vorgenommen, um sie zu starten, nachdem es in Schritt S12 in Fig. 2 entschieden wurde, ob die Spannung Vs der elektromotorischen Kraftzelle 24 gleich zu oder geringer als ein vorbestimmter Wert wird. In dem zweiten Ausführungsbeispiel, beschrieben in Bezug auf die Fig. 5, wird die Unterbrechung der Stromzuführung zum Erfassen der Aktivität vorgenommen, um zu starten, nachdem es in Schritt S54 in Fig. 5 entschieden ist, ob eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist. Jedoch kann das Verfahren der Startunterbrechung der Zuführung des Stromes zum Erfassen der Aktivität, wenn es entschieden wird, dass eine vorbestimmte Zeit (S54) in dem zweiten Ausführungsbeispiel verstrichen ist, auf die Steuerung des ersten Ausführungsbeispieles durch Herbeiführen solch einer Entscheidung, wie in Fig. 8 gezeigt, angewandt werden, die eine Veränderung des Steuerablaufes von Fig. 2 zeigt, d. h., in Schritt S13 in dem Steuerablauf von Fig. 8. Ähnlich kann das Verfahren der Startunterbrechung der Zuführung des Stromes zum Erfassen der Aktivität, wenn entschieden wird, dass die Spannung gleich zu, oder geringer als ein vorbestimmter Wert (S12) in dem ersten Ausführungsbeispiel wird, auf die Steuerung des zweiten Ausführungsbeispieles durch Herbeiführen solch einer Entscheidung, wie in Fig. 9 angewandt werden, die eine Veränderung des Steuerablaufes von Fig. 5 zeigt, d. h., in dem Schritt S55 in dem Steuerablauf von Fig. 9.
Außerdem wird während des ersten und des zweiten Ausführungsbeispieles ein Konstant- Strom auf die elektromotorische Kraftzelle 24 angewandt, wobei eine Konstant- Spannung an Stelle eines Konstant- Stromes angewandt werden kann und das Anlegen der Konstant- Spannung kann in vorbestimmten Abständen unterbrochen werden. Außerdem, während in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen die Verschlechterung des Luft-/Kraftstoff Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich zu der Zeit des Aufwärmens des Motors erfasst wird, kann die Verschlechterung selbst während des Normalbetriebs des Motors durch Unterbrechen der Stromzuführung auf die elektromotorischen Kraftzelle ähnlich erfasst werden.

Claims

1. Verfahren zum Erfassen eines verschlechterten Zustandes eines Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich, wobei der Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensor zwei Zellen enthält, die jeweils einen sauerstoffionenleitenden Festkörper- Elektrolytkörper haben, erwärmt durch einen Heizer und zwei poröse Elektroden, die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des sauerstoffionenleitenden Festkörper- Elektrolytkörpers angeordnet sind, wobei die zwei Zellen so angeordnet sind, dass sie sich mit einem Abstand dazwischen gegenüberzustehen, wobei eine der Zellen als eine Pumpzelle zum Pumpen von Sauerstoff aus dem Spalt heraus, oder in den Spalt hinein verwendet wird, und die andere der Zellen als eine elektromotorische Kraftzelle für das Erzeugen einer Spannung entsprechend einer Differenz in der Sauerstoffkonzentration zwischen einer Sauerstoff Referenzkammer und dem Spalt verwendet wird, wobei das Verfahren aufweist:

einen ersten Sehritt des Anlegens eines Stromes an die elektromotorische Kraftzelle;

einen zweiten Schritt einer Erfassung einer Spannung Vs0 über die Elektroden auf gegenüberliegenden Oberflächen der elektromotorischen Kraftzelle;

einen dritten Schritt des Aussetzens des Anlegens des Stromes an die elektromotorische Kraftzelle;

einen vierten Schritt des Erfassens einer Spannung Vs1 über die Elektroden auf gegenüberliegenden Oberflächen der elektromotorischen Kraftzelle nach dem Verstreichen einer Zeit, die von 10 us bis 1 ms nach dem dritten Schritt reicht;

einen fünften Schritt des Erfassens einer Spannung Vs2 über die Elektroden auf gegenüberliegenden Seiten der elektromotorischen Kraftzelle nach dem Verstreichen einer Zeit, die von 10 ms bis 50 ms nach dem dritten Schritt reicht; und

einen sechsten Schritt des Erfassens des verschlechterten Zustandes des Luft-/ Kraftstoff- Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich auf der Grundlage der Spannungen Vs0, Vs1 und Vs2.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der dritte Schritt nach verstreichen einer vorbestimmten Zeit ausgeführt wird, nachdem es beginnt, dem Heizer Energie zuzuführen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der dritte Schritt startet, nachdem die in dem zweiten Schritt erfasste Spannung VSO gleich oder niedriger als ein vorbestimmter Wert wird.

4. Verfahren zum Erfassen eines verschlechterten Zustandes eines Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich, wobei der Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensor zwei Zellen enthält, die jeweils einen sauerstoffionenleitenden Festkörper- Elektrolytkörper haben, erwärmt durch einen Heizer und zwei poröse Elektroden, die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des sauerstoffionenleitenden Festkörper- Elektrolytkörpers angeordnet sind, wobei die zwei Zellen so angeordnet sind, dass sie einander mit einem Abstand dazwischen gegenüberzustehen, wobei eine der Zellen als eine Pumpzelle zum Pumpen von Sauerstoff aus dem Spalt heraus, oder in den Spalt hinein verwendet wird, und die andere der Zellen als eine elektromotorische Kraftzelle für das Erzeugen einer Spannung entsprechend einer Differenz in der Sauerstoffkonzentration zwischen einer Sauerstoff Referenzkammer und dem Spalt verwendet wird, wobei das Verfahren aufweist:

einen ersten Schritt des Anlegens eines Stromes an die elektromotorische Kraftzelle;

einen zweiten Schritt des Erfassens einer Spannung Vs0 über die Elektroden auf gegenüberliegenden Oberflächen der elektromotorischen Kraftzelle;

einen fünften Schritt des Erfassens einer Spannung Vs2 über die Elektroden auf gegenüberliegenden Seitenoberflächen der elektromotorischen Kraftzelle nach dem Verstreichen einer Zeit, die von 10 ms bis 50 ms nach dem dritten Schritt reicht; und

einen sechsten Schritt des Erfassens eines ersten Widerstandswertes Rvs1 der elektromotorischen Kraftzelle auf der Grundlage der Spannungen Vs0 und Vs1;

einen siebenten Schritt des Erfassens eines zweiten Widerstandswertes Rvs2 der elektromotorischen Kraftzelle auf der Grundlage der Spannungen Vs0 und Vs2; und

einen achten Schritt des Erfassens des verschlechterten Zustandes eines Luft-/ Kraftstoff Verhältnis- Sensors mit großem Meßbereich durch Vergleich der Widerstandswerte Rvs1 und Rvs2.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der dritte Schritt nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit ausgeführt wird, nachdem es beginnt, dem Heizer Energie zuzuführen.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der dritte Schritt startet, nachdem die in dem zweiten Schritt erfasste Spannung VSO gleich oder niedriger als ein vorbestimmter Wert wird.

7. Verfahren zum Erfassen eines verschlechterten Zustandes eines Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich, wobei der Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensor zwei Zellen enthält, die jeweils einen sauerstoffionenleitenden Festkörper- Elektrolytkörper haben, erwärmt durch einen Heizer und zwei poröse Elektroden, die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des sauerstoffionenleitenden Festkörper- Elektrolytkörpers angeordnet sind, wobei die zwei Zellen angeordnet sind, dass sie einander mit einem Abstand dazwischen gegenüberzustehen, wobei eine der Zellen als eine Pumpzelle zum Pumpen von Sauerstoff aus dem Spalt heraus, oder in den Spalt hinein verwendet wird, und die andere der Zellen als eine elektromotorische Kraftzelle für das Erzeugen einer Spannung entsprechend einer Differenz in der Sauerstoffkonzentration zwischen einer Sauerstoff- Referenzkammer und dem Spalt verwendet wird, wobei das Verfahren aufweist:

einen ersten Schritt des Anlegens eines Stromes auf die elektromotorische Kraftzelle;

einen zweiten Erfassungsschritt einer Spannung Vs0 über die Elektroden auf gegenüberliegenden Oberflächen der elektromotorischen Kraftzelle;

einen vierten Schritt des Erfassens einer Spannung Vs2 über die Elektroden auf gegenüberliegenden Oberflächen der elektromotorischen Kraftzelle nach dem Verstreichen einer Zeit, die von 10 ms bis 50 ms nach dem dritten Schritt reicht;

einen fünften Schritt des Erfassens des aktivierten Zustandes des Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich auf der Grundlage der Spannungen Vs0 und Vs2;

einen sechsten Schritt des Erfassens eines Zeitintervalls Ts zwischen der Zeit, wenn es beginnt, dem Heizer Energie zuzuführen und der Zeit, wenn in dem fünften Schritt erfasst wird, dass der Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich in einem aktivierten Zustand ist; und

einen siebenten Schritt des Erfassens des verschlechterten Zustandes Luft-/ Kraftstoff- Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich auf der Grundlage des in dem sechsten Schritt erfassten Zeitintervalls Ts.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der dritte Schritt nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeit ausgeführt wird, nachdem es beginnt, dem Heizer Energie zuzuführen.

9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der dritte Schritt startet, nachdem die in dem zweiten Schritt erfasste Spannung Vs0 gleich wird zu, oder kleiner als ein vorbestimmter Wert wird.

10. Vorrichtung zum Erfassen eines aktivierten Zustandes eines Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich, wobei der Luft- / Kraftstoff- Verhältnis- Sensor zwei Zellen enthält, die jeweils einen sauerstoffionenleitenden Festkörper- Elektrolytkörper haben, erwärmt durch einen Heizer und zwei poröse Elektroden, die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des sauerstoffionenleitenden Festkörper- Elektrolytkörpers angeordnet sind wobei die zwei Zellen so angeordnet sind, dass sie einander mit einem Abstand dazwischen gegenüberzustehen, wobei eine der Zellen als eine Pumpzelle zum Pumpen von Sauerstoff aus dem Spalt heraus, oder in den Spalt hinein verwendet wird, und die andere der Zellen als eine elektromotorische Kraftzelle für das Erzeugen einer Spannung entsprechend einer Differenz in der Sauerstoffkonzentration zwischen einer Sauerstoff Referenzkammer und dem Spalt verwendet wird, wobei die Vorrichtung aufweist:

Stromanwendungsmittel zum Anlegen eines Stromes an die elektromotorische Kraftzelle;

Spannung Vs0- Erfassungsmittel zum Erfassen einer Spannung Vs0 über die Elektroden auf gegenüberliegenden Oberflächen der elektromotorischen Kraftzelle;

Aussetzungsmittel zum Aussetzen des Anlegens des Stromes an die elektromotorische Kraftzelle;

Spannung Vs1- Erfassungsmittel zum Erfassen einer Spannung Vs1 über die Elektroden auf gegenüberliegenden Oberflächen der elektromotorischen Kraftzelle nach dem Verstreichen einer Zeit, die von 10 us bis 1 ms reicht, nachdem das Anlegen des Stromes an die elektromotorische Kraftzelle ausgesetzt ist;

Spannung Vs2- Erfassungsmittel zum Erfassen einer Spannung Vs2 über die Elektroden auf gegenüberliegenden Oberflächen der elektromotorischen Kraftzelle nach dem Verstreichen einer Zeit, die von 10 ms bis 50 ms reicht, nachdem das Anlegen des Stromes an die elektromotorische Kraftzelle ausgesetzt ist;

Rvs1- Erfassungsmittel zum Erfassen eines ersten Widerstandswertes Rvs1 der elektromotorischen Kraftzelle auf der Grundlage der Spannungen Vs0 und Vs1;

Rvs2- Erfassungsmittel zum Erfassen eines zweiten Widerstandswertes Rvs2 der elektromotorischen Kraftzelle auf der Grundlage der Spannungen Vs0 und Vs2; und

Verschlechterungs- Erfassungsmittel zum Erfassen des verschlechterten Zustandes des Luft-/Kraftstoff Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich auf der Grundlage der Widerstandswerte Rvs1 und Rvs2.

11. Vorrichtung zum Erfassen eines aktivierten Zustandes eines Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich, wobei der Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensor zwei Zellen enthält, die jeweils einen sauerstoffionenleitenden Festkörper- Elektrolytkörper haben, erwärmt durch einen Heizer und zwei poröse Elektroden, die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des sauerstoffionenleitenden Festkörper- Elektrolytkörpers angeordnet sind, wobei die zwei Zellen so angeordnet sind, dass sie sich einander mit einem Abstand dazwischen gegenüberzustehen, wobei eine der Zellen als eine Pumpzelle zum Pumpen vor Sauerstoff aus dem Spalt heraus, oder in den Spalt hinein, verwendet wird, und die andere der Zellen als eine elektromotorische Kraftzelle für das Erzeugen einer Spannung entsprechend einer Differenz in der Sauerstoffkonzentration zwischen der Sauerstoff- Referenzkammer und dem Spalt verwendet wird, wobei die Vorrichtung aufweist:

Spannung Vs0- Erfassungsmittel zum Erfassen einer Spannung Vs0 über die Elektroden auf gegenüberliegenden Seitenoberflächen der elektromotorischen Kraftzelle;

Aussetzmittel zum Aussetzen der Stromanwendung an die elektromotorische Kraftzelle;

Spannung Vs2- Erfassungsmittel zum Erfassen einer Spannung Vs2 über die Elektroden auf gegenüberliegenden Oberflächenseiten der elektromotorischen Kraftzelle nach dem Verstreichen einer Zeit, die von 10 ms bis 50 ms reicht, nachdem das Anlegen des Stromes an die elektromotorische Kraftzelle ausgesetzt ist;

Aktivitäts- Erfassungsmittel zum Erfassen eines aktivierten Zustandes des Luft-/ Kraftstoff- Verhältnis- Sensors mit großem Erfassungsbereich auf der Grundlage der Spannungen Vs0 und Vs2;

Aktivierungszeit- Intervall- Erfassungsmittel zum Erfassen eines Aktivierungszeitintervalls zwischen der Zeit, wenn sie startet, um dem Heizer Energie zuzuführen und der Zeit, wenn der Luft-/Kraftstoff Verhältnis- Sensor mit großem Erfassungsbereich aktiviert wird; und

Verschlechterungs- Erfassungsmittel zum Erfassen eines verschlechterten Zustandes des Luft-/Kraftstoff- Verhältnis- Sensors mit großem Erfasssungsbereich auf der Grundlage des Aktivierungszeitintervalles.