DE69716519T2

DE69716519T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Stromversorgung eines Heizers in einer Sauerstoffmesssonde

Info

Publication number: DE69716519T2
Application number: DE69716519T
Authority: DE
Inventors: Kazuya Mizusawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-06-26
Filing date: 1997-06-25
Publication date: 2003-03-20
Anticipated expiration: 2017-06-26
Also published as: JPH1010083A; EP0816657B1; US5922226A; EP0816657A3; EP0816657A2; DE69716519D1

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung zur Steuerung der Stromversorgung einer Heizeinrichtung in einer Sauerstoffmesssonde, die als Luft- Brennstoffverhältnis-Messfühler in der Abgasanlage einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, und betrifft insbesondere eine Stromregeleinrichtung in Wirkverbindung mit einer Vielzahl derartiger Sauerstoffmesssonden.

IN BETRACHT GEZOGENER STAND DER TECHNIK

Ein Luft-Brennstoffverhältnis-Messfühler in Form einer Sauerstoffmesssonde ist in der Abgasanlage einer Brennkraftmaschine zur Erfassung der Konzentration von Sauerstoff im Abgas angeordnet. Das Luft- Brennstoff Verhältnis des Luft-Brennstoffgemisches wird auf der Basis der ermittelten Sauerstoffkonzentration berechnet. Üblicherweise wird das berechnete Luft- Brennstoff Verhältnis sodann mit einem vorgegebenen Luft- Brennstoffverhältnis-Sollwert verglichen (bei dem es sich gewöhnlich um ein theoretisch optimales Luft- Brennstoff Verhältnis handelt). Der Brennstoffanteil des Gemischs wird dann im geschlossenen Regelkreis dahingehend geregelt, dass das ermittelte Verhältnis gleich dem vorgegebenen Sollverhältnis wird.
In der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 63-176641 ist eine "Einrichtung zur Steuerung des Luft-Brennstoff- Gemischverhältnisses in einer Brennkraftmaschine" offenbart. Diese Einrichtung umfasst zwei O&sub2;-Messsonden (Luft-Brennstoffverhältnis-Messfühler)/die stromaufwärts und stromabwärts eines Dreiwege-Katalysators angeordnet sind. Das Luft-Brennstoff-Gemischverhältnis in der Brennkraftmaschine wird auf der Basis der von diesen Messsonden abgegebenen Signale geregelt. Durch Verwendung von zwei derartigen Sauerstoffmesssonden kann das tatsächliche Luft-Brennstoffverhältnis genau auf ein Luft- Brennstoff-Sollverhältnis eingeregelt werden.
Bei dieser Einrichtung umfasst jede Sauerstoffmesssonde ein Sensorelement und eine Heizeinrichtung zur Erwärmung des Sensorelements. Das Sensorelement wird aktiviert, wenn seine Temperatur gleich oder höher als eine vorgegebene Temperatur ist. Im aktivierten Zustand des Sensorelements kann die Sonde betrieben werden. Die Heizeinrichtung erwärmt die Sonde derart, dass die Temperatur des Sensorelements z. B. 350ºC bis 400ºC beträgt und aktiviert auf diese Weise das Sensorelement.
Die immer stärkere Berücksichtigung des Umweltschutzes hat in jüngster Zeit zu einer schärferen Kontrolle des Abgases geführt. So ist z. B. erwünscht, dass der Anteil der von der Brennkraftmaschine beim Starten ausgestoßenen Kohlenwasserstoffe (HC) minimal gehalten wird. Insbesondere ist erwünscht, dass das Sensorelement einer Sauerstoffmesssonde möglichst frühzeitig nach dem Starten der Brennkraftmaschine aktiviert wird. Dies würde bereits in einem frühzeitigen Betriebszustand eine wirksame Regelung des Luft-Brennstoff-Gemischverhältnisses ermöglichen. Eine der Möglichkeiten, eine frühzeitige Erregung des Sensorelements zu erzielen, besteht in einer Steigerung der Heizleistung der Heizeinrichtung durch Verringerung des Widerstandswerts der Heizeinrichtung.
Bei einer mit mehreren Sauerstoffmesssonden ausgestatteten Brennkraftmaschine führt jedoch eine Steigerung der Heizleistung der Heizeinrichtungen zu einer Steigerung des Stromverbrauchs der Heizeinrichtungen. In Fig. 9 ist der Verlauf der einer Heizeinrichtung zugeführten Stromstärke grafisch veranschaulicht. Wie der grafischen Darstellung zu entnehmen ist, wird der Heizeinrichtung zu Beginn der Stromzufuhr ein elektrischer Strom mit einer relativ großen Stromstärke zugeführt. Dieser Strom wird als Spitzenstrom oder Schnellaufheizstrom bezeichnet. Sodann wird die Stromstärke des der Heizeinrichtung zugeführten elektrischen Stroms allmählich verringert, bis die Stromstärke einen vorgegebenen konstanten Wert erreicht.
Wenn zwei oder mehr Heizeinrichtungen in Parallelschaltung mit einer elektrischen Stromquelle verbunden sind, wird der Strom den Heizeinrichtungen beim Starten der Brennkraftmaschine gleichzeitig zugeführt. Hierbei ist der von der Stromquelle bzw. der Batterie abgegebene Strom gleich oder größer als die Summe der den Heizeinrichtungen zugeführten Spitzenströme. Der Stromverbrauch ist daher extrem hoch. Beim Starten der Brennkraftmaschine wird somit die Batteriebelastung und die Belastung der elektrischen Schaltungsanordnung zur Zuführung der elektrischen Leistung der Batterie (die nachstehend als Stromversorgungssystem bezeichnet wird) erhöht. Insbesondere führt diese Steigerung des Stromverbrauchs zu einem erheblichen Abfall der Batteriespannung beim Starten der Brennkraftmaschine oder bei einem relativ schlechten Ladezustand der Batterie.
Die Erregung üblicher Heizeinrichtungen wird in der in Fig. 10 veranschaulichten Weise durch periodische EIN-AUS- Signale bzw. Einschaltsignale gesteuert, wenn das Sensorelement aktiviert ist. In diesem Falle werden den parallel geschalteten Heizeinrichtungen jeweils der Strom I4 und I5 zugeführt.
Wenn die beiden Einschaltsignale miteinander synchronisiert sind, ergibt sich eine periodische Fluktuation der Summe der Ströme I4 und I5. Hierbei beträgt zwischen einer Zeit. T1 und einer Zeit T2 die Stärke eines jeden Stroms 2I (A), während die Summe 4I(A) beträgt, während zwischen der Zeit T2 und einer Zeit T3 die Stärke eines jeden Stroms sowie die Summe O(A) betragen. Im allgemeinen verläuft die chemische Reaktion im Batterieelektrolyten zu langsam, wenn der Entladestrom der Batterie zu groß ist. Dies führt zu einem Abfall der Batteriespannung. Die vorstehend beschriebenen Fluktuationen der Summe der Ströme 14 und 15 verursachen somit Schwankungen der Batteriespannung. Diese Bätteriespannungsschwankungen führen wiederum zu Problemen bei der Steuerung von Teilen der Brennkraftmaschine. So wird z. B. die Genauigkeit einer Brennstoffeinspritzsteuerung durch Schwankungen der den Brennstoffeinspritzventilen zugeführten Spannung herabgesetzt, was zu einem instabilen Leerlauf verhalten der Brennkraftmaschine führt.
In der JP-A-06 146 966 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Betriebs eines Ottomotors offenbart, bei denen zwei Sauerstoffmesssonden das Luft- Brennstoff-Gemischverhältnis in der Abgasanlage eines Benzinmotors bzw. Ottomotors erfassen. Jede Sauerstoffmesssonde ist mit einer von einer Stromversorgungseinrichtung erregten jeweiligen Heizeinrichtung versehen und wird nach Erreichen einer vorgegebenen Temperatur aktiviert. Die Heizeinrichtungen werden phasenungleich betrieben.

ERFINDUNG

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Steuerung der Heizeinrichtung einer Sauerstoffmesssonde zu schaffen, die die Belastung des Stromversorgungssystems der Brennkraftmaschine verringert.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 10 gelöst.
Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden im Rahmen der nachstehenden Beschreibung verdeutlicht, die beispielhaft die Prinzipien der Erfindung veranschaulicht. Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnitts-Teilansicht, die schematisch den Aufbau eines Brennkraftmaschinensystems gemäß einem ersten und einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
Fig. 2 eine Querschnittsansicht, die eine Sauerstoffmesssonde (Luft-Brennstoff Verhältnis-Messfühler) veranschaulicht,
Fig. 3 ein Blockschaltbild des Aufbaus einer elektronischen Steuereinheit und weitere Einheiten,
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm einer Routine zur Messung einer zur Aktivierung von Sauerstoffmesssonden erforderlichen Zeitdauer,
Fig. 5 ein Ablaufdiagramm einer Routine zur Steuerung der Zeit, bei der die Stromversorgung von Heizeinrichtungen beginnt,
Fig. 6 Stromstärkeänderungen von den Heizeinrichtungen zugeführten Strömen in Abhängigkeit von der Zeit,
Fig. 7 ein Ablaufdiagramm einer Routine zur Steuerung von Heizeinrichtungen zugeführten Signalen gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, das nicht im Rahmen der Erfindung liegt,
Fig. 8 Änderungen der Stromstärke von
Heizeinrichtungen zugeführten Strömen in Abhängigkeit von der Zeit,
Fig. 9 Änderungen der Stromstärke des einer Sauerstoffmesssonde des Standes der Technik zugeführten Stroms in Abhängigkeit von der Zeit, und
Fig. 10 Änderungen der Stromstärke von einer Sauerstoffmesssonde des Standes der Technik zugeführten Strömen in Abhängigkeit von der Zeit.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Nachstehend wird ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 6 näher beschrieben.
Wie Fig. 1 zu entnehmen ist, weist eine benzinbetriebene Brennkraftmaschine (Ottomotor) 11 einen Motorblock bzw. Zylinderblock 12 auf. Der Zylinderblock 12 umfasst eine Anzahl von Zylindern 13, die in V-Form angeordnet sind. Fig. 1 zeigt weiterhin einen Zylinder 13 aus einer eine linke Zylinderreihe 14L bildenden Anzahl von Zylindern sowie einen Zylinder 13 aus einer eine rechte Zylinderreihe 14R bildenden Anzahl von Zylindern. In jedem Zylinder 13 bewegt sich ein darin angeordneter Kolben 16 linear hin und her. Jeder Kolben 16 bildet mit der Innenwand des zugehörigen Zylinders 13 im oberen Abschnitt des Zylinders 13 eine Brennkammer 17. Mit der linken Zylinderreihe 14L sind eine Ansaugsammelleitung 18L und eine Abgassammelleitung 19L verbunden, während mit der rechten Zylinderreihe 14R eine Ansaugsammelleitung 18R und eine Abgas Sammelleitung 19R verbunden sind. Die Sammelleitungen 18L, 18R, 19L, 19R stehen mit den einzelnen Brennkammern 17 in Verbindung. Die Ansaugsammelleitungsn 18L, 18R sind mit Einlassventilen 20 versehen, während die Abgassammelleitungen 19L, 19R mit Auslassventilen 21 versehen sind.
Die Ansaugsammelleitungen 18L, 18R stehen mit einem Ausgleichsbehälter 22 in Verbindung, mit dem wiederum ein Ansaugrohr 23 verbunden ist. Mit dem stromaufwärts gelegenen Ende des Ansaugrohrs 23 ist ein Luftfilter 24 verbunden. Die Ansaugsammelleitungen 18L, 18R, der Ausgleichsbehälter 22, das Ansaugrohr 23 und der Luftfilter 24 bilden zusammen einen Ansaugkanal.
Die Außenluft wird über den Luftfilter 24 in das Ansaugrohr 23 gesogen. Die Luft wird sodann über den Ausgleichsbehälter 22 den Ansaugsammelleitungen 18L, 18R zugeführt. Die Ansaugsammelleitungen 18L, 18R sind mit Einspritzventilen 25 versehen, die durch Beaufschlagung mit elektrischen Strömen geöffnet werden. Die Luft in den Ansaugsammelleitungen 18L, 18R wird mit Brennstoff gemischt, der von den Einspritzventilen 25 in die Ansaugsammelleitungen 18L, 18R eingespritzt, wird. Das sich hierbei ergebende Luft-Brennstoff-Gemisch wird in die jeweilige Brennkammer 17 gesaugt, wenn das zugehörige Einlassventil 20 geöffnet wird.
Durch die Verbrennung des Luft-Brennstoff-Gemisches in den Brennkammern 17 entsteht Abgas, das beim Öffnen der Auslassventile 21 in die Abgassammelleitungen 19L, 19R ausgestoßen wird. Die Abgassammelleitung 19L ist mit einem Abgasrohr 26L verbunden, während die Abgassammelleitung 19R mit einem Abgasrohr 26R verbunden ist. Die Abgasrohre 26L, 26R sind mit einem gemeinsamen Abgasrohr 27 verbunden. In diesem Abgasrohr 27 ist in katalytischer Umsetzer 28 in Form eines Dreiwege-Katalysators angeordnet. Das in den Abgassammelleitungen 19L, 19R befindliche Abgas wird über die Abgasrohre 26L, 26R und 27 nach außen abgeführt. Der katalytische Umsetzer 28 reduziert im Abgas enthaltene Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxide (CO) und Stickoxide.
Die Abgassammelleitung 19L ist mit einer ersten Sauerstoffmesssonde 31 versehen, während die Abgassammelleitung 19R mit einer zweiten Sauerstoffmesssonde 32 versehen ist. Die Sauerstoffmesssonden 31, 32 erfassen die Konzentration von Sauerstoff im Abgas in den Abgassammelleitungen 19L, 19R. Das gemeinsame Abgasrohr 27 ist mit einer dritten Sauerstoffmesssonde 33 versehen, die stromabwärts des katalytischen Umsetzers 28 angeordnet ist. Die dritte Sauerstoffmesssonde 33 erfasst die Konzentration von Sauerstoff in dem Abgas, das durch den katalytischen Umsetzer 28 hindurchgetreten ist. Die Sauerstoffmesssonden 31, 32, 33 sind in Parallelschaltung miteinander verbunden.
Die erste, zweite und dritte Sauerstoffmesssonde 31 bis 33 sind in Form eines Grenzstromtyps vorgesehen, bei dem Strom in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration im Abgas abgegeben wird. Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, die eine der Sauerstoffmesssonden 31 bis 33 veranschaulicht, umfassen die Sauerstoffmesssonden 31 bis 33 jeweils ein Sensorelement 36 mit zwei Elektroden 34, 35, eine Heizeinrichtung 37 zur Erwärmung des Sensorelements 36 sowie ein Gehäuse 38. Das Sensorelement 36 und die Heizeinrichtung 37 der ersten Sauerstoffmesssonde 31 werden nachstehend als erstes Sensorelement 36a sowie als erste Heizeinrichtung 37a bezeichnet. Gleichermaßen werden das Sensorelement 36 und die Heizeinrichtung 37 der zweiten Sauerstoffmesssonde 32 als zweites Sensorelement 36b und als zweite Heizeinrichtung 37b bezeichnet, während das Sensorelement 36 und die Heizeinrichtung 37 der dritten Sauerstoffmesssonde 33 als drittes Sensorelement 36c sowie als dritte Heizeinrichtung 37c bezeichnet werden.
Die Sensorelemente 36a bis 36c bestehen aus Zirkondioxid und sind durch Sintern in Form eines Reagenzglases ausgebildet. In den Sensorelementen 36a bis 36c ist ein Hohlraum 40 für die atmosphärische Außenluft vorgesehen, deren Sauerstoffkonzentration bekannt ist.
Jede der Heizeinrichtungen 37a bis 37c umfasst einen (nicht dargestellten) Widerstand, der bei Anliegen einer bestimmten Spannung Wärme erzeugt. Die Heizeinrichtungen 37a bis 37c erwärmen die Sensorelemente 36a bis 36c auf eine bestimmte Aktivierungstemperatur. Die reagenzglasartig geformten Gehäuse 38 besitzen eine doppelwandige Struktur und umhüllen die Sensorelemente 36a bis 36c, wodurch die Sensorelemente 36a bis 36c in Bezug auf die Heizeinrichtungen 37a bis 37c gesichert bzw. festgehalten werden. Die Sauerstoffmesssonden 31 bis 33 sind in den Abgassammelleitungen 19L, 19R und dem gemeinsamen Abgasrohr 27 derart angeordnet, dass ihre Außenenden von der jeweiligen Innenwand der Abgassammelleitungen 19L, 19R und des Abgasrohrs 27 in diese hineinragen. Jedes Gehäuse 28 ist mit einer Vielzahl von Löchern 41 versehen, durch die das Abgas in das Gehäuse 28 strömt.
Das Sensorelement 36 ist mit einer auf der Innenwand ausgebildeten inneren Platinelektrode 34 sowie einer auf der Außenwand ausgebildeten äußeren Platinelektrode 35 versehen. Eine zur Umhüllung der Elektrode 35 vorgesehene poröse Schicht 39 ist in Form eines Plasma-Spritzüberzugs mit einem Spinellmaterial (MgO·Al) vorgesehen.
Eine bestimmte Spannung wird an die Elektroden 34, 35 von einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 42 angelegt, auf die nachstehend noch näher eingegangen wird. Die Stärke des Stroms zwischen den Elektroden 34, 35 verändert sich in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Sauerstoffkonzentration in dem außenluftgefüllten Hohlraum 40 und der Sauerstoffkonzentration des Abgases im Gehäuse 38 sowie in Abhängigkeit vom Betrag der angelegten Spannung. Die Sauerstoffkonzentration im Abgas wird auf der Basis der Stärke des Stroms zwischen den Elektroden 34, 35 ermittelt. Die elektronische Steuereinheit ECU 42 regelt das Luft-Brennstoff-Gemischverhältnis in der Brennkraftmaschine in einem geschlossenen Regelkreis derart, dass das berechnete Luft-Brennstoffverhältnis den Wert eines Luft-Brennstoff-Sollverhältnisses (z. B. des theoretisch optimalen Luft-Brennstoffverhältnisses) annimmt.
Die Brennkraftmaschine 11 umfasst eine (nicht dargestellte) Kurbelwelle sowie einen (nicht dargestellten) Anlassermotor, der die Kurbelwelle zum Starten der Brennkraftmaschine 11 in Umdrehungen versetzt. Der Anlassermotor weist einen Anlasserschalter 43 auf, der den EIN/AUS-Zustand des Anlassermotors erfasst und der elektronischen Steuereinheit ECU 42 ein Startsignal STA zuführt. Hierbei gibt der Schalter 43 das Startsignal STA als EIN-Signal ab, wenn der Fahrer den Anlassermotor zum Starten der Brennkraftmaschine 11 durch Verstellung des Zündschalters aus seiner AUS-Position in eine Startposition in Umdrehungen versetzt. Das Startsignal STA des Schalters 43 geht vom EIN-Signal auf ein AUS-Signal über, wenn die, Brennkraftmaschine 11 anspringt und der Zündschalter aus der Startposition in eine EIN-Position bewegt wird.
Gemäß Fig. 3 umfasst die elektronische Steuereinheit ECU 42 eine Zentraleinheit (CPU) 47, einen Analog-Digital-Umsetzer 48, eine Schnittstellenschaltung 49, eine Stromdetektorschaltung 50 sowie eine Ansteuerschaltung 51.
Die Stromdetektorschaltung 50 erfasst die Stromstärke in den Heizeinrichtungen 37a bis 37c der Sauerstoffmesssonden 31 bis 33 und ist mit dem Analog-Digital-Umsetzer 48 verbunden. Die Schnittstellenschaltung 49 ist ebenfalls mit dem Analog-Digital-Umsetzer 48 verbunden. Die Elektroden 34, 35 des ersten bis dritten Sensorelements 36a bis 36c, der Anlasserschalter 43 und die Einspritzventile 25 sind mit der Schnittstellenschaltung 49 verbunden. Die erste bis dritte Heizeinrichtung 37a bis 37c sind über die Ansteuerschaltung 51 mit der Schnittstellenschaltung 49 verbunden.
Die Zentraleinheit CPU 47 ist mit dem Analog-Digital- Umsetzer 48, der Schnittstellenschaltung 49 sowie einer Batterie 52 verbunden und erhält Signale von der Stromdetektorschaltung 50, den Sensorelementen 36a bis 36c/dem Anlasserschalter 43 und weiteren (nicht dargestellten) Sensoren. Die Zentraleinheit CPU 47 steuert die Brennstoffeinspritzventile 25 und stellt über die Ansteuerschaltung 51 auf der Basis der erhaltenen Eingangssignale den Wert der den Heizeinrichtungen 37a bis 37c zugeführten Spannung ein.
Ein von der Zentraleinheit CPU 47 durchgeführter Stromsteuerablauf im System einer benzinbetriebenen Brennkraftmaschine wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Ablaufdiagramme gemäß den Fig. 4 und 5 näher beschrieben. Bei diesem Vorgang steuert die Zentraleinheit CPU 47 die Stromversorgung der Heizeinrichtungen 37a bis 37c.
Fig. 4 zeigt das Ablaufdiagramm einer Routine zur Messung einer Zeitdauer, die zur Steigerung der Temperatur der Sensorelemente 36a bis 36c auf eine Aktivierungstemperatur der Sensorelemente 36a bis 36c erforderlich ist. Diese Zeitdauer wird nachstehend als "Aktivierungszeit" bezeichnet. Die Zentraleinheit CPU 47 führt diese Routine nur einmal unmittelbar zu Beginn eines Anlassvorgangs der Brennkraftmaschine 11 aus.
In einem Schritt 100 beginnt die Zentraleinheit CPU 47 gleichzeitig mit der Stromversorgung der ersten bis dritten Heizeinrichtung 37a bis 37c. Durch die hierbei von den Heizeinrichtungen 37a bis 37c erzeugte Wärme werden das erste bis dritte Sensorelement 36a bis 36c jeweils erwärmt.
In einem Schritt 101 ermittelt die Zentraleinheit CPU 47 auf der Basis des Widerstandswertes der ersten Heizeinrichtung 37a, ob das erste Sensorelement 36a aktiviert ist. Hierbei beurteilt die Zentraleinheit CPU 47, ob der Widerstandswert der Heizeinrichtung 37a auf einen vorgegebenen Wert angestiegen ist. Die Zentraleinheit CPU 47 ermittelt den Betrag der der Heizeinrichtung 37a zugeführten Spannung und die Stromstärke in der Heizeinrichtung 37a auf der Basis des von der Stromdetektorschaltung 50 abgegebenen Signals. Sodann berechnet die Zentraleinheit CPU 47 den Widerstandswert der ersten Heizeinrichtung 37a auf der Basis der ermittelten Spannungs- und Stromwerte. Da sich der Widerstandswert der Heizeinrichtung 37a mit steigender Temperatur erhöht, kann die Zentraleinheit CPU 47 die Temperatur der ersten Heizeinrichtung 37a auf der Basis des berechneten Widerstandswerts berechnen. Hierbei bestimmt die Zentraleinheit CPU 47, dass das erste Sensorelement 36a erregt ist, wenn die berechnete Temperatur der Heizeinrichtung 37a so hoch wie die Aktivierungstemperatur des ersten Sensorelements 36a (z. B. 700ºC) ist. Wenn die Temperatur der Heizeinrichtung 37a niedriger als die Aktivierungstemperatur des ersten Sensorelements 36a ist, bestimmt die Zentraleinheit CPU 47, dass das erste Sensorelement 36a noch nicht aktiviert ist.
Wenn im Schritt 101 die Bestimmungsbedingung nicht erfüllt ist, geht die Zentraleinheit CPU 47 auf einen Schritt 108 über. Im Schritt 108 addiert die Zentraleinheit CPU 47 einem ersten Zählwert C1 den Wert "1" hinzu und geht auf einen Schritt 103 über. Der erste Zählwert C1 repräsentiert die seit der Erregung der ersten Heizeinrichtung 37a verstrichene Zeitdauer. Somit repräsentiert der Endbetrag des ersten Zählwerts C1 die Aktivierungszeit des Sensorelements 36a.
Wenn im Schritt 101 die Bestimmungsbedingung erfüllt ist, geht die Zentraleinheit CPU 47 auf einen Schritt 102 über. Im Schritt 102 setzt die Zentraleinheit CPU 47 eine erste Aktivierungskennung FA1 auf "1" und geht sodann zum Schritt 103 über. Die Kennung FA1 gibt an, dass das erste Sensorelement 36a erregt ist. Eine nachstehend noch näher beschriebene zweite Kennung FA2 und dritte Kennung FA3 geben in ähnlicher Weise an, dass das zweite Sensorelement 36b und das dritte Sensorelement 36c erregt sind.
Im Schritt 103 beurteilt die Zentraleinheit CPU 47, ob das zweite Sensorelement 36b erregt ist, indem sie den gleichen Vorgang wie im Schritt 101 durchführt.
Wenn im Schritt 103 die Bestimmungsbedingung nicht erfüllt ist, geht die Zentraleinheit CPU 47 auf einen Schritt 109 über. Im Schritt 109 addiert die Zentraleinheit CPU 47 einem zweiten Zählwert C2 den Wert "1" hinzu und geht auf einen Schritt 105 über. Der Endbetrag des zweiten Zählwertes C2 repräsentiert die Aktivierungszeit des zweiten Sensorelements 36b.
Wenn im Schritt 103 die Bestimmungsbedingung erfüllt ist, geht die Zentraleinheit CPU- 47 auf einen Schritt 104 über. Im Schritt 104 setzt die Zentraleinheit CPU 47 die zweite Aktivierungskennung FA2 auf "1" und geht zu einem Schritt 105 über.
Im Schritt 105 beurteilt die Zentraleinheit CPU 47, ob das dritte Sensorelement 36c aktiviert ist, indem sie den gleichen Vorgang wie in den Schritten 101 und 103 durchführt.
Wenn im Schritt 105 die Bestimmungsbedingung nicht erfüllt ist, geht die Zentraleinheit CPU 47 auf einen Schritt 110 über. Im Schritt 110 addiert die Zentraleinheit CPU 47 einem dritten Zählwert C3 den Wert "1" hinzu und geht auf einen Schritt 107 über. Der Endbetrag des dritten Zählwertes C3 repräsentiert die Aktivierungszeit des dritten Sensorelements 36c.
Wenn im Schritt 105 die Bestimmungsbedingung erfüllt ist, geht die Zentraleinheit CPU 47 auf einen Schritt 106 über. Im Schritt 106 setzt die Zentraleinheit CPU 47 eine dritte Aktivierungskennung FA3 auf "1" und geht zu einem Schritt 107 über.
Im Schritt 107 beurteilt die Zentraleinheit CPU 47, ob sämtliche Kennungen FA1 bis FA3 auf "1" gesetzt sind. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, d. h., wenn eines der ersten bis dritten Sensorelemente 36a bis 36c nicht aktiviert ist, geht die Zentraleinheit CPU 47 zur Wiederholung der Routine zu dem Schritt 101 zurück.
Wenn im Schritt 107 die Bedingung erfüllt ist, d. h., wenn das erste, zweite und dritte Sensorelement 36a bis 36c sämtlich aktiviert sind, beendet die Zentraleinheit CPU 47 diese Routine.
Bei der Durchführung der Abläufe der vorstehend beschriebenen Routine misst die Zentraleinheit CPU 47 die Zeitdauer seit dem Beginn der Erregung der Heizeinrichtungen 37a bis 37c, die zur Aktivierung der Sensorelemente 36a bis 36c erforderlich ist. Die endgültigen ersten bis dritten Zählwerte C1 bis C3, die jeweils die zur Aktivierung der Sensorelemente 36a bis 36c erforderlichen Zeiten repräsentieren, werden im Speicher 46 abgespeichert.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm gemäß Fig. 5 eine Routine zur zeitlichen Steuerung des Beginns der Stromversorgung der Sauerstoffmesssonden 31 bis 33 näher beschrieben. Diese Routine wird von der Zentraleinheit CPU 47 ausgeführt, wenn der Zündschalter aus seiner AUS-Stellung in seine EIN-Stellung bewegt wird.
Im Schritt 200 erhält die Zentraleinheit CPU 47 vom Anlasserschalter 43 das Startsignal STA. Im Schritt 201 beurteilt die Zentraleinheit CPU 47, ob der Anlassvorgang der Brennkraftmaschine 11 abgeschlossen ist. Hierbei bestimmt die Zentraleinheit CPU 47, dass der Anlassvorgang der Brennkraftmaschine 11 abgeschlossen ist, wenn das Startsignal STA von EIN auf AUS übergegangen ist. Wenn diese Bedingung im Schritt 201 nicht erfüllt ist, d. h., wenn die Brennkraftmaschine 11 weiterhin angelassen wird, wiederholt die Zentraleinheit CPU 47 die Vorgänge der Schritte 200, 201. Wenn im Schritt 201 die Bedingung erfüllt ist, geht die Zentraleinheit CPU 47 auf den Schritt 202 über.
Im Schritt 202 übernimmt die Zentraleinheit CPU 47 den größten Wert der im Speicher 46 gespeicherten endgültigen Zählwerte C1 bis C3 als maximalen Zählwert CL. Im Schritt 203 berechnet die Zentraleinheit CPU 47 die Differenz zwischen dem maximalen Zählwert CL und jedem der Zählwerte C1 bis C3 und setzt diese Differenzen in Zeitwerte (Sekunden) um. Die Zentraleinheit CPU 47 speichert sodann die berechneten Zeitwerte als Bestimmungszeitperioden TK1 bis TK3.
Wenn z. b. die Aktivierungszeit des dritten Sensorelements 36c länger als die des ersten Sensorelements 36a und des zweiten Sensorelements 36b ist, wird der dritte Zählwert C3 als maximaler Zählwert CL übernommen. Die Bestimmungszeitperiode TK1 wird berechnet, indem die Aktivierungszeit des ersten Sensorelements 36a von der des dritten Sensorelements 36c subtrahiert wird, während die Bestimmungszeitperiode TK2 berechnet wird, indem die Aktivierungszeit des zweiten Sensorelements 36b von der des dritten Sensorelements 36c subtrahiert wird. Die Bestimmungszeitperiode TK3 wird auf Null gesetzt.
Im Schritt 204 berechnet die Zentraleinheit CPU 47 die Absolutwerte der Differenzen zwischen den Bestimmungszeitperioden TK1 bis TK3 als ΔTKA1, ΔTKA2, ΔTKA3. Der Absolutwert ΔTKA1 repräsentiert die Differenz zwischen den Bestimmungszeitperioden TK1 und TK2 ( TK1- TK2 ). Der Absolutwert ΔTKA2 repräsentiert die Differenz zwischen den Bestimmungszeitperioden TK1 und TK3 ( TK1- TK3 ). Der Absolutwert ΔTKA3 ist der Absolutwert der Differenz zwischen den Bestimmungszeitperioden TK2 und TK3 ( TK2-TK3 ). Die Zentraleinheit CPU 47 beurteilt, ob die Absolutwerte ΔTKA1, ΔTKA2, ΔTKA3 größer als Null und kleiner als eine vorgegebene Zeitdauer Ta sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt die vorgegebene Zeitdauer Ta 2 s. Wie vorstehend beschrieben, wird den Heizeinrichtungen 37a bis 37c zu Beginn der Stromversorgung ein Spitzenstrom mit einer relativ hohen Stromstärke zugeführt. Die Stromstärke nimmt ab, bis sie konstant wird (siehe Fig. 9). Bei diesem Ausführungsbeispiel stellt die vorgegebene Zeitdauer Ta die Zeitdauer vom Beginn der Stromversorgung bis zu dem Zeitpunkt dar, bei dem der Spitzenstrom auf 70% seines Anfangswertes abgefallen ist. Wenn somit in der in Fig. 9 dargestellten Weise der Spitzenstrom mit 1a bezeichnet wird, ist die vorgegebene Zeitdauer Ta diejenige Zeitdauer, während der der den Heizeinrichtungen 37a bis 37c zugeführte Strom auf den Wert 0,7 1a abgefallen ist.
Wenn die Bedingung im Schritt 204 erfüllt ist, d. h., wenn zumindest einer der Absolutwerte ΔTKA1 bis ΔTKA3 größer als Null und kleiner als die vorgegebene Zeitdauer Ta ist, geht die Zentraleinheit CPU 47 auf einen Schritt 209 über. Im Schritt 209 beginnt die Zentraleinheit CPU 47 aufeinanderfolgend mit der Stromversorgung der ersten bis dritten Heizeinrichtung 37a bis 37c in Intervallen der vorgegebenen Zeitdauer Ta (2 s) und beendet sodann diese Routine.
Wenn im Schritt 204 die Bedingung nicht erfüllt ist, geht die Zentraleinheit CPU 47 auf einen Schritt 205 über. Wenn dagegen im Schritt 204 die Bedingung erfüllt ist, geht die Zentraleinheit CPU 47 auf den Schritt 209 über.
Im Schritt 205 beurteilt die Zentraleinheit CPU 47, ob die Bestimmungszeitperiode TK1 seit dem Anlassen der Brennkraftmaschine 11 verstrichen ist. Wenn die Bedingung erfüllt ist, geht die Zentraleinheit CPU 47 auf einen Schritt 210 über, während sie auf einen Schritt 206 übergeht, wenn dies nicht der Fall ist. Im Schritt 210 beginnt die Zentraleinheit CPU 47 mit der Stromversorgung der ersten Heizeinrichtung 37a. In einem Schritt 211 setzt die Zentraleinheit CPU 47 eine erste Stromversorgungskennung FB1 auf "1" und geht auf den Schritt 206 über. Die erste Stromversorgungskennung FB1 gibt an, dass die Stromversorgung der ersten Heizeinrichtung 37a begonnen hat. Eine nachstehend noch näher beschriebene zweite Stromversorgungskennung FB2 und dritte Stromversorgungskennung FB3 geben ebenfalls an, dass die Stromversorgung der zweiten Heizeinrichtung 37b bzw. der dritten Heizeinrichtung 37c begonnen hat.
In dem den Schritten 205, 211 folgenden Schritt 206 beurteilt die Zentraleinheit CPU 47 wie im Schritt 205, ob die Bestimmungszeitperiode TK2 seit dem Anlassen der Brennkraftmaschine 11 verstrichen ist. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, geht die Zentraleinheit CPU 47 auf einen Schritt 212 über, während sie auf einen Schritt 207 übergeht, wenn dies nicht der Fall ist. Im Schritt 212 beginnt die Zentraleinheit CPU 47 mit der Stromversorgung der zweiten Heizeinrichtung 37b. In einem Schritt 213 setzt die Zentraleinheit CPU 47 die Stromversorgungskennung FB2 auf "1" und geht auf den Schritt 207 über.
In dem den Schritten 206, 213 folgenden Schritt 207 beurteilt die Zentraleinheit CPU 47 wie in den Schritten 205, 206, ob die Bestimmungszeitperiode TK3 seit dem Anlassen der Brennkraftmaschine 11 verstrichen ist. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, geht die Zentraleinheit CPU 47 auf einen Schritt 214 über. Wenn dies nicht der Fall ist, geht die Zentraleinheit CPU 47 auf einen Schritt 208 über. Im Schritt 214 beginnt die Zentraleinheit CPU 47 mit der Stromversorgung der dritten Heizeinrichtung 37c. In einem Schritt 215 setzt die Zentraleinheit CPU 47 die Stromversorgungskennung FB3 auf "1".
In dem den Schritten 207, 215 folgenden Schritt 208 beurteilt die Zentraleinheit CPU 47, ob sämtliche Kennungen FB1 bis FB3 auf "1" gesetzt sind. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, d. h., wenn die Zentraleinheit CPU 47 nicht mit der Stromversorgung einer der Heizeinrichtungen 37a bis 37c begonnen hat, geht die Zentraleinheit CPU 47 auf den Schritt 205 zurück und wiederholt den Vorgang des Schrittes 205 sowie die folgenden Schritte. Wenn die Bedingung im Schritt 208 erfüllt ist, d. h., wenn die Zentraleinheit CPU 47 mit der Stromversorgung sämtlicher Heizeinrichtungen 37a bis 37c begonnen hat, beendet die Zentraleinheit CPU 47 diese Routine.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die zeitabhängigen Signalverläufe gemäß Fig. 6 näher auf die Betriebsweise sowie auf die Vorteile des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels eingegangen.
Es sei angenommen, dass bei der vorstehend beschriebenen Aktivierungszeit-Messroutine die Aktivierungszeit des dritten Sensorelements 36c die längste und die Aktivierungszeit des ersten Sensorelements 36a die kürzeste sind (C1 < C2 < C3).
Wenn der Anlassvorgang der Brennkraftmaschine 11 abgeschlossen und die Bedingung im Schritt 201 erfüllt sind, geht die Zentraleinheit CPU 47 auf den Schritt 202 über. Im Schritt 202 übernimmt die Zentraleinheit CPU 47 den dritten Zählwert C3 als maximalen Zählwert CL und geht auf den Schritt 203 über. Im Schritt 203 berechnet die Zentraleinheit CPU 47 die Bestimmungszeitperioden TK1 bis TK3 auf der Basis des maximalen Zählwertes CL und der Zählwerte C1 bis C3. In der nachstehenden Beschreibung wird davon ausgegangen, dass die Absolutwerte ΔTKA1 bis ΔTKA3 gleich oder größer als die vorgegebene Zeitdauer Ta sind.
Wenn zur Zeit T1 gemäß Fig. 6 der Anlassvorgang der Brennkraftmaschine 11 abgeschlossen ist, ist die Bedingung gemäß Schritt 207 erfüllt. Die Zentraleinheit CPU 47 beginnt somit mit der Stromversorgung der dritten Heizeinrichtung 37c und setzt die dritte Stromversorgungskennung FB3 auf "1". In der Zeitdauer zwischen der Zeit T1 und der Zeit T2 sind die Bestimmungszeitperioden TK1, TK2 seit der Beendigung des Anlassens der Brennkraftmaschine noch nicht verstrichen. Die Zentraleinheit CPU 47 versorgt somit die erste Heizeinrichtung 37a und die zweite Heizeinrichtung 37b noch nicht mit Strom und setzt die Kennungen FB1, FB2 nicht auf "1". Da die Bedingung im Schritt 208 nicht erfüllt ist, wiederholt die Zentraleinheit CPU 47 die Vorgänge gemäß den Schritten 205 bis 208. Auf diese Weise versorgt die Zentraleinheit CPU 47 nur die dritte Heizeinrichtung 37c zwischen den Zeiten T1 und T2 mit Strom.
Zur Zeit T1 wird die größte Stromstärke bzw. der Spitzenstrom der dritten Heizeinrichtung 37c zugeführt. Sodann fällt die Stromstärke 13 allmählich ab. Der Grund für diesen Abfall der Stromstärke 13 besteht darin, dass durch die Stromversorgung die Heizeinrichtung 37c (Widerstand) Wärme erzeugt und sich der Widerstandswert der Heizeinrichtung 37c hierbei erhöht. Die Stromstärke der der ersten Heizeinrichtung 37a und der zweiten Heizeinrichtung 37b zugeführten Ströme ändert sich in der gleichen Weise wie der der dritten Heizeinrichtung 37c zugeführte Strom.
Wenn die seit dem Anlassen der Brennkraftmaschine verstrichene Zeit gleich der Bestimmungszeitperiode TK2 wird (zur Zeit T2), ist die Bedingung gemäß Schritt 206 erfüllt. Die Zentraleinheit CPU 47 beginnt somit mit der Stromversorgung der zweiten Heizeinrichtung 37b und setzt die zweite Stromversorgungskennung FB2 auf "1". Zu Beginn der Stromversorgung der zweiten Heizeinrichtung 37b wird ein Spitzenstrom der zweiten Heizeinrichtung 37b zugeführt.
Da seit Beginn der Stromversorgung der dritten Heizeinrichtung 37c eine bestimmte Zeitdauer zur Zeit T2 verstrichen ist, ist die Stromstärke in der dritten Heizeinrichtung 37c in Bezug auf den Spitzenstrom erheblich abgefallen. Die Summe der Stromstärken 12, 13 in der zweiten Heizeinrichtung 37b und der dritten Heizeinrichtung 37c ist somit nicht übermäßig hoch.
In der Zeitdauer zwischen der Zeit T2 und der Zeit T3 ist die Bestimmungszeitperiode TK1 seit dem Abschluss des Anlassens der Brennkraftmaschine noch nicht verstrichen. Die Zentraleinheit CPU 47 beginnt somit noch nicht mit der Stromversorgung der ersten Heizeinrichtung 37a, sodass nur die zweite Heizeinrichtung 37b und die dritte Heizeinrichtung 37c mit Strom versorgt werden.
Wenn die seit Beendigung des Anlassens der Brennkraftmaschine verstrichene Zeitdauer gleich der Bestimmungszeitperiode TK1 wird (zur Zeit T3), ist die Bedingung gemäß Fig. 205 erfüllt. Die Zentraleinheit CPU 47 beginnt daher mit der Stromversorung der ersten Heizeinrichtung 37a und setzt die erste Stromversorgungskennung FB1 auf "1". Auf diese Weise beginnt die Zentraleinheit CPU 47 mit der Stromversorgung der ersten Heizeinrichtung 37a, wobei zu diesem Zeitpunkt der Heizeinrichtung 37a ein Spitzenstrom zugeführt wird.
Da zur Zeit T3 seit dem Beginn der Stromversorgung der zweiten Heizeinrichtung 37b und der dritten Heizeinrichtung 37c durch die Zentraleinheit CPU 47 eine bestimmte Zeitdauer verstrichen ist, ist die Stromstärke in der dritten Heizeinrichtung 37c in Bezug auf den Spitzenstrom erheblich abgefallen. Zur Zeit T3 wird der ersten Heizeinrichtung 37a ein Spitzenstrom zugeführt. Die Stromstärke der der zweiten Heizeinrichtung 37b und der dritten Heizeinrichtung 37c zugeführten Ströme hat sich jedoch zur Zeit T3 verringert. Die Summe der Ströme II bis 13 in der ersten bis dritten Heizeinrichtung 37a bis 37c ist daher nicht übermäßig hoch.
Wie vorstehend beschrieben, beginnt die Zentraleinheit CPU 47 zur Zeit T3 mit der Stromversorgung der Heizeinrichtung 37a und setzt die erste Stromversorgungskennung FB1 auf "1". Zu dieser Zeit sind sämtliche Kennungen FB1 bis FB3 auf "1" gesetzt. Hierdurch wird die Bedingung gemäß Schritt 208 erfüllt und die Zentraleinheit CPU 47 beendet somit diese Routine.
Seit der Zeit T3 werden somit die erste bis dritte Heizeinrichtung 37a bis 37c mit Strom versorgt. Obwohl dies vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine 11 abhängt, werden das erste bis dritte Sensorelement 36a bis 36c zur Zeit T4 fast gleichzeitig aktiviert.
Wie vorstehend beschrieben, ist der Anfangszeitpunkt der Stromversorgung für jede der Heizeinrichtungen 37a bis 37c verschieden. Hierdurch wird verhindert, dass die Summe der den Heizeinrichtungen 37a bis 37c zugeführten Ströme übermäßig hoch wird, d. h., die Heizeinrichtungen 37a bis 37c werden derart mit Strom versorgt, dass der Zeitpunkt der Zuführung des Spitzenstroms für jede der Heizeinrichtungen 37a bis 37c verschieden ist. Hierdurch wird die Summe der den Heizeinrichtungen 37a bis 37c zugeführten Ströme I1 bis I3 verringert und auf diese Weise eine übermäßige Belastung der Batterie 52 vermieden.
Da sich die Summe der Ströme I1 bis I3 verringert, kann der Durchmesser der die Heizeinrichtungen 37a bis 37c mit der elektronischen Steuereinheit ECU 42 verbindenden Zuleitungsdrähte kleiner gehalten werden. Die Verringerung der Summe der Ströme führt auch zu einer Verringerung des elektrischen Stromverbrauchs, was wiederum eine Verkleinerung des Generators und der Batteriekapazität ermöglicht. Auf diese Weise verringern sich die Kosten des Systems der Brennkraftmaschine.
Obwohl der Beginn der Stromversorgung unterschiedlich für jedes der Sensorelemente 36a bis 36c ausfällt, erreichen die Sensorelemente 36a bis 36c ihre Aktivierungstemperatur im wesentlichen zur gleichen Zeit. Im Vergleich zum Stand der Technik tritt keine Verzögerung der zur Aktivierung sämtlicher Sensorelemente 36a bis 36c erforderlichen Zeitdauer auf. Somit wird der Beginn des mit Hilfe der Sauerstoffmesssonden 31 bis 33 durchgeführten Regelungsvorgangs nicht verzögert. Der beim Anlassen der Brennkraftmaschine 11 ausgestoßene Anteil an Kohlenwasserstoffen (HC) wird somit verringert.
Wenn einer der Absolutwerte ΔTKA1 bis ΔTKA3 kleiner als die vorgegebene Zeitdauer Ta ist, beginnt die Zentraleinheit CPU 47 im Schritt 209 aufeinanderfolgend mit der Stromversorgung der ersten bis dritten Heizeinrichtung 37a bis 37c in Intervallen der vorgegebenen Zeitdauer Ta, sodass zumindest die Zeitdauer Ta zwischen einem jeden Anfangszeitpunkt einer Stromversorgung gewährleistet ist. Während jeder Zeitdauer Ta werden die Ströme I1 bis I3 in Bezug auf den Spitzenstrom verringert. Dementsprechend wird verhindert, dass die Summe der den Heizeinrichtungen 37a bis 37c zugeführten Ströme I1 bis I3 übermäßig hoch wird.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 7 und 8 näher auf ein zweites, nicht erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eingegangen. Zur Vermeidung von Wiederholungen sind gleiche oder ähnliche Bauteile und Komponenten wie im Falle des ersten Ausführungsbeispiels mit gleichen oder ähnlichen Bezugszahlen bezeichnet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die im Falle des ersten Ausführungsbeispiels in dem gemeinsamen Abgasrohr 27 angeordnete dritte Sauerstoffmesssonde 33 entfallen. Bei dem System der benzinbetriebenen Brennkraftmaschine gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird das Luft- Brennstoff Verhältnis der Brennkraftmaschine 11 nur mit Hilfe der ersten Sauerstoffmesssonde 31 und der zweiten Sauerstoffmesssonde 32 im geschlossenen Regelkreis geregelt.
Den Heizeinrichtungen 37a und 37b wird ein kontinuierlicher Strom bis zur Aktivierung der Sensorelemente 36a und 36b zugeführt. Nach der Aktivierung der Sensorelemente 36a, 36b werden den Sensorelementen 36a, 36b Einschaltsignale bzw. Impulssignale zugeführt, die EIN-Signale und AUS-Signale umfassen. Durch den Übergang von einem kontinuierlichen Strom auf die nachstehend vereinfacht als Impuls Signale bezeichneten Einschaltsignale oder Taktsignale wird eine Überhitzung der Heizeinrichtung 37a, 37b verhindert.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm gemäß Fig. 7 näher auf eine Routine zur Stromsteuerung mit Hilfe von Impulssignalen eingegangen. Diese Routine wird von der Zentraleinheit CPU 47 ausgeführt. Die Zentraleinheit CPU 47 beginnt mit der Ausführung dieser Routine, wenn der Zündschalter aus seiner AUS-Stellung in seine EIN-Stellung bewegt wird.
In einem Schritt 300 beurteilt die Zentraleinheit CPU 47, ob eine erste Bedingung erfüllt ist. Mit Hilfe der ersten Bedingung wird ermittelt, ob die Temperatur des ersten Sensorelements 36a die Aktivierungstemperatur erreicht hat, Die erste Bedingung ist erfüllt, wenn eine der folgenden Bedingungen (a) oder (b) erfüllt ist:
(a) Der Widerstandswert der Heizeinrichtung 37a erreicht einen vorgegebenen Wert.
Wenn der Widerstandswert der Heizeinrichtung 37a den vorgegebenen Wert erreicht, wird in diesem Falle festgelegt, dass die Temperatur des ersten Sensorelements 36a die Aktivierungstemperatur erreicht hat.
(b) Die seit dem Beginn der Stromversorgung der ersten Heizeinrichtung. 37a verbrauchte elektrische Energie überschreitet einen vorgegebenen Wert.
Wenn die von der ersten Heizeinrichtung 37a verbrauchte elektrische Energie den vorgegebenen Wert überschreitet, wird in diesem Falle festgelegt, dass die Temperatur des ersten Sensorelements 36a die Aktivierungstemperatur erreicht hat.
Wenn die erste Bedingung erfüllt ist, geht die Zentraleinheit CPU 47 auf einen Schritt 305 über. Andernfalls geht die Zentraleinheit CPU 47 auf einen Schritt 301 über.
Im Schritt 305 führt die Zentraleinheit CPU 47 einen Übergang der Stromversorgung der ersten Heizeinrichtung 37a von einem kontinuierlichen Strom auf ein Impulsstromsignal herbei und geht auf einen Schritt 306 über. Der zeitabhängige Signalverlauf gemäß Fig. 8 zeigt die Änderungen der den Heizeinrichtungen 37a, 37b zugeführten Ströme, wenn die Heizeinrichtungen 37a, 37b impulsgesteuert bzw. taktgesteuert werden. Die Änderungen der Ströme I1, I2 entsprechen den Änderungen der den Heizeinrichtungen 37a, 37b zugeführten Spannungen oder Änderungen von Einschaltsignalen bzw. Impulssignalen.
Wie Fig. 8 zu entnehmen ist, weisen die den Heizeinrichtungen 37a, 37b zugeführten Impulssignale eine Periode bzw. ein Tastverhältnis T von 100 ms auf. Die Impulssignale umfassen EIN-Signale mit einem hohen Pegel und einer Impulsdauer von 50 ms sowie AUS-Signale mit niedrigem Pegel und einer Impulsdauer von 50 ms. Das Tastverhältnis der Impulssignale beträgt 50%.
In einem Schritt 306 beurteilt die Zentraleinheit CPU 47, ob eine zweite Bedingung erfüllt ist. Die zweite Bedingung ist für die Ermittlung vorgesehen, ob die Temperatur des zweiten Sensorelements 36b die Aktivierungstemperatur erreicht hat. Ähnlich der ersten Bedingung ist die zweite Bedingung erfüllt, wenn eine der beiden folgenden Gegebenheiten (a) oder (b) erfüllt ist:
(a) Der Widerstandswert der Heizeinrichtung 37b erreicht einen vorgegebenen Wert; oder
(b) die seit Beginn der Stromversorgung der zweiten Heizeinrichtung 37b von der zweiten Heizeinrichtung 37b verbrauchte elektrische Energie übersteigt einen vorgegebenen Wert.
Wenn eine der beiden Gegebenheiten (a) oder (b) erfüllt ist, d. h., wenn die zweite Bedingung erfüllt ist, bestimmt die Zentraleinheit CPU 47, dass die Temperatur des zweiten Sensorelements 36b die Aktivierungstemperatur erreicht hat und geht auf einen Schritt 307 über. Die Zentraleinheit CPU 47 wiederholt den Vorgang des Schrittes 306, bis die zweite Bedingung erfüllt ist.
Im Schritt 307 führt die Zentraleinheit CPU 47 einen Übergang der Stromversorgung der zweiten Heizeinrichtung 37b von einem kontinuierlichen Strom auf ein Impulsstromsignal herbei. Zu diesem Zeitpunkt überträgt die Zentraleinheit CPU 47 ein Impulssignal mit einer Phasenverzögerung von einer halben Impulsperiode (T/2) in Bezug auf das der ersten Heizeinrichtung 37a zugeführte Impulssignal. Die Zentraleinheit CPU 47 beginnt somit mit der Zuführung des Impulssignals zu der zweiten Heizeinrichtung 37b, wenn 50 ms seit dem Übergang des der ersten Heizeinrichtung 37a zugeführten Impulssignals von einem AUS-Signal auf ein EIN-Signal verstrichen sind.
Die den Heizeinrichtungen 37a, 37b zugeführten Impulssignale haben somit entgegengesetzte Phasen. Wenn die erste Heizeinrichtung 37a mit Strom versorgt wird, wird der zweiten Heizeinrichtung 37b kein Strom zugeführt.
Andererseits wird die zweite Heizeinrichtung 37b mit Strom versorgt, wenn die erste Heizeinrichtung 37a nicht mit Strom versorgt wird. Nach der Durchführung des Schrittes 307 beendet die Zentraleinheit CPU 47 diese Routine.
In dem dem Schritt 300 folgenden Schritt 301 beurteilt die Zentraleinheit CPU 47, ob die zweite Bedingung erfüllt ist, indem sie den gleichen Vorgang wie im Schritt 306 durchführt. Wenn die zweite Bedingung nicht erfüllt ist, wiederholt die Zentraleinheit CPU 47 den Ablauf des Schrittes 300 sowie die folgenden Schritte. Wenn die zweite Bedingung erfüllt ist, bestimmt die Zentraleinheit CPU 47, dass die Temperatur des zweiten Sensorelements 36b die Aktivierungstemperatur erreicht hat und geht zu dem Schritt 302 über.
Im Schritt 302 führt die Zentraleinheit CPU 47 einen Übergang der Stromversorgung der zweiten Heizeinrichtung 37b von einem kontinuierlichen Strom auf ein Impulsstromsignal herbei und geht auf einen Schritt 303 über. Im Schritt 303 beurteilt die Zentraleinheit CPU 47, ob die erste Bedingung erfüllt ist, indem sie den gleichen Vorgang wie im Schritt 300 ausführt. Wenn die erste Bedingung erfüllt ist, geht die Zentraleinheit CPU 47 auf einen Schritt 304 über. Hierbei wiederholt die Zentraleinheit CPU 47 den Vorgang des Schrittes 303, bis die erste Bedingung erfüllt ist.
Im Schritt 304 führt die Zentraleinheit CPU 47 eine Änderung der Stromversorgung der ersten Heizeinrichtung 37a von einem kontinuierlichen Strom zu einem Impulsstromsignal herbei. Zu diesem Zeitpunkt überträgt die Zentraleinheit CPU 47 wie im Schritt 307 ein Impulssignal mit einer Phasenverzögerung von einer halben Impulsperiode (T/2) in Bezug auf das der zweiten Heizeinrichtung 37b zugeführte Impulssignal. Die den Heizeinrichtungen 37a, 37b zugeführten Impulssignale haben somit entgegengesetzte Phasen. Nach Durchführung des Schrittes 304 beendet die Zentraleinheit CPU 47 sodann diese Routine.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Routine werden die Heizeinrichtungen 37a, 37b mit Impulssignalen entgegengesetzter Phase beaufschlagt. Unter Bezugnahme auf Fig. 8 wird nachstehend nun näher auf Änderungen der Ströme I1, I2 eingegangen, wenn das erste Sensorelement 36a die Aktivierungstemperatur vor dem zweiten Sensorelement 36b erreicht.
Wenn zur Zeit T1 gemäß Fig. 8 im Schritt 300 die erste Bedingung erfüllt ist, geht die Zentraleinheit CPU 47 vom Schritt 300 auf den Schritt 305 über. Im Schritt 305 beginnt die Zentraleinheit CPU 47 mit der Zuführung des Impulssignals zu der ersten Heizeinrichtung 37a. Während der Zeitdauer zwischen den Zeiten T1 und T2 wird nur die erste Heizeinrichtung 37a impulsgesteuert mit Strom versorgt.
Wenn zur Zeit T2 im Schritt 306 die zweite Bedingung erfüllt ist, geht die Zentraleinheit CPU 47 auf den Schritt 307 über. Im Schritt 307 führt die Zentraleinheit CPU 47 zur Zeit T4 einen Übergang der Stromversorgung der zweiten Heizeinrichtung 37b von einem kontinuierlichen Strom auf ein Impulsstromsignal herbei. Die Zeit T3 stellt den Zeitpunkt dar, bei der das der ersten Heizeinrichtung 37a zugeführte Impulsstromsignal von einem AUS-Signal auf ein EIN-Signal übergeht, während die Zeit T4 den Zeitpunkt bezeichnet, bei dem 50 ms seit der Zeit T3 verstrichen sind. Wie in Fig. 8 veranschaulicht ist, stellt somit das der zweiten Heizeinrichtung 37b zugeführte Impulsstromsignal ein Impulsstromsignal entgegengesetzter Phase in Bezug auf das der ersten Heizeinrichtung 37a zugeführte Impulsstromsignal dar.
Wie vorstehend beschrieben, wird somit den Heizeinrichtungen 37a, 37b abwechselnd Strom zugeführt, d. h., die Ströme werden den Heizeinrichtungen 37a, 37b nicht gleichzeitig zugeführt. Somit beträgt die Summe der den Heizeinrichtungen 37a, 37b zu einem gegebenen Zeitpunkt zugeführten Ströme die Hälfte des beim Stand der Technik vorliegenden Wertes. Hierdurch wird der elektrische Stromverbrauch der Heizeinrichtungen 37a, 37b sowie die Belastung der Batterie 52 verringert. Weiterhin wird die Summe der den Heizeinrichtungen 37a, 37b zugeführten Ströme konstant, sobald die Impulssteuerung der Heizeinrichtungen 37a, 37b eingesetzt hat. Auf diese Weise werden Schwankungen der Batteriespannung vermieden und damit die Arbeitsweise verschiedener, mit Hilfe der Batteriespannung betriebener Betätigungsglieder stabilisiert. So wird z. B. die den Einspritzventilen zugeführte Spannung stabilisiert. Auf diese Weise verbessert sich die Genauigkeit der Brennstoffeinspritzsteuerung, wodurch sich wiederum das Leerlauf verhalten der Brennkraftmaschine stabilisiert.
Während der Impulssteuerung wird die Summe der den Heizeinrichtungen 37a, 37b zugeführten Ströme auf die Hälfte des beim Stand der Technik vorliegenden Wertes reduziert. Somit können die den Heizeinrichtungen 37a, 37b zugeführten Ströme I1, I2 durch Verringerung der Widerstandswerte der Heizeinrichtungen 37a, 37b erhöht werden. Dementsprechend können die Sensorelemente 36a, 36b schneller aktiviert werden.
(1) Anstelle eines Strombegrenzungstyps können die Sauerstoffmesssonden 31 bis 33 auch in Form einer Sauerstoff konzentrationszelle Verwendung finden, die in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration im Abgas eine elektromotorische Kraft (EMK) erzeugt. Außerdem können Sauerstoffmesssonden in Form eines Strombegrenzungstyps und in Form einer Sauerstoffkonzentrationszelle auch gemeinsam verwendet werden.
(2) Im Falle des erstens Ausführungsbeispiels kann unabhängig von den unterschiedlichen Aktivierungszeiten der Sensorelemente 36a bis 36c die Reihenfolge des Beginns der Stromversorgung der Heizeinrichtungen 37a bis 37c verändert werden, wenn den Heizeinrichtungen 37a bis 37c nicht gleichzeitig Spitzenströme zugeführt werden.
(3) Die Steuerung des Beginns der Stromversorgung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und die Impulssteuerung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel können auch gemeinsam verwendet werden. Hierbei werden die Heizeinrichtungen 37a bis 37c zu verschiedenen Zeiten mit Strom versorgt. Sodann wird von einem den Heizeinrichtungen 37a bis 37c zugeführten kontinuierlichen Strom in der Reihenfolge, in der die Temperatur einer jeden Heizeinrichtung die Aktivierungstemperatur erreicht, auf ein Impulsstromsignal übergegangen. Die Maßnahme ermöglicht eine weitere Verringerung der Belastung der Batterie 52.
(4) Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel können auch drei oder mehr Sauerstoffmesssonden Verwendung finden. Bei Verwendung von drei Sauerstoffmesssonden werden jeder Sauerstoffmesssonde Impulssignale mit einer Phasenverzögerung von einem Drittel einer Impulsperiode zugeführt. In diesem Falle verhindert ein Tastverhältnis von 33% oder weniger, dass die Sauerstoffmesssonden gleichzeitig mit Strom versorgt werden. Somit lässt sich wie im Falle des zweiten Ausführungsbeispiels die Batteriebelastung verringern.
(5) Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel kann das Tastverhältnis bzw. die Impulsdauer der den Heizeinrichtungen 37a, 37b zugeführten Signale entsprechend den Betriebszuständen der Heizeinrichtungen 37a, 37b sowie entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 11 geändert werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Steuerung der Stromversorgung einer Vielzahl von zur Ermittlung des Luft- Brennstoff Verhältnisses in einer Brennkraftmaschine dienenden Sonden (31 bis 33), wobei die Brennkraftmaschine einen Abgaskanal (19L, 19R, 26L, 26R, 27) aufweist, in dem die Sonden (31 bis 33) angeordnet sind, und jede Sonde (31 bis 33) ein Sensorelement (36a bis 36c) zur Erzeugung eines der Sauerstoffkonzentration des Abgases der Brennkraftmaschine entsprechenden Signals und eine Heizeinrichtung (37a bis 37c) zur Erwärmung des Sensorelements (36a bis 36c) aufweist, wobei jedes Sensorelement (36a bis 36c) bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur aktiviert wird und jede Heizeinrichtung (37a bis 37c) einen anfänglich hohen und sodann zeitabhängig abfallenden Laststrom aufweist, und wobei eine Stromversorgungseinrichtung (47) zur Erregung der Heizeinrichtungen (37a bis 37c) vorgesehen ist, die die Erregung einer jeden Heizeinrichtung (37a bis 37c) zur Verringerung des gesamten Laststroms der Heizeinrichtungen (37a bis 37c) zu einer jeweils unterschiedlichen Zeit einleitet, dadurch gekennzeichnet, dass

für jedes Sensorelement (36a bis 36c) eine vorgegebene Heizzeitdauer vorgesehen ist, während der es auf die vorgegebene Temperatur aufgeheizt wird, und

die Stromversorgungseinrichtung (47) die Reihenfolge der Heizzeitperioden von der längsten zur kürzesten Zeitperiode festlegt und zuerst die Heizeinrichtung (37a bis 37c) erregt, die dem Sensorelement (36a bis 36c) mit der längsten Heizzeitperiode zugeordnet ist, während sie sodann die anderen Heizeinrichtungen (37a bis 37c) in der Reihenfolge abnehmender Heizzeitperioden erregt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit einem Zeitgeber (47) zur Messung der Zeitdauer, die jedes Sensorelement (36a bis 36c) bis zum Erreichen der vorgegebenen Temperatur benötigt, wobei die Stromversorgungseinrichtung (47) die Stromversorgung auf der Basis der gemessenen Zeitdauer beginnt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Stromversorgungseinrichtung (47) das Verstreichen eines vorgegebenen minimalen Zeitintervalls von dem Zeitpunkt des Beginns der Erregung einer Heizeinrichtung (37a bis 37c) bis zu dem Zeitpunkt des Beginns der Erregung der nächsten Heizeinrichtung (37a bis 37c) abwartet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Stromversorgungseinrichtung (47) einer jeden Heizeinrichtung (37a bis 37c) ein ein EIN-Signal und ein AUS-Signal umfassendes Impulssignal zuführt und das einer jeden Heizeinrichtung (37a bis 37c) zugeführte Impulssignal zur Verringerung des gesamten Laststroms der Heizeinrichtungen (37a bis 37c) eine unterschiedliche Phase in Bezug auf das den anderen Heizeinrichtungen (37a bis 37c) jeweils zugeführte Impulssignal aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Stromversorgungseinrichtung (47) einer Heizeinrichtung (37a bis 37c) ein EIN-Signal zuführt, während sie einer weiteren der Heizeinrichtungen (37a bis 37c) ein AUS-Signal zuführt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, mit einer Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung, ob jedes Sensorelement (36a bis 36c) aktiviert ist, wobei die Stromversorgungseinrichtung (47) einem jeden Sensorelement (36a bis 36c) anfänglich eine Gleichspannung zuführt und mit der Zuführung des Impulssignals zu einem jeden Sensorelement (36a bis 36c) beginnt, wenn jedes Sensorelement (36a bis 36c) aktiviert ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Bestimmungseinrichtung ermittelt, ob der elektrische Widerstand einer jeden Heizeinrichtung (37a bis 37c) auf einen vorgegebenen Wert angestiegen ist, um zu bestimmen, ob das zugehörige Sensorelement (36a bis 36c) aktiviert ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Bestimmungseinrichtung ermittelt, ob der Stromverbrauch einer jeden Heizeinrichtung (37a bis 37c) auf einen vorgegebenen Wert angestiegen ist, um zu bestimmen, ob das zugehörige Sensorelement (36a bis 36c) aktiviert ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, bei der die Anzahl der für die Brennkraftmaschine vorgesehenen Sonden (31 bis 33) zwei beträgt, wobei das Tastverhältnis des den beiden Sonden (31 bis 33) zugeführten Signals 50 Prozent beträgt und wobei die beiden Impulssignale entgegengesetzte Phasen aufweisen.

10. Verfahren zur Steuerung der Stromversorgung einer Vielzahl von zur Ermittlung des Luft- Brennstoff Verhältnisses in einer Brennkraftmaschine dienenden Sonden (31 bis 33), wobei die Brennkraftmaschine einen Abgaskanal (19L, 19R, 26L, 26R, 27) aufweist, in dem die Sonden (31 bis 33) angeordnet sind und jede Sonde (31 bis 33) ein Sensorelement (36a bis 36c) zur Erzeugung eines der Sauerstoffkonzentration im Abgas der Brennkraftmaschine entsprechenden Signals und eine Heizeinrichtung (37a bis 37c) zur Erwärmung des Sensorelements (36a bis 36c) aufweist, wobei jedes Sensorelement (36a bis 36c) nach Erregung der zugehörigen Heizeinrichtung (37a bis 37c) durch eine Stromversorgungseinrichtung (47) bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur aktiviert wird und jede Heizeinrichtung (37a bis 37c) einen anfänglich hohen und sodann zeitabhängig abfallenden Laststrom aufweist, und wobei zur Verringerung des gesamten Laststroms der Heizeinrichtungen (37a bis 37c) der Schritt eines Einleitens der Erregung einer jeden Heizeinrichtung (37a bis 37c) zu einer jeweils unterschiedlichen Zeit vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass

jedem Sensorelement (36a bis 36c) eine vorgegebene Heizzeitperiode zugeordnet ist, während der es auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheizt wird, und dass als weitere Verfahrensschritte vorgesehen sind:

Bestimmung der Reihenfolge der Heizzeitperioden von der längsten zur kürzesten Heizzeitperiode,

Erregung zunächst derjenigen Heizeinrichtung (37a bis 37c), die dem Sensorelement (36a bis 36c) mit der längsten Heizzeitperiode zugeordnet ist, und

darauffolgender Erregung der anderen Heizeinrichtungen (37a bis 37c) in der Reihenfolge abnehmender Heizzeitperioden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, mit den Schritten:

Anlegen einer Gleichspannung an die Heizeinrichtungen (37a bis 37c) zur Erwärmung der Sensorelemente (36a bis 36c), und

Anlegen eines ein EIN-Signal und ein AUS-Signal umfassenden Impulssignals an eine jede Heizeinrichtung (37a bis 37c), wobei das jeder Heizeinrichtung (37a bis 37c) zugeführte Impulssignal eine unterschiedliche Phase in Bezug auf das den jeweils anderen Heizeinrichtungen (37a bis 37c) zugeführte Impulssignal aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem einer Heizeinrichtung (37a bis 37c) ein EIN-Signal zugeführt wird, während einer anderen der Heizeinrichtungen (37a bis 37c) ein AUS-Signal zugeführt wird.