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図面 (8)

課題

本発明は、少なくとも1つの測定信号(26)を提供し、センサ加熱部(24)がパルス幅変調される動作電圧(28)により作動する加熱可能な排ガスセンサ(20)を作動させる方法に関するものであり、ならびに、この方法を実施する装置に関するものである。

解決手段

本発明による方式は、少なくとも1つの測定信号(26)の検出がセンサ加熱部(24)のためのパルス幅変調される動作電圧(28)の提供よりも優先権を有しており、少なくとも測定信号(26)が検出される所定の測定スロット(30,32)中にはセンサ加熱部(24)のためのパルス幅変調される動作電圧(28)の提供が阻止信号(18)により抑圧されることを特徴とする。

概要

背景

内燃機関を作動させるために、たとえばラムダセンサNOxセンサのような排ガスセンサが利用され、そのセンサ信号によって内燃機関が制御されて、たとえば排ガス浄化設備での効率的な排ガス浄化のための適切な条件を確保する。

特に、イオン伝導性固体電解質を有している排ガスセンサ、たとえばラムダセンサやNOxセンサは、必要な固体電解質のイオン伝導性を実現するために、特定の動作温度を必要とする。さらには測定精度も、このようなセンサの温度に依存して決まる。したがって一般に、プローブを加熱して温度をコントロールし、通常は制御することが必要である。温度を測定するために、別個温度センサは使われないのが普通である。その代わりに、たとえば温度に強く依存する排ガスプローブ内部抵抗Riを援用して、センサ温度についての測定信号を得ることができる。加熱可能な排ガスセンサが提供するさらに別の測定信号は、たとえば、電極のところにある測定ガス熱力学的な平衡状態にあるか否かに関する情報提供を可能にするネルンスト電圧である。

通常はパルス幅変調される電圧により作動するセンサ加熱部の比較的高い動作電流に基づき、加熱される排ガスセンサから提供される少なくとも1つの測定信号に影響を及ぼす可能性がある、パルスエッジによって引き起こされる障害が発生することがある。

特許文献1には、パルス幅変調されるセンサ加熱部の動作電圧に依存して測定信号の検出が規定される、加熱可能な排ガスセンサを作動させる方式が記載されている。少なくとも1つの測定信号の検出は、パルス幅変調されるセンサ加熱部の動作電圧のエッジに依存して、測定信号の検出が行われる前に、立ち上がりまたは立ち下りのパルスエッジの発生後に特定の待機時間が設定されるように規定される。

概要

本発明は、少なくとも1つの測定信号(26)を提供し、センサ加熱部(24)がパルス幅変調される動作電圧(28)により作動する加熱可能な排ガスセンサ(20)を作動させる方法に関するものであり、ならびに、この方法を実施する装置に関するものである。 本発明による方式は、少なくとも1つの測定信号(26)の検出がセンサ加熱部(24)のためのパルス幅変調される動作電圧(28)の提供よりも優先権を有しており、少なくとも測定信号(26)が検出される所定の測定スロット(30,32)中にはセンサ加熱部(24)のためのパルス幅変調される動作電圧(28)の提供が阻止信号(18)により抑圧されることを特徴とする。

目的

本発明の課題は、パルス幅変調される動作電圧によりセンサ加熱部が作動し、少なくとも1つの検出された測定信号が、パルス幅変調されるセンサ加熱部の動作電圧によってできる限りわずかしか障害を受けることがない、加熱可能な排ガスセンサを作動させる方法および装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

少なくとも1つの測定信号(26)を提供し、センサ加熱部(24)がパルス幅変調される動作電圧(28)により作動する加熱可能な排ガスセンサ(20)を作動させる方法において、少なくとも1つの測定信号(26)の検出は前記センサ加熱部(24)のためのパルス幅変調される動作電圧(28)の提供よりも優先権を有しており、少なくとも測定信号(26)が検出される所定の測定スロット(30,32)中には前記センサ加熱部(24)のためのパルス幅変調される動作電圧(28)の提供が阻止信号(18)により抑圧されることを特徴とする方法。

請求項2

少なくとも1つの測定信号(26)は排ガスセンサエレクトロニクス(10)に含まれる評価装置(12)により検出され、パルス幅変調される動作電圧(28)は前記排ガスセンサエレクトロニクス(10)に含まれるパルス幅変調器(14)から前記センサ加熱部(24)に提供され、前記評価装置(12)は前記パルス幅変調器(14)に阻止信号(18)を提供することを特徴とする、請求項1に記載の方法。

請求項3

少なくとも1つの測定信号(26)は排ガスセンサエレクトロニクス(60)に含まれる評価装置(12)により検出され、パルス幅変調される動作電圧(28)は切換器(62)に含まれるパルス幅変調器(14)から前記センサ加熱部(24)に提供され、前記測定信号評価装置(12)は前記切換器(62)に含まれる前記パルス幅変調器(14)に阻止信号(18)を提供することを特徴とする、請求項1に記載の方法。

請求項4

少なくとも1つの測定信号(26)は排ガスセンサエレクトロニクス(70)に含まれる評価装置(12)により検出され、パルス幅変調される動作電圧(28)は切換器(72)に含まれるパルス幅変調器(14)から前記センサ加熱部(24)に提供され、前記排ガスセンサエレクトロニクス(70)と前記切換器(72)はサイクル同期して作動し、測定スロット(30,32)の時間的な位置が切換器(72)の進行制御部(76)に保存されており、前記進行制御部(76)は前記パルス幅変調器(14)に阻止信号(18)を提供することを特徴とする、請求項1に記載の方法。

請求項5

パルス幅変調される動作電圧(28)のパルスが前記センサ加熱部(24)のために再び提供されるまで阻止信号(18)に後続する遅延時間(46)が意図されることを特徴とする、請求項1から4のいずれか1項に記載の方法。

請求項6

少なくとも1つの測定信号(26)を提供し、センサ加熱部(24)がパルス幅変調される動作電圧(28)により作動する加熱可能な排ガスセンサ(20)を作動させる、請求項1から5のいずれか1項に記載の方法を実施する装置において、パルス幅変調器(14)のための阻止信号(18)を提供する、加熱可能な前記排ガスセンサ(20)から提供される少なくとも1つの測定信号(26)を評価するための測定信号評価装置(12)を含む排ガスセンサエレクトロニクス(10)が設けられており、前記排ガスセンサエレクトロニクス(10)は前記センサ加熱部(24)のためのパルス幅変調される動作電圧(28)を提供するための前記パルス幅変調器(14)をさらに含んでいることを特徴とする装置。

請求項7

少なくとも1つの測定信号(26)を提供し、センサ加熱部(24)がパルス幅変調される動作電圧(28)により作動する加熱可能な排ガスセンサ(20)を作動させる、請求項1から5のいずれか1項に記載の方法を実施する装置において、パルス幅変調器(14)のための阻止信号(18)を提供する、加熱可能な前記排ガスセンサ(20)から提供される少なくとも1つの測定信号(26)を評価するための測定信号評価装置(12)を含む排ガスセンサエレクトロニクス(60)が設けられており、前記センサ加熱部(24)のためのパルス幅変調される動作電圧(28)を提供するための前記パルス幅変調器(14)を含む切換器(62)がさらに設けられていることを特徴とする装置。

請求項8

少なくとも1つの測定信号(26)を提供し、センサ加熱部(24)がパルス幅変調される動作電圧(28)により作動する加熱可能な排ガスセンサ(20)を作動させる、請求項1から5のいずれか1項に記載の方法を実施する装置において、加熱可能な前記排ガスセンサ(20)から提供される少なくとも1つの測定信号(26)を評価するための評価装置(12)を含む排ガスセンサエレクトロニクス(70)が設けられており、前記センサ加熱部(24)のためのパルス幅変調される動作電圧(28)を提供するための前記パルス幅変調器(14)を含み、前記パルス幅変調器(14)のための阻止信号(18)を提供する進行制御部(76)をさらに含む切換器(72)がさらに設けられていることを特徴とする装置。

技術分野

0001

本発明は、加熱可能な排ガスセンサを作動させる方法および装置に関する。

背景技術

0002

内燃機関を作動させるために、たとえばラムダセンサNOxセンサのような排ガスセンサが利用され、そのセンサ信号によって内燃機関が制御されて、たとえば排ガス浄化設備での効率的な排ガス浄化のための適切な条件を確保する。

0003

特に、イオン伝導性固体電解質を有している排ガスセンサ、たとえばラムダセンサやNOxセンサは、必要な固体電解質のイオン伝導性を実現するために、特定の動作温度を必要とする。さらには測定精度も、このようなセンサの温度に依存して決まる。したがって一般に、プローブを加熱して温度をコントロールし、通常は制御することが必要である。温度を測定するために、別個温度センサは使われないのが普通である。その代わりに、たとえば温度に強く依存する排ガスプローブ内部抵抗Riを援用して、センサ温度についての測定信号を得ることができる。加熱可能な排ガスセンサが提供するさらに別の測定信号は、たとえば、電極のところにある測定ガス熱力学的な平衡状態にあるか否かに関する情報提供を可能にするネルンスト電圧である。

0004

通常はパルス幅変調される電圧により作動するセンサ加熱部の比較的高い動作電流に基づき、加熱される排ガスセンサから提供される少なくとも1つの測定信号に影響を及ぼす可能性がある、パルスエッジによって引き起こされる障害が発生することがある。

0005

特許文献1には、パルス幅変調されるセンサ加熱部の動作電圧に依存して測定信号の検出が規定される、加熱可能な排ガスセンサを作動させる方式が記載されている。少なくとも1つの測定信号の検出は、パルス幅変調されるセンサ加熱部の動作電圧のエッジに依存して、測定信号の検出が行われる前に、立ち上がりまたは立ち下りのパルスエッジの発生後に特定の待機時間が設定されるように規定される。

先行技術

0006

ドイツ特許出願公開第102008042268A1号明細書

発明が解決しようとする課題

0007

本発明の課題は、パルス幅変調される動作電圧によりセンサ加熱部が作動し、少なくとも1つの検出された測定信号が、パルス幅変調されるセンサ加熱部の動作電圧によってできる限りわずかしか障害を受けることがない、加熱可能な排ガスセンサを作動させる方法および装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

この課題は、独立請求項に記載された構成要件によってそれぞれ解決される。

0009

加熱される排ガスセンサを作動させる本発明の方式は、加熱可能な排ガスセンサが少なくとも1つの測定信号を提供し、センサ加熱部がパルス幅変調される動作電圧により作動することを前提としている。本発明による方式は、少なくとも1つの測定信号の検出が、センサ加熱部のパルス幅変調される動作電圧よりも優先権を有しており、測定スロット中における所定の測定信号検出のときにはセンサ加熱部のためのパルス幅変調される動作電圧の提供が抑圧されることを特徴とする。

0010

本発明により意図される方策は、一方では、加熱される排ガスセンサにより提供される少なくとも1つの測定信号の検出にあたっての設定可能な高いレートを可能にするとともに、他方では、特にセンサ加熱部のパルス幅変調される動作電圧の切換エッジに起因する、少なくとも1つの測定信号の考えられる障害の高い抑圧を可能にする。

0011

本発明による方式の好ましい発展例と実施形態は、それぞれ従属請求項の対象となっている。

0012

本方法を実施するための本発明による装置は、排ガスセンサエレクトロニクスだけを意図しているか、または排ガスセンサエレクトロニクスと、別個の制御装置とを両方とも意図している。

0013

排ガスセンサエレクトロニクスだけが意図されるとき、排ガスセンサエレクトロニクスは、測定信号評価装置パルス幅変調器を両方をも含んでおり、測定信号評価装置は阻止信号を準備してパルス幅変調器に提供する。

0014

排ガスセンサエレクトロニクスと別個の制御装置が意図されるとき、排ガスセンサエレクトロニクスは測定信号評価装置を含んでおり、制御装置はパルス幅変調器を含んでいる。このような実施形態が特に適用されるのは、排ガスセンサエレクトロニクスが加熱可能な排ガスセンサの近傍に、たとえばコネクタに配置されている場合である。

0015

この装置の第1の態様では、排ガスセンサエレクトロニクスに含まれる測定信号評価装置が阻止信号を準備し、切換器に阻止信号が送られ、切換器はパルス幅変調器を含んでおり、このパルス幅変調器に阻止信号が提供されることが意図される。

0016

この装置の別の態様では、排ガスセンサエレクトロニクスと別個の切換器がサイクル同期して作動し、切換器は進行制御部を含んでおり、進行制御部は測定スロット中における測定信号検出に関する情報を有しており、それにより、切換器には阻止信号を排ガスセンサエレクトロニクスから供給しなくてよく、その代わりに阻止信号は、進行制御部から切換器に含まれるパルス幅変調器に直接提供されることが意図される。

0017

本発明の実施例が図面に示されており、以下の記述において詳しく説明する。

図面の簡単な説明

0018

加熱可能な排ガスセンサと排ガスセンサエレクトロニクスとを有する本発明による装置の簡素な実施形態である。
測定信号検出プロセスの時間的進行である。
パルス幅変調される動作電圧である。
加熱可能な排ガスセンサと、排ガスセンサエレクトロニクスおよび切換器とを有する本発明による装置の実施形態である。
加熱可能な排ガスセンサと、排ガスセンサエレクトロニクスおよび切換器とを有する本発明による装置の別案の実施形態である。
測定信号検出プロセスの時間的進行である。
パルス幅変調される動作電圧である。

実施例

0019

図1は、測定信号評価装置12ならびにパルス幅変調器14を含む排ガスセンサエレクトロニクス10を有する、本発明による装置の簡素な実施形態を示している。測定信号評価装置12はパルス幅変調器14に、温度信号16だけでなく阻止信号18も提供する。

0020

さらに、測定値検出装置22ならびにセンサ加熱部24を含む、加熱可能な排ガスセンサ20が設けられている。測定値検出装置22は測定信号評価装置12に、少なくとも1つの測定信号26を提供する。パルス幅変調器14はセンサ加熱部24に、パルス幅変調された動作電圧28を提供する。

0021

図1に示す装置の機能形態について、図2aおよび2bに示した時間tに依存する信号推移を参照しながら詳しく説明する。ここで図2aは、測定信号検出プロセスの時間的進行を示しており、図2bは、パルス幅変調される動作電圧28を示している。

0022

加熱可能な排ガスセンサ20は、たとえばラムダセンサ、HCセンサ、NH3センサ、またはたとえばNOxセンサである。センサ加熱部24は、多くのケース排ガス温度を上回る所要の動作温度まで測定値検出装置22が加熱されるように作用する。測定値検出装置22の動作温度は、たとえば最高摂氏850度であり得る。動作温度を調整するために、センサ加熱部24はパルス幅変調された動作電圧28の供給を受ける。パルス幅変調された動作電圧28は、周期時間および/またはデューティ比、すなわちデジタル信号オン段階オフ段階の間の比率可変に規定されていてよいデジタル信号である。周期時間を変えることで、および特にデューティ比を変えることで、平均の動作電圧が設定され、それにより、動作温度を所定の値に合わせて保つために、または少なくとも所定の温度範囲内で保つために、加熱出力を制御またはコントロールすることができる。

0023

センサ加熱部24の温度は純粋に原理的には直接検出することができ、排ガスセンサエレクトロニクス10のパルス幅変調器14に実際値として伝送することができる。本例では、測定信号26は検出されるべき排ガス量を表す目安だけでなく、測定値検出装置22の動作温度を表す目安も反映していることを前提とする。たとえば、さまざまに異なる時間帯が意図されていてよく、第1の時間帯には検出されるべき測定量が存在しており、第2の時間帯には動作温度を表す目安が存在している。場合により排ガスセンサエレクトロニクス10は、詳しくは図示しない制御信号により、加熱可能な排ガスセンサ20の測定値検出装置22に介入して、検出されるべき排ガス量と温度を表す目安との間の区別を確保することができる。

0024

さらに、排ガスセンサ20は複数の測定信号を、詳しくは図示しない異なる回線を介して別々に測定信号評価装置12へ伝送することが意図されていてよい。

0025

測定信号評価装置12は、測定値検出装置22の温度を表す目安から、測定値検出装置22の実際温度を表す目安を反映する温度信号16を判定する。温度信号16により、周期時間および/またはデューティ比を決定するためにパルス幅変調器14に介入が行われ、すなわち平均の加熱出力の決定に介入が行われて、実際温度が所定の目標温度と一致するか、または所定の目標温度範囲の内部にあるようにされる。

0026

本発明による方式は、加熱可能な排ガスセンサ20の加熱よりも、測定値検出のほうが優先されることを意図している。実際に、パルス幅変調される動作電圧28のパルスエッジは、一方では少なくとも1つの測定信号26の障害につながる場合があり、また他方では、測定信号評価装置12の障害につながる場合があることが判明している。

0027

測定信号評価装置12には、測定値の検出および/または測定信号26の評価がいつ行われるのかが既知である。測定信号検出プロセスの相応の時間的進行が図2aに示されており、図2aに掲げている信号はタイムスロット30,32を記号で表しており、その間に測定値検出および/または測定信号評価が行われる。それと同時にタイムスロット30,32は、阻止信号18の発生も反映している。それに応じて阻止信号18はタイムスロット30,32の開始時36に発生しており、パルス幅変調される動作電圧28が抑圧されるように作用する。阻止信号18は、タイムスロット30,32の終了時40,42をもって撤回される。

0028

パルス幅変調される動作電圧28を示す図2bでは、第1のタイムスロット30において、仮に阻止信号18によって抑制されなければ、パルス幅変調される動作電圧28の新たなパルスが第1のタイムスロット30の間に第1の時点44で発生するはずであるケースが示されている。しかしパルス幅変調される動作電圧28の新たなパルスは、阻止信号18に基づき、第1のタイムスロット30の終了時40の後で初めて発生することができる。

0029

場合により遅延時間46がさらに設けられ、それにより、パルス幅変調される動作電圧28の次のパルスは第2の時点48で再び発生することができる。パルス幅変調される動作電圧28の次のパルスの時間的な遅延に基づき、場合により、平均の加熱出力を遵守できるようにするために、少なくとも次のパルスのデューティ比ないしパルス時間の増大が意図されていてよい。破線で図示しているターンオフエッジは、阻止信号18による介入がなければ生じるはずのものである。

0030

第2のタイムスロット32では、第2のタイムスロット32の開始時38が、パルス幅変調される動作電圧のパルスのターンオンエッジと一致するはずのケースが図示されている。しかし発生する阻止信号18に基づき、パルスが提供されることはなく、第2のタイムスロット32の時間にわたって抑圧される。次のパルスは、第2のタイムスロット32の終了時42の後で初めて、場合により追加の遅延時間46の分だけ遅延されて発生する。このケースでも、第4の時点52で開始される後続のパルスを延長して、平均の加熱出力の遵守を確保することが必要になる場合がある。このパルスにおいても、阻止信号18による介入がなければ発生するはずのターンオフエッジが破線で図示されている。

0031

本発明による装置の図3に示す実施形態では、排ガスセンサエレクトロニクス60は測定信号評価装置12だけを含んでいる。排ガスセンサエレクトロニクス60に追加して、少なくともパルス幅変調器14を含む別個の切換器62が設けられている。この実施形態は、排ガスセンサエレクトロニクス60が加熱可能な排ガスセンサ20の近傍に、たとえばコネクタハウジングに格納されているときに意図されるのが好ましい。ここで考慮されているのは、パルス幅変調器14が最大20ワット電気出力をセンサ加熱部24のために提供できなければならないパワーエレクトロニクスであるために、たとえばコネクタのハウジングへの統合が必ずしも可能でないということである。しかも、空間的な分離による利点が、すなわち敏感な測定信号評価装置12とパルス幅変調器14のパワーセクションとの間の電気的な分断が、実現できないことになる。

0032

測定信号評価装置12が提供する温度信号16と阻止信号18は、少なくとも1つの信号回線を介して切換器62へ送られる。図3では、2つの分離された回線を備える実施形態が示されている。パルス幅変調される動作電圧28は切換器62からセンサ加熱部24へ送られ、この回線は場合により、図3に図示するように、排ガスセンサエレクトロニクス60を通って案内される。

0033

図3に示す実施形態は、図1に示す実施形態と同様の仕方で作動するので、上に説明した機能形態を参照されたい。

0034

本発明による装置の図4に示す別案の実施形態は、やはり排ガスセンサエレクトロニクス70と、これから区別された別個の切換器72とを前提とするものである。この構造では、排ガスセンサエレクトロニクス70と切換器72がサイクル同期して作動することが前提とされており、排ガスセンサエレクトロニクス70と切換器72はいずれも共通のサイクル信号74を利用する。それにより切換器72には、原則として、タイムスロット30,32の間での測定値検出および/または測定信号評価の時間的な位置が正確に既知である。サイクル同期化に基づき、測定スロット30,32のそれぞれ開始時36,38ならびに終了時40,42が、測定信号評価装置12にも切換器72にも既知となる。

0035

切換器72は進行制御部76を含んでおり、これに測定スロット30,32の時間的な位置が、ないしは測定スロット30,32のそれぞれ開始時36,38および終了時40,42が保存されており、それにより進行制御部76は、パルス幅変調器14を少なくとも測定スロット30,32のあいだ阻止する阻止信号18を自ら提供することができる。

0036

図1および3に示す構造と比べたときの図4に示す構造の利点は、測定スロット30,32の時間的な位置が既知であることに基づき、進行制御部76が阻止信号18をそれぞれタイムスロット30,32の開始時36,38の前からすでに提供することができ、そのようにして、測定スロット30,32のそれぞれの開始時36,38の前からすでに、パルス幅変調される動作電圧28の提供に介入できるという点にある。

0037

これに対応する時間的経過図5aおよび5bに示されている。第1のタイムスロット30の領域では、時間的経過は図2aおよび2bに示す時間的経過と一致しているのに対して、第2のタイムスロット32では、パルス幅変調される動作電圧28の最後のパルスで、第2のタイムスロット32の開始時38よりも前からすでに阻止信号18によって介入が行われるケースが生じている。第2のタイムスロット32の前の最後のパルスのパルス幅変調される動作電圧28の破線で図示しているターンオフエッジは、阻止信号18の介入がないケースを反映している。進行制御部76で既知である第2の測定スロット32の時間的な位置に基づき、パルス幅変調される動作電圧28の最後のパルスは、第2のタイムスロット32の発生前に、最大で第2のタイムスロット32の開始時38まで延長することができる。この方策の利点は、タイムスロット30,32の間に全面的には回避することができない平均加熱出力の低下に対し、デューティ比の増大によって、すなわちタイムスロット30,32の前の少なくとも最後のパルスのパルス時間の延長によって、すでに事前対処することができるという点にある。

0038

当然ながら、本例の阻止信号18に基づき、パルス幅変調される動作電圧28の可能なパルスが第5の時点80で少なくとも第2のタイムスロット32の終了時42まで抑圧され、この場合にも、やはり場合により遅延時間46が設けられており、それにより、第2のタイムスロット32の後の第1のパルスは第6の時点82でターンオンエッジをもって開始される。タイムスロット30,32の後の少なくとも第1の後続するパルスは、平均加熱出力の低下に対処するために、再び延長することができる。

0039

10排ガスセンサエレクトロニクス
12評価装置
14パルス幅変調器
18阻止信号
20 排ガスセンサ
24センサ加熱部
26測定信号
28パルス幅変調される動作電圧
30測定スロット/タイムスロット
32 測定スロット/タイムスロット
46遅延時間
60 排ガスセンサエレクトロニクス
62切換器
70 排ガスセンサエレクトロニクス
72 切換器
76進行制御部

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