CN103718033A - 用于运行气体传感器的加热装置的设备、方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行气体传感器（3）的加热装置（2）的设备（1），所述气体传感器尤其是机动车的拉姆达传感器（4），所述设备具有提供运行电流的至少一个功率终放级（5、6），所述至少一个功率终放级与所述加热装置（2）作用连接/能作用连接。在此设置：设置有至少两个相对彼此并联的功率终放极，其中，所述功率终放级中的第一功率终放级（5）切断，如果其运行电流达到一能预先给定的电流值的话，并且，所述功率终放级中的第二功率终放级（6）将其运行电流限界到一能预先给定的最大值上。本发明还涉及一种方法。

Description

用于运行气体传感器的加热装置的设备、方法

技术领域

本发明涉及一种用于运行气体传感器的加热装置的设备，所述气体传感器尤其是机动车的拉姆达传感器（Lambdasensor），所述设备具有提供运行电流的至少一个功率终放级，所述至少一个功率终放级与所述加热装置作用连接/能作用连接。

本发明还涉及一种用于运行一用于运行气体传感器的加热装置的设备的方法，所述设备尤其如前述那样，具有提供运行电流的至少一个功率终放级，所述至少一个功率终放级与所述加热装置作用连接。

背景技术

开头提到的类型的设备以及方法由现有技术公开。气体传感器，尤其是所谓的拉姆达传感器通常被使用在机动车的废气系统中，以便测量废气的含氧量。在此，为了优化地测量含氧量必须将所述拉姆达传感器加热到一确定的温度上。为此，所述气体传感器或者说拉姆达传感器配置有一加热装置，所述加热装置通过至少一个功率终放极来操控。通常，所述功率终放极是机动车的控制器的组成部分。

公知有不同形式的拉姆达传感器。对本领域技术人员尤其公知：宽带拉姆达传感器（LSU），给它们配置有或必须配置一功率强的加热装置，以及成本低廉的、较简单设计的跳跃型探头（LFS），具有一功率较弱的加热装置。根据构建了哪种形式拉姆达传感器的不同而必须选择所述功率终放极的功率。公知的功率终放极在它们的在最大电流或最大被要求的功率上的表现上不同。一进行切断的终放级切断，如果其运行电流达到一能预先给定的电流值的话。一进行限界的功率终放级将其运行电流限界到一能预先给定的最大值上。一拉姆达传感器通常在其热电阻方面具有带正的温度过程的特性曲线，从而使得其在低温下具有低的电阻，并且在高温下具有高的电阻。

所述加热装置优选刚好以额定功率的运行尤其在从产生废气的内燃机的启动直至所述拉姆达传感器上游的液体的蒸发（露点）的所谓的保护加热阶段中是重要的。在保护加热阶段中，所述拉姆达传感器例如不允许被加热超过300°C，这是因为在所述拉姆达传感器的热的陶瓷上的小水滴的出现否则会导致热冲击损坏。所述加热装置但是必须使所述拉姆达传感器变得足够热，因此在拉姆达传感器或气体传感器的陶瓷中存在的水能够蒸发。否则，在达到露点之后的加热装置完全接通的情况下的爆炸式的蒸发会同样地导致损坏。所述加热装置的通过至少一个功率终放级所提供的加热功率因此在所述保护加热阶段中仅是低的，但是也不允许例如由于一终放级切断而太小地失灵。所述低的加热功率通过在操控所述功率终放级时的小的占空比来实现。但是，在短的保护加热阶段中流过高的电流，从而使得能设想的是：达到最大电流并且切断所述终放级，在所述加热装置调整所述气体传感器的预期的运行温度之前。

发明内容

根据本发明的设备的特征在于权利要求1的特征。该设备能够以简单和成本低廉的方式实现气体传感器的、尤其宽带拉姆达传感器的加热装置的安全运行。所述设备的特征在于：设置有至少两个相对彼此并联的功率终放极，其中，所述功率终放级中的第一功率终放级切断，如果其运行电流达到一能预先给定的运行电流的话，并且，所述功率终放级中的第二功率终放级将其运行电流限界到一能预先给定的最大值上。根据本发明因此设置有至少两个功率终放极用于运行所述一个加热装置，所述至少两个功率终放级相对彼此并联并且具有不同的特性。优选地，两个功率终放级以如下方式构造，即，它们提供相同的最大最终功率。两个功率终放极提供如下的运行电流，该运行电流被输送给所述加热装置。如果进行切断的功率终放级的运行电流达到所述能预先给定的电流值，那么该功率终放级切断。优选地，然后将另外的、限界所述最大电流的功率终放级的功率以如下方式提高，即，补偿由于被切断的功率终放级而缺少的功率。必要时，为此将所述另外的功率终放级的最大值相应地提高，从而使得为所述加热装置提供预期的总功率。优选地，所述进行切断的功率终放级接下来不是持久地切断，而是优选在每个新的脉冲或时钟信号（Takt）的情况下又接通。

根据本发明的一有利的改进方案，所述设备具有一用于运行所述功率终放级的控制装置。所述控制装置优选以如下方式构造，即，该控制装置探测对应的功率终放级的运行状态，至少所述进行切断的功率终放级的运行状态，并且与检测到的运行状态相关地运行所述另外的功率终放级。所述控制装置为此能够与相应的探测器件连接或具有它们。所述控制装置此外尤其包括一微处理器，用于处理检测到的信息和用于操控所述功率终放极。

此外优选地设置：所述控制装置以如下方式操控所述第二功率终放极，即，所述第二功率终放级在第一功率终放级切断的情况下提供较高的运行功率。如上面已经提到的那样，当所述第一功率终放级略去或者说切断时，优选地提高所述第二功率终放级的运行功率。尤其如果所述第二功率终放级的运行功率如下程度地被提高，使得其补偿了第一功率终放级的被略去的运行功率的话，那么保证了：所述加热装置提供了所需的总运行功率并且所述气体传感器达到所述预期的运行温度。

根据本发明的、用于运行上述设备的方法的特征在于权利要求4的特征。在此设置：检测所述第一和第二功率终放级的运行电流，所述第一功率终放级在达到所述能预先给定的电流值时被切断并且所述第二功率终放级的运行电流被限界到一能预先给定的限界值上。由此获得上面相对于所述设备已描述的优点。

优选地，所述第二功率终放级在第一功率终放极切断的情况下以如下方式被操控，即，所述第二功率终放级提供较高的运行功率。特别优选地，以如下方式操控所述第二功率终放级，即，其补偿所述第一功率终放级的所述被略去的运行功率，从而使得继续为所述加热装置提供了预期的总运行功率。

根据本发明的一有利的改进方案设置：所述功率终放级，即所述第一功率终放级和所述第二功率终放级的功率通过尤其半导体开关的周期式接上和切断以一能预先给定的占空比来调整。所述功率终放级借助于半导体开关、尤其借助于所谓的桥电路或并联电路的运行对本领域技术人员是一般性公知的，并且因此不应当在此处详细阐释。如果所述第一功率终放级切断，因为其运行电流已达到所述能预先给定的电流值，那么必须为了获得所述预期的总功率而在保留的第二功率终放级上适配所述占空比。为了获得相同的总功率，尤其在半电流的情况下必须将所述保留的功率终放级以四倍的占空比来操控。

为此优选地设置：在切断所述第一功率终放级的情况下将所述第二功率终放级的所述占空比以一系数来提高，该系数相应于如下比例的平方，该比例来自在接通阶段中激活的功率终放级的情况下流动的电流和相应于切断值的电流的总和相对于在调整阶段中激活的功率终放级的情况下流动的电流。

特别优选地，在所述接通阶段中将所述保留的功率终放级的占空比以系数4提高，以便如上所述那样获得用于所述加热装置的相同的总运行功率。

总而言之，通过本发明能够实现气体传感器或配置给所述气体传感器的加热装置的这样的运行，该运行能够以简单和成本低廉的方式实现加热装置在所述保护加热阶段中的安全运行。此外通过所述有利的设备和该设备的运行来实现：多个限界电流的、表现了比所述进行切断的功率终放级更高的成本因素的终放级能够在所述控制器中被用于另外的应用。本发明为此有助于：能够将一成本低廉的功率终放级（进行切断的形式）也在利用气体传感器（如上所述）尤其利用宽带拉姆达传感器的应用中使用。用于所述控制器或所述设备的成本能够由此下降。

附图说明

下面应当根据附图详细阐释本发明。为此示出了唯一的附图：

附图在一简化的方块视图中示出了用于运行加热装置的设备。

具体实施方式

该图在一简化的视图中示出了设备1，当前以虚线加边，用于运行气体传感器3的加热装置2，所述气体传感器尤其能够设置或设置在机动车的废气系统中。所述气体传感器构造为拉姆达传感器4，尤其构造为宽带拉姆达传感器。所述拉姆达传感器4具有一这里没有详细示出的陶瓷体，所述陶瓷体用于所述拉姆达传感器4的温度调节并且预防机械式损坏。通常，所述陶瓷体处在废气流中，所述废气流的含氧量应当借助于所述拉姆达传感器4来检测。为了能够实现有效的测量，给所述拉姆达传感器4，尤其所述陶瓷体配置所述加热装置2，所述加热装置将所述拉姆达传感器，尤其所述拉姆达传感器的陶瓷体调节到一确定的、能预先给定的温度。

为了运行所述加热装置，所述设备1包括两个功率终放极5、6，它们相对彼此并联并且与一能量源通过一共用的线路7连接。当然也可以考虑，所述功率终放极5、6通过单独的线路与所述能量源连接或能连接。所述能量源在此可以形成所述设备1的一组成部分，但是优选单独地例如设置为具有所述设备1的机动车的能量存储器。所述功率终放极5、6此外通过一共用线路与所述加热装置2连接。同样可以考虑的是，所述加热装置2分别通过一特别的线路与所述功率终放极5、6之一连接。所述设备1此外包括一控制装置8，所述控制装置与所述功率终放极5、6并且可选地也与所述气体传感器3和/或所述气体传感器的加热装置2连接。所述设备1优选地构造为控制器，尤其构造为前面提到的机动车的内燃机的马达控制器。

所述第一功率终放极5以如下方式构造，即，当其运行电流达到一能预先给定的电流值时，其切断。其由此是一进行切断的功率终放极。

所述第二功率终放极6以如下方式构造，即，其将其运行电流限界到一能预先给定的最大值上，从而使得其运行电流不能超过该值。

所述控制装置8操控所述功率终放极5、6，其方式是，所述控制装置分别预先给定一占空比，所述占空比确定了对应的功率终放极的半导体开关的开关频率，以便调整由对应的功率终放极5、6所提供的运行功率。此外，所述控制装置8检测对应的功率终放极的状态，从而使得所述控制装置识别所述功率终放极5是否在运行中或已切断，并且可能地也识别所述功率终放极6的运行电流是否已达到所述预先给定的最大值。

如果所述控制装置8检测到：所述第一功率终放极已切断，因为其运行电流已达到所述能预先给定的电流值，那么其以如下方式操控所述第二功率终放极，即，所述第二功率终放极带来较高的运行功率。尤其地，所述第二功率终放极在此以如下方式被操控，即，其补偿由于第一功率终放极的去掉或者说切断所缺少的运行功率。尤其地，所述第二功率终放级的运行功率以如下方式来调整，即，其提高相应于这样的功率，被切断的功率终放级会提供该功率，如果所述被切断的功率终放级以在用于切断的阈上的电流运行的话，即所述第一功率终放级的最大能达到的功率。

为此，所述第二功率终放级的占空比以这样的系数来提高，该系数相应于如下比例的平方，所述比例由一方面由在未切断的功率终放级5的情况下在接通阶段或者说保护加热阶段中流动的电流和在被切断的功率终放级5的切断阈上的电流的总和，和，另一方面仅在未切断的功率终放级5的情况下在接通阶段中流动的电流来形成。

当所述拉姆达传感器4还非常凉时，所述加热装置2的内电阻是低的。在接通所述加热装置2的情况下，在该阶段中短时地流过提高的电流。在该阶段中，所述功率终放级短时地切断。为了尽管如此能够实现快速的加热，在该阶段中将所述占空比如上所述那样尤其以系数4提高。如果所述拉姆达传感器3足够热，例如达到运行温度，那么所述加热装置3的内电阻提高，由此，其运行电流降低，并且进行切断的第一终放级又接通，接着所述第二功率终放极的被提高的占空比又被减少到正常的值，从而使得两个功率终放极5、6又正常工作。

为了获得相同的总运行功率，在半电流的情况下，保留的功率终放级6以四倍的占空比来操控。为了确定该被校正的占空比，将所述占空比换算成时间（时间_旧）。在所述计算时，所述进行切断的第一功率终放级5的切断时间必须被连带考虑。由此获得：

时间_新=(时间_旧-所述功率终放级5的切断时间)·系数4+所述功率终放级5的切断时间

然后将新的计算出的时间（时间_新）又换算成一占空比。

当然，本发明不局限于带有两个功率终放极5、6的设备。确切地说也可以考虑，三个或更多个功率终放级相对彼此并联，它们运行所述加热装置2。重要的是：设置有至少一个进行切断的功率终放级和至少一个进行限界的功率终放级。因此例如也可以考虑设置多个进行切断的功率终放级，它们的运行功率在其切断时通过一个或多个进行限界的功率终放级来相应地补偿。相应地，然后也与多个进行切断的功率终放级相关地计算所述系数。

Claims (9)

1. 用于运行气体传感器（3）的加热装置（2）的设备（1），所述气体传感器尤其是机动车的拉姆达传感器（4），所述设备具有提供运行电流的至少一个功率终放级（5、6），所述至少一个功率终放级与所述加热装置（2）作用连接/能作用连接，其特征在于，设置有至少两个相对彼此并联的功率终放极，其中，所述功率终放级中的第一功率终放级（5）切断，如果其运行电流达到一能预先给定的电流值的话，并且，所述功率终放级中的第二功率终放级（6）将其运行电流限界到一能预先给定的最大值上。

2. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于一控制装置（8）用于运行所述功率终放级（5、6）。

3. 根据前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述控制装置（8）以如下方式操控所述第二功率终放极（6），即，所述第二功率终放级在第一功率终放级（5）切断的情况下具有较高的运行功率。

4. 用于运行一用于运行气体传感器（3）的加热装置（2）的设备的方法，所述气体传感器尤其是机动车的拉姆达传感器（4），所述设备尤其是根据前述权利要求中的一个或多个所述的设备，所述设备具有提供运行电流的至少一个功率终放级（5、6），所述至少一个功率终放级与所述加热装置（2）作用连接，其特征在于，检测所述第一功率终放级和所述第二功率终放级（5、6）的运行电流，所述第一功率终放级（5）在达到所述能预先给定的电流值时被切断并且所述第二功率终放级（6）的运行电流被限界到一能预先给定的限界值上。

5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二功率终放级（6）在第一功率终放极（5）切断的情况下以如下方式被操控，即，所述第二功率终放级提供较高的运行功率。

6. 根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述第二功率终放级（6）的运行功率以如下方式被提高，即，至少基本上补偿被切断的所述第一功率终放级（5）的被略去的运行功率。

7. 根据权利要求4至6之一所述的方法，其特征在于，所述功率终放级（5、6）的功率通过尤其半导体开关的周期式接上和切断以一能预先给定的占空比来调整。

8. 根据权利要求4至7之一所述的方法，其特征在于，在切断所述第一功率终放级（5）的情况下将所述第二功率终放级（6）的所述占空比以一系数来提高，该系数相应于如下比例的平方，该比例来自在接通阶段中未被切断的第一功率终放级（5）的情况下流动的电流和相应于所述能预先给定的电流值的电流的总和相对于在所述接通阶段中未被切断的第一功率终放级（5）的情况下流动的电流。

9. 根据权利要求4至8之一所述的方法，其特征在于，在所述接通阶段中，所述占空比以系数4来提高。

Images