JP2005504292A - 窒素酸化物センサの作動方法および回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】窒素酸化物信号の酸素影響を簡単な技術的手段を用いて且つコスト的に有利に低減させる方法および回路を提供する。
【解決手段】ポンプ・セルの内側ポンプ電極（ＩＰＥ）と外側ポンプ電極（ＡＰＥ）との間に、ポンプ電流（Ｉ＿Ｐｕｍｐ）を発生させるポンプ電圧（Ｕ＿ＡＰＥ、ＩＰＥ）が印加され、ポンプ電圧により、第１の測定ガス室内に、酸素の供給または排出によって一定の酸素分圧が設定され、ポンプ電圧は、濃淡電池の電極に一定の電圧値が設定されるように制御され、第２の測定ガス室内に配置された、ＮＯｘを感知する第３の電極が第２のポンプ・セルとして作動され、第２のポンプ・セル内に、ＮＯｘ濃度を与える限界ポンプ電流が設定される、自動車の排気ガス後処理におけるガス混合物内のＮＯｘ濃度を決定するための窒素酸化物センサの作動方法において、ポンプ電流が測定時間ウインドウ（Ｔ＿Ｍｅｓｓ）内において遮断されるかまたは低減され、ＮＯｘ濃度が測定時間ウインドウ内において測定される。
【選択図】図３
【解決手段】ポンプ・セルの内側ポンプ電極（ＩＰＥ）と外側ポンプ電極（ＡＰＥ）との間に、ポンプ電流（Ｉ＿Ｐｕｍｐ）を発生させるポンプ電圧（Ｕ＿ＡＰＥ、ＩＰＥ）が印加され、ポンプ電圧により、第１の測定ガス室内に、酸素の供給または排出によって一定の酸素分圧が設定され、ポンプ電圧は、濃淡電池の電極に一定の電圧値が設定されるように制御され、第２の測定ガス室内に配置された、ＮＯｘを感知する第３の電極が第２のポンプ・セルとして作動され、第２のポンプ・セル内に、ＮＯｘ濃度を与える限界ポンプ電流が設定される、自動車の排気ガス後処理におけるガス混合物内のＮＯｘ濃度を決定するための窒素酸化物センサの作動方法において、ポンプ電流が測定時間ウインドウ（Ｔ＿Ｍｅｓｓ）内において遮断されるかまたは低減され、ＮＯｘ濃度が測定時間ウインドウ内において測定される。
【選択図】図３
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、特に燃料駆動自動車におけるλ制御による排気ガス後処理に関し、詳細にはこのようなλ制御において使用可能な、排気ガス混合物内の窒素酸化物濃度を決定するための窒素酸化物センサの作動方法および回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
λ制御は、今日、触媒と組み合わされて、オットー・サイクル・エンジンに対する有効な排気ガス浄化方法である。今日利用可能な点火および噴射システムと組み合わされてはじめて、きわめて低い排気ガス値を達成することができる。三元触媒または選択触媒の使用が特に効果的である。この触媒タイプは、エンジンが λ＝１ の理論空燃比から約１％の範囲内で運転される場合に、炭化水素、一酸化炭素および窒素酸化物を９８％以上まで分解する性質を有している。この場合、λは、実際に存在する空気／燃料混合物が、完全燃焼のために理論的に必要な、１４．７ｋｇの空気と１ｋｇのガソリンとの質量比に対応する値 λ＝１ からどれだけかけ離れているかを与え、即ち、λは供給空気質量と理論空気必要量との商である。
【０００３】
λ制御においては、それぞれの排気ガスが測定され且つ燃料供給量が測定結果に対応して、例えば噴射システムにより直ちに補正される。測定センサとしてλセンサが使用され、λセンサは、正確に λ＝１ において電圧ジャンプを有し、即ち混合物が λ＝１ よりリッチであるかまたはリーンであるかを示す信号を供給する。λセンサの作動方法は、固体電解質を有するガルバニ酸素濃淡電池の原理に基づいている。
【０００４】
二位置センサとして設計されているλセンサは、既知のように、ネルンスト電池に基づいてネルンスト原理に従って作動する。固体電解質は、セラミックにより分離された２つの境界面から構成されている。使用されるセラミック材料は約３５０℃において酸素イオンに対して導電体となるので、このときセラミックの両側の酸素成分が異なる場合には、境界面の間にいわゆるネルンスト電圧が発生される。この電圧は、セラミックの両側の酸素成分の差に対する尺度である。内燃機関の排気ガス内の残存酸素ガス含有量は、かなり正確に、エンジンに供給される混合物の空燃比の関数であるので、排気ガス内の酸素成分を、実際に存在する空燃比に対する尺度として使用することが可能である。
【０００５】
いわゆる広帯域センサにおいては、測定センサは広帯域センサとして設計されている。広帯域センサは、固体電解質層並びに複数の電極から形成されている。このような構造が、ドイツ特許公開第１９９１２１０２号から、特にその図１の他に、その第８−９頁から既知であり、これに関してその全てが参照される。これらの電極が、以下にさらに詳細に記載されている図１に再び略図で示されている。上記の電極の一部はこのセンサにおいていわゆるポンプ・セルを形成し、他の部分はいわゆる濃淡電池を形成する。さらに、固体電解質層により、いわゆる第１の測定ガス室が形成される。
【０００６】
ポンプ・セルの電極にポンプ電圧Ｕ＿ＡＰＥ、ＩＰＥが印加され（図１）、ポンプ電圧Ｕ＿ＡＰＥ、ＩＰＥにより、第１の測定ガス室内に、酸素の供給または排出によって一定の酸素分圧が設定される。この場合、ポンプ電圧は、濃淡電池の電極に４５０ｍＶの一定電圧値が設定されるように制御される。この電圧は、λ＝１ の値に対応する。第２の測定ガス室内に配置されている他の電極は、第２のポンプ・セルとして前記電極の１つと共に作動される。この場合、触媒材料に基づき、前記他の電極はＮＯｘ感知電極として作用し、ＮＯｘ感知電極において、ＮＯｘが反応 ＮＯ→（１／２）Ｎ２＋（１／２）Ｏ２ により還元される。この場合、上記の基準電極は同時に第２のポンプ電極として作用し、第２のポンプ電極において、第２の測定ガス室から排出された酸素は大気中に放出される。したがって、他のポンプ・セルとして作用する電気化学セルに限界電流が設定され、限界電流は、測定信号として記録されてＮＯｘ濃度を与える。
【０００７】
上記の文献「ドイツ特許公開第１９９１２１０２号」に記載されている拡散隔壁は必ずしも含まれている必要はなく、またこの隔壁を取り除くことはガス通過時間を減少し且つ寸法も小さくすることを注記しておく。
【０００８】
上記の測定センサは、窒素酸化物（ＮＯｘ）センサとしてのみならず、炭化水素（ＨＣ）センサとしても使用可能である。ＮＯｘセンサとしての機能において、ＮＯｘ測定信号は、測定セル内にそれぞれ存在する酸素分圧との関係を示す。この影響は主としてセンサ・セラミック内において発生するセンサ電極の電気的交換作用が原因である。主な影響は、図１に示されている、外側ポンプ電極（ＡＰＥ）と内側ポンプ電極（ＩＰＥ）との間の主ポンプ系に由来し、この場合、電流強度（５ｍＡ…１０ｍＡ）、したがってそのポンプ動力は、酸素含有量が交換される場合に、それに対応して適合されなければならない。
【０００９】
このＯ２影響は、既知のように、適切な評価回路により、ＩＰＥ電流の関数としての係数との電子式または計算的加算または減算によって補償され、この場合、この補償の増幅度は、各センサごとに固有に設定されなければならない。図１は、このような電子式補償回路をブロック図で示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、上記の欠点を回避し、また窒素酸化物信号の前記酸素影響をできるだけ簡単な技術的手段を用いて且つできるだけコスト的に有利に低減させる、冒頭記載の方法並びに回路を提供することが本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この課題は、独立請求項の特徴により解決される。有利な形態ないし修正態様が従属請求項に記載されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、窒素酸化物信号への酸素影響の原因、即ち内側ポンプ電極（ＩＰＥ）と外側ポンプ電極（ＡＰＥ）との間に存在する主ポンプ電流を短時間抑制し、これによりこの時間内に酸素影響のないＮＯｘ信号を測定することができるという考え方に基づいている。
【００１３】
この場合、本発明は、第１の変更態様においては、（主）ポンプ電流Ｉ＿Ｐｕｍｐを測定時間ウインドウＴ＿Ｍｅｓｓ内において遮断するように、即ち値０にセットするように設計されている。第２の変更態様は、測定時間ウインドウＴ＿Ｍｅｓｓの間は主ポンプ電流を＞０の一定値に設定するＩＰＥ電流制御を備え、これにより、主ポンプ電流の影響は完全には排除されないが一定に保持され、一方、ポンプ動力は著しく低減され、したがって酸素濃度の外乱振幅も同様に著しく低減される。
【００１４】
好ましい形態においては、測定時間ウインドウＴ＿Ｍｅｓｓの大きさは、ＩＰＥとＡＰＥとの間を流れるポンプ電流がＴ＿Ｍｅｓｓ内において既に消滅され、且つ電流遮断ないし電流低減により発生する酸素濃度上昇がＴ＿Ｍｅｓｓ内にＮＯｘ電極にはまだ到達しないように決定される。
【００１５】
ポンプ電流への上記の係合は規則的に反復周波数で行われてもよく、この場合、電流遮断ないし電流低減に対する反復周波数の大きさは、それぞれそれに続くＩＰＥ遮断ないし低減の開始時には既に酸素濃度の外乱が消滅しているように決定されている。代替態様として、窒素酸化物センサの作動の間に主ポンプ電流Ｉ＿Ｐｕｍｐが一時的に遮断または低減され、このときそれぞれ校正が行われてもよい。
【００１６】
測定時間ウインドウＴ＿Ｍｅｓｓは、一実施例によれば、１０−１００μ秒の範囲内にあり、好ましくは６０μ秒であり、また反復周波数は１０−１００Ｈｚの範囲内にあり、好ましくは５０Ｈｚである。
【００１７】
以下に添付図面を参照して本発明を一実施例により詳細に説明するが、ここで同一または機能的に同じ特徴は同じ符号で示されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、従来技術から既知のＮＯｘセンサ１０の主ポンプ系の構造を略図で示している。センサ１０は第１のガス室１２を含み、第１のガス室１２は測定ガス（ここでは排気ガス）と結合されている。測定ガス室１２内に第１の内側ポンプ電極（ＩＰＥ）１８および第２の内側ポンプ電極２０が配置されている。第１の測定ガス室１２にさらに第２の測定ガス室１４が接続され、第２の測定ガス室１４内に第３の電極（ＭＥ）２２および第４の電極（ＮＯ）２４が配置されている。
【００１９】
両方の測定ガス室１２、１４とは独立に基準ガス・チャネル２６が配置され、基準ガス・チャネル２６は、その一端がセンサ１０の本体から出て大気と結合されている。センサ１０はさらに１つまたは複数のガス流入開口２８を有し、ガス流入開口２８は測定ガスを第１の測定ガス室１２内に導いている。
【００２０】
さらに、（符号のない）固体電解質層の外側表面に外側電極（ＡＰＥ）３０が存在し、外側電極（ＡＰＥ）３０は測定ガスに直接露出されている。さらに、基準ガス・チャネル２６内に大気に露出されている第５の電極（ＬＲ）３２が存在し、第５の電極（ＬＲ）３２は以下において空気基準電極と呼ばれる。第５の電極３２は代替態様として測定ガスに露出されていてもよいことを注記しておく。
【００２１】
図１に示されているＮＯｘセンサの作動において、外側電極３０および第１の内側電極１８は、第１のポンプ・セルのポンプ電極として作動される。第２の内側電極２０は、基準電極として作用する第５の電極３２と共に濃淡電池として設けられている。
【００２２】
電極１８、３０にポンプ電圧Ｕ＿ＡＰＥ、ＩＰＥが印加され、ポンプ電圧Ｕ＿ＡＰＥ、ＩＰＥにより、第１のガス室１２内に、酸素の供給または排出により一定の酸素分圧が設定される。この場合、電極１８、３０に印加されたポンプ電圧Ｕ＿ＡＰＥ、ＩＰＥは、濃淡電池の電極２０、３２に、例えば４５０ｍＶの一定電圧値が設定されるように制御される。この電圧は、λ＝１ の値に対応する。
【００２３】
リーンな測定ガス（λ＞１）の場合、第１のポンプ・セルにより第１の測定ガス室１２から酸素が排出される。リッチな測定ガス（λ＜１）の場合、測定ガスから第１の測定ガス室１２内に酸素が供給される。電極材料の選択により、および／または対応ポンプ電圧Ｕ＿ＡＰＥ、ＩＰＥにより、酸素のポンピングにおいてＮＯｘが電極１８、２０において排出されないことが保証される。
【００２４】
一定の酸素分圧に設定された測定ガスは、略図でのみ示されている結合チャネル１６を介して第２の測定ガス室１４内に到達する。第２の測定ガス室１４内に存在する第３の内側電極（測定電極″ＭＥ″）２２は、第５の電極３０と共に第２のポンプ・セルとして作動される。この場合、触媒材料に基づき、第４の内側電極２４（ここでは符号″ＮＯ″）はＮＯｘ感知電極として作用し、ＮＯｘ感知電極において、ＮＯｘは反応 ＮＯ→（１／２）Ｎ２＋（１／２）Ｏ２ により還元される。この場合、電極２０と協働する基準電極は同時に第２のポンプ電極として作用し、第２のポンプ電極において、第２の測定ガス室１４から排出された酸素が大気中に放出される。したがって、他のポンプ・セルとして作用する電気化学セルに限界電流が設定され、限界電流は測定信号として記録されてＮＯｘ濃度を与える。
【００２５】
図１はさらに、ＮＯｘセンサ１０の主ポンプ系の機能を示している。図示の配置は、第１の測定ガス室１２内の酸素濃度、即ちλ値を、内側ポンプ電極１８において一定値、例えば、λ＝１ に設定するように働く。第１の測定ガス室１２内にいかなるλ値が存在するかを、内側ポンプ電極１８と空気基準電極３２との間に発生するネルンスト電圧において判定することができる。
【００２６】
ここで、内側ポンプ電極１８が大地電位３４に接続された場合、内側ポンプ電極１８において発生するλ値が、空気基準電極３２とアース３４との間の電圧により表わされる。この値３５は制御系３６の実際値を形成し、この実際値から、加算要素３８により目標値Ｕ＿Ｌａｍｂｄａ＿ｓｏｌｌ３７が減算される。差信号は、＞１００００の増幅係数を有する演算増幅器のこの実施例においては、差増幅器として形成されている二位置制御装置４０の負入力に供給される。二位置制御装置４０の基準入力はアース４２に接続されている。二位置制御装置４０の出力４４は外側ポンプ電極３０と結合されている。Ｕ＿ＬＲ３５とＵ＿Ｌａｍｂｄａ＿ｓｏｌｌ３７との差の大きさおよび符号に対応して、このとき、酸素は第１の測定ガス室１２内に供給ないし第１の測定ガス室１２から排出される。
【００２７】
図２は、図１に示されている配置の回路技術的配置図を示す。空気基準電極３２において測定される電圧Ｕ＿ＬＲ３５が電流により影響されないようにするために、電圧Ｕ＿ＬＲ３５は、電圧追従装置（ＯＰ３）５０を介して二位置制御装置（ＯＰ５）４０の負入力における加算点３８に伝送される。目標値３７は負の電圧により形成され、負の電圧は、抵抗回路網５２を介して実際値に加算される。内側ポンプ電極１８は、保護増幅器５４によりアース５６に接続されている。保護増幅器５６の出力電圧は、オーム抵抗（Ｒ１）５８を介して流れる、外側ポンプ電極（ＡＰＥ）３０と内側ポンプ電極（ＩＰＥ）との間に発生するポンプ電流Ｉ＿ＩＰＥを表わし、したがって、ポンプ電流Ｉ＿ＩＰＥに対しては、Ｉ＿ＩＰＥ＝Ｕ＿ＩＰＥ／Ｒ１が成立する。
【００２８】
図３は、ＮＯｘセンサ１０の酸素影響を補償するための本発明による評価回路図を示す。この図から、内側ポンプ電極（ＩＰＥ）１８、２０が短絡され、また外側ポンプ電極（ＡＰＥ）３０と共に、供給ラインを介して図示の回路の電圧供給端子１００、１０２に電気接続されていることがわかる。それに対応する端子１０４、１０６が測定電極（ＭＥ）２２およびＮＯｘ感知電極（ＮＯ）２４に対して設けられている。
【００２９】
評価回路はさらに、センサ１０の基本調節のために設けられている第１の回路部分１０８を有している。さらに、加算段ないし減算段として形成された第２の回路部分１１０が配置され、第２の回路部分１１０は、ＩＰＥ電流の関数である係数によって上記の酸素補償をするように働き、この係数は、演算増幅器１１２、１１４および１１６の線形配置により提供される。図３に示されている電子装置はさらに、端子１１８を介して空気基準電極３２と電気結合されている。
【００３０】
図３に示されている評価回路は、既に図１において説明した従来技術から既知の幾つかの構成要素、特に演算増幅器１１２−１１６から形成された、ＩＰＥ電流の関数である係数によりＯ２影響を補償するための補償段をさらに有することを注記しておく。構成部品１１２−１１６を破線で示すことにより、これらの構成部品はこの場合必要ではないことを意味するものである。
【００３１】
本発明により、評価回路は、端子４００、４０２および１０２を介して結合されたＩＰＥ遮断モジュール４０４を有している。遮断モジュール４０４はさらに、制御ライン４０６を介してＮＯｘ測定値検出モジュール４０８と結合されている。
【００３２】
ＩＰＥ遮断モジュール４０４は、測定時間ウインドウＴ＿Ｍｅｓｓ内において主ポンプ電流Ｉ＿Ｐｕｍｐを遮断するように、即ち値０をセットするように働く。代替態様として、ＩＰＥ遮断モジュール４０４が測定時間ウインドウＴ＿Ｍｅｓｓの間は主ポンプ電流を＞０の一定値に設定するように設計されていてもよく、これにより、主ポンプ電流は確かに完全には遮断されないが一定に保持され、一方、ポンプ動力は著しく低減され、したがって酸素濃度の外乱振幅も同様に著しく低減される。
【００３３】
測定時間ウインドウＴ＿Ｍｅｓｓの大きさは、ＩＰＥ１８、２０とＡＰＥ３０との間を流れるポンプ電流Ｉ＿ＰｕｍｐがＴ＿Ｍｅｓｓ内において既に消滅され且つ電流遮断ないし電流低減により発生する酸素濃度上昇がＴ＿Ｍｅｓｓ内にＮＯｘ電極２４にはまだ到達しないように決定されている。
【００３４】
この実施例においては、ポンプ電流Ｉ＿Ｐｕｍｐの上記の変化は反復周波数で行われ、この場合、電流遮断ないし電流低減に対する反復周波数は、それぞれそれに続くＩＰＥ遮断ないしＩＰＥ低減の開始時には酸素濃度の外乱が再び消滅しているように決定される。測定時間ウインドウＴ＿Ｍｅｓｓは、この実施例においては、１０−１００μ秒の範囲内にあり、好ましくは６０μ秒であり、また上記の反復周波数は１０−１００Ｈｚの範囲内にあり、好ましくは５０Ｈｚである。
【００３５】
代替態様として、窒素酸化物センサ１０の作動の間に主ポンプ電流Ｉ＿Ｐｕｍｐが一時的に遮断または低減され、このとき校正が行われるように設計されていてもよい。この方法はディジタル信号処理により行われてもよく、ディジタル信号処理により、対応の補正特性曲線群は検定時にまたは運転中一時的に校正される。この場合、後者の方法は自動学習システムの形態で形成されていてもよい。
【００３６】
図示のＮＯｘ測定値検出モジュール４０８は、測定時間ウインドウＴ＿Ｍｅｓｓ内において検出された、酸素に対して補償されたＮＯｘ値を、補償されていない測定値とは区別可能にするように働く。このために、ＮＯｘ測定値検出モジュール４０８は、ライン４０６により時間によってトリガされ、且つ測定時間ウインドウＴ＿Ｍｅｓｓ内において測定された測定データを、本来そのために設けられている出力ライン４１０を介して出力する。
【００３７】
図４に、上側半分に上記のＩＰＥ遮断モジュール４０４が、並びに下側半分に同様に上記のＮＯｘ測定値検出モジュール４０８が、さらに詳細に示されている。ＩＰＥ遮断モジュール４０４の機能は、主ポンプ電流Ｉ＿ＩＰＥを短時間且つできるだけ急速に Ｉ＿ＩＰＥ＝Ｉ＿ｓｏｌｌ となるように低減制御することにある。この場合、Ｉ＿ｓｏｌｌ＝０ または Ｉ＿ｓｏｌｌ＞０ であってもよい。この低減制御において、実際値測定として、電流Ｉ＿ＩＰＥに比例する、保護増幅器５４の抵抗における電圧が使用され、この場合、保護増幅器５４の出力は図４に示されている端子２に接続され、保護増幅器５４の入力は図示の端子３に接続されている。端子２および３に発生する電圧差は、遮断制御装置の機能内に設けられている積分制御装置５００に対する入力信号を形成する。
【００３８】
積分制御装置５００の出力は、スイッチ５１４および電圧追従装置５０２を介して、並びに図示の端子１を介して、図３に示されている抵抗４００と、ポンプ電流制御装置４０の加算点３８において結合されている。この場合、積分制御装置５００はポンプ電流制御装置４０の加算点３８における電圧を変化させ、これによりポンプ電流Ｉ＿ＩＰＥは収斂過程後にＩ＿ｓｏｌｌに制御される。
【００３９】
この過程は、測定ウインドウＴ＿Ｍｅｓｓの間に行われる。最初にスイッチ５０３が閉じられ、したがって積分制御装置５００の出力電圧は０Ｖに等しくなる。これにより、制御過程の開始時には、ポンプ電流制御装置４０への制御係合は作用を示さず、最初にＩ＿ＩＰＥにより設定された方向における積分が所定の収斂過程に導かれることが保証されている。
【００４０】
代替態様として、外側ポンプ電極３０とポンプ電流制御装置４０の制御出力との間のライン内にスイッチが設けられていてもよく、このスイッチにより、ポンプ電流Ｉ＿ＩＰＥを、直ちに、即ち前記収斂過程なしに、０にセットすることができる。
【００４１】
さらに、積分制御装置５００は、積分時定数が切換可能なように、例えば比較的短い第１の時定数と、第１の時定数よりも比較的長い第２の時定数との間で切換可能なように形成されていてもよい。即ち、第１の時定数はポンプ電流Ｉ＿ＩＰＥの０通過の直前まで設定され、その後にはじめて第２の時定数に切り換えられてもよく、これにより、このとき非振動収斂過程が形成される。
【００４２】
Ｔ＿Ｍｅｓｓの開始前に、スイッチ５１４は開かれている。抵抗５１０は、規則的制御動作の間には加算点３８に電圧が供給されず、したがって電流制御に影響が与えられないようにしている。測定時間Ｔ＿Ｍｅｓｓの開始時に、スイッチ５０３は開かれ且つスイッチ５１４は閉じられるので、積分制御装置５００のポンプ電流制御装置４０への係合が作用可能となる。
【００４３】
ここで、図４の下側半分に示されているＮＯｘ測定値検出４０８は、所定の設定ポンプ電流 Ｉ＿ＩＰＥ＝Ｉ＿ｓｏｌｌ になった時点において、ＮＯｘ信号を測定し且つ記憶することを課題とする。
【００４４】
図示の回路配置は、図２に示されているＮＯｘ決定方法の回路技術的実行を含む。ここで発生する信号は、本発明によるＩＰＥ遮断方法においては回路技術的変更なしにそのまま使用され、この場合、従来技術から既知の、図３に示されている制御電流補償の影響は、本来このために設けられた（図示されていない）ポテンショメータにおいて、０に設定される。これにより、図３に示されている３つの増幅器１１２、１１４および１１６（図３に破線で示されている）の機能は実際には作用しない。
【００４５】
ＮＯｘ測定値検出は、積分調節装置５００と同期して操作される。この場合、最初にスイッチ５２６が開かれる。コンデンサ５２４および電圧追従装置５２０から構成されている保持要素は出力電圧（端子１３）を有し、出力電圧はコンデンサ５２４の実際充電状態に対応する。測定時間Ｔ＿Ｍｅｓｓの間は、スイッチ５２６は閉じられているので、コンデンサ５２４はクランプ１２にかかっている入力電圧により再充電される。端子１２は、図３に示されているそこの評価回路のＮＯｘ信号入力と結合されている。
【００４６】
測定時間Ｔ＿Ｍｅｓｓの終了時に、スイッチ５２４は再び開かれるので、Ｉ＿ＩＰＥ＝Ｉ＿ｓｏｌｌ において設定されたＮＯｘ信号の値が記憶される。
図５は、補償されていないＮＯｘ信号、並びに測定時間ウインドウＴ＿Ｍｅｓｓの間に走査された、本発明により補償されたＮＯｘ信号の測定線図の比較を示し、しかもそれぞれＯ２濃度は交換され且つＮＯｘ濃度は変化している。この図において、測定されたＮＯｘ信号が時間に対して目盛られている。ＮＯｘ信号の値が測定時間の開始直前に同様に測定且つ記憶された場合、補償された線図および補償されていない線図を比較することができる。
【００４７】
しかしながら、本発明の方法により、Ｏ２濃度交換の斜面（フランク）は補償することができないことを注記しておく。
図６は、補償された信号および補償されていない信号に対する、走査時点（Ｔａｂｔａｓｔ１，Ｔａｂｔａｓｔ２）を有する測定時間の間のＵ（ＩＩＰＥ）およびＵ（ＩＮＯ）の信号線図を示す。ここで、Ｕ（ＩＩＰＥ）およびＵ（ＩＮＯ）は、電極ＩＰＥ１８およびＮＯ２４においてそれぞれかかっている上記保護増幅器５４、５５の出力電圧を示す。さらに、Ｕ（ＩＰＥ）は、保護増幅器５４の正の入力においてＩＰＥにかかっている電圧を示す。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、従来技術によるＮＯｘセンサの主ポンプ系の原理構造図を示す。
【図２】図２は、図１に示されている主ポンプ系を作動させるための従来技術による回路配置図を示す。
【図３】図３は、ＮＯｘセンサの酸素影響を補償するための本発明による評価回路図を示す。
【図４】図４は、図３に示されているＩＰＥ遮断回路のさらに詳細な回路修正図を示す。
【図５】図５は、補償されていないＮＯｘ信号および本発明によるＩＰＥ遮断により補償されたＮＯｘ信号の比較測定線図を示す。
【図６】図６は、本発明によるＩＰＥ遮断において測定されたポンプ電圧Ｕ＿ＩＰＥおよびＮＯｘ信号Ｕ＿ＮＯｘの典型的な信号線図を示す。
【０００１】
本発明は、一般的には、特に燃料駆動自動車におけるλ制御による排気ガス後処理に関し、詳細にはこのようなλ制御において使用可能な、排気ガス混合物内の窒素酸化物濃度を決定するための窒素酸化物センサの作動方法および回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
λ制御は、今日、触媒と組み合わされて、オットー・サイクル・エンジンに対する有効な排気ガス浄化方法である。今日利用可能な点火および噴射システムと組み合わされてはじめて、きわめて低い排気ガス値を達成することができる。三元触媒または選択触媒の使用が特に効果的である。この触媒タイプは、エンジンが λ＝１ の理論空燃比から約１％の範囲内で運転される場合に、炭化水素、一酸化炭素および窒素酸化物を９８％以上まで分解する性質を有している。この場合、λは、実際に存在する空気／燃料混合物が、完全燃焼のために理論的に必要な、１４．７ｋｇの空気と１ｋｇのガソリンとの質量比に対応する値 λ＝１ からどれだけかけ離れているかを与え、即ち、λは供給空気質量と理論空気必要量との商である。
【０００３】
λ制御においては、それぞれの排気ガスが測定され且つ燃料供給量が測定結果に対応して、例えば噴射システムにより直ちに補正される。測定センサとしてλセンサが使用され、λセンサは、正確に λ＝１ において電圧ジャンプを有し、即ち混合物が λ＝１ よりリッチであるかまたはリーンであるかを示す信号を供給する。λセンサの作動方法は、固体電解質を有するガルバニ酸素濃淡電池の原理に基づいている。
【０００４】
二位置センサとして設計されているλセンサは、既知のように、ネルンスト電池に基づいてネルンスト原理に従って作動する。固体電解質は、セラミックにより分離された２つの境界面から構成されている。使用されるセラミック材料は約３５０℃において酸素イオンに対して導電体となるので、このときセラミックの両側の酸素成分が異なる場合には、境界面の間にいわゆるネルンスト電圧が発生される。この電圧は、セラミックの両側の酸素成分の差に対する尺度である。内燃機関の排気ガス内の残存酸素ガス含有量は、かなり正確に、エンジンに供給される混合物の空燃比の関数であるので、排気ガス内の酸素成分を、実際に存在する空燃比に対する尺度として使用することが可能である。
【０００５】
いわゆる広帯域センサにおいては、測定センサは広帯域センサとして設計されている。広帯域センサは、固体電解質層並びに複数の電極から形成されている。このような構造が、ドイツ特許公開第１９９１２１０２号から、特にその図１の他に、その第８−９頁から既知であり、これに関してその全てが参照される。これらの電極が、以下にさらに詳細に記載されている図１に再び略図で示されている。上記の電極の一部はこのセンサにおいていわゆるポンプ・セルを形成し、他の部分はいわゆる濃淡電池を形成する。さらに、固体電解質層により、いわゆる第１の測定ガス室が形成される。
【０００６】
ポンプ・セルの電極にポンプ電圧Ｕ＿ＡＰＥ、ＩＰＥが印加され（図１）、ポンプ電圧Ｕ＿ＡＰＥ、ＩＰＥにより、第１の測定ガス室内に、酸素の供給または排出によって一定の酸素分圧が設定される。この場合、ポンプ電圧は、濃淡電池の電極に４５０ｍＶの一定電圧値が設定されるように制御される。この電圧は、λ＝１ の値に対応する。第２の測定ガス室内に配置されている他の電極は、第２のポンプ・セルとして前記電極の１つと共に作動される。この場合、触媒材料に基づき、前記他の電極はＮＯｘ感知電極として作用し、ＮＯｘ感知電極において、ＮＯｘが反応 ＮＯ→（１／２）Ｎ２＋（１／２）Ｏ２ により還元される。この場合、上記の基準電極は同時に第２のポンプ電極として作用し、第２のポンプ電極において、第２の測定ガス室から排出された酸素は大気中に放出される。したがって、他のポンプ・セルとして作用する電気化学セルに限界電流が設定され、限界電流は、測定信号として記録されてＮＯｘ濃度を与える。
【０００７】
上記の文献「ドイツ特許公開第１９９１２１０２号」に記載されている拡散隔壁は必ずしも含まれている必要はなく、またこの隔壁を取り除くことはガス通過時間を減少し且つ寸法も小さくすることを注記しておく。
【０００８】
上記の測定センサは、窒素酸化物（ＮＯｘ）センサとしてのみならず、炭化水素（ＨＣ）センサとしても使用可能である。ＮＯｘセンサとしての機能において、ＮＯｘ測定信号は、測定セル内にそれぞれ存在する酸素分圧との関係を示す。この影響は主としてセンサ・セラミック内において発生するセンサ電極の電気的交換作用が原因である。主な影響は、図１に示されている、外側ポンプ電極（ＡＰＥ）と内側ポンプ電極（ＩＰＥ）との間の主ポンプ系に由来し、この場合、電流強度（５ｍＡ…１０ｍＡ）、したがってそのポンプ動力は、酸素含有量が交換される場合に、それに対応して適合されなければならない。
【０００９】
このＯ２影響は、既知のように、適切な評価回路により、ＩＰＥ電流の関数としての係数との電子式または計算的加算または減算によって補償され、この場合、この補償の増幅度は、各センサごとに固有に設定されなければならない。図１は、このような電子式補償回路をブロック図で示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、上記の欠点を回避し、また窒素酸化物信号の前記酸素影響をできるだけ簡単な技術的手段を用いて且つできるだけコスト的に有利に低減させる、冒頭記載の方法並びに回路を提供することが本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この課題は、独立請求項の特徴により解決される。有利な形態ないし修正態様が従属請求項に記載されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、窒素酸化物信号への酸素影響の原因、即ち内側ポンプ電極（ＩＰＥ）と外側ポンプ電極（ＡＰＥ）との間に存在する主ポンプ電流を短時間抑制し、これによりこの時間内に酸素影響のないＮＯｘ信号を測定することができるという考え方に基づいている。
【００１３】
この場合、本発明は、第１の変更態様においては、（主）ポンプ電流Ｉ＿Ｐｕｍｐを測定時間ウインドウＴ＿Ｍｅｓｓ内において遮断するように、即ち値０にセットするように設計されている。第２の変更態様は、測定時間ウインドウＴ＿Ｍｅｓｓの間は主ポンプ電流を＞０の一定値に設定するＩＰＥ電流制御を備え、これにより、主ポンプ電流の影響は完全には排除されないが一定に保持され、一方、ポンプ動力は著しく低減され、したがって酸素濃度の外乱振幅も同様に著しく低減される。
【００１４】
好ましい形態においては、測定時間ウインドウＴ＿Ｍｅｓｓの大きさは、ＩＰＥとＡＰＥとの間を流れるポンプ電流がＴ＿Ｍｅｓｓ内において既に消滅され、且つ電流遮断ないし電流低減により発生する酸素濃度上昇がＴ＿Ｍｅｓｓ内にＮＯｘ電極にはまだ到達しないように決定される。
【００１５】
ポンプ電流への上記の係合は規則的に反復周波数で行われてもよく、この場合、電流遮断ないし電流低減に対する反復周波数の大きさは、それぞれそれに続くＩＰＥ遮断ないし低減の開始時には既に酸素濃度の外乱が消滅しているように決定されている。代替態様として、窒素酸化物センサの作動の間に主ポンプ電流Ｉ＿Ｐｕｍｐが一時的に遮断または低減され、このときそれぞれ校正が行われてもよい。
【００１６】
測定時間ウインドウＴ＿Ｍｅｓｓは、一実施例によれば、１０−１００μ秒の範囲内にあり、好ましくは６０μ秒であり、また反復周波数は１０−１００Ｈｚの範囲内にあり、好ましくは５０Ｈｚである。
【００１７】
以下に添付図面を参照して本発明を一実施例により詳細に説明するが、ここで同一または機能的に同じ特徴は同じ符号で示されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、従来技術から既知のＮＯｘセンサ１０の主ポンプ系の構造を略図で示している。センサ１０は第１のガス室１２を含み、第１のガス室１２は測定ガス（ここでは排気ガス）と結合されている。測定ガス室１２内に第１の内側ポンプ電極（ＩＰＥ）１８および第２の内側ポンプ電極２０が配置されている。第１の測定ガス室１２にさらに第２の測定ガス室１４が接続され、第２の測定ガス室１４内に第３の電極（ＭＥ）２２および第４の電極（ＮＯ）２４が配置されている。
【００１９】
両方の測定ガス室１２、１４とは独立に基準ガス・チャネル２６が配置され、基準ガス・チャネル２６は、その一端がセンサ１０の本体から出て大気と結合されている。センサ１０はさらに１つまたは複数のガス流入開口２８を有し、ガス流入開口２８は測定ガスを第１の測定ガス室１２内に導いている。
【００２０】
さらに、（符号のない）固体電解質層の外側表面に外側電極（ＡＰＥ）３０が存在し、外側電極（ＡＰＥ）３０は測定ガスに直接露出されている。さらに、基準ガス・チャネル２６内に大気に露出されている第５の電極（ＬＲ）３２が存在し、第５の電極（ＬＲ）３２は以下において空気基準電極と呼ばれる。第５の電極３２は代替態様として測定ガスに露出されていてもよいことを注記しておく。
【００２１】
図１に示されているＮＯｘセンサの作動において、外側電極３０および第１の内側電極１８は、第１のポンプ・セルのポンプ電極として作動される。第２の内側電極２０は、基準電極として作用する第５の電極３２と共に濃淡電池として設けられている。
【００２２】
電極１８、３０にポンプ電圧Ｕ＿ＡＰＥ、ＩＰＥが印加され、ポンプ電圧Ｕ＿ＡＰＥ、ＩＰＥにより、第１のガス室１２内に、酸素の供給または排出により一定の酸素分圧が設定される。この場合、電極１８、３０に印加されたポンプ電圧Ｕ＿ＡＰＥ、ＩＰＥは、濃淡電池の電極２０、３２に、例えば４５０ｍＶの一定電圧値が設定されるように制御される。この電圧は、λ＝１ の値に対応する。
【００２３】
リーンな測定ガス（λ＞１）の場合、第１のポンプ・セルにより第１の測定ガス室１２から酸素が排出される。リッチな測定ガス（λ＜１）の場合、測定ガスから第１の測定ガス室１２内に酸素が供給される。電極材料の選択により、および／または対応ポンプ電圧Ｕ＿ＡＰＥ、ＩＰＥにより、酸素のポンピングにおいてＮＯｘが電極１８、２０において排出されないことが保証される。
【００２４】
一定の酸素分圧に設定された測定ガスは、略図でのみ示されている結合チャネル１６を介して第２の測定ガス室１４内に到達する。第２の測定ガス室１４内に存在する第３の内側電極（測定電極″ＭＥ″）２２は、第５の電極３０と共に第２のポンプ・セルとして作動される。この場合、触媒材料に基づき、第４の内側電極２４（ここでは符号″ＮＯ″）はＮＯｘ感知電極として作用し、ＮＯｘ感知電極において、ＮＯｘは反応 ＮＯ→（１／２）Ｎ２＋（１／２）Ｏ２ により還元される。この場合、電極２０と協働する基準電極は同時に第２のポンプ電極として作用し、第２のポンプ電極において、第２の測定ガス室１４から排出された酸素が大気中に放出される。したがって、他のポンプ・セルとして作用する電気化学セルに限界電流が設定され、限界電流は測定信号として記録されてＮＯｘ濃度を与える。
【００２５】
図１はさらに、ＮＯｘセンサ１０の主ポンプ系の機能を示している。図示の配置は、第１の測定ガス室１２内の酸素濃度、即ちλ値を、内側ポンプ電極１８において一定値、例えば、λ＝１ に設定するように働く。第１の測定ガス室１２内にいかなるλ値が存在するかを、内側ポンプ電極１８と空気基準電極３２との間に発生するネルンスト電圧において判定することができる。
【００２６】
ここで、内側ポンプ電極１８が大地電位３４に接続された場合、内側ポンプ電極１８において発生するλ値が、空気基準電極３２とアース３４との間の電圧により表わされる。この値３５は制御系３６の実際値を形成し、この実際値から、加算要素３８により目標値Ｕ＿Ｌａｍｂｄａ＿ｓｏｌｌ３７が減算される。差信号は、＞１００００の増幅係数を有する演算増幅器のこの実施例においては、差増幅器として形成されている二位置制御装置４０の負入力に供給される。二位置制御装置４０の基準入力はアース４２に接続されている。二位置制御装置４０の出力４４は外側ポンプ電極３０と結合されている。Ｕ＿ＬＲ３５とＵ＿Ｌａｍｂｄａ＿ｓｏｌｌ３７との差の大きさおよび符号に対応して、このとき、酸素は第１の測定ガス室１２内に供給ないし第１の測定ガス室１２から排出される。
【００２７】
図２は、図１に示されている配置の回路技術的配置図を示す。空気基準電極３２において測定される電圧Ｕ＿ＬＲ３５が電流により影響されないようにするために、電圧Ｕ＿ＬＲ３５は、電圧追従装置（ＯＰ３）５０を介して二位置制御装置（ＯＰ５）４０の負入力における加算点３８に伝送される。目標値３７は負の電圧により形成され、負の電圧は、抵抗回路網５２を介して実際値に加算される。内側ポンプ電極１８は、保護増幅器５４によりアース５６に接続されている。保護増幅器５６の出力電圧は、オーム抵抗（Ｒ１）５８を介して流れる、外側ポンプ電極（ＡＰＥ）３０と内側ポンプ電極（ＩＰＥ）との間に発生するポンプ電流Ｉ＿ＩＰＥを表わし、したがって、ポンプ電流Ｉ＿ＩＰＥに対しては、Ｉ＿ＩＰＥ＝Ｕ＿ＩＰＥ／Ｒ１が成立する。
【００２８】
図３は、ＮＯｘセンサ１０の酸素影響を補償するための本発明による評価回路図を示す。この図から、内側ポンプ電極（ＩＰＥ）１８、２０が短絡され、また外側ポンプ電極（ＡＰＥ）３０と共に、供給ラインを介して図示の回路の電圧供給端子１００、１０２に電気接続されていることがわかる。それに対応する端子１０４、１０６が測定電極（ＭＥ）２２およびＮＯｘ感知電極（ＮＯ）２４に対して設けられている。
【００２９】
評価回路はさらに、センサ１０の基本調節のために設けられている第１の回路部分１０８を有している。さらに、加算段ないし減算段として形成された第２の回路部分１１０が配置され、第２の回路部分１１０は、ＩＰＥ電流の関数である係数によって上記の酸素補償をするように働き、この係数は、演算増幅器１１２、１１４および１１６の線形配置により提供される。図３に示されている電子装置はさらに、端子１１８を介して空気基準電極３２と電気結合されている。
【００３０】
図３に示されている評価回路は、既に図１において説明した従来技術から既知の幾つかの構成要素、特に演算増幅器１１２−１１６から形成された、ＩＰＥ電流の関数である係数によりＯ２影響を補償するための補償段をさらに有することを注記しておく。構成部品１１２−１１６を破線で示すことにより、これらの構成部品はこの場合必要ではないことを意味するものである。
【００３１】
本発明により、評価回路は、端子４００、４０２および１０２を介して結合されたＩＰＥ遮断モジュール４０４を有している。遮断モジュール４０４はさらに、制御ライン４０６を介してＮＯｘ測定値検出モジュール４０８と結合されている。
【００３２】
ＩＰＥ遮断モジュール４０４は、測定時間ウインドウＴ＿Ｍｅｓｓ内において主ポンプ電流Ｉ＿Ｐｕｍｐを遮断するように、即ち値０をセットするように働く。代替態様として、ＩＰＥ遮断モジュール４０４が測定時間ウインドウＴ＿Ｍｅｓｓの間は主ポンプ電流を＞０の一定値に設定するように設計されていてもよく、これにより、主ポンプ電流は確かに完全には遮断されないが一定に保持され、一方、ポンプ動力は著しく低減され、したがって酸素濃度の外乱振幅も同様に著しく低減される。
【００３３】
測定時間ウインドウＴ＿Ｍｅｓｓの大きさは、ＩＰＥ１８、２０とＡＰＥ３０との間を流れるポンプ電流Ｉ＿ＰｕｍｐがＴ＿Ｍｅｓｓ内において既に消滅され且つ電流遮断ないし電流低減により発生する酸素濃度上昇がＴ＿Ｍｅｓｓ内にＮＯｘ電極２４にはまだ到達しないように決定されている。
【００３４】
この実施例においては、ポンプ電流Ｉ＿Ｐｕｍｐの上記の変化は反復周波数で行われ、この場合、電流遮断ないし電流低減に対する反復周波数は、それぞれそれに続くＩＰＥ遮断ないしＩＰＥ低減の開始時には酸素濃度の外乱が再び消滅しているように決定される。測定時間ウインドウＴ＿Ｍｅｓｓは、この実施例においては、１０−１００μ秒の範囲内にあり、好ましくは６０μ秒であり、また上記の反復周波数は１０−１００Ｈｚの範囲内にあり、好ましくは５０Ｈｚである。
【００３５】
代替態様として、窒素酸化物センサ１０の作動の間に主ポンプ電流Ｉ＿Ｐｕｍｐが一時的に遮断または低減され、このとき校正が行われるように設計されていてもよい。この方法はディジタル信号処理により行われてもよく、ディジタル信号処理により、対応の補正特性曲線群は検定時にまたは運転中一時的に校正される。この場合、後者の方法は自動学習システムの形態で形成されていてもよい。
【００３６】
図示のＮＯｘ測定値検出モジュール４０８は、測定時間ウインドウＴ＿Ｍｅｓｓ内において検出された、酸素に対して補償されたＮＯｘ値を、補償されていない測定値とは区別可能にするように働く。このために、ＮＯｘ測定値検出モジュール４０８は、ライン４０６により時間によってトリガされ、且つ測定時間ウインドウＴ＿Ｍｅｓｓ内において測定された測定データを、本来そのために設けられている出力ライン４１０を介して出力する。
【００３７】
図４に、上側半分に上記のＩＰＥ遮断モジュール４０４が、並びに下側半分に同様に上記のＮＯｘ測定値検出モジュール４０８が、さらに詳細に示されている。ＩＰＥ遮断モジュール４０４の機能は、主ポンプ電流Ｉ＿ＩＰＥを短時間且つできるだけ急速に Ｉ＿ＩＰＥ＝Ｉ＿ｓｏｌｌ となるように低減制御することにある。この場合、Ｉ＿ｓｏｌｌ＝０ または Ｉ＿ｓｏｌｌ＞０ であってもよい。この低減制御において、実際値測定として、電流Ｉ＿ＩＰＥに比例する、保護増幅器５４の抵抗における電圧が使用され、この場合、保護増幅器５４の出力は図４に示されている端子２に接続され、保護増幅器５４の入力は図示の端子３に接続されている。端子２および３に発生する電圧差は、遮断制御装置の機能内に設けられている積分制御装置５００に対する入力信号を形成する。
【００３８】
積分制御装置５００の出力は、スイッチ５１４および電圧追従装置５０２を介して、並びに図示の端子１を介して、図３に示されている抵抗４００と、ポンプ電流制御装置４０の加算点３８において結合されている。この場合、積分制御装置５００はポンプ電流制御装置４０の加算点３８における電圧を変化させ、これによりポンプ電流Ｉ＿ＩＰＥは収斂過程後にＩ＿ｓｏｌｌに制御される。
【００３９】
この過程は、測定ウインドウＴ＿Ｍｅｓｓの間に行われる。最初にスイッチ５０３が閉じられ、したがって積分制御装置５００の出力電圧は０Ｖに等しくなる。これにより、制御過程の開始時には、ポンプ電流制御装置４０への制御係合は作用を示さず、最初にＩ＿ＩＰＥにより設定された方向における積分が所定の収斂過程に導かれることが保証されている。
【００４０】
代替態様として、外側ポンプ電極３０とポンプ電流制御装置４０の制御出力との間のライン内にスイッチが設けられていてもよく、このスイッチにより、ポンプ電流Ｉ＿ＩＰＥを、直ちに、即ち前記収斂過程なしに、０にセットすることができる。
【００４１】
さらに、積分制御装置５００は、積分時定数が切換可能なように、例えば比較的短い第１の時定数と、第１の時定数よりも比較的長い第２の時定数との間で切換可能なように形成されていてもよい。即ち、第１の時定数はポンプ電流Ｉ＿ＩＰＥの０通過の直前まで設定され、その後にはじめて第２の時定数に切り換えられてもよく、これにより、このとき非振動収斂過程が形成される。
【００４２】
Ｔ＿Ｍｅｓｓの開始前に、スイッチ５１４は開かれている。抵抗５１０は、規則的制御動作の間には加算点３８に電圧が供給されず、したがって電流制御に影響が与えられないようにしている。測定時間Ｔ＿Ｍｅｓｓの開始時に、スイッチ５０３は開かれ且つスイッチ５１４は閉じられるので、積分制御装置５００のポンプ電流制御装置４０への係合が作用可能となる。
【００４３】
ここで、図４の下側半分に示されているＮＯｘ測定値検出４０８は、所定の設定ポンプ電流 Ｉ＿ＩＰＥ＝Ｉ＿ｓｏｌｌ になった時点において、ＮＯｘ信号を測定し且つ記憶することを課題とする。
【００４４】
図示の回路配置は、図２に示されているＮＯｘ決定方法の回路技術的実行を含む。ここで発生する信号は、本発明によるＩＰＥ遮断方法においては回路技術的変更なしにそのまま使用され、この場合、従来技術から既知の、図３に示されている制御電流補償の影響は、本来このために設けられた（図示されていない）ポテンショメータにおいて、０に設定される。これにより、図３に示されている３つの増幅器１１２、１１４および１１６（図３に破線で示されている）の機能は実際には作用しない。
【００４５】
ＮＯｘ測定値検出は、積分調節装置５００と同期して操作される。この場合、最初にスイッチ５２６が開かれる。コンデンサ５２４および電圧追従装置５２０から構成されている保持要素は出力電圧（端子１３）を有し、出力電圧はコンデンサ５２４の実際充電状態に対応する。測定時間Ｔ＿Ｍｅｓｓの間は、スイッチ５２６は閉じられているので、コンデンサ５２４はクランプ１２にかかっている入力電圧により再充電される。端子１２は、図３に示されているそこの評価回路のＮＯｘ信号入力と結合されている。
【００４６】
測定時間Ｔ＿Ｍｅｓｓの終了時に、スイッチ５２４は再び開かれるので、Ｉ＿ＩＰＥ＝Ｉ＿ｓｏｌｌ において設定されたＮＯｘ信号の値が記憶される。
図５は、補償されていないＮＯｘ信号、並びに測定時間ウインドウＴ＿Ｍｅｓｓの間に走査された、本発明により補償されたＮＯｘ信号の測定線図の比較を示し、しかもそれぞれＯ２濃度は交換され且つＮＯｘ濃度は変化している。この図において、測定されたＮＯｘ信号が時間に対して目盛られている。ＮＯｘ信号の値が測定時間の開始直前に同様に測定且つ記憶された場合、補償された線図および補償されていない線図を比較することができる。
【００４７】
しかしながら、本発明の方法により、Ｏ２濃度交換の斜面（フランク）は補償することができないことを注記しておく。
図６は、補償された信号および補償されていない信号に対する、走査時点（Ｔａｂｔａｓｔ１，Ｔａｂｔａｓｔ２）を有する測定時間の間のＵ（ＩＩＰＥ）およびＵ（ＩＮＯ）の信号線図を示す。ここで、Ｕ（ＩＩＰＥ）およびＵ（ＩＮＯ）は、電極ＩＰＥ１８およびＮＯ２４においてそれぞれかかっている上記保護増幅器５４、５５の出力電圧を示す。さらに、Ｕ（ＩＰＥ）は、保護増幅器５４の正の入力においてＩＰＥにかかっている電圧を示す。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、従来技術によるＮＯｘセンサの主ポンプ系の原理構造図を示す。
【図２】図２は、図１に示されている主ポンプ系を作動させるための従来技術による回路配置図を示す。
【図３】図３は、ＮＯｘセンサの酸素影響を補償するための本発明による評価回路図を示す。
【図４】図４は、図３に示されているＩＰＥ遮断回路のさらに詳細な回路修正図を示す。
【図５】図５は、補償されていないＮＯｘ信号および本発明によるＩＰＥ遮断により補償されたＮＯｘ信号の比較測定線図を示す。
【図６】図６は、本発明によるＩＰＥ遮断において測定されたポンプ電圧Ｕ＿ＩＰＥおよびＮＯｘ信号Ｕ＿ＮＯｘの典型的な信号線図を示す。
Claims (12)
- ポンプ・セルの内側ポンプ電極（ＩＰＥ）と外側ポンプ電極（ＡＰＥ）との間に、ポンプ電流（Ｉ＿Ｐｕｍｐ）を発生させるポンプ電圧（Ｕ＿ＡＰＥ、ＩＰＥ）が印加され、ポンプ電圧（Ｕ＿ＡＰＥ、ＩＰＥ）により、第１の測定ガス室内に、酸素の供給または排出によって一定の酸素分圧が設定され、
ポンプ電圧（Ｕ＿ＡＰＥ、ＩＰＥ）は、濃淡電池の電極に一定の電圧値が設定されるように制御され、
第２の測定ガス室内に配置された、ＮＯｘを感知する第３の電極が第２のポンプ・セルとして作動され、第２のポンプ・セル内に、ＮＯｘ濃度を与える限界ポンプ電流が設定される、特に自動車の排気ガス後処理におけるガス混合物内の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度を決定するための窒素酸化物センサの作動方法において、
ポンプ電流（Ｉ＿Ｐｕｍｐ）が測定時間ウインドウ（Ｔ＿Ｍｅｓｓ）内において遮断されるか、または制御されて低減されること、および
ＮＯｘ濃度が測定時間ウインドウ（Ｔ＿Ｍｅｓｓ）内において測定されること、
を特徴とする窒素酸化物センサの作動方法。 - 測定時間ウインドウ（Ｔ＿Ｍｅｓｓ）の大きさは、内側ポンプ電極（ＩＰＥ）と外側ポンプ電極（ＡＰＥ）との間を流れるポンプ電流（Ｉ＿Ｐｕｍｐ）が測定時間ウインドウ（Ｔ＿Ｍｅｓｓ）内において消滅され且つ電流遮断または電流低減により発生する酸素濃度上昇が測定時間ウインドウ（Ｔ＿Ｍｅｓｓ）内にＮＯｘ電極に到達しないように決定されることを特徴とする請求項１に記載の作動方法。
- 主ポンプ電流（Ｉ＿Ｐｕｍｐ）が反復周波数で遮断または低減され、この場合、電流遮断または電流低減に対する前記反復周波数の大きさは、それぞれそれに続く遮断または低減の開始時には既に酸素濃度の外乱が消滅しているように決定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の作動方法。
- 測定時間ウインドウ（Ｔ＿Ｍｅｓｓ）が１０−１００μ秒の範囲内にあり、好ましくは６０μ秒であり、且つ前記反復周波数が１０−１００Ｈｚの範囲内にあり、好ましくは５０Ｈｚであることを特徴とする請求項３に記載の作動方法。
- 前記窒素酸化物センサの作動の間に、主ポンプ電流（Ｉ＿Ｐｕｍｐ）が一時的に遮断または低減され、このとき校正が行われることを特徴とする請求項１または２に記載の作動方法。
- 請求項１ないし５のいずれかの方法を実施するための回路。
- 測定時間ウインドウ（Ｔ＿Ｍｅｓｓ）の間に、前記主ポンプ電流を０または０より大きい一定値に設定するＩＰＥ電流制御（４０４）を特徴とする請求項６に記載の回路。
- ＩＰＥ電流制御（４０４）が、測定時間ウインドウ（Ｔ＿Ｍｅｓｓ）を１０−１００μ秒の範囲内に、好ましくは６０μ秒に設定し、且つ前記反復周波数を１０−１００Ｈｚの範囲内に、好ましくは５０Ｈｚに設定することを特徴とする請求項６または７に記載の回路。
- 外側ポンプ電極（ＡＰＥ）（３０）と結合されている二位置制御装置（４０）と、外側ポンプ電極（３０）と前記二位置制御装置の制御出口との間の結合ライン内に配置されているスイッチとを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の回路。
- ＩＰＥ電流制御（４０４）内に配置され且つ二位置制御装置（４０）の手前に設けられている積分制御装置（５００）を特徴とする請求項９に記載の回路。
- 積分制御装置（５００）が、積分時定数設定手段を有することを特徴とする請求項１０に記載の回路。
- 積分制御装置（５００）が、主ポンプ電流が０通過となる直前までは第１の時定数で作動され、且つその後は前記第１の時定数より大きい第２の時定数で作動されることを特徴とする請求項１１に記載の回路。
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