JP2015514980A - 加熱可能な排ガスセンサを作動させる方法および装置 - Google Patents

Abstract

【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。【選択図】図１

Description

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。

内燃機関を作動させるために、たとえばラムダセンサや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、イオン伝導性の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、別個の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の内部抵抗Ｒ_ｉ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が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。

ドイツ特許出願公開第１０２００８０４２２６８Ａ１号明細書

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、測定信号評価装置と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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、多くのケースで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、たとえば最高で摂氏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のオン段階とオフ段階の間の比率が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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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ワットの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。

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。

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。

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。サイクルの同期化に基づき、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。

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。

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。

これに対応する時間的経過が図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、すでに事前に対処することができるという点にある。

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。

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

Claims (8)

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。

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