KR0151708B1 - 배기 프로브히터 및 그의 공급 시스템의 기능수행 능력을 검증하는 시스템 및 장치 - Google Patents

배기 프로브히터 및 그의 공급 시스템의 기능수행 능력을 검증하는 시스템 및 장치

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KR0151708B1
KR0151708B1 KR1019910700398A KR910700398A KR0151708B1 KR 0151708 B1 KR0151708 B1 KR 0151708B1 KR 1019910700398 A KR1019910700398 A KR 1019910700398A KR 910700398 A KR910700398 A KR 910700398A KR 0151708 B1 KR0151708 B1 KR 0151708B1
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랄프 베렌스;게오르그 뮐러
로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

제안된 시스템 수행 시스템 및 장치의 기본 개념은 배기 프로브의 가열 장치의 진단을 실행하는데 있으며, 가열 장치는 내연기관용 공기-연료 혼합물 조정하는 조절 신호를 방출한다.
진단은 다음의 사실에 의거하는데, 즉 최소 프로브 히터, 필요 전력을 프로브 히터에 제공하는 장치 및 해당 리드로 구성된 가열 장치의 동작에 따르며, 배기 프로브는 이 배기 프로브를 통과하여 흐르는 배기 가스에 의해 가열되는 것보다 신속히 가열된다.

Description

[발명의 명칭]
배기 프로브 히터 및 그의 공급 시스템의 기능 수행
[발명의 상세한 설명]
[능력을 검증하는 시스템 및 장치]
[기술의 상태]
본 발명에 따른 시스템 및 이 시스템의 수행 능력을 특정화하는 장치는 배기 가스 프로브 및 그의 공급 시스템용 히터의 기능에 대한 능력의 검증에 관한 것이다.
내연기관에 공급된 공기-연료 혼합의 소정 공기-연료비를 유지하는 조절 장치를 제공하는 것이 공지되어 있으며, 내연기관은 그의 배기 시스템에 장착된 산소 측정 프로브로부터 그의 조정 배기량을 구한다. 공기-연료 혼합이 예비 방식으로 개략 제어되는 공지의 혼합 제어 장치상에 이러한 조정이 통상 덧붙여진다. 이것이 산소 측정 프로브가 결함 없이 작용하는 조정 장비의 결함 없는 기능 조건이다. 공지의 산소 측정 프로브의 경우, 이는 임의의 동작 온도가 도달된 후에만 동작한다. 이러한 이유로, 내연기관의 배기 가스에 의해 가열되는 프로브의 경우 내연기관의 상승 및 냉각 시동에 대해 혼합 제어가 제공되어야 하며, 혼합 제어는 내연기관의 작동 온도에 따라 상승하는 프로브 온도가 도달될 때 혼합 조정에 의해서만 대체된다.
이온 전도 고체 장치를 가진 산소 프로브 작동의 준비는 다양한 방법으로 감시될 수 있다. 이와 같은 감시 장치는 독일 특허 제 P 2301354호에 게재되어 있으며, 변위 전위의 전압신호와 동작 상태에 의해 결정된 짧은 간격에서 산소 측정 프로브에 의해 방출된 전압 신호가 시간 함수 요소의 임계 스위치를 통해 전송되는데, 이 신호의 결과로서 시간 함수 요소는 전압 신호의 시간 간격이 시간 함수 요소의 스위칭 시간보다 짧은 한 제 1 스위치 위치로 스위치를 유지한다. 다른 경우에 있어서, 스위치는 이 스위칭 시간이 경과한 후 제 2 스위치 위치로 놓여진다. 이 스위치에 의하여 작동 혼합이 영향을 받거나 경고 장치가 스위치 온된다.
이러한 장치는 결함 또는 너무 낮은 온도로 인한 변위 전압의 신호를 더 이상 방출하지 않을 때 산소 측정 프로브의 총 결함을 단지 검출하는 불합리를 가진다.
산소 측정 프로브의 기능에 대한 준비를 감시하기 위한 시스템 및 장치가 독일 특허 P 2608245에 게재되어 있으며, 산소 측정 프로브의 저하된 준비를 작동케하는 동작 상태를 확실히 검출할 수 있게 한다. 이 경우 프로브에 의해서 작동되는 혼합 조절은 혼합 제어로 변환될 수 있으며, 한편으론 가능한 한 신속히 조정 장비를 동작하는 것이 가능하도록 만들어진다. 즉, 신속히 산소 측정 프로브는 조정 장비의 보장된 작동에 대한 고전압 신호를 방출한다.
이는 작동시 프로브에 의해 방출된 최소 및 최대 전압에 해당하는 두개의 전압 임계값을 결정함으로써 실행된다. 상승 온도로 인한 산소 측정 프로브의 증가 출력 전압이 비교기 장치에 의해 검출되는 상기 결정된 임계값을 초과하자마자, 혼합 제어 장치는 시간 함수 요소의 삽입상에서 스위치 오프되며, 단위 시간당 신호 변화의 주파수가 불충분할때, 혼합 제어 장치는 다시 스위치 온된다.
작동하는 산소 측정 프로브의 대기를 인식하는 시스템이 유럽 특허 출원 EP-A2-258543에 게재되어 있으며, 여기서 산소 측정 프로브의 내부 저항의 정확한 측정이 행해진다. 작동 준비에 대한 기준이 소정값의 차후 비교에 의해서 주어진다.
산소 측정 프로브의 온도 의존 전기 저항이 온도 신호로 변환하여, 그에 따라 배기 프로브를 가열하는 히터 장치를 작동하는 배기 프로브의 온도를 조정하는 시스템 및 장치가 독일 DE-OS 31 1790에 게재되어 있다. 대기 프로브의 작동 온도는 단순 방식으로 그리고 부가의 센서 및 검사 리드가 필요 없이 일정하게 유지될 수 있다.
배기 센서가 가능한 한 빠르게 작동 온도에 도달하기 위하여, 그리고 차후 소정 온도에서 유지될 수 있도록, 배기 프로브용 히터(이후, 프로브 히터라함)가 작동하는 것이 전제 조건이다.
[발명의 잇점]
주요 특허청구 범위의 특성을 기술하는 특징을 가진 본 발명의 따른 시스템과 제 1 장치 특허청구 범위의 특성을 기술하는 특징을 가진 시스템 성능에 필요한 장치는 부가의 센서 또는 리드가 필요 없는 프로브 히터 기능에 대한 준비를 감시하는 반대의 잇점을 가진다. 이로운 또 다른 전개와 실시예가 보조 특허청구 범위의 주제이다.
프로브 히터가 적절히 작용할 때만, 배기 프로브가 그의 작동 온도에 신속히 도달하며, 또한 동작을 유지할 수 있다.
이와는 달리 프로브는 배기 가스 온도와 합성물에 따라서 보다 천천히 가열되어 엔진 브레이킹의 경우 다시 냉각될 수 있다.
이는 내연기관에 공급된 공기-연료 혼합비가 조정 작동에 따라 정확하게 소망 공기-연료비를 유지할 수 없는 제어 동작에 의해서 빈번히 결정되는 결과를 가진다. 이것은 유독한 성분의 보다 높은 비율을 가진 배기 방출이 된다.
프로브 히터가 작동하지 않는 본 발명에 따른 시스템에 의해서 설정된다면, 이것은 표시기 광에 의해서 운전수에게 알려진다. 이때 운전수는 기능을 하는 프로브 히터의 준비를 복원하는 적절한 수단을 취할 수 있다.
본 발명에 따른 시스템은 동작 배기 프로브의 준비를 입증한다. 게다가 이것은 네가티브일때, 이는 운전수에게 신호 전송될 수 있다. 이는 배기에 영향을 미치는 부분의 장애가 검출되며 표시되는 것을 요구하는 캘리포니아 환경국 CARB의 요구에 잘 대응한다.
[도면의 간단한 설명]
실시예가 도면에 표현되고 차후 설명에서 보다 상세히 설명된다.
제1도는 내연기관 작동용 액류에이터와 전자적 및 전기적 조정과 제어 요소를 실현하는 개략 형상의 블럭도.
제2도는 프로브 히터 내장 및 내장치 않은 배기 프로브의 시간에 비례한 온도의 증가율을 도시한 곡선도.
제3도는 진단 시스템의 제 1 변형의 플로우챠트도.
[발명의 상세한 설명]
본 발명의 기본적인 개념은 내연기관용 공기-연료 혼합을 조정하는 목적에 바람직한 측정 신호를 방출하는 배기 프로브의 가열 장치의 진단을 실행하는 것으로 이루어진다. 이 진단은 배기 프로브를 통과하여 흐르는 배기 가스에 의해서 단지 가열되는 것보다 빠르게 가열되는 배기 프로브에 의거하며, 최소 프로브 히터를 수성하는 가열 장치를 동작함으로써 장치는 필요한 전력을 프로브 히터와 해당 공급 라인에 공급한다.
이후 발명의 세부 사항에 들어가기전, 이산 스위치 단계에 의하여 발명을 설명하는 제1도에 도시한 블럭도는 발명을 제한하지 않음을 지적하며, 이산 스위치 단계는 발명을 실현하는 형태로 특정 기능의 시퀀스를 도시하고 본 발명의 기본 기능을 예증한다. 각 모듈과 블럭은 아나로그, 디지탈 또는 혼성 기술에 따라 구성된다. 또한 각 모듈과 블럭은 마이크컴퓨터, 마이크로프로세서, 디지탈 또는 아나로그 논리 요소와 같은 유사하게, 전체적으로 또는 부분적으로 집적된 프로그램 제어 디지탈 시스템의 적절한 영역을 포함한다. 이후 주어진 설명은 설명되는 특정 블럭에서 실행되는 기능인 기능적 집합체 및 시간 시퀀스와 각 구성 요소 및 표현된 부기능의 특정 등위 관계의 바람직한 실시예로서 고려되며 이에 따라, 특정회로 블럭의 기준은 양호한 이해로 만들어진다.
제1도는 스로틀(12)에 위치한 입구 영역(11)을 가진 내연기관(10)을 도시하며, 잔류 위치로부터의 배기량은 내연기관(10)에 공급된 공기량으로 결정한다. 공기량을 측정하는 공기량 측정장치(13)는 메모리와 전원 공급에 해당하는 마이크로프로세서를 가진 마이크로컴퓨터인 전자 제어 유니트(14)에 출력 신호 Q를 주며, 내연기관의 속도 n, 배기관에 제공된 람다 프로브(15)의 출력 신호와 배기의 산소 성분으로부터 보다 정확하게 구해진 내연기관의 작동 상태의 순시치 표시에 의해서 결정된 내연기관에 공급된 공기-연료비와 같은 작동 상태의 또 다른 데이타를 수신한다.
온도(T), 공기 압력(P) 및 유사(UBAT, …)와 같이 공급된 다른 정보의 데이타로부터, 전자 제어 유니트(14)는 매우 정확하게 계산된 출력 신호를 산출하는데, 이는 입구 영역에서(16)으로 표시된 주입 밸브를 제어하는 주입 제어 명령 ti와 같은 연료 주입의 경우이다.
히터 조절기(17)에 의한 전기 전원이 공급된 프로브 히터(15a)가 장착된 배기 프로브(15a)는 배기 프로브(15)가 그의 작동 온도에 신속히 도달하여 필요하다면 차후 그 온도를 유지한다. 배기 프로브(15)의 출력 신호 또는 내부 저항은 배기 프로브(15)의 온도에 대한 신호로서 사용된다.
간략화된 실시예에서, 내연기관의 작동간 회로 요소가 일정하게 프로브 히터를 차단하며 히터 조절기 대신에 사용될 수 있다.
진단 블럭(18)은 또한 진단 시스템의 수행을 위해 제공되며, 블럭은 제1도에서 별개로 도시된다. 중앙 마이크로 컴퓨터의 부분일 수 있다. 이 진단 블럭은 전자 제어 유니트(14)와 배기 프로브(15)의 신호를 수신하여 제어 신호를 히터 조절기(17)에, 그리고 진단 결과를 표시기 장치(19)에 송신한다. 진단 블럭(18)은 또한 수신된 신호값과 산출한 결과가 저장될 수 있는 메모리와 시간에 따라서 그 값과 결과의 요건 비교를 하는 비교기를 포함한다. 이 진단 블럭(18)은 또한 진단 결과에 따라 표시기 빛을 밝히는 표시 장치(19)를 제어한다. 이 표시는 원칙상 문자표시로서 임의의 소망 형태로 실행될 수 있고, 진단의 중간값을 표시할 수 있다.
배기 프로브가 동작되지 않았을 때, 히터 조절기(17)는 프로브 히터(15a)가 전기 전원이 공급되도록 전자 제어 유니트(14)와 진단 블럭(18)을 통해 명령을 수신한다.
프로브 히터의 동작 여부에 따라서 온도 정도가 배기 프로브(15)를 증가한다. 배기 프로브가 배기 프로브(a)를 통과하여 흐르는 배기 가스에 의해서 혹은 프로브 히터(15a)(b)에 의해서 추가적으로 가열될 때만 온도 종속 값으로 결정된 프로브 온도가 얼마나 변화하는가를 제2도를 통해서 알 수 있다.
제2도에 도시한 온도 변화는 개략적이며, 본 발명을 보다 이해하는데 용이하다. 프로브(a)를 통과하여 흐르는 배기 가스에 의해서 가열된 배기 프로브로, 최소 작동 온도 TBmin가 프로브 히터가 추가로 작동(t1)할 때 보다 나중에(t2) 도달된다.
시간 t1 및 t2 는 다음과 같은 내연기관의 종속한다. 즉 시동시(t=0) 내연기관(10)의 온도, 내연기관의 부하 및 속도, 내연기관에 공급된 혼합물의 공기-연료비, 모터에 의해 지시된 배기 열량의 측정을 나타내는 전송된 주입 시간의 합, 전단 시스템의 순서는 제3도로 설명된다.
내연기관의 작동에 돌입할시 본 발명에 따른 시스템은 항상 개시된다. 히터가 온된 후(단계 96)시간 계수기가 시작되며, 차후 배기 프로브의 작동여부가 단계(98)에서 검증된다. 이는 온도 측정으로서 배기 프로브의 내부 저항을 사용함으로써 행해지거나 또는 지금까지 배기 프로브에 의해 방출된 신호는 동작 준비가 추론될 수 있는 진폭을 가지는가의 여부에 따라 검증될 수 있다. 이것이 짧은 정지후 내연기관을 재시동하는 경우이면, 배기 프로브의 공급 시스템이 동작적인 것을 단계(99)에서 추론된다. 그 결과는 이러한 목적으로 제공된 진단 블럭에 포함된 메모리에 저장되거나 표시기 장치(19)에 의해 표시될 수 있다.
단계(99) 수행 후, 시스템은 단계(98)를 다시 수행한다.
단계(98) 및 (99)를 구성하는 루프는 배기 프로브가 동작하는한 순환할 것이다.
본 발명에 따른 시스템의 개시로부터 또는 얼마후, 배기 프로브가 동작되지 않았으면, 단계(98)에서 조회의 결과는 아니오이고, 시스템은 내연기관의 작동값에 따라서 제 1 소정 시간 t1 (제 2 도 참조)이 계산되는 단계 100로 연속된다.
단계(97)(t=0)를 멈추는 제 1 소정 시간 t1이 경과한 다음 단계 98에서 배기 프로브의 동작 여부의 조회와 동일 방식으로 단계(102)로 추종할 때까지 단계(101) 및 (101a)에서 시간 요소에 의해 제어된 대기가 있다. 동작 준비가 단계(102)(예)에서 설정되면, 프로브 가열 시스템, 프로브 및 그의 공급 시스템이 작동한다는 것을 단계(103)에서 추론된다. 단계(103)로부터의 결과는 표시기 장치(19)에 의해서 표시되거나 이 목적으로 제공된 메모리에 저장될 수 있다.
단계(103)가 실행된 후, 시스템은 다시 단계(102)를 실행한다. 단계(102) 및 (103)를 구성하는 루프는 배기 프로브가 동작을 유지하는 한 순환할 것이다.
단계(102)에서, 배기 프로브가 갑자기 더이상 동작치 않고, 프로브 공급 시스템에서의 고장에 의해 조절될 수 있음을 조회가 나타내면, 시스템은 단계(103a)에 의해 연속한다.
단계(97)(t=0)를 차단하는 소정 시간(t2)가 경과하여 단계(98)에서 배기 프로브의 동작 여부에 따라, 단계(105)에서 검증될 때까지 단계(104) 및 (104a)에서 시간 요소에 의해 제어된 대기가 있게 된다. 예이면, 프로브 히터 시스템에서 고장이 있음을 단계(106)에서 추론된다. 이 결과는 표시되거나 기억될 수 있다.
최소 동작 온도에 도달될 때만 작동하는 배기 프로브가 주위 배기 가스에 의해서 배기 프로브를 충분히 가열하게 되는 시간 t2가 지나서 동작되기 때문에 단계(106)로부터의 추론이 정당화된다. 이 경우 최소 동작 온도에 확실히 도달되도록 시간 t1 과 t2가 결정되어야 한다.
소정 시간이 지나서 배기 프로브가 아직 동작치 않으면, λ-프로브 분기에서 고장이 있음을 단계(107)에서 추론된다.
진단 결과가 단계(99,103,106 및 107)로부터 운전자에게 표시되며, 표시기 장치(19)에 의해서 이 목적으로 제공되며 진단 블럭(18)의 부분을 형성하는 메모리에 저장될 수 있음이 보충적으로 언급된다.
소정 시간 t1 과 t2는 물론 계산되지 않았으며, 시간 t=0(단계 97)의 공통점에서 측정됨이 또한 자명하다. 보다 정확히 말하자면, 약 시간 간격 t1 및 t2 이기 때문에, 각 시간 간격은 연관된 계산 개시와 같은 상이한 기준점을 가진다.
배기 프로브가 작동치 않으면, 작동을 제어하는 조정으로부터 어느 전자 제어 유니트로 신호가 방출되는 것 또한 가능하다.
본 발명에 따른 진단 시스템의 요점은 프로브 히터(15a), 히터 조절기(17) 및 그에 속하는 상호 연결부로 구성되는 프로브 히터 시스템의 기능을 하는 성능이 입증되는 것이다. 이는 배기 프로브(15)의 신호에서 구해지는 전기적, 온도 종속값의 시간에 따른 변화를 검토함으로써 행해진다. 이를 위해서 배기 프로브가 프로브 히터 시스템에 의해, 그리고 보다 천천히 시스템을 에워싼 배기 가스에 의해 그의 동작 온도로 가열될 수 있는 것이 필요하다.
이 배기가스는 다양한 연소 프로세스로 유도될 수 있으며, 내연 기관 및 가열 장치에서 발견될 수 있다.
이로부터, 본 발명에 따른 시스템이 내연기관을 조절하기 위하여 사용된 배기 프로브용 가열 장치의 검증에 한정되지 않음이 명백하다. 또한 대신에 가열장비의 배기 구성 요소 또는 다른 화학 또는 연소 프로세스를 측정하는 프로브의 가열장치를 감시하는 것이 가능하다.
본 발명의 따른 시스템은 부가 센서에 독립적으로 작용하는 특정 잇점을 가지며, 이에 따라 효율적인 가격이 실현될 수 있다.

Claims (8)

  1. 소정 온도 이상에서만 작동하며, 신속한 가열 및 동작 온도 범위의 유지가 가능한 프로브 히터가 제공된 배기 프로브의 동작 대기 감시 시스템에 있어서, 상기 프로브 히터가 온된후 상기 동작 프로브의 대기는 잇따르는 두 소정 시간 t1 과 t2 에서 검출되며, 상기 소정 시간 t1 과 t2 는 프로브의 온도 증가비율로 변조되며, 소정 시간 t1 의 경과후 설정되는 동작 준비와 소정 시간 t2 의 경과후 동작하기 위한 소정 준비의 부족시 프로브 히터의 고장이 추론되어 진단 또는 경고 장치가 작동되는 것을 특징으로 하는 배기 프로브의 동작 대기 감시 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 프로브 히터 및/또는 배기 프로브의 공급 시스템의 기능 수행 능력은 1) 프로브 히터 시스템을 온하는 단계와, 2) 배기 프로브의 작동 여부를 조회하는 단계와, 3) 배기 프로브가 작동하면, 배기 프로브 및 그의 공급 시스템이 작용하는 진단의 제 1 가능 결과가 이어져서 단계(2) 및 (3)이 연속해서 반복되는 단계와, 4) 단계(2)에서 배기 프로브가 동작치 않고, 제 1 소정 시간 t1 경과후 배기 프로브의 동작이 설정되면, 배기 프로브, λ-프로브 분기 및, 프로브 히터가 동작 가능하다(그리고 단계(4)가 연속해서 반복된다)는 진단의 제 2 가능 결과가 이어지는 단계와, 5) 단계(4)에서 배기 프로브가 동작치 않고, 제 2 소정 시간 t2 경과후 배기 프로브의 동작 여부가 다시 검증되는 단계와, 6) 배기 프로브의 동작 여부가 검증되면 배기 프로브 및 λ-프로브 분기가 동작하나, 프로브 히터 시스템이 동작치 않는다는 진단의 제 3 가능 결과가 이어지는 단계와, 7) 이와는 달리 λ-프로브 분기에서 고장이 있다는 진단의 제 4 가능 결과가 이어지는 단계와, 8) 진단의 상기 결과중의 최소 하나의 표시 및/또는 저장의 이어지는 단계로서 설정되는 것을 특징으로 하는 배기 프로브의 동작 대기 감시 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제 1 소정 시간 t1 및/또는 제 2 소정 시간 t2에서 장치의 특성값에 따라서 설정되는 배기의 조성을 계산하는 것을 특징으로 하는 배기 프로브의 동작 대기 감시 시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 배기 프로브는 내연기관에 공급된 공기-연료 혼합물의 공기-연료비율을 조정하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 배기 프로브의 동작 대기 감시 시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 배기 프로브의 동작 대기는 내부 저항, 방출 전압 및/또는 배기 프로브를 통해 흐르는 전류와 같은 배기 프로브의 전기적 값의 계산으로부터 추론되는 것을 특징으로 하는 배기 프로브의 동작 대기 감시 시스템.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 시스템의 구현 장치에 있어서, 상기 프로브 히터가 온된후, 두 연속하는 소정 시간 t1 과 t2 에서 동작하도록 프로브의 대기를 검출하고, 프로브의 온도 증가 속도와 소정 시간 t1 경과후 프로브가 작동치 않고 소정 시간 t2 경과후 프로브의 동작이 설정되는 온도 증가 속도로 소정 시간을 변조하며, 상기 프로브 히터의 고장을 추론하며, 진단 또는 경고 수단을 작동케 하는 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 시스템의 구현 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 프로브 히터 전류에서 스위치가능한 수단과, 상기 배기 프로브의 동작 여부를 결정하는 수단과, 소정 시간 t1 및 t2 를 실제 경과 시간과 비교하는 수단과, 배기 프로브의 동작 여부에 따라서 시간 t1 및 t2 에서 또는 경과후 배기 프로브에 연결되는 프로브 히터 및/또는 공급 시스템의 동작 여부를 추론하는 수단과, 진단 결과를 표시 및/또는 기억하는 수단이 제공하는 것을 특징으로 하는 시스템의 구현 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 장치의 특성 동작값에 의거하여 소정 시간 t1 및/또는 t2 에서 설정되는 배기의 조성을 결정하는 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 시스템의 구현 장치.
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