KR100261930B1 - 자동차의 세라믹 센서용 가열 요소 작동 시스템 - Google Patents

자동차의 세라믹 센서용 가열 요소 작동 시스템 Download PDF

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KR100261930B1
KR100261930B1 KR1019940703135A KR19940703135A KR100261930B1 KR 100261930 B1 KR100261930 B1 KR 100261930B1 KR 1019940703135 A KR1019940703135 A KR 1019940703135A KR 19940703135 A KR19940703135 A KR 19940703135A KR 100261930 B1 KR100261930 B1 KR 100261930B1
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쉬나이더 에리히
헨켈만 콘래드
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맬브레인 게오르그
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클라우스 포스, 게오르그 뮐러
로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 내연기관(100)의 배기 채널(104)내에 배열되고 가열 요소에 의해 가열될 수 있는 세라믹 센서(112)의 가열 요소 작동 시스템에 관한 것이다. 내연기관(100)의 배기채널(114)에 액체가 존재하는 것으로 추측되는 작동 상태에 내연기관(100)이 있다면, 세라믹 센서(112)가 임계 온도(TSeK)이하로 작동되도록 가열 온도(114)는 작동되지 않거나 트리거된다. 임계 온도(TSe) 이상에서는 세라믹 센서(112)가 액체와 접촉하여 손상된다.

Description

[발명의 명칭]
자동차의 세라믹 센서용 가열 요소 작동 시스템
[발명의 상세한 설명]
[종래 기술]
본 발명은 특허청구의 범위 제1항의 공지부에 따른 차량의 세라믹 센서용 가열 요소 작동 시스템에 관한 것이다.
차량의 세라믹 센서용 가열 요소 작동 시스템은 미국 특허 제4,348,583호에 공지되어 있다. 상기 특허에서 제1시간 간격 동안에 가열 요소에는 일정한 전류가 공급된다. 제2시간 간격동안에, 가열을 위해 감소된 동력이 사용되도록 전류는 펄스된다. 이러한 형태의 가열 요소 트리거를 사용할 때, 가능한한 빨리 원하는 온도에 도달하도록 제1시간 간격 동안에 높은 가열 동력을 이용할 수 있다. 제2시간 간격동안에, 온도를 유지하기 위해 가열하는 데 감소된 동력이 이용된다.
본 발명의 제1목적은 차량의 세라믹 센서용 가열 요소의 작동을 위해 도입부에서 설명한 시스템에서, 차량에 동력을 공급하는 내연기관의 작동 상태에 따라 다른 센서 온도를 설정하는 것이다.
본 발명의 다른목적은 충돌한 액체로부터 세라믹 센서가 손상되는 것을 보호하는 것이다. 동시에, 세라믹 센서는 가능한한 빨리 작동 준비해야 하며, 센서 신호는 가능한한 적은 손상을 입어야 한다. 더우기, 본 발명은 센서에 구조적 변경을 하지 않는 또는 단지 구조적 변경을 하는 정도로 세라믹 센서를 보호할 수 있으며 그에 따라 비용을 줄일 수 있다.
이 목적은 특허청구의 범위 제1항 및 종속항에 의해 해결된다.
[발명의 장점]
본 발명은 세라믹 센서의 온도(TSe)를 내연기관의 각 작동 상태에 적용할 수 있도록 설정하는 장점을 갖고 있다. 내연기관의 제1작동 상태(단계 I)는 내연기관의 배기 채널에 액체가 존재하는 것으로 추측하여 형성되었으며, 제2작동 상태(단계 II)는 내연기관의 배기 채널에 액체가 존재하지 않는 것으로 추측한 것이다. 내연기관이 제1작동 상태에 있다면, 가열 요소가 작동되지 않거나 가열 요소가 트리거되어 세라믹 센서가 임계 온도(TSeK) 이하에서 작동된다. 임계 온도(TSeK)는, 세라믹 센서가 임계 온도(TSeK) 이하에서 작동될 때 액체와 접촉하여 세라믹 센서가 손상되지 않도록 선택된다. 내연기관이 제2작동 상태에 있다면, 가열 요소의 트리거(triggerign)는 예컨대 세라믹 센서의 최적 작동 온도로 설정될 수 있다.
가열 요소의 트리거시의 두개 작동 상태 사이를 구별하는 것은, 세믹 센서의 써비스가 센서의 디자인을 변경시킬 필요없이 연장될 수 있도록 액체와 충돌로 인한 세라믹 센서의 손상 위험이 제거되는 장점이 있다.
본 발명의 다른 장점은 광범위하게 적용할 수 있는 비용과 장점 사이의 양호한 절충안을 얻을 수 있는 세라믹 센서를 보호 할 수 있도록 다양한 비용 계산이 가능하다는 것이다. 예시된 실시예에 따르면, 가열 요소는 내연기관의 제1작동 상태 동안에 작동되지 않거나 감소된 동력으로 작동되거나, 또는 초기에 높은 동력으로 그리고 계속해서 감소된 동력으로 작동된다. 높은 동력으로부터 감소된 동력으로의 전이(transition)는 내연기관의 시동되기 때문에 선택가능한 시간 간격이 경과할 때 또는 세라믹 센서의 온도(TSe)가 한계치(TSe1)인 것으로 추측될때 이뤄진다. 한계치(TSeK1)가 세라믹 센서의 온도-종속 특징 또는 세라믹 센서와 열접촉시 온도 센서의 신호를 한도를 초과했는지 결정할 수 있다.
세라믹 센서를 보호하기 위한 세가지 방법중 나머지 하나는 세라믹 센서가 주어진 상황하에서 가장 높은 허용 가능 온도로 매우 급속히 가열되는 장점을 가진다. 따라서, 내연기관의 제1작동 상태로부터 제2작동 상태까지 전이에 따르는 짧은 시간내에 세라믹 센서의 최적 작동 온도를 설정할 수 있다. 세라믹 센서를 보호하기 위한 모든 세개의 방법의 공통 특징은 이들이 필요할 때 즉,제1작동 상태 동안에만 사용된다는 것이다.
제1작동 상태는 내연기관의 냉각 시동후에 나타난다. 시동시에 내연기관의 냉각수 온도가 한계치(TKM1) 아래에 있다면 제1조작 상태는 냉각 시동으로 시작된다. 내연기관의 제1작동 상태로부터 제2작동 상태로의 전이는 제1작동 상태가 시작하기 때문에 근처에서 배기 시스템의 온도(TAbg) 가 한계치(TTau)를 초과했다고 추측될 때 발생한다. 후자의 추측은 세라믹 센서의 근처에 배열된 온도 센서의 신호로부터 또는 세라믹 센서의 배기 시스템의 온도(TAbg)에 가까운 모델로부터 결정될 수 있다.
이 모델에서, 내연기관이 시동될 때 빨아들인 공기 체적 또는 공기 질량은 합산되며, 이 전체값을 한계치와 비교한다. 제1작동 상태로부터 제2작동 상태까지의 전이를 결정하고 여기서 설명한 많은 수의 표준은 각 기술 고려사항을 계산하기 위해 많은 산출성을 구비한 본 발명의 적용분야는 매우 넓게 개방되어 있다.
본 발명에 따른 시스템은 배기가스의 유체의 방햐으로부터 볼 수 이으며 촉매 컨버터로부터의 상류 또는 하류에서 내연기관의 배기 채널에 배열된 산소 센서를 구비하는 것이 특히 유리하게 사용될 수 있다.
[도 면]
본 발명은 도면에 도시한 실시예에 의거하여 이하에 설명한다.
제1도는 본 발명의 필수부품을 가진 내연기관의 개략도이다.
제2도는 산소 센서용 가열 요소를 작동시키기 위한 본 발명에 따른 시스템의 흐름도.
제3도는 전력이 가열 요소에 공급되는 시간대 작용(상부), 산소 센서의 온도(TSe) 대 작용(중앙) 및 산소 센서 근처에서 배기 시스템의 온도(TAbg) 대 작용(부하)의 그래프.
제4도는 산소 프로브(probe)의 온도(TSe)가 한계치(TSe1)를 초과했는가를 결정할 수 있는 장치의 블럭 다이아그램.
[양호한 실시예의 설명]
본 발명은 내연기관의 배기 채널에 위치된 산소 프로브(oxygen probe)의 예에 따라 이하에 설명한다. 본질적으로, 내연기관의 배기 채널에서 어떤 숫자의 가열 가능한 세라믹 센서와 함께 적용할 수 있다. 본질적으로, 내연기관의 배기 채널에서 어떤 숫자의 가열 가능한 세라믹 센서와 함께 적용할 수 있다. 산소 센서는 배기 가스의 산소 양을 측정하고 공연비를 제어하기 위한 장치를 제공하는 작용을 한다. 지금까지, 산소 센서는 배기 채널에서 매우 먼 쪽에, 즉 내연기관 근처에 위치되는데, 이는 산소 센서가 내연기관의 배기가스에 의해 급속히 가열되도록 하기 위함이다. 산소 센서를 보다 급속히 가열하기 위해서, 통상적으로 전기 가열 요소를 구비하고 있다. 더우기, 산소 센서가 작동 조건하에서 작동 온도에 유지되도록 가열 요소에 의해 확실해지며, 이에 의해 배기 온도는 낮고 및/또는 매우 작은 양의 배기 가스가 존재한다.
그러나, 산소 센서가 내연기관 근처에 위치될 경우 문제점이 아래와 같이 발생한다 :
1. 내연기관이 장시간동안 고동력에서 작동된다면, 산소 센서를 과도한 고온으로 가열할 수 있는 많은 양의 고온배기 가스가 발생한다. 이것은 산소 센서의 수명을 감소시킬 것이다.
2. 내연기관의 모든 실린더의 배기 가스를 측정할 수 있도록 내연기관 근처의 배기 채널내에 산소 센서를 위한 적당한 설치 위치를 찾기가 어렵다는 것이다.
이러한 단점들은 산소 센서를 하류에 위치시킴으로써, 즉 배기 채널에서 내연기관으로부터 멀리 위치시킴으로써 회피할 수 있다. 그러나, 이러한 제2설치 위치는 새로운 문제점을 발생시킨다. 냉각 내연기관을 시동후의 초기 단계에서, 산소 센서로부터 상류의 배기 채널은 비교적 냉각되어 있다. 따라서, 배기가스에 포함된 물이 응축된다. 응축된 물방울이 산소 센서에 의해 유동하고 산소 센서상에 던져지는 배기가스에 의해 배기 채널의 벽으로부터 느슨하게 당겨진다면, 산소 센서는 충격의 국부적 포인트에서 매우 급속히 냉각된다. 이러한 냉각은 산소 센서에 손상을 입힌다(예를 들면 세라믹에서의 크랙), 산소 센서가 이미 고온이라면 손상위험이 특히 높다. 본 발명은 가열 요소의 적당한 트리거를 통해 산소 센서의 온도(TSe)에 영향을 줄 수 있으며, 충돌하는 응축된 물로 인해 산소 센서의 손상 위험성이 매우 낮게 유지될 수 있다.
제1도는 본 발명의 필수부품을 가진 내연기관(100)의 개략도이다. 흡입 시스템(102)과 배기 채널(104)은 내연기관(100)에 부착된다. 내연기관(100)의 흡입 시스템(102)에서, 공기를 빨아들이는 유동 방향에서 볼 수 있듯이(순서대로), 공기중량 유량계 또는 공연비 계량기(106)와, 빨아들이는 공기의 온도를 측정하기 위한 센서(108) 및 인젝터(110)가 있다. 내연기관(100)의 배기 채널(104)를 가진 산소 센서(112)와, 배기 가스의 온도(TAbg) 또는 산소 센서(112)의 근처에서 배기 채널(104)의 벽 온도를 측정하기 위한 센서(120)와, 배기 가스의 온도(TAbg) 또는 산소 센서(120)의 근처에서 배기 채널(104)의 벽 온도를 측정하기 위한 다른 센서(124)가 있다. 내연기관(100)에 부착된다. 제어 유닛(128)은 공기 중량 유량계 또는 공연비 계량기(106), 센서(108), 인젝터(110), 산소센서(112), 가열 요소(114), 센서(116), 산소 센서(120), 가열 요소(122), 센서(124) 및 센서(126)를 경유하여 결합된다.
공연비를 제어하기 위해 산소 센서(120)가 절대적으로 필요한 것은 아니기 때문에, 최신 시스템은 경제적 제한으로 인해 단지 산소 센소(112)만을 구비한다. 그러나 미래에는 산소 센서(112)와 산소 센서(120)를 포함한 두개 센서 설걔가 보다 보편화 될 것이다. 이하에 설명하는 본 발명의 기능적 원리의 설명에서는 단지 하나의 산소 센서(112)를 구비한 예시적 실시예를 설명한다. 각각의 가열 요소(114,122)가 단지 하나의 산소센서(112)를 구비한 예시적 실시예와 동일한 원리에 따라 트리거되기 때문에 두개의 산소센서(112 ,120)를 가진 예시적 실시예의 분석은 매우 간단하다. 산소 센서(112, 120)에 다른 조건이 가해지는 것으로 추측하기 때문에 개별 트리거가 필요하다. 내연기관(100)의 냉각 시동에 따라 차이가 매우 크다. 촉매 컨버터(118)가 저온에, 일반적으로 대기 온도에 근접한 온도이고, 많은 양의 응축된 물을 초기에 저장할 수 있어서, 배기가스는 산소 센서(112)로부터 산소 센서(120)까지 냉각되고 축적된 액체도 냉각된다. 따라서, 액체와 접촉하는 손상 위험은 산소 센서(112)에서 보다는 산소 센서(120)에서 상당히 오랜 시간 주기동안 존재하여, 보호 측정치는 대응하는 오랜 시간동안 산소 센서(120)에서 유지될 수 있다.
본 발명의 기능적 원리는 단지 하나의 산소 센서(112)를 가진 예시적 실시예에 의거하여 하기에 설명한다.
내연기관이 시동된 후에, 내연기관의 장동 상태내에 있는가 먼저 결정한다. 두개의 작동 상태 사이를 구별한다.
제1작동 상태에서, 액체, 일반적으로 응축된 물이 산소 센서(112)의 근처에서 배기 채널(104)내에 존재하는 것으로 추측한다. 제2작동 상태에서, 산소 센서(112)의 근처에서 배기 채널(104)내에 액체가 존재하지 않는 것으로 추측한다. 따라서, 액체와 접촉으로 인한 산소 센서(112)의 손상 위험은 제1작동 상태에서만 존재하며, 측정치는 단지 제1작동상태 동안에 산소 센서(112)를 보호할 수 있도록 결정된다.
제1작동 상태는, 산소 센서(112)의 근처에서 배기 채널의 온도(TAbg)가 약 50 내지 60℃의 응축점 온도(TTau)보다 낮을 때까지 내연기관(100)의 냉각 시동후에 존재한다. 내연기관의 제1작동 상태에 있는 동안의 시간 간격은 이하에서 단계(I)로 표시되어 있다. 응축점 온도(TTau)를 초과했을 때, 제2작동 상태로 전이되어 단계(II))가 개시된다.,
냉각 시동이 발생했는지 결정하기 위해서, 내연기관(100)의 냉각수 온도를 측정하는 센서(126)로부터의 신호는, 내연기관(100)이 시동되기 바로 전에 또는 시동된 후에 즉시 평가를 행한다. 냉각수 온도가 한계치(TKM1), 즉 75℃보다 높다고 평가액이 판단되면, 냉각 시동은 발생하지 않는다. 내연기관(100)은 제2작동 상태에 있으며, 액체와의 접속으로 인한 산소 센서(112)의 손상을 방지하기 위해 부가적인 측정이 필요없다. 즉, 가열 요소(114)의 트리거는 이같은 관계에서 제한없이 적용된다. 이와 대조적으로, 냉각수의 온도가 한계치(TKM1)보다 낮다면, 냉각 시동이 발생하고, 내연기관(100)이 제1작동상태에 있는 것으로 추측한다. 따라서, 제2작동 상태에 도달할 때까지 측정치는 산소 센서(112)를 보호하도록 취해야 한다. 이 측정치들은 액체와 접촉으로 인해 산소 센서(112)를 보호하도록 취해야 한다. 이 측정치들은 액체와 접촉으로 인해 산소 센서(112)에 손상 위험이 발생하는 온도로 단계(I) 동안에 가열 요소(114)에 의해 각각의 경우에 산소 센서(112)가 가열되는 것을 방지해야 한다. 하기의 각 측정치를 얻을 수 있다.
측정 1 :
가열 요소(114)는 스위치 오프(switched off)되어 있다.
측정 2 :
가열 요소(114)는 공칭동력(P1)에 대해 감소된 동력(P2)으로 작동된다.
측정 3 :
가열 요소(114)는 공칭동력(P1)으로 처음에 작동되며, 그 다음에 산소 센서(112)의 온도(TSe)가 한계치(TSe1)를 초과했다고 추측될 때, 가열 동력(P)은 산소 센서(112)의 온도(TSe)가 더 이상 증가하지 않거나 단지 최소로 증가하도록 감소된다. 한계치(TSe1)는 임계 온도(TSeK) 이하인 약 50K, 즉 액체와 접촉시에 산소 센서(112)의 손상 위험이 존재하는 300 내지 350℃이다. 산소 센서(12)의 온도(TSe)는 가열 요소(114)가 스위치 온(switched on) 되기 때문에 경과된 시간으로부터 계산되거나, 산소 센서(112)의 출력 신호로부터 또는 산소 센서(112)와 열접촉한 온도 센서의 신호로부터 결정되거나 본 기술분야에 숙련된 자들에게 공지된 다른 방법을 사용하여 결정될 수 있다.
단계(I)이 끝나고 단계(II)가 시작되는 순간은 적용(가능성 1)동안에 수집된 실험치를 사용하거나 하기와 같이 하여 구별될 수 있다.
가능성 2 :
온도 센서(116)로부터의 신호에 의거하여, 응축점 온도(TTau)이 산소 센서(112)의 근처에서 초과했는가를 결정한다.
가능성 3 :
내연기관(100)이 시동되기 때문에, 공기 체적 또는 합계한 공기 중량을 계산하여 배기온도용 수학적 모델에 의거하여, 응축점 온도(TTau)가 산소 센서(112)의 근처에서 초과했는가를 결정한다.
또한, 내연기관(100)의 제1도 또는 제2작동 상태가 존재하는지를 결정하도록 산소 센서(112)의 근처에서 습도 센서를 사용하는 것도 고려할 수 있다. 현재에 이러한 변형은 경제적 제한 때문에 비교적 중요하지 않다. 그러나, 이것은 기술이 개발될 때 변화될 것이다.
제2도는 산소 센서(112)의 가열 요소(114)를 작동하기 위한 본 발명에 따른 시스템의 양호한 예시적 실시예의 흐름도이다. 이러한 예시적 실시예에서, 상술한 측정치(3)는 단계(I) 동안에 사용되며, 단계(I)로부터 단계(II)로의 전이는 상술한 가능성(1, 2, 3)중 어느 하나에 따라 결정된다.
흐름도는 내연기관(100)이 시동되는 제1단계(200)로 출발한다. 다음에, 단계(202)에서, 내연기관(100)의 냉각수 온도가 한계치(TKM1)보다 낮은가를 체크한다. 이 조건이 일치하면 단계(204)로 간다. 단계(204)에서, 가열 요소(114)가 공칭 동력(P1)으로 작동한다. 다음에, 단계(206)에서 산소센서(112)의 온도(TSe)가 한계치(TSe1)를 초과했는지를 체크한다. 이 질문은 체크된 조건이 일치할 때까지 반복된다. 조건이 일치할 때, 단계(208)로 간다. 단계(208)에서, 액체가 산소 센서(112)의 근처에 있는 가를 추측한다. 이 질문에 대답하기 위해, 상술한 세개의 가능성(1,2,3)중 적어도 하나를 사용한다. 단계(208)의 조건이 일치하면, 공칭 동력(P1)에 대해 감소된 동력(P2)으로 가열요소(114)가 작동되도록 하는 단계(210)로 간다. 동력(P)을 감소시키는 하나의 방법은 가열 요소(114)를 통해 유동하는 전류를 펄스시키는 것이다. 단계(208)의 조건이 일치하지 않으면, 공칭동력(P1)으로 가열요소(114)를 작동시키는 단계(212)로 간다. 또한 단계(2120는 단계(202)로부터 직접 갈수도 있다; 이것은 단계(212)는 단계(202)의 조건이 일치하지 않는, 즉 냉각 시동이 발생하지 않을 때 발생하며, 그에 따라 액체와 접속으로 인한 손상으로부터 산소 센서(112)를 보호할 측정치가 요구되지 않는다.
제3도는 전력(P)이 가열요소에 공급되는 시간대 작용(상부), 산소 센서의 온도(TSe)대 작용(중앙) 및 산소 센서 근처에서 배기 시스템의 온도(TAbg) 대 작용(하부)의 그래프이다. 가로 좌표의 스케일은, 내연기관(100)이 시동되거나 가열 요소(114)가 t=to에서 스위치 온 될 때 세개의 도표의 각각에서 시작한다. 이미 상술한 단계(I)는두개의 보조단계로 분류된다. 즉, 보조 단계(Ia)가 있다. 단계(II)는 보조 단계(Ib) 다음에 따른다. 각각의 단계 또는 오히려 보조 단계들은 수직 점섬으로 서로 분리되어 있다.
제3도에서 모든 곡선은, 내연기관(100)의 냉각수 온도가 내연기관(100)이 시동된 바로후 또는 시동되기 바로 전에 한계치(TKM1) 이하인, 즉 냉각 시동이 발생하는 경우를 도시한 것이다. 제2도에 도시한 흐름도와 관련해서, 이것은 단계(202)에서 질문한 조건이 일치한 것을 의미한다. 그 결과, 가열 요소(114)는 공칭 동력(P1), 즉 제2도의 흐름도 단걔(204)에 따르면 18W(와트)로 초기에 작동된다. 이것은 제3도의 상부 도표에서 알 수 있으며, 가열 요소(114)에 공급된 전력(P)은 세로 좌표상에 도시되어 있다. 보조 단계(Ia)동안에, 전력(P)은 P1의 상수치를 갖는다.
제3도의 중간 도표에서, 산소 센서(112)의 온도(TSe)는 세로 좌표에 도시했다. 보조 단계(Ia)내에서, 온도(TSe)는 세로 좌표에 도시했다. 보조 단계(Ia)내에서 온도(TSe)는 가열 요소(114)에 의해 가열한 결과 t=to에서의 출발시에 상승하는 것을 볼 수 있다. 이러한 온도 상승은 산소 센서(112)를 지나 유동하는 배기가스에 의해 영향을 받는다.
제3도의 하부 도표에서, 배기 가스 또는 배기 채널(104)의 온도(TAbg)는 세로 좌표에 도시했다. 온도(TAbg)는 시간 t=to에서 처음에 급속히 상승한 다음에, 보조 단계(Ia)의 단부 근처에서 약 50 내지 60℃의 상수치 즉, 응축점 온도(TTau)로 유지되는 경향이 있다.
산소 센서(112)의 온도(TSe)가 한계치(TSe1), 즉 250 내지 300℃를 초과할 때 보조 단계(Ia)는 종료한다. 제2도의 흐름도에서, 이것은 질문(206)의 조건이 제1시간에 대해 일치하는 경우이다. 이 순간에, 보조 단계(Ia)는 끝나고 보조 단계(Ib)는 시작한다. 가열 요소(114)에 가해진 전력(P)은 낮은 값(P2), 즉 11W(제3도의 상부 도표)로 감소된다. 전력(P)의 감소는 대략 일정한 수치(제3도의 중간좌표)로 취한 산소 센서(112)의 온도(TSe)에서의 결과이다.
보조 단계(Ib)로부터 단계(II)까지의 전이의 모멘트는 온도(TAbg) 대 시간의 반응의 결과로 발생한다. 산소 센서(112)의 근처에서 온도(TAbg)는 시간 t=to에서 시동되어 상승한 후에 보조 단계(Ia, Ib)에서 긴 시간 주기에 걸쳐 일정하며, 응축점 온도(TTau)보다 높거나 낮은 약 50 내지 60℃의 온도를 갖고 있다. 산소 센서(112)의 근처에서 배기 채널(104)내의 액체와 상류 흐름이 가스 상태로 완전히 변할 때 까지 TAbg는 이 수치로 유지된다. 따라서, 보조 단계(Ib)의 단부 근처의 온도(TAbg)에서의 상승은, 액체가 산소센서(112)의 근처에 존재하지 않는 것을 의미한다. 이러한 이유 때문에 보조 단계(Ib)로부터 단계(II)까지의 전이의 모멘트는 온도(TAbg)가 응축점 온도(TTau) 이상으로 상승하는 것과 일치한다.
제3도의 상부 도표로부터, 단계(II)의 상태에서 가열 요소(114)에 가해진 전력(P)은 P2로부터 P1까지 상승되는 것을 볼 수 있다. 이것은 단계 (208)에서 질문한 조건이 일치하지 않는 것으로 실시한 제2도의 흐름도의 단계(212)에 대응한다. 제3도의 중간 도표에서 볼 수 있는 바와 같이, 전력(P)이 증가하면 산소 센서(112)의 온도(TSe)가 증가한다.
본 발명에 따른 시스템은 보조 단계(Ia)로부터 보조 단계(Ib)까지전이 시간의 포인트로서 보다 확실하게 작동하며, 보조 단계(Ib)로부터 단계(II)까지의 전이는 보다 정확하게 결정된다. 이하에서, 이러한 시간 포인트가 어떻게 결정될 수 있는가 양호한 예시적 실시에에 의거하여 설명한다.
세라믹 센서의 특성은 종종 온도에 좌우되어, 센서의 온도(TSe)가 센서의 반응에 따라 부가적인 열전소자(thermoelements)없이 이 경우에 결정될 수 있다. 또한, 이것은 여기에서 설명한 산소 센서(112)에서도 마찬가지며, 이 장치의 전기저항은 온도가 상승할 때 급격히 떨어진다.
제4도는 산소 센서(112)가 한계치(TSe)를 초과했는가, 즉 회로가 보조 단계(Ia)로 부터 보조 단계(Ib)까지 전이의 모멘트를 결정하는 작용을 하는가를 산소 센서(112)의 전기저항에 의거하여 결정하는 공지된 회로를 도시한 것이다.
산소 센서(120, 점선으로 도시함)를 동등한 회로로서, 전압원(400) 및 레지스터(402)가 일련의 배열로 사용될 수 있다. 이러한 일련의 회로와 평행하게, 레지스터(404), 즉 51KOhm의 레지스터가 연결된다. 제어 유닛(128, 점선으로 도시함)의 컴포넌트인 레지스터(404)에 대한 전압 강하는 전압 계량기(406)에 의해 표시된 것으로 측정 및 계산된다, 산소센서(112)는 냉각 상태에서 10Mohm 및 고온상태에서 500hm의 저항기(402)를 갖는다. 레지스터(404)에 대한 전압 강하는 산소 센서(112)의 저항기(402)의 기능이며, 그에 따라 산소 센서(112)의 온도에 대한 결론을 얻는데 이용될 수 있다.
저항의 변화외에, 다른 효과는 산소 센서(112)의 온도가 증가할 때 발생한다. 일반적 규칙으로서, 산소 센서(112)는 임계 온도(TseK)하에서 전압이 이미 공급되었으며, 이 전압은 예컨대 한계치(TSe1)가 초과될 때 배기 가스의 산소 함량의 기능이다. 결과적으로, 산소 센서(112)는 액체와 접촉시 약간의 손상 위험이라도 존재함이 없이 작동하도록 준비되어 있는 온도 범위에 존재한다.
따라서, 이것은 산소 센서(112)를 작동 온도로 올리고, 그에 따라 액체와의 접촉으로 인해 산소 센서(112)가 손상될 위험이 없이 공연비를 제어할 수 있도록 냉각 시동(단계 I)후에 개시 단계에서 이뤄질 수 있는데, 즉 이 경우에, 산소 센서는 한계치(TSe1)와 임계 온도(TSeK) 사이의 온도 범위에서 작동된다. 엔진이 시동된 후에 배기가스를 최소화하기 위해 가능한한 빨리 산소 센서(112)를 작동시키는 것이 바람직하다. 그럼에도 불구하고, 산소 센서(112)가 높은 온도에서 많은 기능을 하기 때문에 산소 센서(112)의 온도(TSe)를 더욱 증가시킬 필요가 있다.
보조 단계(Ib)로부터 단계(II)로의 전이 모멘트는 하기의 방법을 이용한 온도 센서(116)가 필요없이 결정될 수 있는데, 즉 온도 센서(116)는 본 발명에 따른 시스템에서 절대적으로 필요한 것이 아니며 생략될 수도 있다. 다음에, 배기 가스가 응축점 온도(TTau)를 초과할 때 배기 가스의 온도 곡선을 모형화한 모델을 사용하여 결정될 수 있다. 공기 중량 또는 공기 체적은 이 모델에서 입력 변수로 사용된다. 이 모델에서, 공기 중량 또는 공기 체적은 평균을 계산하며, 합계는 실험적으로 결정된 한계치와 비교한다. 온도(TAbg)가 경험에 따라 응축점 온도(TTau)를 초과하는 냉각 시동 때문에, 한계치는 내연기관(100)에 의해 빨아들인 공기 중량 또는 공기 체적을 나타낸다. 모델의 일부로서 수행된 비교가 한계치에 도달하자 마자, 온도(TAbg)는 응축점 온도(Ttau)를 초과한 것으로 추측한다.
적용 단계 동안에 합산한 공기 중량 또는 공기 체적에 대한 한계치를 실험적으로 결정할 때, 이 모델에서는 배기 채널(104)의 색션을 사용하고자 한다. 산소 센서(120)부근의 한계치는 산소 센서(112) 근처의 한계치보다 충분히 크다. 산소 센서(120)의 경우에 많은 양의 열 에너지가 촉매 컨버터(118)를 가열하도록 배기 가스로부터 빨아들이고, 촉매 컨버터(118)에 축적된 응축물의 증발이 지연된다는 사실로부터 차이점이 발생된다. 산소 센선(120)로부터의 상류의 응축물이 완전히 증발되지 않을 때까지 산소 센서(120) 근처의 배기가스의 온도(TAbg)는 응축점 온도(TTau)를 지나 급상승한다.
본 발명에 따른 시스템의 부분으로서, 내연기관(100)이 시동되기 전에 가열 요소(114)를 작동시킬 수 있다. 이와 관련해서, 차량 창문의 개방, 내부 라이트의 스위치 온, 안전 벨트 버클의 작동, 또는 운전자 시트의 교정과 같은 내연기관(100)의 시동전에 발생하는 작동에 의해 작용이 트리거 된다. 예컨데 가열가능한 촉매 컨버터와 관련해서 중요할 수 있는 내연기관(100)의 시동과 작동을 위해 산소 센서(112)를 준비하는 시간은 감소될 수 있다. 산소 센서(112)를 보호하기 위해 도시된 측정치는 이러한 변형에 또한 사용할 수 있다.
온도(TAbg)는 산소 센서(112 또는 120)의 근처에서 온도를 나타낸다. 에시적 실시예에 따라, 이것은 배기 가스의 온도, 배기 채널(104)의 벽 또는 촉매 컨버터(118)일 수 있다. 이러한 많은 온도를 측정할 수 있다면, 온도(TAbg)는 온도들중 적어도 두개의 평균함으로써 또한 결정될 수 있다.
냉각수 온도 대신에, 배기 채널(104)의 벽 온도 또는 촉매 컨버터(118)의 온도는 내연기관(100)의 냉각 시동이 발생한다면 결정될 수 있다. 그러나, 이러한 필수 조건을 적당한 온도 센서가 존재해야 하는 것이다. 내연기관(100)이 시동될 때 센서에 의해 측정된 온도가 응축점 온도(TTau) 보다 낮다면, 냉각 시동이 발생한다.

Claims (13)

  1. 내연기관(100)의 배기 채널(104)에 배열되며 가열 요소(114)에 의해 가열될 수 있는 세라믹 센서(112)의 가열 요소 작동 시스템에 있어서, 가열 요소(114)는 내연기관(100)이 가동하는 작동 상태의 기능으로서 트리커(trigger)되며, 내연기관(100)의 제1작동 상태(단계 I)는 내연기관(100)의 배기 채널내에 액체가 존재하지 않는 것으로 규정되며, 내연기관(100)의 제2작동 상태(단계 II)는 내연기관(100)의 배기 채널내에 액체가 존재하지 않는 것으로 규정되며, 세라믹 센서(112)가 내연기관(100)이 제1작동 상태(단계 I)에 있는 경우에 임계 온도 이하에서도 작동되도록 가열 요소(114)는 작동되지 않거나 가열 요소(114)가 트리거되는 것을 특징으로 하는 가열 요소 작동 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 내연기관(100)의 제1작동 상태(단계 I)는, 내연기관(100)이 시동될 때 냉각수 온도가 한계치(TKM1) 이하일 경우 또는 배기 시스템의 온도(TAbg)가 한계치(TTau) 이하일 경우에 존재하는 것을 특징으로 하는 가열 요소 작동 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 세라믹 센서(112)의 가열 요소(114)는 감소된 동력(P2)으로 내연기관(100)의 제1작동 상태(단계 I) 동안에 작동되는 것을 특징으로 하는 가열 요소 작동 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 내연기관(100)의 제1작동 상태(단계 I)동안에, 세라믹 센서(112)의 가열 요소(114)는 처음에 높은 동력(P1)으로 작동(보조 단계 Ia)되고 계속해서 감소된 동력(P2)으로 작동(보조 단계 Ib)되며, 높은 동력(P1)으로부터 감소된 동력(P2)까지의 전이는 내연기관(100)이 시동될 때 선택 가능한 시간 간격이 경과할 때 또는 세라믹 센서(112)의 온도(TSe)가 한계치(TSe1)를 초과했다고 추측될 때 발생되는 것을 특징으로 하는 가열 요소 작동 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 세라믹 센서(112)의 온도(TSe)가 세라믹 센서(112)의 온도-종속 특성 또는 세라믹 센서(112)와 열 접촉시에 온도 센서의 신호로부터 한계치(TSe1)를 초과했는가 결정되는 것을 특징으로 하는 가열 요소 작동 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 내연기관(100)의 제1작동 상태(단계 I)로부터 제2작동 상태(단계 II)까지의 전이는 제1작동 상태(단계 I)의 개시 이래로 선택가능한 시간 간격이 경과할 때 발생되는 것을 특징으로 하는 가열 요소 작동 시스템.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 내연기관(100)의 제1작동 상태(단계 I)로부터 제2작동 상태(단계 II)까지의 전이는 세라믹 센서(112) 근처에서 배기 시스템의 온도 (TAbg)가 한계치(TTau)를 초과했다고 추측될 때 발생되는 것을 특징으로 하는 가열 요소 작동 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 세라믹 센서(112) 근처의 온도(TAbg)는 세라믹 센서 근처에서 배열된 온도 센서로부터 또는 세라믹 센거 근처의 온도(TAbg)에 가까워지는 모델로부터 한계치(TTau)를 초과했는가 결정되는 것을 특징으로 하는 가열 요소 작동 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 모델에서, 내연기관(100)이 시동될 때 빨아들인 공기 체적 또는 공기 중량의 평균을 내고, 평균값을 한계치와 비교하는 것을 특징으로 하는 가열 요소 작동 시스템.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 세라믹 센서(112)가 임계 온도(TSeK) 이하에서 작동될 때, 액체와 접촉시 세라믹 센서(112)에 대한 손상의 위험이 없도록 임계 온도(TSeK)가 선택되는 것을 특징으로 하는 가열 요소 작동 시스템.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 세라믹 센서(112)는, 세라믹 센서(112)가 최소한 작동을 위해 조건적으로 준비된 한계치(TSe1)와 임계 온도(TSeK) 사이의 온도 범위에서 내연기관(100)의 제1작동 상태(단계 I)동안에 작동되는 것을 특징으로 하는 가열 요소 작동 시스템.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 세라믹 센서(112)의 가열 요소(114)는 내연기관(100)이 시동되기 전에 발생하는 사고에 반응하여 스위치 온 될 수 있는 것을 특징으로 하는 가열 요소 작동 시스템.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 세라믹 센서(112)는 배기 가수의 유동 방향에서 볼 때 촉매 컨버터(118)로부터 상류 또는 하류에서 내연기관의 배기 채널(104)에 배열된 산소 센서인 것을 특징으로 하는 가열 요소 작동 시스템.
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