KR102220801B1 - 배기가스 프로브의 오일 가스 측정 능력 모니터링 방법 및 장치 - Google Patents
배기가스 프로브의 오일 가스 측정 능력 모니터링 방법 및 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 희박 연소 모드로 구동된 내연기관의 배기가스 덕트 내 배기가스 프로브의 오일 가스 측정 능력을 모니터링하기 위한 방법에 관한 것이며, 배기가스 프로브 내에서 배기가스는 확산 배리어를 통해 배기가스 덕트로부터 배기가스 프로브의 측정 공동부 내로 확산되며, 내부 펌프 전극 및 제2 펌프 전극을 갖는 펌프 셀을 통해 전극들 간에 펌프 전압을 인가함으로써 산소는 유동 펌프 전류에 상응하게 측정 공동부 내부 또는 외부로 펌핑된다. 이 경우, 내연기관의 희박 연소 모드 동안 진단 단계에서는 펌프 셀의 펌핑 방향이 역전되어 산소가 측정 공동부 내로 펌핑되고, 펌프 전류 및/또는 펌프 전압으로부터 배기가스 프로브의 오일 가스 측정 능력이 추론된다. 또한, 본 발명은 본원의 방법의 실행을 위한 장치에 관한 것이다. 본원의 방법 및 장치는, 내연기관의 배기가스 조성을 농후 배기가스로 전환하지 않고서도 배기가스 프로브의 오일 가스 측정 능력의 진단을 수행할 수 있게 한다. 따라서 내연기관의 연료 소비 또는 배출의 증가가 방지될 수 있다.
Description
본 발명은 희박 연소 모드로 구동된 내연기관의 배기가스 덕트 내 배기가스 프로브의 오일 가스 측정 능력을 모니터링하기 위한 방법에 관한 것이며, 배기가스 프로브 내에서 배기가스는 확산 배리어를 통해 배기가스 덕트로부터 배기가스 프로브의 측정 공동부(measuring cavity) 내로 확산되며, 내부 펌프 전극 및 제2 펌프 전극을 갖는 펌프 셀을 통해 전극들 간에 펌프 전압을 인가함으로써, 산소가 유동 펌프 전류에 상응하게 측정 공동부 내부 또는 외부로 펌핑된다.
또한, 본 발명은 희박 연소 모드로 구동된 내연기관의 배기가스 덕트 내 배기가스 프로브의 오일 가스 측정 능력을 모니터링하기 위한 장치에 관한 것이며, 배기가스 프로브의 측정 공동부는 확산 배리어를 통해 배기가스 덕트와 연결되고, 측정 공동부 내부 또는 외부로 산소를 펌핑하기 위해 내부 펌프 전극 및 제2 펌프 전극을 갖는 펌프 셀이 제공되며, 측정 공동부 외부로 산소를 펌핑하기 위해서는 전극들 사이에 양의 펌프 전류가 제공되고, 측정 공동부 내부로 펌핑하기 위해서는 음의 펌프 전류가 제공되며, 상기 배기가스 프로브에 제어 유닛이 할당된다.
배기가스 프로브는 내연기관의 배기가스 덕트 내 람다 프로브의 형태로 예컨대 내연기관으로 공급되는 공기/연료 혼합기의 조성을 측정하는 데 이용된다. 법적 규정에 준하여, 배기가스 프로브는 작동 중에 올바른 기능, 이른바 "측정 능력"과 관련하여 점검되어야 한다. 이를 위해, 기지(旣知)의 조성의 가스 혼합기가 배기가스 프로브로 공급되고, 배기가스 프로브의 출력 신호가 평가될 수 있다. 그에 따라, 1 미만의 람다값(< 1)을 갖는 "농후한" 공기-연료 비율의 조건에서 람다 프로브에 대한 올바른 기능의 점검 동안, 다시 말해 이른바 "오일 가스 측정 능력"의 점검 동안, 람다 프로브로 상기 혼합기가 공급되어야 할 수도 있다. 특히 정상 작동 모드(normal operation mode)에서 희박한 배기가스의 영역에서 작동되는 디젤 엔진의 경우, 진단을 위한 농후 연소 모드(rich-burn mode)는 유해물질의 배출 증가 및 추가 연료 소비를 야기하며, 그 때문에 바람직하게 방지되어야 한다. 그 밖에 엔진 작동에 개입하지 않으면서 람다 프로브로 농후 가스 조성을 공급할 수 있는 방법들은 다양한 이유에서 실현될 수 없다.
다른 방법에 의한 신뢰성 있는 진단도 역시 단점이 있다. 람다값의 결정을 위해 람다 프로브의 펌프 전류가 이용된다. 펌프 전류는 희박 배기가스의 경우 양의 값이고, 농후 배기가스의 경우에는 음의 값이다. 배기가스가 희박할 때와 농후할 때 람다 프로브의 내부에서 이송 과정은 전류 방향, 전극 반응 및 전극들에 있는 가스들과 관련하여 상당히 차이가 있다. 그러므로 현실적인 진단을 위해, 상기 조건들은 진단에 필요한 정도까지 제공되어야 한다.
배기가스 프로브는 광대역 람다 프로브, 불연속 레벨 람다 프로브, 이중 셀 광대역 람다 프로브, 또는 단일 셀 한계 전류 프로브, 또는 예컨대 NOx 센서로서도 구현될 수 있다.
DE 10 2011 005 490 A1호는 측정 가스 챔버 내 가스의 하나 이상의 특성의 검출을 위한 센서 부재를 작동시키기 위한 방법을 개시하고 있으며, 센서 부재는 2개 이상의 전극과 이들 전극을 연결하는 하나 이상의 고체 전해질을 구비한 하나 이상의 펌프 셀을 포함하고, 펌프 셀의 하나 이상의 제1 전극은 측정 가스 챔버로부터 가스를 공급받을 수 있고, 펌프 셀의 하나 이상의 제2 전극은 하나 이상의 기준 채널과 연결되며, 상기 방법의 경우 제1 전극으로의 가스 공급에 의해 펌프 셀을 통해 흐르는 펌프 전류가 제한되는지, 아니면 기준 채널을 통해 흐르는 펌프 전류가 제한되는지 점검된다. 발명의 기재내용에는 진단을 목적으로 하는 펌프 전압 역전 가능성이 지시되어 있다. 그러나 상기 독일 공보에는 배기가스 프로브의 오일 가스 측정 능력의 진단은 다루고 있지 않다.
DE 10 2010 040 817 A1호는 측정 가스 챔버 내 가스의 하나 이상의 특성의 검출을 위한, 특히 가스 성분의 비율의 결정을 위해 센서 부재를 보정하기 위한 방법을 기재하고 있으며, 상기 센서 부재는 2개 이상의 전극과 이들 전극을 연결하는 하나 이상의 고체 전해질을 각각 구비한 2개 이상의 셀을 포함하고, 하나 이상의 제1 전극은 두 셀의 구성부품이며, 제1 전극은 하나 이상의 확산 배리어를 통해 측정 가스 챔버로부터 가스를 공급받을 수 있고, 셀들은 하나 이상의 제1 셀과 하나 이상의 제2 셀을 포함하고, 제1 전극으로부터 제2 셀을 통해 펌핑되는 가스의 하나 이상의 가스 성분은 확산 배리어를 통해 적어도 부분적으로 제1 전극으로 공급될 수 있고, 제1 셀을 통해 흐르는 제1 펌프 전류가 측정되고, 제2 셀을 통해 흐르는 제2 펌프 전류가 측정되며, 제1 펌프 전류 및 제2 펌프 전류로부터 확산 배리어의 하나 이상의 특성이 추론된다. 상기 독일 공보에는, 광대역 람다 프로브의 특성 곡선이 생산 중에 또는 생산 이후에, 또는 현장 운행 시에도, 예컨대 디젤 엔진의 코스팅 모드에서도 보정될 수 있다는 점이 공개되어 있다. 이 경우, 예컨대 펌프 전류 역전 및/또는 전극 공동부의 펌핑에 의해 상응하는 진단 방법 및/또는 재생 방법이 수행될 수 있다. 람다 프로브의 오일 가스 측정 능력의 진단을 위한 방법은 공개되어 있지 않다.
독일 공보 DE 10 2009 060 172 A1호는, 배기가스 흐름의 성질을 특성화할 수 있는 배기가스 센서의 동적 거동을 진단하기 위한 방법을 공개하고 있으며, 상기 배기가스 센서는 측정 제어 회로를 포함하고, 측정 제어 회로의 제어 신호를 이용하여 배기가스 흐름의 성질이 특성화될 수 있으며, 상기 방법은
- 제어 신호의 변동을 일으키는 단계와,
- 상기 변동에 대한 측정 제어 회로의 측정 신호의 반응을 검출하는 단계와,
- 상기 반응을 이용하여 배기가스 센서의 동적 거동을 평가하는 단계를 포함한다.
상기 독일 공보에는, 배기가스 유량의 혼합기 조성 대신, 예컨대 배기가스 흐름을 생성하는 내연기관의 엔진 제어 유닛 또는 제어기의 집적 회로 내에서 일어날 수 있는, 제어기 또는 그 제어 신호의 차단 및/또는 전환에 의해, 기준 셀 내 산소 함량이 변동될 수 있는 가능성이 지시되어 있다. 이 공보에는 엔진이 희박 연소 모드에서 작동될 때 배기가스 센서의 오일 가스 측정 능력을 진단할 수 있는 방법은 공개되어 있지 않다.
그러므로 본 발명의 과제는, 배기가스 프로브에 농후 배기가스를 공급하지 않고도, 농후 배기가스 혼합기의 조성의 검출을 위한 배기가스 프로브 및 관련 측정 회로의 기능성 점검을 수행할 수 있게 하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
방법과 관련된 본 발명의 과제는, 내연기관의 희박 연소 모드 동안 진단 단계에서 펌프 셀의 펌핑 방향이 역전되어 산소가 측정 공동부 내로 펌핑되고, 펌프 전류 및/또는 펌프 전압으로부터 배기가스 프로브의 오일 가스 측정 능력이 추론됨으로써 해결된다.
이 경우, 희박 연소 모드를 위해 역전된 펌프 전류 방향이 조정될 수 있는 경우, 배기가스 프로브 또는 관련 전자 프로브 유닛이 온전한 것으로 추론될 수 있다.
희박 연소 모드로 구동된 내연기관, 예컨대 디젤 엔진의 정상 측정 모드에서, 산소는 배기가스로부터 확산 배리어를 통해 배기가스 프로브의 측정 공동부 내로 확산된다. 이 작동 전략에 상응하게, 측정 공동부 내에는 예컨대 람다 1이 우세하게 나타난다. 측정 공동부 내로 확산 유입되는 산소는 펌프 셀에 의해 양의 펌프 전류와 함께 이송된다.
오일 가스 측정 능력의 진단을 위해, 펌프 전압은, 음의 펌프 전류가 설정될 수밖에 없도록 수정된다. 이 경우, 산소는 측정 공동부 내부로 펌핑된다. 진단을 위해 측정된 펌프 전류가 평가된다. 음의 펌프 전류가 발생하지 않는다면, 배기가스 프로브 또는 관련 측정 회로의 결함이 존재하는 것이다.
본원의 방법은, 배기가스 프로브에 농후 배기가스가 공급되지 않더라도, 배기가스 프로브 및 관련 전자 프로브 유닛의 오일 가스 측정 능력의 점검이 가능하게 한다. 따라서 진단 동안 연료 소비량 증가 및 유해물질 배출 증가 모두 방지될 수 있다. 그러므로 모니터링은, 예컨대 "사용중 모니터 성능비(IUMPR, in-use monitor performance ratio)"를 유지하기에 충분한 빈도로 실행될 수 있다.
배기가스 프로브의 오일 가스 측정 능력의 정확한 평가는, 펌프 전압, 또는 펌프 전류, 또는 펌프 전압의 시간별 거동, 또는 펌프 전류 방향의 역전 시 펌프 전류의 시간별 거동, 또는 배기가스의 조성이 상기 배기가스 프로브의 오일 가스 측정 능력의 평가를 위해 각각 개별적으로 고려되거나, 이들 특성 변수가 조합되어 고려됨으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 추가 변형예에 상응하게, 제어기에 의해, 미리 결정된 역전된 펌프 전류가 설정될 수 있고, 배기가스 프로브의 오일 가스 측정 능력의 평가를 위해, 이에 필요한 펌프 전압이 평가될 수 있다. 이 경우에도, 배기가스 프로브에서의 배기가스 조성도 함께 고려될 수 있다.
계속 진행되는 배기가스 프로브의 진단 가능성은, 진단 단계에 이어 후속하는 측정 모드에서 펌프 셀의 펌핑 방향이 다시 역전되어 산소가 측정 공동부 외부로 펌핑되며, 그에 따른 최대 펌프 전류로부터 측정 공동부 내의 산소 농후화, 및/또는 펌프 셀의 성능, 및/또는 희박 연소 모드를 위한 배기가스 프로브의 가용 예비 기능이 추론되는 가능성으로부터 도출된다.
진단 단계에서 측정 모드로의 복귀 후에, 배기가스 조성의 결정을 위한 배기가스 프로브의 신호는, 측정 공동부 내에 다시 거의 람다 1이 세팅될 때까지 잠시 무효화된다. 그러므로 오측정을 방지하기 위해, 진단 단계 이후 정규 측정 모드에서 미리 결정된 대기 시간 이후에 배기가스 프로브의 출력 신호의 평가가 수행될 수 있다.
장치와 관련된 본 발명의 과제는, 제어 유닛 내에, 내연기관의 희박 연소 모드 동안, 그리고 배기가스 프로브의 진단 단계 동안 펌프 셀의 펌핑 방향의 역전을 위한 회로 또는 프로그램 시퀀스가 제공되고, 상기 제어 유닛은 진단 단계 동안 음의 전류 값이 발생할 때 정확한 오일 가스 측정 능력의 진단을 위한 회로 또는 프로그램 시퀀스를 포함함으로써 해결된다. 따라서 본원의 장치는 전술한 방법의 수행을 가능하게 한다.
본 발명의 특히 바람직한 구성 변형예에 상응하게, 배기가스 프로브는 광대역 람다 프로브 또는 산화질소 센서로서 형성될 수 있다. 상기 두 배기가스 프로브 모두, 생성되는 펌프 전류에 따라 각각의 배기가스 성분, 즉, 산소 또는 산화질소(NOx)의 농도가 검출된다.
본 발명의 추가 변형예에서, 배기가스 프로브는 산소 저장부가 통합되어 있는 단일 셀 한계 전류 프로브로서 구현될 수 있다.
본 발명은 하기에서 도면들에 도시된 한 실시예에 따라서 더 상세하게 설명된다.
도 1은 이중 셀 광대역 람다 프로브의 센서 부재의 개략도이다.
도 2는 단일 셀 배기가스 프로브의 센서 부재의 도면이다.
도 2는 단일 셀 배기가스 프로브의 센서 부재의 도면이다.
도 1에는, 커넥터 하우징(50)과 함께, 배기가스(18)의 람다값의 결정을 위한 평면 이중 셀 광대역 람다 프로브의 센서 부재(10)가 개략도로 도시되어 있다. 센서 부재(10)는 실질적으로 고체 전해질(11)로 구성된다. 센서 부재는 펌프 셀(20)과, 농도 셀(30)과, 가열 부재(16)를 포함한다. 고체 전해질(11)은 도면에 산소이온 전도성 이산화지르코늄으로 이루어진 단일체로서 도시되어 있지만, 고체 전해질은 구조와 관련하여 복수의 고체 전해질층으로 구성될 수도 있다.
펌프 셀(20)은, 측정 공동부(12) 내에 배치된 내부 펌프 전극(22)과, 외부의 제2 펌프 전극(21)으로 구성된다. 보호층(23)으로 덮여 있는 외부 펌프 전극(21)은 도시되지 않은 내연기관의 배기가스(18)에 노출되어 있다. 외부 펌프 전극(21) 및 내부 펌프 전극(22)은 확산 채널(14)의 둘레에 환형으로 배치된다. 확산 채널(14)은 확산 배리어(13)를 통해 배기가스(18)를 측정 공동부(12)로 공급한다.
측정 공동부(12)의 내부 펌프 전극(22) 맞은편에는 측정 전극(31)이 배치된다. 측정 전극(31)은 기준 채널(15) 내에 배치된 기준 전극(32) 및 그 사이에 위치하는 고체 전해질(11)과 함께 농도 셀(30)을 형성한다. 기준 채널(15)은 공기 투과성 재료로 충전되고 기준 가스로서의 외부 공기 쪽을 향해 개방된다. 펌핑되는 기준의 경우, 기준 채널(15)은 완전히 또는 실질적으로 폐쇄될 수 있으며, 예컨대 산화지르코늄으로 충전될 수 있다.
가열 부재(16)는 절연 재료(17)에 의해 고체 전해질(11)로부터 전기적으로 분리된다.
외부 펌프 전극(21)은 결선 APE(40)를 통해 커넥터 하우징(50)과 연결된다. 내부 펌프 전극(22)과 측정 전극(31)은 병렬 연결되고, 공통 결선 IPN(41)을 통해 커넥터 하우징(50)으로 이어진다. 기준 전극(32)은 결선 RE(42)를 통해, 그리고 가열 부재(16)는 제1 히터 결선(43) 및 제2 히터 결선(44)을 통해 커넥터 하우징(50)에 연결된다. 커넥터 하우징(50)을 통해, 도시되지 않은 전자 프로브 유닛 또는 제어 유닛에 대한 배기가스 프로브의 전기적 연결이 수행된다.
광대역 람다 프로브의 작동 중에, 배기가스(18)는 확산 채널(14) 및 확산 배리어(13)를 통해 측정 공동부(12) 내로 확산된다. 농도 셀(30)을 통해, 측정 전극(31)과 기준 전극(32) 사이의 네른스트 전압의 측정을 통해 측정 공동부(12) 내의 람다값이 결정된다. 이 경우, 농도 셀(30)은 람다 = 1 내외의 좁은 측정 범위에서 람다값이 결정될 수 있게 한다. 제2 펌프 전극(21)과 내부 펌프 전극(22) 사이에 그에 상응하게 분극된 전압을 인가함으로써, 산소 이온이 고체 전해질(11)을 통해 배기가스(18)로부터 측정 공동부(12) 내로, 또는 측정 공동부(12)로부터 배기가스(18) 쪽으로 펌핑될 수 있다.
펌프 전극들(21, 22) 사이를 흐르는 펌프 전류의 적합한 제어와 그에 따라 측정 공동부(12)와 배기가스(18) 사이에서 산소이온의 교환을 통해, 측정 공동부(12) 내의 람다는 값 1로 조절된다. 이 경우, 측정 공동부(12) 내의 람다값은 농도 셀(30)을 통해 모니터링된다. 이를 위해 필요한 펌프 전류의 값은 산소 농도와 그에 따른 배기가스(18)의 결정할 람다값뿐만 아니라 확산 배리어(13)의 확산 특성에 따라서도 결정된다.
상기 이중 셀 광대역 람다 프로브가 희박 연소 모드로 작동되는 디젤 엔진의 배기가스(18) 내에서 이용된다면, 산소는 배기가스(18)로부터 확산 채널(14) 및 확산 배리어(13)를 통해 측정 공동부(12) 내로 확산된다. 산소는 그에 상응하게 내부 펌프 전극(22)과 외부 제2 펌프 전극(21) 사이에 인가된 전압과 그에 따른 양의 펌프 전류를 통해 측정 공동부(12)로부터 배기가스(18) 내로 펌핑된다.
온보드 진단(On-Board Diagnosis)의 범주에서, 광대역 람다 프로브의 올바른 기능이 모니터링된다. 이를 위해, 광대역 람다 프로브의 오일 가스 측정 능력 역시도 증명되어야 한다. 이를 위해, 디젤 엔진의 경우, 엔진 작동에 대한 상응하는 개입을 통해 농후 배기가스(18)가 조정되어야 할 수도 있지만, 이는 유해물질 배출량 및 연료 소비량에 부정적인 영향을 미치므로 바람직하지 못하다. 그러므로 본 발명에 따라, 진단 단계 동안 펌프 전압의 변동을 제어하여 음의 펌프 전류를 설정하는 점이 제공된다. 이 경우, 실제로 음의 펌프 전류가 흐르는 한, 내부 펌프 전극(22)의 산소가 측정 공동부(12) 내로 공급된다. 그 결과, 측정 공동부(12) 내에는 1보다 큰 람다를 갖는 가스가 형성된다.
진단을 위해, 측정된 펌프 전류가 평가된다. 음의 펌프 전류가 발생하지 않는다면, 결함이 존재하는 것이다. 그 밖에도, 센서 부재(10) 상에서의 가스 조성의 고려하에 펌프 셀(20)에서 설정되는 펌프 전압도 평가될 수 있다. 추가 구성단(construction stage)에는, 미리 결정된 음의 펌프 전류를 설정하려고 하는 제어기가 제공된다. 이 경우, 마찬가지로, 존재하는 배기가스(18)의 조성도 고려하면서, 이를 위해 필요한 펌프 전압이 평가될 수 있다.
본원의 방법은, 예컨대 음의 펌프 전류의 방지를 위해 펌프 셀 회로 내에 다이오드가 삽입된 광대역 람다 프로브 및 연결된 전자 프로브 유닛의 조작을 검출할 수 있게 한다.
진단 단계 이후, 후속 측정 모드의 시작 시, 광대역 람다 프로브의 신호는 배기가스(18)의 조성의 결정에 있어서, 측정 공동부(12) 내에 다시 람다 1이 세팅될 때까지의 단시간 동안 아직 유효하지 않다.
본 발명의 추가 구성단에서는, 정규 측정 모드로 복귀 시 측정 공동부(12)의 펌핑 진공화를 통해 설정되는펌프 전류의 증가가 평가된다. 펌프 전류의 피크는 측정 공동부(12) 내의 산소 농후화에 대한 척도일 뿐만 아니라 펌프 셀(20)의 성능에 대한 척도이기도 하다. 또한, 상기 피크는 광대역 람다 프로브의 희박 연소 모드를 위한 가용 예비 기능의 진단을 위해서도 적합하다.
도 2에는, 본체로서의 고체 전해질(11)과, 도시되지 않은 내연기관의 배기가스 덕트 쪽으로 개방되어 있는 확산 채널(14)을 포함하는 단일 셀 배기가스 프로브의 센서 부재(10)가 도시되어 있다. 배기가스 프로브는 내연기관으로 공급되는 공기/연료 혼합기의 조성의 결정을 위한 람다 프로브로서 이용된다. 고체 전해질(11)은 예시로서, 작동 온도에서 이온 전도성이면서 전극들 및 가스 공급부들의 적합한 배치에 의해 가스 조성의 특정한 성분들의 농도의 결정을 위해 적합한 이트륨 안정화 이산화지르코늄으로 제조된다. 배기가스(18)는 확산 채널(14)을 경유하고 확산 배리어(13)를 통과하여 측정 공동부(12) 내로 유입된다. 확산 배리어(13)는, 확산 채널(14)로부터 측정 공동부(12) 내로, 또는 그 반대 방향으로의 가스 유입을 적어도 실질적으로 방지하면서 확산 이송만을 가능하게 하는 다공성 부재이다. 측정 공동부(12) 내에서 고체 전해질(11)의 벽부의 일부분은, 제2 공급 라인(46)을 통해 외부 방향으로 안내되는 제1 내부 펌프 전극(22)에 의해 점유된다. 또한, 고체 전해질(11)은, 다공성의 가스 투과성 매체로 충전되어 있으면서 자신의 벽부는 부분적으로 제2 펌프 전극(21)에 의해 점유되어 있는 기준 채널(15)도 포함한다. 제2 펌프 전극(21)은 제1 공급 라인(45)을 통해 외부 방향으로 안내된다. 또한, 기준 채널(15)은 배기 채널(ALK)이라고도 지칭되며, 제2 펌프 전극(21)은 배기 전극(ALE)이라고도 지칭된다. 내부 펌프 전극(22) 및 제2 펌프 전극(21)은 도시된 실시예에서 층 구조로서 구현된 본체의 내부에 배치된다. 내부 펌프 전극(22), 제2 펌프 전극(21) 및 이들 사이에 위치하는 고체 전해질(11)의 부분은 함께 하나의 펌프 셀(20)을 형성한다.
또한, 배기가스 프로브는 도시된 실시예에서 절연 재료(17)를 구비한 가열 부재(16)를 포함하며, 절연 재료는 가열 부재(16)를 에워싸면서 작동 온도에서 배기가스 프로브 내의 다른 컴포넌트들에 대한 전기 접촉을 방지한다. 가열 부재(16)는 제1 히터 결선(43) 및 제2 히터 결선(44)을 통해 작동 전압을 공급받는다. 작동 전압은 할당된 제어 장치 또는 전자 프로브 유닛에 의해 펌프 셀(20)의 미리 결정된 내부 저항이 설정되는 방식으로 제어된다. 제어 장치 또는 전자 프로브 유닛 내에서는, 내부 펌프 전극(22) 및 제2 펌프 전극(21)의 전압도 사전 설정되거나 결정되고, 제1 및 제2 공급 라인(45, 46) 내의 전류 역시도 사전 설정되거나 결정된다. 배기가스(18)를 공급받는 내부 펌프 전극(22)은 실현의 예시로서 제어 장치의 가상 접지에 연결된다. 이런 가상 접지는 전기 접지에 상대적으로 일정한 전극 전위 상에 제1 내부 펌프 전극(22)을 위치시킨다. 이와 반대로, 제2 펌프 전극(17) 또는 배기 전극은 가변 전위 상에 위치한다. 펌프 전압원을 통해, 전류 측정 장치, 예를 들어 측정 저항기를 이용하여, 펌프 셀(20)을 통과하는 펌프 전류(IP)가 결정된다. 이는, 통상의 회로들의 경우, 공기에서의 측정 시에는 900mV의 상대적으로 더 높은 펌프 전압을 설정하고, 이와 반대로 오일 가스의 경우에는 200mV의 상대적으로 더 낮은 펌프 전압(UP)을 설정하기 위해, 연산 증폭기의 비가역 입력단에서의 전기 공급을 통해, 펌프 전압원의 펌프 전압(UP)이 제어되는 방식으로 수행된다. 내부 펌프 전극(22)과 제2 펌프 전극(21) 사이에서는 배기가스의 조성에 따른 네른스트 전압(UN)이 설정된다.
도 1에 도시된 이중 셀 광대역 람다 프로브의 경우에서처럼, 여기에 도시된 단일 셀 배기가스 프로브의 경우에서도 배기가스(18)가 희박한 경우 산소는 배기가스(18)로부터 확산 채널(14) 및 확산 배리어(13)를 통해 측정 공동부(12) 내로 확산된다. 산소는 그에 상응하게 내부 펌프 전극(22)과 제2 펌프 전극(21) 사이에 인가된 전압과 그 결과에 따른 양의 펌프 전류를 통해 측정 공동부(12)로부터 기준 채널(15) 내로 펌핑된다.
본 발명에 따라서, 배기가스(18)가 변함없이 희박 조건에서 배기가스 프로브의 오일 가스 측정 능력의 진단을 위해, 임시로 음의 펌프 전류를 생성하는 펌프 전압(UP)이 내부 펌프 전극(22)과 제2 펌프 전극(21) 사이에 인가된다. 그 결과, 산소가 기준 가스 채널(15)로부터 측정 공동부(12) 내로 펌핑된다. 상기 진단 단계 동안, 배기가스 프로브의 출력 신호는 람다값의 결정에 있어 적합하지 않다.
진단을 위해, 이미 도 1에 대해 기재한 것처럼, 측정된 펌프 전류가 평가된다. 음의 펌프 전류가 발생하지 않는다면, 결함이 존재하는 것이다. 이 경우, 단일 셀 배기가스 프로브에서는, 도 1에서 기재한 이중 셀 광대역 람다 프로브의 경우와 동일한 평가 방법이 적용될 수 있다.
전기화학 셀의 불연속적인 디지털 작동 시에도 맥동 펌프 전류에 의해 진단이 가능하다.
Claims (9)
- 희박 연소 모드로 구동된 내연기관의 배기가스 덕트 내 배기가스 프로브의 오일 가스 측정 능력을 모니터링하기 위한 방법으로서, 배기가스 프로브 내에서 배기가스(18)는 확산 배리어(13)를 통해 배기가스 덕트로부터 배기가스 프로브의 측정 공동부(12) 내로 확산되며, 내부 펌프 전극(22) 및 제2 펌프 전극(21)을 갖는 펌프 셀(20)을 통해 상기 전극들(21, 22) 간에 펌프 전압을 인가함으로써, 산소가 유동 펌프 전류에 상응하게 측정 공동부(12) 내부 또는 외부로 펌핑되는, 배기가스 프로브의 오일 가스 측정 능력 모니터링 방법에 있어서,
상기 내연기관의 희박 연소 모드 동안 진단 단계에서 펌프 셀(20)의 펌핑 방향이 역전되어, 산소가 측정 공동부(12) 내로 펌핑되고, 펌프 전류 및/또는 펌프 전압으로부터 배기가스 프로브의 오일 가스 측정 능력이 추론되는 것을 특징으로 하는, 배기가스 프로브의 오일 가스 측정 능력 모니터링 방법. - 제1항에 있어서, 희박 연소 모드를 위해 역전된 펌프 전류 방향이 조정될 수 있는 경우, 배기가스 프로브 또는 관련 전자 프로브 유닛이 온전한 것으로 추론되는 것을 특징으로 하는, 배기가스 프로브의 오일 가스 측정 능력 모니터링 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 펌프 전압, 또는 펌프 전류, 또는 펌프 전압의 시간별 거동, 또는 펌프 전류 방향의 역전 시 펌프 전류의 시간별 거동, 또는 배기가스(18)의 조성이 상기 배기가스 프로브의 오일 가스 측정 능력의 평가를 위해 각각 개별적으로 고려되거나, 특성 변수들이 조합되어 고려되는 것을 특징으로 하는, 배기가스 프로브의 오일 가스 측정 능력 모니터링 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 제어기에 의해, 미리 결정된 역전된 펌프 전류가 설정되고, 상기 배기가스 프로브의 오일 가스 측정 능력의 평가를 위해 이에 필요한 펌프 전압이 평가되는 것을 특징으로 하는, 배기가스 프로브의 오일 가스 측정 능력 모니터링 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 진단 단계에 이어서 후속하는 측정 모드에서 펌프 셀(20)의 펌핑 방향이 다시 역전되어 산소가 측정 공동부(12) 외부로 펌핑되며, 그에 따른 최대 펌프 전류로부터 측정 공동부(12) 내의 산소 농후화, 및/또는 펌프 셀(20)의 성능, 및/또는 희박 연소 모드를 위한 배기가스 프로브의 가용 예비 기능이 추론되는 것을 특징으로 하는, 배기가스 프로브의 오일 가스 측정 능력 모니터링 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 진단 단계 이후 정규 측정 모드에서, 미리 결정된 대기 시간 이후 배기가스 프로브의 출력 신호의 평가가 수행되는 것을 특징으로 하는, 배기가스 프로브의 오일 가스 측정 능력 모니터링 방법.
- 희박 연소 모드로 구동된 내연기관의 배기가스 덕트 내 배기가스 프로브의 오일 가스 측정 능력을 모니터링하기 위한 장치로서, 배기가스 프로브의 측정 공동부(12)는 확산 배리어(13)를 통해 배기가스 덕트와 연결되고, 측정 공동부(12) 내부 또는 외부로 산소를 펌핑하기 위해 내부 펌프 전극(22) 및 제2 펌프 전극(21)을 갖는 펌프 셀(20)이 제공되며, 측정 공동부(12) 외부로 산소를 펌핑하기 위해서는 전극들(21, 22) 사이에 양의 펌프 전류가 제공되고, 측정 공동부 내부로 펌핑하기 위해서는 음의 펌프 전류가 제공되며, 상기 배기가스 프로브에 제어 유닛이 할당되는, 배기가스 프로브의 오일 가스 측정 능력 모니터링 장치에 있어서,
상기 제어 유닛 내에, 내연기관의 희박 연소 모드 동안, 그리고 배기가스 프로브의 진단 단계 동안 펌프 셀(20)의 펌핑 방향의 역전을 위한 회로 또는 프로그램 시퀀스가 제공되며, 상기 제어 유닛은 진단 단계 동안 음의 전류값이 발생할 때 정확한 오일 가스 측정 능력을 진단하기 위한 회로 또는 프로그램 시퀀스를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기가스 프로브의 오일 가스 측정 능력 모니터링 장치. - 제7항에 있어서, 상기 배기가스 프로브는 광대역 람다 프로브 또는 산화질소 센서로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 배기가스 프로브의 오일 가스 측정 능력 모니터링 장치.
- 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 배기가스 프로브는, 산소 저장부가 통합되어 있는 단일 셀 한계 전류 프로브로서 구현되는 것을 특징으로 하는, 배기가스 프로브의 오일 가스 측정 능력 모니터링 장치.
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