KR20010041056A

KR20010041056A - 내연 기관용 제어 시스템

Info

Publication number: KR20010041056A
Application number: KR1020007009093A
Authority: KR
Inventors: 슈테판 볼쯔
Original assignee: 칼 하인쯔 호르닝어; 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 1998-02-20
Filing date: 1999-01-18
Publication date: 2001-05-15
Also published as: ES2183580T3; US7050902B1; DE59902462D1; EP1056942B1; EP1056942A1; DE19807215A1; CA2321501A1; CN1114755C; CN1287591A; KR100687960B1; JP2002504648A; BR9908092A; WO1999042717A1; DE19807215C2

Abstract

본 발명의 내연 기관용 제어 시스템에 관한 것이다. 상기 내연 기관용 제어 시스템은 모터 제어 장치(1) 및 모터 제어 장치를 위한 인터페이스(2)를 갖는 센서를 포함한다. 상기 인터페이스에는 상기 센서의 측정값을 디지털화하기 위한 평가 장치(211)가 통합된다.

Description

내연 기관용 제어 시스템 {CONTROL SYSTEM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE COMPRISING A SENSOR AND AN INTERFACE FOR DIGITISING MEASUREMENT VALUES}

자동차의 내연 기관을 제어하기 위해 종종 배기 가스 프로브의 측정값이 필요하다. 높은 배기 가스 온도로 인해, 측정값을 위한 평가 장치는 배기 가스 프로브에 인접하게 균일하게 위치하는 것이 아니라 모터 제어 장치 내에 위치한다.

더욱이, 측정값의 매우 높은 해상도가 필요하다. 이에 대한 예는 메모리 촉매 변환기의 작동이며, 상기 촉매 변환기는 모터의 빈해합 작동시 산소 과잉(λ＞1)일 때 질소 산화물을 축적한다. 상기 촉매 변환기의 배출구에서 질소 산화물의 농도가 증가할 경우, 상기 메모리 촉매 변환기 내에 축적된 질소 산화물은 연료 혼합물의 조절에 의해 λ≤1 로 다시 감소되어야만 한다. 이를 위해, 매우 정확하고 확실한 고해상도 배기 가스 측정이 필요하며, 이러한 측정은 10 ppm 의 농도를 기록할 수 있다. 이는 측정 전류가 50 nA의 크기로 평가되어야만 한다는 것을 의미한다.

배기 가스 프로브가 배치된 위치의 높은 작동 온도로 인해 관련 평가 장치는 모터 제어 장치 내에 균일하게 배치된다.

독일 특허 출원 공개 제 DE 195 22 178 A1 호에는 배기 가스 프로브 및 모터 제어 장치를 갖는 산소 농도 검출 장치가 공지되어 있다. 상기 제어 장치는 배기 가스 프로브를 위한 가열 제어 장치, 상기 배기 가스 프로브에 의해 검출된 전류를 측정하기 위한 전류 측정 회로, 검출된 전류를 디지털 신호로 변환시키기 위한 아날로그 및 디지털 변환기, 그리고 센서 신호의 처리 및 내연 기관의 제어를 위한 마이크로 프로세서를 포함한다. 자동차의 모터 챔버에서 나타나는 전자기적 장해로 인해, 그리고 기생 컨덕턴스 및 커패시터에 따라 단지 확실한 레벨을 초과하는 배기 가스 프로브의 신호들이 평가될 수 있다.

독일 실용 신안 의장 G 89 10 740 에는 고정 장치를 갖는 핫 필름 공기 측정 센서가 공지되어 있으며, 여기서 센서 칩은 평가 회로와 함께 센서 유닛으로서 측정될 공기 흐름 내에 배치된다.

본 발명은 모터 제어 장치 및 상기 모터 제어 장치를 위한 인터페이스를 갖는 센서를 포함하는 내연 기관용 제어 시스템에 관한 것이다.

도면은 제어 장치, 배기 가스 프로브 및 인터페이스를 갖는 제어 시스템을 보여준다.

본 발명의 목적은 정해진 배기 가스 한계치를 지키면서 내연 기관의 특히 정확한 제어 또는 조절을 가능하게 하는 내연 기관용 제어 시스템을 제공하는데 있다.

상기 목적은 종속 청구항에 정의된 것과 같은 제어 시스템에 의해 달성된다. 바람직한 개선예는 종속항에 제시된다.

센서의 인터페이스 내에 평가 장치를 통합함으로써, 정확한 측정을 위한 전제로서 높은 누설 저항이 달성될 수 있다. 평가 장치까지 이르는 센서의 신호 경로는 문제없이 지속적으로 습도가 침투되지 않도록 보호될 수 있음으로써, 기생 컨덕턴스 및 커패시터의 출현이 최소화될 수 있다.

상기 센서 및 평가 장치는 기능적 장치로 통합된다.

센서를 위해 필수적인 플러그 커넥터는 평가 장치를 수용하기 위한 하우징만큼 확대될 수 있다.

센서 및 인터페이스의 접속을 위해 필수적인 접속 라인은 문제없이 수일 방식으로 형성되어, 스트레인 경감 및 꼬임을 갖는다.

상기 인터페이스 내에 통합된 평가 장치를 갖는 센서가 "인텔리전트 인터페이스"를 가지기 때문에, 모터 제어 장치와 평가 장치간의 커뮤니케이션이 시스템 버스를 통해 제공된다. 상기 시스템 버스에는 추가 센서가 접속될 수 있으며, 상기 센서는 마찬가지로 바로 그 자리에 평가 장치를 갖는다. 상기 시스템 버스에 의해 모터 제어 장치를 위한 접속 라인의 수가 줄어들 수 있다. 이에 따라, 모터 제어 장치에 있는 플러그 핀의 수가 더욱 감소됨으로써, 상기 제어 장치는 더 치밀하게 설계될 수 있다.

상기 센서의 인터페이스와 모터 제어 장치 간의 디지털 신호 전송에 의해 전자기적 장해에 대한 시스템의 불감도가 증가된다.

상기 평가 장치가 마이크로 프로세서 또는 제어 장치를 포함할 경우, 제조시 매우 간단한 센서의 보정이 이루어질 수 있다. 또한 이미 고객에게 제공된 자동차에서 소프트웨어의 업데이트가 가능해진다.

바람직하게 상기 인터페이스 내에 통합된 평가 장치는 센서에 가능한한 가깝게 위치하지만, 상기 센서와 거리를 두고 배치됨으로써, 센서 영역의 치명적인 환경 조건들로 인해 평가 장치가 기능 장해를 일으키지는 않는다.

상기 센서 및 전자 장치(평가 장치)간의 통합에 의해 상기 센서 및 전자 장치의 개별적 보상이 측정 정확성을 증가시키기 위해 이루어진다. 상기 평가 장치는 상기 센서, 예컨대 센서의 가열을 제어함으로써, 모터 제어는 하중을 받지 않는다. 또한 상기 평가 장치는 상기 센서의 기능 수행력을 국부적으로 평가할 수 있다. 오류 기능에 있어서 통합된 평가 장치를 포함한, 센서 및 인터페이스로부터 나온 장치는 모터 제어 장치에 의한 보상없이 간단히 교체될 수 있다.

본 발명의 추가 장점, 특징 및 적용 가능성은 첨부된 도면을 참고로 한 실시예에서 나타난다.

모터 제어 장치(1)는 인터페이스(21)를 통해 배기 가스 프로브(2) 및 더 정확하게는 질소 산화물 프로브에 관계하는 센서와 연결된다.

상기 인터페이스(21)는 플러그 커넥터, 상기 플러그 커넥터를 위한 전도성 하우징(23) 및 커넥터 하우징 내에 통합된 평가 장치(211)로 이루어진다. 상기 하우징(23)은 냉각 플랜지로 형성될 수 있는 금속 냉각 표면(231)을 갖는다. 상기 냉각 표면(231)은 열적 패스(232)를 통해 파워 소자(212)의 표면에 결합된다. 상기 평가 장치(211)는 신호를 안내하는 접속 라인(22)의 단부와 함께 예컨대 실리콘과 같은 재료에 의해 주조됨으로써, 습도에 대항한 최적의 밀봉이 이루어진다. 상기 열적 패스(232)는 주조에도 불구하고, 상기 냉각 표면(231)과 함께 충분한 열 전도를 제공한다.

상기 하우징(23)의 방수(소수성) 박막은 모터 제어 장치(1)로 안내되는 접속 라인(11)을 통한 공기 공급을 가능하게 한다. 산소 레퍼런스를 갖는 배기 가스 프로브(2)의 공급은 상기 배기 가스 프로브(2)를 가열하는데 사용되는 접속 라인(22)을 통해 이루어진다. 왜냐하면, 상기 접속 라인(22)의 아래 배치된 신호 라인과는 달리, 상기 배기 가스 프로브(2)는 평가 장치(211)와 함께 주조되지 않기 때문이다.

상기 배기 가스 프로브와 인터페이스(21) 사이의 접속 라인(22)은 대략 0.15 m 내지 0.5 m 길이이다. 상기 인터페이스(21)와 모터 제어 장치(1) 사이의 접속 라인(11)은 대략 1.5 m 내지 5 m 길이이다. 프로브(2)에 대한 접속 라인(22)의 바람직한 길이는 대략 0.3 m 이며, 이때 신호를 안내하는 접속 라인(22)에 대한 높은 기생 효과를 발생시키지 않기 위해, 평가 장치(211)의 전자 장치는 열을 발생시키는 배기 가스관으로부터 충분히 멀리 배치되어 있다.

상기 인터페이스(21)와 배기 가스 프로브(2)간의 좁은 간격 때문에, 상기 접속 라인(22)은 습도에 대항하여 잘 밀봉되도록, 그리고 비틀림을 막아주도록 실행된다. 따라서, 매우 적은 기생 컨덕턴스 또는 누설 저항이 10 MΩ 보다 더 큰 영역에서 나타난다. 배기 가스 프로브(2)와 인터페이스(21) 간의 짧은 간격 때문에, 그리고 더 정확하게는 상기 프로브(2)와 평가 장치(211) 간의 짧은 간격 때문에 상기 접속 라인(22)은 전자기적 장해에 대해 거의 감지하지 않는다. 상기 접속 라인(22)이 차폐된 경우 전자기적 호환성이 부가로 개선될 수 있다. 이에 따라, 적은 유연성을 필요로 하는 짧은 간격으로 인해 문제가 발생하지 않고 비용이 저렴해질 수 있다.

본 발명에 다른 평가 장치(211)는 잡음 또는 장해로 인해 사용가능한 측정 결과가 방해받지 않으면서, 50 nA의 측정 전류를 문제없이 검출할 수 있다. 질소 산화물 프로브의 측정 영역은 최대 10 ppm 이다.

상기 평가 장치(211)의 측정 및 제어 전자 장치의 중심 부품은 마이크로 프로세서, 및 더 정확히 말하면 비휘발성 메모리와 적은 하드웨어 콤포넌트를 갖는 마이크로 콘트롤러이다. 상기 마이크로 콘트롤러는 그것을 작동시키기 위한 전압 제어기, 소수의 액티브한 전자 부품 및 배기 가스 프로브(2)를 포함한다. 또한 상기 평가 장치(211)는 펄스 폭 변조(PWM)에 의해 배기 가스 프로브의 가열을 제어하기 위한 전력 소자를 포함한다. 상기 마이크로 콘트롤러는 전력 소자에 의해, 프로브 온도가 허용되는 작동 영역 내에서 유지하도록 펄스 폭을 제어한다. 상기 프로브 온도는 질소 산화물 프로브에서는 통상적으로 750 ℃ 내지 850℃ 이다.

역 플로그 커넥터(12)는 플로그 커넥터로 형성된 인터페이스(21)를 에너지 공급원에 접속시키고, 그리고 시스템 버스(111)를 통해 모터 제어 장치(1)에 접속시킨다. 상기 시스템 버스(111)는 CAN 버스로 실행된다.

상기 인터페이스(21)에는 디지털 신호 또는 본 발명의 의미로는 디지털 신호로 간주되는 펄스 폭 변조(PWM)된 신호가 출력된다. 이러한 디지털 신호는 배기 가스 프로브(2)의 측정 신호와는 달리 긴 구간을 통해 자동차의 모터 챔버 내로 문제없이 안내될 수 있다.

상기 평가 장치(211)에서 마이크로 프로세서를 사용함으로써, 전자 장치의 높은 정확성이 지속적으로 나타난다. 또한 마이크로 프로세서의 작동 메모리에는 측정 및 제어 변수를 보정하기 위한 배기 가스(2)의 제조 데이터가 저장될 수 있다.

모터 제어 장치(1)를 위한 디지털 인터페이스(21)로 인해, 상기 모터 제어 장치를 위한 접속 라인(11)의 수는 현저히 감소될 수 있다. 예컨대 프로브 가열을 위한 접속 라인이 없어도 된다. 이에 따라, 두 개의 접속 라인(11)이 시스템 버스로서 충분하다. 또한 평가 장치를 갖는 센서로부터 나온 다수의 유닛이 개별 시스템 버스에 접속될 수 있다. 상기 평가 장치는 각각 버스 콘트롤러를 가져야만 한다. 상기 평가 장치(211)의 마이크로 프로세서가 이러한 기능을 수행할 수 있다.

Claims

내연 기관용 제어 시스템에 있어서,

상기 제어 시스템이

- 모터 제어 장치(1),

- 모터 제어 장치를 위한 인터페이스(21)를 갖는 센서(2),

- 센서(2)의 측정값을 디지털화하기 위한, 인터페이스(21) 내에 통합된 평가 장치(211),

- 센서의 측정값을 전달하기 위한, 센서(2)와 인터페이스(21)간의 접속 라인(22),

- 평가 장치(211)의 디지털화된 측정값을 모터 제어 장치(1)에 전달하기 위한 접속 라인(11)을 갖는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 인터페이스(21)가 플러그 커넥터이고, 상기 플러그 커넥터의 하우징(23) 내에 평가 장치가 통합되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 플러그 커넥터가 상기 평가 장치(211)의 실딩을 위한 전도성 하우징(23)을 갖는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제 2항 또는 3항에 있어서,

상기 플러그 커넥터 또는 상응하는 역 플러그 커넥터가 평가 장치(211)의 적어도 하나의 전력 소자와 열적으로 결합된 냉각 플랜지 또는 냉각 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 센서(2)가 배기 가스 프로브인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 인터페이스(21) 및 센서를 위한 전기적 접속 라인(22)이 수일 방식인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 센서(2)와 인터페이스(21) 사이의 접속 라인(22)이 전자기적으로 실딩되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 모터 제어 장치(1)를 위한 접속 라인이 시스템 버스인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,

다수의 센서가 시스템 버스에 의해 상기 제어 장치(1)에 접속되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 평가 장치(211)가 마이크로 프로세서를 갖는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,

소프트웨어를 갖는 마이크로 프로세서가 개별 센서(2)에 매칭될 수 있는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 센서의 가열이 평가 장치(211)에 의해 조절 가능한 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 평가 장치(211)가 작동 데이터를 갖는 모터 제어 장치(1)에 의해 조절가능한 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 인터페이스(21)가 상기 모터 제어 장치(1) 보다 센서(2)에 더 가까이 배치되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.