KR20120098734A - 배기 가스 센서를 진단하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

배기 가스 센서를 진단하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연 기관용 배기 가스 센서를 진단하기 위한, 특히 선형의 산소 탐침(linear oxygen probe)을 진단하기 위한 장치와 관련이 있다. 진단 수단은 각각 사전에 정의된 극성 부호(polarity sign)를 갖는 제 1 및 제 2 전류(Icp, Ip)를 발생하기 위하여 제 1 및 제 2 전류원(SQ1, SQ2)을 좌표 방식으로(in a coordinated manner) 제어하도록 설계되었으며, 그리고 제 1 및 제 2 전류(Icp, Ip)가 각각 흐를 때에 제 1 및/또는 제 2 및/또는 제 3 단자(VN, VIP, VG)에 인가되는 제 1 및/또는 제 2 및/또는 제 3 전압을 검출하고 상기 전압(들)의 양을 좌표에 표시된 전류(들)에 대하여 연관시킴으로써, 제 1 및/또는 제 2 및/또는 제 3 단자(VN, VIP, VG)에서 라인 인터럽트(line interruption) 및/또는 단락을 검출할 수 있도록 설계되었다.

Description

배기 가스 센서를 진단하기 위한 장치 및 방법 {DEVICE AND METHOD FOR DIAGNOSING AN EXHAUST GAS SENSOR}
본 발명은 내연 기관용 배기 가스 센서를 진단하기 위한, 특히 선형의 산소 탐침(linear oxygen probe)을 진단하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
내연 기관의 작동 중에는 법적으로 규정된 방출 한계 값을 준수하기 위하여, 내연 기관의 방출을 조절할 목적으로 이용되는 신호를 갖는 배기 가스 센서가 사용된다. 자주 사용되는 배기 가스 센서는 소위 두 개의 부분으로 이루어진(binary) 그리고 선형의 람다 탐침들 그리고 NOx-센서들이다. 이와 같은 타입의 배기 가스 센서들은 각각 이트륨-안정화된 이산화지르코늄세라믹(ZrO2)으로 이루어진 가열된 고체 전해질을 포함한다. 이산화지르코늄으로 이루어진 배기 가스 센서에서 산소-농도 또는 NOx-농도를 고체 전해질에 의해서 산소 이온 전류의 형태로 측정할 수 있기 위하여 세라믹 가열 방식이 제시되었다. 목표 온도는 사전에 검출된 값으로 조절되거나 또는 동작점에 따라서 사전에 제어된다.
기본 재료인 이산화지르코늄에는 두 가지 중요한 특성이 있다:
1. 배기 가스 센서의 한 전극에서 산소 농도가 람다 = 1이고, 배기 가스 센서의 다른 한 전극에서 산소 농도가 람다 = 무한대인 경우에는, 두 개 전극 사이에서 450 mV의 전기 전압이 설정된다. 상기 전압은 물리학자인 발터 네른스트(Walther Nernst)에 따라 명명된 네른스트-전압으로 표기된다.
2. 배기 가스 센서의 이산화지르코늄에 의해서 전기 흐름이 가이드 되면, 상기 이산화지르코늄에 의하여 산소 입자가 운반된다.
선형 배기 가스 센서의 한 가지 널리 보급된 실시예에서는 기본 재료인 이산화지르코늄의 두 개의 셀이 서로 연결된 배열 상태를 갖는다. 상기 실시예의 하나의 셀, 소위 네른스트-셀에서는 전술된 두 가지 특성 중에서 1.에 언급된 특성이 활용된다. 펌프-셀로서 표기되는 다른 제 2 셀에서는 전술된 두 가지 특성 중에서 2.에 언급된 특성이 활용된다. 이와 같은 선형의 배기 가스 센서에서는 확산 배리어에 의해 배기 가스 흐름에 연결된 하나의 폐쇄된 셀(소위 기준 공진기(reference cavity))이 두 개의 셀 사이에 존재하며, 상기 폐쇄된 셀 내에서는 람다 = 1의 산소 농도가 설정된다. 산소 농도가 람다 = 1의 값을 갖는 한, 네른스트-셀의 전극들 사이에서는 450 mV의 전기 전압이 측정될 수 있다. 하지만, 배기 가스 내부에서 이상적인 산소 농도인 람다 = 1로부터 편차가 발생하여 확산 배리어를 통해 산소 입자가 흘러들어가거나 또는 흘러나오게 되자마자, 상기 폐쇄된 셀 내부에서는 산소 농도가 영향을 받게 된다. 그로 인해 네른스트-셀의 전극들 사이의 전기 전압은 도달하고자 하는 450 mV로부터 벗어나게 된다.
배기 가스 센서에 연결된 조절 전자 장치 또는 트리거링 장치의 과제는, 네른스트-셀을 통하여 450 mV로부터 벗어나는 전압 값을 측정하는 것 그리고 다시 450 mV의 전압에 도달하기 위하여 적합한 대응 반응을 도입하는 것이다. 이 대응 반응이란 배기 가스 센서의 펌프-셀을 통해서 전기 흐름을 발송하는 것이다. 그럼으로써 산소 농도가 재차 람다 = 1로 보상될 정도로 많은 산소 입자가 폐쇄된 셀 내부로 운반된다. 이때 전류의 흐름은 두 가지 방향으로 이루어질 수 있는데, 그 이유는 배기 가스 내부의 산소 농도도 람다 = 1보다 더 클 수 있을 뿐만 아니라 람다 = 1보다 더 작을 수도 있기 때문이다.
따라서, 조절 기술적으로 볼 때 배기 가스 센서는 연결된 트리거링 장치에 의해 동작점에서 반드시 유지되어야만 하는 조절 구간을 의미한다.
배기 가스 센서, 특히 선형의 산소 탐침에서는 세라믹 재료 온도의 정확한 조절이 실행되는데, 그 이유는 배기 가스 센서들의 측정 정확성이 온도에 상당히 의존하기 때문이다. 온도를 측정하기 위한 통상적인 방법은 일시적으로 또는 연속적으로 센서 셀에 스위칭 되고, 일시적으로 또는 연속적으로 평가되는 교류 전류 신호를 사용하는 것이다. 이때에 결과적으로 나타나는 교류 전압 강하는 탐침 셀을 통하여 측정된다. 획득된 셀 임피던스는 상응하는 셀의 온도에 대한 간접적인 척도가 된다. 임피던스 측정을 실행하기 위해 선형의 배기 가스 센서에서는 특정 시간격 안에 결과적으로 얻어지는 교류 전압 신호를 검출하기 위하여 셀 전압을 450 mV로 조절하는 작업이 일반적으로 상기 특정 시간 동안 정지된다. 대안적으로는 직류 전압용의 네른스트-셀 신호에 교류 전압 신호가 중첩되고, 적합한 유사 필터 회로에 의해서 네른스트-전압의 조절을 위해 반드시 필요한 직류 전압 신호가 온도 조절을 위해 반드시 필요한 교류 전압 신호로부터 분리된다.
법적인 요구 조건들을 충족시키기 위하여 더 나아가서는 배기 가스 센서의 전기 단자들을 단락 및 인터럽트(interrupt)에 대하여 반드시 검사할 필요가 있다. 배기 가스 센서의 개별 단자에 인가되는 전압을 사전에 검출된 상부 한계 또는 하부 한계와 비교함으로써, 단락은 배기 가스 센서의 개별 단자에서의 비상한(extraordinary) 전압을 통해서 검출된다. 그에 비해 인터럽트의 검출은 상대적으로 어렵고, 지금까지는 배기 가스 센서용 트리거링 회로의 출력 신호에서 이루어지는 복잡한 타당성(plausibility) 검사를 통해서 실현되었다. 라인 인터럽트는 예를 들어 측정된 내부 저항 및 펌프 전류를 참조해서 검출될 수 있거나 또는 적합한 엔진 작동 조건하에서 이와 같은 조건을 토대로 구성되는 서보 제어 루프(servo loop)의 특성을 참조해서 검출될 수 있다.
본 발명의 과제는, 간단한 방식으로 에러 검출을 실행할 수 있는 장치 및 방법을 제시하는 것이다.
상기 과제들은 특허 청구항 1의 특징들에 따른 장치에 의해서 그리고 특허 청구항 14의 특징들에 따른 방법에 의해서 해결된다. 바람직한 실시예들은 종속 특허 청구항들에서 드러난다.
본 발명은 내연 기관용 배기 가스 센서를 진단하기 위한, 특히 선형의 산소 탐침을 진단하기 위한 장치를 제시한다. 이 장치는 배기 가스 센서의 제 1 셀의 제 1 전극에 접속하기 위한 제 1 단자, 배기 가스 센서의 제 2 셀의 제 2 전극에 접속하기 위한 제 2 단자, 그리고 배기 가스 센서의 제 1 셀의 제 2 전극과 제 2 셀의 제 1 전극의 마디 점(nodal point)에 접속하기 위한 제 3 단자를 포함한다. 선형의 배기 가스 센서에서 제 1 셀은 네른스트-셀로서 표기된다. 제 2 셀은 소위 펌프-셀이다. 본 발명에 따른 장치는 또한 제 1 전류를 발생하고 상기 제 1 전류를 제 1 셀 내부에 인가하기 위하여 제 1 단자와 결합된 제 1 전류원(current source) 그리고 제 2 전류를 발생하고 상기 제 2 전류를 제 2 셀 내부에 인가하기 위하여 제 2 단자에 결합된 제 2 전류원을 포함한다. 상기 제 3 단자는 예컨대 이 단자가 전압원 또는 접지에 연결됨으로써 일정한 또는 가변적인 특정 전압으로 유지된다.
본 발명에 따른 장치는, 각각 사전에 정의된 극성 부호(polarity sign)를 갖는 제 1 및 제 2 전류를 발생하기 위하여 제 1 및 제 2 전류원을 좌표 방식으로(in a coordinated manner) 제어하도록 설계된, 그리고 제 1 및 제 2 전류가 흐를 때에 제 1 및/또는 제 2 및/또는 제 3 단자에 인가되는 제 1 및/또는 제 2 및/또는 제 3 전압을 검출하고 상기 전압(들)의 양(amounts)을 좌표에 표시된 전류(들)에 대하여 연관시킴으로써, 제 1 및/또는 제 2 및/또는 제 3 단자에서 라인 인터럽트(line interruption) 및/또는 단락을 검출할 수 있도록 설계된 진단 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 전술된 유형의 장치를 이용해서 내연 기관용 배기 가스 센서를 진단하기 위한, 특히 선형의 산소 탐침을 진단하기 위한 방법을 제시한다. 본 발명에 따른 방법에서 제 1 및 제 2 전류원은 각각 사전에 정의된 극성 부호를 갖는 제 1 및 제 2 전류를 발생하기 위하여 좌표 방식으로 제어된다. 제 1 및/또는 제 2 및/또는 제 3 단자에서 라인 인터럽트 및/또는 단락을 검출하기 위하여, 제 1 및 제 2 전류가 흐를 때에 제 1 및/또는 제 2 및/또는 제 3 단자에 인가되는 제 1 및/또는 제 2 및/또는 제 3 전압이 검출되고, 상기 전압(들)의 양이 좌표에 표시된 전류(들)에 대하여 연관된다.
본 발명은 특히 배기 가스 센서를 트리거링 하는 트리거링 회로 내부에 추가의 기능 유닛이 제공되지 않고서도 라인 인터럽트의 검출을 가능하게 한다. 배기 가스 센서가 선형의 산소 탐침으로서 형성되면, 네른스트-셀을 위해서 내부 저항을 측정하기 위한 교류 전류원이 제공된다. 추가의 전류원은 펌프 전류를 발생하기 위한 펌프-셀을 위해서 반드시 필요하다. 두 개의 전류원은 이 전류원들이 본 발명에 따라 제공된 진단 수단에 의해 사전에 검출된 방식으로 좌표 방식으로 트리거링 됨으로써 본 발명에 따른 진단을 위해서, 다시 말해 좌표 방식의 전류 발생을 위해서 이용될 수 있다. 배기 가스 센서의 진단은 매우 신속하게 실행될 수 있다. 더 나아가서는 라인 에러를 알려주고 진단의 활성화를 필수적으로 만드는 징후들의 검출도 가능하다. 한 가지 추가의 장점은, 상기 목적을 위해서 법적으로 허용되는 것보다 더 적은 시간이 필요하게 된다는 것이다.
본 발명은 실제 전류원의 특성에 대한 지식을 토대로 하고 있다. 실제의 전류원은 특정 영역 내부에서 상기 전류원의 출력부에 전압이 인가될 때에만 자신의 공칭 전류를 구동시킬 수 있다. 통상적으로 전류는 전압이 전류원의 공급 전압들 중에 한 가지 공급 전압에 근사할 때에 감소하거나 증가한다. 저항이 전류원의 출력부에 접속되고, 상기 저항이 지나치게 크면, 전류원의 출력 전압은 상기 전류원의 공급 전압들 중에 한 가지 공급 전압의 방향으로 상승하거나 혹은 강하하며, 이 경우 전류의 값은 작아진다. 전류원에서 어떤 때는 양(+)의 전류가 그리고 어떤 때는 음(-)의 전류가 설정되면, 저항이 높거나 혹은 무한대인 경우에는 높거나 혹은 낮은 출력 전압이 나타나게 되며, 이 경우 양(+)의 전류가 흐를 때에는 양의 전압이 결과적으로 얻어지고, 음(-)의 전류가 흐를 때에는 음의 전압이 결과적으로 얻어진다. 이와 같은 실제 전류원의 특성에 대한 지식을 고려함으로써 라인 인터럽트의 검출이 가능해진다. 진단 장치의 제 1, 제 2 또는 제 3 단자에 연결된 라인들 중에서 어느 라인에 인터럽트가 존재하는지를 검출할 수 있기 위하여, 제 1 및 제 2 전류원의 좌표 방식의 제어 그리고 개별 단자에 인가되는 전압들의 평가가 이루어진다.
특히 중요한 것은 제 3 단자에 연결된 라인의 인터럽트를 검출하는 것이다. 제 3 단자를 통해서 제 1 및 제 2 셀의 회귀 라인들(return lines)은 통상적으로 통합되고, 트리거링- 혹은 진단 회로 내에서 전류-전압-특성 곡선 중에 전압원인 소위 "가상의 접지"에 연결된다.
본 발명에 따라 제 3 단자에서 라인 인터럽트를 검출하기 위하여 진단 수단은 (a) 제 1 전류가 양(+)이고 제 2 전류가 양(+)인 경우에 제 1 및 제 2 단자에서 전압을 검출하도록, (b) 제 1 전류가 음(-)이고 제 2 전류가 음(-)인 경우에 제 1 및 제 2 단자에서 전압을 검출하도록, (c) 제 1 전류가 양(+)이고 제 2 전류가 음(-)인 경우에 제 1 및 제 2 단자에서 전압을 검출하도록, 그리고 (d) 제 1 전류가 음(-)이고 제 2 전류가 양(+)인 경우에 제 1 및 제 2 단자에서 전압을 검출하도록 설계되었다.
특히 제 3 단자에서 라인 인터럽트를 검출하기 위한 진단 수단은 (c)의 경우에는 값이 제 2 전류보다 더 작은 제 1 전류를 발생하도록, 그리고 (d)의 경우에는 값이 제 2 전류보다 더 작은 제 1 전류를 발생하도록 설계되었다. 하지만, 이 원리는 상기와 같은 경우들에서 제 1 전류의 값이 제 2 전류의 값보다 더 클 때에도 적용될 수 있다.
한 가지 추가의 구현 예에서는 제 3 단자에서 라인 인터럽트를 검출하기 위한 진단 수단이 (a)의 경우에는 제 1 단자 및 제 2 단자에서 각각 높은 전압을 검출하도록, (b)의 경우에는 제 1 단자 및 제 2 단자에서 각각 낮은 전압을 검출하도록, (c)의 경우에는 제 1 단자 및 제 2 단자에서 각각 낮은 전압을 검출하도록, 그리고 (d)의 경우에는 제 1 단자 및 제 2 단자에서 각각 높은 전압을 검출하도록 설계되었다. 상기 구현 예에서 높은 전압이란 개별 전류원의 상부 공급 전압 가까이에 있는 전압으로 이해된다. 낮은 전압이란 개별 전류원의 하부 공급 전압 가까이에 있는 전압으로 이해된다. 이와 같은 내용은 제 1 및 제 2 전류가 제 3 단자를 통해 흐를 수 없기 때문에 제 1 전류와 제 2 전류의 총합이 0이 될 수밖에 없다는 사실에 기초하고 있다. 이때 (a) 및 (b)의 경우에 제 1 및 제 2 단자에서의 전압들은 개별 단자에 연결된 라인들 자체에서 인터럽트가 발생할 때의 전압들과 크게 다르지 않다. 하지만, (c) 및 (d)의 경우에 값이 더 낮게 설정된 전류를 갖는 단자에서는 특성이 다르다. 제 1 단자 자체에서 라인 인터럽트가 발생한 경우에는 높은 전압이 예상되는 장소에서 낮은 전압이 관찰되는 바와 같이 특성이 완전히 다르다.
한 가지 추가의 바람직한 실시예에서는 진단 수단을 이용해서 라인 인터럽트 및/또는 단락을 검출하기 위하여 제 1 및/또는 제 2 전류의 발생 중에 배기 가스의 측정이 중단된다. 이와 같은 진단 방식에서는 특정 전류들이 배기 가스 센서의 제 1 및 제 2 셀에 인가될 필요가 있다. 그렇기 때문에 상기 진단 방식에서는 (선형의 배기 가스 탐침의 경우에) 통상적으로 작동중인 펌프-전류 조절 장치가 반드시 스위치-오프 되어야만 한다. 반면에 람다-측정은 실행될 수 없다.
하지만, 일반적으로 람다-측정의 중단은 중요하지 않은데, 그 이유는 라인 에러의 기본적인 존재가 통상적인 징후들을 야기하기 때문이다. 예를 들면 지나치게 높은 내부 저항이 측정되거나 또는 펌프-전류 조절기가 제한된다. 바람직하게 진단 수단은 단지 에러 검출 수단에 의해서 배기 가스 센서에 에러가 존재한다는 사실이 확인되었을 때에만 활성화된다. 결국에 진단 수단은 에러의 위치를 정확하게 확인할 목적으로 이용된다.
한 가지 추가의 구체적인 실시예에 따르면 진단 수단은 제 1 신호 필터를 포함하며, 상기 제 1 신호 필터는 제 1 및 제 3 단자에 접속되어 있고, 상기 제 1 신호 필터에 의해서는 제 1 전류로부터 발생하는 제 1 셀의 셀 전압의 제 1 진폭이 검출될 수 있으며, 그리고/또는 상기 제 1 신호 필터는 제 2 및 제 3 단자에 접속되어 있고, 상기 제 1 신호 필터에 의해서는 제 2 전류로부터 발생하는 제 2 셀의 셀 전압의 제 2 진폭이 검출될 수 있다. 바람직하게 상기 제 1 신호 필터는 제 1 단자와 제 3 단자 사이에서 그리고 제 2 단자와 제 3 단자 사이에서 스위칭가능하다.
특히 상기 진단 수단은 제 1 셀의 셀 전압의 평균값을 검출하기 위하여 제 1 연산 장치를 포함한다. 이와 같은 실시예는 특히 배기 가스 센서용 트리거링 회로 내부에서 내부 저항 측정이 실행되고, 그 측정 결과가 이용될 수 있는 경우에 바람직하다. 내부 저항 측정은 제 1 셀 내부에 (선형의 배기 가스 탐침의 경우에는 네른스트-셀 내부에) 교류 전류를 인가한다. 이와 같은 내용이 의미하는 바는, 내부 저항 측정에 의해서 양(+)의 그리고 음(-)의 제 1 전류가 발생하게 된다는 것이다. 제 1 및 제 3 단자에 결합된 신호 필터는 네른스트-셀 전압으로부터 발생하는 진폭을 검출한다. 이와 같은 내용은 상기 진폭이 양(+)의 그리고 음(-)의 전류가 흐를 때에 발생하는 제 1 라인에서의 전압들 간의 차로부터 나타난다는 것을 의미한다. 상기 신호 필터는 또한 네른스트-셀 전압의 평균값도 검출한다.
그에 상응하게 진단 수단은 제 2 신호 필터를 포함하며, 상기 제 2 신호 필터는 제 2 및 제 3 단자에 접속되어 있고, 상기 제 2 신호 필터에 의해서는 제 2 전류로부터 발생하는 제 2 셀의 셀 전압의 제 2 진폭이 검출될 수 있다. 특히 상기 진단 수단은 제 2 셀의 셀 전압의 평균값을 검출하기 위하여 제 2 연산 장치를 포함한다. 특히 바람직한 경우는 제 1 단자 또는 제 2 단자에 선택적으로 연결될 수 있는 단 하나의 신호 필터를 사용하는 경우이다. 제 1 셀 및 제 2 셀에 할당된 개별 신호 필터를 제공함으로써, 그리고 동일한 위상 및 반대 위상의 제 1 및 제 2 전류가 흐를 때에 개별 셀 전압의 진폭 평균값들을 검출할 수 있는 가능성으로 인해 다수의 전기 에러가 검출될 수 있다. 특히 다음과 같은 에러들이 확인될 수 있다:
- 에러 없음
- 제 1 단자에 접속된 라인이 중단되었으며, 이 경우에는 제 3 단자에 접속된 라인의 상태는 검출할 수 없으며,
- 제 2 단자에 접속된 라인이 중단되었으며, 이 경우에는 제 3 단자에 접속된 라인의 상태는 검출할 수 없으며,
- 제 1 및 제 2 단자에 각각 접속된 라인이 중단되었으며, 이 경우에는 제 3 단자에 접속된 라인의 상태는 검출할 수 없으며,
- 제 3 단자에 접속된 라인이 중단되었으며, 이 경우에는 제 1 및 제 2 단자에 접속된 라인들은 정상이며,
- 제 1 라인에는 상부 공급 전압에 의한 단락이 존재하며,
- 제 1 단자에는 하부 공급 전압에 의한 단락이 존재하며,
- 제 2 단자에는 상부 공급 전압에 의한 단락이 존재하며,
- 제 2 단자에는 하부 공급 전압에 의한 단락이 존재하며,
- 제 3 단자에는 상부 공급 전압에 의한 단락이 존재하며,
- 제 3 단자에는 하부 공급 전압에 의한 단락이 존재한다.
한 가지 추가의 구체적인 실시예에 따르면 제 1 전류원은 제 1 셀의 내부 저항을 측정하기 위한 교류 전류원이다. 제 2 전류원이 펌프 전류원이거나 또는 별도의 전류원으로서 구현된 경우도 바람직하다. 상기와 같은 두 가지 특징이 존재하는 경우에는 진폭 및 평균값을 검출하기 위하여 추가의 소자들이 반드시 필요하지는 않은데, 그 이유는 하나의 선형 배기 가스 탐침의 내부 저항 측정을 위해서는 개별 값들이 필요하기 때문이다.
본 발명은 도면들을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다.
도 1은 선형 산소 탐침의 원리적인 트리거링 방식을 보여주는 회로도이고,
도 2a, 도 2b, 도 2c는 실제 전류원의 전류-전압-특성 곡선이며,
도 3a, 도 3b, 도 3c는 높은 출력 저항이 접속된 실제 전류원의 전류 및 전압의 특성이고,
도 4a, 도 4b는 양(+)의 제 1 및 제 2 전류가 흐를 때에 그리고 본 발명에 따른 진단 회로의 제 3 단자에서 라인 인터럽트가 존재할 때에 등가 회로도 및 상기 진단 회로의 제 2 단자에서의 전압 파형도이며,
도 5a, 도 5b는 양(+)의 제 1 전류 및 음(-)의 제 2 전류가 흐를 때에 그리고 본 발명에 따른 진단 회로의 제 3 단자에서 라인 인터럽트가 존재할 때에 등가 회로도 및 상기 진단 회로의 제 2 단자에서의 전압 파형도이고,
도 6a, 도 6b는 음(-)의 제 1 전류 및 양(+)의 제 2 전류가 흐를 때에 그리고 본 발명에 따른 진단 회로의 제 3 단자에서 라인 인터럽트가 존재할 때에 등가 회로도 및 상기 진단 회로의 제 2 단자에서의 전압 파형도이며,
도 7은 상이한 작동 상태에서 진단 회로의 제 1 및 제 2 단자에서 나타나는 전류- 및 전압 파형도이고,
도 8a는 선형의 산소 탐침에서 실행된 내부 저항 측정의 개략도이며, 그리고
도 8b 및 도 8c는 에러를 진단하기 위하여 내부 저항 측정을 사용한 경우이다.
도 1은 2셀-펌프 전류 탐침으로서 설계된 배기 가스 센서(10)의 전기 등가 회로도를 보여주며, 상기 배기 가스 센서는 트리거링 회로(20)에 의해서 조절되고, 관리된다. 도면들에는 각각 본 발명과 관련이 있는 부분들만 도시되어 있다.
배기 가스 센서(10)는 공지된 방식으로 제 1 셀로서 네른스트-셀(NZ)을 포함하고, 제 2 셀로서 펌프-셀(PZ)을 포함한다. 네른스트-셀(NZ)의 전기 등가 회로도는 저항값(Rn)을 갖는 저항(11) 및 네른스트-전압(Un)을 갖는 전압원(12)으로 이루어진 직렬 회로에 의해서 형성되었다. 그에 상응하게 펌프-셀(PZ)의 전기 등가 회로도는 저항값(Rp)을 갖는 저항(13) 및 펌프 전압(Up)을 갖는 전압원(14)으로 이루어진 직렬 회로에 의해서 형성되었다. 네른스트-셀(NZ) 및 펌프-셀(PZ)은 재차 서로 직렬로 접속되었으며, 이 경우 네른스트-셀(NZ) 위에서는 네른스트 셀 전압(Vn)이 강하하고, 펌프-셀(PZ) 위에서는 펌프 셀 전압(Vp)이 강하한다.
네른스트-셀(NZ)은 트리거링 회로(20)의 제 1 단자(VN)와 제 3 단자(VG) 사이에 접속되어 있다. 펌프-셀(PZ)은 트리거링 회로(20)의 제 2 단자(VIP)와 제 3 단자(VG) 사이에 접속되어 있다. 따라서 펌프-셀(PZ)과 네른스트-셀(NZ) 간의 마디 점은 제 3 단자(VG)에 접속되어 있다. 실제로 네른스트-셀(NZ) 및 펌프-셀(PZ)의 개별 전극은 제 1, 제 2 및 제 3 단자(VN, VIP, VG)에 접속되어 있으며, 이 경우 단자(VG)에는 배기 가스 센서(10)의 소위 귀환 라인이 접속되어 있다.
트리거링 회로(20)는 교류 전류원으로서 형성된 제 1 전류원(SQ1)을 포함한다. 교류 전류원(SQ1)은 네른스트-셀(NZ)의 내부 저항을 측정하기 위하여 이용되고, 이와 같은 목적으로 제 1 단자(VN)에 접속되어 있다. 상기 교류 전류원은 양의 공급 전압(V+) 및 음의 공급 전압(V-)에 의해서 작동된다. 본 명세서에서 제 1 전류원(SQ1)에 의해서 발생된 제 1 전류(Icp)는 이 전류가 화살표의 방향을 따라 제 1 전류원(SQ1)으로부터 네른스트-셀(NZ)의 방향으로 흐를 때에는 양(+)의 값을 갖는다. 그에 상응하게 음(-)의 값을 갖는 제 1 전류(Icp)는 네른스트-셀(NZ)로부터 제 1 전류원(SQ1)의 방향으로 흐른다.
트리거링 회로(20)는 또한 펌프-셀(PZ)의 펌프-전류를 발생하기 위하여 이용되는 제 2 전류원(SQ2)도 포함한다. 제 2 전류원(SQ2)은 제 2 단자(VIP)에 접속되어 있으며, 이 경우 값으로 볼 때 양(+)의 전류(Ip)는 제 2 전류원(SQ2)으로부터 펌프-셀(PZ)의 방향으로 (도면에 도시된 화살표의 방향으로) 흐른다. 값으로 볼 때 음(-)의 제 2 전류는 펌프-셀(PZ)로부터 제 2 단자(VIP)를 거쳐서 제 2 전류원(SQ2)의 방향으로 흐른다.
네른스트-셀(NZ) 및 펌프-셀(PZ)의 귀환 라인에 접속된 제 3 단자(VG)는 트리거링 회로(20)에서 소위 "가상의 접지"에 접속되어 있으며, 상기 가상의 접지는 전류-전압-특성 곡선 중에 전압원(SP)이다.
본 발명에 따른 조치를 위해서 제 1 및 제 2 전류원(SQ1, SQ2)의 그리고 전압원(SP)으로서 형성된 가상 접지의 전류-전압-특성 곡선들이 활용된다.
실제의 전류원은 특정 영역 내부에서 상기 전류원의 출력부에 전압이 인가될 때에만 자신의 공칭 전류를 구동시킬 수 있다. 통상적으로 전류는 전압이 전압원의 공급 전압들(V+, V-) 중에 한 가지 공급 전압에 근사할 때에 감소하거나 증가한다. 이와 같은 내용은 도 2에 예로 도시되어 있다. 도 2a는 공급 전압(V+, V-)에 의해서 공급되는 실제 전류원(SQ)의 전기 등가 회로도를 보여준다. 출력 측에서는 실제 전류원(SQ)이 전압원(Ua)에 결합 되어 있으며, 이 경우 전류원(SQ)은 전류(Ia)를 상기 전압원(Ua)의 방향으로 구동시킨다. 도 2b 및 도 2c에는 전압(Ua)에 의존하는 전류(Ia)의 특성 곡선이 각각 도시되어 있다. 이 경우 도 2b는 양(+)의 공칭 전류(즉, 이 전류(Ia)는 도 2a에 화살표로 표시된 방향으로 흐른다)에 대한 특성 곡선을 보여주는 한편, 도 2c는 음(-)의 공칭 전류에 대한 특성 곡선을 도시하고 있다. 도면에서 잘 알 수 있는 사실은, 전압(Ua)이 하부 혹은 상부 공급 전압(V-, V+)에 매우 접근하지 않는 한 상기 전류(Ia)는 공칭 전류(Ia_N 혹은 -Ia_N)에 상응한다는 것이다.
도 3은 한계의 경우에 무한대인 매우 높은 저항(Ra)에 의해서 전류원(SQ)이 자신의 전류(Ia)를 구동시킬 수밖에 없는 경우를 보여준다. 저항(Ra)이 지나치게 크면, 상기 전류원의 출력 전압은 공급 전압들 중에 한 가지 공급 전압(V+; 양의 공칭 전류의 경우에 혹은 V-; 음의 공칭 전류의 경우에)의 방향으로 상승 혹은 강하하며, 이 경우 전류(Ia)의 값은 작아지는데, 다시 말하자면 0 mA에 접근한다. 이와 같은 특성은 도 3b 및 도 3c에 예로 도시되어 있는데, 한 편으로는 양의 공칭 전류(Ia_N)에 대하여 그리고 다른 한 편으로는 음의 공칭 전류(-Ia_N)에 대하여 도시되어 있다. 전류원(SQ)에서 어떤 때는 양(+)의 전류가 그리고 어떤 때는 음(-)의 전류가 설정되면, 저항이 높거나 혹은 무한대인 경우에는 어떤 때는 높은 출력 전압이 나타나고 어떤 때는 낮은 출력 전압이 나타나게 되며, 이 경우 양(+)의 전류가 흐를 때에는 양의 전압을 예상할 수 있고, 음(-)의 전류가 흐를 때에는 음의 전압을 예상할 수 있다.
이와 같은 실제 전류원의 특성에 대한 지식을 고려함으로써 제 1 및 제 3 단자에 접속된 라인에서의 인터럽트 검출이 원칙적으로 가능해진다. 하지만, 상기와 같은 지식을 고려하더라도 제 3 단자(VG)에 접속된 라인(소위 VG-라인)에 인터럽트가 존재하는지의 여부는 여전히 검출할 수가 없다. VG-라인이 인터럽트된 경우에는 전류원(SQ1 혹은 SQ2)으로부터 출력되는 전류가 계속해서 다른 전류원(SQ2 혹은 SQ1)으로 흘러갈 수 있는데, 그 이유는 배기 가스 센서(10)의 두 개의 셀(NZ 및 PZ)을 통해서는 언제나 하나의 전기적인 접속이 이루어지기 때문이다.
그렇기 때문에 인터럽트된 VG-라인, 다시 말해 트리거링 회로(20)의 제 3 단자(VG)에 접속된 라인을 검출하기 위해서는 특정 전류들을 동시에 설정할 때에 기존의 전류원(SQ1, SQ2)에서 나타나는 징후들이 이용된다:
1. 제 1 단계에서는 전류원(SQ1)에서 양(+)의 전류(Icp)가 설정된다. 또한, 전류원(SQ2)에서도 양의 전류(Ip)가 설정된다. 두 가지 전류는 제 1 혹은 제 2 단자(VN 혹은 VIP)를 거쳐서 개별 셀 내부로 흘러들어간다. 단자(VG)에서의 라인 인터럽트로 인해 원하는 전류가 흘러나갈 수 없기 때문에, Icp + Ip = 0이 적용될 수밖에 없다. 도 2와 연관하여 설명된 전류원(SQ1, SQ2)의 전류-전압-특성 곡선에 따르면 단자(VN 및 VIP)에서는 각각 반드시 높은 전압이 설정되어야만 한다. 네른스트 셀 전압(Vn) 및 펌프 셀 전압(Vp)이 얼마나 높은가에 따라서 단자(VN 및 VG)에서는 상이한 높이의 전압이 설정된다. 이와 같은 관계는 도 4에 개략적으로 도시되어 있다.
도 4a는 제 3 단자(VG)에서 라인 인터럽트가 발생할 때의 트리거링 회로(20) 및 배기 가스 센서(10)의 전기 등가 회로도를 보여준다.
도 4b는 제 2 단자(VIP)에 인가되는 전압(U(VIP)) 위에 있는 전류(Icp 및 Ip)를 각각 보여준다. Icp_N 혹은 Ip_N에 의해서는 각각 에러가 없는 경우에 전류(Icp 혹은 Ip)의 예상된 공칭 전류가 지시되어 있다. 이 경우 제 1 전류(Icp)의 전류-전압-곡선은 제 1 단자(VN)에 인가되는 전압(U(VN)) 위에 도시된 곡선에 대하여 셀 전압(Vn 및 Vp)의 총합만큼 이동되어 있다. 이와 같은 이동은 도면에 AV로 표시되어 있다. 제 2 단자(VIP)에서 설정되고 결과적으로 나타나는 전압(Ures)은 Icp + Ip = 0이라는 조건에 의해서 전류원(SQ1 및 SQ2)의 전류-전압-특성 곡선으로부터 검출된다. 이와 같은 내용이 의미하는 바는, Ures의 경우에 전류(Icp 및 Ip)의 값은 동일하지만 상이한 극성 부호를 갖는다는 것이다.
2. 다음 단계에서는 음(-)의 전류(Icp 및 Ip)가 설정된다. 재차 Icp + Ip = 0이라는 조건이 적용되어야만 하기 때문에, 낮은 전압이 설정된다. 결과적으로 얻어지는 전압(Ures)의 검출은 도 4와 연관하여 기술된 조치와 유사하게 이루어진다.
3. 다음 단계에서는 양(+)의 제 1 전류(Icp) 및 음(-)의 제 2 전류(Ip)가 설정된다. 이 경우 상기 제 2 전류(Ip)의 값은 상기 제 1 전류(Icp)의 값보다 더 크다. 결과적으로 얻어지는 전압(Ures)은 제 1 단자(VN)에서뿐만 아니라 제 2 단자(VIP)에서도 실제 전류원의 예상된 특성에 상응하게 상대적으로 낮다.
상기와 같은 상황은 도 5에서 알 수 있으며, 이 경우 도 5a는 트리거링 회로(20)에 연결된 배기 가스 센서(10)의 전기 등가 회로도를 도시한다. 이때 전류(Icp 및 Ip)는 자체 극성 부호에 상응하게 올바른 방향으로 도시되어 있다. 제 3 단자(VG)에서는 가정(assumption)에 따라 라인이 인터럽트 되었다.
도 5b는 제 2 단자(VIP)에 인가되는 전압(U(VIP)) 위에 있는 전류(Icp 및 Ip)의 파형을 보여준다. 전류(Icp)는 재차 제 1 단자(VN)에 인가되는 전압(U(VN)) 위에 도시된 곡선에 대하여 셀 전압의 총합(Vn + Vp)만큼 이동되어 있다. Icp + Ip = 0이라는 조건이 재차 충족된 후에는 예상된 낮은 전압(Ures)이 나타나게 되며, 이 경우에 전류(Icp 및 Ip)는 값은 동일하지만 상이한 극성 부호를 갖는다.
4. 마지막으로 제 4 단계에서는 음(-)의 제 1 전류(Icp) 및 양(+)의 제 2 전류(Ip)가 설정된다. 값으로 볼 때 제 2 전류(Ip)가 제 1 전류(Icp)보다 더 크다. 제 1 및 제 2 단자(VN 및 VIP)에서 결과적으로 나타나는 전압은 실제 전류원의 특성에 상응하게 예상한 바대로 높다. 이와 같은 상황은 도 6에 도시되어 있다.
도 6a는 재차 트리거링 회로(20)에 연결된 배기 가스 센서(10)의 전기 등가 회로도를 보여준다. 이 경우 전류(Icp 및 Ip)는 자체 극성 부호에 상응하게 올바르게 도시되어 있다. 단자(VG)에서는 라인이 재차 인터럽트 되었다.
도 6b는 제 2 단자(VIP)에서 설정되는 전압(U(VIP)) 위에 있는 전류(Icp 및Ip)의 파형을 보여준다. 제 1 전류(Icp)의 파형은 제 1 단자(VN)에서의 전압 위에 도시된 파형에 대하여 셀 전압의 총합(Vn + Vp)만큼 이동되어 있다. 제 2 단자(VIP)에서 설정되는 전압은 재차 충족될 조건 Icp + Ip = 0을 토대로 하여 나타난다. 이와 같은 조건은 비교적 높은 전압(U(VIP))에서 충족되는데, 이와 관련해서는 설정되는 전압(Ures)이 참조될 수 있다.
전술된 설명에서는 전류(Icp 및 Ip)가 제 2 단자(VIP)에서 설정되는 전압(U(VIP)) 위에 도시되어 있다. 상기 전류(Icp 및 Ip)가 제 1 단자(VN)에서 설정되는 전압(U(VN)) 위에도 도시될 수 있다는 것은 자명하며, 이 경우에는 Icp + Ip = 0이라는 조건도 충족되어야만 한다. 이와 같은 내용에 상응하게 그 다음에는 셀 전압의 총합(Vn + Vp)으로 인한 전류(Ip 및 Icp)의 전류-전압-특성 곡선의 이동이 고려되어야만 한다.
처음 두 가지 단계 1 및 2에서는 라인 상에서의 전압이 개별 라인 자체에서 인터럽트가 발생한 경우의 전압과 크게 상이하지 않다. 하지만, 단계 3 및 4에서는 값이 더 낮게 설정된 전류를 갖는 라인, 다시 말해 제 1 단자(VN)에 연결된 라인 상에서의 특성이 다르다. 라인 인터럽트 현상이 발생하는 경우에 높은 전압이 예상되는 장소에서 제 3 단자에 연결된 라인에 인터럽트가 발생한 경우에는 예상과 완전히 다르게 낮은 전압이 관찰된다.
따라서 제 3 단자(VG)에 연결된 라인에서의 인터럽트를 검출하기 위하여 다음과 같은 특징들이 이용된다: 양(+)의 Ip-전류 및 Icp-전류가 흐를 때에 단자(VN 및 VG)에서의 전압; 음(-)의 Icp-전류 및 Ip-전류가 흐를 때에 단자(VN 및 VG)에서의 전압. 양(+)의 Ip-전류 및 음(-)의 Icp-전류가 흐를 때에 단자(VN 및 VG)에서의 전압; 음(-)의 Ip-전류 및 양(+)의 Icp-전류가 흐를 때에 단자(VN 및 VG)에서의 전압. 전술된 설명에 상응하게 전류(Ip 및 Icp)가 좌표 상에 표시되고, 단자(VN 및 VG) 중에 적어도 하나의 단자에서 이루어지는 전압 측정들은 전류들이 동일한 극성 부호를 갖는지 아니면 상이한 극성 부호를 갖는지 그리고 전류 값들이 서로 사전에 규정된 관계를 맺고 있는지를 검출하기 위하여 참조 된다. 이와 같은 조치 방식은 도 7의 매트릭스 안에 예로 도시되어 있다.
도 7은 전류(Icp 및 Ip)에 따른 제 1 단자(VN)에서의 전압 파형(U(VN)) 및 제 2 단자(VIP)에서의 전압 파형(U(VIP))을 보여준다. 전술된 단계 1, 2, 3 및 4에 대하여, 단자(VN 및 VIP)에서 설정되는 "에러 없음"의 경우를 위한 전압, "VN 인터럽트 됨"의 경우(다시 말해 단자(VN)에 접속된 라인이 인터럽트된 경우)를 위한 전압, "VIP 인터럽트 됨"의 경우(다시 말해 단자(VIP)에 접속된 라인이 인터럽트된 경우)를 위한 전압, 그리고 "VG 인터럽트 됨"의 경우(다시 말해 단자(VG)에 접속된 라인이 인터럽트된 경우)를 위한 전압이 각각 도시되어 있다. 전압 파형(U(VN) 및 U(VIP))의 다이어그램에는 단계 1, 2, 3 및 4에 대하여 검출 임계값이 각각 기재되어 있다. 각각의 검출 임계값은 수평의 실선으로 도시되어 있다. 단자(VIP)에서의 인터럽트에 대한 검출 임계값은 해칭(hatching) 선에 의해서 좌측 아래로부터 우측 위로 표시되어 있다. 단자(VN)에서의 인터럽트에 대한 검출 임계값은 해칭 선에 의해서 좌측 위로부터 우측 아래로 표시되어 있다. 단자(VG)에서의 인터럽트에 대한 검출 임계값은 대각으로 진행하는 교차 선들에 의해서 표시되어 있다.
"에러 없음"의 경우에는 전압(U(VN) 혹은 U(VIP))이 어떤 임계값도 초과하지 않는 한편, "VN 인터럽트 됨"의 경우에는 단자(VN)에서의 임계값이 모든 단계 1 내지 4에서 초과 현상을 나타낸다. 그에 비해 단자(VIP)에서의 전압(U(VIP))은 눈에 띄지 않는 특성을 나타낸다.
단자(VIP)에서 라인이 인터럽트 되면, 단자(VN)에서의 전압(U(VN))은 정상적인 특성을 나타내는 한편, 단자(VIP)에서의 전압(U(VIP))은 모든 단계 1, 2, 3 및 4에서 각각의 검출 임계값을 초과하게 된다.
단자(VG)에서 라인이 인터럽트 되면, 단자(VIP)에서의 전압(U(VN))은 상기 단자(VIP)에서의 라인 인터럽트에 상응하는 특성을 나타내게 된다. 하지만, 단자(VN)에서는 전압(U(VN))의 비전형적인 특성이 확인될 수 있는데, 이 경우에는 특히 전류(Icp 및 Ip)가 상이한 극성 부호를 갖는 단계 3 및 4에서 사전에 규정된 검출 임계값을 초과했다.
트리거링 회로 내에서 내부 저항 측정이 실행되고, 측정의 결과들이 배기 가스 센서의 진단을 위해서도 사용된다면 진단은 매우 간단하게 이루어질 수 있다. 상기 내부 저항 측정은 네른스트-셀(NZ) 내부에 교류 전류를 인가한다. 이와 같은 내용이 의미하는 바는, 교류 전류원(SQ1)에 의해서 양(+)의 그리고 음(-)의 Icp-전류가 발생한다는 것이다. 네른스트-셀에 연결된 신호 필터는 네른스트 셀 전압(Vn)의 발생 진폭을 검출한다. 이와 같은 검출 과정은 양(+)의 Icp-전류 및 음(-)의 Icp-전류가 흐를 때에 나타나는 단자(VN)에서의 전압들 간에 차가 형성됨으로써 이루어진다. 상기 신호 필터는 또한 네른스트 셀 전압(Vn)의 평균값도 형성한다.
상기와 같은 조치는 도 8a에 개략적으로 도시되어 있으며, 이 경우에는 전류(Icp)의 직사각형 파형이 시간에 대하여 도시되어 있고, 단자(VN)에서의 전압(U(VN)) 파형이 시간에 대하여 도시되어 있다. 단자(VN)에서의 전압(U(VN))의 양의 진폭 혹은 음의 진폭은 Vn+ 및 Vn-로 표시되어 있다. 내부 저항 측정의 틀 안에서는 "Icp-교류 전류"와 동기화되어 셀 전류가 양(+)인 경우에는 Vn+가 측정되고, 셀 전류가 음(-)인 경우에는 Vn-가 측정된다. 단자(Vn)에 인가되는 전압의 진폭(Vn_AC)은 Vn+와 Vn- 간의 차로부터 형성되고, 통상적으로는 양(+)이다. Vn_DC의 평균값은 아래와 같이 산출된다: Vn_DC = (Vn+ + Vn-)/2. 펌프 셀 전압(Vp)의 진폭(Vp_AC) 및 평균값(Vp_DC)도 유사한 방식으로 검출된다.
제시된 측정값들에 의해서는 동일한 위상의 그리고 반대 위상의 Ip-전류 및 Icp-전류가 흐를 때에 전기 에러들을 검출하기 위한 하나의 매트릭스가 작성된다:
매트릭스
에러 Vn _ AC
(위상 1) 		Vn _ AC
(위상 2) 		Vp _ AC
(위상 1) 		Vp _ AC
(위상 1) 		Vn _ DC Vp _ DC
없음 < maxlimit < maxlimit
> minlimit		 < maxlimit < maxlimit > minlimit
< maxlimit		 > minlimit
< maxlimit
VN 개방됨
(VG는 검출될 수 없음)		 > maxlimit > maxlimit
> minlimit		 < maxlimit < maxlimit > minlimit
< maxlimit		 > minlimit
< maxlimit
VIP 개방됨
(VG는 검출될 수 없음)		 < maxlimit < maxlimit
> minlimit		 > 0
> maxlimit 		> 0
> maxlimit 		> minlimit
< maxlimit		 > minlimit
< maxlimit
VG 개방되고, VIP 개방됨
(VG는 검출될 수 없음)		 > maxlimit > maxlimit
> minlimit		 > 0
> maxlimit 		> 0
> maxlimit 		> minlimit
< maxlimit		 > minlimit
< maxlimit
VG 개방됨
(VN 및 VIP는 정상)		 > maxlimit < maxlimit
< minlimit 		> 0
> maxlimit 		> 0
> maxlimit 		> minlimit
< maxlimit		 > minlimit
< maxlimit
VN-단락
배터리		 < maxlimit < maxlimit
> minlimit		 < maxlimit < maxlimit > minlimit
< maxlimit 		> minlimit
maxlimit
VN-단락
접지		 < maxlimit < maxlimit
> minlimit		 < maxlimit < maxlimit < minlimit
< maxlimit		 minlimit
< maxlimit
VIP-단락
배터리		 < maxlimit < maxlimit
> minlimit		 < maxlimit < maxlimit > minlimit
maxlimit		 > minlimit
> maxlimit
VIP-단락
접지		 < maxlimit < maxlimit
> minlimit		 < maxlimit < maxlimit minlimit
< maxlimit		 < minlimit
< maxlimit
상기 매트릭스에는 검출 가능한 다양한 에러들이 도시되어 있으며, 이 경우 각각 충족될 조건들은 위상 1에서의 Vn_AC, 위상 2에서의 Vn_AC, 위상 1에서의 Vp_AC, 위상 2에서의 Vp_AC, Vn_DC 그리고 Vp_DC에 대하여 충족되어야만 한다. max_limit는 검출된 상부 한계(limit)를 표시하고, min_limit는 모니터링된 하부 한계를 표시한다. 개별 표 기재 부분에 두 가지 조건(한계)이 언급되어 있으면, 상기 두 가지 조건은 반드시 동시에 충족되어야만 한다. 단자(VN 및 VIP)에서의 전압 특성은 각각 전류(Icp 및 Ip)가 좌표 방식으로 인가될 때에 체크 된다.
위상 1은 Icp 및 Ip가 동일한 위상인 것을 특징으로 한다(도 8b 참조). 위상 2에서는 Icp 및 Ip가 반대 위상이다(도 8c 참조). 단자(VN 및 VIP)에서 나타나는 전압 파형 그리고 인터럽트의 경우에 단자(VG)에 연결된 라인들에 적용되는 조건들도 또한 도시되어 있다.
본 발명에 따른 진단 방식은 특정 전류가 배기 가스 센서(10)의 네른스트-셀(NZ) 및 펌프-셀(PZ)에 인가되는 상황을 필요로 한다. 그렇기 때문에 상기 진단 방식은 정상적으로 작동하는 펌프-전류 조절 장치의 스위치-오프 상태가 필요하게끔 만든다. 이와 같은 특징으로 인해 진단 중에는 람다-측정이 일시적으로 불가능하다. 이와 같은 상황은 일반적으로 중요하지 않은데, 그 이유는 라인 에러의 기본적인 존재가 통상적으로 알려진 징후들을 야기하기 때문이다. 예를 들면 지나치게 높은 내부 저항이 측정되거나 또는 펌프-전류 조절기가 최종 위치로 이동하게 된다. 그렇기 때문에 진단은 어떤 경우라도 에러가 검출되지 않은 경우에 그리고 상기 에러가 더 정확하게 검출되어야 하는 경우에만 실시되어야 한다.
개략적인 도면들에는 진단을 실행하는 진단 회로가 명시적으로 도시되어 있지 않다. 상기 진단 회로는 트리거링 회로(20)의 부분이고, 전술된 진단을 위해서 반드시 필요한 전압 측정들을 실행할 목적으로 그리고 전류원(SQ1 및 SQ2)에 의해서 인가되는 전류들에 대하여 상기 전압 측정 결과들을 연관시킬 목적으로 설계되었다.

Claims (14)

  1. 내연 기관용 배기 가스 센서(10)를 진단하기 위한, 특히 선형의 산소 탐침(linear oxygen probe)을 진단하기 위한 장치로서,
    상기 진단 장치는,
    배기 가스 센서(10)의 제 1 셀(NZ)의 제 1 전극에 연결하기 위한 제 1 단자(VN),
    배기 가스 센서(10)의 제 2 셀(PZ)의 제 2 전극에 연결하기 위한 제 2 단자(VIP),
    배기 가스 센서(10)의 제 1 셀(NZ)의 제 2 전극과 제 2 셀(PZ)의 제 1 전극의 마디 점에 연결하기 위한 제 3 단자(VG),
    제 1 전류(Icp)를 발생해서 상기 제 1 셀(NZ)에 인가할 목적으로 상기 제 1 단자(VN)에 결합된 제 1 전류원(SQ1),
    제 2 전류(Ip)를 발생해서 상기 제 2 셀(PZ)에 인가할 목적으로 상기 제 2 단자(VIP)에 결합된 제 2 전류원(SQ2), 그리고
    진단 수단
    을 포함하며,
    이 경우 상기 진단 수단은,
    각각 사전에 정의된 극성 부호(polarity sign)를 갖는 제 1 및 제 2 전류(Icp, Ip)를 발생하기 위하여 제 1 및 제 2 전류원(SQ1, SQ2)을 좌표 방식으로(in a coordinated manner) 제어하도록 설계되었으며, 그리고
    제 1 및 제 2 전류(Icp, Ip)가 각각 흐를 때에 제 1 및/또는 제 2 및/또는 제 3 단자(VN, VIP, VG)에 인가되는 제 1 및/또는 제 2 및/또는 제 3 전압을 검출하고 상기 전압(들)의 양을 좌표에 표시된 전류(들)에 대하여 연관시킴으로써, 상기 제 1 및/또는 제 2 및/또는 제 3 단자(VN, VIP, VG)에서 라인 인터럽트(line interruption) 및/또는 단락을 검출할 수 있도록 설계된,
    진단하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 3 단자(VG)에서 라인 인터럽트를 검출하기 위하여 상기 진단 수단은,
    (a) 제 1 전류(Icp)가 양(+)이고 제 2 전류(Ip)가 양(+)인 경우에 제 1 및 제 2 단자(VN, VIP)에서 전압을 검출하도록,
    (b) 제 1 전류(Icp)가 음(-)이고 제 2 전류(Ip)가 음(-)인 경우에 제 1 및 제 2 단자(VN, VIP)에서 전압을 검출하도록,
    (c) 제 1 전류(Icp)가 양(+)이고 제 2 전류(Ip)가 음(-)인 경우에 제 1 및 제 2 단자(VN, VIP)에서 전압을 검출하도록, 그리고
    (d) 제 1 전류(Icp)가 음(-)이고 제 2 전류(Ip)가 양(+)인 경우에 제 1 및 제 2 단자(VN, VIP)에서 전압을 검출하도록 설계된,
    진단하기 위한 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    제 3 단자(VG)에서 라인 인터럽트를 검출하기 위하여 상기 진단 수단은,
    (c)의 경우에는 값이 제 2 전류(Ip)보다 더 작은 제 1 전류(Icp)를 발생하도록, 그리고
    (d)의 경우에는 값이 제 2 전류(Ip)보다 더 작은 제 1 전류(Icp)를 발생하도록 설계된,
    진단하기 위한 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    제 3 단자(VG)에서 라인 인터럽트를 검출하기 위하여 상기 진단 수단은,
    (a)의 경우에는 제 1 단자(VN) 및 제 2 단자(VIP)에서 각각 높은 전압을 검출하도록,
    (b)의 경우에는 제 1 단자(VN) 및 제 2 단자(VIP)에서 각각 낮은 전압을 검출하도록,
    (c)의 경우에는 제 1 단자(VN) 및 제 2 단자(VIP)에서 각각 낮은 전압을 검출하도록, 그리고
    (d)의 경우에는 제 1 단자(VN) 및 제 2 단자(VIP)에서 각각 높은 전압을 검출하도록 설계된,
    진단하기 위한 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 및/또는 제 2 전류(Icp, Ip)의 발생 중에는 진단 수단을 이용해서 라인 인터럽트 및/또는 단락을 검출하기 위하여 배기 가스 측정이 중단되는,
    진단하기 위한 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    에러 검출 수단에 의해서 배기 가스 센서에 에러가 존재한다는 사실이 확인되었을 때에 진단 수단이 활성화되는,
    진단하기 위한 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진단 수단이 제 1 신호 필터를 포함하며,
    상기 제 1 신호 필터는 제 1 및 제 3 단자(VN, VG)에 접속되어 있고, 상기 제 1 신호 필터에 의해서는 제 1 전류(Icp)로부터 발생하는 제 1 셀(NZ)의 셀 전압(Vn)의 제 1 진폭이 검출될 수 있으며, 그리고/또는
    상기 제 1 신호 필터는 제 2 및 제 3 단자(VIP, VG)에 접속되어 있고, 상기 제 1 신호 필터에 의해서는 제 2 전류(Ip)로부터 발생하는 제 2 셀(PZ)의 셀 전압(Vp)의 제 2 진폭이 검출될 수 있는,
    진단하기 위한 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 신호 필터가 제 1 단자(VN)와 제 3 단자(VG) 사이에서 그리고 제 2 단자(VIP)와 제 3 단자(VG) 사이에서 스위칭가능한,
    진단하기 위한 장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 진단 수단이 제 1 셀(NZ)의 셀 전압(Vn)의 평균값을 검출하기 위하여 제 1 연산 장치를 포함하는,
    진단하기 위한 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진단 수단이 제 2 신호 필터를 포함하며, 상기 제 2 신호 필터는 제 2 및 제 3 단자(VIP, VG)에 접속되어 있고, 상기 제 2 신호 필터에 의해서는 제 2 전류(Ip)로부터 발생하는 제 2 셀(PZ)의 셀 전압(Vp)의 제 2 진폭이 검출될 수 있는,
    진단하기 위한 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진단 수단이 제 2 셀(PZ)의 셀 전압(Vp)의 평균값을 검출하기 위하여 제 2 연산 장치를 포함하는,
    진단하기 위한 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전류원(SQ1)이 제 1 셀(NZ)의 내부 저항을 측정하기 위한 교류 전류원인,
    진단하기 위한 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 전류원(SQ2)이 펌프 전류원이거나 또는 별도의 전류원으로서 구현된,
    진단하기 위한 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항에 따른 배기 가스 센서 진단 장치를 이용해서 내연 기관용 배기 가스 센서(10)를 진단하기 위한, 특히 선형의 산소 탐침을 진단하기 위한 방법으로서,
    상기 진단 장치가,
    배기 가스 센서(10)의 제 1 셀(NZ)의 제 1 전극에 연결하기 위한 제 1 단자(VN),
    배기 가스 센서(10)의 제 2 셀(PZ)의 제 2 전극에 연결하기 위한 제 2 단자(VIP),
    배기 가스 센서(10)의 제 1 셀(NZ)의 제 2 전극과 제 2 셀(PZ)의 제 1 전극의 마디 점에 연결하기 위한 제 3 단자(VG),
    제 1 전류(Icp)를 발생해서 상기 제 1 셀(NZ)에 인가할 목적으로 상기 제 1 단자(VN)에 결합된 제 1 전류원(SQ1),
    제 2 전류(Ip)를 발생해서 상기 제 2 셀(PZ)에 인가할 목적으로 상기 제 2 단자(VIP)에 결합된 제 2 전류원(SQ2), 그리고
    진단 수단
    을 포함하며,
    이 경우,
    상기 제 1 및 제 2 전류원(SQ1, SQ2)은 각각 사전에 정의된 극성 부호(polarity sign)를 갖는 제 1 및 제 2 전류(Icp, Ip)를 발생하기 위하여 좌표 방식으로 제어되며, 그리고
    상기 제 1 및/또는 제 2 및/또는 제 3 단자(VN, VIP, VG)에서 라인 인터럽트 및/또는 단락을 검출하기 위하여, 제 1 및 제 2 전류(Icp, Ip)가 각각 흐를 때에 제 1 및/또는 제 2 및/또는 제 3 단자(VN, VIP, VG)에 인가되는 제 1 및/또는 제 2 및/또는 제 3 전압이 검출되고 상기 전압(들)의 양이 좌표에 표시된 전류(들)에 대하여 연관되는,
    진단하기 위한 방법.
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