KR20150073996A - 광대역 람다 프로브의 공기 기준 채널을 진단하는 방법 및 장치 - Google Patents

광대역 람다 프로브의 공기 기준 채널을 진단하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 배기가스 내 산소 함량의 측정을 위해 이용되는 광대역 람다 프로브의 기준 채널의 진단을 위한 방법에 관한 것으로, 이 방법에서는 펌프 셀 및 네른스트 셀을 가진 하나 이상의 센서 부재가 이용되고, 배기가스 내 산소 함량의 측정을 위한 측정 모드에서 조절된 펌프 전류가 펌프 셀을 통해 흐르고, 그에 따라 측정 챔버와 배기가스 간에 산소 이온들의 교환이 달성되며, 그에 따라 측정 챔버 내의 람다 값이 1의 값으로 세팅되고, 측정 챔버 내의 람다 값은 네른스트 셀을 통해 모니터링되며, 이를 위해 필요한 펌프 전류의 값은 배기가스의 산소 농도 및 결정될 람다 값에 좌우되고, 센서 부재의 전극들이 광대역 람다 프로브를 제어 및 평가하기 위한 제어 유닛과 연결되고, 측정 모드 외에 하나 이상의 진단 모드도 제공된다. 이 경우, 본 발명에 따라 진단 모드 동안 펌프 전류 조절 회로에서 전환이 실행되며, 전압 측정을 통해 기준 채널 내 공기 기준의 품질 진단이 수행된다. 그 밖에도, 본 발명은 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.

Description

광대역 람다 프로브의 공기 기준 채널을 진단하는 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR DIAGNOSING THE AIR REFERENCE CHANNEL OF A WIDEBAND LAMBDA PROBE}
본 발명은, 배기가스 내 산소 함량의 측정을 위해 이용되는 광대역 람다 프로브의 기준 채널의 진단을 위한 방법에 관한 것이며, 펌프 셀(pump cell) 및 네른스트 셀(Nernst cell)을 가진 하나 이상의 센서 부재가 이용되고, 배기가스 내 산소 함량의 측정을 위한 측정 모드에서 조절된 펌프 전류가 펌프 셀을 통해 흐르고, 그에 따라 측정 챔버와 배기가스 간에 산소 이온들의 교환이 달성되며, 그에 따라 측정 챔버 내의 람다 값이 1의 값으로 세팅되고, 측정 챔버 내의 람다 값은 네른스트 셀을 통해 모니터링되며, 이를 위해 필요한 펌프 전류의 값은 배기가스의 산소 농도 및 결정될 람다 값에 좌우되고, 센서 부재의 전극들이 광대역 람다 프로브를 제어 및 평가하기 위한 제어 유닛과 연결되며, 측정 모드 외에 하나 이상의 진단 모드도 제공된다.
그 밖에도, 본 발명은 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 상응하는 장치에 관한 것이다.
람다 프로브들은 예컨대 내연기관의 배기가스 시스템에서, 내연기관의 연료/공기 혼합기의 처리을 제어하기 위해, 배기가스의 산소 함량을 측정하는 데 이용된다. 람다 프로브들은, 지르코늄 이산화물 세라믹으로 구성되어 약 300℃의 온도부터 산소 이온을 투과시키는 고체 전해질의 특성을 이용한다. 고체 전해질의 2개 이상의 면에는 백금 전극들이 적층된다. 상기 면들 중 일측은 감소한 산소 부분 압력을 갖는 배기가스에 노출되고 타측은 기준 가스, 예컨대 공기에 노출된다면, 산소 이온들은 고체 전해질을 통해 확산된다. 그 결과로 그러한 농도차 전지(concentration cell)의 두 전극 사이에서 야기되는 전압차는 네른스트 방정식으로 표현되며, 람다 = 1 안팎의 좁은 범위에서 배기가스의 람다 값의 결정을 위해 이용될 수 있다. 람다 값은 이론 공연비에 대비되는 실제 공연비이다.
전극들에 외부 전압이 인가되면 산소 이온이 고체 전해질을 통해 펌핑될 수 있다. 이런 특성은 이른바 광대역 람다 프로브에서 희박 배기가스 대 농후 배기가스의 람다 값을 넓은 범위에서 결정할 수 있도록 하는 데 이용된다. 이를 위해, 일측 전극, 즉 외부 펌프 전극은 배기가스로 향해 있다. 제2 전극은 내부 펌프 전극으로서 확산 배리어를 통해 배기가스와 연결된다. 제2 전극은 측정 챔버 내에서 확산 채널 및 확산 배리어를 통해 배기가스와 연결되는 고체 전해질 내에 배치될 수 있다. 대안적인 구성에서, 두 전극은 고체 전해질의 배기가스 쪽 측면에 배치되며, 이때 내부 펌프 전극은 적층된 확산 배리어 층으로 덮인다.
외부 펌프 전극, 내부 펌프 전극 및 이 펌프 전극들 사이에 위치하는 고체 전해질은 이른바 펌프 셀을 형성한다. 전압이 인가되면, 산소 이온이 내부 펌프 전극에서부터 외부 펌프 전극까지 수송된다. 이 경우, 전압이 충분히 높을 때, 확산 배리어를 통한 산소 확산에 의해 결정되는 한계 전류가 설정된다. 산소 확산 및 그에 따른 람다 값의 결정을 위해 측정된 한계 전류는 직접적으로 배기가스 내 산소 부분 압력 및 확산 배리어의 확산 특성에 따라 결정된다. 확산 배리어의 확산 특성이 확인된 경우, 배기가스의 람다는 한계 전류로부터 결정될 수 있다.
이중 셀 광대역 람다 프로브로서 공지된 또 다른 한 구성은 펌프 셀과 농도차 전지의 조합으로 형성된다. 이 경우, 외부 펌프 전극은 배기가스를 향하고, 내부 펌프 전극은 확산 배리어를 통해 배기가스와 연결된 측정 챔버 내에 배치된다. 그 밖에도, 측정 챔버 내에는 측정 전극으로서 지칭되는 농도차 전지의 제1 전극이 존재한다. 별도의 기준 채널 내에서는, 농도차 전지의 제2 전극으로서 기준 전극이 고체 전해질 상에 적층된다. 기준 채널은 소정의 산소 함량을 갖는 기준 가스로, 바람직하게는 외부 개구부를 통해 공기로 채워진다.
상기 이중 셀형 광대역 람다 프로브의 경우, 펌프 셀을 통해 측정 챔버 내 람다 값이 산소 이온들의 펌핑 유입 또는 펌핑 유출을 통해 바람직하게 람다 1로 설정된다. 이를 위해, 측정 챔버 내 람다 값이 농도차 전지를 통해 측정되고, 펌프 셀을 통과하는 펌프 전류의 상응하는 조절을 통해 λ = 1로 조절된다. 이를 위해 필요한 펌프 전류는 확산 배리어를 통해 측정 챔버 내로 확산되는 산소량에 따라, 그리고 그와 더불어 배기가스의 람다 및 확산 배리어의 확산 특성들에 따라 결정된다. 확산 배리어의 특성들이 확인된 경우, 펌프 전류로부터 배기가스의 람다가 결정될 수 있다.
확산 배리어들의 확산 특성들은 상당한 제조 공차의 대상이 된다. 그러므로 개별 확산 특성들은 광대역 람다 프로브의 신호들의 평가 시 고려되어야 한다.
광대역 람다 프로브의 일례가 DE 10 2008 002 734 A1호에 기술되어 있다.
평가 및 제어 유닛들로서 이용되는, 광대역 람다 프로브를 작동하기 위한 장치들은 예컨대 DE 10 2010 000 663 A1호에 기술되어 있다. 상기 공보에 기술된 제어 유닛의 기본 사상, 구성 및 기본 기능은 실질적으로 본원 출원인의 공보 DE 10 2008 001 697 A1호에 소개된, 광대역 람다 프로브를 위한 평가 및 제어 유닛에 상응한다. 상기 제어 유닛은 ASIC의 형태로 구현되어 CJ 125 또는 CJ 135의 명칭으로 알려져 있다("CJ135 - Lambda Probe Interface IC"라는 제목의 본원 출원인의 제품 정보 참조).
DE 10 2010 039 188 A1호에는, 측정 챔버 내 가스의 하나 이상의 특성을 검출하기 위한, 특히 가스의 가스 성분의 검출을 위한 방법이 기술되어 있다. 상기 방법의 경우, 하나 이상의 셀을 가진 하나 이상의 센서 부재가 이용된다. 셀은 하나 이상의 제1 전극, 하나 이상의 제2 전극, 그리고 제1 전극과 제2 전극을 연결하는 하나 이상의 고체 전해질을 포함한다. 제1 전극은 측정 챔버로부터 가스를 공급받을 수 있다. 제2 전극은, 가스의 가스 성분 비축분을 저장하도록 구성된 하나 이상의 기준 가스 챔버와 연결되어 있다. 상기 방법은 하기와 같은 2개 이상의 작동 모드를 포함한다.
- 측정 모드에서 전지가 펌프 셀로서 작동되고, 펌프 셀을 통과하는 하나 이상의 펌프 전류로부터 특성이 추론되는, 하나 이상의 측정 모드, 및
- 진단 모드에서 기준 가스 챔버의 저장 용량이 검사되고, 셀에 인가된 네른스트 전압을 통해 조절되는 하나 이상의 측정 변수가 검출되며, 측정 변수로부터 저장 용량이 추론되는, 하나 이상의 진단 모드.
현재 출시되어 있는 람다 프로브 대부분은 그 기능 원리를 위해 이른바, 산소 함량이 21% 이상인 것을 특징으로 하는 공기 기준(실질적으로 산소 기준)이 필요하다. 상기 공기 기준을 제공하는 모든 방법은, 상기 공기 기준이 충분히 산소를 포함하지 않거나, 음의 산소 원자가를 갖는 원소들에 의해 "오염"될 위험을 내포한다. 이처럼 결함을 가진 기준의 결과로서, 람다 특성곡선의 변위가 발생하며, 논리적 결과에서는 람다값 오결정이 초래되어, 때로는 엔진 제어 유닛의 소프트웨어에서 의도치 않은 오류 항목들이 발생한다. 공기 기준의 진단은 종래의 평가 회로들에서는 대부분 불가능하며, 앞서 서술한 잔류 위험이 감수되어야 한다.
그러므로 본 발명의 과제는, 광대역 람다 프로브의 앞서 기술한 공기 기준의 간단하면서도 신속한 진단을 수행할 수 있는 상응하는 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 과제는 본원의 방법을 수행하기 위한 상응하는 장치를 제공하는 것이다.
방법과 관련한 과제는, 진단 모드 동안 펌프 전류 조절 회로에서 전환이 실행되고, 전압 측정을 통해 상기 기준 채널 내 공기 기준의 품질 진단이 수행됨으로써 해결된다. 본원의 방법에 의해, 오류가 있는 기준 채널이 센서 부재에서 진단되고, 그에 따라 어쩌면 잘못된 람다 값이 방지될 수 있으며, 이는 내연기관에서 람다 조절 장치의 작동 안정성을 높이면서 유해물질 방출을 줄이는 데 도움을 준다.
이 경우, 펌프 전류 조절 회로는, 높은 산소 농도를 갖는 2개의 위치 간 비교 측정이 가능하도록 센서 부재 내 산소 농도들이 변동되는 방식으로 변형된다. 오류가 있는 기준으로서 지시되는 측정 결과를 얻게 되면, 결과로서 복수의 시나리오가 제공될 수 있다. 한편으로, 지속적으로 높은 기준 펌프 전류를 통해 공기 기준을 정화하고 산소로 충전하려는 시도가 있을 수 있다. 다른 한편으로는, 프로브 교체가 필수적이라는 점이 오류 항목을 통해 지시될 수 있다.
한 바람직한 방법 변형예에서는, 진단을 위해 최대로 가능한 음의 펌프 전류가 설정된다. 이는 초과 압력의 산소 이온들로 측정 챔버를 충전할 수 있게 한다. 이처럼 높은 산소 부분 압력은 이미(보통은 이미 250㎳ 미만의) 단시간 후에 정적 상태(static state)를 야기하며, 새로 첨가된 모든 산소 이온에 대한 상기 정적 상태의 보상은 확산 배리어를 통한 배기가스 내로의 확산 및 유동을 통해 수행된다. 정적 상태에 도달한 후, 도입부에 언급한 전압 측정이 수행될 수 있으며, 이때 시간에 따른 변화량은 상기 전압 측정을 방해하지 않을 것이다.
또한, 상기 상태는 네른스트 셀에 대해 음의 조절 전압이 요구되는 점을 통해서도 도달할 수 있다.
이 경우, 설정되는 네른스트 전압이 정상 값(stationary value)을 취한 진단 단계 동안 상기 네른스트 전압이 평가되며, 상기 네른스트 전압이 +50㎷ 내지 +150㎷일 경우 온전한 공기 기준을 갖는 온전한 기준 채널이 전제되고, 그에 비해 더 낮은 전압 또는 음의 전압이 설정되는 경우에는 오류가 있는 공기 기준이 전제된다. 이는 상응하는 비교기들에 의해 간단하게 모니터링될 수 있다.
오류가 검출된 경우, 한 방법 변형예에서는 기준 채널에 공기 내지 산소를 집중적으로 충전하기 위해 센서 부재의 연결이 요구되는 한편, 진단 단계에 시간상 바로 근접하여 측정된 람다 값이 무효한 것으로서 표시될 수 있다. 그에 따라 센서 부재는 적어도 부분적으로 다시 재생되거나, "오염 제거"될 수 있다.
측정된 네른스트 전압이 특히 0 내지 500㎷의 범위에서 추가 조치들을 통해 검증되면, 매우 높은 진단 안전성이 제공된다.
최대 1초의 아주 짧은 진단 기간(보통은 약 0.5초)으로 인해, 람다 측정은 잠시 동안만 중단되므로, 계속해서 거의 지속적인 배기가스 모니터링이 가능해진다.
바람직하게 상기 진단 방법은 앞서 기술한 방법 변형예로써, 광대역 람다 프로브의 수명 시작 시, 그리고/또는 수명 동안 특정 간격으로 수행된다. 그에 따라 수명의 시작 시 예컨대 배기가스 센서가 너무 오래 또는 적절하지 않게 장착되었는 지의 여부가 인지될 수 있다. 수명 동안의 적용은, 노후화 또는 기계적 손상이 검출될 수 있는 장점을 제공한다. 그에 따라 일시적으로 "오염된" 프로브들은, 자신들의 람다 신호가 이용되기 전에 재생될 수 있다. 이는, 람다 신호를 이용하는 기능들에서, 귀속시키기 어렵고 부정확한 후속 오류를 방지할 수 있다.
그 밖에도, 바람직하게 진단은 주행 주기 동안 한 번만, 특히 주행 주기의 시작 시 또는 종료 시에만 수행되면 된다.
장치에 관련된 과제는, 제어 유닛이 앞서 기술한 방법 변형예들을 포함하는 방법을 수행하기 위한 장치들, 특히 펌프 셀을 통과하는 펌프 전류의 펌프 전류 조절의 변경을 위한 전환 장치들뿐만 아니라, 네른스트 셀에서 네른스트 전압의 평가를 위한 비교기들도 포함함으로써 해결된다. 이 경우, 제어 유닛은 적어도 부분적으로, 내연기관의 상위 엔진 제어 장치의 통합 부품일 수 있다. 이 경우, 기능은 적어도 부분적으로 또는 완전히 소프트웨어 기반으로 형성될 수 있으며, 이는 특히 적응(adaptation)을 아주 간단히 구현될 수 있게 한다.
매우 바람직한 한 장치 변형예에서 제공되는 것처럼, 제어 유닛이 CJ 135 ASIC 모듈을 구비한다면, 진단 방법의 적용을 위한 적용 비용은 비교적 낮은데, 그 이유는 상기 모듈이, 정상 작동(normal operation)에 대해 수행되어야 하는 필수적인 전환을 수행하기 위해, 이미 상응하는 광범위한 설정 가능성을 보유하고 있기 때문이다.
본 발명은 하기에서 도면들에 도시된 실시예를 토대로 더 상세히 설명된다.
도 1은 커넥터 하우징을 구비한 이중 셀 광대역 람다 프로브의 센서 부재의 개략도이다.
도 2는 네른스트 전압 및 펌프 전류에 대한 신호 거동 그래프이다.
도 1에는, 배기가스(18)의 람다 값을 결정하기 위한, 커넥터 하우징(50)을 구비한 평면 이중 셀형 광대역 람다 프로브의 센서 부재(10)가 개략도로 도시되어 있다. 센서 부재(10)는 실질적으로 고체 전해질(11)로 형성된다. 센서 부재는 펌프 셀(20)과, 네른스트 셀(30)과, 가열 소자(16)를 포함한다. 고체 전해질(11)은 본 도면에서 산소 이온을 전도하는 지르코늄 이산화물로 이루어진 단일체로서 도시되어 있지만, 복수의 고체 전해질 층으로 구성될 수도 있다.
펌프 셀(20)은 외부 펌프 전극(21)과, 측정 챔버(12) 내에 배치되는 내부 펌프 전극(22)으로 구성된다. 외부 펌프 전극(21)은, 보호 층(23)으로 덮인 상태에서 내연기관의 배기가스(18)에 노출된다. 외부 펌프 전극(21) 및 내부 펌프 전극(22)은 확산 채널(14) 둘레에 환형으로 배치된다. 확산 채널(14)은 확산 배리어(13)를 통해 배기가스를 측정 챔버(12)로 공급한다.
측정 챔버(12)의 내부 펌프 전극(22) 반대편 측에는 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 네른스트 셀(30) 또는 농도차 전지를 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 있고, 예컨대 지르코늄 산화물로 충전될 수 있다. 기준 채널(15)은 공기 기준 또는 산소 기준을 나타낸다.
가열 소자(16)는 절연 재료(17)에 의해 고체 전해질(11)로부터 전기 절연된다.
외부 펌프 전극(21)은 APE 단자(40)를 통해 커넥터 하우징(50)과 연결된다. 내부 펌프 전극(22)과 측정 전극(31)은 병렬 연결되어 공통 IPN 단자(41)를 통해 커넥터 하우징(50)으로 이어진다. 기준 전극(32)은 RE 단자(42)를 통해, 그리고 가열 소자(16)는 제1 가열 단자(43) 및 제2 가열 단자(44)를 통해 커넥터 하우징(50)에 연결된다.
전극들, 다시 말하면 내부 및 외부 펌프 전극(21, 22), 기준 전극(32) 및 측정 전극(31)은 백금으로 제조된다.
광대역 람다 프로브의 작동 중에, 배기가스는 확산 채널(14) 및 확산 배리어(13)를 경유하여 측정 챔버(12) 내로 확산된다. 네른스트 셀(30)을 통해서는 측정 챔버(12) 내의 람다 값이 측정 전극(31)과 기준 전극(32) 사이의 네른스트 전압의 측정을 통해 결정된다. 이 경우, 네른스트 셀(30)은 람다 = 1 안팎의 좁은 측정 범위 내에서 람다 값이 결정될 수 있게 한다. 외부 펌프 전극(21)과 내부 펌프 전극(22) 사이에 그에 상응하게 극성이 부여된 전압을 인가하면, 산소 이온들이 고체 전해질(11)을 통해 배기가스로부터 측정 챔버(12) 내로, 또는 측정 챔버(12)로부터 배기가스 쪽으로 펌핑될 수 있다.
네른스트 셀(30)은 작동 동안 예컨대 CJ 135 ASIC일 수 있는 제어 유닛에서, DE 10 2008 001 697 A1호에 기술된 것처럼, 기준 펌프 전류의 이용하에 450㎷의 전압으로 조절되며, 그럼으로써 람다 프로브의 내부에서 측정 챔버(12)(람다 1인 공동)는 실질적으로 산소가 없는 것으로 간주된다. 이는 펌프 셀(20)에 전류원을 인가함으로써 발생한다. 펌프 전극들(21, 22) 사이에서 흐르는 펌프 전류(102)(도 2 참조)의 적합한 조절을 통해, 그에 따라 측정 챔버(12)와 배기가스 간에 산소 이온들의 교환을 통해, 측정 챔버(12) 내의 람다 값은 1의 값으로 조절된다. 이 경우, 측정 챔버(12) 내의 람다 값은 네른스트 셀(30)을 통해 모니터링된다. 이를 위해 필요한 펌프 전류의 값은 배기가스의 산소 농도와 더불어, 결정될 람다 값 및 확산 배리어(13)의 확산 특성들에 따라서도 결정된다. 상기 컨셉의 기능 구현을 위한 필수 조건은, 앞서 언급한 기준 펌프 전류를 통해 매우 높은 산소 함량, 즉 공기 기준을 포함한 챔버가 제공되는 것이다.
상기 공기 기준 내지 산소 기준이 제공되지 않으면, 인가된 펌프 전류(102)(도 2 참조)는 프로브 정의의 범주에서 더 이상 배기가스(18)의 산소 함량에 대해 유효한 척도로서 간주되지 않는다.
공기 기준의 진단 동안, 제어 유닛(예: CJ 135 ASIC)은 진단 시간 내에 초과 압력의 산소 이온들로 측정 챔버(12)(람다 1인 공동)를 채우는 최대 음(-)의 펌프 전류(102)(도 2 참조)를 설정하도록 작동될 수 있다. 상기 최대 음의 펌프 전류는 예컨대 상기 단계에서 -10㎃ 내지 -15㎃의 크기에 달할 수 있다. 이는 네른스트 셀(30)에서 음의 조절 전압의 요구를 통해, 또는 제어 유닛에서 설정된 펌프 전류 작동의 요구를 통해 수행될 수 있다.
앞서 기술한 산소 초과 압력(높은 산소 부분 압력)은 단시간 후에 정적 상태를 초래하며, 새로 첨가되는 모든 산소 이온에 대한 상기 정적 상태의 보상은 확산 배리어(13)를 통한 배기가스(18) 내로의 확산 및 유동을 통해 수행된다.
도 2에는, 네른스트 전압 곡선(104) 및 펌프 전류 곡선(105)이 신호 곡선 그래프(100)로 도시되어 있으며, 가로 좌표는 시간(103)을 그리고 세로 좌표는 네른스트 전압(101) 및 펌프 전류(102)의 레벨을 나타낸다.
상응하는 펌프 전류(102)와 함께 450㎷로 일정하게 조절되는 네른스트 전압(101)을 기초로, 전술한 조치에 따라 제1 에지(106)에서 약 250㎳ 이내에 새로운 정적 상태가 설정된다. 이 경우, 측정 챔버(12)(람다 1인 공동)와 공기 기준 사이에 약 +100㎷의 범위 내에 놓이는 네른스트 전압(101)이 형성되는데, 그 이유는 전형적으로 공기 기준 내 산소 부분 압력이 이제 산소로 충전된 측정 챔버(12)에서보다 훨씬 더 높기 때문이다. 정상 작동 중에 상기 네른스트 전압은 +450㎷이다.
분명히 음의 전압이 형성된다면, 오류가 있는 공기 기준이 전제될 수 있으며, 상기 공기 기준이 실질적으로 기능해야 하는 경우, 프로브 오류가 검출되거나 공기 기준을 집중적으로 충전하기 위한 반응이 요구되는 한편,람다 신호는 무효한 것으로 간주될 수 있다.
네른스트 전압 곡선(104) 또는 펌프 전류 곡선(105)에서 제2 에지(107)가 지시하는, 정상 작동으로의 복귀는, 펌프 전류(102)가 다시 올바른 값을 나타내고 네른스트 전압(101)이 다시 450㎷의 값으로 조절될 때까지 약 200㎳ 동안만 지속된다. 진단 주기의 기간은 전체적으로 약 1초와 그 미만(보통 500㎳ 미만)의 범위이다. 진단은 주행 주기당 1회를 초과하는 빈도로 수행되지 않아도 된다. 진단을 위한 가능한 시점은 예컨대 차량 주행 모드의 시작 시점 또는 종료 시점이다.

Claims (12)

  1. 배기가스(18) 내 산소 함량의 측정을 위해 이용되는 광대역 람다 프로브의 기준 채널(15)의 진단을 위한 방법이며, 펌프 셀(20)과 네른스트 셀(30)을 가진 하나 이상의 센서 부재(10)가 이용되고, 배기가스(18) 내 산소 함량의 측정을 위한 측정 모드에서 조절된 펌프 전류(102)가 펌프 셀(20)을 통해 흐르고, 그에 따라 측정 챔버(12)와 배기가스(18) 간에 산소 이온들의 교환이 달성되고, 그에 따라 측정 챔버(12) 내의 람다 값이 1의 값으로 세팅되고, 측정 챔버(12) 내의 람다 값은 네른스트 셀(30)을 통해 모니터링되며, 이를 위해 필요한 펌프 전류(102)의 값은 배기가스(18)의 산소 농도 및 결정될 람다 값에 좌우되고, 센서 부재(10)의 전극들이 광대역 람다 프로브를 제어 및 평가하기 위한 제어 유닛과 연결되고, 측정 모드 외에 하나 이상의 진단 모드도 제공되는, 광대역 람다 프로브의 기준 채널 진단 방법에 있어서,
    진단 모드 동안 펌프 전류 조절 회로에서 전환이 실행되며, 전압 측정을 통해 상기 기준 채널(15) 내 공기 기준의 품질 진단이 수행되는 것을 특징으로 하는, 광대역 람다 프로브의 기준 채널 진단 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 펌프 전류 조절 회로는, 높은 산소 농도를 갖는 2개의 위치 간 비교 측정이 가능하도록 센서 부재(10) 내 산소 농도가 변동되는 방식으로 변형되는 것을 특징으로 하는, 광대역 람다 프로브의 기준 채널 진단 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 진단을 위해 강한 음의 펌프 전류(102)가 설정되는 것을 특징으로 하는, 광대역 람다 프로브의 기준 채널 진단 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 네른스트 셀(30)에 대해 음의 조절 전압이 요구되는 것을 특징으로 하는, 광대역 람다 프로브의 기준 채널 진단 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 설정되는 네른스트 전압(101)이 거의 정상 값을 취한 진단 단계 동안 상기 네른스트 전압이 평가되며, 상기 네른스트 전압(101)이 +50㎷ 내지 +150㎷인 경우 온전한 공기 기준을 갖는 온전한 기준 채널(15)이 전제되고, 그에 비해 더 낮은 전압 또는 음의 전압이 설정되는 경우에는 오류가 있는 공기 기준이 전제되는 것을 특징으로 하는, 광대역 람다 프로브의 기준 채널 진단 방법.
  6. 제5항에 있어서, 오류가 검출된 경우, 기준 채널(15)에 공기 또는 산소를 집중적으로 채우기 위해 센서 부재(10)의 연결이 요구되는 한편, 진단 단계에 시간상 바로 근접하여 측정된 람다 값이 무효한 것으로서 표시되는 것을 특징으로 하는, 광대역 람다 프로브의 기준 채널 진단 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 측정된 네른스트 전압(101)은 특히 0 내지 500㎷의 범위에서 추가 조치들을 통해 검증되는 것을 특징으로 하는, 광대역 람다 프로브의 기준 채널 진단 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진단은 1초의 진단 기간 이내에 실행되는 것을 특징으로 하는, 광대역 람다 프로브의 기준 채널 진단 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진단 방법은 광대역 람다 프로브의 수명의 시작 시, 그리고/또는 수명 동안 특정 간격으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 광대역 람다 프로브의 기준 채널 진단 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진단은 주행 주기 동안 한 번, 특히 주행 주기의 시작 시 또는 종료 시 수행되는 것을 특징으로 하는, 광대역 람다 프로브의 기준 채널 진단 방법.
  11. 배기가스(18) 내 산소 함량의 측정을 위한 광대역 람다 프로브의 기준 채널(15)의 진단을 위한 장치이며, 펌프 셀(20)과 네른스트 셀(30)을 가진 하나 이상의 센서 부재(10)가 제공되고, 센서 부재(10)의 전극들이 광대역 람다 프로브를 제어 및 평가하기 위한 제어 유닛과 연결되는, 광대역 람다 프로브의 기준 채널 진단 장치에 있어서,
    상기 제어 유닛은 방법 청구항 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 장치들, 특히 펌프 셀(20)을 통과하는 펌프 전류(102)의 펌프 전류 조절의 변경을 위한 전환 장치들뿐만 아니라, 네른스트 셀(30)에서 네른스트 전압(101)을 평가하기 위한 비교기들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광대역 람다 프로브의 기준 채널 진단 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제어 유닛은 CJ 135 ASIC 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광대역 람다 프로브의 기준 채널 진단 장치.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013223049A1 (de) 2013-11-13 2015-05-13 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Diagnose einer Lambda-Sonde im laufenden Betrieb
DE102015225118A1 (de) * 2015-12-14 2017-06-14 Continental Automotive Gmbh Verfahren, Vorrichtung, System, Computerprogramm und Computerprogrammprodukt zur Diagnose eines Mischpotentialsensors
US10078033B2 (en) * 2016-01-20 2018-09-18 Ford Global Technologies, Llc Oxygen sensor element blackening detection
DE102016124328A1 (de) * 2016-12-14 2018-06-14 Dspace Digital Signal Processing And Control Engineering Gmbh Prüfstand zur Nachbildung der elektrischen Antwort einer Breitbandlambdasonde
DE102018208317A1 (de) * 2018-05-25 2019-11-28 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Diagnose von Abgassensoren
DE102018214958A1 (de) * 2018-09-04 2020-03-05 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Erkennen einer Vergiftung eines Abgassensors
DE102019215819A1 (de) * 2019-10-15 2021-04-15 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Breitbandlambdasonde

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR960700453A (ko) * 1993-12-03 1996-01-20 랄프 홀거 베렌스·패터 뢰저 혼합가스내의 람다값을 결정하기 위한 제한 전류 센서(Limit current sensor for determining the lambda value in gas mixtures)
US6818111B1 (en) * 1998-09-09 2004-11-16 Robert Bosch Gmbh Measurement sensor for determining an oxygen concentration in a gas mixture
JP2007147615A (ja) * 2005-11-28 2007-06-14 Robert Bosch Gmbh ワイドバンドのラムダゾンデにおけるガス組成の検知方法
US7461536B2 (en) * 2002-12-07 2008-12-09 Robert Bosch Gmbh Circuit arrangement for operating a gas sensor

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4333231A1 (de) * 1993-09-30 1995-04-06 Bosch Gmbh Robert Verfahren zum Betrieb einer Sauerstoffsonde mit interner Referenzatmosphäre
JP3520163B2 (ja) * 1996-09-30 2004-04-19 日本特殊陶業株式会社 酸素センサの制御方法及び装置
US6177001B1 (en) * 1998-06-12 2001-01-23 Panametrics, Inc. Internally calibrated oxygen sensor, method and system
DE19982982B8 (de) 1998-12-21 2007-03-15 Kabushiki Kaisha Riken Gassensor
DE102008001697A1 (de) 2008-05-09 2009-11-12 Robert Bosch Gmbh Auswerte- und Steuereinheit für eine Breitband-Lambdasonde
DE102008002734A1 (de) 2008-06-27 2009-12-31 Robert Bosch Gmbh Lambdasonde
DE102009045445A1 (de) * 2009-10-07 2011-04-14 Robert Bosch Gmbh Lambdasonden-Betriebsverfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE102010000663A1 (de) 2010-01-05 2011-07-07 Robert Bosch GmbH, 70469 Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung und Auswertung eines Abgassensors
DE102010030117A1 (de) 2010-06-15 2011-12-15 Robert Bosch Gmbh Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Gassonde
DE102010039188A1 (de) 2010-08-11 2012-02-16 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Erfassung einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR960700453A (ko) * 1993-12-03 1996-01-20 랄프 홀거 베렌스·패터 뢰저 혼합가스내의 람다값을 결정하기 위한 제한 전류 센서(Limit current sensor for determining the lambda value in gas mixtures)
US6818111B1 (en) * 1998-09-09 2004-11-16 Robert Bosch Gmbh Measurement sensor for determining an oxygen concentration in a gas mixture
US7461536B2 (en) * 2002-12-07 2008-12-09 Robert Bosch Gmbh Circuit arrangement for operating a gas sensor
JP2007147615A (ja) * 2005-11-28 2007-06-14 Robert Bosch Gmbh ワイドバンドのラムダゾンデにおけるガス組成の検知方法

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WO2014063903A1 (de) 2014-05-01
JP6096912B2 (ja) 2017-03-15
EP2912447A1 (de) 2015-09-02

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