DE102021202200A1

DE102021202200A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Minimierung der Beschädigung eines Sensors Für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102021202200A1
Application number: DE102021202200.6A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Kobayashi; Takayuki Shimizu
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2021-03-08
Filing date: 2021-03-08
Publication date: 2022-04-21

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Minimierung einer Beschädigung eines Sensors für ein Fahrzeug und betrifft insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von Wärme, um die Beschädigung des Sensors für das Fahrzeug zu minimieren. In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Minimierung einer Beschädigung eines Sensors für ein Fahrzeug offenbart, die eine erste Heizung, die an einem Ende eines länglichen Sensorelements befestigt ist und zur Erzeugung von Wärme zur Aktivierung des Sensorelements betrieben werden kann, und eine Steuereinheit aufweist, die zur Steuerung der ersten Heizung zur Erzeugung der Wärme betrieben werden kann. Die Vorrichtung umfasst ferner eine zweite Heizung, die an einer anderen Position als die erste Heizung angeordnet ist und zur Erzeugung der Wärme betrieben werden kann. Die Steuereinheit ist ferner bedienbar, um die zweite Heizung zu steuern, um die Wärme zu erzeugen, bis eine Gastemperatur, die die Vorrichtung umgibt, eine Temperatur größer als eine Taupunkttemperatur erreicht hat.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Minimierung einer Beschädigung eines Sensors für ein Fahrzeug und betrifft insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von Wärme, um die Beschädigung des Sensors für das Fahrzeug zu minimieren.
HINTERGRUND
Die nachfolgende Erörterung des Hintergrunds soll lediglich ein Verständnis der vorliegenden Erfindung erleichtern. Es sei darauf hingewiesen, dass die Erörterung keine Anerkennung oder ein Eingeständnis ist, dass eines der genannten Materialien zum Prioritätstag der vorliegenden Erfindung in einer Gerichtsbarkeit veröffentlicht, bekannt oder Teil des allgemeinen Fachwissens des Fachmanns war.
Ein Abgassensor wie ein Stickoxidsensor (auch als „NOx-Sensor“ bezeichnet) oder ein Sauerstoffsensor ist ein Sensor zur Erkennung von Stickoxiden oder Sauerstoff in Verbrennungsumgebungen wie einem Fahrzeug. Der Abgassensor, der ein Sensorelement (z.B. keramisches Sensorelement) enthält, wird aktiviert, wenn eine Temperatur des Sensorelements auf eine bestimmte hohe Temperatur (z.B. 800°C) erwärmt wird.
Die Wärme wird von einer Heizung (z. B. einer elektrischen Heizung) erzeugt, die im Sensor oder mit dem Sensor platziert wird, und die Heizung wird von einer Steuereinheit für den Sensor gesteuert. Die Heizung befindet sich in einem Bereich, der notwendig ist, um die Sensorfunktion des Sensorelements zu aktivieren. Typischerweise wird die Heizung auf einer begrenzten Fläche platziert. Beispielsweise befindet sich die Heizung an einem Ende des Sensorelements.
Während jedoch die Temperatur des den Sensor umgebenden Gases nicht eine Temperatur größer als eine Taupunkttemperatur (z. B. 100°C) erreicht hat, kann das Kondenswasser in einer Sensorschutzabdeckung, einem Sensorelement, einem Isolator und in einem Sensorkörper erzeugt werden. Zum Beispiel kann das kondensierte Wasser bis zu einer Oberfläche des Sensorelements gelangen und sich zu einem Kontaktabschnitt mit Leitungsdrähten bewegen, der sich auf der gegenüberliegenden Seite einer Spitze des Sensorelements befindet. Das kondensierte Wasser am Kontaktabschnitt kann eine Beschädigung (z.B. Korrosion) des Sensorelements verursachen.
Während die Heizung auf eine normale Betriebstemperatur (z. B. 800°C) angesteuert wird, kann das Sensorelement durch einen thermischen Schock beschädigt (z. B. reißen) werden, wenn das Kondenswasser, das in einem Auspuffrohr oder in der Sensorschutzabdeckung vorhanden ist, gespritzt und zum Sensorelement gelangt.
Daher ist es notwendig, solche Schäden zu vermeiden, einschließlich physischer Schäden und/oder Funktionsfehler am Sensorelement. Vor diesem Hintergrund besteht die Notwendigkeit, eine Lösung bereitzustellen, die die genannten Bedürfnisse zumindest teilweise erfüllt.
ZUSAMMENFASSUNG
In der gesamten Spezifikation, sofern der Kontext nichts anderes erfordert, wird das Wort „umfassen“ oder Variationen wie „umfasst“ oder „umfassend“ so verstanden, dass es die Einbeziehung einer angegebenen ganzen Zahl oder Gruppe von ganzen Zahlen impliziert, aber nicht den Ausschluss einer anderen ganzen Zahl oder Gruppe von ganzen Zahlen.
Darüber hinaus wird in der gesamten Spezifikation, sofern der Kontext nichts anderes erfordert, das Wort „einschließen“ oder Variationen wie „einschließlich“ oder „einschließlich“ so verstanden, dass es die Einbeziehung einer angegebenen ganzen Zahl oder Gruppe von ganzen Zahlen impliziert, aber nicht den Ausschluss einer anderen ganzen Zahl oder Gruppe von ganzen Zahlen.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, das den vorgenannten Bedarf zumindest teilweise erfüllt.
Die technische Lösung wird in Form einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur Minimierung einer Beschädigung eines Sensors für ein Fahrzeug bereitgestellt. Die Vorrichtung besteht aus einer Hauptheizung (im Folgenden als „erste Heizung“ bezeichnet), die zur Erzeugung der Wärme zur Aktivierung des Sensorelements betrieben werden kann. Die Vorrichtung umfasst ferner eine zusätzliche Heizung (im Folgenden als „zweite Heizung“ bezeichnet), die betrieben werden kann, um die Wärme zu erzeugen, bis die Temperatur des die Vorrichtung umgebenden Gases eine Temperatur erreicht hat, die beispielsweise größer ist als eine Taupunkttemperatur. Es kann festgehalten werden, dass die zweite Heizung neben der ersten Heizung angeordnet ist.
Daher können die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die Wärme aus verschiedenen Positionen erzeugen, wenn die umgebende Gastemperatur (einschließlich der Innentemperatur einer Sensorschutzabdeckung, eines Sensorelements, eines Isolators und innerhalb eines Sensorkörpers) eine Temperatur größer als die Taupunkttemperatur nicht erreicht hat. Die von der zweiten Heizung erzeugte Wärme kann das kondensierte Wasser an einer Position trocknen, die die von der ersten Heizung erzeugte Wärme nicht erreicht, oder an umgebenden Materialien wie einer Schutzabdeckung oder einem Metallgehäuse oder sogar eine Erzeugung des Kondenswassers vermeiden. Daher können die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die Beschädigung (einschließlich physikalischer Beschädigung und/oder Funktionsversagen) wie Korrosion oder Riss des Sensorelements durch Trocknen des Kondenswassers durch die zweite Heizung vermeiden.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Minimierung einer Beschädigung eines Sensors für ein Fahrzeug offenbart, bestehend aus einer ersten Heizung, die an einem Ende eines länglichen Sensorelements befestigt ist und zur Erzeugung von Wärme zur Aktivierung des Sensorelements betrieben werden kann, und einer Steuereinheit, die zur Steuerung der ersten Heizung zur Erzeugung der Wärme betrieben werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner eine zweite Heizung aufweist, die an einer anderen Position als der Position der ersten Heizung angeordnet ist und zur Erzeugung der Wärme betrieben werden kann, und die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet ist, die zweite Heizung zu steuern, um die Wärme zu erzeugen, bis eine Gastemperatur, die die Vorrichtung umgibt, eine Temperatur größer als die Taupunkttemperatur erreicht hat.
In einigen Ausführungsformen wird die zweite Heizung auf eine Schicht des Sensorelements gedruckt.
In einigen Ausführungsformen ist die zweite Heizung auf eine Zirkonoxidschicht des Sensorelements gedruckt.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinheit bedienbar, um zu steuern, um eine Spannung auf der zweiten Heizung an eine Erde zu liefern, um die Wärme zu erzeugen.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinheit bedienbar, um die Temperatur der ersten Heizung zu überprüfen.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinheit bedienbar, um die erste Heizung zur Erzeugung der Wärme und die zweite Heizung zur Erzeugung der Wärme anzutreiben, bis die Temperatur des Gases auf die Temperatur über der Taupunkttemperatur erreicht ist; und um die erste Heizung anzutreiben, um die Wärme zu erzeugen und die zweite Heizung zu steuern, um die Wärme nicht zu erzeugen, nachdem die Temperatur des Gases auf die Temperatur höher als die Taupunkttemperatur erreicht ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst die zweite Heizung eine Steuervorrichtung; und die Steuereinheit ist betriebsfähig, um die erste Heizung zur Erzeugung der Wärme anzutreiben und die zweite Heizung zu steuern, um die Wärme zu erzeugen, nachdem die Temperatur des Gases auf die Temperatur höher als die Taupunkttemperatur erreicht wurde, und die Steuervorrichtung ist betriebsfähig, um die zweite Heizung zu steuern, um die Wärme zu erzeugen, bis die Temperatur des Gases auf die Temperatur höher als die Taupunkttemperatur erreicht ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung ferner ein Gerät, das zusammen mit dem Sensorelement ausgebildet und zur Überwachung eines elektrischen Widerstands der ersten Heizung und der zweiten Heizung bedienbar ist.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Minimierung einer Beschädigung eines Sensors einer Vorrichtung für ein Fahrzeug offenbart, mit einem Steuern einer ersten Heizung, die an einem Ende eines länglichen Sensorelements befestigt ist, um Wärme zu erzeugen, einem Erzeugen von Wärme mittels der ersten Heizung zur Aktivierung eines Sensorelements, einem Steuern einer zweiten Heizung, die an einer anderen Position als die erste Heizung angeordnet ist, um die Wärme zu erzeugen, bis eine Gastemperatur, die die Vorrichtung umgibt, eine Temperatur erreicht hat, die größer ist als eine Taupunkttemperatur, und einem Erzeugen von Wärme mittels der zweiten Heizung bis die Temperatur des Gases eine Temperatur oberhalb der Taupunkttemperatur erreicht hat.
In einigen Ausführungsformen wird die zweite Heizung auf eine Schicht auf dem Sensorelement gedruckt.
In einigen Ausführungsformen ist die zweite Heizung auf die Zirkonoxidschicht auf dem Sensorelement gedruckt.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner den Schritt des Anlegens einer Spannung an der zweiten Heizung zur Masse, um die Wärme zu erzeugen.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner einen Schritt zur Überprüfung der Temperatur der ersten Heizung.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner Schritte von: Betreiben der ersten Heizung zur Erzeugung der Wärme und die zweite Heizung zur Erzeugung der Wärme, bis die Temperatur des Gases eine Temperatur größer als die Taupunkttemperatur erreicht hat, und Antreiben der ersten Heizung, um die Wärme zu erzeugen und Steuern der zweiten Heizung, um die Wärme nicht zu erzeugen, nachdem die Temperatur des Gases eine Temperatur größer als die Taupunkttemperatur erreicht hat.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin Schritte von: antreiben der ersten Heizung, um die Wärme zu erzeugen und die zweite Heizung zu steuern, um die Wärme zu erzeugen, nachdem die Temperatur des Gases auf die Temperatur höher als die Taupunkttemperatur erreicht ist, und die zweite Heizung zu steuern, um die Wärme zu erzeugen, bis die Temperatur des Gases auf die Temperatur höher als die Taupunkttemperatur erreicht ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner ein Überwachen, mittels des Geräts, das zusammen mit dem Sensorelement ausgebildet ist, einen elektrischen Widerstand der ersten Heizung und der zweiten Heizung.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Sensor für ein Fahrzeug offenbart, umfassend ein längliches Sensorelement, eine erste Heizung, die an einem Ende des länglichen Sensorelements befestigt und zur Erzeugung von Wärme zur Aktivierung des Sensorelements betrieben werden kann, und eine Steuereinheit, die zur Steuerung der ersten Heizung zur Erzeugung der Wärme betrieben werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ferner eine zweite Heizung umfasst, die an einer anderen Position als die erste Heizung angeordnet ist und zur Erzeugung der Wärme betrieben werden kann, und die Steuereinheit ist weiterhin dazu ausgebildet, die zweite Heizung zu steuern, um die Wärme zu erzeugen, bis eine den Sensor umgebende Gastemperatur eine Temperatur erreicht hat, die größer ist als eine Taupunkttemperatur.
In einigen Ausführungsformen erwärmt sich die zweite Heizung kontinuierlich, bis das kondensierte Wasser in der Sensorschutzabdeckung, im Sensorelement, im Isolator und in einem Sensorkörper getrocknet ist.
Andere Aspekte der Erfindung werden für den Fachmann nach Durchsicht der folgenden Beschreibung spezifischer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen für den Fachmann offensichtlich.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird nun nur noch exemplarisch unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

1 ein Blockdiagramm gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
2 ein Querschnittsdiagramm gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
3 ein Querschnittsdiagramm gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
4 ein Flussdiagramm gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.

Andere Anordnungen der vorliegenden Erfindung sind möglich und folglich sind die beigefügten Zeichnungen nicht so zu verstehen, dass sie die Allgemeingültigkeit der vorstehenden Beschreibung der Erfindung ersetzen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM
1 ist ein Blockdiagramm gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist ein Querschnittsdiagramm gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Eine Vorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Hauptheizung 121 (im Folgenden als „erste Heizung“ bezeichnet) und eine Steuereinheit 140. In einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtung 100 weiterhin ein Sensorelement 110 enthalten. In einigen anderen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung 100 nicht das Sensorelement 110 und kann mit einem Sensor (nicht gezeigt) einschließlich des Sensorelements 110 installiert sein. Der Sensor (nicht abgebildet) kann ein Abgassensor wie ein Stickoxidsensor (auch als „NOx-Sensor“ bezeichnet) oder ein Sauerstoffsensor sein, um Stickoxide oder Sauerstoff in Verbrennungsumgebungen wie dem Fahrzeug zu erkennen.
Das Sensorelement 110 (auch „Sensorsonde“ genannt) ist bedienbar, um einen Reiz zu empfangen und auf ihn in einer unverwechselbaren Weise zu reagieren. Das Sensorelement 110 kann in Form eines keramischen Sensorelements 110 vorliegen. Obwohl nicht gezeigt, kann das Sensorelement 110 zwei Leitungen enthalten. H+-Leitung (nicht abgebildet) kann an die Heizung + (Plus-) Seite (auch als „H+-Stromkreis“ bezeichnet) angeschlossen werden und H--Leitung (nicht abgebildet) kann an die Heizung - (Minus-) Seite angeschlossen werden (auch als „H--Stromkreis“ bezeichnet). Die H+-Leitung und die H--Leitung können Leitungsstrukturen sein (Platin in das Sensorelement 110 eingelegt).
Der H+-Stromkreis ist mit einer Hochleistungspotentialseite verbunden (z. B. Heizungsausgang des Reglers). Der Strom fließt durch den H+-Stromkreis über den in 2 dargestellten Teil des ersten Bereichs (A) zum H-Stromkreis. Da der elektrische Widerstand eines Teils des ersten Bereichs (A) höher ist als der Rest des Elementbereichs, wird die Wärme im ersten Bereich (A) erzeugt. Die H-Schaltung ist eine Seite mit geringem Leistungspotential (z. B. eine Masse).
Die erste Heizung 121 ist betriebsfähig, um die Wärme zur Aktivierung des Sensorelements 110 zu erzeugen. Wie in 2 gezeigt, kann die erste Heizung 121 an einem Ende des Sensorelements 110 befestigt sein.
Die erste Heizung 121 kann Anweisungen von der Steuereinheit 140 erhalten und die Wärme bis zu einer bestimmten hohen Temperatur (z. B. 800°C) gemäß den Anweisungen erzeugen.
Die Vorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ferner eine Zusatzheizung 122 (im Folgenden als „zweite Heizung“ bezeichnet). Die zweite Heizung 122 ist dazu ausgebildet, Wärme zu erzeugen. Wie in 2 gezeigt, kann die zweite Heizung 122 an einer anderen Position als der ersten Heizung 121 angeordnet sein.
Die zweite Heizung 122 kann Anweisungen von der Steuereinheit 140 erhalten und die Wärme gemäß den Anweisungen erzeugen.
In einigen Ausführungsformen wird die zweite Heizung 122 auf eine Schicht auf das Sensorelement 110 gedruckt. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Heizung 122 auf die Zirkonoxidschicht auf das Sensorelement 110 gedruckt. Es sei darauf hingewiesen, dass, um die zweite Heizung 122 mit dem gleichen Sensorelement 110 auszustatten, die zweite Heizung 122 auf die andere Schicht als die erste Heizung 121 gedruckt werden kann.
Obwohl nicht gezeigt, kann die Vorrichtung 100 weiterhin ein Gerät130 (nicht gezeigt) umfassen. Das Gerät 130 ist betriebsfähig, um einen elektrischen Widerstand der ersten Heizung 121 zu überwachen. Es kann geschätzt werden, dass das Gerät 130 Anweisungen von der Steuereinheit 140 erhalten und den elektrischen Widerstand der ersten Heizung 121 überwachen kann.
Die Steuereinheit 140 kann mit einem eingebetteten System in der Automobilelektronik arbeiten, das eines oder mehrere elektrische Systeme oder Subsysteme im Fahrzeug steuert. In einigen Ausführungsformen steuert die Steuereinheit 140 mindestens eine der ersten Heizungen 121 und die zweite Heizung 122. In einigen anderen Ausführungsformen umfasst die Steuereinheit 140 eine Steuereinheit (z.B. Sensorsteuereinheit) und die Steuereinheit steuert mindestens eine der ersten Heizungen 121 und die zweite Heizung 122. In einigen anderen Ausführungsformen umfasst die Steuereinheit 140 eine Vielzahl von Steuereinheiten, und eine Steuereinheit steuert die erste Heizung 121 und eine andere Steuereinheit steuert die zweite Heizung 122. In einigen anderen Ausführungsformen umfasst die Steuereinheit 140 eine Vielzahl von Steuermerkmalen, und ein Steuermerkmal steuert die erste Heizung 121 und die zweite Heizung 122.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Sensorelement 110, die erste Heizung 121, die zweite Heizung 122 und das Gerät 130 mit der Steuereinheit 140 verbunden sind, wie in 1 dargestellt. Beispielsweise kann die Steuereinheit 140 den Sensorwert durch mindestens eines der Sensorelemente 110, die erste Heizung 121, die zweite Heizung 122 und das Gerät 130 messen.
Die Steuereinheit 140 ist betriebsfähig, um mindestens eine der ersten Heizungen 121 und die zweite Heizung 122 zu steuern. In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinheit 140 bedienbar, um die Temperatur der ersten Heizung 121 zu überprüfen. Die Steuereinheit 140 ist bedienbar, um mindestens eine der ersten Heizungen 121 und die zweite Heizung 122 zu steuern.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinheit 140 bedienbar, um die erste Heizung 121 zur Erzeugung der Wärme zu steuern.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinheit 140 bedienbar, um die zweite Heizung 122 zur Erzeugung der Wärme zu steuern, bis die Temperatur des Gases, das die Vorrichtung 100 umgibt (einschließlich der Innenseite einer Sensorschutzabdeckung, eines Sensorelements, eines Isolators und innerhalb eines Sensorkörpers) (im Folgenden als „umgebendes Gas“ bezeichnet) auf die Temperatur erreicht wird, die höher ist als die Taupunkttemperatur. Zum Beispiel ist die Steuereinheit 140 bedienbar, um zu steuern, um eine Spannung an die Erde durch die zweite Heizung 122 zu liefern, um die Wärme zu erzeugen, bis die Temperatur des umgebenden Gases auf die Temperatur höher als die Taupunkttemperatur erreicht ist.
Zum Beispiel ist die Steuereinheit 140 betriebsfähig, um die erste Heizung 121 zur Erzeugung der Wärme und die zweite Heizung 122 zur Erzeugung der Wärme anzutreiben, bis die Temperatur des umgebenden Gases auf die Temperatur über der Taupunkttemperatur erreicht ist (im Folgenden als „Vorheizmodus“ bezeichnet). Während des Vorheizmodus ist die Steuereinheit 140 betriebsfähig, um die Spannung von der zweiten Heizung 122, beispielsweise an die Masse bzw. Erdung, zu liefern, so dass die zweite Heizung 122 die Wärme erzeugen kann.
Die Steuereinheit 140 ist betriebsfähig, um die erste Heizung 121 zur Erzeugung der Wärme anzutreiben und die zweite Heizung 122 zu steuern, um die Wärme nicht zu erzeugen, nachdem das Umgebungsgas die Temperatur erreicht hat, die höher als die Taupunkttemperatur ist (im Folgenden als „Normalmodus“ bezeichnet). Daher wird die zweite Heizung 122 normalerweise während des Vorheizbetriebs und nicht im Normalbetrieb betrieben. In einigen Ausführungsformen kann, wenn es benötigt wird, die zweite Heizung 122 die Wärme während des normalen Modus erzeugen.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinheit 140 bedienbar, um die erste Heizung 121 und die zweite Heizung 122 abwechselnd oder im gleichen Zeitpunkt in einem vorgegebenen Zeitintervall anzutreiben, bis die Temperatur des umgebenden Gases auf die Temperatur höher als die Taupunkttemperatur (d. h. Vorheizmodus) erreicht ist. Beispielsweise beträgt das vorgegebene Zeitintervall 5 ms. Daher wird jede Heizung (d. h. die erste Heizung 121 und die zweite Heizung 122) während des Vorheizmodus alle 5 ms betrieben. [Tabelle 1: Beispiele für die Temperatur der ersten Heizung und der zweiten Heizung]

Erste Heizung 121 Zweite Heizung 122

Vorheizmodus (vor dem Taupunkt) 25 bis 200°C 100°C

Normalmodus (nach dem Taupunkt) 800 °C Ausschalten oder 100°C
Wie oben gezeigt, können während des Vorheizmodus sowohl die erste Heizung 121 als auch die zweite Heizung 122 die Wärme erzeugen. Es kann geschätzt werden, dass die erste Heizung 121 und die zweite Heizung 122 arbeiten können, um die Wärme abwechselnd oder im gleichen Zeitpunkt im vorgegebenen Zeitintervall zu erzeugen. Während des normalen Modus kann die erste Heizung 121 die Wärme erzeugen und die zweite Heizung 122 erzeugt die Wärme nicht. In einigen anderen Ausführungsformen kann während des normalen Betriebs die zweite Heizung 122 die Wärme erzeugen. Während des normalen Betriebs kann die Temperatur der ersten Heizung 121 etwa 800°C erreichen. Die Heizfunktion der zweiten Heizung 122 kann im Normalbetrieb ausgeschaltet oder deaktiviert sein. In einigen anderen Ausführungsformen kann während des normalen Modus die Heizfunktion der zweiten Heizung 122 weiterhin die Wärme erzeugen. Zum Beispiel kann die zweite Heizung 122 das Kondenswasser trocknen, das sich in einer Sensorschutzabdeckung, einem Sensorelement, einem Isolator und in einem Sensorkörper befindet.
Wie in 2 gezeigt, kann die H+-Leitung im Normalmodus die Spannung über die erste Heizung 121 an die Erdung liefern, so dass die erste Heizung 121 die Wärme erzeugen kann. Die H--Leitung kann als Masse bzw. Erdung verwendet werden. Da die erste Heizung 121 die Wärme erzeugen kann, kann ein erster Bereich (A) im Normalmodus beheizt werden. Da die Temperatur der ersten Heizung 121 im Normalmodus hoch ist (z. B. 800°C), kann ein zweiter Bereich (B) auch irgendwie durch Thermophorese aus dem ersten Bereich (A) erwärmt werden.
Da die erste Heizung 121 und die zweite Heizung 122 die Wärme abwechselnd oder im gleichen Zeitpunkt im vorgegebenen Zeitintervall erzeugen können, können sowohl der erste Bereich (A) als auch der zweite Bereich (B) während des Vorheizbetriebs erwärmt werden. Es kann festgehalten werden, dass der erste Bereich (A) durch die erste Heizung 121 und der zweite Bereich (B) durch die zweite Heizung 122 beheizt werden kann.
Daher kann die Vorrichtung 100 die Wärme aus verschiedenen Positionen während des Vorheizmodus erzeugen. Die von der zweiten Heizung 122 erzeugte Wärme kann das kondensierte Wasser an einer Position trocknen, die die von der ersten Heizung 121 erzeugte Wärme nicht erreicht, oder an umgebenden Bauteilen, wie einer Schutzabdeckung 160 oder einem Metallgehäuse 150. Daher kann die Vorrichtung 100 die Beschädigung (einschließlich physikalischer Beschädigung und/oder Funktionsversagen) wie Korrosion oder Riss des Sensorelements 110 vermeiden, indem das Kondenswasser durch die zweite Heizung 122 getrocknet wird.
3 ist ein Querschnittsdiagramm gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Vorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Sensorelement 110, die erste Heizung 121 und die zweite Heizung 122.
Die erste Heizung 121 kann sich an einem Ende des Sensorelements 110 befinden. Beispielsweise kann sich die erste Heizung 121 an einem vorderen Ende des Sensorelements 110 befinden. Die zweite Heizung 122 kann an einer anderen Stelle als der ersten Heizung 121 ausgerüstet sein, so dass die zweite Heizung 122 nicht mit der ersten Heizung 121 überlappt wird und somit die erste Heizung 121 und die zweite Heizung 122 jeweils unterschiedliche Bereiche in der Vorrichtung 100 beheizen können.
Wie in 3 gezeigt, kann die zweite Heizung 122 auf eine Schicht des Sensorelements 122 gedruckt sein. Beispielsweise ist die zweite Heizung 122 auf die Zirkonoxidschicht auf dem Sensorelement 110 gedruckt.
In Anbetracht der Tatsache, dass die erste Heizung 121 einen Bereich des Sensorelements 110 erwärmen kann, in dem die erste Heizung 121 vorhanden ist, kann die Kondensation auf oder in der Nähe des Bereichs verhindert werden. Darüber hinaus kann die zweite Heizung 122 einen anderen Bereich des Sensorelements 110 beheizen, in dem die erste Heizung 121 nicht vorhanden ist, die Kondensation auf oder in der Nähe des anderen Bereichs kann ebenfalls verhindert werden.
4 ist ein Flussdiagramm gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Erstens kann die Steuereinheit 140 die erste Heizung 121 zur Erzeugung der Wärme (S110) steuern. In einigen Ausführungsformen kann die erste Heizung 121 an einem Ende des länglichen Sensorelements 110 ausgestattet sein.
Die erste Heizung 121 kann die Wärme erzeugen, um ein Sensorelement 110 (S120) zu aktivieren. Sobald die erste Heizung 121 die Wärme erzeugt, kann das Sensorelement 110 aktiviert werden, um einen Reiz zu empfangen und auf unverwechselbare Weise darauf zu reagieren.
Die Steuereinheit 140 kann die zweite Heizung 122 ansteuern, um die Wärme zu erzeugen, bis die Temperatur des umgebenden Gases auf eine Temperatur erreicht ist, die höher ist als die Taupunkttemperatur (S130). In einigen Ausführungsformen wird die zweite Heizung 122 auf eine Schicht auf das Sensorelement 110 gedruckt. Beispielsweise ist die zweite Heizung 122 auf die Zirkonoxidschicht auf dem Sensorelement 110 gedruckt.
In einigen Ausführungsformen kann die Steuereinheit 140 die Temperatur der ersten Heizung 121 überprüfen.
Die zweite Heizung 122 kann die Wärme erzeugen, bis die Temperatur des umgebenden Gases auf eine Temperatur über der Taupunkttemperatur (S140) erreicht ist.
Wird die Temperatur des Umgebungsgases nicht auf eine Temperatur erreicht, die über der Taupunkttemperatur liegt, kann die Steuereinheit 140 sowohl die erste Heizung 121 als auch die zweite Heizung 122 steuern, um die Wärme zu erzeugen. In einigen Ausführungsformen können die erste Heizung 121 und die zweite Heizung 122 die Wärme alternativ oder zeitgleich erzeugen.
Wird die Temperatur des Umgebenden Gases auf eine Temperatur erreicht, die höher als die Taupunkttemperatur ist, kann die Steuereinheit 140 die erste Heizung 121 zur Erzeugung der Wärme und die zweite Heizung 122 zur Nichterzeugung der Wärme steuern. Beispielsweise kann die Steuereinheit 140 die Heizfunktion der zweiten Heizung 122 abschalten oder deaktivieren.
In einigen anderen Ausführungsformen kann die zweite Heizung 122 eine Steuervorrichtung (nicht gezeigt) umfassen. Die Steuereinheit 140 ist betriebsbereit, um die erste Heizung 121 zur Erzeugung der Wärme anzutreiben und die zweite Heizung 122 zur Erzeugung der Wärme zu steuern, nachdem die Temperatur des umgebenden Gases auf eine Temperatur über der Taupunkttemperatur erreicht wurde. Die in der zweiten Heizung 122 enthaltene Steuervorrichtung kann die zweite Heizung 122 ansteuern, um die Wärme zu erzeugen, bis die Temperatur des umgebenden Gases auf die Temperatur über der Taupunkttemperatur erreicht ist. Beispielsweise kann die Steuereinheit 140 die in der zweiten Heizung 122 enthaltene Steuervorrichtung ansteuern.
In einigen anderen Ausführungsformen kann sich die zweite Heizung 122 kontinuierlich erwärmen, bis das kondensierte Wasser innerhalb der Sensorschutzabdeckung, des Sensorelements, des Isolators und innerhalb eines Sensorkörpers getrocknet ist.
Während die vorliegende Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen derselben gezeigt und beschrieben wurde, wird es von den Fachmannen verstanden, dass darin verschiedene Änderungen in Form und Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung im Sinne der beigefügten Ansprüche abzuweichen. Dies ist jedoch lediglich eine exemplarische Ausführungsform, und der Fachmann wird erkennen, dass verschiedene Modifikationen und Äquivalente im Lichte der oben genannten Ausführungsformen möglich sind.
Bezugszeichenliste

100: Vorrichtung
110: Sensorelement
121: erste Heizung
122: zweite Heizung
130: Gerät
140: Steuereinheit
150: Metallgehäuse
160: innere Schutzhülle
A: erster Bereich
B: zweiter Bereich

Claims

Vorrichtung zur Minimierung der Beschädigung eines Sensors für ein Fahrzeug, bestehend aus: einer ersten Heizung, die an einem Ende eines länglichen Sensorelements befestigt und zur Erzeugung von Wärme zur Aktivierung des Sensorelements betrieben werden kann, und einer Steuereinheit, die zur Steuerung der ersten Heizung zur Erzeugung der Wärme betrieben werden kann, dadurch gekennzeichnet ist, dass: die Vorrichtung ferner eine zweite Heizung umfasst, die an einer anderen Position als die erste Heizung angeordnet ist und zur Erzeugung der Wärme betätigt werden kann, und die Steuereinheit ferner dazu betrieben werden kann, um die zweite Heizung zu steuern, um die Wärme zu erzeugen, bis eine Gastemperatur, die die Vorrichtung umgibt, eine Temperatur erreicht, die größer ist als eine Taupunkttemperatur.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Heizung auf eine Schicht des Sensorelements gedruckt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die zweite Heizung auf die Zirkonoxidschicht des Sensorelements gedruckt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 und 3, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, eine Spannungszufuhr an die zweite Heizung zu einer Masse zu steuern, um die Wärme zu erzeugen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Steuereinheit zur Überprüfung der Temperatur der ersten Heizung betrieben werden kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Steuereinheit betrieben werden kann, um die erste Heizung zur Erzeugung der Wärme und die zweite Heizung zur Erzeugung der Wärme zu betreiben, bis die Temperatur des Gases eine Temperatur oberhalb der Taupunkttemperatur erreicht, und um die erste Heizung zu betreiben, um die Wärme zu erzeugen und die zweite Heizung zu steuern, um die Wärme nicht zu erzeugen, nachdem die Temperatur des Gases eine Temperatur größer als die Taupunkttemperatur erreicht hat.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die zweite Heizung eine Steuervorrichtung enthält, und wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, die erste Heizung zur Erzeugung der Wärme zu betreiben und die zweite Heizung zur Erzeugung der Wärme zu steuern, nachdem die Temperatur des Gases eine Temperatur oberhalb der Taupunkttemperatur erreicht hat, und wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, die zweite Heizung zu steuern, um die Wärme zu erzeugen, bis die Temperatur des Gases eine Temperatur größer als die Taupunkttemperatur erreicht hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, ferner mit einem Gerät, das zusammen mit dem Sensorelement ausgebildet und zur Überwachung eines elektrischen Widerstands der ersten Heizung und der zweiten Heizung betrieben werden kann.
Verfahren zur Minimierung der Beschädigung eines Sensors eines Geräts für ein Fahrzeug, das folgende Schritte umfasst: Steuern einer ersten Heizung, die an einem Ende eines länglichen Sensorelements befestigt ist, um Wärme zu erzeugen; Erzeugen der Wärme durch die erste Heizung zur Aktivierung des Sensorelements; Steuern einer zweiten Heizung, die an einer anderen Position als die erste Heizung angeordnet ist, um Wärme zu erzeugen, bis eine Gastemperatur, die die Vorrichtung umgibt, eine Temperatur erreicht, die größer ist als eine Taupunkttemperatur; und Erzeugen von Wärme mit der zweiten Heizung, bis die Temperatur des die Vorrichtung umgebenden Gases eine Temperatur erreicht, die größer ist als die Taupunkttemperatur.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die zweite Heizung auf einer Schicht des Sensorelements gedruckt ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die zweite Heizung auf die Zirkonoxidschicht des Sensorelements gedruckt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 und 11, ferner mit dem Schritt des Anlegens einer Spannung an der zweiten Heizung zur Masse, um die Wärme zu erzeugen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, ferner mit dem Schritt: Überprüfen der Temperatur der ersten Heizung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, ferner mit den Schritten: Betreiben der ersten Heizung zur Erzeugung der Wärme und der zweiten Heizung zur Erzeugung der Wärme, bis die Temperatur des Gases eine Temperatur oberhalb der Taupunkttemperatur erreicht, und Betreiben der ersten Heizung, um die Wärme zu erzeugen, und Steuern der zweiten Heizung, um die Wärme nicht zu erzeugen, nachdem die Temperatur des Gases eine Temperatur größer als die Taupunkttemperatur erreicht hat.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner mit den Schritten: Betreiben der ersten Heizung zur Erzeugung der Wärme und Steuern der zweiten Heizung zur Erzeugung der Wärme, nachdem die Temperatur des Gases eine Temperatur oberhalb der Taupunkttemperatur erreicht hat, und Steuern der zweiten Heizung, um die Wärme zu erzeugen, bis die Temperatur des Gases eine Temperatur größer als die Taupunkttemperatur erreicht hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, ferner mit dem Schritt des Überwachens durch ein zusammen mit dem Sensorelement ausgebildetes Gerät eines elektrischen Widerstands der ersten Heizung und der zweiten Heizung.