JP4334637B2 - ガスセンサとくに内燃機関用のλセンサの機能モニタ方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体分子を検出するセンサセラミック（ネルンストセル）とセンサヒータとを有するガスセンサ、とくに内燃機関用のλセンサの機能モニタ方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関に供給される空気／燃料混合物の所定の空燃比を保持するために、その制御量を内燃機関の排気ガス系統内に配置されたガスセンサ、とくにλセンサまたはＨＣセンサにより保持する制御方法および装置が既知である。これらの制御は一般に、空気／燃料混合物の組成をあらかじめ概略制御する混合物制御装置に重ねられる。このような制御装置が異常なく機能するための前提条件は、ガスセンサが異常なく作動することである。
【０００３】
米国連邦のカリフォルニア州の規則によりならびに米国連邦規則により、内燃機関のすべての排気ガス関連構成部品、たとえば噴射装置、触媒等の機能は、運転中に自動車搭載手段を用いてモニタリングされなければならない（オンボード診断、ＯＢＤ）。
【０００４】
たいていの既知のガスセンサ、たとえばλセンサまたはＨＣセンサにおいて、その機能性は所定の運転温度以上においてはじめて保証される。
【０００５】
したがって、ネルンストタイプのこのようなガスセンサにおいては、内燃機関の低温始動過程および暖機過程の間にセンサがまず加熱され、これにより必要な動作温度が早めに達成される。排気ガスセンサの機能すなわちネルンストセルの機能のみでなくセンサヒータの機能もまた排気ガス関連変数であるので、そのモニタリングはＯＢＤの範囲内で必要である。
【０００６】
国際特許出願第９１／０３６３６号から、追加のセンサまたはケーブルを必要とすることなくセンサヒータのモニタリングを可能にする、排気ガスセンサヒータおよびその供給ケーブル系統の機能性の検査方法および装置が既知である。
【０００７】
この方法およびこの装置においては、センサヒータのみのモニタリングは可能であるが、センサそれ自身の機能のモニタリングが可能でないことが問題である。
【０００８】
さらに国際特許出願第９１／１６６３７号から、たとえばセンサヒータのモニタリングのためにも使用可能な、電気／電子スイッチ（出力段）、それに接続された消費部品、その操作装置および装置結合ラインの機能モニタリング装置が既知である。しかしながら、この装置もまたセンサヒータのモニタリングのみは行うが、本来のセンサそれ自身のモニタリングは行っていない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、センサヒータのモニタリングが可能であるばかりでなく、技術的にできるだけ簡単な方法でさらにガス分子を検出するセンサセラミックすなわちネルンストセルのモニタリングもまた達成されるように、ガスセンサ、とくに内燃機関用のλセンサのこの種の機能モニタ方法および装置を改良することが本発明の課題である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この課題は、ガスセンサ、とくに内燃機関用のλセンサの機能モニタ方法において、センサセラミックの内部抵抗が測定され、検出すべきガスの温度およびセンサヒータの加熱電力の関数として求められた目標値と比較され、測定値が目標値を超えたときにエラー信号が発生されおよび／または出力されおよび／または記憶されることにより解決される。
【００１１】
この方法は、センサセラミックの内部抵抗のみが測定されかつ内燃機関において測定された検出すべきガスの温度およびセンサヒータの加熱電力の関数として求められた内部抵抗の目標値と比較されるにすぎないので、ネルンストセルのモニタリングは他の追加のセンサを用いることなく可能であるというきわめて大きな利点を有している。
【００１２】
この場合、内部抵抗の測定はたとえば未公開のドイツ特許出願第１９６３６２２６．１号から既知の装置を用いて行うことができる。
【００１３】
低温始動過程または暖機過程におけるガスセンサの正常な機能は機能可能なセンサヒータを前提とすることから、内部抵抗の測定により一方でネルンストセルの機能性が直接検出され、他方で低温始動過程または暖機過程の間にこれによりセンサヒータの機能もまた検出可能なので、純原理的に、ガスセンサの機能モニタリングのためにはガスセンサの内部抵抗の上記のモニタリングで十分である。
【００１４】
しかしながら、この方法のとくに有利な実施態様は、センサセラミックの内部抵抗の測定と組み合わせて、センサヒータが、正電位への短絡、負荷低下、接地への短絡の１つまたは複数のエラーの発生をモニタリングし、これらのエラーのいずれかが存在するときに、エラー信号が発生されおよび／または出力されおよび／または記憶されるように設計されている。
【００１５】
さらに、本発明による課題は、気体分子を検出するセンサセラミック（ネルンストセル）およびセンサヒータを有するガスセンサ、とくに内燃機関用のλセンサの機能モニタ装置において、検出すべきガスの温度を測定するための手段と、センサヒータの加熱電力を測定するための手段と、検出すべきガスの温度およびセンサヒータの加熱電力の関数としてセンサセラミックの内部抵抗の目標値を計算するための回路手段と、センサセラミックの内部抵抗を測定するための手段と、計算された目標値を測定された内部抵抗と比較し、所定の値以上の偏差があるときにエラー信号を出力しおよび／または記憶しおよび／または指示するための回路手段とによってもまた解決される。
【００１６】
有利な実施態様においては、センサヒータの出力段に並列に配置されたエラー検出論理段がさらに設けられ、エラー検出論理段は、正電位への短絡または負荷低下または接地への短絡を検出し、このようなエラーのいずれかが存在するときに、エラー信号が発生されおよび／または指示されおよび／または記憶されるように設計されている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の基本的な考え方は、ガスセンサ、とくに内燃機関用のλセンサの機能モニタリングが、内部抵抗の測定、および測定された内部抵抗と、排気ガスの温度およびセンサヒータの加熱電力の関数として計算により求められた内部抵抗の目標値との比較、により行われ、偏差があるときにエラーがあると判定することにある。
【００１８】
以下に本発明を説明する前に、本発明を離散的回路段により示した図１に示すブロック線図は、本発明を限定するものではなく、とくに本発明の基本的な機能作用をわかりやすくしかつ特殊な機能過程をできるだけ具体的な形で示すために使用されたものであることを明確に指摘しておく。個々の構成要素およびブロックは、アナログ技術、ディジタル技術またはハイブリッド技術で構成可能であることは明らかである。さらに、個々の構成要素およびブロックは、プログラム制御されるディジタル装置、たとえばマイクロコンピュータ、マイクロプロセッサ、ディジタルまたはアナログ論理回路等のすべてまたは一部を組み合わせて対応する領域を含むようにすることもまた可能である。
【００１９】
本発明はまた、λセンサの機能性のモニタリングに限定されず、ネルンストセルおよびセンサヒータを有する任意のガスセンサにおいて広く使用可能である。
【００２０】
したがって、以下の説明は、全体の機能過程、それぞれの対応ブロックにより達成される機能、および個々の部分により示される部分機能のそれぞれの協働に関する好ましい実施態様としてのみ評価されるべきであり、この場合、それぞれの回路ブロックに与えられている説明は理解しやすくするためのものである。
【００２１】
内燃機関のλセンサの機能モニタリング方法および装置を以下に図１により説明する。
【００２２】
図１から明らかなように、排気ガス温度、加熱電力およびセンサセラミックすなわちλセンサのネルンストセルの内部抵抗が測定される。排気ガス温度および加熱電力の関数として特性曲線群ユニット１０によりλセンサの内部抵抗が求められる。発生の可能性のあるエラーを排除するために、乗算段２０において、このように求められた内部抵抗に、２ないし１５、好ましくは５ないし１０の値の範囲の係数が乗算され、その結果である目標値ｙが比較段３０に供給される。この比較段３０にさらに測定された内部抵抗ｘが供給される。
【００２３】
さらに、測定内部抵抗ｘが求められた内部抵抗ｙより大きいか否かの比較が行われる。これが肯定のとき、エラー信号がＯＲ素子４０に供給され、ＯＲ素子４０はエラー信号５０を発生し、指示しかつ場合により記憶する。
【００２４】
これと同時に、センサヒータの出力段の診断が行われる。このために、センサヒータ出力段に並列に、すなわちセンサヒータ出力段の操作と出力との間に、エラー検出論理段６０が挿入され、エラー検出論理段６０は、正電位ＵＢへの短絡、および／またはたとえばケーブルの破断により発生することがある負荷低下、および／または接地への短絡、を検出し、ＯＲ素子４０に供給する。このようなエラーのいずれかが存在するときにエラー信号５０が出力され、指示され、また必要に応じて記憶される。
【００２５】
エラー検出論理段６０は、たとえば国際特許出願第９１／１６６３７号に記載されかつ本明細書において参照されるように設計することができる。
【００２６】
上記のλセンサの機能モニタ方法および装置の本質は、一方で、追加のセンサ手段を用いることなく、センサセラミックの内部抵抗の測定によりλセンサの機能性を検出し、他方で、これと組み合わせてセンサヒータをモニタすることにある。一方で、センサヒータの機能とは独立にλセンサの機能をモニタリングすることもまた可能である。センサヒータの正常な機能が保証されているときにのみ、低温始動過程または暖機過程においてλセンサが正常に機能するので、他方で同時に、センサヒータとは独立にセンサの機能をモニタリングすることにより間接的にセンサヒータのモニタリングが行われることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による内燃機関のλセンサの機能モニタ装置の概略ブロック回路図である。
【符号の説明】
１０ 特性曲線群ユニット
２０ 乗算段
３０ 比較段
４０ ＯＲ素子
５０ エラー信号
６０ エラー検出論理段
ＵＢ 正電位
ｘ 内部抵抗の測定値
ｙ 内部抵抗の目標値

Claims (7)

1. 気体分子を検出するセンサセラミックとセンサヒータとを有する内燃機関用のガスセンサの機能モニタ方法において、
   前記センサセラミックの内部抵抗（ｘ）が、測定され、前記ガスセンサによって検出すべきガスの温度およびセンサヒータの加熱電力の関数として求められた前記センサセラミックの内部抵抗の目標値（ｙ）と比較され、測定値（ｘ）が目標値（ｙ）を超えたときに、エラー信号が発生され、および／または出力され、および／または記憶されることを特徴とする内燃機関用のガスセンサの機能モニタ方法。
2. 前記センサセラミックの内部抵抗（ｘ）の測定と組み合わせて、前記センサヒータが、１つまたは複数のエラーとして、正電位（ＵＢ）への短絡および負荷低下および接地への短絡の少なくともいずれかの発生をモニタリングし、これらのエラーのいずれかが存在するときに、エラー信号が発生され、且つ記憶されることを特徴とする請求項１の方法。
3. 前記センサセラミックの内部抵抗（ｘ）の測定と組み合わせて、前記センサヒータが、１つまたは複数のエラーとして、正電位（ＵＢ）への短絡および負荷低下および接地への短絡の少なくともいずれかの発生をモニタリングし、これらのエラーのいずれかが存在するときに、エラー信号が出力されることを特徴とする請求項１の方法。
4. 気体分子を検出するセンサセラミックとセンサヒータとを有する内燃機関用のガスセンサの機能モニタ装置において、
   前記ガスセンサによって検出すべきガスの温度を測定するための手段と、
   前記センサヒータの加熱電力を測定するための手段と、
   前記ガスセンサによって検出すべきガスの温度および前記センサヒータの加熱電力の関数として前記センサセラミックの内部抵抗の目標値（ｙ）を計算するための回路手段（１０、２０）と、
   前記センサセラミックの内部抵抗を測定するための手段と、
   計算された目標値（ｙ）を測定された内部抵抗（ｘ）と比較し、所定の値の偏差があるときに、エラーを出力し、および／または記憶し、および／または指示するための回路手段（３０）と、
   を有することを特徴とする内燃機関用のガスセンサの機能モニタ装置。
5. 前記センサヒータの出力段に並列に配置されたエラー検出論理段（６０）がさらに設けられ、エラー検出論理段（６０）は、正電位（ＵＢ）への短絡および負荷低下および接地への短絡の１つまたは複数のエラーを検出し、このようなエラーのいずれかが存在するときに、エラー信号が発生され、且つ記憶されることを特徴とする請求項４の装置。
6. 前記センサヒータの出力段に並列に配置されたエラー検出論理段（６０）がさらに設けられ、エラー検出論理段（６０）は、正電位（ＵＢ）への短絡および負荷低下および接地への短絡の１つまたは複数のエラーを検出し、このようなエラーのいずれかが存在するときに、エラー信号が指示されることを特徴とする請求項４の装置。
7. 前記ガスセンサによって検出すべきガスの温度および前記センサヒータの加熱電力の関数として内部抵抗を計算するための回路手段（１０、２０）が特性曲線群ユニット（１０）を有し、特性曲線群ユニット（１０）の入力値が前記ガスセンサによって検出すべきガスの温度および加熱電力であり、特性曲線群ユニット（１０）の出力値が内部抵抗であることを特徴とする請求項４ないし６のいずれかの装置。

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