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KR102028420B1 - 배기 가스 센서의 작동 방법 및 장치 - Google Patents

배기 가스 센서의 작동 방법 및 장치 Download PDF

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KR102028420B1
KR102028420B1 KR1020130084257A KR20130084257A KR102028420B1 KR 102028420 B1 KR102028420 B1 KR 102028420B1 KR 1020130084257 A KR1020130084257 A KR 1020130084257A KR 20130084257 A KR20130084257 A KR 20130084257A KR 102028420 B1 KR102028420 B1 KR 102028420B1
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Abstract

본 발명은 내연기관의 배기 가스 채널 내 배기 가스 센서의 작동 방법에 관한 것으로서, 배기 가스 센서가 배기 가스 센서 내 측정 셀의 명목 온도에 이르기 위해 하나 이상의 가열 소자를 포함하며, 가열 출력이 측정 셀의 온도의 안정화를 위해 제어되고, 센서 전압은 측정 셀의 전기 회로를 이용해 결정된다.
본 발명에 따라 배기 가스 센서의, 온도와 무관한 출력 신호가 발생되고, 측정된 센서 전압 및 측정 셀의 센서 내부 저항을 이용해 제1 단계에서 측정 셀의, 전기 회로 없이 조정될 수 있을 네른스트 전압이 계산되고, 제2 단계에서 제1 단계에서 도출되는 네른스트 전압이 명목 온도에서의 네른스트 전압으로 환산되고, 명목 온도에 대한 측정 셀의 온도의 편차가 작으면, 직접 명목 온도에서의 네른스트 전압이 결정된다.
또한, 본 발명은 상기 방법의 실행에 상응하는 장치에 관한 것이다.
상기 방법 및 이 방법을 실행하기 위한 장치를 이용해 배기 가스 센서의 온도와 무관한 출력 신호가 명목 온도와 측정 셀의 실제 세라믹 온도 사이에 편차가 발생하는 작동 단계들에서도 왜곡없이 제공되는 것이 달성된다. 이를 통해 배기 가스 센서로서 람다 센서와 관련하여 더 정확한 람다 제어가 가능해질 수 있다. 그 결과, 람다 제어의 스위칭온 조건들은 덜 제한적으로 설계될 수 있다. 그러므로 람다 제어가 더 빈번하게 활성화될 수 있으며, 이는 연료 소비와 유해 물질 배출을 줄이는데 도움이 된다.

Description

배기 가스 센서의 작동 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR OPERATING AN EXHAUST GAS SENSOR}
본 발명은 내연기관의 배기 가스 채널 내 배기 가스 센서의 작동 방법에 관한 것으로, 배기 가스 센서가 배기 가스 센서 내 측정 셀의 명목 온도에 이르기 위해 하나 이상의 가열 소자를 포함하며, 가열 출력이 측정 셀의 온도의 안정화를 위해 제어되고, 센서 전압은 측정 셀의 전기 회로를 이용해 결정된다.
또한, 본 발명은 상기 방법의 실행을 위한 장치에 관한 것이다.
가솔린 엔진의 승용차에서 배기 배출 감소을 위해, 공연비(λ)가 높은 정확성으로 제어되는 경우에만 배기 가스 정화 장치가 배기 가스를 충분히 변환하는 3원 촉매가 배기 가스 정화 장치가 일반적으로 이용된다. 이러한 목적으로 공연비(λ)는 배기 가스 정화 장치의 상류에 배치된 배기 가스 센서를 이용해 측정된다. 산소에 대한 이러한 방식의 배기 가스 정화 장치의 저장력은 희박 단계에서 산소를 수용하고 농후 단계에서 다시 배출하는 데 이용된다. 이를 통해 배기 가스의 산화가능한 유해 성분들이 변환될 수 있다. 이 경우 배기 가스 정화 장치의 하류에 배치된 배기 가스 센서가 배기 가스 정화 장치의 산소 저장력의 감시에 이용된다. 이 산소 저장력은 OBD(On-Board-Diagnose)의 범위에서 감시되어야 하는데, 산소 저장력이 배기 가스 정화 장치의 변환력에 대한 척도이기 때문이다. 산소 저장력을 결정하기 위해, 배기 가스 정화 장치는 먼저 희박 단계에서 산소에 의해 점유되며 이어서 배기 가스 내 공지된 람다값을 갖는 농후 단계에서 통과하는 배기 가스량의 고려 하에 비워지거나 또는 배기 가스 정화 장치가 먼저 농후 단계에서 산소를 비우고 이어 배기 가스 내 공지된 람다값을 갖는 희박 단계에서 통과하는 배기 가스량의 고려 하에 채워진다. 배기 가스 정화 장치의 하류에 배치된 배기 가스 센서가 배기 가스 정화 장치에 의해 더 이상 저장될 수 없는 산소를 검출하면, 희박 단계는 종료된다. 마찬가지로 배기 가스 센서가 농후 배기 가스의 통과를 검출하면, 농후 단계가 종료한다. 배기 가스 정화 장치의 산소 저장력은 농후 단계 동안 비우기 위해 제공되는 환원제량 또는 희박 단계 동안 채우기 위해 제공되는 산소량에 상응한다. 정확한 양들이 상류에 배치된 배기 가스 센서의 신호에서 그리고 다른 센서 신호들로부터 결정되는 배기 가스 질량 유량에서 계산된다.
배기 가스 센서로서 오늘날의 엔진 제어 시스템들의 경우에 람다 센서가 이용된다. 이 경우, 연속형 센서나 광대역 람다 센서와 2점 람다 센서나 점프 센서 사이에서 구분된다. 람다 센서는 고체 전해질을 갖는 갈바니 산소 농축 셀에 기반한다. 고체 전해질은 일반적으로 약 350℃의 활성 온도에서 산소 이온에 대해 전도성을 갖는다. 센서의 명목 온도는 일반적으로 훨씬 더 높으며, 일반적으로 650℃와 850℃ 사이에 있다. 람다 센서가 작동 준비 상태에 있고 엔진 제어 시스템 내 요구 사항들이 충족되는 온도는 센서의 활성 온도와 명목 온도 사이에 있다. 종래 기술에 따른 광대역 람다 센서 및 이의 구조는 예컨대 문헌 DE 10 2008 042 268 A1호에 기술되어 있다.
센서가 작동 준비 상태로 되면, 센서 신호는 제어 목적 및 진단 목적에 이용될 수 있다. 특히 작동 준비 상태에 있는 센서로 람다 제어가 활성화될 수 있다. 활성 상태의 람다 제어가 유해 물질 배출의 감소를 가져오기 때문에, 람다 센서의 작동 준비가 엔진 시동 후 가능한 빠르게 달성되어야 한다.
이런 이유로 센서는 일반적으로 능동적으로 전기에 의해 가열된다. 람다 센서는 이런 목적으로 전기 가열 소자를 포함하며, 가열 소자는 제어 장치에 의해 제어된다. 백금 가열 소자가 통합되어 있는, 이산화지르코늄으로 이루어진 센서 소자가 일반적이다.
센서 히터가 명목 세라믹 온도가 가능한 한 일정하며 작동 조건들과 무관하게 조정되는 방식으로 제어되는 것이 일반적이다. 세라믹 온도의 안정화는 센서 신호, 즉 센서 전압 또는 람다 신호의 정확성 및 연료 소비와 유해 물질 배출에 직접적으로 영향을 주는 람다 제어의 질에 결정적이다.
그러나 실제로 예컨대 센서의 가열에서, 높은 배기 가스 유량과 배기 가스 온도 구배를 갖는 다이내믹 주행 모드의 경우에서 또는 세라믹 온도의 의도적 상승이나 하락의 경우 명목 온도와 실제 세라믹 온도 사이에 편차들이 종종 방지될 수 없다. 그러한 명목 온도와의 편차들은 센서 신호를 왜곡하고 연료 소비의 증가와 배기 배출의 증가를 초래할 수 있다.
센서 신호의 왜곡은 2가지 중요한 효과에 의해 발생한다. 하나는 연결되어 있지 않은 센서의 네른스트 전압이 온도 의존적이라는 것이다. 다른 하나는 네른스트 전압이 대개 센서 작동 준비의 검출을 초래하고, 진단 목적을 위해 이용되는 센서의 전기 회로가 센서의 온도 의존적 내부 저항으로부터 측정된 센서 전압의 의존을 초래한다는 것이다. 그러므로 측정된 센서 전압에서 도출된 변수들, 예컨대 람다값 역시 온도 의존적이다.
본 발명의 과제는 세라믹 온도와 무관한 센서 신호가 이용될 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 과제는 상기 방법의 실행을 위한 상응하는 장치를 제공하는 데 있다.
상기 방법과 관련된 과제를 해결하기 위해, 온도와 무관한 배기 가스 센서의 출력 신호가 발생되고, 측정된 센서 전압 및 측정 셀의 센서 내부 저항을 이용해 제1 단계에서 전기 회로 없이 조정될 수 있을 측정 셀의 네른스트 전압이 계산되고, 제2 단계에서 제1 단계로부터 도출되는 네른스트 전압이 명목 온도에서의 네른스트 전압으로 환산되고, 명목 온도에 대한 측정 셀의 온도의 편차가 작으면, 명목 온도에서의 네른스트 전압이 직접 결정된다. 배기 가스 센서의, 온도와 무관한 출력 신호는 명목 온도와 측정 셀의 실제 세라믹 온도 사이에 편차가 발생하는 작동 단계들에서도 왜곡없이 이용된다. 다이내믹 주행 모드에서 또는 센서 히터의 부정확한 제어나 파일럿 제어에서 명목 온도와 세라믹 온도 사이의 편차들이 센서의 본 발명에 따른 출력 신호에 영향을 주지 않는다. 이 경우 일반적으로 가열 출력은 측정 셀의 온도의 안정화를 위해 제어된다. 그러나 제어가 반드시 필요한 것은 아니다. 센서 히터의 파일럿 제어만을 생각할 수도 있다. 심지어 이 방법은, 배기 가스 센서가 고온의 배기 가스에 의해서만 가열될 수 있다면, 전기 히터를 가지지 않은 배기 가스 센서로도 적용될 수 있을 것이다.
이 경우 센서 전압은 아날로그 디지털 변환기(ADC)의 형태로 전기 회로의 출력에서 결정될 수 있다. 이 경우, 2개의 전압원들, 즉 역전압을 발생하고 제어 유닛 안에 통합되어 있는 전압원과 배기 가스 센서의 측정 셀의 전압원의 병렬 회로의 출력 전압이 측정된다. ADC로 배기 센서의 신호들이 후속 처리를 위해 상응하는 디지털 신호로 변환될 수 있다.
제1 단계로부터 도출되는 네른스트 전압을 명목 온도에서의 네른스트 전압으로 환산하는 것이 계산 공식을 이용해 또는 하나나 복수의 특성 곡선들을 이용해 실행되면, 어플리케이션 비용이 비교적 작아진다. 또한 이런 특성 곡선들을 이용하여 비교적 복잡한 함수 관계들이 경우에 따라서는 내연기관의 다양한 작동 조건들에서 드러날 수 있으며 계산 시에 고려될 수 있다.
이 때 바람직한 방법의 일 변형예로서 배기 가스 센서의, 이전 요구 사항들에 따라 보정된 출력 신호가 람다 결정을 위해 그리고/또는 람다 제어를 위해 이용된다. 이를 통해 더 정확한 람다 제어가 가능해질 수 있다. 그 결과, 람다 제어의 스위칭온 조건들은 덜 제한적으로 설계될 수 있다. 그러므로 람다 제어가 더 빈번하게 활성화될 수 있으며, 이는 연료 소비와 유해 물질 배출을 줄이는 데 도움이 된다. 예컨대 진단 목적들에 이용되는 세라믹 온도의 의도적 상승 또는 하강은 센서의 출력 신호에 영향을 주지 않는다. 이를 통해 람다 제어의 질과 활성화 빈도가 개선되거나 증가될 수 있다.
이 경우 배기 가스 센서의 보정된 출력 신호가 특히 배기 가스 센서의 고가열에서 명목 온도에 도달하기 전에 이용될 수 있으므로, 람다 제어의 더 이른 활성화가 가능해질 수 있다.
바람직한 방법의 일 변형예에서 배기 가스 센서로서 광대역 람다 센서 또는 2점 람다 센서가 이용되며, 대응 가열 소자를 포함한다. 이러한 배기 가스 센서에 있어서 특히 중요한 점은, 배기 가스 센서들이 최적의 기능을 위해 매우 신속하게 최적의 작동 온도로 고가열되는 것이다. 이 경우 내연기관의 배기 가스 채널 내에 설치된 람다 센서들 각각은 이미 소개한 방법 및 그 변형예들을 이용해 작동될 수 있다. 기본적으로 또한 이 방법은 다른 배기 가스 센서들(예컨대 NOx 센서들) 또는 온도 의존적 출력 신호를 갖는 가스 센서들에 적용될 수도 있다. 이와 같은 가스 센서들은 예컨대 흡기 채널 내 다른 지점에도 설치될 수 있다. 특히 TSP(Thermal Shock Protection) 보호층을 갖는 배기 가스 센서들의 경우 본 발명에 따른 방법으로 내연기관의 냉 배출의 현저한 감소가 달성될 수 있다.
상기 장치와 관련된 과제를 해결하기 위해, 제어 유닛 또는 상위 엔진 제어 유닛이 상기 방법의 대안들로 앞서 설명한 방법의 실행을 위해 계산 유닛들을 포함하며, 이러한 계산 유닛들을 이용해 배기 가스 센서의 온도와 무관한 출력 신호가 발생될 수 있다. 제어 유닛은 이의 소자들과 함께 상위 엔진 제어 유닛의 통합 요소가 될 수 있다. 이때 상기 방법의 기능이 적어도 부분적으로는 소프트웨어에 기반하여 엔진 제어 유닛 안에서 실행될 수 있다.
바람직한 일 변형예에서 제어 유닛 또는 상위의 엔진 제어 유닛이 하나 또는 복수의 특성 곡선 메모리를 포함하며, 이 특성 곡선 메모리를 이용하면 명목 온도에서의 네른스트 전압이 전기 회로 없이 조정될 수 있을 측정 셀의 네른스트 전압으로부터 결정된다. 이를 통해 값들이 더 복잡한 관계들에서도 더 큰 어플리케이션 비용 없이 환산될 수 있다. 또한, 배기 가스 센서 및/또는 내연기관의 작동 상태에 좌우되어 상이한 특성 곡선들이 저장될 수 있으며 그 후에는 계산에 이용될 수 있다.
하기에서 도면들에 도시된 실행예를 참고하여 본 발명을 더욱 자세히 설명한다.
본 발명에 따르면 내연기관의 배기 가스 채널 내 배기 가스 센서의 작동 방법으로서, 세라믹 온도와 무관한 센서 신호가 이용될 수 있는 방법 및 이를 실행하는 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 방법이 적용될 수 있는 기술환경에 관한 개략도.
도 2는 세라믹 온도에 따른 센서 내부 저항의 그래프.
도 3은 센서 내부 저항에 따른 센서 전압의 그래프.
도 4는 세라믹 온도에 따른 센서 전압의 그래프.
도 1에는 배기 가스 센서(15, 17)의 신호 처리를 위한 본 발명에 따른 방법이 이용될 수 있는 기술적 환경이 가솔린 엔진의 예를 이용해 개략적으로 도시되어 있다. 공기가 흡기 채널(11)에 의해 내연기관(10)에 제공되며 공기 유량은 공기 유량 센서(12)로 결정된다. 공기 유량 센서(12)는 HFM으로서 실행될 수도 있다. 내연기관(10)의 배기 가스는 배기 가스 채널(18)에 의해 배출되며, 배기 가스의 흐름 방향으로 내연기관(10)의 하류에 배기 가스 정화 장치(16)가 제공되어 있다. 이 배기 가스 정화 장치(16)는 일반적으로 하나 이상의 촉매를 포함한다.
내연기관(10)의 제어를 위해 엔진 제어 유닛(14)이 제공되며, 엔진 제어 유닛은 한편으로 연료 계측기(13)에 의해 연료를 내연기관(10)에 공급하며 다른 한편으로는 공기 유량 센서(12)의 신호 및 배기 가스 채널(18) 안에 배치된 배기 가스 센서(15) 및 배기 가스 채널(18) 안에 배치된 또 다른 배기 가스 센서(17)의 신호들이 엔진 제어 유닛에 공급된다. 배기 가스 센서(15)는 도시된 예에서 내연기관(10)에 공급되는 연료/공기 혼합기의 현재 람다값을 결정한다. 배기 가스 센서는 광대역 람다 센서로서 또는 연속형 람다 센서로서 실행될 수 있다. 배기 가스 센서(17)는 배기 가스 정화 장치(16)의 하류에서 배기 가스의 성분을 결정한다. 배기 가스 센서(17)는 점프 센서 또는 2점 람다 센서로서 형성될 수도 있다.
배기 가스 센서(15)는 주 부품으로서 가열 소자를 통합한 측정 셀을 포함하며, 측정 셀은 배기 가스 채널(18) 내 산소 함량에 좌우되는 출력 신호를 제공하며, 이 출력 신호는 입력 신호로서 람다 제어에 이용된다. 이 측정 셀은 네른스트 셀로서 실행될 수 있다. 일반적으로 람다 제어는 엔진 제어 유닛(14)의 구성요소이다. 이에 상응하게 배기 가스 센서(15) 대신에 또는 이 배기 가스 센서에 추가로 가열 소자 및 측정 셀을 포함하는 배기 가스 센서(17)가 엔진 제어 유닛(14)에 연결될 수 있다.
하기에서 예컨대 2점 람다 센서로서 실행된 배기 가스 센서(17)의 예를 이용하여 본 발명에 따른 방법이 설명된다. 이와 유사하게 본 발명의 방법은 온도 의존적인 출력 신호를 갖는 다른 배기 가스 센서에도 적용될 수 있다.
일반적으로 제어 장치에 또는 엔진 제어 유닛(14)에 전압원이 위치하며, 이 전압원은 배기 가스 센서(17)에 병렬로 배치되어 있다. 전압원은 일정한 정역전압을 발생시키고 저온 배기 가스 센서(17)에 비해 작은 내부 저항을 갖는다. 배기 가스 센서(17) 자체도 하나의 전압원이기 때문에, 2개 전압원의 병렬 회로가 사용된다. 이 같은 병렬 회로의 출력 전압은 아날로그/디지털 변환기(ADC)를 이용해 측정되고 배기 가스 센서의 네른스트 전압(33)(참고, 도 3 및 도 4)과 역전압의 중첩 전압이며, 더 작은 내부 저항을 갖는 전압원의 전압이 우세하다. 저온 센서에서 이 센서는 높은 내부 저항을 가지므로, 역전압이 우세하다. 그에 반해 고온 센서에서는 내부 저항이 매우 작으므로, 센서의 네른스트 전압이 우세하다.
도 2에는 세라믹 온도(22)에 대한 센서 내부 저항(21R1)의 함수 그래프로 도시되어 있다. 하나는 신 센서에 대한 제1 특성 곡선(23)이고 다른 하나는 노후 센서에 대한 제2 특성 곡선(24)이 도시되어 있다. 함수 그래프(20)에서 예컨대 220Ω의 명목 센서 내부 저항(21)에 대한 작동점(25)이 추가로 표시되어 있으며, 이는 신 센서에서 약 780℃의 세라믹 온도(22)에 상응한다. 노후 센서의 경우에는 센서 내부 저항(21)이 약 820℃의 세라믹 온도(22)에 상응한다. 하기에서 단순하게는 센서 내부 저항(21)과 세라믹 온도(22)의 명확한 관계로부터 출발한다.
도 3 및 도 4에 도시된 그래프(30)를 참고하여 본 발명에 따른 방법을 설명한다. 도 3에서는 센서 전압(31)이 센서 내부 저항(21)의 함수로서 그리고 도 4에는 세라믹 온도(22)의 함수로서 도시되고, 농후 혼합기(0.8V보다 큰 네른스트 전압(33)을 갖는 상측 곡선)와 희박 혼합기(0.2V보다 작은 네른스트 전압(33)을 갖는 하측 곡선)에서 ADC 전압(32)과 네른스트 전압(33)에 대한 곡선 추이가 각각 도시되어 있다.
제1 단계(34)에서 ADC에서의 센서 전압(ADC 전압(32))과 센서 내부 저항(21)이 측정된다. 역저항이 센서의 전기 회로에 의해 설정되고 공지되기 때문에, 전기 회로 없이 조정될 수도 있을 네른스트 전압(33)이 계산된다. 제2 단계(35)에서 그와 같이 결정된 네른스트 전압(33)에 근거하여, 명목 내부 저항에서 그리고 명목 온도에서 조정될 수도 있을 네른스트 전압(33)이 결정된다. 명목 내부 저항은 도시된 예에서 220Ω의 값에 상응하고, 이는 신 센서에서 780℃의 명목 세라믹 온도에 상응한다(참고, 도 2에서 작동점(25)). 이는 예컨대 계산 공식에 의해 또는 제어 장치에 또는 엔진 제어 유닛(14)에 저장된 하나 또는 복수의 특성 곡선들에 의해 이루어질 수 있다.
거기에서 전기 회로가 종전처럼 단지 적은 영향을 받으면, 경우에 따라 제1 단계가 생략될 수 있다.
명목 내부 저항에서 또는 명목 세라믹 온도에서 네른스트 저항(33)은 일반적으로 다음의 기능들, 예컨대 람다 계산 및 람다 제어를 위해 또는 명목값과 실제값의 편차 발생 시에만 이용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 내연기관(10)의 배기 가스 채널(18) 내 배기 가스 센서(17)의 작동 방법으로서, 배기 가스 센서(17)가 배기 가스 센서(17) 내 측정 셀의 명목 온도에 도달하기 위해 하나 이상의 가열 소자를 포함하며, 가열 출력이 측정 셀의 온도의 안정화를 위해 제어되고, 센서 전압(31)은 측정 셀의 전기 회로를 이용해 결정되는, 내연기관의 배기 가스 채널 내 배기 가스 센서의 작동 방법에 있어서,
    온도와 무관한 배기 가스 센서(17)의 출력 신호가 발생되고, 측정된 센서 전압(31) 및 측정 셀의 센서 내부 저항(21)을 이용해 제1 단계(34)에서, 전기 회로 없이 조정될 수 있을 측정 셀의 네른스트 전압(33)이 계산되고, 제2 단계(35)에서 제1 단계(34)에서 도출되는 네른스트 전압(33)이 명목 온도에서의 네른스트 전압(33)으로 환산되고, 직접 명목 온도(33)에서의 네른스트 전압이 직접 결정되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 배기 가스 채널 내 배기 가스 센서의 작동 방법.
  2. 제1항에 있어서, 센서 전압(31)은 전기 회로의 출력에서 아날로그-디지털-변환기의 형태로 결정되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 배기 가스 채널 내 배기 가스 센서의 작동 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 단계(34)로부터 도출되는 네른스트 전압(33)을 명목 온도에서의 네른스트 전압(33)으로 환산하는 것이 계산 공식을 이용해 또는 하나 또는 복수의 특성 곡선들을 이용해 실행되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 배기 가스 채널 내 배기 가스 센서의 작동 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 보정된 배기 가스 센서(17)의 출력 신호가 람다 결정을 위해 또는 람다 제어를 위해 이용되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 배기 가스 채널 내 배기 가스 센서의 작동 방법.
  5. 제4항에 있어서, 배기 가스 센서(17)의 보정된 출력 신호가 명목 온도에 도달하기 전에 배기 가스 센서(17)의 가열 시 이용되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 배기 가스 채널 내 배기 가스 센서의 작동 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 배기 가스 센서(17)로서 광대역 람다 센서, 2점 람다 센서 또는 다른 배기 가스 센서나 온도와 무관한 출력 신호를 갖는 가스 센서가 이용되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 배기 가스 채널 내 배기 가스 센서의 작동 방법.
  7. 내연기관(10)의 배기 가스 채널(18) 내 배기 가스 센서(17)의 작동 장치로서, 배기 가스 센서(17)가 배기 가스 센서(17) 내 측정 셀의 명목 온도에 도달하기 위해 하나 이상의 가열 소자를 포함하며, 가열 출력이 측정 셀의 온도의 안정화를 위해 제어될 수 있으며, 센서 전압(31)은 측정 셀의 전기 회로를 이용해 결정될 수 있는, 내연기관의 배기 가스 채널 내 배기 가스 센서의 작동 장치에 있어서,
    제어 유닛 또는 상위 엔진 제어 유닛(14)이 제1항 또는 제2항에 따른 방법의 실행을 위한 계산 유닛들을 포함하며, 계산 유닛들을 이용해 배기 가스 센서(17)의, 온도와 무관한 출력 신호가 발생될 수 있는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 배기 가스 채널 내 배기 가스 센서의 작동 장치.
  8. 제7항에 있어서, 제어 유닛 또는 상위의 엔진 제어 유닛(14)은 하나 또는 복수의 특성 곡선 메모리를 포함하며, 특성 곡선 메모리를 이용하면 전기 회로 없이 조정될 수 있을 측정 셀의 네른스트 전압(33)으로부터 명목 온도에서의 네른스트 전압(33)이 결정되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 배기 가스 채널 내 배기 가스 센서의 작동 장치.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013223731A1 (de) * 2013-11-20 2015-05-21 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Betrieb einer Sensorauswerteeinheit und Sensorauswerteeinheit
DE102014210442A1 (de) * 2014-06-03 2015-12-17 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Korrektur einer Spannungs-Lambda-Kennlinie
DE102016219560A1 (de) * 2016-10-07 2018-04-12 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum Betreiben eines amperometrischen Sensorelements und Sensorelement
DE102019206429A1 (de) * 2019-05-03 2020-11-05 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Bestimmung eines Innenwiderstandes einer elektrochemischen Zelle eines keramischen Abgassensors

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100073017A1 (en) 2008-09-22 2010-03-25 Robert Bosch Gmbh Method for operating a heatable exhaust gas probe
WO2012007238A1 (de) 2010-06-15 2012-01-19 Robert Bosch Gmbh Schaltungsanordnung zum betreiben einer gassonde

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3835852A1 (de) * 1988-10-21 1990-04-26 Bosch Gmbh Robert Verfahren und vorrichtung zur temperaturbestimmung mit hilfe des innenwiderstandes einer lambdasonde
DE10036129B4 (de) * 2000-07-25 2009-12-17 Volkswagen Ag Verfahren zum Messen einer Abgaszusammensetzung
DE10049685A1 (de) * 2000-10-07 2002-04-11 Volkswagen Ag Verfahren und Vorrichtung zur Eigendiagnose eines NOX-Sensors
DE102008005110B4 (de) * 2008-01-15 2018-10-25 Volkswagen Ag Verfahren und Steuerung zum Betreiben und Einstellen einer Lambda-Sonde
DE102009053411A1 (de) * 2009-11-14 2011-05-19 Volkswagen Ag Verfahren zum Verarbeiten eines gemessenen, ohmschen Widerstandes R(t) eines Messelementes mit temperaturabhängigem, ohmschen Widerstand
DE102009054935B4 (de) * 2009-12-18 2022-03-10 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose der Dynamik eines Abgassensors

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100073017A1 (en) 2008-09-22 2010-03-25 Robert Bosch Gmbh Method for operating a heatable exhaust gas probe
WO2012007238A1 (de) 2010-06-15 2012-01-19 Robert Bosch Gmbh Schaltungsanordnung zum betreiben einer gassonde

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