用于运行可加热的废气传感器的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及用于运行可加热废气传感器（20）的方法以及用于执行该方法的装置，所述可加热废气传感器（20）提供至少一个测量信号（26）并且其中传感器加热装置（24）利用经脉宽调制的运行电压（28）来运行。根据本发明的处理方式的特点在于，所述至少一个测量信号（26）的检测具有比针对传感器加热装置（24）的经脉宽调制的运行电压（28）的提供更高的优先级，并且至少在检测测量信号（26）的预先给定的测量窗（30，32）期间，用阻塞信号（18）来抑制针对传感器加热装置（24）的经脉宽调制的运行电压（28）的提供。
【专利说明】用于运行可加热的废气传感器的方法和装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于运行可加热的废气传感器的方法和装置。
现有技术
[0002]为了运行内燃机，使用诸如Lambda传感器或NOx传感器的废气传感器，利用所述废气传感器的传感器信号来控制内燃机，以便例如保证废气清洁设备中的有效废气清洁的合适条件。
[0003]尤其是具有传导离子的固体电解质的废气传感器、例如Lambda传感器或NOx传感器需要一定的运行温度，以便实现固体电解质的所需的离子传导能力。此外，测量精度依赖于这样的传感器的温度。因此，一般而言需要将探头加热并且检查并一般调节温度。为了测量温度，通常放弃单独的热元件。代替于此，例如可以动用废气探头的高度依赖于温度的内电阻Ri,以便获得针对传感器温度的测量信号。可加热废气传感器所提供的另一测量信号例如是能斯特电压，所述能斯特电压容许关于位于电极处的测量气体是否处于热力学平衡的陈述。
[0004]由于通常利用经脉宽调制的电压运行的传感器加热装置的比较高的运行电流，可能出现由脉冲边沿导致的干扰，所述干扰可能影响至少一个由经加热的废气传感器提供的测量信号。
[0005]在DE 10 2008 042 268 Al中描述了一种用于运行可加热废气传感器的处理方式，其中根据传感器加热装置的经脉宽调制的运行电压来确定测量信号的检测。至少一个测量信号的检测根据传感器加热装置的经脉宽调制的运行电压的边沿被确定为，使得预先给定上升或下降脉冲边沿出现以后、进行测量信号的检测以前的一定的等待时间。
[0006]本发明所基于的任务是，说明一种用于运行可加热废气传感器的方法和装置，其中传感器加热装置利用经脉宽调制的运行电压来运行，并且其中至少一个所检测的测量信号尽可能少地受到传感器加热装置的经脉宽调制的运行电压的干扰。
[0007]该任务分别通过在独立权利要求中说明的特征来解决。
【发明内容】
[0008]根据本发明的用于运行所加热废气传感器的处理方式的出发点是，可加热废气传感器提供至少一个测量信号并且传感器加热装置利用经脉宽调制的运行电压来运行。根据本发明的处理方式的特点在于，所述至少一个测量信号的检测具有高于传感器加热装置的经脉宽调制的运行电压的优先级，并且在测量窗期间的所设置的测量信号检测的情况下，用阻塞信号来抑制针对传感器加热装置的经脉宽调制的运行电压的提供。
[0009]根据本发明所设置的措施一方面实现了在检测至少一个由经加热的废气传感器所提供的测量信号时可预先给定的高速率，并且另一方面使得能够高度抑制尤其是从传感器加热装置的经脉宽调制的运行电压的开关边沿出发对所述至少一个测量信号的可能干扰。
[0010]根据本发明的处理方式的有利的改进方案和扩展方案分别是从属权利要求的主题。
[0011]根据本发明的用于执行该方法的装置要么仅仅设置废气传感器电子器件、要么既设置废气传感器电子器件又设置单独的控制设备。
[0012]如果仅仅设置废气传感器电子器件，则废气传感器电子器件既包含测量信号评估装置又包含脉宽调制器，其中测量信号评估装置提供阻塞信号并且将其提供给脉宽调制器。
[0013]如果设置废气传感器电子器件和单独的控制设备，则废气传感器电子器件包含测量信号评估装置并且控制设备包含脉宽调制器。该扩展方案尤其是在废气传感器电子器件布置在可加热废气传感器附近、例如布置在插头中时应用。
[0014]根据该装置的第一替代方案规定:包含在废气传感器电子器件中的测量信号评估装置提供阻塞信号，并且阻塞信号被引导到开关设备，该开关设备包含脉宽调制器，阻塞信号被提供给所述脉宽调制器。
[0015]根据该装置的另一替代方案规定:废气传感器电子器件和单独的开关设备以时钟同步方式工作，开关设备包含流程控制装置，所述流程控制装置具有关于测量窗期间的测量信号检测的信息，使得不必由废气传感器电子器件向开关设备输送阻塞信号，而是代替于此由流程控制装置将阻塞信号直接提供给包含在开关设备中的脉宽调制器。
[0016]本发明的实施例在附图中予以示出并在下面的描述中予以进一步阐述。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1示出了具有可加热废气传感器和废气传感器电子器件的本发明装置的简单构造，
图2a示出了测量信号检测过程的时间流程，
图2b示出了经脉宽调制的运行电压，
图3示出了具有可加热废气传感器并且既具有废气传感器电子器件又具有开关设备的本发明装置的构造，
图4示出了具有可加热废气传感器并且既具有废气传感器电子器件又具有开关设备的本发明装置的可替代构造，
图5a再次示出了测量检测过程的时间流程，以及图5b再次示出了经脉宽调制的运行电压。
【具体实施方式】
[0018]图1示出了具有废气传感器电子器件10的本发明装置的简单构造，该废气传感器电子器件10包含测量信号评估装置12以及脉宽调制器14。测量信号评估装置12向脉宽调制器14既提供温度信号16又提供阻塞信号18。
[0019]此外，设置有可加热废气传感器20，该可加热废气传感器20包含测量值检测装置22以及传感器加热装置24。测量值检测装置22向测量信号评估装置12提供至少一个测量信号26。脉宽调制器14向传感器加热装置24提供经脉宽调制的运行电压28。
[0020]图1中所示的装置的作用方式按照图2a和2b中所示的依赖于时间t的信号变化曲线予以进一步阐述。在此，图2a示出了测量信号检测过程的时间流程，并且图2b示出了经脉宽调制的运行电压28。
[0021]可加热废气传感器20例如是Lambda传感器、HC传感器、NH3传感器或者例如NOx传感器。传感器加热装置24负责，将测量值检测装置22加热到所需的运行温度，该运行温度在大多数情况下高于废气温度。测量值检测装置22的运行温度可以为直至例如850摄氏度。为了调整运行温度，传感器加热装置24被施加经脉宽调制的运行电压28。经脉宽调制的运行电压28是数字信号，其周期时长和/或占空比、即该数字信号的接通阶段与关断阶段之间的比例可以可变地确定。通过周期时长并且尤其是占空比的变化来预先给定平均运行电压，使得可以控制或调节加热功率，以便将运行温度保持在预先给定的值或者至少保持在预先给定的温度范围内。
[0022]纯粹原理性地，传感器加热装置24的温度可以被直接检测并且作为实际值被传送给废气传感器电子器件10中的脉宽调制器14。在此出发点是，测量信号26不仅反映对要检测的废气参量的度量，而且还反映对测量值检测装置22的运行温度的度量。例如，可以设置不同的时间段，其中在第一时间段中存在要检测的测量参量并且在第二时间段中存在对运行温度的度量。必要时，废气传感器电子器件10可以利用未进一步示出的控制信号来干预可加热废气传感器20的测量值检测装置22，以便保证要检测的废气参量与对温度的度量之间的隔离。
[0023]此外可以规定:废气传感器20将多个测量信号分开地通过未进一步示出的不同线路传输到测量信号评估装置12。
[0024]测量信号评估装置12从对测量值检测装置22的温度的度量中确定温度信号16，该温度信号16反映对测量值检测装置22的实际温度的度量。利用温度信号16，干预脉宽调制器14以用于确定周期时长和/或占空比，并且因此干预平均加热功率的确定，使得实际温度与预先给定的额定温度一致或者处于预先给定的额定温度范围内。
[0025]根据本发明的处理方式设置测量值检测的、与对可加热废气传感器20的加热相比的优先级。在实践中已经发现，经脉宽调制的运行电压28的脉冲边沿一方面可导致对至少一个测量信号26的干扰，并且另一方面可导致对测量信号评估装置12的干扰。
[0026]测量信号评估装置12知道，何时进行测量值的检测和/或测量信号26的评估。测量信号检测过程的相应时间流程在图2a中予以示出，其中在图2a中再现的信号象征性表示时间窗30、32，在所述时间窗30、32期间，进行测量值检测和/或测量值评估。时间窗30,32同时反映阻塞信号18的出现。阻塞信号18因此在时间窗30、32开始36时出现，并且负责使经脉宽调制的运行电压28得到抑制。阻塞信号18随着时间长30、32的结束40、42被撤销。
[0027]在示出了经脉宽调制的运行电压28的图2b中，在第一时间窗30中示出了如下情况:当还未通过阻塞信号18抑制时，经脉宽调制的运行电压28的新脉冲在第一时间窗30期间在第一时刻44出现。但是经脉宽调制的运行电压28的新脉冲可能由于阻塞信号18而在第一时间窗30结束40以后才出现。
[0028]必要时还设置有延迟时间46，使得经脉宽调制的运行电压28的下一脉冲可在第二时刻48再次出现。由于经脉宽调制的运行电压28的下一脉冲的时间延迟，必要时可以设置至少该下一脉冲的占空比或脉冲时长的扩大，以便能够遵循平均加热功率。以虚线绘出的关断边沿是在没有通过阻塞信号18进行干涉的情况下出现的。
[0029]在第二时间窗32中绘出了如下情况下:第二时间窗32的开始38与经脉宽调制的运行电压的脉冲的接通边沿重合。但是由于出现的阻塞信号18，脉冲未被提供，并且在第二时间窗32的时长内被抑制。下一脉冲在第二时间窗32的结束42以后才出现，必要时被延迟附加的延迟时间46。在这种情况下也可能需要延长在第四时刻52开始的接下来的脉冲，以便保证遵循平均加热功率。在该脉冲的情况下，也以虚线绘出了在没有通过阻塞信号18进行干预的情况下出现的关断边沿。
[0030]在图3中所示的本发明装置的构造情况下，废气传感器电子器件60仅仅包含测量信号评估装置12。附加于废气传感器电子器件60设置有单独的开关设备62，该开关设备62至少包含脉宽调制器14。当废气传感器电子器件60被较近地安装在可加热废气传感器20处、例如插座壳体中时，优选地设置该构造。在此应当考虑到，脉宽调制器14是功率电子器件，该功率电子器件必须可为传感器加热装置24提供直至20瓦电功率，使得不总是能够集成到例如插座的壳体中。此外，将不会实现空间隔离、即敏感的测量信号评估装置12与脉宽调制器14的功率部件之间的电去耦合所实现的优点。
[0031]测量信号评估装置12提供的温度信号16和阻塞信号18通过至少一个信号线路被引导到开关设备62。在图3中示出了具有两个分开的线路的构造。经脉宽调制的运行电压28从开关设备62被引导到传感器加热装置24，其中该线路必要时通过废气传感器电子器件60来引导，这如图3中所示。
[0032]图3中所示的构造以与图1中所示构造相同的方式工作，使得可参阅上面描述的作用方式。
[0033]图4中所示的本发明装置的可替代的构造再次以废气传感器电子器件70以及从其移除的单独的开关设备72为出发点。在该装置中出发点是，废气传感器电子器件70和开关设备72以时钟同步方式工作，其中共同的时钟信号72被提供给废气传感器电子器件70以及开关设备72。由此，开关设备72在原理上准确地知道时间窗30、32期间的测量值检测和/或测量信号评估的时间位置。由于时钟的同步化，测量窗的各开始36、38以及各结束40、42既对测量信号评估装置12已知、又对开关设备72已知。
[0034]开关设备72包含流程控制装置72，在所述流程控制装置72中存放测量窗30、32的时间位置或测量窗30、32的各开始36、38和各结束40、42，使得流程控制装置76可以自己提供至少在测量窗30、32期间阻塞脉宽调制器14的阻塞信号18。
[0035]图4所示的装置与图1至3所示装置相比优点在于，由于知道测量窗30、32的时间位置，流程控制装置76在时间上在各时间窗30、32的开始36、38以前就已经可以提供阻塞信号18，并且因此在测量窗30、32的各开始36、38开始以前就已经可以干预经脉宽调制的运行电压28的提供。
[0036]相应时间流程在图5a和5b中示出。在第一时间窗30的范围内，时间流程与图2a和2b中所示的时间流程一致，而在第二时间窗32中将出现如下情况；在第二时间窗32的开始38以前就已经借助于阻塞信号18干涉经脉宽调制的运行电压28的最后脉冲。第二时间窗32以前的最后的脉冲的经脉宽调制的运行电压28以虚线绘出的关断边沿反映了没有阻塞信号18干涉时的情况。由于第二时间窗32的在流程控制装置76中已知的时间位置，经脉宽调制的运行电压28的最后的脉冲可以在第二时间窗32出现以前延伸到最大至第二时间窗32的开始38。该措施的优点在于，通过扩大占空比、即延长时间窗20、32以前的至少最后的脉冲的脉冲时长，已经可以预先对抗在时间窗30、32期间不能完全避免的平均加热功率的降低。
[0037]当然，由于所存在的阻塞信号18，可以在第五时刻32至少直到第二时间窗32的结束42抑制经脉宽调制的运行电压28的可能的脉冲，其中在此必要时也再次设置延迟时间46，使得第一脉冲在第二时间窗32以后在第六时刻82随着接通边沿而开始。时间窗30、32以后的至少随后的第一脉冲可以再次被延长，以便对抗平均加热功率的下降。
【权利要求】
1.一种用于运行可加热废气传感器(20)的方法，所述可加热废气传感器(20)提供至少一个测量信号(26)并且其中传感器加热装置(24)利用经脉宽调制的运行电压(28)来运行，其特征在于，所述至少一个测量信号(26)的检测具有比针对传感器加热装置(24)的经脉宽调制的运行电压(28)的提供更高的优先级，并且至少在检测测量信号(26)的预先给定的测量窗(30，32)期间，用阻塞信号(18)来抑制针对传感器加热装置(24)的经脉宽调制的运行电压(28)的提供。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个测量信号(26)由包含在废气传感器电子器件(10)中的评估装置(12)来检测，传感器加热装置(24)的经脉宽调制的运行电压(28)由包含在废气传感器电子器件(10)中的脉宽调制器(14)来提供，并且评估装置(12)将阻塞信号(18)提供给脉宽调制器(14)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个测量信号(26)由包含在废气传感器电子器件(60)中的评估装置(12)来检测，传感器加热装置(24)的经脉宽调制的运行电压(28)由包含在开关设备(62)中的脉宽调制器(14)来提供，并且测量信号评估装置(12)将阻塞信号(18)提供给包含在开关设备(62)中的脉宽调制器(14)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个测量信号(26)由包含在废气传感器电子器件(70)中的评估装置(12)来检测，并且传感器加热装置(24)的经脉宽调制的运行电压(28)由包含在开关设备(72)中的脉宽调制器(14)来提供，其中废气传感器电子器件(70 )和开关设备(72 )以时钟同步方式工作，测量窗(30，32 )的时间位置被存放在开关设备(72 )的流程控制装置(76 )中，并且流程控制装置(76 )将阻塞信号(18 )提供给脉宽调制器(14)。
5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，设置延迟时间(46)，所述延迟时间(46)紧接阻塞信号(18)，直到再次为传感器加热装置(24)提供经脉宽调制的运行电压(28)的脉冲。
6.一种用于执行根据前述权利要求之一所述的用于运行可加热废气传感器(20)的方法的装置，所述可加热废气传感器(20)提供至少一个测量信号(26)并且其中传感器加热装置(24)利用经脉宽调制的运行电压(28)来运行，其特征在于，设置废气传感器电子器件(10)，所述废气传感器电子器件(10)包含用于评估由可加热废气传感器(20)提供的所述至少一个测量信号(26)的测量信号评估装置(12)，所述测量信号评估装置(12)为脉宽调制器(14)提供阻塞信号(18)，并且废气传感器电子器件(10)还包含用于为传感器加热装置(24)提供经脉宽调制的运行电压(28)的脉宽调制器(14)。
7.一种用于执行根据前述权利要求1至5之一所述的用于运行可加热废气传感器(20)的方法的装置，所述可加热废气传感器(20)提供至少一个测量信号(26)并且其中传感器加热装置(24)利用经脉宽调制的运行电压(28)来运行，其特征在于，设置废气传感器电子器件(60)，所述废气传感器电子器件(60)包含用于评估由可加热废气传感器(20)提供的所述至少一个测量信号(26)的测量信号评估装置(12)，所述测量信号评估装置(12)为脉宽调制器(14)提供阻塞信号(18)，并且还设置有开关设备(62)，所述开关设备(62)包含用于为传感器加热装置(24)提供经脉宽调制的运行电压(28)的脉宽调制器(14)。
8.一种用于执行根据前述权利要求1至5之一所述的用于运行可加热废气传感器(20)的方法的装置，所述可加热废气传感器(20)提供至少一个测量信号(26)并且其中传感器加热装置(24)利用经脉宽调制的运行电压(28)来运行，其特征在于，设置废气传感器电子器件(70)，所述废气传感器电子器件(70)包含用于评估由可加热废气传感器(20)提供的所述至少一个测量信号(26)的评估装置(12)，还设置有开关设备(72)，所述开关设备(72)包含用于为传感器加热装置(24)提供经脉宽调制的运行电压(28)的脉宽调制器(14)，并且所述开关设备(72)还包含为脉宽调制器(14)提供阻塞信号(18)的流程控制装置(76)。
【文档编号】G01N27/406GK104204788SQ201380016759
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年2月14日 优先权日:2012年3月27日
【发明者】C.贝福特, T.舒尔茨, R.赖施尔, R.克雷默, F.恩格尔克, A.格斯 申请人:罗伯特·博世有限公司