JPH07167830A - 排ガスセンサの加熱方法及びその装置 - Google Patents
排ガスセンサの加熱方法及びその装置Info
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- JPH07167830A JPH07167830A JP4021506A JP2150692A JPH07167830A JP H07167830 A JPH07167830 A JP H07167830A JP 4021506 A JP4021506 A JP 4021506A JP 2150692 A JP2150692 A JP 2150692A JP H07167830 A JPH07167830 A JP H07167830A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 空燃比信号に変動を発生させることなく排ガ
スセンサの温度を狭い範囲内で一定に保持でき、また予
期しない外乱の影響を補償することが可能な排ガスセン
サの温度を制御する方法及び装置を提供する。 【構成】 排ガスセンサ３の温度を検出するために排ガ
スセンサあるいは加熱装置８の内部抵抗が測定される。
測定された内部抵抗が連続動作制御により所定の目標値
に閉ループ制御される。排ガスセンサの温度の目標値Ｒ
isollは、加熱電力を供給することのない高負荷状態の
所定の内燃機関の運転状態において排ガスセンサがとる
温度値に対応するように設定される。これにより排ガス
の高温時に排ガスセンサを過剰加熱することなく、冷え
た排ガスセンサを急速に加熱することが可能になる。
スセンサの温度を狭い範囲内で一定に保持でき、また予
期しない外乱の影響を補償することが可能な排ガスセン
サの温度を制御する方法及び装置を提供する。 【構成】 排ガスセンサ３の温度を検出するために排ガ
スセンサあるいは加熱装置８の内部抵抗が測定される。
測定された内部抵抗が連続動作制御により所定の目標値
に閉ループ制御される。排ガスセンサの温度の目標値Ｒ
isollは、加熱電力を供給することのない高負荷状態の
所定の内燃機関の運転状態において排ガスセンサがとる
温度値に対応するように設定される。これにより排ガス
の高温時に排ガスセンサを過剰加熱することなく、冷え
た排ガスセンサを急速に加熱することが可能になる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、排ガスセンサの加熱方
法及びその装置、更に詳細には、抵抗がその温度に依存
する電気加熱手段により内燃機関の排気管に配置された
排ガスセンサを加熱する排ガスセンサの加熱方法及びそ
の装置に関する。
法及びその装置、更に詳細には、抵抗がその温度に依存
する電気加熱手段により内燃機関の排気管に配置された
排ガスセンサを加熱する排ガスセンサの加熱方法及びそ
の装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の排気管に配置された排ガスセ
ンサは、排ガス流に接触することによりその温度に設定
される。この温度は、負荷変動時数秒内で広い範囲で変
化する。この変動範囲の下限は、内燃機関のアイドリン
グ時通常みられる２００から３００°Ｃの温度であり、
一方上限は定常的な全負荷運転時において通常８００か
ら９００°Ｃになる。
ンサは、排ガス流に接触することによりその温度に設定
される。この温度は、負荷変動時数秒内で広い範囲で変
化する。この変動範囲の下限は、内燃機関のアイドリン
グ時通常みられる２００から３００°Ｃの温度であり、
一方上限は定常的な全負荷運転時において通常８００か
ら９００°Ｃになる。
【０００３】排ガスセンサの出力信号はその温度に顕著
に左右され、またそれにより制御精度に悪影響が現れる
ので、排ガスセンサの温度を制御することが試みられて
いる。そのとき、排ガスセンサは、一般的にアイドリン
グ時の排ガス温度以上の所定の温度しきい値以上になっ
て初めて動作可能になること、並びに排ガス温度が最大
となる全負荷時において排ガスセンサを急速に老化させ
破壊させる最高許容温度を越えることがないようするこ
とに注意が払われている。
に左右され、またそれにより制御精度に悪影響が現れる
ので、排ガスセンサの温度を制御することが試みられて
いる。そのとき、排ガスセンサは、一般的にアイドリン
グ時の排ガス温度以上の所定の温度しきい値以上になっ
て初めて動作可能になること、並びに排ガス温度が最大
となる全負荷時において排ガスセンサを急速に老化させ
破壊させる最高許容温度を越えることがないようするこ
とに注意が払われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような試みの例と
しては、雑誌「ＳＥＮＳＯＲ」、報告４／１９８９に記
載された論文「λセンサ：その歴史、機能及び応用」が
挙げられる。この論文には、排ガスセンサの内部に取り
付けられたＰＴＣ特性を有するセラミック加熱素子によ
り排ガスセンサを加熱する方法が記載されている。ここ
でＰＴＣ素子を用いることにより冷えた排ガスセンサを
急速に加熱できるとともに排ガスが高温となったときの
電力消費を制限することができるという利点が得られ
る。従って、このような構成の加熱装置は閉ループ制御
することなく直接電源に接続することができる。この方
法で加熱装置を構成する場合には、排ガス温度が最大に
なった場合にも熱作用により排ガスセンサに過加熱をも
たらしてはならないという条件が基本になっている。こ
の要請により発生する加熱電力の制限は、センサが冷え
ている場合可能な限り大きな加熱電力を提供しなければ
ならないという要望に相反することになる。
しては、雑誌「ＳＥＮＳＯＲ」、報告４／１９８９に記
載された論文「λセンサ：その歴史、機能及び応用」が
挙げられる。この論文には、排ガスセンサの内部に取り
付けられたＰＴＣ特性を有するセラミック加熱素子によ
り排ガスセンサを加熱する方法が記載されている。ここ
でＰＴＣ素子を用いることにより冷えた排ガスセンサを
急速に加熱できるとともに排ガスが高温となったときの
電力消費を制限することができるという利点が得られ
る。従って、このような構成の加熱装置は閉ループ制御
することなく直接電源に接続することができる。この方
法で加熱装置を構成する場合には、排ガス温度が最大に
なった場合にも熱作用により排ガスセンサに過加熱をも
たらしてはならないという条件が基本になっている。こ
の要請により発生する加熱電力の制限は、センサが冷え
ている場合可能な限り大きな加熱電力を提供しなければ
ならないという要望に相反することになる。
【０００５】ＤＥ２７３１５４１Ｃ２から排ガスセンサ
の加熱を制御する方法が知れられている。同方法では、
排ガス温度の影響が外乱量として処理され、加熱装置を
負荷に関係して駆動することにより内燃機関の負荷が僅
かの場合には内燃機関の負荷が大きい場合に比較して加
熱電力を大きくするようにすることが行なわれている。
この方法では加熱電力の調節は、内燃機関の負荷にした
がって一定周波数でデューティ比を可変にして加熱回路
のスイッチを駆動することにより行なわれている。しか
し、この制御方法の性質としてこの方法では予期しない
外乱量の影響を補償することができない。この外乱量の
例としては正確に設定されていない点火時点が排ガス温
度に及ぼす影響が挙げられる。
の加熱を制御する方法が知れられている。同方法では、
排ガス温度の影響が外乱量として処理され、加熱装置を
負荷に関係して駆動することにより内燃機関の負荷が僅
かの場合には内燃機関の負荷が大きい場合に比較して加
熱電力を大きくするようにすることが行なわれている。
この方法では加熱電力の調節は、内燃機関の負荷にした
がって一定周波数でデューティ比を可変にして加熱回路
のスイッチを駆動することにより行なわれている。しか
し、この制御方法の性質としてこの方法では予期しない
外乱量の影響を補償することができない。この外乱量の
例としては正確に設定されていない点火時点が排ガス温
度に及ぼす影響が挙げられる。
【０００６】また、ＤＥーＯＳ３１１７７９０には、セ
ンサに流れる交流を利用しセンサ温度を一定に加熱制御
することが記載されている。しかし、それによりどの温
度になりまたどのようにして制御が行なわれるかに関す
る説明は行なわれていない。
ンサに流れる交流を利用しセンサ温度を一定に加熱制御
することが記載されている。しかし、それによりどの温
度になりまたどのようにして制御が行なわれるかに関す
る説明は行なわれていない。
【０００７】更に温度の実際値と目標値の比較にしたが
って単に加熱をオンオフするだけでは、空燃比信号で３
％ぐらいになる温度変動が発生することが知られてい
る。このぐらいの変動ですでに触媒における有害物質の
転換に悪影響が出てしまう。
って単に加熱をオンオフするだけでは、空燃比信号で３
％ぐらいになる温度変動が発生することが知られてい
る。このぐらいの変動ですでに触媒における有害物質の
転換に悪影響が出てしまう。
【０００８】従って、本発明の課題は、上述した欠点を
解消し空燃比信号に上述した変動を発生させることなく
排ガスセンサの温度を狭い範囲内で一定に保持でき、ま
た予期しない外乱の影響を補償することが可能な排ガス
センサの温度を制御する方法及び装置を提供することで
ある。
解消し空燃比信号に上述した変動を発生させることなく
排ガスセンサの温度を狭い範囲内で一定に保持でき、ま
た予期しない外乱の影響を補償することが可能な排ガス
センサの温度を制御する方法及び装置を提供することで
ある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、この課題を解
決するために、抵抗がその温度に依存する電気加熱手段
により内燃機関の排気管に配置された排ガスセンサを加
熱する排ガスセンサの加熱方法及び装置において、排ガ
スセンサの温度を検出するために排ガスセンサあるいは
加熱装置の内部抵抗が測定され、測定された内部抵抗が
連続動作制御により所定の目標値に閉ループ制御され、
前記目標値が、加熱電力を供給することのない高負荷状
態の所定の内燃機関の運転状態において排ガスセンサが
とる温度値に対応する構成を採用した。
決するために、抵抗がその温度に依存する電気加熱手段
により内燃機関の排気管に配置された排ガスセンサを加
熱する排ガスセンサの加熱方法及び装置において、排ガ
スセンサの温度を検出するために排ガスセンサあるいは
加熱装置の内部抵抗が測定され、測定された内部抵抗が
連続動作制御により所定の目標値に閉ループ制御され、
前記目標値が、加熱電力を供給することのない高負荷状
態の所定の内燃機関の運転状態において排ガスセンサが
とる温度値に対応する構成を採用した。
【００１０】
【作用】このような構成では、冷えた排ガスセンサを急
速に加熱できるとともに排ガスの高温時に排ガスセンサ
を過剰加熱しないように加熱を制御することができる。
速に加熱できるとともに排ガスの高温時に排ガスセンサ
を過剰加熱しないように加熱を制御することができる。
【００１１】
【実施例】以下図面に示す実施例に従い本発明を詳細に
説明する。
説明する。
【００１２】図１には、内燃機関１の混合気の組成を制
御する公知の制御回路が図示されている。内燃機関は、
排ガスセンサ３を取り付けた排気管２、制御装置４、混
合気調量装置６を備えた吸気管５並びに絞り弁７を有し
ている。更に図には、排ガスセンサ３の温度を閉ループ
制御する制御回路が図示されている。この制御回路は、
加熱装置８、加熱装置８と電源（ＵB）間に配置された
制御可能なスイッチ９、加熱制御器１０並びに目標値と
実際値を比較する手段１１から構成される。
御する公知の制御回路が図示されている。内燃機関は、
排ガスセンサ３を取り付けた排気管２、制御装置４、混
合気調量装置６を備えた吸気管５並びに絞り弁７を有し
ている。更に図には、排ガスセンサ３の温度を閉ループ
制御する制御回路が図示されている。この制御回路は、
加熱装置８、加熱装置８と電源（ＵB）間に配置された
制御可能なスイッチ９、加熱制御器１０並びに目標値と
実際値を比較する手段１１から構成される。
【００１３】混合気の組成を制御する制御回路の機能は
よく知られているので、その概略だけを説明する。制御
装置４には、排ガスセンサ３からのラムダ信号（空燃比
信号）で表される燃焼した燃料と空気の混合気の組成に
関する情報、負荷状態ないし絞り弁の角度αに関する情
報、回転数ｎ並びに冷却剤の温度Ｔｗのような混合気形
成に影響を与える他の要因に関する情報が入力される。
制御装置４は、これらの入力情報に基づいて例えば噴射
弁６の開放時間ｔｉを介して吸気管により吸入される空
気に対して調量される燃料噴射量を計算する。
よく知られているので、その概略だけを説明する。制御
装置４には、排ガスセンサ３からのラムダ信号（空燃比
信号）で表される燃焼した燃料と空気の混合気の組成に
関する情報、負荷状態ないし絞り弁の角度αに関する情
報、回転数ｎ並びに冷却剤の温度Ｔｗのような混合気形
成に影響を与える他の要因に関する情報が入力される。
制御装置４は、これらの入力情報に基づいて例えば噴射
弁６の開放時間ｔｉを介して吸気管により吸入される空
気に対して調量される燃料噴射量を計算する。
【００１４】同様に公知の構成の排ガスセンサの温度を
閉ループ制御する制御回路は次のような機能を有する。
よく知られたように、排ガスセンサの温度を検出するた
めに公知の方法で排ガスセンサあるいは加熱装置の内部
抵抗が測定される。排ガスセンサの温度の実際値を特徴
付け排ガスセンサの内部抵抗を表す信号Ｒiistが排ガス
センサ３から比較手段１１に出力され、そこでこの信号
が対応する目標値Ｒisollと比較される。両値の差は制
御偏差となり制御器１０の入力量となる。制御器１０は
制御偏差から操作値を形成する。この操作値により加熱
装置に供給される加熱電力は制御偏差が減少するように
調節される。例えば、図示した制御器１０は、デューテ
ィ比が連続的に可変な加熱電力制御信号を出力し、それ
により加熱装置８と電源ＵB間に接続されたスイッチ９
は所定の周波数で駆動される。
閉ループ制御する制御回路は次のような機能を有する。
よく知られたように、排ガスセンサの温度を検出するた
めに公知の方法で排ガスセンサあるいは加熱装置の内部
抵抗が測定される。排ガスセンサの温度の実際値を特徴
付け排ガスセンサの内部抵抗を表す信号Ｒiistが排ガス
センサ３から比較手段１１に出力され、そこでこの信号
が対応する目標値Ｒisollと比較される。両値の差は制
御偏差となり制御器１０の入力量となる。制御器１０は
制御偏差から操作値を形成する。この操作値により加熱
装置に供給される加熱電力は制御偏差が減少するように
調節される。例えば、図示した制御器１０は、デューテ
ィ比が連続的に可変な加熱電力制御信号を出力し、それ
により加熱装置８と電源ＵB間に接続されたスイッチ９
は所定の周波数で駆動される。
【００１５】本発明は、閉ループ制御の目標値を、高負
荷の運転状態において加熱が遮断されたときに発生する
内部抵抗値にほぼ対応させるようにしたことである。こ
れにより内燃機関の考えられる全ての運転状態において
センサ温度を良好に一定に保つことが可能になる。以下
にこれを図２を参照して説明する。
荷の運転状態において加熱が遮断されたときに発生する
内部抵抗値にほぼ対応させるようにしたことである。こ
れにより内燃機関の考えられる全ての運転状態において
センサ温度を良好に一定に保つことが可能になる。以下
にこれを図２を参照して説明する。
【００１６】図２には、時間ｔで図示した時間軸にそれ
ぞれ時点ｔ０とｔ３が付されている。内燃機関は時点ｔ
０で始動され、時点ｔ３まで定常的に部分負荷領域で運
転される。時点ｔ３から定常的な全負荷状態が支配す
る。簡単化のために、内燃機関の回転数は始動直後から
残余の時間一定の値に設定されるので、以下に述べるカ
ーブの特性に回転数の影響が更に現れることはないもの
と仮定する。Ｖで図示した温度軸にはそれぞれ２つの値
ＶminとＶmaxが記載されている。両値の内下方の値は排
ガスセンサが動作可能になる温度を示し、一方上方の値
は、運転中継続的に越えてはならない最大許容温度を表
す。
ぞれ時点ｔ０とｔ３が付されている。内燃機関は時点ｔ
０で始動され、時点ｔ３まで定常的に部分負荷領域で運
転される。時点ｔ３から定常的な全負荷状態が支配す
る。簡単化のために、内燃機関の回転数は始動直後から
残余の時間一定の値に設定されるので、以下に述べるカ
ーブの特性に回転数の影響が更に現れることはないもの
と仮定する。Ｖで図示した温度軸にはそれぞれ２つの値
ＶminとＶmaxが記載されている。両値の内下方の値は排
ガスセンサが動作可能になる温度を示し、一方上方の値
は、運転中継続的に越えてはならない最大許容温度を表
す。
【００１７】図２（ａ）には、閉ループ制御のないＰＴ
Ｃ加熱が行なわれる排ガスセンサで通常現れる温度特性
が図示されている。始動後の初期段階では加熱装置は、
抵抗値がまだ比較的小さいことにより比較的大きな電流
が流れ、それに対応して電流と電圧の積として現れる加
熱電力は比較的大きくなる。それによりまだ冷えている
排ガスセンサを急速に動作温度に加熱することが可能に
なる。しかし、このような急速な加熱は、全負荷時に加
熱装置によりセンサの過剰加熱が行なわれてはならない
という要請により制限される。そのために加熱素子のＰ
ＴＣ特性にも拘らず必要な加熱電力の制限のために、運
転条件が変化したとき限界値ＶminとＶmax間でセンサ温
度が異ることになる。これが図２の（ａ）において部分
負荷から全負荷に移行するときの段差により図示されて
いる。
Ｃ加熱が行なわれる排ガスセンサで通常現れる温度特性
が図示されている。始動後の初期段階では加熱装置は、
抵抗値がまだ比較的小さいことにより比較的大きな電流
が流れ、それに対応して電流と電圧の積として現れる加
熱電力は比較的大きくなる。それによりまだ冷えている
排ガスセンサを急速に動作温度に加熱することが可能に
なる。しかし、このような急速な加熱は、全負荷時に加
熱装置によりセンサの過剰加熱が行なわれてはならない
という要請により制限される。そのために加熱素子のＰ
ＴＣ特性にも拘らず必要な加熱電力の制限のために、運
転条件が変化したとき限界値ＶminとＶmax間でセンサ温
度が異ることになる。これが図２の（ａ）において部分
負荷から全負荷に移行するときの段差により図示されて
いる。
【００１８】図２（ｂ）には、加熱制御しきい値がほぼ
ＶminとＶmax間の中央値にあるオンオフ動作制御法で得
られるセンサ温度特性が図示されている。部分負荷領域
では、センサ温度にはオンオフ動作制御で普通な制御振
動が現れ、それにより上述したようにラムダ信号の質が
劣化してしまう。それに対して全負荷領域では、センサ
温度をしきい値以上に安定化させるのに十分な排ガスと
の熱交換が行なわれる。従って加熱は遮断される。この
場合にもオンオフ動作制御から生ずる温度変動のほかに
種々の運転状態に変化したときに更に温度変動が発生す
る。
ＶminとＶmax間の中央値にあるオンオフ動作制御法で得
られるセンサ温度特性が図示されている。部分負荷領域
では、センサ温度にはオンオフ動作制御で普通な制御振
動が現れ、それにより上述したようにラムダ信号の質が
劣化してしまう。それに対して全負荷領域では、センサ
温度をしきい値以上に安定化させるのに十分な排ガスと
の熱交換が行なわれる。従って加熱は遮断される。この
場合にもオンオフ動作制御から生ずる温度変動のほかに
種々の運転状態に変化したときに更に温度変動が発生す
る。
【００１９】図２（ｃ）には本発明の制御による温度特
性が図示されている。上述したオンオフ動作制御法と同
様に、冷間始動後図２（ａ）の方法よりも早くセンサを
動作可能な状態にすることができるように加熱を行なう
ことができる。センサが冷えてバッテリ電圧が十分なと
き通常の約２０ワットの電力消費は本発明ではすでに約
半分のバッテリ電圧で得られる。更に温度は最大許容温
度の僅か低い目標値に常時制御される。通常の１８から
２０ワット、好ましくは約２０ワットの電力消費がすで
に半分のバッテリ電圧で得られることにより、Ｒi＝一
定に制御するになお十分な全バッテリ電圧までの予備電
圧が得られることになる。このようにして図２（ｂ）で
発生するセンサ温度の変動が防止される。
性が図示されている。上述したオンオフ動作制御法と同
様に、冷間始動後図２（ａ）の方法よりも早くセンサを
動作可能な状態にすることができるように加熱を行なう
ことができる。センサが冷えてバッテリ電圧が十分なと
き通常の約２０ワットの電力消費は本発明ではすでに約
半分のバッテリ電圧で得られる。更に温度は最大許容温
度の僅か低い目標値に常時制御される。通常の１８から
２０ワット、好ましくは約２０ワットの電力消費がすで
に半分のバッテリ電圧で得られることにより、Ｒi＝一
定に制御するになお十分な全バッテリ電圧までの予備電
圧が得られることになる。このようにして図２（ｂ）で
発生するセンサ温度の変動が防止される。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、排ガ
スの高温時に排ガスセンサを過剰加熱することなく、冷
えた排ガスセンサを急速に加熱することが可能になる。
スの高温時に排ガスセンサを過剰加熱することなく、冷
えた排ガスセンサを急速に加熱することが可能になる。
【図１】本発明の制御装置の全体の構成を示すブロック
図である。
図である。
【図２】（ａ）は閉ループ制御の行なわれない加熱法に
より得られる排ガスセンサ温度の特性を示す特性図、
（ｂ）はオンオフ動作制御を行ない全負荷時加熱を遮断
する制御時に得られる排ガスセンサの温度特性を示す特
性図、（ｃ）は本発明の制御により得られる排ガスセン
サの温度特性を示す特性図である。
より得られる排ガスセンサ温度の特性を示す特性図、
（ｂ）はオンオフ動作制御を行ない全負荷時加熱を遮断
する制御時に得られる排ガスセンサの温度特性を示す特
性図、（ｃ）は本発明の制御により得られる排ガスセン
サの温度特性を示す特性図である。
１ 内燃機関 ２ 排気管 ３ 排ガスセンサ ４ 制御装置 ６ 混合気調量装置 ７ 絞り弁 ８ 加熱装置 １０ 制御器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６８ Ｈ (72)発明者 ロタール ラフ ドイツ連邦共和国 7148 レムゼック ３ ヴンネンシュタインシュトラーセ 24 (72)発明者 エーベルハルト シュナイベル ドイツ連邦共和国 7241 ヘミンゲン ホ ッホシュテッターシュトラーセ １／５
Claims (3)
- 【請求項１】 抵抗がその温度に依存する電気加熱手段
により内燃機関の排気管に配置された排ガスセンサを加
熱する排ガスセンサの加熱方法において、 排ガスセンサの温度を検出するために排ガスセンサある
いは加熱装置の内部抵抗が測定され、 測定された内部抵抗が連続動作制御により所定の目標値
に閉ループ制御され、 前記目標値が、加熱電力を供給することのない高負荷状
態の所定の内燃機関の運転状態において排ガスセンサが
とる温度値に対応することを特徴とする排ガスセンサの
加熱方法。 - 【請求項２】 排ガスセンサの温度を検出するために排
ガスセンサあるいは加熱装置の内部抵抗を測定する手段
と、 測定された内部抵抗を連続動作制御により所定の目標値
に閉ループ制御する手段とを設け、 前記目標値が、加熱電力を供給することのない高負荷状
態の所定の内燃機関の運転状態において排ガスセンサが
とる温度値に対応することを特徴とする請求項１に記載
の方法を実施する排ガスセンサの加熱装置。 - 【請求項３】 前記加熱手段が、約半分のバッテリ電圧
で１８から２２ワットの電力を熱に変換するように構成
されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4106308A DE4106308C2 (de) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | Verfahren und Vorrichtung zur Temperaturregelung für eine Abgassonde |
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