(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定ガス空間（１１２）内のガスの少なくとも１つの特性を検出するための、加熱装置（１２４）を用いて加熱可能なセンサ素子（１１８）の温度調整を行うための方法であって、
前記方法は、前記加熱装置（１２４）の少なくとも１つの閉ループ制御を含んでおり、
前記閉ループ制御には、
ａ）前記センサ素子（１１８）の少なくとも１つの閉ループ制御量の少なくとも１つの実際値を検出するステップと、
ｂ）前記少なくとも１つの閉ループ制御量の目標値を求めるステップと、
ｃ）前記目標値と前記実際値との比較を用いて前記加熱装置（１２４）の少なくとも１つの操作量を形成するステップと、
ｄ）少なくとも１つの監視ステップを実行するステップとが含まれ、
前記監視ステップでは、温度の設定に用いられる少なくとも１つのパラメータが検査され、当該検査に依存して前記少なくとも１つの操作量に作用が及ぼされ、さらに、
前記監視ステップにおけるパラメータの検査には、以下のような１つ又は複数の検査が含まれている、すなわち、
前記パラメータが、固定的若しくは動的に設定された少なくとも１つの閾値に達しているか又は前記少なくとも１つの閾値を下回っているか又は前記少なくとも１つの閾値を上回っているかに関する問合せを行う検査と、
測定期間にわたる前記パラメータの時間的変動量が所定の最大変動量を下回っているか又は所定の最大変動量に達しているか又は所定の最大変動量を上回っているかに関する問合せを行う検査と、
前記パラメータの時間的経過と前記少なくとも１つの閾値の時間的経過との比較を行う検査と、
のうち、１つ又は複数の検査が含まれ、さらに
前記パラメータが前記少なくとも１つの閾値に達しているか又は前記少なくとも１つの閾値を下回っているか又は前記少なくとも１つの閾値を上回っているかに関する前記問合せは、どのくらいの期間に亘って、前記パラメータが前記少なくとも１つの閾値に達しているか又は前記少なくとも１つの閾値を下回っているか又は前記少なくとも１つの閾値を上回っているかについての問合せを含み、
前記測定期間にわたる前記パラメータの時間的変動量が所定の最大変動量を下回っているか又は所定の最大変動量に達しているか又は所定の最大変動量を上回っているかに関する前記問合せは、どのくらいの期間に亘って、前記測定期間にわたる前記パラメータの時間的変動量が所定の最大変動量を下回っているか又は所定の最大変動量に達しているか又は所定の最大変動量を上回っているかについての問合せを含み、
前記監視ステップにおける前記操作量の作用には、以下の１つ又は複数の作用が含まれている、すなわち、
前記パラメータの個々若しくは複数の値の拒否及びその結果から生じる操作量の作用と、
前記実際値のフィルタリング及びその結果から生じる操作量の作用と、
前記実際値の平均値形成及びその結果から生じる操作量の作用と、
固定的若しくは動的に設定される最小値若しくは最大値による操作量の制限と、
操作量の初期値への設定と、
操作量の所定の絶対値分若しくは補正係数分の低減と、
操作量の、少なくとも１つの補正関数を用いて変更された操作量への変換と、
温度設定のための少なくとも１つの閉ループ制御回路（１５４）の変更と、
閉ループ制御の遮断と、
のうち、１つ又は複数の作用が含まれており、
前記パラメータの個々若しくは複数の値の拒否及びその結果から生じる操作量の前記作用は、前記パラメータの、時間的に隣接し変動量の大きい測定値の拒否であり、
温度設定のための少なくとも１つの閉ループ制御回路（１５４）の前記変更は、閉ループ制御回路の積分成分の遮断である、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記方法は、前記加熱装置（１２４）のさらに１つの開ループ制御を含み、該開ループ制御に前記閉ループ制御が少なくとも一時的に重畳される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
さらに少なくとも１つの開ループ制御量が検出され、該開ループ制御量は、前記センサ素子（１１８）の周辺環境が前記センサ素子（１１８）の温度に及ぼす作用を特徴付けている、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの開ループ制御量は、以下のパラメータ、すなわち、
前記センサ素子（１１８）の周辺温度と、
ガスを含有若しくは生成若しくは利用する装置の作動パラメータと、
前記センサ素子（１１８）の周辺で発生するガス流を特徴付けるパラメータと、
前記センサ素子（１１８）の周辺に生じる温度を特徴付けるパラメータと、
触媒温度及び／又は管壁温度と、
エンジン回転数と、
エンジン負荷状態と、
から選択される、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記作動パラメータは、内燃機関の作動領域であり、
前記温度を特徴付けるパラメータは、前記温度を定量化するパラメータである、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記内燃機関の前記作動領域は、エンジン作動点であり、
前記温度を定量化するパラメータは、排ガス温度である、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記加熱装置（１２４）の開ループ制御は、前記開ループ制御量を考慮して行われる、請求項２から６いずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記目標値の算出は、前記開ループ制御量を考慮して行われる、請求項２から７いずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つの閉ループ制御量は、以下のグループから選択されている、すなわち、
前記センサ素子（１１８）の少なくとも１つの内部抵抗と、
前記センサ素子（１１８）の温度と、
前記センサ素子（１１８）の少なくとも２つの電極（１２６，１３０）間の電圧と、
前記センサ素子（１１８）の少なくとも２つの電極（１２６，１３０）間の電流と、
導電性構造部の電気抵抗と、
から選択されている、請求項１から８いずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記センサ素子（１１８）の少なくとも１つの内部抵抗は、前記センサ素子（１１８）の少なくとも１つの電気化学的セル（１３４）の内部抵抗であり、
前記センサ素子（１１８）の少なくとも２つの電極（１２６，１３０）間の電圧は、前記センサ素子（１１８）の電気化学的セル（１３４）の２つの電極（１２６，１３０）間の電圧であり、
前記センサ素子（１１８）の少なくとも２つの電極（１２６，１３０）間の電流は、前記センサ素子（１１８）の電気化学的セル（１３４）の少なくとも２つの電極（１２６，１３０）間の電流であり、
前記導電性構造部の電気抵抗は、前記センサ素子（１１８）の導電性構造部の電気抵抗である、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記操作量は、以下のグループから選択されている、すなわち、
前記加熱装置（１２４）に印加される加熱電圧と、
前記加熱装置（１２４）に印加される加熱電力と、
前記加熱装置（１２４）に供給される加熱電流と、
前記加熱装置（１２４）に印加される加熱電力のパルス幅変調のパラメータと、
から選択されている、請求項１から１０いずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
前記監視ステップにおいて検査されるパラメータは以下のパラメータ、すなわち、
前記閉ループ制御量の実際値と、
前記閉ループ制御量の目標値と、
前記操作量と、
開ループ制御量と、
から選択され、前記開ループ制御量は、前記センサ素子（１１８）の周辺環境が前記センサ素子（１１８）の温度に及ぼす作用を特徴付けている、請求項１から１１いずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの特性は、前記ガス中の少なくとも１つのガス成分の割合である、請求項１から１２いずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
測定ガス空間（１１２）内のガスの少なくとも１つの特性を検出するためのセンサ装置（１１０）であって、
前記センサ装置（１１０）が、
前記特性を検出するための少なくとも１つのセンサ素子（１１８）と、
前記センサ素子（１１８）の少なくとも一部を加熱するための少なくとも１つの加熱装置（１２４）と、
前記加熱装置（１２４）を駆動制御するための少なくとも１つの駆動制御装置（１１４）と、
を備え、
前記駆動制御装置（１１４）は、前記加熱装置（１２４）の閉ループ制御を行う閉ループ制御部を備え、
前記閉ループ制御部は、
前記センサ素子（１１８）の少なくとも１つの閉ループ制御量の少なくとも１つの実際値を検出する閉ループ制御量検出手段と、
前記少なくとも１つの閉ループ制御量の目標値を算出する算出手段と、
前記目標値と前記実際値との比較を用いて前記加熱装置（１２４）の少なくとも１つの操作量を形成する形成手段と、
少なくとも１つの監視ステップを実行する監視手段と、
を備え、
前記監視手段は、温度の設定に用いられる少なくとも１つのパラメータを検査し、当該検査に依存して前記少なくとも１つの操作量に作用が及ぼされるようにし、さらに、
前記監視手段において実施される前記パラメータの検査には、以下のような１つ又は複数の検査が含まれている、すなわち、
前記パラメータが、固定的若しくは動的に設定された少なくとも１つの閾値に達しているか又は前記少なくとも１つの閾値を下回っているか又は前記少なくとも１つの閾値を上回っているかに関する問合せを行う検査と、
測定期間にわたる前記パラメータの時間的変動量が所定の最大変動量を下回っているか又は所定の最大変動量に達しているか又は所定の最大変動量を上回っているかに関する問合せを行う検査と、
前記パラメータの時間的経過と前記少なくとも１つの閾値の時間的経過との比較を行う検査と、
のうち、１つ又は複数の検査が含まれており、さらに
前記パラメータが前記少なくとも１つの閾値に達しているか又は前記少なくとも１つの閾値を下回っているか又は前記少なくとも１つの閾値を上回っているかに関する前記問合せは、どのくらいの期間に亘って、前記パラメータが前記少なくとも１つの閾値に達しているか又は前記少なくとも１つの閾値を下回っているか又は前記少なくとも１つの閾値を上回っているかについての問合せを含み、
前記測定期間にわたる前記パラメータの時間的変動量が所定の最大変動量を下回っているか又は所定の最大変動量に達しているか又は所定の最大変動量を上回っているかに関する前記問合せは、どのくらいの期間に亘って、前記測定期間にわたる前記パラメータの時間的変動量が所定の最大変動量を下回っているか又は所定の最大変動量に達しているか又は所定の最大変動量を上回っているかについての問合せを含み、
前記監視手段による前記監視ステップにおける前記操作量の作用には、以下の１つ又は複数の作用が含まれている、すなわち、
前記パラメータの個々若しくは複数の値の拒否及びその結果から生じる操作量の作用と、
前記実際値のフィルタリング及びその結果から生じる操作量の作用と、
前記実際値の平均値形成及びその結果から生じる操作量の作用と、
固定的若しくは動的に設定される最小値若しくは最大値による操作量の制限と、
操作量の初期値への設定と、
操作量の所定の絶対値分若しくは補正係数分の低減と、
操作量の、少なくとも１つの補正関数を用いて変更された操作量への変換と、
温度設定のための少なくとも１つの閉ループ制御回路（１５４）の変更と、
閉ループ制御の遮断と、
のうち、１つ又は複数の作用が含まれており、
前記パラメータの個々若しくは複数の値の拒否及びその結果から生じる操作量の前記作用は、前記パラメータの、時間的に隣接し変動量の大きい測定値の拒否であり、
温度設定のための少なくとも１つの閉ループ制御回路（１５４）の前記変更は、閉ループ制御回路の積分成分の遮断である、
ことを特徴とするセンサ装置（１１０）。
【請求項１５】
前記駆動制御装置（１１４）は、前記加熱装置（１２４）の開ループ制御を行う開ループ制御部をさらに備え、前記開ループ制御部による前記開ループ制御に前記閉ループ制御部による前記閉ループ制御が少なくとも一時的に重畳される、請求項１４記載のセンサ装置（１１０）。
【請求項１６】
前記開ループ制御部は、少なくとも１つの開ループ制御量を検出する開ループ制御量検出手段を備え、該開ループ制御量は、前記センサ素子（１１８）の周辺環境が前記センサ素子（１１８）の温度に及ぼす作用を特徴付けている、請求項１５記載のセンサ装置（１１０）。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの開ループ制御量は、以下のパラメータ、すなわち、
前記センサ素子（１１８）の周辺温度と、
前記ガスを含有若しくは生成若しくは利用する装置の作動パラメータと、
前記センサ素子（１１８）の周辺で発生するガス流を特徴付けるパラメータと、
前記センサ素子（１１８）の周辺に生じる温度を特徴付けるパラメータと、
触媒温度及び／又は管壁温度と、
エンジン回転数と、
エンジン負荷状態と、
から選択される、請求項１６記載のセンサ装置（１１０）。
【請求項１８】
前記作動パラメータは、内燃機関の作動領域であり、
前記温度を特徴付けるパラメータは、前記温度を定量化するパラメータである、請求項１７記載のセンサ装置（１１０）。
【請求項１９】
前記内燃機関の前記作動領域は、エンジン作動点であり、
前記温度を定量化するパラメータは、排ガス温度である、請求項１８記載のセンサ装置（１１０）。
【請求項２０】
前記開ループ制御部は、前記開ループ制御量を考慮して前記加熱装置（１２４）の開ループ制御を行う、請求項１５から１９いずれか１項記載のセンサ装置（１１０）。
【請求項２１】
前記算出手段は、前記開ループ制御量を考慮して前記目標値の算出を行う、請求項１５から２０いずれか１項記載のセンサ装置（１１０）。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの閉ループ制御量は、以下のグループから選択されている、すなわち、
前記センサ素子（１１８）の少なくとも１つの内部抵抗と、
前記センサ素子（１１８）の温度と、
前記センサ素子（１１８）の少なくとも２つの電極（１２６，１３０）間の電圧と、
前記センサ素子（１１８）の少なくとも２つの電極（１２６，１３０）間の電流と、
導電性構造部の電気抵抗と、
から選択されている、請求項１４から２１いずれか１項記載のセンサ装置（１１０）。
【請求項２３】
前記センサ素子（１１８）の少なくとも１つの内部抵抗は、前記センサ素子（１１８）の少なくとも１つの電気化学的セル（１３４）の内部抵抗であり、
前記センサ素子（１１８）の少なくとも２つの電極（１２６，１３０）間の電圧は、前記センサ素子（１１８）の電気化学的セル（１３４）の２つの電極（１２６，１３０）間の電圧であり、
前記センサ素子（１１８）の少なくとも２つの電極（１２６，１３０）間の電流は、前記センサ素子（１１８）の電気化学的セル（１３４）の少なくとも２つの電極（１２６，１３０）間の電流であり、
前記導電性構造部の電気抵抗は、前記センサ素子（１１８）の導電性構造部の電気抵抗である、請求項２２に記載のセンサ装置（１１０）。
【請求項２４】
前記操作量は、以下のグループから選択されている、すなわち、
前記加熱装置（１２４）に印加される加熱電圧と、
前記加熱装置（１２４）に印加される加熱電力と、
前記加熱装置（１２４）に供給される加熱電流と、
前記加熱装置（１２４）に印加される加熱電力のパルス幅変調のパラメータと、
から選択されている、請求項１４から２３いずれか１項記載のセンサ装置（１１０）。
【請求項２５】
前記監視手段が前記監視ステップにおいて検査するパラメータは、以下のパラメータ、すなわち、
前記閉ループ制御量の実際値と、
前記閉ループ制御量の目標値と、
前記操作量と、
開ループ制御量と、
から選択され、前記開ループ制御量は、前記センサ素子（１１８）の周辺環境が前記センサ素子（１１８）の温度に及ぼす作用を特徴付けている、請求項１４から２４いずれか１項記載のセンサ装置（１１０）。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの特性は、前記ガス中の少なくとも１つのガス成分の割合である、請求項１４から２５いずれか１項記載のセンサ装置（１１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ素子の温度調整を行うための方法に関している。
【背景技術】
【０００２】
従来技術からは測定空間中のガスの少なくとも１つの特性を検出するための複数のセンサ素子が公知である。ここでは基本的にガスの任意の特性、例えばガスの物理的特定及び／又は化学的特性が検出される。以下の明細書では本発明をとりわけガス中の少なくとも１つのガス成分の含有率、例えば粒子圧及び／又は百分比を検出するためのセンサ素子に関連して説明する。前記ガス成分とは例えば酸素であり得る。また別のガス成分として代替的若しくは補足的に、例えば、酸化窒素、炭化水素又はその他のガス成分が検出されてもよい。しかしながら本発明は、これらのガス成分の検出のみに限定されるのではなく、基本的には、代替的に若しくは付加的に、ガスのその他の特性も検出することが可能である。
【０００３】
これらのガス成分の検出のためにはとりわけ少なくとも１つの固体電解質、例えばイオン伝導性の固体電解質、例えば酸素イオン伝導性の固体電解質の使用をベースにしたセンサ素子が用いられる。この種の個体電解質は例えば酸化ジルコニウムをベースに作成でき、具体的には例えばイットリア安定化ジルコニア、及び／又は、スカンジウムをドープした酸化ジルコニウムなどが挙げられる。この種のセンサ素子は例えば自動車の分野において、少なくとも１つのモーターを備えた内燃機関の排ガス中のガス成分を検出するために用いることができる。この種のセンサ素子の一例としては、例えばロバートボッシュ社発行の刊行物"自動車用センサ"、２００７年版、１５４〜１５９頁にその記載がある。そこに示されているセンサ素子は、基本的に本発明による方法によって作動可能、及び／又は本発明によるセンサ装置の枠内で使用可能である。
【０００４】
ラムダゾンデは通常は、少なくとも１つの固体電解質を供えた少なくとも１つのガルバニ電池式酸素濃度計の使用に基づいている。代替的に又は付加的にいわゆるポンプセルも用いることが可能である。ラムダゾンデは、単室構造若しくは複室構造を有し、典型的なものは従来技法で参照可能である。通常この種のセンサ素子は少なくとも１つの加熱装置を有している。そのため固体電解質は典型的には約３５０℃の作動温度のもとで酸素イオンに対して伝導性を有する。一般的なラムダゾンデの基準温度は、通常は非常に高く、例えば６５０℃〜８５０℃の範囲にある。この基準温度を、周辺環境の条件、例えば排気ガスの温度に依存することなく、達成するためには、センサ素子が通常は積極的に電気的手段でもって加熱される。このような理由からこの種の大抵のセンサ素子は、少なくとも１つの電気的な加熱素子を有しており、以下ではこの加熱素子を一般的に加熱装置と称する。この加熱装置は少なくとも１つの制御機器によって駆動されている。例えば酸化ジルコニアをベースにした公知のラムダゾンデは白金製の集積された加熱器を有しており、この加熱器は通常の作動条件のもとで加熱電力に比較的大きな余量を持っている。このことは、センサ素子の作動に必要な加熱電圧若しくは加熱電力が、通常得られる供給電圧若しくは供給電力よりも遙かに小さいことを意味する。例えば前述したような形式の典型的なセンサ素子の場合、例えば７８０℃の作動温度は、８Ｖ以下の加熱電圧によって既に達成できることを意味する。多くのケースでは、センサ素子は、直流電圧を用いてではなく、クロック制御された実効電圧で作動される。その際の電圧は比較的高い直流電圧（バッテリー電圧）のパルス幅変調によって生成されている。そのため本願明細書では、加熱器電圧とは、加熱装置に印加される実際の電圧のみならず、交流的な実効電圧との概念も含むものであることを理解されたい。
【０００５】
前述した形式のセンサ素子の出力信号は、通常は、機能的にセンサ素子の温度に大きく依存する。それ故、信号精度の向上のためには、センサ素子の温度を排ガス温度の変化から分離させて、できるだけ一定に維持することが試みられる。例えばジルコニア酸素センサ（スイッチングタイプセンサ）の加熱電圧の温度制御は通常は排ガス温度の入力量と排ガス測定電流と共に作動点に依存した特性マップを介して行われる。高められた温度精度は、センサ素子の温度閉ループ制御によって得られる。閉ループ制御量として、センサ素子の内部抵抗Ｒi、例えばセンサ素子の少なくとも１つのセルの内部抵抗Ｒiが利用されてもよい。なぜなら通常はセンサ素子の内部抵抗と温度との間には一義的な関係が存在するからである。例えば市場で手に入るジルコニア酸素センサにおいては、２２０Ωの内部抵抗は、７８０℃のセンサ素子温度に相応している。相応の温度制御は広帯域ラムダセンサにも用いられる。
【０００６】
実在する閉ループ制御による信号精度の向上にもかかわらず、センサ素子の信号精度をさらに向上させるための正確な温度設定に対する要求と向上の潜在力は相変わらず存在している。とりわけセンサ素子の作動温度は排ガス温度に左右されることなく設定可能であるべきである。このことは信号精度をさらに高めると共に、有害物質排出の低減と確かな診断とを可能にするためにも必要である。それと同時に、付加的搭載電源網電圧領域における基本的な加熱の際に、センサ素子を過度に熱してしまうことによるダメージの危険性を生じさせることなく、余裕のある高い加熱電力での駆動制御を可能にさせるべきである。さらに排ガスセンサのセンサ素子をできるだけ一定の温度のもとで作動可能にすると同時に過熱からも保護することが求められる。
【０００７】
発明の開示
公知のセンサ素子の改善と当該センサ素子の作動方法、並びに前述したような目的の少なくとも部分的な実現のために、本発明によれば、測定ガス空間内のガスの少なくとも１つの特性を検出するための、加熱装置を用いて加熱可能なセンサ素子の温度調整のための方法、並びに、測定ガス空間内のガスの少なくとも１つの特性を検出するためのセンサ装置が提案される。上述したような少なくとも１つの特性の検出は、特にガス中のガス成分の割合の確定であってもよい。ここでのガス成分とは、とりわけ１つ又は複数のガス成分、例えば酸素、窒素、窒素酸化物、炭化水素、又はその他の成分であり得る。また前記ガスとはとりわけ排気ガス、特に内燃機関の排気ガスであり得る。さらに前記測定ガス空間とはとりわけ排気管、例えば自動車における排気管、排気マニホールドであり得る。しかしながら本発明ではそれ以外の適用分野も基本的に可能である。
【０００８】
この方法は、加熱装置を用いて加熱可能なセンサ素子の温度の調整のために用いられる。ここでの温度の調整とは、予め固定的に設定されるか若しくは可変に設定される温度への調整を意味するものであることを理解されたい。その際には複数の温度経過も予め設定可能である。前記調整とは、以下の明細書でも詳細に説明するが、温度の開ループ制御及び／又は閉ループ制御を総括し得る。加熱装置はとりわけ抵抗型の加熱装置を含み得る。つまり例えば少なくとも１つの加熱抵抗である。これは例えば加熱電圧の印加及び／又は加熱電流の供給によって抵抗加熱可能であってもよい。ここで提案される方法には、以下に列挙する複数の方法ステップを含み得る。それらは有利には、但し非強制的に、図示の順序で実施されるものであってもよい。個々の方法ステップ若しくは複数の方法ステップは、時間的に平行して、時間的に重畳して、あるいは個別に若しくは複数回繰り返されて実施されてもよいし、比較的長い期間に亘って実施されてもよい。この方法はその上さらに、上記していないさらなる方法ステップを含むものであってもよい。
【０００９】
第１の方法ステップにおいては、センサ素子の少なくとも１つの閉ループ制御量の少なくとも１つの実際値が検出される。ここでの閉ループ制御量とは、この場合基本的にはセンサ素子の温度調整に関連のある任意の測定量、とりわけ電気的及び／又は熱的測定量、すなわち直接的若しくは間接的に温度と相関する測定量、すなわち、センサ素子の現下の温度又はセンサ素子の領域に対する逆推論が可能な測定量である。以下では例えば閉ループ制御量を例にとって説明を続ける。また本来の測定量の代わりに、この測定量から導出される種々のパラメータを用いることも可能であり、例えば内挿、外挿、フィルタリング、増幅、デジタル化されたパラメータ若しくはその他の値を用いることも可能である。その際の少なくとも１つの閉ループ制御量の実際値とは、最新の値、すなわち現下の時点若しくはそこから有利には数秒以内、例えば１０秒以内、とりわけ５秒以内、有利には１秒以内若しくは１００ミリ秒以内の時点で検出された値ないし測定値若しくは該測定値から導出される閉ループ制御の値であってもよいことを理解されたい。
【００１０】
さらなる方法ステップにおいては、少なくとも１つの閉ループ制御量の少なくとも１つの目標値が求められる。この目標値とは、閉ループ制御量の次のような値、すなわちそれに対して閉ループ制御量が正確に若しくは１つ又は複数の許容閾値の設定下で調整されるべき値と理解されたい。この目標値の算出は、センサ素子から分離している装置が当該目標値を提供することによって行われてもよい。このような装置では例えば当該目標値が固定的に設定されているか若しくは以下でもさらに説明するように、センサ素子の周辺環境がセンサ素子の温度に与える影響を特徴付ける、少なくとも１つの開ループ制御量を考慮して決定されている。それに対応して本発明によれば、目標値の算出のために、例えば少なくとも１つのデータ処理装置、及び／又は、少なくとも１つの電子的なテーブル、及び／又は、少なくとも１つの目標値を求めて当該方法のために提供するその他の形式の装置が設けられていてもよい。
【００１１】
別の方法ステップにおいては、加熱装置の少なくとも１つの操作量が目標値と実際値の少なくとも１つの比較によって形成される。ここでの操作量とは、有利にはそれを用いることで加熱装置を直接、若しくは間接的に駆動制御できる電気信号及び／又はデジタル情報と理解されたい。それによりこれらの操作量は、例えば、以下でも詳細に説明するように、加熱電力、加熱電圧（この場合は実際の加熱電圧若しくは有効な加熱電圧が利用され得る）、加熱電流、又はこれらに類似した、前記加熱装置に直接印加することが可能な特性量を含み得る。しかしながら代替的又は付加的に、少なくとも１つの操作量を任意に次のように構成することも可能である。すなわちそれらを加熱装置へ印加する前にまず継続処理する必要があるように構成することである。この場合は例えば少なくとも１つの調整部材（例えば少なくとも１つの加熱電圧発生器及び／又は少なくとも１つの増幅器）が用いられてもよい。
【００１２】
さらなる方法ステップにおいては、少なくとも１つの監視ステップが実施される。この監視ステップでは、本発明の方法を用いた温度調整に用いられる少なくとも１つのパラメータが検査され、少なくとも１つの操作量がこの検査に依存して作用を及ぼす。この温度調整のために用いられるパラメータとは、この場合基本的には１つ若しくは複数の前述したような特性量、若しくは本発明による方法のもとでさらに使用される別の特性量が使用されてもよい。とりわけ少なくとも１つのパラメータとは、閉ループ制御のもとで使用されるパラメータ、及び／又は、任意に重畳される以下でも詳細に説明する開ループ制御のもとで使用されるパラメータであってもよい。また場合によっては操作量自体であってもよい。温度調整のために用いられるパラメータの例については以下の明細書で詳細に説明する。前記した検査とは、以下でも詳細に説明するように、とりわけ、少なくとも１つのパラメータが少なくとも１つの予め設定される条件を満たしているか否かに関する問い合わせであると理解されたい。例えば、以下で詳細に説明するように１つ若しくは複数の閾値条件が設定されてもよい。また、少なくとも１つの操作量が検査に依存して及ぼす作用とは、当該操作量を、若しくは当該操作量に作用する特性量を所期のように変化させる、操作量への直接的若しくは間接的な作用と理解されたい。これらの作用は、次のような変更を含み得る。すなわち、例えば１つ若しくは複数の補正関数、補正特性曲線、補正係数を用いた変更、予め定められた絶対値の加算及び／又は減算を用いた変更、初期値との置換えによる変更、とりわけ値０、最大値、最小値との置換えによる変更を含み得る。あるいは、少なくとも１つのパラメータの検査結果に応じて、少なくとも１つの操作量を不変に維持するものであってもよい。また個々の条件に代えて、例えば様々なタイプの複数の作用を結合させ得るような複数の条件を設定することも可能である。それ故例えば複数の検査が実行されてもよい。その際には各検査が、又は複数の検査からなる各グループが、少なくとも１つの操作量の様々な作用を引き起こす。
【００１３】
前述した方法ステップが実施された後で加熱装置には、とりわけ少なくとも１つの操作量が、及び／又は、当該操作量から導出された少なくとも１つのさらなる操作量が、例えば１つ若しくは複数の調整部材の介在接続のもとで供給される。操作量の補正は、有利には加熱装置への供給前に行われる。
【００１４】
特に有利にはこの方法は、さらに少なくとも１つの操作量が検出されるように実施される。その際の操作量とは、センサ素子の周辺環境がセンサ素子の温度に及ぼす影響を特徴付ける任意の操作量と理解されたい。この操作量はとりわけ少なくとも１つの以下のようなパラメータを含み得る。すなわち、センサ素子の周辺温度、とりわけガス温度、例えば測定ガス空間内の排ガス温度、ガスを含有、生成、利用する装置の作動パラメータ、とりわけ内燃機関の作動領域、有利にはエンジン作動点、センサ素子の周辺に生じ得るガス流を特徴付けるパラメータ、とりわけ量子化された例えば体積流量、及び／又はガスないし排気ガスの測定電流、センサ素子の周辺に生じる温度を特徴付けるパラメータ、特に量子化されるとりわけ排ガス温度、触媒温度、及び／又は管壁温度、エンジン回転数、エンジン負荷状態などであり得る。これらの少なくとも１つの操作量は、既に今日の通常の自動車における排ガスシステムにおいて検出されている。なぜなら、例えば排ガス温度は、触媒の作動に対して重要な意味を持っており、エンジン作動点は、いずれにせよエンジン制御装置によって検出されるものであり、排ガス流量（体積流量及び／又は測定電流）は例えば排ガス再循環システムにとって重要な意味を持っているからである。その限りでは、例えばいずれにせよ検出されるパラメータ若しくはそのようなパラメータの組み合わせは、本発明による方法のための操作量として利用することが可能である。しかしながらそれ以外のパラメータも代替的若しくは付加的に用いることが可能である。
【００１５】
既に前述したように、本発明による方法は、加熱装置の閉ループ制御を含んでいる。この閉ループ制御には加熱装置の少なくとも１つの開ループ制御が任意に重畳されてもよい。閉ループ制御の場合には、目標値と実際値の比較に基づいて少なくとも１つの操作量が有利には自動的に生成され、その際には１つの閉成された作用回路を伴うフィードバック結合が形成されるのに対して、開ループ制御の場合には、１つの閉成された作用回路なしで当該開ループ制御において相応の制御操作量へ変換される制御案内量の設定のみが行われるだけである。開ループ制御のもとで生成される少なくとも１つの制御操作量は、この場合閉ループ制御のもとで生成される操作量に、例えば加算、乗算、減算又は類似の手法で重畳されてもよい。この種の重畳は、基本的には従来技法からも公知である。例えば前記重畳の前に、前記閉ループ制御や開ループ制御のもとで生成された操作量の種々異なる増幅を行ってもよい。またそれらとは異なるタイプの重畳も実施可能である。それらの重畳は、任意の調整部材の前後で、例えば加熱電圧発生器の前後で行うことが可能である。また代替的若しくは付加的に、前記開ループ制御と閉ループ制御に対して異なる調整部材が用いられてもよい。例えばそれぞれ独立した加熱電圧発生器がそれぞれ相互に依存することなく加熱電圧を生成し、それらを引き続き少なくとも１つの加熱装置への供給前に重畳するようにしてもよい。
【００１６】
加熱装置の開ループ制御は、とりわけセンサ素子の周辺環境がセンサ素子の温度に与える影響を特徴付ける少なくとも１つの開ループ制御量、例えば前記したような１つ若しくは複数の開ループ制御量を考慮して行われる。その際には当該閉ループ制御と開ループ制御に対してそれぞれ同じ開ループ制御量が用いられてもよいし、異なる開ループ制御量が用いられてもよい。
【００１７】
前述した目標値の算出は、とりわけ少なくとも１つの開ループ制御量を考慮して行われてもよい。このことは、閉ループ制御が、センサ素子の周辺環境のセンサ素子温度への影響を特徴付ける少なくとも１つの開ループ制御量に整合されることを意味している。また代替的若しくは付加的に前記開ループ制御も、少なくとも１つの開ループ制御量を考慮して行ってもよい。その際には制御案内量が少なくとも１つの開ループ制御量に相応して選択される。それにより例えば測定ガス空間内のガスの温度が、及び／又は、測定ガス空間内のガスの流量が考慮される。例えば排ガス温度が高い場合には、例えばセンサ素子の温度を相応の目標値に調整するために通常は僅かな加熱電力で十分となる。
【００１８】
前記少なくとも１つの閉ループ制御量は、とりわけ以下の１つ若しくは複数の閉ループ制御量を含み得る。すなわち、前記センサ素子の少なくとも１つの内部抵抗、とりわけ前記センサ素子の少なくとも１つの電気化学的セルの内部抵抗、つまり少なくとも２つの電極と該少なくとも２つの電極を接続する少なくとも１つの個体電解質との組み合わせと、前記センサ素子の温度と（これは例えば別個の温度センサを用いて検出され得る）、前記センサ素子の少なくとも２つの電極間の電圧、とりわけ前記センサ素子のネルンストセルの２つの電極間の電圧と、前記センサ素子の少なくとも２つの電極間の電流、とりわけ前記センサ素子のポンプセルの少なくとも２つの電極間の電流と、例えば固定的に設定されるポンプ電圧のもとでの電流と、導電性構造部の電気抵抗、とりわけ前記センサ素子の導電性構造部の電気抵抗、例えば金属構造部の電気抵抗、例えば供給管路、及び／又は、蛇行した金属製管路の電気抵抗とから選択される。またそれら以外の閉ループ制御量も考えられるし、前述した閉ループ制御量及び／又はその他の閉ループ制御量の組み合わせも考えられる。特に有利には少なくとも１つの内部抵抗か、又は、センサ素子の内部抵抗を特徴付ける少なくとも１つの特性量が、閉ループ制御量として用いられてもよい。この内部抵抗は例えば次のようにして測定され得る。すなわち、センサ素子の少なくとも１つの電気化学的セルに電圧パルス及び／又は電流パルスを短時間だけ印加し、そのつど別の特性量、例えば電流ないし電圧を測定するようにして行われてもよい。これらの内部抵抗測定は、ガスの少なくとも１つの特性を検出するためのセンサ素子のその他の測定と時間的に重なって行われてもよいし、間接的に、例えば前記特性の本来の検出を短期間だけ中断して行ってもよい。それにより例えば本来ネルンストセルとして用いられるセンサ素子のセルを短時間だけ温度測定のために用いることが可能になる。
【００１９】
既に前述したように、前記操作量はとりわけ次の操作量であってもよい。すなわち、加熱装置の加熱電力と前記センサ素子内へもたらされる熱エネルギーに影響を及ぼす操作量である。とりわけ前記操作量は以下の１つ若しくは複数の操作量を含み得る。すなわち、前記加熱装置に印加される加熱電圧、前記加熱装置に印加される加熱電力、前記加熱装置に供給される加熱電流、前記加熱装置に印加される加熱電力のパルス幅変調のパラメータとを含み得る。また前述した操作量及び／又はその他の操作量の組み合わせも考えられる。その際には前述の操作量が直接用いられてもよいし、あるいは前述したようにこれらの操作量から導出若しくは生成される特性量が用いられてもよい。
【００２０】
既に前述したように前記監視ステップにおいては、温度調整に用いられる少なくとも１つのパラメータが検査される。この少なくとも１つのパラメータは、とりわけ１つ若しくは複数の以下に述べるパラメータを含み得る。すなわち、前記閉ループ制御量の実際値と、前記閉ループ制御量の目標値と、前記操作量と、前記センサ素子の周辺環境が当該センサ素子の温度に及ぼす作用を特徴付ける開ループ制御量とを含み得る。ここでの開ループ制御量の可能な構成に関しては、前述した説明が参照される。代替的に若しくは付加的に、さらなるパラメータが用いられてもよいし、及び／又は、前述したパラメータ及び／又はその他のパラメータの組み合わせが用いられてもよい。前記監視ステップにおいては、前述した及び／又はその他のパラメータが個々の値として検査されてもよい。その際には例えば個々の値と少なくとも１つの目標値との比較が行われる。また代替的若しくは付加的に、前述したパラメータの個々の値、複数の値若しくは全ての値が、これらのパラメータの時間経過において検査されてもよい。その際には例えば前述したパラメータの時間的変動、経過の履歴、所定の期間に亘った平均値、前述したパラメータのフィルタリングされた経過、前述したパラメータの時間的経過及び／又はその他のパラメータから導出されたその他の二次的パラメータ、又は関数が評価されてもよい。これらの例は以下の明細書で詳細に説明する。
【００２１】
監視ステップにおけるパラメータの検査は、上述したように、様々な手法で構成され得る。これらの手法は任意に相互に組み合わせることが可能である。とりわけパラメータの検査には次のような問合せが含まれる。すなわち当該パラメータ（このもとでは上述したように個別の値、複数の値、導出された値、時間経過、又は類似の値と理解されたい）が少なくとも１つの固定的に設定された閾値若しくは動的に設定された閾値に達しているか、下回っているか、又は上回っているかに関する問合せと、場合によっては任意にそれらがどのくらいの期間に該当しているかについての問合せが含まれる。例えば少なくとも１つの条件は、パラメータは、所定の閾値を下回るべき、若しくは、所定の閾値を上回らないべき、であってもよい。また１つの条件は、パラメータは、所定の閾値を上回るべき、若しくは所定の閾値を下回らないべき、であってもよい。ここでの閾値は固定的に設定されてもよいし、可変に、つまり動的に、例えば１つ若しくは複数の外的な開ループ制御量に整合させて、及び／又は、他の外的なパラメータに整合させて設定してもよい。代替的若しくは補足的に、前記検査は次のような問合せを含んでいてもよい。すなわち、測定期間にわたるパラメータの時間的変動量が、所定の最大変動量を下回っているか、又は、所定の最大変動量に達しているか、又は、所定の最大変動量を上回っているかに関する問合せと、場合によっては任意にそれがどれくらいの期間に該当していたかについての問い合わせを含んでいてもよい。相応にここでも前記変動量に関して所定の条件を設定することが可能である。すなわち、代替的若しくは補足的に、前記監視ステップが次のような形態の検査を含んでいてもよい。すなわち前記パラメータの時間的経過と少なくとも１つの目標経過とを比較する形態の検査である。この種の比較は例えば、複数の特性曲線の比較、複数の関数の比較、個々の値の比較、複数の値の比較、あるいはこれらに類似したやり方で行ってもよい。例えば、所定の経過と目標経過との間の一致、及び／又は、偏差を定量化するために、偏差、最小二乗法、相関関数、あるいはこれらに類似のものが用いられてもよい。また前述してきた検査を相互に組み合わせて実施してもよいし、及び／又は、別の検査と組み合わせて実施してもよい。その例については以下で詳細に説明する。
【００２２】
本発明のさらに別の有利な実施形態は、監視ステップにおける開ループ制御量の作用の種類に該当する。それにより当該作用は、とりわけ１つ若しくは複数の以下に述べるような作用を含み得る。例えば前記作用は、前記パラメータの個々の値若しくは複数の値の拒否、及び／又は、その結果から生じる開ループ制御量の作用を含み得る。とりわけ前記パラメータの大きく変動する時間的な測定値の拒否が起こり得る。例えば、所定の雇用偏差領域外、例えば時間的平均値周りの所定の許容偏差領域外にあるパラメータの測定値の拒否が起こり得る。代替的若しくは付加的に、実際値のフィルタリングと、その結果から生じる開ループ制御量の作用が生じ得る。ここでのフィルタリングとして例えばローパスフィルタリング及び／又はバンドパスフィルタリングが行われてもよい。ここでも代替的若しくは付加的に、前記作用は、実際値の少なくとも１つの平均値形成と、その結果として生じる開ループ制御量の作用とを含んでいてもよい。そのため例えば実際値が所定の期間にわたって平均化され、その際には例えば幾何学的手段、及び／又は、演算手段が形成されてもよい。ここでも代替的若しくは付加的に、前記開ループ制御量が固定的若しくは動的に設定される最小値又は最大値によって置き換えられてもよい。例えば固定の下限値及び／又は上限値が少なくとも１つの開ループ制御量のために設定されていてもよい。動的な設定は、例えば開ループ制御が閉ループ制御に重畳する場合には、開ループ制御量−操作量に関する偏差として行われてもよい。それにより例えば開ループ制御値−操作値に関する許容偏差領域が設定され、開ループ制御量がこの領域内に収められる。これらの例は以下の明細書でも詳細に説明する。さらに代替的若しくは付加的に、前記開ループ制御量は、初期値、例えば０値若しくは最大値よりも小さい値に設定されていてもよい。このことは加熱装置への加熱エネルギーの印加を遮断することによって行われてもよい。さらに代替的若しくは付加的に、前記開ループ制御量を所定の値分だけ低減させることも、所定の補正係数分だけ低減させることも可能である。また代替的若しくは付加的に、前記開ループ制御量を少なくとも１つの補正関数を用いて可変の開ループ制御量に変換してもよい。この少なくとも１つの補正関数は、基本的には任意の補正、例えば１つ若しくは複数の補正値、補正関数、補正マップ、若しくは当業者に基本的に公知の類似の補正を含み得る。再び代替的若しくは付加的に、前記作用は、温度設定のための少なくとも１つの閉ループ制御回路の変更を含み得る。とりわけ閉ループ制御回路の積分成分の遮断を含み得る。ここでも代替的若しくは付加的に、前記作用は閉ループ制御の完全な遮断及び／又は部分的な遮断を含み、例えば加熱装置の開ループ制御への完全な切り替えが行われ、例えば前述したような種別の開ループ制御が行われる。
【００２３】
本発明の別の観点によれば、測定ガス空間内のガスの少なくとも１つの特性を検出するためのセンサ装置が提案されており、とりわけここではガス成分の割合が検出されている。このセンサ装置は、特性を検出するための少なくとも１つのセンサ素子を含んでいる。
【００２４】
このセンサ装置はさらにセンサ素子の少なくとも一部を加熱するための少なくとも１つの加熱装置を含んでいる。例えばこの少なくとも１つの加熱装置は、その全体若しくはその一部がセンサ素子の構成要素であり得る。また代替的若しくは付加的に、前記少なくとも１つの加熱装置は、その全体若しくはその一部が、例えば外部構成要素として別のやり方で当該センサ装置に収容されるものであってもよい。最初のケースでは、前記加熱装置は、例えばセラミックセンサ素子内において例えばプレーナ−型センサのもとでは通常であるように、セラミックセンサ素子の層構造部に集積され得る。二番目のケースでは、前記加熱装置は例えば例えばフィンガー型センサのもとで通常であるように、ロッド型加熱器として構成され得る。
【００２５】
例えば前記センサ素子は、少なくとも１つの固体電解質、例えばセラミック固体電解質を供えたセンサ素子であってもよい。このセンサ素子はとりわけ１つ若しくは複数のセルを含み、つまり２つの電極を含んでおり、それらは固体電解質を介して相互に接続されている。このセンサ素子はシングルセル形式か又はマルチセル形式で構成されていてもよい。センサ素子の可能な構成形態については例えば前述してきた従来方式でも参照可能である。基本的に本発明においてはセンサ素子のあらゆるタイプが適用可能であり、とりわけセラミックセンサ素子が好適である。本発明によるセンサ装置はさらに少なくとも１つの駆動制御装置を含んでいる。この駆動制御装置は、従属請求項に記載されている本発明による１つ又は複数の方法を実施し得るように構成されている。この駆動制御装置は中央に配置した集中的な構成であってもよいし、分散的に配置する構成であってもよい。またこの駆動制御装置は、すべてを完全にソフトウエア、及び／又は、ハードウエアで実施してもよいし、一部のみを部分的にソフトウエア、及び／又は、ハードウエアで実行してもよい。さらにこの駆動制御装置は全てを完全に若しくはその一部のみを、例えば中央のエンジン制御装置において実施してもよい。この駆動制御装置は、例えばセンサ素子、ないしはセンサ素子の信号を駆動制御及び／又は評価するためのセンサ駆動制御装置を含んでいてもよい。前記方法の実行のためにはこの駆動制御装置は、さらに例えば少なくとも１つの閉ループ制御装置を含んでいる。この閉ループ制御装置には例えば少なくとも１つの閉ループ制御器が含まれていてもよい。任意の開ループ制御の重畳のために、前記駆動制御装置は、さらに少なくとも１つの開ループ制御装置を含んでいてもよい。前記閉ループ制御装置と前記開ループ制御装置は、共に加熱素子駆動制御装置を形成し得る。
【００２６】
本発明による方法と本発明によるセンサ装置は公知の方法及び公知のセンサ装置に比べて大きな利点を有している。そのためとりわけ加熱電力の余量が大きい特性を供えたセンサ素子が実現できる。但しこれは基本的に許容範囲の搭載電源網電圧範囲における加熱においても過度な加熱があればセンサ素子の損傷に結び付く恐れがある。しかしながらこれらのセンサ素子とセンサ装置は、エンジン動作点に依存することなく一定の温度のもとで作動されると同時に、センサ素子が過熱から保護されるように構成しなければならない。本発明による方法は基本的に、積極的に加熱され、かつ温度が開ループ制御若しくは閉ループ制御される排ガスセンサに適用することが可能である。
【００２７】
センサ素子温度を可及的に一定に維持するために、とりわけ、温度の開ループ制御と温度の閉ループ制御とが前述してきたように組み合わされる。例えば開ループ制御は特性マップを用いて実施され、その中で例えば前述したように、センサ素子の周辺環境がセンサ素子の温度に及ぼす作用を特徴付けている１つ若しくは複数の開ループ制御量が検出される。この種の開ループ制御は特に特性マップ事前制御とも称され、この事前制御は前述の閉ループ制御に重畳させることが可能である。このような開ループ制御と、閉ループ制御との重畳は、閉ループ制御の精度を高めるという利点をもたらし、有利には作動点に依存した開ループ制御によるエンジン動作点の変化（例えば突発的な負荷変動）への迅速な応答に組み合わされる。それにより、大きな制御偏差が回避され、閉ループ制御は、例えば、開ループ制御によって生成される開ループ制御操作量の修正のためにだけ用いられるようになる。この開ループ制御操作量は、以下では事前制御値とも称する。この方法は一般に、温度安定化の向上に用いることが可能である。とりわけ酸素センサの温度閉ループ制御のために、特にネルンストセルの内部抵抗が、センサ素子の測定電極と基準電極との間の短時間の電流パルス印加によって測定される。この方法は従来技術からも基本的に公知であり、そこではいずれにせよ診断目的で普通に用いられている。上記提案の本発明の枠内では、そのように検出された内部抵抗がセンサ素子の少なくとも１つの閉ループ制御量の実際値として、若しくは、その値の実際値の一部として利用される。求められた内部抵抗は、温度の閉ループ制御に用いられる。しかしながら従来の閉ループ制御のもとで閉ループ制御量の検出が不正確か又は誤ったものであった場合に生じるリスク、すなわち、最適な作動温度を上回るか又は下回るか、あるいは作動温度を大幅に超過した際にセンサ素子に生じる損傷のリスクは、本発明によって提案された管理ステップにより回避することが可能になる。例えば永続的に若しくは一時的に高まった接触抵抗がセンサ素子の信号経路に生じた場合には、例えば従来の温度閉ループ制御は、測定された高い抵抗をより小さな目標抵抗まで閉ループ制御し、その際に加熱電圧は上昇する。それにより、センサ素子は過度な熱を伴って作動し、当該センサ素子内に集積されている加熱装置は焼き切れる。そのため例えば従来のセンサ素子が１１Ｖの加熱電圧で長期間作動された場合には、１１５０℃以上の温度まで加熱され、このことは当該加熱器の焼き切れに至る。加熱装置、とりわけセンサ素子内に集積された加熱装置の加熱余量が大きければ大きいほど、当該センサ素子のダメージにつながる過熱の危険性も大きくなる。そのような過熱を回避するために、本発明による方法のもとでは、温度の閉ループ制御が行われ、この閉ループ制御は、例えばエンジン制御システムによって提供可能な１つ若しくは複数の開ループ制御量によって任意に変調又は支援されてもよい。
【００２８】
本発明の有利な方法によれば、とりわけ、前述したような開ループ制御の重畳の際に、特性マップをベースとした事前制御（パイロット制御）が用いられてもよい。この事前制御には、前記の提案された閉ループ制御が重畳可能であり、あるいはこの事前制御と、前記の提案された閉ループ制御とが別のやり方で組み合わされてもよい。この事前制御はとりわけ、測定された若しくはモデル化された開ループ制御量（これは特性量とも称される）をベースにしてもよいし、例えば排ガスシステムの測定若しくはモデル化された特性量をベースにしてもよい。これらは当該センサ素子の、エンジン作動点に依存した加熱特性と冷却特性を良好に反映するものである。固定のセンサ素子温度は通常は固定のセンサ素子内部抵抗に相当するものなので、重畳される閉ループ制御部は例えばＰＩＤ制御器に置き換えも可能である。この制御器は、測定した内部抵抗Ｒiを、例えば目標値と比較することができる。そのようにして１つの操作量が求められる。この操作量は例えば事前制御の目標電圧に対する加熱器電圧の補正、又は他の方式で構成された加熱電力の補正を表す。エラーを含んだ若しくは誤った内部抵抗閉ループ制御に基づくセンサ素子の過熱は、本発明による対抗手段によって少なくとも十分に回避されるようになる。
【００２９】
以下ではこの誤った内部抵抗閉ループ制御の典型的な例を示す。このようなエラーは対抗手段なしではセンサ素子の過熱を引き起こし、ひいては加熱装置の焼損につながりかねない。
（１）不正確な抵抗測定値の検出に基づく誤った内部抵抗閉ループ制御。不正確な抵抗測定値は、例えば制御機器内での電気的な相互接続における誤差、時間離散的及び／又は非連続的な内部抵抗測定、及び／又は、センサ素子信号が動的に大きく変動している間の内部抵抗の測定によって生じ得る。
（２）内部抵抗測定値の誤った解釈に基づく誤った内部抵抗閉ループ制御。ここでの内部抵抗測定値の誤った解釈とは、例えばセンサ素子信号回路のプラグインコネクタ及び／又はケーブルハーネス内での例えば腐食及び／又は経年劣化の結果として永続的若しくは一時的に生じた過大な接触抵抗のことを意味する。
（３）例えば加熱素子駆動制御装置内での例えば接触不良による加熱回路内の一時的に高まった接触抵抗に基づく誤った内部抵抗閉ループ制御。
【００３０】
前記エラーケース（１）に対する修復手段は、とりわけ、複数の実際値のうちの時間的に隣接する変動の大きな測定値を識別して拒否することである。この種の異常値の識別及び／又は拒否は、とりわけ、センサ素子内部抵抗が、測定エラーに結びつくような不安定な測定状況、例えばラムダ値が跳躍的に変化する状況のもとで測定されるのではなく、安定した測定状況のもとでのみ、例えば安定したラムダ値のもとでのみ、測定されることを可能にする。さらに前記エラーケース（１）に対する別の修復手段として、これらの測定値のフィルタリング処理、例えばローパスフィルタリングや、時間平均、移動平均が挙げられる。
【００３１】
前記エラーケース（２）及び／又は（３）に対する修復手段としては、とりわけ加熱電力の制限、例えば加熱電圧及び／又は加熱電流の制限、及び／又は、パルス幅変調による相応の作用などが挙げられる。これらの修復手段は、特に開ループ制御量として、測定された及び／又はモデル化された排ガスシステムの特性量に基づくものであってもよい。これらの１つ若しくは複数の時間的開ループ制御量によれば、特に次のようなことが可能となる。すなわち、作動点に依存して、操作量、例えば加熱器への特に加熱電圧の印加量に対する上限値、及び／又は、コリドール（すなわち所定の上限及び下限値）を設定することができるようになる。これにより酸素センサの過熱が確実に回避され得る。
【００３２】
前述した監視ステップ及び前述した作用の可能な実施例は特に以下の通りである。
（ａ）前述した１つ若しくは複数のパラメータが１つ若しくは複数の限界値を上回るか又は下回った場合にセンサ素子加熱部を遮断すること（加熱電圧０Ｖ）。例えば、センサ素子内部抵抗が臨界的な閾値に達するか又は下回った場合、及び／又は、排ガス温度、及び／又は、センサ素子の周辺環境がセンサ素子の温度に及ぼす作用を特徴付ける他の開ループ制御量が、臨界的な閾値に達するか又は上回った場合に、センサ素子加熱部の遮断を実施することが可能である。
（ｂ）少なくとも１つのパラメータが限界値に達するか又は上回るか又は下回った場合に少なくとも１つの操作量を安全値まで、例えば初期値まで低減させること。例えば操作量及び／又は開ループ制御量が所定の限界値を上回るか又は下回るか又は所定の限界値に達している場合に、例えば加熱装置への少なくとも１つの加熱エネルギーの印加を制限してもよく、具体的には例えば加熱電圧の制限を実行してもよい。それにより臨界的な値を上回るような事態が避けられる。同様に、代替的若しくは付加的に、排ガス温度が臨界的な閾値に達するか、及び／又は、それを越えた場合に、加熱装置への加熱エネルギーの印加、例えば加熱電圧の印加を低減することも可能である。
（ｃ）少なくとも１つのパラメータ、例えば少なくとも１つの開ループ制御量及び／又は少なくとも１つの操作量が所定の期間の間、所定の限界値を上回るか又は下回った場合に、操作量、例えば加熱装置の加熱電力を開ループ制御する特性量を、安全な値に絶対的に制限すること。これにより、とりわけ通常において、開ループ制御量及び／又は操作量の所定の値が短期間だけ非臨界的ではあるが、それが比較的長期間存在する場合には臨界的になり得るような事案が考慮されるようになる。このようなことも既に前述してきた。なぜなら本発明によれば時間的な経過も評価され得るからである。とりわけその時間の経過後に制限を活動化させる時間が、有利には少なくとも１つのパラメータ、例えば少なくとも１つの開ループ制御量及び／又は少なくとも１つの操作量の実際値に依存して選択される。それにより、既に短時間の経過後にセンサの過熱につながりかねない少なくとも１つのパラメータの比較的高い値がより低減された値にされるか、ないしはそのような値に反転される。さらに次のような別の有利な実施形態が行われてもよい。すなわち、少なくとも１つのパラメータ、例えば少なくとも１つの開ループ制御量及び／又は少なくとも１つの操作量が短時間だけ再び非臨界的な範囲に戻ったとしても、制限がまだ所定期間の間は維持され続けるような実施形態である。そのような監視ステップないしは検査ステップの適切な実施によれば、少なくとも１つのパラメータの変化に対するセンサ素子温度の遅延を伴った反応が考慮できるようになる。例えばそれらが所定の期間、臨界的な値を上回った場合に、加熱装置の加熱電圧ないしは加熱装置の別の種類の加熱エネルギーの印加に制限を加えるようにしてもよい。その時間の経過後にこの制限が活動化さえる時間は、加熱電力ないしは加熱電圧ないしは所定のパラメータの実際値に依存して選択され得る。この制限は、加熱電圧ないし加熱電力が短時間だけ再び臨界値以下に低下したとしても、加熱電圧低減後の遅延を伴ったセンサ素子の冷却を考慮するために、まだ所定の期間の間は維持され続けることが可能である。
（ｄ）閉ループ制御のもとで生成される操作量の、任意に重畳される開ループ制御の開ループ制御量に対する相対的な制限。例えば事前制御加熱電圧に対する加熱電圧の相対的制限。このことは次のように実施されてもよい。すなわち、重畳される開ループ制御と閉ループ制御の組み合わせの結果から生じる少なくとも１つの操作量、例えば少なくとも１つの加熱電圧が所定のコリドールを事前制御値分だけ逸脱しないように実施されてもよい。
（ｅ）例えば少なくとも１つの検査パラメータ、例えば少なくとも１つの開ループ制御量及び／又は操作量が所定の限界値を上回るか又は下回った場合に、閉ループ制御の遮断、例えば加熱閉ループ制御の遮断と、純粋な開ループ制御への切り替え、例えば純粋な事前制御への切り替えを行うこと。例えば、センサ素子内部抵抗があり得ない位に高くなった場合に、加熱閉ループ制御が加熱電圧を許容できないくらいに高い値まで高めることを避けるために、加熱閉ループ制御の遮断及び純粋な事前制御への切り替えが行われるようにしてもよい。
（ｆ）少なくとも１つのパラメータが所定の限界値に達するか、あるいは所定の限界値を上回るか下回った場合に、前記閉ループ制御の任意の積分成分を遮断すること。例えばセンサ素子内部抵抗があり得ない位に小さい場合に、例えばセンサ素子が既に高い温度を有しているにもかかわらず、場合により誤って学習した積分成分が加熱電圧のさらなる引き上げを引き起こすような事態を避けるために、前記積分成分の遮断を行ってもよい。
【００３３】
前述してきた（ａ）から（ｆ）の実施形態は、任意に対で行ってもよいし、グループの中で相互に組み合わせて行ってもよいし、及び／又は、本発明の別の構成と組み合わせて行ってもよい。
【００３４】
前述してきた本発明による方法のもとで利用される特性量、とりわけ閉ループ制御量、ないしその実際値、少なくとも１つのパラメータ、少なくとも１つの開ループ制御量は、様々なやり方で検出及び／又は供給が可能である。この場合は例えば実際に測定された特性量であってもよい。前記特性量は、例えば後処理、例えばフィルタリングや類似の形態の信号処理に用いられてもよい。またこれらの特性量の時間経過も任意に受け入れ可能及び／又は利用可能である。さらに代替的若しくは付加的に前述した特性量は、とりわけ実際値及び／又は少なくとも１つの任意の開ループ制御量、変調された特性量であってもよい。それらは例えば１つ若しくは複数のシミュレーション手法を用いて算出可能である。本発明によって提案された温度調整方法では、そのようにして例えば加熱電圧、加熱電力、センサ素子内部抵抗、温度（例えば排ガス温度及び／又は管壁温度及び／又はその他の温度等）、エンジン作動点（例えばエンジン回転数、空気流量、又はエンジン動作点を特徴付ける類似の他の特性量など）、排ガス質量流量、及び／又は、排ガス体積流量、時間経過又は類似の特性量などが関与し得る。本発明によって提案された方法及び装置は、一般に温度閉ループ制御されたあらゆるタイプの排ガスセンサに適用が可能である。とりわけジルコニアセンサ、広帯域ジルコニアセンサ、又はその他の加熱式排ガスセンサ、とりわけ搭載電源網の基本的な許容電圧範囲の加熱の際の過度な加熱によってセンサ素子の損傷を引き起こしかねない高い加熱電力余量の特性を備えたセンサ素子に適用可能である。しかしながら本発明は、支承の生じる限界温度以下の温度コリドールを維持するのにも用いることが可能である。例えば低い作動温度のもとで最大機能精度を有するＮＯxセンサなど。しかしながら本発明は専ら自動車分野のみに適用可能なわけではなく、それどころか車両適用部分に関して、排ガス組成に関して、あるいは投入される市場に関して、何ら制約は生じない。
【００３５】
本発明の任意の実施形態のさらなる詳細および特徴は以下の明細書で有利な実施例の説明から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明によるセンサ装置の実施例を示した図
【図２】本発明によるセンサ装置のさらに可能な個々の詳細を概略的に示した図
【図３】本発明による方法によって補償可能な、経年劣化に基づく内部抵抗特性マップの変動例を示した図
【図４】本発明による方法を用いた加熱電圧の可能な制限例を示した図
【００３７】
実施例の説明
図１には測定ガス空間１１２内のガスの少なくとも１つの特性を検出するための本発明によるセンサ装置１１０の第１実施例の概略的構成が描写されている。そして図２にはさらなる第２実施例が示されている。前記２つの実施例は以下の明細書では実質的に一緒に説明を続ける。センサ装置１１０には、それぞれ１つの駆動制御装置１１４と、外駆動制御装置１１４に１つ若しくは複数のインターフェース１１６を介して接続されている少なくとも１つのセンサ素子１１８が含まれている。但しこの駆動制御装置１１４は、その全体若しくは一部を前記センサ素子１１８内に集積させることも可能である。この駆動制御装置１１４は、図１及び図２の描写の中では単体のユニットとして構成されている。しかしながらこの駆動制御装置は分散的に構成されていてもよいし、例えばその全体若しくは一部がエンジン制御装置内で実現されてもよい。駆動制御装置１１４はセンサ駆動制御装置１２０を含んでいる。このセンサ駆動制御装置１２０は、少なくとも１つの特性の検出のためのセンサ素子１１８を駆動制御するように、及び／又は相応の信号を検出するように構成されている。さらに前記駆動制御装置１１４は、加熱器駆動制御装置１２２を含んでおり、この加熱器駆動制御装置１２２は、前記センサ素子の少なくとも１つの加熱装置１２４を駆動制御するように構成されており、詳細には例えば加熱電圧及び／又は加熱電流の形態の加熱エネルギーを印加するように構成されている。これらのエネルギーは連続的若しくはパルス状に構成されていてもよい。図１では、センサ駆動制御装置１２０とセンサ素子１１８の可能な構成の詳細が描写されているのに対して、図２では、加熱器駆動制御装置１２２の任意の詳細が示されている。これらの２つの図面は組み合わせも可能であり、以下ではそれらを用いて説明する。
【００３８】
センサ素子１１８は、図示の実施例では典型的ないわゆるジルコニアセンサとして構成されており、このセンサは、測定空間１１２に向いた外部電極１２６と、基準ガス空間１２８内に配置されている基準電極１３０とを有している。それらは固体電解質１３２，例えばイットリア安定化酸化ジルコニアを介して相互に接続され、１つのセル１３４を形成している。しかしながらセンサ素子１１８のその他の構造も可能である。
【００３９】
図１に示されている典型的な実施例は、センサ駆動制御装置１２０と、前記セル１３４におけるネルンスト電圧ＵNを検出するための測定装置１３６とを含んでいる。さらに前記センサ駆動制御装置１２０は、典型的に及び任意に、内部抵抗測定装置１３８を含んでおり、この内部抵抗測定装置１３８は、前記測定装置１３６に並列に接続されていてもよい。さらに前記内部抵抗測定装置１３８は、例えばポンプ電流源及び／又はポンプ電圧源１４０と、該電流源ないし電圧源に例えば直列に接続されたポンプ電流測定装置１４２を含み得る。さらにスイッチ１４４が設けられていてもよい。それにより、内部抵抗測定装置１３８を用いて短時間だけ、ポンプ電圧パルス及び／又はポンプ電流パルスを前記セル１３４に印加することが可能となる。これはポンプ電流ＩPの相応の電流測定によって前記セル１３４の内部抵抗値を検出するためである。このポンプ電流も前記センサ素子１１８の温度に対する尺度であり得る。そのためこれは例えば閉ループ制御量の実際値（図１及び図２中では符号"Ａ"が付されている）として、直接若しくは間接的に利用できる。
【００４０】
前記加熱器駆動制御装置１２２の可能な構成として、以下では図２が典型的に参照される。この図２からは、図示された実施例において、加熱器駆動制御装置１２２がとりわけ多分割方式で構成され、例えば少なくとも１つの閉ループ制御装置１４６と、任意の少なくとも１つの開ループ制御装置１４８とが含まれていてもよいことが見て取れる。さらにこの加熱器駆動制御装置１２２は、少なくとも１つのアクチュエータ１５０を含み得る。このアクチュエータ１５０は、例えば、１つ若しくは複数の閉ループ制御装置１４６から供給される操作量Ｂと、及び／又は、任意の開ループ制御装置１４８から供給される開ループ制御操作量Ｃ（これは事前制御量とも称される）とに応じて、１つ若しくは複数の加熱器線路１５２を介して電気エネルギーを加熱装置１２４に供給するように構成されている。なお図２中では１つのアクチュエータ１５０だけが描写されている。しかしながらそこには複数のアクチュエータが設けられていてもよい。そのため例えば前記閉ループ制御装置１４６と前記開ループ制御装置１４８は、固有の分離されたアクチュエータ１５０を有していてもよい。それらの出力信号は最終的に組み合わせ可能である。
【００４１】
前記閉ループ制御装置１４６と、前記アクチュエータ１５０と、前記センサ素子１１８と、前記センサ駆動制御装置１２０とは、共通の１つの閉ループ回路を形成する。前記閉ループ制御装置１４６は比較装置１５６を含み得る。この比較装置１５６内では、閉ループ制御量の実際値Ａが閉ループ制御量の目標値Ｄと比較され、その結果から操作量Ｂが求められている。ここでは、さらに前記閉ループ制御装置がさらなる要素を含み得ることを示唆しておく。前記開ループ制御装置１４８は、とりわけ開ループ制御アクチュエータ１５８を含んでいてもよい。この開ループ制御アクチュエータ１５８を用いて案内量Ｆから、開ループ制御操作量Ｃが形成される。前記操作量Ｂと前記開ループ制御操作量Ｃは、相互に重畳させてもよい。このことはシーケンシャルに若しくは平行して行うことが可能である。このことは図２中では非常に簡素に示している。例えばこれらの信号は加算することも可能である。また代替的に、前述したような異なるアクチュエータ１５０を前記閉ループ制御装置１４６と前記開ループ制御装置１４８のために使用してもよい。
【００４２】
前記目標値Ｄ、及び／又は前記案内量Ｆの設定のために、前記加熱器駆動制御装置１２２は図２中に示されているさらに１つのコントローラ１６０を含んでいてもよい。このコントローラ１６０は、少なくとも１つの開ループ制御量を印加され、この開ループ制御量は図１及び図２中において符号Ｆで示され、この開ループ制御量Ｆは前記センサ素子１１８の周辺環境が当該センサ素子１１８の温度に及ぼす作用を表している。この開ループ制御量Ｆの可能な構成については前述の説明を参照されたい。ここではとりわけ前記センサ素子１１８の周辺環境の温度、例えばガス温度、及び／又は、管壁温度、及び／又は、ガス流を特徴付けるパラメータが含まれる。前記コントローラ１６０は、当該の少なくとも１つの開ループ制御量を任意に考慮して、案内量Ｅを設定し、されと共に前記開ループ制御装置１４８を用いて事前制御に作用を及ぼす。また代替的若しくは付加的に、実際値Ｅはコントローラ１６０から設定されていてもよい。前記案内量Ｅ及び／又は前記目標値Ｄの選択は、例えば相応の選択アルゴリズムを利用して、例えば特性曲線マップ、選択関数、又はそれに類似のものによって行われてもよい。前記コントローラ１６０は、例えば少なくとも１つのデータ処理装置、及び／又は、少なくとも１つのメモリ素子を含み得る。それらを用いて前記選択アルゴリズムは置き換え可能である。
【００４３】
さらに前記加熱器駆動制御装置は、１つ若しくは複数の監視素子１６２を含み得る。これらの監視素子は図２中では典型的に示されている。これらの監視素子は異なる箇所に配置してもよいし、それらの全て若しくは一部を前記コントローラ１６０と統合させてもよい。これらの監視素子１６２は、前述したような少なくとも１つの監視ステップを実施するように構成されており、前記監視ステップにおいては、温度の調整に用いられる少なくとも１つのパラメータ、図示の実施例ではパラメータＡ、Ｂ並びに前記アクチュエータ１５−から供給される任意の加熱電力（例えば加熱電流、加熱電圧又は類似のパラメータ）が検査され、場合によっては、作用を及ぼし得る。さらなる詳細については前述の説明が参照される。
【００４４】
前述した方法と、図１及び図２に示した１つ若しくは複数のセンサ装置１１０とを用いることによって、例えば図３に示されている効果が反応し得る。そのため図３中では、ネルンストセルの内部抵抗、例えば図１によるセンサ素子１１８のセル１３４の内部抵抗ＲIが、典型的なセンサ素子１１８に対する、セラミック固体電解質１３２の温度の関数としてプロットされている。この場合特性曲線１６４は、新たなセンサ素子を示し、それに対して特性曲線１６６は、経年劣化したセンサ素子の特性を示す。新たなセンサ素子の所望の作動点は図３中において符号１６８で表されている。そのため当該センサ素子の理想的な温度は例えば７８０℃に設定される。これは当該の新たなセンサ素子のもとでは２２０Ωの内部抵抗に相当している。この内部抵抗ＲIが閉ループ制御量として用いられるならば、それに対して経年劣化したセンサ素子の特性曲線１６６では、この２２０Ωの内部抵抗が経年劣化したセンサ素子のもとでは８２０℃の温度に相当していることを示している。つまり４０℃の偏差が生じている。この偏差は、センサ精度において鋭敏に顕著に表れる。しかしながら８２０℃の温度を達成するためには、著しく高めた加熱電力が必要となってくる。例えば図２中に示されている閉ループ制御ではそれによって、例えば比較装置１５６の出力側から、及び／又はアクチュエータ１５０の出力側から、新しいセンサ素子の場合に比べてより高い値が供給されてしまう。１つ若しくは複数の監視素子１６２によって、この種の偏差が識別可能となり、それは場合によっては、監視ステップにおける補正と操作量の相応の作用による相応の対抗手段によって把握され得る。
【００４５】
図４には、開ループ制御と閉ループ制御の重畳に関する典型的に異なる手段が示されており、ここでは前述した方法を同時に実行すると同時に開ループ制御量として排ガス温度ＴGも考慮している。ここでは縦軸に加熱装置１２４の加熱電力を特徴付ける特性量がプロットされており、この特性量は図中では符号ＵHで表されている。ここでは具体例として加熱電圧がプロットされているが、当該加熱電力を特徴付けるその他の特性量がプロットされていてもよい。まずここでは例えば開ループ制御装置１４８を用いて事前制御（パイロット制御）が行われる。図４中にプロットされている特性曲線は、センサ素子を一定の温度に、例えば図３によれば７８０℃に維持するために、測定ガス空間１１２内のガスの温度が駆動制御装置１１４から提供されなければならない場合の加熱電力ＵHを示している。排ガス温度が低い場合には、それに応じて、排ガス温度が高い場合よりも高い加熱電力が必要となる。特性曲線１７０はここでも新しいセンサ素子の特性曲線を示しており、それに対して特性曲線１７２は経年劣化したセンサ素子の特性曲線を示している。この種の特性曲線１７０，１７２は、例えばコントローラ１６０の中にファイルされたものであってもよい。その場合には、例えば図２中の値Ｄ及びＥを相応に選択することができるようになる。
【００４６】
少なくとも１つの監視ステップにおける、例えば図２中の監視素子１６２を用いた、少なくとも１つの操作量の作用は、図４中でそれぞれ異なって示されているように行われる。例えば、加熱電力の固定的に設定された限界値に対する絶対的な上限１７４が加えられてもよい。しかしながら代替的若しくは付加的に、例えば下方の限界値１７６の形態、及び／又は、上方の限界値１７８の形態で動的な限界値が設定されてもよい。これらの限界値は例えば前記特性曲線１７０，１７２の周りに配置可能である。例えばこれらの限界値１７４，１７６，１７８への到達の際に、初期値が取り入れられるようにしてもよいし、及び／又は、加熱電力が遮断されるようにしてもよいし、及び／又は、その他の前述したような１つ若しくは複数の作用手段が執り行われるようにしてもよい。最後に特性曲線１８０は専らエラーケースを示しており、その際には加熱電力が約６７０℃よりも低い排ガス温度領域にあり、これは絶対的な上限１７４をはるかに越えている。
【図１】
0005950917.tif 000002
【図２】
0005950917.tif 000003
【図３】
0005950917.tif 000004
【図４】
0005950917.tif 000005