(57)【要約】【課題】自動車の排気ガスセンサの特性を改善するために、排気ガスセンサの内部抵抗を高い精度出測定する方法および回路を提供する。【解決手段】特に自動車の、電気化学セル（１２）を備えた排気ガスセンサの温度を確定するための、電気化学セルの内部抵抗Ｒ１（１０）の測定方法において、電気化学セル（１２）の内部抵抗Ｒ１（１０）に測定電流Ｉ＿Ｍｅｓｓ（２０）が印加され、発生する第一の電圧が測定され、時々或いは規則的な時間間隔を置いて、基準抵抗Ｒ２へ切り換えられ、基準抵抗Ｒ２への切り換えの際に測定電流によって発生する第二の電圧が記憶され、その後で内部抵抗Ｒ１（１０）の測定のための基準値として利用される。基準抵抗Ｒ２への切り換え（１８）はフォース／感知線によって行われる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に自動車の、電気化学セル（１２）を備えた排気ガスセンサの温度を確定するための、電気化学セルの内部抵抗Ｒ１（１０）の測定方法において、
電気化学セル（１２）の内部抵抗Ｒ１（１０）に測定電流Ｉ＿Ｍｅｓｓ（２０）が印加され、発生する第一の電圧が測定されること、
時々或いは規則的な時間間隔を置いて、基準抵抗Ｒ２へ切り換えられること、および
基準抵抗Ｒ２への切り換えの際に測定電流によって発生する第二の電圧が記憶され、その後で内部抵抗Ｒ１（１０）の測定のための基準値として利用されること、
を特徴とする測定方法。
【請求項２】
基準抵抗Ｒ２への切り換えが、フォース／感知線によって行われることを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
【請求項３】
内部抵抗Ｒ１で発生する電圧信号が、測定信号評価ユニット（１６）によって増幅されおよび／または処理されることを特徴とする請求項１または２に記載の測定方法。
【請求項４】
増幅されおよび／または処理された電圧信号が、アナログ／デジタル変換器に送られることを特徴とする請求項３に記載の測定方法。
【請求項５】
測定電流Ｉ＿Ｍｅｓｓ（２０）が、フォーススイッチＳ１、Ｓ２によって測定抵抗Ｒ１およびＲ２に対して切り換えられること、および測定された測定電圧の測定信号評価ユニット（１６）に対する接続が、感知スイッチＳ３、Ｓ４を通して行われることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の測定方法。
【請求項６】
フォーススイッチＳ１およびＳ２、並びに感知スイッチＳ３およびＳ４が、同じか或いは類似した伝導抵抗を有していることを特徴とする請求項５に記載の測定方法。
【請求項７】
測定抵抗Ｒ２の抵抗値が、調節すべき内部抵抗Ｒ１に本質的に等しくなるように選択されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の測定方法。
【請求項８】
特に自動車の、排気ガスセンサの温度を確定するための、電気化学セル（１２）の内部抵抗Ｒ１（１０）の測定回路において、請求項１ないし７のいずれかに記載の方法を実施するための回路手段を含むことを特徴とする測定回路。
【請求項９】
一つの基準抵抗Ｒ２と、複数の切換えスイッチ（Ｓ１〜Ｓ４）を有する切換えユニット（１８）とを備え、切換えスイッチ（Ｓ１〜Ｓ４）によって、測定値を時々或いは規則的に基準抵抗Ｒ２に対して切り換え可能なことを特徴とする請求項８に記載の測定回路。
【請求項１０】
測定電流発生ユニット（１４）および測定信号評価ユニット（１６）を備え、測定電流Ｉ＿Ｍｅｓｓ（２０）の測定抵抗Ｒ１およびＲ２への切り換えと、測定電圧の測定信号評価ユニット（１６）に対する接続とが、フォース／感知線によって行われることを特徴とする請求項８または９に記載の測定回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は、特に自動車の排気ガスセンサの温度測定に関し、より詳しくはその様な排気ガスセンサの温度を確定するための電気化学セルの内部抵抗の測定方法および測定回路に関する。
【０００２】
〔従来の技術〕
触媒と結合されたラムダ（λ）制御は、今日ではオットーサイクル機関のための最も有効な排気ガス浄化方法である。今日利用可能な点火システムおよび噴射システムとの協調によってのみ、非常に低い排気ガス値を達成することが出来る。特に効果的なのは、三元触媒或いは選択的触媒の使用である。このタイプの触媒は、エンジンが化学量論的空気／燃料比のおよそ１％の範囲内においてラムダ＝１で運転された場合、炭化水素、一酸化炭素、および窒素酸化物を９８％以上まで低減させるという特性を持っている。その際、ラムダは、実際に存在している空気／燃料混合気が、完全な燃焼のために理論的に必要な空気１４．７ｋｇ対ガソリン１ｋｇという質量比に対応している値ラムダ＝１（即ち、ラムダは供給された空気質量を理論的空気必要量で割った商である）からどれだけずれているか、ということを示している。
【０００３】
ラムダ制御の場合には、その時々の排気ガスが測定され、供給された燃料量が、測定結果に応じて、例えば噴射システムによって直ちに補正される。測定センサとしては、正確にラムダ＝１の時に電圧の急激な変化を示し、それによって混合気がラムダ＝１よりも過濃であるか或いは希薄であるかを示す信号を送り出すラムダセンサが用いられる。このラムダセンサの動作は、固体電解質を有するガルバーニの酸素濃淡電池の原理に基づいている。
【０００４】
二点式ゾンデとして作られたラムダセンサは、周知の様に、ネルンスト電池に基づく、ネルンスト原理に従って作動する。その際、固体電解質はセラミックで仕切られた二つの接触面から成り立っている。使用されているセラミック材料はおよそ３５０℃で酸素イオンに対して導体となるので、その際にセラミックの二つの面上の酸素濃度が異なっていると、いわゆるネルンスト電圧が発生する。この電圧は、セラミックの二つの面での酸素濃度の差に関する尺度となる。内燃機関の排気ガス中の残留酸素含有量は、エンジンに供給された混合気の空気／燃料比に大きく依存しているから、排気ガス中の酸素成分を実際に存在している空気／燃料比に関する尺度として利用することが可能である。
【０００５】
ラムダセンサの動作と測定精度は、測定エレメント、即ちここではネルンストセルの温度に非常に大きく依存している。交替する排気ガス温度と排気ガス量の故に、センサ温度は他の操作が無ければ大きな変動の下に置かれるであろう。それ故、周知の様に、センサ温度は出来るだけ一定に保持され、その際には電気ヒーターによってこの制御された性能がもたらされる。その時々に必要な量の加熱出力を求めるために、センサ温度を示す適当な測定信号が必要である。測定信号としては、一般に電気化学的ネルンストセルの電気的内部抵抗が利用される。そのために、例えば測定電流が内部抵抗に対して印加され、発生する電圧が評価回路によって求められる。
【０００６】
その際、上記の測定電流は、周知の様に、評価回路を適当に設計することによって前もって設定される。大抵の場合に評価回路の構成部品に存在している許容差が上述の内部抵抗測定の際に誤った影響を与え、加熱制御の制御精度を損なわせる。
【０００７】
〔発明の説明〕
それ故、本発明の課題は、一定の温度への制御を改善し且つそれによって最終的に排気ガスセンサの特性をも改善するという目的を持って、上述の欠点を回避し且つ排気ガスセンサの内部抵抗を測定するための回路の出来るだけ高い測定精度をもたらす、冒頭に述べられた方法並びに回路を提示することである。
【０００８】
上記の課題は、独立の諸請求項のメルクマールによって解決される。好ましい実施例或いは拡張例は諸従属請求項の対象となっている。
本発明は、好ましくはフォース（Ｆｏｒｃｅ）／感知（Ｓｅｎｓｅ）線との組み合わせで、時々或いは規則的な時間間隔を置いて基準抵抗へ切り換えられ、又その際に発生する電圧が記憶装置に記憶される、特別な校正法を提案する。記憶されたこの電圧値は、その後、本来求められている内部抵抗Ｒ１の値の測定のための基準値として利用される。
【０００９】
これ等の操作によって、排気ガスセンサの内部抵抗の測定のための回路の測定精度が高められる。その際、本発明に基づく方法並びに回路は特に、排気ガスセンサ（例えば、ラムダセンサ）と冒頭で述べられた評価回路から成る組み合わせのシステム作用を助ける。
【００１０】
〔実施例の説明〕
本発明は、添付の図面を参照して、以下に一つの実施例に基づいて詳しく説明される。
【００１１】
図１に示されている回路は、内部抵抗（Ｒ１）１０を測定するために、またそれによって間接的に、（図示されていない）電気化学的排気ガスセンサの図式的に示されたネルンストセル１２の温度を確定するために役立つ。参照記号１２（Ｕ１）は、ここではネルンストセルの電気化学的電源電圧を示している。この回路は、三つの回路ユニット、即ち測定電流発生ユニット１４、測定信号評価ユニット１６、および切換えユニット１８から成り立っている。
【００１２】
ネルンストセル１２に対して印加される、発生された測定電流（Ｉ＿Ｍｅｓｓ）２０によって、内部抵抗Ｒ１でその抵抗値に比例する電圧が生成される。この電圧は、次いで測定信号評価ユニット１６によって増幅され、且つ測定信号の最適な把捉が（図示されていない）アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を介して可能となる様に準備される。Ａ／Ｄ変換器から送り出される信号によって、この信号はその後有利なことにデジタルで処理されることが可能となる。
【００１３】
測定電流発生ユニット１４でも測定信号評価ユニット１６でも場合によっては発生する許容差と電圧ドリフトは、特別な操作が無ければエラーとして出力信号（ＵＡ）の中へ送り込まれてしまうであろう。Ｒ１信号の高い精度を達成するためには、高精度の、従って高価な回路技術を使用しなければならないであろう。
【００１４】
本発明の回路並びに該回路を作動させるための方法は、標準的な電子部品だけを使用しながら精度の改善を可能にする。更に、標準的な半導体プロセスを用いて回路の集積化が可能となる。
【００１５】
そのために、一つには校正抵抗Ｒ２と、複数の切換えスイッチ（Ｓ１〜Ｓ４）を備えた切換えユニット１８とが役立っている。切換えスイッチ（Ｓ１〜Ｓ４）によって、測定値の把捉が、時々或いは規則的な時間間隔を置いて、既知の精確に定義された抵抗Ｒ２へ切り換えられる。その際、抵抗Ｒ２の値は、合目的的には、加熱制御の制御ポイントに対応して、設定されるべき内部抵抗Ｒ１に等しくなるように選択される。次いで、回路の出力端に現れる信号電圧ＵＡは、（図示されていない）マイクロコントローラのメモリに記憶され、その後で内部抵抗Ｒ１を測定するための基準値として用いられる。
【００１６】
かくして、これ等の操作によって、測定電流発生ユニット１４および測定信号評価ユニット１６の中の、回路に起因するエラーを除去することが出来る。これによって、出力信号ＵＡの精度は校正抵抗Ｒ２の精度だけによって確定される。
【００１７】
更に、切換えスイッチＳ１〜Ｓ４自体によるエラーを除去するために、切換えユニット１８は、ここで説明されている実施例では、フォース／感知回路として設計されている。その際、測定電流（Ｉ＿Ｍｅｓｓ）２０は、低い精度要求しか求められていないスイッチＳ１およびＳ２（フォーススイッチ）を介して、測定抵抗Ｒ１又はＲ２に対して切り換えられる。全てのスイッチの同時作動だけが最低の要求として満たされなければならないが、この要求は、回路を例えば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の中に集積すれば一般に容易に満たすことが出来る。
【００１８】
上記のフォース／感知回路は必須という訳ではなく、例えばスイッチの抵抗に対する測定すべき抵抗の比が十分に大きい時、従って、例えば低抵抗のスイッチを使用した場合には、該回路を無しで済ませることが出来るということが注意されるべきである。同じことはまた、上記のスイッチが測定された抵抗値に対して確かに相当な寄与をもたらしはするものの、その際重要となるのは測定すべき抵抗の絶対値では無く、単に、存在している比較抵抗Ｒ２に出来るだけ近いかどうかがということに過ぎない、という場合にも当てはまる。
【００１９】
信号評価ユニット１６への測定信号の結合は、二つのスイッチＳ３およびＳ４（感知スイッチ）を介して行われる。測定信号は、測定信号評価ユニット１６の入力抵抗が高いために、最少の影響しか受けない。それ故、スイッチＳ３およびＳ４には比較的簡単で且つコスト的に有利な（高抵抗の）スイッチを使用することが出来る。
【００２０】
スイッチＳ１…Ｓ４に起因する測定誤差は、単にＳ１およびＳ２、或いはＳ３およびＳ４が同等の特性、例えば同じ或いは類似の接続抵抗を持ってさえいれば、抵抗Ｒ２による上述の校正によって除去される。
【００２１】
最後に、本発明に基づく評価回路は、ネルンストセルと該ネルンストセルに結合されたポンプセルとから構成される、二セル式の広帯域ラムダセンサの場合にも有利に採用することが出来るということが指摘される。その際には、ラムダセンサと評価回路は共同で連続的なラムダ信号を作り出し、それ等の信号によってラムダ制御は、原理的にあらゆる任意の作動ポイントで、即ちラムダが１ではない時にも、調節可能となるので、これによって“常時ラムダ制御”が準備される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に基づく回路のブロック図である。
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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