DE2301353A1

DE2301353A1 - Regeleinrichtung zur abgasentgiftung von brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2301353A1
Application number: DE2301353A
Authority: DE
Inventors: Harald Kizler; Peter Schmidt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1973-01-12
Filing date: 1973-01-12
Publication date: 1974-07-25
Also published as: US3903853A; ES422211A1; BE809667A; FR2214047A1; IT1006850B; JPS5749857B2; FR2214047B1; JPS49109731A; SE389538B; NL7400417A; GB1449917A

Description

R. 1 27 5
8.1.1973 Ka/Dr

Anlage zur
Patentanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, 7 Stuttgart 1

Regeleinrichtung zur Abgasentgiftung von Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verminderung von schädlichen Anteilen der Abgasemission von Brennkraftmaschinen mit Hilfe einer Integralverhalten aufweisenden Regeleinrichtung zur Beeinflussung des Massenverhältnisses des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches-( λ-Regelung), wobei die Regeleinrichtung durch eine im Abgasstrom der Brennkraftmaschine angeordnete Abgas-Meßsonde angesteuert wird.

Die Λ-Regelung wird der Grundsteuerung für die Aufbereitung des Kraftstoff-Luft-Gemisches, die mit einem Vergaser oder einer elektronisch gesteuerten Saugrohr-Einspritzeinrichtung erfolgt, überlagert und hat zur Aufgabe, mit Hilfe der Abgas-Meßsonde das Kraftstoff-Luft-Gemisch auf einem geringfügig unterstochiometrischen Wert konstant zu halten. Bei diesem geringfügig unterstochiometrischen Wert tritt eine besonders günstige Zusammensetzung des Abgases auf, d. h._: die in dem Abgas der Brennkraftmaschine enthaltenen schädlichen Anteile können auf ein Minimum begrenzt werden,

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wenn im Auspuffsystem der Brennkraftmaschine ein katalytischer Reaktor zur Nachbehandlung des Abgases angeordnet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Einrichtung zur Regelung der Luftzahl X zu entwickeln, die besonders geeignet zum Betrieb in einem Kraftfahrzeug ist. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Einrichtung möglichst unabhängig von der stark schwankenden Versorgungsspannung eines Kraftfahrzeuges ist. Desweiteren soll die Einrichtung so aufgebaut sein, daß sie leicht in integrierter Schaltungstechnik hergestellt werden kann. Schließlich soll die Einrichtung bei Ausfall der Sonde das Fahrverhalten des Kraftfahrzeuges so verschlechtern, daß der Fahrer des Kraftfahrzeuges gezwungen ist, eine Werkstatt aufzusuchen, um die Sonde ersetzen zu lassen, damit die λ. -Regeleinrichtung wieder betriebsbereit ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Regeleinrichtung eine dem Sollwert-Istwert-Vergleich dienende Brückenschaltung aufweist, in deren ersten Brückenzweig das Ausgangssignal der Abgas-Meßsonde (Istwert) und in deren zweiten Brückenzweig ein Referenzsignal (Sollwert) eingespeist wird und daß die Brückendiagonale an einen invertierenden und einen nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers angeschlossen ist, der ein der Regelabweichung entsprechendes Ausgangssignal bildet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles und aus der zugehörigen Zeichnung, die den Stromlaufplan einer Einrichtung zur Regelung der Luftzahl ^ zeigt.

In der Zeichnung ist eine Abgas-Meßsonde 1 dargestellt, die

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im Auspuffsystem einer weiter nicht dargestellten Brennkraftmaschine angeordnet ist. Diese Abgas-Meßsonde 1 liefert ein elektrisches Signal, das die Zusammensetzung des Abgases der Brennkraftmaschine charakterisiert. Diese elektrische Signal ist an die Basis eines als Emitterfolger geschalteten Transistors 2 angelegt. Der Kollektor dieses Transistors 2 ist an eine gemeinsame Versorgungsleitung 3 angeschlossen und der Emitter des Transistors 2 ist mit einem Widerstand 4 verbunden. Die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 2 und der dazu in Reihe geschalteten Widerstand M bilden einen ersten Brückenzweig einer Brückenschaltung 5· Ein zweiter Zweig dieser Brückenschaltung 5 wird durch die Reihenschaltung der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 6 und eines Widerstandes 7 gebildet. Die Basis des Transistors 6 ist mit einem Spannungsteiler aus Widerständen 8 und 9 verbunden, wobei der Widerstand 9 einstellbar ist und mit einer gemeinsamen Versorgungsleitung 10 verbunden ist. Parallel zu der Reihenschaltung der beiden Widerstände 8 und 9 ist eine Zenerdiode 11 geschaltet. An den Verbindungspunkt der Anode der Zenerdiode 11 und des Widerstandes 8 ist ein Widerstand 12 angeschlossen, der mit der gemeinsamen Versorgungsleitung 3 Verbindung hat. Der dritte Zweig der Brückenschaltung 5 wird durch einen Widerstand 13 gebildet, der mit der gemeinsamen Versorgungsleitung 3 verbunden ist, und der vierte Zweig der Brückenschaltung 5 weist einen Widerstand Ik auf, der an die gemeinsame Versorgungsleitung angeschlossen ist. Die Brückendiagonale der Brückenschaltung ist an einen Operationsverstärker 15 angeschlossen. Dabei ist der Verbindungspunkt der Widerstände 4 und 7 über einen Widerstand 16 mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 15 und der Verbindungspunkt der Widerstände 13 und l4 über einen Widerstand 17 mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 15 verbunden. Mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 15 ist ein Widerstand 18 verbunden, der an die gemeinsame Versorgungsleitung 10 angeschlossen ist. Außerdem führt von dem Ausgang des Operations-

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Verstärkers 15 eine Leitung zu dem Verbindungspunkt zweier Basisvorwiderstände 19 und 20. Der Basisvorwiderstand 19 ist dabei einem Transistor 21 und der Basisvorwiderstand 20 einem Transistor 22 zugeordnet. Diese Transistoren 20 und bilden zusammen mit einem zwischen die Versorgungsleitungen 3 und 10 geschalteten Spannungsteiler aus Widerständen 23, 24, 25 und 26 eine Einrichtung zur Veränderung des Spannungshubes des Ausgangssignales des Operationsverstärkers 15. Dabei ist der Emitter des Transistors 21 an den Verbindungspurikt der Widerstände 23 und 2h und der Emitter des Transistors 22 an den Verbindungspunkt der Widerstände 25 und 26 angeschlossen, während die Kollektoren der beiden Transistoren 21 und 22 miteinander verbunden sind. Die miteinander verbundenen Kollektoren der Transistoren 21 und 22 sind über einen Schalter 27 mit einem Eingangswiderstand 28 eines Operationsverstärkers 29 verbunden, der durch einen Integrierkondensator 30 als Integrierer arbeitet. Der Integrierkondensator 30 ist dabei zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 29 geschaltet, an diesen invertierenden Eingang ist auch der Eingangswiderstand 28 geschaltet. Mit Hilfe des Schalters 27 können anstelle des Eingangswiderstandes 28 Widerstände 31 oder 32 als Eingangswiderstände mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 29 verbunden werden. Mit dem nichtinvertierenden.Eingang des . Operationsverstärkers 29 ist ein Widerstand 33 verbunden, der an den Verbindungspunkt der Widerstände 24 und 25 angeschlossen ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers ist über einen Widerstand 34 mit der gemeinsamen Versorgungsleitung 10 verbunden. An den Ausgang des Operationsverstärkers 29 ist weiterhin ein weiter nicht dargestelltes Stellglied zur Beeinflussung des Kraftstoff-Luft-Gemisches der Brennkraftmaschine angeschlossen.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Schaltanordnung ist folgende, über den Transistor 2 wird das Ausgangssignal der

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Abgas-Meßsonde 1 in den ersten Brückenzweig der Brückenschaltung

5 eingespeist. Dieses elektrische Signal, das Aufschluß über die Zusammensetzung des Abgases der Brennkraftmaschine gibt, bildet den Istwert für die Regeleinrichtung. Da die Abgas-Meßsonde 1 bei niedrigen Abgastemperaturen einen sehr hohen Innenwiderstand hat, muß die %-Regeleinrichtung einen großen Eingangswiderstand haben. Der Transistor 2 wird deshalb in einer sogenannten Emitterfolger-Schaltung betrieben und bildet zusammen mit seinem Arbeitswiderstand 4 den erforderlichen Eingangswiderstand der Einrichtung.

Der Sollwert, d. h. der Wert der Luftzahl λ, auf den das Kraftstoff-Luft-Gemisch eingeregelt werden soll, wird mit Hilfe der Zenerdiode 11 gebildet. Das dadurch entstehende Signal wird über den Spannungsteiler aus den Widerständen 8 und 9 und den Transistor 6 in den zweiten Brückenzweig der Brückenschaltung 5 eingegeben. Zur Einstellung des Sollwertes ist der Widerstand 9 einstellbar. Die Transistoren 2 und

6 in dem ersten und in dem zweiten Brückenzweig der Brückenschaltung 5 sind vom einander entgegengesetzen'Lei"tfähigkeitstyp.

Sie sind so geschaltet, daß sich ihr Temperaturgang kompensiert. Da die Vergleichsschaltung für den Sollwert und den Istwert als Brückenschaltung ausgebildet ist, ist sie von der Versorgungsspannung, die über die gemeinsamen Versorgungsleitungen 3 und 10 zugeführt wird unabhängig. Diese Brückenschaltung ist dann abgeglichen, d. h. Sollwert und Istwert sind einander gleich, wenn an den Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren 2 und 6 die gleiche Spannung auftritt. Dies ist dann der Fall, wenn das Ausgangssignal der Abgasmeßsonde 1 und der Sollwert gleich groß sind. Bei Ungleichheit des Sollwertes und des Istwertes tritt in der Brückendiagonale der Brückenschaltung 5 eine Spannung auf. Ist beispielsweise die Ausgangsspannung der Abgas-Meßsonde 1, d. h. der Istwert,größer als der Sollwert, dann wird die. Brückenspannung am invertierenden Eingang des

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Operationsverstärkers 15 größer als am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 15 und der als Komparator arbeitende Operationsverstärker 15 liefert ein Ausgangssignal, das etwa auf dem Potential der Versorgungsleitung 3 liegt. Im umgekehrten Fall, d. h. bei einem Istwert, der kleiner als der Sollwert ist, springt das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 15 auf ein Potential, das etwa dem der Versorgungsleitung 10 entspricht.

Um den Spannungshub des an den Eingang des Integrierers 29, 30 angelegten Signales zu verkleinern und um damit eine Verkleinerung des Integrierkondensators 30 zu erreichen,ist die Einrichtung zur Veränderung des Spannungshubes vorgesehen. Mit dem Ausgangssignal des Operationsverstärkers 15 wird einer der Transistoren 21 und 22 immer in den leitenden Zustand gesteuert, während der andere der beiden Transistoren gesperrt ist. über die Kollektor-Emitter-Strecke des jeweils leitenden Transistors wird dann auf das Eingangsnetzwerk des Integrierers 29» 30 ein Signal gelangen, dessen Potentialdifferenz kleiner ist als die des Ausgangssignals des Operationsverstärkers 15.

Der Schalter 27 dient dazu, die Zeitkonstante des Integrierers 29, 30 umzuschalten. Mit dem Ausgangssignal des Integrierers 29, 30 wird ein Stellglied beeinflußt, das das Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches der Brennkraftmaschine zugeführt wird, so verändert, daß es dem vorgegebenen Sollwert entspricht.

Um bei Ausfall der Abgas-Meßsonde 1 das Fahrverhalten des Kraftfahrzeuges so zu verschlechtern, daß der Fahrer gezwungen ist, eine Werkstatt aufzusuchen, ist zwischen die Abgas-Meßsonde 1 und die gemeinsame Versorgungsleitung 10 ein Widerstand 35 geschaltet.

Wenn die Abgas-Meßsonde 1 ausfällt, gibt sie keine Spannung mehr ab. Da dies der Anzeige eines mageren Gemisches

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gleichkommt, arbeitet die X -Regeleinrichtung so, daß das Kraftstoff-Luft-Gemisch in Richtung eines fetteren Gemisches verstellt wird. Um dies zu vermeiden, ist der Widerstand 35 vorgesehen, der bei Ausfall der Sonde ein elektrisches Signal an der Basis des Transistors 2 vortäuscht, das einem fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch entspricht, so daß die

7- -Regeleinrichtung das Stellglied zur Beeinflussung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in Richtung eines magereren Gemisches verstellt. Aus diesem Grund ist der zwischen dem Eingang der

/L -Regeleinrichtung und der Versorgungsleitung 10 angeordnete Widerstand 35 relativ groß. Dadurch wird bei Ausfall der Abgas-Meßsonde 1 ein fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch vorgetäuscht Diese Einrichtung arbeitet dann zuverlässig, wenn die Abgas-Meßsonde in allen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine insbesondere im Leerlauf, so niederohmig ist, daß der Widerstand 35 die Abgas-Meßsonde 1 nicht wesentlich belastet.

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Claims

' ⁸ ' : 2 7 δ

Ansprüche

1·) Einrichtung zur Verminderung von schädlichen Anteilen der Abgasemission von Brennkraftmaschinen mit Hilfe einer Integral-. verhalten aufweisenden Regeleinrichtung zur Beeinflussung des Massenverhältnisses des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches (^-Regelung), wobei die Regeleinrichtung durch eine im Abgasstrom der Brennkraftmaschine angeordnete Abgas-Meßsonde angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung eine dem Sollwert-Istwert-Vergleich dienende Brückenschaltung (5) aufweist, in deren ersten Brückenzweig das Ausgangssignal der Abgas-Meßsonde (1) (Istwert) und in deren zweiten Brückenzweig ein Referenzsignal (Sollwert) eingespeist wird und daß die Brückendiagonale an einen invertierenden und einen nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers (15) angeschlossen ist, der ein der Regelabweichung entsprechendes Ausgangssignal bildet.

2· Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Abgas-Meßsonde (1) über einen als Emitterfolger geschalteten Transistor (2) in den ersten Brückenzweig der Brückenschaltung (5) .eingespeist wird.

3· Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Operationsverstärkers (15), insbesondere über eine Einrichtung (21, 22) zur Veränderung des Spannungshubes, an das Eingangs.netzwerk (28 bzw. 31 bzw. 32) eines Integrierers (29, 30) angelegt ist.

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4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzsignal (Sollwert) mit Hilfe einer Zenerdiode (11) gebildet ist und über einen Transistor (6) in dem zweiten Brückenzweig der Brückenschaltung (5) eingespeist ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren (2, 6) von unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis k _t dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangsnetzwerk der Integrierers einen Schalter (27) zur Umschaltung der Zeitkonstanten des Integriere (29> 30) aufweist.

7· Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausfall der Abgas-Meßsonde am Eingang der Regeleinrichtung ein elektrisches Signal auftritt, welches die Regeleinrichtung derart beeinflußt, daß ein Stellglied zur Beeinflussung des Krafstoff-Luft-Gemisches in Richtung eines mageren Gemisches verstellt wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Eingang der Regeleinrichtung und die gemeinsame Versorgungsleitung (10) ein V/iderstand (35) geschaltet ist.

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