DE2330258A1 - Einrichtung zur abgasentgiftung von brennkraftmaschinen - Google Patents
Einrichtung zur abgasentgiftung von brennkraftmaschinenInfo
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Description
8.6.1973 Ka/%1
Anlage zur Patentanmeldung
ROBERT BOSCH GMBH, Stuttgart
Einrichtung zur Abgasentgiftung von Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verminderung von schädlichen Anteilen der Abgasemission von Brennkraftmaschinen,
deren Auspuffsystem wenigstens einen thermischen und/oder katalytischen Reaktor zur Nachbehandlung des Abgases der Brennkraftmaschine
aufweist, mit einer Schutzeinrichtung für den Reaktor, die bei unzulässiger Erwärmung des Reaktors eine Absperrung
der Kraftstoffzufuhr zu dem die Temperaturerhöhung verursachenden Zylinder der Brennkraftmaschine auslöst.
Bei Kraftfahrzeugen werden zur Abgasentgiftung der Brennkraftmaschine
im Auspuffsystem dieser Brennkraftmaschine thermische
und/oder katalytische Reaktoren angeordnet. Beispielsweise bei Zündaussetzern der Zündanlage der Brennkraftmaschine kann es
vorkommen, daß aus einem Zylinder der Brennkraftmaschine unverbranntes Kraftstoff-Luft-Gemisch zu einem Reaktor im Auspuffsystem
der Brennkraftmaschine gelangt und erst dort verbrennt. Wenn die Zündaussetzer über einen längeren Zeitraum anhalten,
beispielsweise dann, wenn ein Zündkerzenstecker von der Zündkerze der Brennkraftmaschine abgefallen ist, kann die Verbrennung des
Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Reaktoren zu einer unzulässig großen Erwärmung führen, die letzten Endes eine Zerstörung der
Reaktoren bewirkt.
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Um dies zu verhindern, kann mit Hilfe von Meßfühlern die Abgastemperatur
direkt hinter dem Auslaß der einzelnen Zylinder, d.h. in dem Auspuffkrümmer gemessen werden. Treten in einem
Zylinder Zündaussetzer auf, so fällt die Temperatur des Abgases aus diesem Zylinder stark ab. Dadurch wird sich das Ausgangssignal
des entsprechenden Meßfühlers ändern und in Abhängigkeit von diesem Ausgangssignal wird die Kraftstoffzufuhr zu
dem die Temperaturerhöhung verursachenden Zylinder unterbrochen, bis die Ursache für die Fehlzündung behoben ist. Damit wird eine
Erhöhung der Katalysatortemperatur ausgeschlossen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die es mit einfachen Mitteln erlaubt, die Temperatur
zu überwachen und in Abhängigkeit von der Abgastemperatur die Kraftstoffzufuhr zu dem die Temperaturerhöhung verursachenden
Zylinder abzusperren. Dabei" soll die Einrichtung kostengünstig aufgebaut sein und sich insbesondere für den rauhen Betrieb in
einem Kraftfahrzeug eignen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jedem Zylinder der Brennkraftmaschine ein die Abgastemperatur dieses
Zylinders ermittelnder Meßfühler zugeordnet ist, daß die Meßfühler an eine Schaltungsanordnung zur Bildung des Temperatur-Sollwertes
für je einen jedem der Zylinder zugeordneten Schwellwertschalter angeschlossen ist, daß die Meßfühler mit dem Istwert-Eingang
des zugeordneten Schwellwertsehalters in Wirkverbindung
stehen und daß bei Abweichung eines elektrischen Signales eines Meßfühlers von dem vorgegebenen Sollwert der zugehörige Schwellwertschalter
von einer ersten in eine zweite Schaltlage umschaltet und dabei ein Stellglied zur Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr
zu dem die Abweichung verursachenden Zylinder der Brennkraftmaschine auslöst.
In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung kann die Einrichtung so aufgebaut sein, daß Störungen des Meßfühlers ebenfalls zu ei-
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ner Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr zu dem Zylinder der Brennkraftmaschine
führen, der dem nicht einwandfrei arbeitenden Meßfühler zugeordnet ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, . daß bei Ausfall eines Zylinders oder eines Meßfühlers eine Warneinrichtung
für den Fahrer des Kraftfahrzeuges ausgelöst wird, so daß der Fahrer des Kraftfahrzeuges darauf hingewiesen wird,
daß eine Instandsetzung der Abgasentgiftungseinrichtung notwen- · dig ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbil-•dungen
der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
1 den prinzipiellen Aufbau einer Einrichtung zur Abgasentgiftung von Brennkraftmaschinen,
Fig. 2 - h Einrichtungen, bei denen der Temperatur-Sollwert entsprechend
der höchsten Abgas-Temperatur gebildet wird und
Fig. 5 eine Einrichtung, bei der der Temperatur-Sollwert durch Mittelwertbildung der einzelnen, den Zylindern zugeordneten Abgas-Temperaturen
gebildet wird.
In Fig. 1 ist in schematischer Darstellung eine Einrichtung zur Abgasentgiftung von Brennkraftmaschinen dargestellt. Einer Brennkraftmaschine
10 wird dabei über ein Ansaugrohr 11 Luft zugeführt. ■Die Brennkraftmaschine 10 ist dabei eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine,
deren einzelne Zylinder bei 12, 13, 14 und 15 angedeutet
sind. Zu den einzelnen Zylindern 12 bis 15 führen Ansaugrohrstutzen 16, 17, 18 und 19. In den Ansaugrohrstutzen
16 bis 19 sind Einspritzventile 20, 21, 22 und 23 angeordnet.
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Diese Einspritzventile spritzen Kraftstoff in die Ansaugrohrstutzen
16 bis 19 ein, wobei die Einspritzmenge durch die Öffnungsdauer der Einspritzventile 20 bis 23 bestimmt wird. Die
Dauer der öffnungsimpulse wird dabei durch das bei 24 angedeudete
Steuergerät bestimmt. Das Abgas der einzelnen Zylinder 12 bis 15 wird in einem bei 25 angedeuteten Saugrohrkrümmer zusammengeführt
und zu einem thermischen Reaktor 26 und zu einem katalytischen Reaktor 27 geleitet, über diese Reaktoren 26
und 27 wird das Abgas üblicherweise über einen Schalldämpfer ins Freie geleitet. In Zweigstutzen 28, 29 30 und 31 des Auspuffkrümmers
25 sind Meßfühler 32, 33, 34 und 35 zur Ermittlung der Abgastemperatur der einzelnen Zylinder 28 bis 31 angeordnet.
Die Meßfühler 32 bis 35 sind mit einer Schaltungsanordnung 36 verbunden, die bei Abfall der Abgastemperatur eines Zylinders
die Kraftstoffzufuhr zu dem dem Zylinder zugeordneten Einspritzventil
unterbricht. Zu diesem Zweck wird einer der öffner 37, 38
39 oder 40 betätigt, die in Zuleitungen 41, 42, 43, 44 von dem Steuergerät 24 zu den Einspritzventilen 20 bis 23 angeordnet sind.
Erfolgt beispielsweise in dem Zylinder 12 keine Verbrennung des der Brennkraftmaschine 10 zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches,
so kühlt das Abgas in dem Zweigstutzen 28 ab und der Meßfühler 32 gibt ein entsprechendes elektrisches Signal an die Schaltungsanordnung
36. Die Schaltungsanrodnung 36 betätigt den Kontakt 37
so daß kein Kraftstoff mehr zu dem Einspritzventil 20 in dem Ansaugstutzen l6 gelangen kann, da öffnungsimpulse von dem Steuergerät
24, die für das Einspritzventil 20 bestimmt sind, unterdrückt werden. Dadurch bleibt das Einspritzventil 20 ständig geschlossen.
Bei geschlossenem Einspritzventil 20 kann aber auch kein unverbranntes Kraftstoff-Luft-Gemisch zu den Reaktoren 26
oder 27 gelangen, so daß diese Reaktoren nicht mehr über ein zulässiges Maß hinaus erwärmt werden.können.
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In Pig. 2 ist ein Stromlaufplan einer Einrichtung zur Abschaltung der Einspritzventile 20 bis 23 in den Ansaugrohrstutzen 16 bis 19
dargestellt. Der Übersichtlichkeit halber sind in Fig. 2 nur drei Einspritzventile 20, 21 und 22 dargestellt. Die Einrichtung kann
aber ohne Schwierigkeiten so erweitert werden, daß eine beliebige Anzahl von Zylindern überwacht werden kann. In Fig. 2 sind weiterhing
drei Temperaturfühler 32, 33 und 34 dargestellt, die als Widerstände mit negativem Temperaturkoeffizienten, im folgenden NTC-Widerstände
genannt, ausgebildet sind. Diese NTC-Widerstände 32 sind einseitig an Masse angeschlossen und mit ihrem anderen Anschluß
mit je einer Eingangsklemme 45, 46 bzw. 47 verbunden. Mit den Eingangsklemmen
45 j 46 und 47 ist je eine Diode 48, 49 und 50 verbunden,
wobei jeweils die Kathoden dieser Dioden 48, 49 und 50 mit ·
den Singangsklemmen 45» 46 und 47 verbunden sind. Die Anoden der
Dioden 48, 49 und 50 sind untereinander verbunden. Der Verbindungspunkt der Anoden der Dioden 48, 49 und 50 ist mit der Steuerelektrode
eine3 in Emitterfolger-Schaltung betriebenen Transistors 51 verbunden. Der Kollektor dieses Transistors ist mit einer gemeinsamen Versorgungsleitung
52 verbunden, die an den Pluspol einer weiter nicht dargestellten Betriebsspannungsquelle U8 angeschlossen ist. Der
Emitter des Transistors 51 ist mit dem Verbindungspunkt eines Widerstandes 53 und einer Zenerdiode 54 verbunden. Dabei ist die Anode
der Zenerdiode 54 mi': dem Widerstand 53 zusammengeschaltet. Der
Widerstand 53 ist ei. ,eitig mit Masse verbunden. Die Kathode der
Zenerdiode ist über oinen Eingangswiderstand 55 mit dem nichtinvertierenden
Eingang eines Operationsverstärkers 56 verbunden, dessen Ausgang der erste Anschluß eines Relais 68 angelegt ist,
dessen zweiter Anschluß mit der gemeinsamen Versorgungsleitung 52 Verbindung hat. Die Kathode der Zenerdiode 54 ist weiterhin über
einen Widerstand 57 mit der gemeinsamen Versorgungsleitung 52 verbunden,
an die auch ein mit der Basis des Transistors 51 verbundener Widerstand 58 angeschlossen ist. Von der Kathode der Diode 48
führt eine Verbindungsleitung zu einem Eingangswiderstand 71. der
mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 56 Verbindung
hat. Von der Kathode der Diode 48 führt ein Widerstand 59 zu
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der gemeinsamen Versorgungsleitung 52. Entsnrechend der eben
beschriebenen Schaltungsanordnung, mit Ausnahme des Emitterfolgers
51 und der Diode 54 sind die den NTC-Widerständen 33
und 34 zugeordneten Schaltungseinrichtungen. Mit der Eingangsklemme 46 ist ein Widerstand 60 verbunden, der an die gemeinsame
Versorgungsleitung 52 angeschlossen ist. Mit dieser gemeinsamen Versorgungsleitung 52 ist auch das Relais 69 verbunden,
das mit seinem zweiten Anschluß an den Ausgang eines Operationsverstärkers 6l angeschlossen ist. Der invertierende
Eingang des Operationsverstärkers 61 ist über einen Eingangswiderstand 62 mit der Kathode der Diode 49 verbunden und der
nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 6l ist .über einen Eingangswiderstand 63 mit der Kathode der Zenerdiode
54 verbunden.
Analog zu dem eben beschriebenen Schaltungsteil ist auch die dem NTC-Widerstand 34 zugeordnete Schaltungseinrichtung aufgebaut. Mit
der Eingangsklemme 47 ist ein Widerstand 64 verbunden, der an die
gemeinsame Versorgungsleitung 52 angeschlossen ist. An diese gemeinsame Versorgungsleitung 52 ist einseitig das Relais 70 angeschlossen,
dessen anderer Anschluß zum Ausgang eines Operationsverstärkers 65 führt. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers
.65 ist über einen Eingangswiderstand 66 mit der Kathode der Zenerdiode 54 verbunden und der invertierende Eingang des
Operationsverstärkers 65 ist über einen Eingangswiderstand 67 an die Kathode der Diode 50 und damit direkt an die Eingangsklemme
angeschlossen.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Schaltungsanordnung ist folgende.
Die NTC-Widerstände 32, 33 und 34 bilden zusammen mit den
Widerständen 59> 60 und 64 je einen Spannungsteiler. An den Abgriff
dieser Spannungsteiler sind die Dioden 48, 49 und 50 angeschlossen,
die mit dem Transistor 51 Verbindung haben. Am Ausgang des Transistors 51» d.h. an seinem Emitter liegt ein Potential an,
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das der höchsten Temperatur der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine
entspricht, weil der Zylinder, der die höchste Abgas-Temperatur verursacht, das Potential an den Anoden der Dioden 48,
49 und 50 bestimmt indem der diesem Zylinder zugeordnete NTC-Widerstand
32 bzw. 33 bzw. 34 den niedrigsten Wert annimmt. Wenn alle Dioden 48, 49 und 50 leiten, wird demnach das Potential an
den Anoden von demjenigen Widerstand 32, 33 bzw. 34 bestimmt, der
den niedrigsten Wert angenommen hat. Das Potential am Emitter des Transistors 51 wird um den Betrag der Zenerspannung der Zenerdiode
54 in positiver Richtung verschoben. Dadurch entsteht an den nichtinvertierenden
Eingängen der Operationsverstärker 56, 61 und 65 ein elektrisches Signal, das den Temperatur-Sollwert bildet. Dieser
Temperatursollwert entspricht der höchsten Abgastemperatur der
einzelnen Zylinder 12, 13» 14 und 15 der Brennkraftmaschine 10.
■Unterschreitet die Temperatur des Abgases in einem der Auslaßzweigstutzen
28, 29> 30 oder 31 den mit Hilfe der Zenerdiode vorgegebenen
Temperatur-Sollwert, so ändert sich das Potential an einer der. Eingangsklemmen 45, 46 oder 47 indem eine Potentialerhöhung
eintritt. Dieses Signal gelangt über einen der Eingangswiderstände 71» 62 bzw. 67 auf den invertierenden Eingang eines
der Operationsverstärker 56, 6l und 65» so daß am Ausgang des jeweiligen Operationsverstärkers ein negatives Potential entsteht.
Dadurch wird eine der Arbeitswicklungen der Relais 68, 69 bzw. 70 betätigt und einer der öffner 37, 38, 39 bzw. 40 geöffnet, so
daß die Kraftstoff-Zufuhr zu dem die Temperaturerhöhung verursachenden Zylinder 12, 13» 14 bzw. 15 unterbrochen wird.
In Fig. 3 ist der Stromlaufplan einer Einrichtung dargestellt,
die zusätzlich einen Schutz bei Ausfall der NTC-Widerstände 32, 33 und 34 bildet. In diesem Ausführungsbeispiel nach Pig. 3 sind
Bauelemente, die den Bauelementen des Ausführungsbeispieles nach Fig. 2 entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die NTC-Widerstände
32, 33 und 34 sind mit den Eingangsklemmen 45, 46 und
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47 verbunden. Von der Singangsklemme 45 führt eine Verbindungsleitung zu einer Diode 72, die mit ihrer Kathode an die Kathode der
Diode 48 angeschlossen ist. Analog dazu ist die Eingangsklemme 46 mit einer Diode 73 verbunden, deren Kathode mit der Kathode
der Diode 49 verbunden ist und die Eingangsklemme 47 ist mit der
Anode einer Diode 74 verbunden, deren Kathode mit der Kathode der
Diode 50 Verbindung hat» Die Anoden der Dioden 48} 49 und 5C sind
wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Pig, 2 untereinander verbunden
und über einen in Emitterfolger-Schaltung 'getriebenen Transistor
51 und eine Zenerdiode mit de-o ■:■ ί cn ti 've.:/'-: -o—p~"r, ioi" :- oeo: \
der Operationsverstärker 5v, "I. uroi ■■."..- ■.·:-■. ' ■ 1 ~ .. .it -ο lo. --. r· /-■-■■■
Ordnung wird der Tempera=., o.r- 7 e I7o/er;: '-to: . - ■'.._ ■ .'-:.'e.; ev ό-ο - -i-r-56,
61 und 65 bestimmt, /,χπει ülr; -i-.;^-i· . ;: : ."■/■-:/r ·."■-'■· " ■·■-■■■-:
Abgas-Temperatur in de?'.: 2>;;ii:s;utHe--. ::i λ: - "■". ..-.~: ~"~.v,\-. ■'"-:..-.,-■
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ist noch urn den Betrag der Ztrsr?;.^::^:^ ■.. ■..' :" .:. i--: rv:'· ι-;::.. "''::· ;iverschoben.
Mit d^i:- ;iir'^arr:.:;i: --,,ri;- ·'.■■■ ;■_..:-. ..- .-:■■ - :i: v. Ji.:;.-.: ..-;-..'.■-derstnnd
die b^ai? eine;; iv;;; -: i- t ·. .:■- ■ ;: ν . ,..;: ----- ,.; ^ " ^ .,. ..'."-.'.■ --'r;;
mit "'"lasse und dessen j öl j ·;'!■:". c-x- -.ibe-1 --.:.-;-■■'. - -.i--. ■ : :;.-.i, ?': ;:.i .-■ -'■--■:
gesreiris anven 'i?r:;o7'-;-';j;'ir;^ it-i '"V; ■;■■ :?2' '. : .-'■ -r :.-.. ■. ■ .-■ i·-- ;.-.' ■./-'--. ,.
des l'ra-"!.™ ist r ;-ic; ?i:; i?:■;:. :■;■■?;■ ■■■■·.■:.·■: :-.. -; ~'. :. "..-..-■'. . ■' . :...-;- ■::;.·■■■ ' ,. - : ■
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gender, Widerstand 36 Verbir.dunr: hat.
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A ORKSfNAL
In gleicher Weise ist der dritte Schaltungsteil aufgebaut, bei dem
mit der Eingangsklemme 47 ein Basisvorwiderstand 87 Verbindung hat, der zu der Basis eines Transistors 88 führt. Der Emitter dieses
Transistors 88 ist mit Masse verbunden und der Kollektor ist über einen Widerstand 89 mit der gemeinsamen Versorgungsleitung 52 sowie
mit einem Basiswiderstand 90 eines Transistors 91 verbunden.
Der Kollektor des Transistors 91 ist mit der gemeinsamen Versorgungsleitung
52 und der Emitter des Transistors 91 mit den
Kathoden der Dioden 50 und 74 sowie mit einem einseitig an iMasse
liegenden Widerstand 92 verbunden.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist folgende. ■
Wie schon bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird an die nichtinvertierenden Eingänge der Operationsverstärker 56, 61
und 65 ein Temperatur-Sollwert angelegt, der der höchsten Abgastemperatur in den einzelnen Zweigstutzen 28 bis 31 der Brennkraftmaschine
10 entspricht. Dabei wird dieser Temperatur-Sollwert durch dasjenige Potential bestimmt, das an der Eingangsklemme des niederohmigsten der NTC-Widerstände 32, 33 und 3^
auftritt. Dieses Signal, das über die Dioden 48 und 72 bzw. 49
und 73 bzw. 50 und 74 an die Basis des Transistors 51 gelangt,
wird noch um den Betrag der Zenerspannung der Zenerdiode 54 verschoben.
Sinkt nun die Temperatur in einen der Zweigstutzen 28 bis 31 der Brennkraft maschine 10 ab, so erhöht sich der Widerstandswert
eines der NTC-Widerstände 32, 33 bzw. 34 und über den
invertierenden Eingang eines der Operationsverstärkers 56, 6l
bzw. 65 wird eines der Relais 68 bzw. 69 bzw. 70 betätigt, so daß einer der Kontakte 37 bis 40 in einer der Zuleitungen zu den
Sinspritzventilen 20 bis 23 der Brennkraftmaschine unterbrochen wird.
Fällt einer der als Temperaturfühler dienenden NTC-Widerstände 32, 33 oder 34 durch Unterbrechung aus, so braucht keine Schutzmaßnahme
vorgesehen sein, da in diesem Pail eine niedrige Tempe-
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ratur vorgetäuscht wird und in Folge der Hoehohmigkeit des entsprechenden
Widerstandes über eines der Relais 68, 69 bzw. 70 das
zugehörige Einspritzventil abgeschaltet wird.
Bei Kurzschluß eines der NTC-Widerstände 32, 33 oder 34 würde
jedoch eine sehr hohe Temperatur in einem der Zweigstutzen 28 bis 31 der Brennkraftmaschine 10 vorgetäuscht und dadurch ein
sehr hoher Temperatur-Sollwert für die Operationsverstärker 56,
6l und 65 vorgegeben. Um dies zu vermeiden, ist für jeden der
den NTC-Widerständen 32, 33 und 34 zugeordneten Schaltungsteile
ein Grenzwertschalter aus Transistoren 76 und 79 bzw. 82 und 85
bzw. 88 und 91 vorgesehen. Ist beispielsweise der NTC-Widerstand
32 kurzgeschlossen, so liegt an der Eingangsklemme 45 ein negatives
Potential an, das den Transistor 76 sperrt. Bei.gesperrtem Transistor 76 ist das Potential an seinem Kollektor und damit
an der Basis des nachgeschalteten Transistors 79 positiv, so daß der Transistor 79 leitet. Dadurch wird das Potential an den Kathoden
der Dioden 48 und 72 positiv, so daß die Diode 48 sperrt
und damit der kurzgeschlossene NTC-Widerstand 32 abgeschaltet wird. Da die Diode 72 bei leitendem Transistor 79 ebenfalls gesperrt
ist, liegt auch an dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 56 ein positives Potential an. Dies täuscht eine
zu niedrige Abgastemperatur in einem der Zweigstutzen 28 bis 31
der Brennkraftmaschine 10 vor, so daß am Ausgang des Operationsverstärkers 56 ein negatives Potential auftritt. Dadurch wird das
Relais 68 betätigt und über den zugehörigen offner das dem defekten NTC-Widerstand 32 zugeordnete Einspritzventil blockiert.
Die Grenzwertschalter in den übrigen Schaltungsteilen des Ausführungsbeispieles
nach Fig. 3 arbeiten entsprechend dem eben beschriebenen Schaltungsteil. Dadurch ist sichergestellt, daß bei Ausfall
der Zündung in einem Zylinder der Brennkraftmaschine oder bei Ausfall eines Temperaturfühlers zur Überwachung der Abgastemperatur
der Zylinder eine Abschaltung des entsprechenden Einspritzventiles
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hervorgerufen wird, so daß bei derartigen Störungen die Reaktoren
26 und 27 im Auspuffsystem der Brennkraftmaschine vor überhitzung
geschützt sind.
In Fig. 4 ist eine Einrichtung gezeigt, mit deren Hilfe bei Ausfall
eines der NTC-Widerstände nicht das entsprechende Einspritzventil der Brennkraftmaschine abgeschaltet werden muß. Vielmehr wird mit
Hilfe dieser Einrichtung dem Kraftfahrer angezeigt, daß einer der NTC-Widerstände 32, 33 bzw. 34 ausgefallen ist. Zur Erläuterung
wird auch auf die Ausführungsbeispiele nach Fig. 2 und 3 verwiesen,
wobei gleiche oder gleichwirkende Bauteile dieselben Bezugszeichen der Bauelenente dieser Ausführungsbeispiele tragen. Der NTC-Widerstand
ist über die Singangsklemme 45 und die Diode 72 mit der Diode
48 verbunden. Ebenso ist der NTC-Widerstand 33 über die Eingangs klemme 46 und die Diode 73 mit der Diode i+9 verbunden.. Analog dazu
ist der NTC-Widerstand 34 über die Eingangsklemme 47 und die
Diode 74 mit der Diode 50 verbunden. Die Anoden der Dioden 48, 49
und 50 sind untereinander verbunden und über den in Emitterfolger-Schaltung
betriebenen Transistor 5i und die Zenerdiode 54 mit den
nichtinvertierenden Eingängen der Operationsverstärker 56, 6l und 65 verbunden. Mit Hilfe dieser Anordnung wird, wie bei den Ausführungsbeispielen
nach Fig. 2 und 3 der Temperatur-Sollwert ermittelt,
v/ozu die höchste Abgastemperatur in den Zweigstutzen 28 bis 31 der
Brennkraftmaschine 10 herangezogen wird.
An den Abgriff des Spannungsteilers, der aus dem NTC-Widerstand 32
und dem Widerstand 59 gebildet wird, ist ein Basisvorwiderstand 93 angeschlossen. Dieser Basisvorwiderstand 9 3 ist an die Basis eines
T.: -..r.s: stors 94 angeschlossen, dessen Knitter Trat der gemeinsamen
Wr1Scr^ungsleitung 52 Verbindung 'na'.:, De-e Kollektor ist an einen
einseitig mit Masse verbundenen Widerstand 9 5 und an einen Widerstand
96 angeschlossen. Der Widerstand 96 ist einseitig mit
dem Basisvorwiderstand 78 des Transistors 79 verbunden. Der Emitter des Transistors 79 ist mit der pcmeinsamen Versorgungsleitung
verbunden und der Kollektor des Transistors 79 ist an den
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SAD 0RH3INAL
Verbindungspunkt der Kathoden der Dioden 48 und 72 sowie an den Eingangswiderstand 71 des Operationsverstärkers 56 angeschlossen.
Der Abgriff des Spannungsteilers aus den Widerständen 32 und 59 ist weiterhin mit einem Basisvorwiderstand 97 verbunden, der an
die Basis eines Transistors 98 angeschlossen ist. Der Emitter des
Transistors 98 ist mit Masse verbunden und von dem Kollektor des Transistors 98 führt eine Leitung zu einem Widerstand 99 der mit
der gemeinsamen Versorgungsleitung 52 Verbindung hat. Von dem Kollektor des Transistors 98 führt weiterhin eine Leitung zu einem
Basisvorwiderstand 99 eines Transistors 100, dessen Emitter
mit der gemeinsamen Versorgungsleitung 52 Verbindung hat. An den •Kollektor des Transistors 100 sind zwei Widerstände 101 und 102 angeschlossen,
wobei der Widerstand'101 mit Masse Verbindung hat. Der Widerstand 102 bildet zusammen mit einem Basisvorwiderstand
103 eines Transistors 104 eine Serienschaltung, wobei an dem Verbindungspunkt
der Widerstände 102 und 103 die Widerstände 96 und 78 angeschlossen sind. Der Transistor 104 ist mit seinem Emitter
an die gemeinsame Versorgungsleitung 52 und mit seinem Kollektor
an einen einseitig an Masse liegenden Widerstand 105 angeschlossen. An dem Kollektor des Transistors 104 kann eine weiter nicht
dargestellte Anzeigevorrichtung, beispielsweise eine Glühlampe angeschlossen sein. Auch der Widerstand 105 kann beispielsweise zur
Anzeige des Schaltzustandes des Transistors 104 Verwendung finden. Mit dem Kollektor des Transistors 104 ist der Basisvorwiderstand
106 eines Transistors 107 verbunden, dessen Emitter an Masse geschlossen
ist. Der Kollektor des Transistors 10 7 ist mit dem Emitter eines Transistors IO8 verbunden, dessen Kollektor wiederum
über einen VJiderstand 109 mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers
56 verbunden ist. An den Ausgang des Operationsverstärkers
56 ist die Reihenschaltung zweier Widerstände 110 und 111 angeschlossen, wobei der Widerstand 111 mit Masse Verbindung
hat. Mit dem Verbindungspunkt der beiden Widerstände 110 und 111 ist die Basis des Transistors 108 verbunden. Die übrigen den
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NTC-Widerständen 33 und 34 zugeordneten Schaltungsteile sind analog
zu dem eben beschriebenen Schaltungsteil aufgebauut, wobei gleiche
oder gleichwirkende Bauelemente dieselben 3ezugszeichen tragen. Auf eine genaue Erläuterung des Aufbaues und der Wirkungsweise kann
daher hier aus Gründen der Vereinfachung und Anschaulichkeit verzichtet werden.
Die Erläuterung des Ausführungsbeispieles nach Fig 4 soll anhand
des in der Zeichnung oben dargestellten Schaltungsteiles, der dem NTC-Widerstand 32 zugeordnet ist, erfolgen. Der Temperatur-Sollwert
wird, wie schon beschrieben mit Hilfe der Dioden 48, 49 und 50,
des in Emitterfolger-Schaltung betriebenen Transistors 51 und der Zenerdiode 54 bestimmt. Wird beispielsweise der NTC-Widerstand
"durch eine Unterbrechung beschädigt bzw. zerstört, so liegt an der
Eingangsklemme 45 positives Potential an. Dieses positive Potential
gelangt auch an die Basis des Transistors 94. Dadurch wird der
Transistor 94 gesperrt und am Kollektor dieses Transistors 94 liegt
ein negatives Potential an. Infolge dieses negativen Potentiales gelangt ein negatives Signal auf die 3asis des Transistors 104 und
auch der Transistor 104 wird leitend. Damit entsteht an dem Kollektor des Transistors 104 ein positives Signal, das zur Anzeige des
Ausfalles des NTC-Widerstandes 32 verwendet werden kann. Weiterhin wird dieses Signal aber auch dazu verwendet, den Transistor 107 in
den leitenden Zustand zu steuern. Wenn der Transistor 108 leitend ist, wird das Potential an dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers
56 deshalb negativ, so daß an dem Ausgang des Operationsverstärkers
56 ein positives Signal auftritt, so daß das Relais 68 nicht anzieht und die Zuleitung zu dem entsprechen-'
den Einspritzventil nicht unterbrochen wird. Damit erfolgt also nur infolge des positiven Signales am Kollektor des Transistors
104 eine Anzeige, die den Fahrer des Kraftfahrzeuges darauf hinweist, daß der NTC-Widerstand 32 beschädigt ist.
Weil ein unterbrochener NTC-Widerstand 32 aber eine niedere Abgastemperatur
nur vortäuscht, muß der Transistor 108 vorgesehen sein. Ist nämlich vor Ausfall des NTC-Widerstandes 32 die Tempe-
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ratur des Abgases des entsprechendes Zylinders so, daß keine Abschaltung
des Einspritzventiles und damit keine Erregung des Relais 68 notwendig wird, so liegt an dem invertierenden Eingang
des Operationsverstärkers 56 über die Diode 72 und den Widerstand 71 ein negatives Signal an, das ein positives Signal am Ausgang
des Operationsverstärkers 56 bedingt. Dieses positive Signal
hält über den Widerstand 110 den Transistor 108 in leitendem Zustand. Fällt also bei ordnungsgemäß arbeitender Einrichtung der
NTC-Widerstand 32 durch Unterbrechung aus, so wird der Transistor
107 in der beschriebenen Weise leitend und über den Transistor
108 wird das Potential am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers
56 auf einem negativen Viert gehalten.
Ist dagegen vor Unterbrechung des NTC-Widerstandes 32 die Temperatur
des Abgases unter den zulässigen Wert abgefallen, so ist das Potential am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers
56 positiv und damit das Potential am Ausgang des Operationsverstärkers
56 negativ. Bei negativem Potential am Ausgang des Operationsverstärkers
56 ist. aber das Relais 68 erregt und die Zuleitung zu dem entsprechenden Einspritzventil unterbrochen. Gleichzeitig
ist bei negativem Potential am Ausgang des Operationsverstärkers 56 auch der Transistor IO8 gesperrt. Deshalb kann das
Potential am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 56 bei leitendem Transistor 107 - dies bedeutet, daß der NTC-Widerstand
32 unterbrochen ist - nicht negativ gemacht werden. Damit
bleibt das Ausgangssignal an Operationsverstärker 56 negativ und
damit auch das Relais 68 eingeschaltet. Dies bedeutet, daß die Zuleitung zu dem entsprechenden Einspritzventil unterbrochen ist,
es ist also dafür Sorge getragen, daß bei unterbrochenem NTC-Widerstand ein Signal für den Kraftfahrzeugfahrer abgegeben wird,
das ihn über die Störung des NTC-Widerstandes unterrichtet. Gleichzeitig wird bei einer ordnungsgemäßen Temperatur vor der Störung
des NTC-Widerstandes 32 das Relais 68 in ausgeschaltetem Zustand gehalten. Ist jedoch die Abgastemperatur vor der Störung so niedrig,
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daß das Relais 68 angezogen hat und die Zuleitung zu dem zugeordneten
Einspritzventil unterbricht, dann wird auch nach Unterbrechung des NTC-Widerstandes 32 das Relais 68 in eingeschaltetem Zustand
gehalten.
Eine andere Störung liegt vor, wenn der NTC-Widerstand 32 kurzgeschlossen
ist. Dann ist infolge des negativen Potentiales an der EEingangsklemme 45 der Transistor 94 leitend. Gleichzeitig ist aber
der Transistor 98 gesperrt, so daß an seinem Kollektor ein positives Potential auftritt. Bei positivem Potential am Kollektor des
Transistors 98 ist der Transistor 100 gesperrt, so daß an seinem
Kollektor ein negatives Potential auftritt. Dieses negative Potential am Kollektor des Transistors 100 hält auch bei dieser Störung
den Transistor 104 in leitendem Zustand, so daß die Anzeigeeinrichtung, die an den Kollektor des Transistors 104 angeschlossen
ist, betätigt wird. Gleichzeitig wird wieder über den Transistor 107 und den Transistor 108 der invertierende Eingang des
Operationsverstärkers 56 auf negativem Potential gehalten, so
daß bei einer Störung des NTC-Widerstandes 32 das Relais 68 nicht eingeschaltet wird, so daß die Zuführungsleitung zu dem zugeordneten
Einspritzventil nicht unterbrochen wird.
Da bei kurzgeschlossenem NTC-Widerstand der Transistor 79 über
die Transistoren 98 und 100 in leitendem Zusf..:<i gehalten ist,
würde ein positives Signal an den invertieren-.ien Eingang des
Operationsverstärkers 56 gelangen, das die Betätigung des Relais 68 auslösen würde, über den leitenden Transistor 108 wird aber
das Potential am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers negativ gehalten, so daß das Relais 68 nicht betätigt wird.
Die übrigen Schaltungsteile des Ausführungsbeispieles nach Fig. 4
arbeiten entsprechend dem eben beschriebenen Schaltungsteil. Es ist bei diesem Ausführungsbeispiel sichergestellt, daß bei einer
Störung des NTC-Widerstandes 32 bzw. 33 bzw. 34 die dem Fahrer
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des Kraftfahrzeuges angezeigt wird, ohne daß jedoch die Kraftstoffzufuhr
zu einem Zylinder der Brennkraftmaschine unterbrochen wird. Falls ,jedoch vor der Störung die Temperatur in einem Zweigstutzen
28 bis 31 der Brennkraftmaschine abgesunken sein sollte, und dadurch
die Kraftstoffzufuhr zu dem entsprechenden Zylinder abgeschaltet ist, dann wird die Abschaltung des entsprechenden Einspritzventiles
aufrecht erhalten.
In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Überwachung
der Abgastemperatur der Brennkraftmaschine 10 dargestellt, mit deren Hilfe der Temperatur-Sollwert für als Operationsverstärker
112, 113 und 114 ausgebildete Operationsverstärker durch .Mittelwertbildung der den einzelnen Abgastemperaturen entsprechenden
elektrischen Signale erfolgt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sind dabei für gleiche oder gleichwirkende 3auteile die in
den Ausführungsbeispielen nach Fig. 2 bis 4 die entsprechenden Bezugszeichen verwendet. Die NTC-Widerstände 32, 33 und 34 sind
beispielsweise in dem Zweigstutzen 28, 29 und 30 der Brennkraftmaschine 25 angeordnet. Auch in dem Abzweigstutzen 31 und gegebenenfalls
in weiteren Zweigstutzen einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine sind derartige Temperaturfühler angeordnet. Es ist jedoch
auch hier der Einfachheit halber darauf verzichtet worden, weitere SSchaltungsteile, die den vorliegenden Schaltungsteilen entsprechen,
darzustellen. Die NTC-Widerstände 32, 33 und 34 sind mit den Eingangsklemmen
45? 46 und 47 verbunden. Zwischen die gemeinsame Versorgungsleitung
52 und die jeweilige Eingangsklemme 45 bzw. 46 bzw.
47 ist ein Widerstand 59 bzw. 60 bzw. 64 geschaltet, die jeweils mit den zugeordneten NTC-Widerständen 32, 33 und 34 einen Spannungsteiler
bilden. An den Abgriff des aus den Widerständen 59 und 32 bzw. 60 und 33 bzw. 64 und 34 gebildeten Spannungsteilers ist hier
ein Widerstand 112, 113 bzw. 114 angeschlossen. An ihrem einen Anschluß
sind die Widerstände 112, 113 und.114 untereinander verbunden und mit der Basis des in Smitterfolger-Schaltung betriebenen
Transistors 51 verbunden. An der Basis dieses Transistors 51 entsteht damit ein elektrisches Signal, das den f4ittelwert aus den
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Temperaturen in den Abzweigstutzen 28, 29 und 30 der Brennkraftmaschine
10 entspricht. Dieses Signal wird durch die dem Transistor 51 nachgeschaltete Zenerdiode 54 um den Betrag der Zenerspannung
verschoben und als Temperatur-Sollwert über je einen der Eingangswiderstände 55» 63 und 66 an die nicht invertierenden Eingänge der
Operationsverstärker 56, 61 und 65 angelegt. Mit dem Ausgang der
Operationsverstärker 56, 6l und 65 sind die Arbeitswicklungen
der Relais 68 bzw. 69 bzw. 70 verbunden, die dazu dienen, die
öffner 37 bzw. 38 bzw. 39 in den Zuleitungen zu den Einspritzventilen 20 bzw. 21 bzw. 22 der Brennkraftmaschine 10 bei nicht
ordnungsgemäßer Verbrennung in einem der Zylinder der Brennkraftmaschine
zu unterbrechen. Mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 56 ist dabei über den Eingangsvriderstand
71 die Eingangsklemme 45, mit dem invertierenden Eingang
des Operationsverstärkers 6l über den Eingangswiderstand 62 die Kingangsklemme 46 und mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers
65 über den Eingangswiderstand 67 die Eingangsklemme 47 verbunden.
Sinkt in einem der Zweigstutzen 32, 33 oder 34 die Temperatur,
so erhöht sich der Widerstandswert des entsprechenden NTC-Widerstandes
32, 33 oder 34. Dadurch '^ird das Potential am invertierenden
Eingang eines der Operationsverstärker 56, 6l bzw. angehoben und bei Überschreitung des vorgegebenen Temperatur-Sollwertes
schaltet der entsprechende Operationsverstärker 56, 61 bzw. 65 um, so daß an seinem Ausgang ein negatives Potential
liegt. Infolge des negativen Potentiales wird eines der Relais 68, 69 oder 70 leitend, so daß der zugeordnete Kontakt 37 bzw.
38 bzw. 39 in der Zuleitung zu dem entsprechenden Einspritzventtil
der Brennkraftmaschine 10 geöffnet wird. Dadurch wird bei einer unzulässigen Temperaturabsenkung in einem der Zweigstutzen
28 bzw. 29 bzw. 30 die Kraftstoffzufuhr zu dem die Temperaturerhöhung
verursachenden Zylinder der Brennkraftmaschine 10 abgesperrt .
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 kann entsprechend den Ausführungsbeispielen
nach'Pig. 3 und 4 so ausgestaltet werden, daß
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bei Unterbrechung oder Kurzschluß eines NTC-Widerstandes die Kraftstoffzufuhr
zu dem entsprechenden Zylinder der Brennkraftmaschine wird. Es kann aber auch nur der Störungsfall angzeigt werden
und die Kraftstoffzufuhr aufrecht erhalten werden. Dazu werden die Schalteinrichtungen entsprechend den Ausführungsbeispielen nach Fig. 3 und 4 erweitert. Die Schaltmaßnahmen bleiben dabei· im wesentlichen die gleichen.
und die Kraftstoffzufuhr aufrecht erhalten werden. Dazu werden die Schalteinrichtungen entsprechend den Ausführungsbeispielen nach Fig. 3 und 4 erweitert. Die Schaltmaßnahmen bleiben dabei· im wesentlichen die gleichen.
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Claims (15)
- Ansprüche(l.) Einrichtung zur Verminderung von schädlichen Anteilen der Abgasemission von Brennkraftmaschinen, deren Auspuffsystem wenigstens einen thermischen und/oder katalytischenen Reaktor zur Nachbehandlung des Abgases der Brennkraftmaschine aufweist,
mit einer Schutzeinrichtung für den Reaktor, die bei unzulässiger Erwärmung des Reaktors die Absperrung der Kraftstoffzufuhr zu dem die Temperaturerhöhung verursachenden Zylinder der Brennkraftinas chine auslöst, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Zylinder (12 - 15) der Brennkraftmaschine (lo) ein die Abgastemperatur dieses Zylinder (12 - 15) ermittelnder Meßfühler
(32 - 35) zugeordnet ist, daß die Meßfühler (32 - 35) an eine Schaltungsanordnung zur Bildung des Temperatur-Sollwertes für je einen jedem der Zylinder (12 - 15) zugeordneten Schwellwertschalter (56 bzw. 6l bzw. 65) angeschlossen ist, daß die Meßfühler (32 - 35) wit dem Istwert-Eingang des zugeordneten Schwellwertschalter (56» 61 bzw. 65) in Wirkverbindung stehen und daß bei Abtieichung eines elektrischen Signales eines Meßfühlers (32 bis 35) von dem vorgegebenen Sollwert der zugehörige Schwellwertschalter (56, 61 bzw. 65) von einer ersten in eine zweite Schaltlage umschaltet und dabei ein Stellglied (68 bzw. 69 bzw. 70) zur Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr zu dem die Abweichung verursachenden Zylinder (12 - 15) der Brennkraftmaschine (10) auslöst.- 20 409882/0121 - 2. Einrichtung nach Anspruch I9 dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung zur Bildung des Temperatur-Sollwertes ein elektrisches Signal bildet das der höchsten vorkommenden Abgastemperatur der einzelnen ZyLinder (12 - 15) entspricht.
- 3· Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung zur Bildung des Temperatur-Sollwertes ein elektrisches Signal bildet, das dem Mittelwert der Abgastemperaturen der einzelnen Zylinder (12 - 15) entspricht.
- 4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3* dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Schaltungsanordnung über einen als Emitterfolger geschalteten Transistor (51) und über eine Zenerdiode (54) an den Schwellwertschalter (55, 61, 65) angelegt ist.
- 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung mit ihren Anoden untereinander verbundene Dioden (48, 49, 50) aufweist, von denen jede je einen Temperaturfühler (32, 33, 34) zugeordnet ist, wobei der gemeinsame Verbindungspunkt der Anoden der Dioden (48, 49, 50) über den als Emitterfolger geschalteten Transistor (51) und die Zenerdiode (54) an die nichtinvertierenden Eingänge der als Schwellwertschalter geschalteten Operationsverstärker (56* 61* 65) angeschlossen ist.
- 6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung V/iderstände (112, 113> Il4) aufweist, wo-' bei die Meßfühler (32, 33, 34) zur Mittelwertbildung über je einen der V/iderstände (112, 113, 114) miteinander verbunden sind.409882/0191
- 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Verbindungspunkt der Widerstände (112, 113, 11*0 über den als Emitterfolger geschalteten Transistor (59) und die Zenerdiode (52O an die nichtinvertierenden Eingänge der als Schwellwertschalter geschalteten Operationsverstärker (56, 6l, 65) angeschlossen ist.
- 8t Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Meßwertfühler (32, 33» 31O mit dem invertierenden Eingang des zugeordneten Schwellwertschalters (56, 6l, 65) in Wirkverbindung steht.
- 9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Meßfühler (32, 33, 34) ein Grenzwertschalter (76, 79 bzw. 82, 85 bzw. 88, 91) zugeordnet ist, der bei Kurzschluß oder Unterbrechung des Meßfühlers (32 bzw. 33 bzw. 32O die Schaltungsanordnung zur Sollwertbildung von dem Meßfühler (32 bzw. 33 bzw. 34) elektrisch trennt und die Umschaltung des dem Meßfühler (32 bzw. 33 bzw. 31O zugeordneten Schwellwertschalters (56 bzw. 6l bzw. 65) auslöst.
- 10. Einrichtung nach Anspruch 93 dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwertschalter zwei Transistoren (76 und 79 bzw. 82 und 85 bzw. 88 und 91) aufweist, von denen der erste Transistor (76 bzw. 82 bzw. 88) mit der Eingangsklemme (45 bzw. 46 bzw. 47) in Wirkverbindung steht und den zweiten Transistor (79 bzw. 85 bzw. 91)- 22 — 409882/0171ansteuert, der mit den Kathoden der Widerstände (48 und 72 bzw. 49 und 73 bzw. 50 und 74) verbunden ist.
- 11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kontrolltransistor (104) vorgesehen ist, an dessen Ausgangselektrode ein dem Betriebszustand der NTC-Widerstände (32 bzw. 33 bzw. 34) kennzeichnendes Signal abnehmbar ist.
- 12t Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuertransistor bei Kurzschluß oder Unterbrechung des NTC-Widerstandes (32, 33 bzw. 34) in seinem einen Schaltzustand und bei ordnungsgemäßem Betriebszustand des NTC-Widerstandes (32, 33 und 34) in seinem anderen Schaltzustand gehalten ist, wobei in seinem ersten Schaltzustand ein Transistor (107) in seinen leitenden Zustand gesteuert ist, der über einen Transistor (108) mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (56, 6l, 65) verbunden ist.
- 13· Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei leitendem Transistor (107) und bei leitendem Transistor (108) das Relais (68, 69, 70) im ausgeschaltetem Zustand gehalten wird.
- 14. Einrichtung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (108) in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Opera-409882/0121 - 23tionsverstärkers (5β> 6l, 65) steuerbar ist.
- 15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß im normalen ßetriebsfall der Brennkraftmaschine der Kontrolltransistor (10^i) und der Transistor (1O)) in nicht leitendem Zustand sind und der Transistor (108) in leitendem Zustand ist.409882/0121Le e rs eite
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