DE2608245C2 - Verfahren und Einrichtung zur Überwachung der Betriebsbereitschaft einer Sauerstoffmeßsonde - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zur Überwachung der Betriebsbereitschaft einer SauerstoffmeßsondeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung der Betriebsbereitschaft einer mit einer
Regeleinrichtung für das Brennstoff-Luft-Gemisch einer Brennkraftmaschine verbundenen Sauerstoffmeßsonde
im Abgassystem der Brennkraftmaschine, sowie eine
Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Es ist bekannt, zur Erzielung möglichst schadstofffreier Abgase einer Brennkraftmaschine Regeleinrichtungen
des der Brennkraftmaschine zugeführten Brennstoff-Luft-Gemisches vorzusehen, die ihre Regelgröße
von einer im Abgassystem der Brennkraftmaschine angeordneten Sauerstoffmeßsonde erhalten. Dabei wird
diese Regelung im allgemeinen einer bekannten Gemischsteuervo.richtung, mit der die Zusammenset- ι
zung des Kraftstoff-Luft-Gemisches grob vorgesteuert wird, überlagert Die Voraussetzung zum einwandfreien
Funktionieren einer solchen Regeleinrichtung ist, daß auch die Sauerstoffmeßsonde einwandfrei arbeitet. Bei
Sauerstoffmeßsonden, die nach dem Prinzip der ι Ionenleitung durch einen Festelektrolyten inSolge einer
Sauerstoffpartialdruckdifferenz arbeiten und entsprechend dem im Abgas vorliegenden Sauerstoffpartialdruck
ein Spannungssignal abgeben, das beim Übergang vom Sauerstoffmangel zu Sauerstoffüberschuß im
Bereich einer Luftzahl von λ = 1 einen Spannungssprung aufweist, ist die Funktionsbereiischaft erst ab
einer bestimmten Betriebstemperatur gewährleistet, im kalten Zustand ist der Innenwiderstand der Sende so
groß, daß kein zur Regelung ausreichendes Spannungssignal, insbesondere auch kein deutlicher Spannungssprung, erzielbar ist Deshalb muß für den Kaltstart und
den Warmlauf der Brennkraftmaschine bei Sonden, die durch die Abgase der Brennkraftmaschine aufgeheizt
werden, eine Gemischsteuerung vorgesehen werden, die erst bei Erreichen der mit der Betriebstemperatur
der Brennkraftmaschine steigenden Sondentemperatur durch die Gemischregelung ersetzt wird.
Bei bestimmten Betriebsbedingungen von Brennkraftmaschinen kann der Fall auftreten, daß die
Sondentemperatur auch nach längerem Betrieb der Brennkraftmaschine unter ihren optimalen Wert sinkt,
oder es kann ein Defekt an der Sonde selbst auftreten. In diesen Fällen würde es zu extremen Fehleinstellungen
durch die Gemischregelung kommen. Auch arbeitet die Gemischsteuerung in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine
im Hinblick auf die Abgasbestimmungen nicht optimal, so daß es notwendig ist, eine Überwachungseinrichtung
der Betriebsbereitschaft der Sauerstoffmeßsonde vorzusehen.
Es ist eine Überwachungseinrichtung durch die DE-OS 23 01 354 bekannt, bei der über einen Schwellwertschalter
die von der Sauerstoffmeßsonde in betriebsbedingten kurzen Zeitintervallen abgegebenen
Spannungssignale mit wechselndem Potential einem Zeitglied zugeführt werden, das infolge dieser Signale
einen Schalter in einer ersten Schaltlage hält, sofern das Zeitintervall der Spannungssignale kurzer ist als die
Schaltzeit des Zeitglieds. Im anderen Fall wird nach Ablauf dieser Schaltzeit der Schalter in eine zweite
Schaltlage gebracht. Mit Hilfe des Schalters ist dann das Betriebsgemisch beeinflußbar oder eine Warneinrichtung
schaltbar.
Diese Einrichtung hat den Nachteil, daß sie lediglich den totalen Ausfall der Sauerstoffmeßsonde erfaßt, f
wenn diese aufgrund eines Defekts oder bei zu niedriger Temperatur kein Signal mit wechselnder Spannung
mehr abgibt.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bereits Betriebszuslände mit verminderter r
Betriebsbereitschafi de·· Sauerstoffmeßsonde sicher zu
erfassen und in diesen Fällen die sonst mit Hilfe der Sonde betriebene Gsmist-hregeleinrichtung auf eine
Gemischsteuerung umzustellen und es andererseits zu ermöglichen, daß die Regeleinrichtung so früh wie
möglich eingeschaltet wird, sobald die Sauerstoffmeßsonde ein ausreichend hohes Spannungssignal für einen
sicheren Betrieb der Regeleinrichtung abgibt
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst Auf diese Weise können zwei Spannungsschwellwerte
entsprechend der minimalen und maximalen, von der betriebsbereiten Sonde abgegebenen
Spannung festgelegt werden. Sobald die mit steigender Temperatur ansteigende resultierende Ausgangsspannung
der Sauerstoffmeßsonde diese festgelegten Schwellwerte überschreitet was von den
Vergleichsvorrichtungen erfaßt wird, wird unter Zwischenschaltung
eines Zeitglieds die Gemischsteuervorrichtung abgeschaltet und bei fehlender Häufigkeit des
Signalwechsels pro Zeiteinheit die Gemischsteuervorrichtung wieder zugeschaltet
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch die Merkmale des Anspruchs 2
gekennzeichnet Die Betriebsbereits^aft der Sonde wird somit bei abgeschalteter Prü!spannü;ig durch die
Häufigkeit der Signalwechsel pro Zeiteinheit über ein Zeitglied erfaßt, mit dessen Hilfe die Gemischsteuening
und die Prüfspannung bei fehlender Sondenfunktion wieder zugeschaltet wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen in Verbindung mit der
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels ergänzt durch die Zeichnung zu entnehmen. Es zeigt
F i g. 1 die schematische Darstellung einer Sauerstoffmeßsonde,
F i g. 2 ein Diagramm, in dem die Ausgangsspannung des Sauerstoffmeßfühlers über der Luftzahl λ bei
verschiedenen Temperaturen aufgetragen ist,
Fig.3 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Einrichtung.
Der Sauerstoffmeßfühler 10 in Fig. 1 weist ein einseitig geschlossenes Röhrchen 11 auf, das aus einem
Festelektrolyten gesintert ist. Das Röhrchen 11 ist beiderseits mit mikroporösen Platinschichten 12 bedamp'.i,
die jeweils mit Kontakten 13 versehen sind, von denen Anschlußdrähte 14 und 15 abführen. Das
Röhrchen 11 sitzt auf einem mit einer Mittelboh.rung 17
versehenen Sockel 16, der dicht in die Wandung eines Abgasrohres 19 der Brennkraftmaschine eingesetzt ist.
Über die Mittelbohrung 17 kann also der Sauerstoff der Umgebungsluft an die Platinschicht 12 gelangen. Die
äußere Platinschicht, die in das Abgasrohr 19 ragt, wird von den auf ihren Sauerstoffgehalten zu messenden
Abgasen umspült Als Festelektrolyt kann z. B. Zirkondioxyd verwendet werden, das bei höheren Temperaturen,
wie sie z. B. im Abgasstrom vorherrschen, sauerste fi'onenleitend ist. Wenn der Sauerstoffpartialdruck
des Abgases vom Bezugspartialdruck der Außenluft abweicht, dann tritt zwischen den beiden
Kontakten 13 eine Potentialdifferenz auf, deren Verlauf über der Luftzahl λ durch eine Kurve 20 in F i g. 2
wiedergegeben ist. Die Potentialdifferenz zwischen den beiden Kontakten 13 nängt logarithmisch vom Quotienten
der Sauerstoffpartialdrücke auf beiden Seilen des Festelektrolytröhrchens 10 ab. Deshslb ändert sich die
Ausgangsspannung des Sauerstoffmeßfühlers bei der Luftzahl λ = 1,0 sprungartig. Bei Luftzahlen kleiner I
nimmt die Ausgangssnannung einen hohen und bei Luftzahlen λ > 1 nimmt die maximale Ausgangsspannung
zwischen den Kontakten 13 einen sehr niedrigen Wert an. Da der Innenwiderstand des Festelektrolvten
stark temperaturabhängig ist, ändert sich die maximale
Ausgangsspannung der sich erwärmenden Sauerstoffmeßsonde z. B. während der Warmlaufphase der
Brennkraftmaschine erheblich. Bei ausreichend erwärmter Sonde kann diese bei Luftzahlen kleiner >
λ = 1,0 entsprechend einem fetten Betriebsgemisch eine Spannung von mehr als 750 Millivolt abgeben. Bei
Luftzahlen λ > 1 entsprechend einem mageren Gemisch beträgt diese Leerlaufspannung weniger als
100 Millivolt. Im kalten Zustand liegt die maximale Ausgangsspannung, wie in F i g. 2 gezeigt, entsprechend
niedriger.
In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. J ist der Sauerstoffmeßfühler 10 lediglich schematisch als Spannungsquelle
wiedergegeben, deren Ausgang zur Basis '
eines PNP-Transistors 21 in einem ersten Brückenzweig
einer Brückenschaltung 24 führt. Der Transistor ist als Emitterfolger geschaltet und ist mit seinem Kollektor an
eine gemeinsame VersuiguiigMcüüng 22 angeschlossen.
Der Emitter des Transistors 21 ist mit einem Widerstand .'< 23 verbunden. Die Kollektor-Emitter-Strecke des
Transistors und der dazu in Reihe geschaltete Widerstand 23 bilden den ersten Brückenzweig der
Brückenschaltung 24. Ein zweiter Zweig der Brückensehaltung
24 wird durch die Reihenschaltung der r Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 25 und
eines Widerstandes 26 gebildet. Der Kollektor dieses Transistors 25 ist über einen Schutzwiderstand 27 mit
einer gemeinsamen positive Spannung führenden Versorgungsleitung 28 verbunden. Zur Ansteuerung der j
Basis des Transistors 25 ist ein Spannungsteiler aus den in Reihe geschalteten Widerständen 29, 30 und 31
zwischen der Versorgungsleitung 28 und der Versorgungsleitung 22 vorgesehen. Parallel zu den Widerständen
30 und 31 ist zur Spannungsstabilisierung eine )"> Zenerdiode 32 in Sperrichtung an die gemeinsame
Versorgungsleitung 22 gelegt. Die Widerstände 30 und 31 stellen dabei jeweils einen dritten und einen vierten
Brückenzweig der Brückenschaltung 24 dar. Die Basis des Transistors 25 ist nun an den Spannungsteiler
zwischen den Widerstand 29 und den Widerstand 30 angeschlossen und wird somit ebenfalls mit einer
stabilisierten Spannung versorgt.
Die Brückendiagonale der Brückenschaltung 24 ist an einen Operationsverstärker 33 angeschlossen, der hier ^
als Schwellwertschalter arbeitet. Dabei ist der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 33 mit der
Verbindung zwischen dem Widerstand 26 des Transistors 25 und dem Emitterwiderstand 23 des Transistors
21 verbunden, während der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers zur Verbindung zwischen
dem Widerstand 30 und 31 führt.
Der Ausgang des Operationsverstärkers 33 ist über einen Widerstand 34 mit der Basis eines PNP-Transistors
35 verbunden, dessen Emitter an der gemeinsamen, positives Potential führenden Versorgungsleitung
28 liegt und dessen Kollektor zu einem Verknüpfungspunkt 36 führt, der über einen Widerstand 37 mit der
gemeinsamen Versorgungsleitung 22 verbunden ist. Der Verknüpfungspunkt 36 ist ferner über einen Widerstand w>
38 mit dem Mitteiabgriff 39 eines aus zwei Widerständen 41 und 40 gebildeten Spannungsteilers zwischen der
gemeinsamen Versorgungsleitung 28 und 22 verbunden. Vom Mitteiabgriff 39 führt über einen Widerstand 42
eine Verbindungsleitung zum invertierenden Eingang <"
eines als Regeiverstärker dienenden Operationsverstärkers
43. Zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 43 ist ein Kondensator
44 geschaltet, mit dem der Regelverstärker integrierende Eigenschaften erhall. Der Ausgang des
Operationsverstärkers 43 ist ferner mit einer Stellvorrichtung 4 verbunden, die als Teil der Regeleinrichtung
/.ur Beeinflussung der Zusammensetzung des Betriebsgeniisches
der Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Wegen der vielfältigen Möglichkeiten des Eingriffs zur
Veränderung des Betriebsgemisches ist hier die Stellvorrichtung 4 nicht näher ausgeführt. Der nicht
invertierende Eingang des Operationsverstärkers wird in bekannter Weise über einen Spannungsteiler aus den
Widerständen 45 und 46 mit einer Referenzspannung versorgt.
Von der Verbindiingsleitung zwischen dem ersten und
dem zweiten Brückeiizweig der Brückenschaltung 24
zwischen dem Widerstand 26 und dem Widerstand 23 führt eine Leitung 47 über einen Widerstand 48 zum
invertierenden Eingang eines weiteren als Schwellwertschalter dienender! Or*£r«!ior!sver*:i^rki*r' 4^ Ocr nicht
invertierende Eingang dieses Operationsverstärkers wird \ on einem Spannungsteiler mit Spannung versorgt,
der aus einem Widerstand 50 und einem Widerstand 51 besteht und der zwischen die gemeinsame Versorgungsleitung
22 und den eine stabilisierte Spannung führenden Abgriff zwischen den Widerstand 29 und den
Widerstand 30 gelegt ist. Dieser Spannungsteiler bildet zusammen mit dem ersten und zweiten Brückenzweig
der Br'-'lenschaltung 24 eine zweite Brückenschaltung
zur Ansteuerung des als zweiter Schwellwertschalter dienenden Operationsverstärkers49.
Die Sauerstoffmeßsonde 10, die über die Basis des Transistors 21 den ersten Brüd'.enzweig der Brückenschaltung
24 beeinflußt, wird über einen Widerstand 53 gegen die durch einen Spannungsteiler aus den
Widerständen 54 und 55 eingestellte Spannung belastet. Der Spannungsteiler aus den in Reihe geschalteten
Widerständen 54 und 55 ist über eine Diode 56 und einen davorgeschalteten Widerstand 57 sowie einen
ersten Trennschalter 58 mit der positives Potential führenden gemeinsamen Versorgungsleitung 28 verbunden.
Der erste Trennschalter 58 besteht aus einen PNP-Transistor, dessen Kollektor-Emitter-Strecke zwischen
dem Widerstand 57 und der Versorgungsleitung 28 liegt. Auf der anderen Seite ist der Spannungsteiler
über die Kollektor-Emitter-Strecke eines als zweiter Trennschalter 59 dienenden NPN-Transistors mit der
gemeinsamen Versorgungsleitung 22 verbunden. Zur Stabilisierung der am Spannungsteiler anliegenden
Spannung ist die Verbindung zwischen dem Widerstand 57 und der Diode 56 über eine Diode 60 an die durch die
Zenerdiode 32 stabilisierte Spannung angekoppe.i.
Die Basis des Transistors 59 wird über einen Spannungsteiler aus den Widerständen 61 und 62
zwischen dem Kollektor des Transistors 58 und der Versorgungsleitung 22 mit Spannung versorgt, so daß
der Transistor 59 solange durchgeschaltet ist, wie über den Transistor 58 die Verbindung zur Versorgungsleitung
28 hergestellt ist
Gleichzeitig mit der Spannungsversorgung der Basis des Transistors 59 ist der zweite Schwellwertschalter
absperrbar. Dazu zweigt vom Kollektor des ersten Transistors 58 zur Versorgungsleitung 22 eine Leitung
ab, in der in Reihe eine in Stromflußrichtung gepolte Diode 5, gefolgt von einem Widerstand, liegt Ferner ist
die Basis eines NPN-Endstufentransistors 9 des zweiten Schwellwertschalters 49 über eine in Stromflußrichtung
liegende Diode 7 gefolgt von dem Widerstand 6 und parallel dazu über einen Kondensator 8 mit der
Versorgungsleitung 22 verbunden.
Der Ausgang des /weilen Schwellwertschalters 49
sowie der Verkniipiiingspunkt 36 sind jeweils über einen
Widerstand 63 bzw. einen Widerstand 64 über eine in Spcrriehuiiig liegende Diode 65 mit einem Zeitglied 67 ϊ
verbunden. Dieses Zeitglied besteht aus einem bekannten Miller-Integrator mit einem PNP-Transistor 68,
dessc Emitter mit der Versorgungsleitung 28 und dessen Kollektor über einen Widerstand 69 mit der
Versorgungsleitung 22 verbunden ist. Zwischen Kollek- in tor und der Basis ist ein Kondensator 70 gelegt, dessen
Größe die Laufzeit des Zeitglieds bestimmt. Die Basis des Transistors 68 liegt ferner über einen Widerstand 71
an der Versorgungsleitung 28 und ist über die Diode 65
je nach Ausgangsgröße z. B. des zweiten Schwellwert- π schalters 49 an negatives Potential entsprechend dem
Potential der Versorgungsleitung 22 legbar.
Parallel zum Kollektorwiderstand 69 des Transistors 68 ist ein Widerstand 72 und ein Kondensator 73 in
Reihe geschaltet, zwischen denen eine Verbindung zur 2n
Basis eines NPN-Transistors 75 abzweigt. Der Emitter desselben liegt an der Versorgungsleitung 22 und der
Kollektor über den Kollektorwiderstand 76 an der Versorgungsleitung 28. Vom Kollektor des Transistors
75 besteht ferner eine Verbindung über einen 2> Widerstand 77 zur Basis eines PNP-Transistors 78. Der
Kollektor des Transistors 78 ist über einen Kollektorwiderstand 79 an die Versorgungsleitung 22 gelegt. Die
Anordnung aus den beiden Transistoren 75 und 78 dient als Umschalter 80. mit dessen Hilfe die Basis des ersten m
Tran5:stors 58 über eine vom Kollektor des Transistors 78 abzweigende Steuerleitung 81 mit einem Widerstand
82 je nach Schaltstellung des Transistors 78 an positives oder negatives Potential geführt wird.
Mit der Steuerleitung 81 ist ferner sowohl der π invertierende Eingang des Regelverstärkers 43 als auch
sein Ausgang jeweils über einen Widerstand 83 bzw. Widerstand 84 und eine Diode 85 bzw. Diode Sb, die
beide jeweils in Stromflußrichtung zur Versorgungsleitung 22 gepolt sind, verbunden. Weiterhin ist der
Ausgang des Regelverstärkers in üblicher Weise über einen Widerstand 87 an das positive Potential der
Versorgungsleitung 28 gelegt.
Die in F i g. 3 dargestellte Regel- und Überwachungseinrichtung arbeitet folgendermaßen: Ausgehend da- ->'>
von, daß der erste Trennschalter bzw. der Transistor 58 durchgeschaltet ist, liegt auch an der Basis des zweiten
Trennschalters 59 positives Potential an, so daß auch dieser durchgeschaltet ist. In diesem Fall wird der
Spannungsteiler aus den Widerständen 54 und 55 mit >" einer über die Zenerdiode 32 stabilisierten Spannung
versorgt. Demzufolge wird an die SauerstoffmeBsonde
10 über den Widerstand 53 eine Spannung gelegt, die so eingestellt ist, daß sie einen Mittelwert zwischen der
maximalen und der minimalen von der betriebsbereiten Sonde abgegebenen Spannung darstellt. Wenn z. B. die
Sauerstoffmeßsonde in betriebsbereiten Zustand je nach Abgaszusammensetzung eine maximale Spannung
von etwa 750 Millivolt bzw. eine minimale Spannung von 100 Millivolt abgibt, wäre dieser mittlere Span- ω
nungswert etwa 425 Millivolt Je nach Größe des Innenwiderstands der Sauerstoffmeßsonde und der
Größe des Widerstands 53 wird sich am Ausgang der Sonde eine Spannung einstellen, die abhängig vom
augenblicklichen λ zwischen 425 und 750 Millivolt oder zwischen 425 und 100 Millivolt liegt Diese sich jeweils
einstellenden Spannungen werden über den Transistor 21 in die Brückenschaltung 24 eingespeist Die dabei
zwischen den Widerständen 23 und 26 des ersten und zweiten Brückenzweigs auftretende und dem invertierenden
Eingang des ersten Schwellwertschalters 33 zugeführte Spannung wird von diesem mit dem am nicht
invertierenden Eingang anliegenden durch die Widerstände 30 und 31 des dritten und vierten Brückenzweigs
gebildeten Schwellwert verglichen. Gleichzeitig wird die zwischen dem ersten und zweiten Brückenzweig
anliegende Spannung auch auf den invertierenden Eingang des zweiten Schwellwertschalters 49 gebracht,
an dessen nicht invertierenden Eingang ein durch die Widerstände 51 und 50 einstellbarer Schwellwert
anliegt. Die Schwellwerte des ersten und zweiten Schwellwertschalters können, da an den jeweiligen
Brückenzweigen eine stabilisierte Spannung anliegt, konstant eingehalten werden. Dabei wird am Schwellwertschalter
49 ein oberer Schwellwert entsprechend einer mittleren resultierenden Spannung am Ausgang
der Sonde von etwa 500 Millivolt eingestellt. Mit dem ersten Schwellwertschalter 33 wird eine Schaltschwelle
entsprechend ca. 350 Millivolt resultierende Sondenausgangsspannung erfaßt.
Sobald die Sauerstoffmeßsonde im betriebsbereiten Zustand ist, überschreitet ihre Ausgangsspannung den
oberen Schwellwert des zweiten Schwellwertschalter 49, sobald ein Gemisch von einer Luftzahl kleiner λ = 1
vorliegt. Am Ausgang des Schwellwertschalters 49 liegt dann negatives Potential entsprechend der Versorgungsleitung
22 an. Dementsprechend wird auch die Basis des Transistors 68 und der Kondensator 70 des
Miller-Integrators 67 auf negatives Potential gelegt. Sobald nun der Transistor 68 durchgeschaltet hat,
gelangt auf die Basis des Transistors 75 nach kurzer Verzögerungszeit, in der der Kondensator 73 des
RC-G\\eds 73, 72 aufgeladen wird, auf positives
Potential, so daß auch der Transistor 75 durschschaltet. Im gleichen Augenblick wird die Basis des Transistors
78 über den Widerstand 77 an negatives Potential gelegt, so daß auch dieser Transistor durchschaltet und
auf die Steuerleitung das Potential der Versorgungsleitung 28 kommt. Damit wird auch der erste Transistor 58
gesperrt, gefolgt vom zweiten Transistor 59, dessen Basis von der Versorgungsleitung 28 durch den ersten
Trennschalter 58 abgeschaltet wird. Von diesem Augenblick an ist der Spannungsteiler aus den
Widerständen 54 und 55 völlig stromlos, so daß die Sauerstoffmeßsonde 10 durch keine Spannung mehr
belastet wird. Ein gleicher Vorgang spielt sich dann ab, wenn bei zunächst durchgeschalteten ersten und
zweiten Transistor 58 und 59 die Ausgangsspannung der Sauerstoffmeßsonde unter die 350-Millivolt-Schwelle
fälit. In dem Fall liegt am Ausgang des ersten Schwellwertschalters 33 ein positives Signal an, das über
den Widerstand 34 den Transistor 35 sperrt Damit wird die Verbindung des Verknüpfungspunkts 36 zur
positiven Versorgungsleitung 28 unterbrochen und die Diode 65 über die Widerstände 64 und 37 auf das
negative Potential der Versorgungsleitung 22 gelegt In diesem Fall schaltet gleichfalls der Transistor 68 des
Miller-Integrators durch, gefolgt vom Transistor 75 und dem Transistor 78, so daß auch in diesem Fall der erste
Transistor 58 gesperrt wird und der Spannungsteiler 54, 55 spannungslos geschaltet wird. Gleichzeitig wird jetzt
die Kathode der Diode 7, die zuvor über die Diode 5 auf positivem Potential lag, über den Widerstand 6 auf das
negative Potential der Versorgungsleitung 22 gelegt, so
daß an der Basis des Endstufentransistors 9 des zweiten Schwellwertschalters negatives, diesen Transistor sper-
rendes Potential anliegt.
Im ersten Fall, wenn der obere Schwellwert des
zweiten Schwellwertschalters 49 überschritten wird und gleichzeitig der Schwellwert des ersten Schwellwertschalters
33 überschritten ist. gelangt über den gleichzeitig durchgeschalteten Transistor 35 an die
Diode 65 positives Potential, so daß nach Ablauf der durch den Wicterstand 71 und die Kapazität des
Kondensators 70 gegebenen Zeit des Miller-Integrators 67 der Transistor 68 wieder gesperrt wird, wenn nicht ι
vor Ablauf dieser Zeit wieder ein negatives Potential an die Diode 65 gelangt. Durch die Regeleinrichtung wird
aber bei der hier von der Sonde zunächst angezeigten Alisgangsspannung entsprechend einem fetterem Gemisch
die Gemischzusammensetzung so beeinflußt, daß ;
sie in Richtung magerem Gemisch zur Erzielung einer Luftzahl um A = I verändert wird. Dies geschieht
solange, bis nach Durchlaufen der Sprungfunktion am Ausgang der Sonde ein Spannungswert anliegt, der den
unteren Schwellwert des ersten Schwellwertschallers 33 unterschreitet. Am Ausgang des ersten Schwellwertschalters
tritt dann ein positives Signal auf, das den Transistor 35 sperrt und auf die Diode 65 ein negatives
Signal bringt. Infolgedessen bleibt der Transistor 68. sofern das Signal rechtzeitig kommt, durchgeschaltet
und die Prüfspannung sowie der zweite Schwellwertschalter 49 abgeschaltet. Dieser Zustand bleibt solange
erhalten, wie in ausreichend kurzer Folge über den ersten Schwellwertschalter 33 ein positives und ein
negatives Signal im Wechsel auftritt. 1st dieses wegen mangelnder Betriebsbereitschaft der Sauerstoffmeßsonde
nicht gewährleistet, so wird der Transistor 68 gesperrt und der erste und zweite Transistor 58 und 59
in der Folge durchgeschaltet. Damit wird die Überwachungseinrichtung der Sauerstoffmeßsonde wieder
eingeschaltet und gleichzeitig über die Steuerleitung eine Gemischsteuerung unter Ausschaltung der Regelvorrichtung
eingeschaltet.
erreicht hat. Darüber hinaus wird auch bei Ausfall der Sonde, wenn keil regelmäßig wechselndes Sondensignal
mehr auftaucht, die Regelung des Betriebsgemisches der Brennkraftmaschine auf eine Gemischsteuerung umgestellt, mit deren Hilfe eine mittlere Luftzahl λ
eingestellt werden kann und die Fahrbereitschaft des Fahrzeugs, das mit der Brennkraftmaschine betrieben
wird, erhalten bleibt.
Solange die Sauerstoffmeßsonde betriebsbereit ist und im ausreichend schnellen Wechsel ein Regelsignal
abgibt, gelangt zum invertierenden Eingang des Regelverstärkcrs 43 mit wechselndem Potential ein
.Spannungssignal, das von diesem aufintegriert und der
Stellvorrichtung 4 zugeführt wird. Dies ist gewährleistet, solange die Kathoden der Dioden 85 und 86 am
positiven Potential der Stellerleitung 81 liegen, d. h. solange die Prüfspannung vom Spannungsteiler 54, 55
abgeschaltet ist. Liegt jedoch die Steucrleiuing SI auf negativem Potential, so wird der Ausgang des
Regelverstärkers über die nun als Spannungsteiler wirkende Reihenschaltung der Widerstände 87 und 79 in
Verbindung mit dem an den invertierenden Eingang des Regelverstärkers 43 über die Diode 85 angekoppelten
Widerstand 83 auf eine mittlere Spannung zur Ansteuerung der Stellvorrichtung 4 gebracht.
Solange also der obere und untere Schwellwert nicht erreicht wird, wird das Betriebsgemisch der Brennkraftmaschine
durch eine Gemischsteuerimg entsprechend der festen mittleren Ausgangsspannung des Regelverstärkers
eingestellt. Wird jedoch mit steigender Erwärmung der Sauerstoffmeßsonde der Schwellwert
überschritten, so gelangt auf die Steuerleitung 81 positives Potential, das die Prüfspannung abschaltet und
eine normale Funktion des vom ersten Schwellwertschalter angesteuerten Regelverstärkers 43 erlaubt.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ganz automatisch die Regelung nach dem Fahrzeugstart dann
beginnt, wenn die Sonde ihre Betriebstemperatur
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
1. Verfahren zur Überwachung der Betriebsbereitschaft
einer mit einer Regeleinrichtung für das Brennstoff-Luft-Gemisch einer Brennkraftmaschine
verbundenen Sauerstoffmeßsonde im Abgassystem der Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sauerstoffmeßsonde mit einer Prüfspannung mit einem konstanten mittleren Wert
der von der Sauerstoffmeßsonde erzeugbaren Spannung belastet wird, daß die resultierende
Spannung am Sondenausgang als Kontrollgröße der Betriebsbereitschaft zwei Vergleichsvorrichtungen
zum Vergleich mit einem oberen und einem unteren Sollwert jeweils entsprechend einer Mindestausgangsspannung
der Sauerstoffmeßsonde zugeführt wird und daß entsprechend dem Ausgangssignal der
Vergieichsvorrichtungen über ein Zeitglied eine
Gemischsteuervorrichtung anstelle der Gemischregeleinrichtung zu- oder abgeschaltet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß über das Zeitglied gleichzeitig mit der Gemischsteuervorrichtung die Prüfspannung und
eine der Vergleichsvorrichtungen zu- oder abgeschaltet werden.
3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 7.ur Überwachung der
Betriebsbereitschaft einer mit einer Regeleinrichtung für das Brennstoff-Luft-Gemisch einer Brennkraftmaschine
verbundenen im Abgassystem der Brennkraftmaschine angeordneten Sauerstoffmeßsonde,
die C "er eine Brückenschaltung mit einem als Vergleichsvorrichtung dienenden Schwellwertschalter
verbunden ist, dessen Ausgang über eine Diode mit einem Zeitglied verbh—den ist, dem ein
Umschalter nachgeschaltet ist, über den der Ausgang der Regeleinrichtung auf eine Spannung
zur Ansteuerung einer das Brennstoff-Luft-Gemisch beeinflussenden Stellvorrichtung bringbar ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sauerstoffmeßsonde (10) über einen Widerstand (53) mit einer positiven
mittleren Prüfspannung belastet wird und die Spannung am Abgriff zwischen Sauerstoffmeßsor.de
und Widerstand (53) über die Brückenschaitung (23, 26, 27; 30, 31; 50, 51) jeweils einem als Vergleichsvorrichtung dienenden Schwellwertschalter (33) mit
einer unteren und einen Schwellwertschalter (49) mit einer oberen Schaltschwelle zugeführt wird, deren
Ausgänge über die Diode (65) zum Zeitglied (67) führen, dem der Umschalter (75, 78) nachgeschaltet
ist, über den der Ausgang der Regeleinrichtung auf eine mittlere Spannung zur Ansteuerung der das
Brennstoff-Luft-Gemisch beeinflussenden Stellvorrichtung (4) bringbar ist und über den einer der
Schwellwertschalter abschaltbar ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Prüfspannung ein
spannungsstabilisierter Spannungsteiler (54, 55) vorgesehen ist, der über einen Trennschalter (58)
entsprechend der Ansteuerung des dem Zeitglied (67) nachgeschalteten Umschalters (75, 78) von
seinen Versorgungsleitungen (22, 28) abtrennbar ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung vom spannungsstabilisierten
Spannungsteiler (54, 55) zu den Versorgungsleitungen (22, 28) als Trennschalter mit der
Kollektor-Emitter-Strecke je ein Transistor (58, 59) angeordnet ist, von denen die Basis des ersten
Transistors (58) vom Umschalter (75,78) angesteuert und die Basis des zweiten Transistors (59) von einem
zwischen beiden Transistoren (58, 59) liegenden Spannungsteiler (61, 62) mit Spannung versorgt
"> wird.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Zeitglied ein
Miller-Integrator (67) dient, dessen Ausgang über ein RC-Verzögerungsglied (72,73) zur Bans eines als
ι» Umschalter dienenden Transistors (75) geführt ist,
durch den je nach Ansteuerung eine Steuerleitung (81) zur Basis des ersten Transistors (58) mit der
einen oder der anderen Versorgungsleitung (22, 28) verbunden wird.
;~>
7. Einrichtung nach Anspruch 6 mit einem als
Schwellwertschalter dienenden Komparator, der die in die Brückenschaltung eingegebene Spannung der
Sauerstoffmeßsonde mit einem Sollwert vergleicht und mit einem vom Ausgang des Komparator
-?<> angesteuerten Regelverstärker mit Integrationsverhalten,
dessen Ausgang mit der das Brennstoff-Luft-Gemisch beeinflussenden Stellvorrichtung verbunden
ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertschalter (33) der Überwachungseinrichtung
-"> dient und daß parallel dazu der zweite Schwellwertschalter
(49) der Überwachungseinrichtung mit einem den anderen Sollwert gebunden Spannungsteiler(50,51)
geschaltet ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7 mit einem aus w einem Operationsverstärker bestehenden Regelverstärker,
zwischen dessen Ausgang und invertierendem Eingang ein Integrationskondensator (44)
geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang und der invertierende Eingang des
Operationsverstärkers über je einen Widerstand (83, 84) und eine Diode (85,86) mit der Steuerleitung (81)
zur Basis des ersten, als PNP-Transistor ausgebildeten
Trennschalters (58) verbunden ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn- -tn zeichnet, daß ein Endstufen-NVNi-Transistor (9) des
zweiten Schwellwertschalters (49) über eine Diode (7) und einen nachgeschalteten Widerstand (6) an die
negative Versorgungsleitung (22) legbar ist, solange die Verbindung von der positiven Versorgungslei-■*■>
tung (28) über den ersten Transistor (58) und eine Diode (5) zu diesem Widerstand nicht unterbrochen
ist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten
'" Schwellwertschalter (33) und dem invertierenden
Eingang des Regelverstärkers (43) ein PNP-Transistor (35) geschaltet ist, dessen Basis mit dem
Ausgang des Schwellwertschalters verbunden ist, dessen Kollektor unmittelbar über die Diode (65) mit
"'■' dem Eingang des Zeitglieds (67) verbunden ist und
der einen ersten Kollektorwiderstand (37) und parallel dazu einen Widerstand (38) besitzt, der zum
Mittelabgriff (39) eines den invertierenden Eingang mit Spannung versorgenden Spannungsteilers (40,
w 41) führt.
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