DE2644192A1

DE2644192A1 - Verfahren zum kompensieren der eigenschwankungen in der ausgangskennlinie eines abgasmessfuehlers

Info

Publication number: DE2644192A1
Application number: DE19762644192
Authority: DE
Inventors: Takeshi Fujishiro
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1975-09-30
Filing date: 1976-09-30
Publication date: 1977-04-07
Also published as: FR2326733A1; GB1538497A; FR2326733B1; US4120269A

Description

Verfahren zum Kompensieren der Eigenschwankungen in der Ausgangskennlinie eines Abgasmeßfühlers

Die Erfindung betrifft eine automatische Selbstregelvorrichtung oder Prozeßregelvorrichtung, die das ]D?aft stoff-Luftverhältnis eines einer Brennkraftmaschine zugeführten verbrennbaren Gemisch es auf einem vorgegebenen Wert hält und einen Abgasmeßfühler aufweist, der dazu dient, das tatsächliche Kraftstoff-Luftverhältnis zu ermitteln. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Kompensieren der Eigenschwankungen in der Ausgangskennlinie des Abgasmeßfühlers, indem ein Bezugseingangs signal in
der automatischen Selbstregelvorrichtung erzeugt wird, dessen
Amplitude sich der Änderung in der Ausgangskennlinie des Abgasmeßfühlers entsprechend ändert, sowie eine elektrische Schaltung

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zur Durchführung dieses Verfahrens·

Bei Brennkraftmaschinen ist es zur Herabsetzung der Konzentration an Schadstoffen im Abgas wichtig, das Kraft stoff-Luftverhältnis des der Maschine zugeführten verbrennbaren Gemische genau auf einem optimal vorgewählten Verhältnis zu halten. Es ist allgemein bekannt, daß das tatsächliche Kraftstoff-Luftverhältnis in der Maschine dadurch ermittelt werden kann, daß die Konzentration eines bestimmten Bestandteils des Abgases, der Op,CO,CO_» ein Kohlenwasserstoff oder NOx sein kann, . gemessen wird. Es sind gegenwärtig verschiedene Arten von Abgasmeßfühlern für diesen Verwendungszweck erhältlich. Bei bekannten automatischen Selbstregelvorrichtungen zur genauen Regelung des Kraftstoff-Luftverhältnisses wird im typischen Fall ein Regelsignal zum Regeln der zugeführten Kraft stoff menge oder der zugeführten Luftmenge zu einer Kraftstoff-Luft proportionierenden Einrichtung, beispielsweise einem Vergaser oder einer Kraftstoffeinspritzanlage, auf die folgende Weise erzeugt* Jede Abweichung des Ausgangssignals eines Abgaßmeßfühlers von einem vorgegebenen Bezugssignal, das dem vorgegebenen Kraftstoff-Luftverhältnis entspricht, wird in einer auf die Abweichung ansprechenden Schaltung, beispielsweise einem Differentialverstärker oder einem Komparator, wahrgenommen und das Regelsignal wird entweder dadurch erzeugt, daß die wahrgenommene Abweichung vervielfacht oder integriert wird, oder daß die vervielfachte Abweichung (ein proportionaler Anteil des Regelsignals) zu der integrierten Abweichung (integraler Anteil) addiert wird.

Das Regelsignal wird in der oben beschriebenen Weise unter der Voraussetzung erzeugt, daß das Ausgangssignal des Abgasmeßfühlers in einer bestimmten Beziehung zum Kraftstoff-Luftverhältnis des in der Maschine verbrauchten verbrennbaren Gemisches steht· Die tatsächlich verwandten Abgasmeßfühler zeigen jedoch unvermeidlich Änderungen in ihrer Ausgangskennlinie, wenn sie verschiedenen Temperaturen ausgesetzt werden und/oder über eine lange

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Zeitdauer verwandt werden, da die Abgasmeßfühler entweder einen Halbleiter oder einen Elektrolyten als Meßfühlelement aufweisen. Wenn die Beziehung zwischen dem Kraftstoff-Luftverhältnis des verbrennbaren Gemischs und dem Ausgangssignal des Abgasmeßfühlers sich von einer vorhergehenden Eichung unterscheidet, während das Bezugssignal konstant bleibt, führt das Anlegen des Regelsignals an die Kraftstoff-Luft proportinierende Einrichtung zu einer Regelung des Kraftstoff-Luftverhältnisses auf einen nicht erwünschten, von dem vorgegebenen Verhältnis abweichenden Wert.

Die Erfindung befaßt sich mit einer automatischen Selbstregelvorrichtung, die das Kraftstoff-Luftverhältnis eines einer Brennkraftmaschine zugeführten verbrennbaren Gemischs auf einem vorbestimmten Wert hält und einen Abgasmeßfühler enthält, der ein elektrisches Ausgangssignal erzeugen kann, das die Konzentration eines Bestandteils des Abgases wiedergibt, die zu dem tatsächlichen Kraftstoff-Luftverhältnis in der Maschine in Beziehung steht, und hat ein Verfahren zum Kompensieren der Eigenschwankungen der Ausgangskennlinxe des Abgassensors zum Ziel, bei dem ein Bezugssignal gebildet wird, das als Vergleichsstandard bei der Wahrnehmung einer Abweichung der Amplitude des Ausgangssignals des Meßfühlers von einer erwarteten Amplitude dient, die zum vorgewählten Kraftstoff-Luftverhältnis in Beziehung steht, •und das automatisch in seiner Amplitude auf eine Änderung in der Beziehung zwischen der genannten Konzentration und der Amplitude des Ausgangssignals des Abgasmeßfühlers hin schwankt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist eine elektrische Schaltung als Teil der oben beschriebenen automatischen Selbstregelvorrichtung, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Bezugssignal liefert.

Erfindungsgemäß wird eine Eigenschwankung der Ausgangskennlinie des Abgasmeßfühlers dadurch kompensiert, daß die Bezugsspannung auf eine Änderung des Maximalwertes der Ausgangsspannung des Ab-

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gasmeßfühlers hin und in einer Wechselbeziehung dazu verändert wird.

Die Bezugsspannung kann dadurch verändert werden, daß fortlaufend die Ausgangsspannung des Abgasmeßfühlers an eine, ein maximales Eingangssignal behaltende Schaltung gelegt wird, die einen Kondensator und einen Spannungsteiler aufweist, der.so eingestellt ist, daß die Bezugsspannung fortlaufend in einem bestimmten Verhältnis zum Maximalwert der Ausgangsspannung des Abgasmeßfühlers steht. Die Bezugsspannung kann auch schrittweise dadurch verändert werden, daß der Widerstandswert eines Widerstands zum Entwickeln der Bezugsspannung verändert wird, wenn ein Komparator feststellt, daß der Maximalwert der Ausgangsspannung des Abgasmeßfühlers um einen bestimmten Betrag kleiner geworden ist.

Die erfindungsgemäße, eine veränderliche Bezugsspannung liefernde Schaltung weist einen Kondensator, an dem die Ausgangsspannung des Abgasmeßfühlers fortlaufend über eine Diode anliegt, vorzugsweise mit einem Vorverstärker, der eine hohe Eingangsimpedanz für die Schaltung liefert, und einen Spannungsteiler auf, der parallel zum Kondensator geschaltet ist. Das Verhältnis der Bezugsspannung zum Maximalwert der Ausgangsspannung des Abgasmeßfühlers kann durch die Einstellung des Spannungsteilers bestimmt werden. Wenn der Abgasmeßfühler von einem Typ ist, der bei niedrigen Temperaturen eine starke Abnahme im Maximalwert der Ausgangsspannung zeigt, weist die die Bezugsspannung erzeugende Schaltung vorzugsweise eine Hilfsschaltung auf, die fortlaufend eine konstante Spannung unter dem Maximalwert der Ausgangsspannung des Spannungsteilers liefert, so daß die konstante Spannung als Bezugsspannung dienen kann, wenn die Ausgangsspannung des Spannungsteilers unter der konstanten Spannung liegt.

Die Schaltung zum schrittweisen Ändern der/ßezugsspannung ent-

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hält einen ersten Schaltkreis mit einem Spannungsteiler zum Erzeugen der Bezugsspannung, die wechselweise zwei verschiedene Höhen hat, einen Schalterkreis, der ein Flip-Flop enthält, um den Widerstandswert des Spannungsteilers zu regeln, einem Komparator, der den Schalterkreis und den Spannungsteiler in einem ersten Zustand hält, wenn der Maximalwert des Ausgangssignals des Abgasmeßfühlers über einer bestimmten Spannung liegt, einen zweiten Schaltkreis mit einem Kondensator, der gleichfalls das Ausgangssignals des Komparators empfängt, einen. Widerstand, und einen anderen Komparator, dessen Ausgangssignal bewirkt, daß das Flip-Flop in einen zweiten Zustand kommt und die Bezugsspannung auf einen niedrigeren Wert verschiebt, wenn die Ausgangsspannung des zweiten Schaltkreises auf eine bestimmte Spannung abnimmt.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert:

Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Regelvorrichtung für das Kraftstoff-Luftverhältnis für eine Brennkraftmaschine .

Figur 2 zeigt in einer graphischen Darstellung die Ausgangskennlinie eines herkömmlichen Sauerstoffmeßfühlers, der als Abgasmeßfühler in der in Figur 1 dargestellten Regelvorrichtung verwandt wird, zur Erläuterung des Einflusses einer Schwankung in der Ausgangskennlinie und einer Änderung der Amplitude des Bezugssignals auf die Regelung des Kraftstoff-Luftverhältnisses.

Figur 3 zeigt das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltung zum Erzeugen eines variablen Bezugssignals.

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Figur 4, 5 und 7 zeigen drei weitere verschieden aufgebaute Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Schaltungen, die dem gleichen Zweck dienen.

Figur 6 zeigt in einer graphischen Darstellung die Beziehung zwischen der Ausgangskennlinie eines Sauerstoffmeßfühlers, der mit der in Figur 5 dargestellten Schaltung verbunden ist, und der Amplitude des durch dieselbe Schaltung erzeugten Bezugssignals.

Wie es in Figur 1 dargestellt ist, weist die Regelvorrichtung für das Kraft stoff-Luftverhältnis für eine Brennkraftmaschine, die in Figur 1 mit 10 bezeichnet ist, eine regelbare Kraftstoff und Luft proportionierende Einrichtung 12, die beispielsweise ein Vergaser oder eine Kraftstoffeinspritzanlage sein kann, einen Abgasmeßfühler 14-, der in der Abgasleitung 16 der Maschine 10 installiert ist, eine elektrische Schaltung zum Erzeugen eines Bezugssignals, eine weitere elektrische Schaltung 20, die beispielsweise ein Differentialverstärker oder ein Komparator sein kann, der das Ausgangssignal des Abgasmeßfühlers 14 und das Bezugssignal empfängt und ein Ausgangssignal erzeugt, das die Größe der Abweichung des Ausgangssignals des Abgasmeßfühlers 14 vom Bezugssignal wiedergibt, und eine Steuerschaltung 12 auf, die ein Steuersignal zum Steuern der Kraftstoff und Luft proportionierenden Einrichtung 12 erzeugt, in dem das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 20 in der im obigen beschriebenen Weise verändert wird. Bei herkömmlichen Regelvorrichtungen für das Kraftstoff-Luftverhältnis der dargestellten Art besteht die Funktion der Schaltung 18 lediglich darin, eine konstante Bezugsspannung für die Vergleichsschaltung 20 zu liefern, so daß das Ausgangssignal des Abgasmeßfühlers 14 nicht an dieser Schaltung liegt. Erfindungsgemäß liegt das Ausgangssignal des Abgasmeßfühlers 14 sowohl an der Vergleichsschaltung 20 als auch an der das Bezugssignal erzeugenden Schaltung 18, wie es im folgenden im einzelnen beschrieben wird. Gegenwärtig ist das gebräuch-

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lichste Beispiel eines Abgasmeßfühlers 14 ein Sauerstoffmeßfühler, der im wesentlichen aus einem Sauerstoffkonzentrationselement besteht, das einen festen Elektrolyten beispielsweise eines stabilisierten Zirkonsystems aufweist. Venn ein derartiger Sauerstoffmeßfühler als Abgasmeßfühler 14 in der in Figur dargestellten Regelvorrichtung verwandt wird und die Maschine ein Benzinmotor ist, ändert sich die Ausgangsspannung des Sauerstoffmeßfühlers in der durch die Kurve A"in Figur 2 dargestellten Veise, wenn sich das Kraftstoff-Luftgewichtsverhältnis des in der Maschine 10 verbrauchten verbrennbaren Gemischs ändert. In vielen Fällen ist die Regelvorrichtung so eingestellt, daß sie das Kraftstoff-Luft- bzw. Benzin-Luftverhältnis auf dem stöchiometrischen Vert hält, der bei etwa 14,8 liegt. Da die Ausgangsspannung des Sauerstoffmeßfühlers 0,5 "V beträgt, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis gleich 14,8 ist, kann ein 0,5 V-Signal fortlaufend an die Vergleichsschaltung 20 gelegt werden, um jede Abweichung des Kraftstoff-Luftverhältnisses vom Wert 14,8 zu korrigieren.

Die Ausgangskemilinie des Sauerstoffmeßfühiers verschiebt sich jedoch von der Kurve A zu einer anderen Kurve B, wenn der Meßfühler über längere Zeit dem Abgas ausgesetzt wird. Auf der Kurve B liegt die Ausgangsspannung für Kraftstoff-Luftverhältnisse unter einem Punkt in der Nähe des stöchiometrischen Wertes unter der Ausgangsspannung auf der Kurve A. Eine ähnliche Abnahme der Ausgangsspannung tritt auch dann auf, wenn der Sauerstoff meßfühler bei relativ niedrigen Temperaturen verwandt wird, da der Innenwiderstand des Meßfühlers oder der Konz ent rationszelle merklich ansteigt. Wenn die Amplitude des Bezugssignals auf 0,5 V gehalten wird, obwohl die Ausgangskennlinie des Sauerstoffmeßfühlers sich geändert hat, wie es durch die Kurve B dargestellt ist, ist die Regelvorrichtung für das Kraftstoff-Luftverhältnis nicht in der Lage, das Kraftstoff-Luftverhältnis wie beabsichtigt auf dem Wert 14,8 zu halten. Das Kraftstoff-Luftverhältnis wird vielmehr auf einen tieferen Wert geregelt, der

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in Figur 2 mit χ "bezeichnet ist.

Erfindungsgemäß ist das Bezugssignal kein Signal mit konstanter, sondern mit veränderlicher Spannung, dessen Amplitude in einer bestimmten Beziehung zum Maximalwert des Ausgangssignals des Abgasmeßfühlers 14 steht. Bei einem Sauerstoffmeßfühler mit der in Figur 2 dargestellten Ausgangskennlinie beträgt der Maximalwert des Ausgangssignals etwa 1,0 Y, wenn der Meßfühler in einem optimalen Zustand verwandt wird. Wenn ein Bezugssignal erzeugt wird, das immer eine Amplitude gleich der Hälfte des Maximalwertes des Ausgangssignals dieses Sauerstoffmeßfühlers hat, kann das Kraftstoff-Luftverhältnis auf den Wert 14,8 geregelt werden, wenn der Sauerstoffmeßfühler eine Ausgangskennlinie hat, wie sie durch die Kurve A dargestellt ist. Wenn der Sauerstoffmeßfühler jedoch eine Ausgangskennlinie hat, wie sie durch die Kurve B dargestellt ist, d.h., wenn der Maximalwert von etwa 1,0 V auf etwa 0,8 V abgesunken ist, nimmt die Amplitude des Bezugssignals von 0,5 V auf etwa 0,4 Y ab. Das hat zur Folge, daß das Kraftstoff-Luftverhältnis auf einen Wert y geregelt wird, der näher als der Wert χ am Wert 14,8 liegt. Da die Beziehung zwischen einem Maximalwert des Ausgangssignals des Abgasmeßfühlers 14 und der Amplitude des Bezugssignals je nach Wunsch festgelegt werden kann, ist es möglich, den Wert y noch näher* an das beabsichtigte Kraftstoff-Luftverhältnis von 14,8 heranzubringen, als es in Figur 2 dargestellt ist. Die Amplitude des Bezugssignals kann auch in Abhängigkeit vom Mittelwert der Maximal- und Minimalwerte des Ausgangssignals des Abgasmeßfühlers 14 verändert werden, wie es später beschrieben wird.

Figur 3 zeigt ein Beispiel für den Aufbau der Schaltung 18, die ein veränderliches Bezugssignal in dem Fall erzeugt, in dem es beabsichtigt ist, die Amplitude des Bezugssignals mit einer Änderung im Maximalwert des Abgasmeßfühlers 14 fortlaufend zu verändern. J

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Das Ausgangssignal des Abgasmeßfühlers 14-, beispielsweise eines Sauerstoffmeßfühlers der oben beschriebenen Art, liegt sowohl an der negativen Eingangsklemme eines Komparators 21, der als "Vergleichsschaltung 20 in Figur 1 dient, als auch an der das Bezugssignal erzeugenden Schaltung 18. Diese Schaltung enthält eine ein maximales Eingangssignal behaltende Schaltung 18a, die hauptsächlich von einer Diode 24-, einem Kondensator 26 und einem Spannungsteiler 28 gebildet wird, der zwei Widerstände 28a und 28b aufweist, die parallel zum Kondensator 26 geschaltet sind. Als Eingang zur Schaltung 18 ist zusätzlich ein Funktionsverstärker 30 von einem mit der Spannung mitgehenden Schaltungstyp vorgesehen, der eine hohe Eingangs impedanz für diese Schaltung 18 liefert, so daß das Ausgangssignal des Abgasmeßfühlers 14- an den Komparator 21 gelegt werden kann, ohne daß es durch die Schaltung 18 beeinflußt wird. Das Ausgangssignal des Funktionsverstärkers 30 liegt an der Diode 24- und zwar über einen Transistor 32, der als Temperaturkompensationseinrichtung für die Diode 24- verwandt wird.

Die ffaltesGhaltiittg - 18a in der Schaltung 18 von Figur 3 kann einen Maximalwert eines Eingangs signals, in diesem Fall des Ausgangssignals des Abgasmeßfühlers 14-, beibehalten oder speichern und ein Ausgangssignal liefern, dessen Amplitude in einem'bestimmten Verhältnis zum Maximalwert des Eingangssignals steht. Das Verhältnis der Amplitude des Ausgangssignals der Schaltung 18 zum Maximalwert des Eingangs signals ist durch das Verhältnis des Widerstandswertes E^. des Widerstands 28a zum Widerstandswert E₂ ^des Widerstands 28b bestimmt. Das Ausgangs signal der Schaltung 18 hat eine Amplitude gleich der Hälfte des Maximalwertes des Eingangssignals, wenn E^. = Eg. Das Ausgangs signal der Schaltung 18 liegt an der positiven Eingangsklemme des Komparators 21 als ein Bezugssignal, so daß jede Schwankung im Maximalwert des Ausgangssignals des Abgasmeßfühlers 14- im gewünschten Maße durch eine gleichzeitige Schwankung der Amplitude des Bezugssignals kompensiert werden kann.

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Es ist ersichtlich, daß der Spannungsteiler 28 durch einen nicht dargestellten Regelwiderstand ersetzt werden kann.

Figur 4 zeigt einen anderen Aufbau einer das Bezugssignal erzeugenden Schaltung 18. Die Amplitude des durch diese Schaltung 18A erzeugten Bezugssignals ändert sich schrittweise, wenn der Maximalwert des Abgasmeßfühlers 14 in einem gewissen Maße schwankt.

Diese Schaltung 18A enthält einen ersten Komparator 34. Das Ausgangssignal des Abgasmeßfühlers 14 liegt nicht nur an der negativen Eingangsklemme des Komparators 21, sondern auch an der positiven Eingangsklemme dieses Komparators 34. Als Tergleichsstandard liegt eine konstante Bezugsspannung, die dadurch entwickelt wird, daß eine konstante Spannung Ycc einem Widerstand aufgeprägt wird, an der negativen Eingangsklemme des ersten Komparators 34. Diese Bezugsspannung ist kleiner als der Maximalwert des Ausgangssignals des Abgasmeßfühlers 14 im normalen oder optimalen Zustand und beträgt beispielsweise 70 % dieses Maximalwerts. Einem Spannungsteiler 40 der Schaltung 18A mit zwei Widerständen 40a und 40b wird eine konstante Spannung Ycc eingeprägt, damit er eine Ausgangsspannung als Bezugssignal dem Komparator 21 liefert. Ein Transistor 38 ist parallel zu einem Widerstand 40a der beiden Widerstände 40a und 40b geschaltet, so daß-der angeschaltete Widerstand 40a umgangen werden kann, wenn der Transistor 38 leitend ist. Ein Flip-Flop 36 ist so angeordnet, daß es das Aussrangssignal des ersten Komparators 34 empfängt und sein ^-Ausgangssignal an die Basis des Transistors 38 legt. Wenn der Abgasmeßfühler 14 eine normale Ausgangskennlinie zeigt, bei der der Maximalwert des Ausgangssignals größer als die durch den Widerstand 35 gelieferte Bezugsspannung ist, liegt das Ausgangssignal des ersten Komparators 34 als logisches "1"-Signal vor. Daher ist das Flip-Flop 36 gesetzt, so daß das *§-Ausgangs signal ein "O"-Signal ist. In diesem Zustand macht der sich im leitenden Zustand befindliche Transistor 38 den Widerstand 40a unwirksam. Das durch den Spannungsteiler 40 erzeugte Bezugssignal

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hat daher die höhere Amplitude von zwei wechselweise realisierbaren Amplitudenhöhen. Die Amplitude des Bezugssignals kann in diesem Zustand beispielsweise bei 0,5 V, bezogen auf den oben beschriebenen Sauerstoffmeßfühler, liegen.

Die Schaltung 18A weist eine Halteschaltung 18b auf, die aus einer Diode 24, einem Kondensator 26 und einem parallel zum Kondensator 26 geschalteten Widerstand 4-2 besteht. Das Ausgangssignal des ersten Komparators 34 liegt auch an dieser Falteschaltung 18b und das Ausgangssignal der Halteschaltung lab liegt an der negativen Eingangsklemme eines zweiten Komparators 44. Die konstante Spannung Ycc wird einem Widerstand 46 aufgeprägt, so daß er eine konstante Bezugsspannung entwickelt, die unter dem Maximalwert der Ausgangsspannung des Abgasmeßfühlers 14 liegt und an die positive Eingangsklemme des zweiten Komparators 44 gelegt wird. Das Ausgangssignal des zweiten Komparators 44 liegt am Flip-Flop 36, so daß das Flip-Flop 36 rückgesetzt werden kann, wenn der zweite Komparator 44 ein "1"-Ausgangssignal liefert. Wenn die Ausgangs spannung der Halteschaltung 18b über der Bezugsspannung liegt, die über dem Widerstand 46 entwickelt wird, liefert der zweite Komparator 44 ein "O"-Ausgangssignal. Daher bleibt das Flip-Flop 36 im gesetzten Zustand und wird das durch den Spannungsteiler 40 erzeugte Bezugssignal auf dem höheren Pegel gehalten, selbst wenn der Abgasmeßfühler 14 eine geringe Abnahme in seinem Maximalwert seines Ausgangssignals zeigt.

Wenn der Maximalwert des Ausgangssignals des Abgasmeßfühlers 14 unter die Bezugsspannung absinkt, die durch den Widerstand 35 erzeugt wird, liefert der erste Komparator 34 fortlaufend ein "O"-Ausgangssignal. Wenn die Hai te schaltung, 18b fortlaufend für eine bestimmte Zeitspanne das "O"-Ausgangssignal vom ersten Komparator 34 empfängt, sinkt die Ausgangsspannung der Halteschaltung 18b wegen der Entladung der im Kondensator 26 gespeicherten elektrischen Ladung unter die durch den Widerstand 46

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erzeugte Bezugsspannung ab« Dann erzeugt der zweite Komparator 44 ein "1"-Ausgangssignal und wird das Flip-Flop 36 rückgesetzt. Dementsprechend wird das Q-Ausgangssignal des Flip-Flops 36 ein "1"-Signal und wird der Transistor 38 gesperrt. Das hat zur Folge, daß die Amplitude des Bezugssignals, das durch den Spannungsteiler 40 erzeugt wird, auf einen niedrigen Pegel von beispielsweise 0,35 V, verglichen mit dem höheren Pegel von 0,5 V, absinkt, der durch die beiden Widerstände 40a und 40b bestimmt ist.

Die Schaltung 18A enthält vorzugsweise einen aus einem Widerstand 48, einem Transistor 50 und einer Anzeigelampe 52 bestehenden Warnschaltkreis. Das (J-Ausgangssignal des Flip-Flops 36 liegt über den Widerstand 48 an der Basis des Transistors 50. Daher befindet sich der Transistor 50 im leitenden Zustand und leuchtet die Lampe 52 auf, wenn das ^-Ausgangssignal ein "1"-Signal ist, d.h. wenn die Abnahme der Ausgangs spannung des Abgasmeßfühlers 14 größer ist als es hingenommen werden kann.

Dadurch, daß nach dem oben beschriebenen Verfahren ein Bezugssignal mit sich ändernder Amplitude erzeugt wird, das am Komparator 21 oder der Vergleichsschaltung 20 in Figur 1 liegt, ist eine genaue Regelung des Kraftstoff-Luftverhältnisses über eine Regelvorrichtung möglich, die allgemein in der in Figur 1·dargestellten Weise aufgebaut ist, selbst wenn sich der Abgasmeßfühler 14 mit der Zeit in einem gewissen Maße verschlechtert oder wenn er einem Abgas mit niedriger Temperatur ausgesetzt wird.

Wenn der Abgasmeßfühler 14 ein .herkömmlicher Sauerstoffmeßfühler ist, und sich die Amplitude des Bezugssignals in der anhand von Figur 3 im obigen beschriebenen Weise fortlaufend ändern kann, ergibt sich das Problem, daß das Bezugssignal eine extrem niedrige Amplitude hat_? wenn die Temperatur des Abgases beispielsweise beim Kaltstart der Maschine 10 sehr niedrig ist. Dieses Problem ergibt sich aus der Tatsache „ daß der herkömmliche Sauer-

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stoffmeßfühler einen sehr hohen Innenwiderstand hat, wenn er nicht auf ausreichend hohen Temperaturen gehalten wird. Daneben hat die Vergleichs schaltung 20 im allgemeinen eine sehr hohe Eingangsimpedanz gewöhnlich in der Größenordnung von Megaohm und ist die Vergleichsschaltung 20 mit dem Abgasmeßfühler 14-(Sauerstoffmeßfühler) über ein Kabel beträchtlicher Länge verbunden. Es besteht daher die Gefahr, daß die Vergleichsschaltung 20 fehlerhaft arbeitet, was einem Rauschen zuzuschreiben ist und zur Instabilität des Kraftstoff-Luftverhältnisses führt, wenn das Bezugssignal eine extrem niedrige Amplitude hat. Die das Bezugssignal erzeugende Schaltung 18 enthält daher vorzugsweise eine Schaltung, die die Amplitude des Bezugssignals auf einem bestimmten Wert hält, wenn der Maximalwert des Ausgangssignals des Abgasmeßfühlers 14- unter einen bestimmten Wert absinkt.

Die in Figur 5 dargestellte Schaltung 18B enthält die in Figur 3 dargestellte Maximaleingangssignalhalteschaltung 18a und zusätzlich eine Minimalausgangssignalhalteschaltung 18c. Diese Schaltung 18c besteht aus einem Spannungsteiler 54- mit zwei Widerständen 54-a und 54-b, einer Diode 56, über die das Ausgangssignal des Spannungsteilers 54- an die positive Eingangsklemme des Komparators 21 gelegt werden kann, und einem Transistor 58, der so geschaltet ist, daß er als Temperaturkompensationseinrichtung für die Diode 56 dient. Die konstante Spannung Vcc wird dem Spannungsteiler 54- eingeprägt, so daß das Ausgangssignal dieser Schaltung 18c eine bestimmte Amplitude hat, die durch die Widerstandswerte der beiden Widerstände 54-a und 54-b bestimmt ist. Das Ausgangssignal der Maximaleingangssignalhalteschaltung 18a kann über eine Diode 60 an die positive Eingangsklemme des Komparators 21 gelegt werden und ein Transistor 62 ist als Temperaturkompensationseinrichtung für diese Diode 60 vorgesehen.

In' der in Figur 5 dargestellten Schaltung 18B ist die Funktion der MaxLmaleingangssignalhalteschaltrung 18a die gleiche wie im

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Pall der in Figur 3 dargestellten Schaltung. Beispielsweise liefert die Schaltung 18a und dementsprechend die Schaltung 18B ein Bezugssignal, das immer 50 % der Amplitude des Ausgangssignals des Sauerstoffmeßfühlers 14 hat, solange die Amplitude des Bezugssignals über der Amplitude der konstanten Ausgangsspannung der Schaltung 18c liegt. Wenn der Maximalwert des Ausgangssignals des Sauerstoffmeßfühlers 14 extrem niedrig ist, beispielsweise weniger als 50 % des Wertes im normalen Zustand beträgt, nimmt die Amplitude des Ausgangssignals der Schaltung 18B (das Bezugssignal, das am Komparator 21 liegt) nicht mehr weiter ab, sondern wird die Amplitude auf der Ausgangsspannung der die minimale Ausgangsspannung beibehaltenden Schaltung 18c gehalten. Figur 6 zeigt die Beziehung zwischen der maximalen Ausgangsspannung des Sauerstoffmeßfühlers 14 mit der in Figur dargestellten Ausgangskennlinie und der Amplitude des Bezugssignals, das durch die Schaltung 18B erzeugt wird, wobei angenommen wird, daß die Ausgangsspannung der Maximaleingangssignalhalteschaltung 18a 50 % des Maximalwertes des Ausgangssignals des Sauerstoffmeßfühlers 14 beträgt, und daß die Minimalausgangssignalhaiteschaltung 16b eine konstante Spannung von 0,2 V erzeugt.

Somit verhindert die Minimalausgangssignalhalteschaltung 18b in der Schaltung 18B eine fehlerhafte Funktion der in Figur 1 dargestellten Regelvorrichtung aufgrund von Rauscheinflüssen, selbst dann, wenn der Maximalwert des Aus gangs signals des Säuers to ff meßfühl ers 14 außerordentlich niedrig liegt. Die Schaltung 18B hat einen zusätzlichen Vorteil bezüglich der Arbeit der Maschine 10 bei niedrigen Maschinentemperaturen. Es ist wünschenswert, kurzzeitig die Maschine 10 mit einem etwas Kraftstoff angereicherten Gemisch, d.h. mit einem niedrigeren Kraftstoff-Luftverhältnis, zu versorgen, um Γ einen ruhigen Lauf der Maschine sicherzustellen, wenn die Maschinentemperatur sehr niedrig ist, wie es beim Kaltstarten der Maschine 10 der Fall ist. Die

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Ausgangsspannung des Sauerstoffmeßfühlers 14 ist bei einer solchen niedrigen Temperatur wegen des großen Innenwiderstands jedoch nahezu gleich 0 und bewirkt nicht, daß die Regelvorrichtung für das Kraftstoff-Luftverhältnis so arbeitet, daß sie das Kraftstoff-Luftverhältnis herabsetzt. Die Minimalausgangssignalhalteschaltung 18c liefert jedoch in diesem Fall ein Bezugssignal mit niedriger Spannung und bewirkt, daß die Regelvorrichtung das Kraftstoff-Luftverhältnis herabsetzt, bis die Maschinentemperatur oder Abgastemperatur auf einen ausreichend hohen Wert angestiegen ist.

Eine Änderung in der Ausgangskennlinie des Abgasmeßfühlers 14 tritt gewöhnlich als eine Abnahme des Maximalwertes der Ausgangsspannung auf, während der Minimalwert im wesentlichen unverändert bleibt. In vielen Fällen ist die Bezugsspannung für die Vergleichsschaltung 20 in der Nähe des Mittelwertes des Gesamtbereiches der Ausgangsspannung des Abgasmeßfühlers 14 vorgewählt. Daher kann die Bezugsspannung in Abhängigkeit von dem Mittelwert der Maximal- und Minimalwerte der Ausgangsspannung des Abgasmeßfühlers 14 verändert werden. Figur 7 zeigt eine Abwandlung der in Figur 3 dargestellten Schaltung, die den Mittelwert als Kennzeichen des Ausgangskennlinie des Abgasmeßfühlers 14 heranzieht. Diese Schaltung 18C enthält alle Bauelemente der in Figur 3 dargestellten Schaltung 18. Zusätzlich ist ein Kondensator 64 zwischen den Spannungsteiler 28 und Masse geschaltet und steht eine Diode 66 parallel zu diesem Kondensator 64 mit dem Spannungsteiler 28 in Verbindung. Die Kathode dieser Diode 66 liegt am Verbindungspunkt zwischen dem Transistor 32 und der Anode der Diode 24. Daher dient der Transistor 32 als Temperaturkompensationseinrichtung für beide Dioden 24 und 66. Der Spannungsteiler 28, der ein Bauteil der Maximalwerthalteschaltung 18a ist, der Kondensator 64 und die Diode 66 bilden eine Minimalwerthalteschaltung 18d. Das Ausgangssignal dieser Schaltung 18C hat eine Amplitude, die sich proportional dem Mittelwert der Maximal- und Minimalwerte der Eingangssignalamplitude ändert, indem die Wider-

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standswerte der beiden Widerstände 28a und 28b nahezu gleich groß gemacht werden.

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Claims

Patentansprüche

\1·/Verfahren zum Kompensieren der Eigen Schwankung in der Aus^l"' gangskennlinie eines Abgasmeßfühlers, der in der Abgasleitung einer Brennkraftmaschine installiert ist und ein Element einer automatischen Selbstregelvorrichtung ist, die das Kraftstoff-Luftverhältnis des der Maschine zugeführten verbrennbaren Gemische auf einem bestimmten Wert hält, und der eine Ausgangsspannung erzeugt, die die Konzentration eines bestimmten Bestandteils der Abgases der Maschine wiedergibt, die vom Kraftstoff-Luftverhältnis des von der Maschine verbrauchten verbrennbaren Gemische abhängt, wobei die Regelvorrichtung die Arbeit einer Kraftstoff und Luft proportionierenden Einrichtung auf der- Grundlage der Stärke der Abweichung der Ausgangsspannung des Abgasmeßfühlers von einer Bezugsspannung regelt, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannung auf eine Änderung des Maximalwertes der Ausgangs spannung des Meßfühlers hin und in einer bestimmten Beziehung dazu verändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannung dadurch verändert wird, daß fortlaufend die Ausgangsspannung des Meßfühlers an eine Maximal eingangs signalhalteschaltung mit einem Kondensator und einem Spannungsteiler gelegt wird, der so eingestellt ist, daß die Bezugsspannung fortlaufend in einem bestimmten Verhältnis zum Maximalwert der Ausgangsspannung des Abgasmeßfühlers steht.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß fortlaufend eine konstante Hilfsbezugsspannung erzeugt wird, die unter dem Maximalwert der Ausgangsspannung der Maximaleingangssignalhalteschaltung liegt, daß nur die Ausgangsspannung der Maximaleingangssignalhalteschaltung als Bezugs spannung herangezogen wird, wenn die Ausgangsspannung ^der Maximaleingangssignalhalteschaltung über der Hilfsbezugsspannung liegt und

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daß nur die Hilfsbezugsspannung als Bezugs spannung herangezogen wird, wenn die Ausgangsspannung der Maximaleingangssignalhalteschaltung unter der Hilfsbezugsspannung liegt.
4. Verfahren nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannung dadurch verändert wird, daß eine konstante Spannung an einen Spannungsteiler gelegt wird, daß der Spannungsteiler in einer ersten Stellung gehalten wird, in der er eine erste konstante Ausgangsspannung liefert, wenn der Maximalwert der Ausgangsspannung des Abgasmeßfühlers über einer bestimmten Spannung liegt, daß unter diesen Umständen nur die erste konstante Ausgangs spannung als Bezugsspannung herangezogen wird, daß der Spannungsteiler in eine zweite Stellung verschoben wird, in der er eine zweite konstante Spannung liefert, die unter der ersten konstanten Spannung liegt, wenn der Maximalwert der Ausgangsspannung des Abgasmeßfühlers auf die bestimmte Spannung absinkt, und daß nur die zweite konstante Spannung als Bezugsspannung herangezogen wird, wenn der Maximalwert der Ausgangs spannung des Abgasmeßfühlers unter der bestimmten Spannung liegt.
5. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannung dadurch verändert wird, daß fortlaufend"die Ausgangsspannung des Abgasmeßfühlers einer Schaltung zugeführt wird, die aus einer Maximaleingangssignalhalteschaltung mit einem Kondensator und einem Spannungsteiler und aus einer Minimaleingangssignalhalteschaltung, die den Spannungsteiler und einen weiteren Kondensator enthält, und daß der Spannungsteiler so eingestellt wird, daß die Bezugsspannung fortlaufend in einem bestimmten Verhältnis zum Mittelwert der Maximal- und Minimalwerte der Ausgangsspannung des Abgasmeßfühlers steht·

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6. Schaltung zum Erzeugen eines Bezugssignals für eine automatische Selbstregelvorrichtung zum Halten des Kraftstoff-Luftverhältnisses eines einer Brennkraftmaschine zugeführten verbrennbaren Gemischs auf einem bestimmten Wert, die einen Abgasmeßfühler, der in der Abgasleitung der Maschine installiert ist und eine Ausgangsspannung erzeugt, die die Konzentration eines bestimmten Bestandteils des Abgases der Maschine wieder-

• gibt, die von dem Kraftstoff-Luftverhältnis des in der Maschine verbrauchten verbrennbaren Gemischs abhängt, eine Vergleichsschaltung, die die Stärke der Abweichung der Ausgangsspannung des Abgasmeßfühlers von einer Bezugsspannung ermittelt und eine Steuerschaltung aufweist, die die Arbeit einer Kraftstoff und Luft proportionierenden Einrichtung auf der Grundlage der festgestellten Größe der Abweichung steuert, gekennzeichnet durch eine erste Schaltung mit einem Kondensator, der mit dem Abgasmeßfühler verbunden ist und fortlaufend die Ausgangsspannung des Abgasmeßfühlers empfängt, und mit einem Spannungsteiler, der parallel zum Kondensator geschaltet ist und so eingestellt ist, daß die Ausgangsspannung des Spannungsteilers fortlaufend unter dem Maximalwert der Ausgangsspannung des Abgasmeßfühlersliegtund dazu in einem bestimmten Verhältnis steht, wobei die Ausgangsspannung des Spannungsteilers als Bezugsspannung dient.
7. Schaltung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine zweite Schaltung mit einem Widerstand, dem fortlaufend eine konstante Spannung derart aufgedrückt wird, daß die zweite Schaltung eine konstante Ausgangsspannung unter dem Maximalwert der Ausgangsspannung der ersten Schaltung erzeugt, wobei die zweite Schaltung parallel zur ersten Schaltung derart geschaltet ist, daß die Höhe der Bezugsspannung gleich der Höhe der Ausgangsspannung der ersten Schaltung ist, sonst jedoch gleich der Höhe der Ausgangsspannung der zweiten Schaltung ist.

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8. Schaltung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der ' Abgasmeßfühler ein Sauerstoffmeßfühler vom Typ einer Konzentrationszelle mit einem festen Metallaxidelektrolyten ist.
9. Schaltung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen weiteren Kondensator, der parallel zum ersten Kondensator geschaltet ist, so daß der Spannungsteiler dazwischenliegt, eine erste Diode, über die die Ausgangsspannung des Abgasmeßfühlers am ersten Kondensator und am Spannungsteiler liegt, und durch eine zweite Diode, deren Anode mit dem anderen Kondensator verbunden ist und deren Kathode mit der Anode der ersten Diode in Verbindung steht, wobei der Spannungsteiler so eingestellt ist, daß seine Ausgangsspannung fortlaufend in einem bestimmten Verhältnis zum Mittelwert der Haximal- und Minimalwerte der Ausgangsspannung des Abgasmeßfühiers steht und die Ausgangsspannung des Spannungsteilers als Bezugsspannung dient.
10. Schaltung zum Erzeugen eines Bezugssignals für eine automatische Selbstregelvorrichtung zum Halten des Kraftstoff-Luftverhältnisses eines einer Brennkraftmaschine zugeführten verbrennbaren Gemischs auf einem bestimmten Wert, die einen Abgasmeßfühler, der in der Abgasleitung der Maschine installiert ist und eine Ausgangs spannung erzeugt, die die Konzentration eines bestimmten Bestandteils des Abgases der Maschine wieder-. gibt, die vom Kraftstoff-Luftverhältnis des in der Maschine verbrauchten verbrennbaren Gemischs abhängt, eine Vergleichsschaltung, die die Stärke einer Abweichung der Ausgangsspannung des Abgasmeßfühlers von einer Bezugsspannung feststellt, und eine Steuerschaltung aufweist, die die Arbeit einer Kraftstoff und Luft proportionierenden Einrichtung auf der Basis der festgestellten Abweichung steuert, gekennzeichnet durch einen Spannungsteiler, der mit einer konstanten Spannung beaufschlagt wird, eine Schalteinrichtung, die ein Flip-Flop enthält, das- dazu dient, daß der Spannungsteiler wechselweise zwei verschiedene Stellungen einnehmen kann, wobei die Aus-

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gangsspannung des Spannungsteilers in jeder der beiden verschiedenen Stellungen als Bezugssignal dient, durch einen ersten Komparator, der so geschaltet ist, daß er die Schalteinrichtung und den Spannungsteiler in einer ersten Stellung hält, in der die Ausgangsspannung des Spannungsteilers einen ersten bestimmten Wert hat, wenn der Maximalwert der Ausgangsspannung des Abgasmeßfühlers über der ersten vorgegebenen Spannung liegt, durch eine erste Schaltung mit einem Kondensator, der so geschaltet ist, daß er das Ausgangssignal des ersten Komparators empfängt, und mit einem Widerstand, der parallel zum Kondensator geschaltet ist, und durch einen zweiten Komparator, der so geschaltet ist, daß er die Ausgangsspannung der ersten Schaltung mit einer zweiten vorgegebenen Spannung vergleicht und die Schalteinrichtung und den Spannungsteiler in einer zweiten Stellung hält, in der die Ausgangsspannung des Spannungsteilers einen zweiten vorbestimmten Wert hat, der unter dem ersten vorbestimmten Wert liegt, wenn der Maximalwert der Ausgangsspannung des Abgasmeßfühlers unter der ersten vorgebenen Spannung und das Ausgangssignal der ersten Schaltung unter der zweiten vorgegebenen Spannung liegt.
11. Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung aus dem Flip-Flop und einem Transistor besteht, der so geschaltet ist, daß er einen Teil des Widerstands des Spannungsteilers kurzschließt, wenn die Schalteinrichtung die erste Stellung einnimmt.
12. Schaltung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen Warnschaltkreis mit einem weiteren Transistor, der parallel zum Transistor der Schalteinrichtung derart geschaltet ist, daß er leitend wird, wenn das Flip-Flop sich im zweiten Zustand befindet, und mit einer elektrisch betätigbaren Anzeige, die in Reihe zum weiteren Transistor liegt.)

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