DE2700629A1

DE2700629A1 - Vorrichtung zur erkennung der regelbereitschaft einer lambda-sonde

Info

Publication number: DE2700629A1
Application number: DE19772700629
Authority: DE
Inventors: Andreas Prof Boehringer; Hermann Dipl Ing Dr Eisele; Wolf Ing Grad Wessel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-01-08
Filing date: 1977-01-08
Publication date: 1978-07-20
Also published as: JPS5386930A; FR2377059A1; GB1586633A; DE2700629C2; US4172432A; JPS616258B2; FR2377059B1

Description

Dipl. Ing. Ρ·Ι·Γ Ott· 7033 Herrenberg (Kuppingen) Patentanwalt EifelstraOe 7

J) Telefon (O 70 32) 31999

2. .!ov. 107Γ,

Fir-ia !'.oiiort -,osch 'JmLl! V)Oi) Stuttgart

Vorrichtung zur Erkennung der Regelbereitschaft einer fr-Sonde __

Zusammenfassung

Es wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die dazu diant, die Betriebsbereitschaft einer Λ-Sonde zu erkennen, so dä^ß die /)-Sonde im Sinne einer Regelung bei der Aufbereitung und mengenmäßigen Zuführung eines Kraftstoff-Luftgemischs zu den Brennkammern einer brennkraftmaschine eingesetzt werden kann. Die schaltungsmäßige Vorrichtung der Erfindung umfaßt teilweise bei mit λ-Sonden arbeitenden Systemen bekannte Schaltungsgruppen, wie einen der /(-Sonde nachgeschalteten Impedanzwandler, einen von diesem angesteuerten Komparatorschalter sowie einen nachgeschalteten Integrator und darüber hinaus die überwachungsschaltung mit mindestens einer zugeordneten Zeitgliedschaltung, die durch Erfassung des Innenwiderstandes der /)-Sonde deren Uegelbereitschaft erkennt. Die /?-Sonde ist mit

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einem weiteren Widerstand zu einer ersten Halbbrücke zusammengesclialtet, der eine zweite Halbbrücke parallel geschaltet ist; beide Halbbrücken v/erden nur dann mit Strom versorgt, v/enn der Zustand der /\-,Sonde fehlende Jetriebsbereitschaft signalisiert. Die Mittelspannungcn der beiden ilaibbrücken v/erden den Eingängen eines Komparatorr. zugeführt, der so geschaltet ist, daß bei fehlender 'ietriobsbereitschaft der /!-Sonde ein konstantes Ausganqssignal vorgegebener Polarität erzeugt v/ird, v/elchers der überwachungsschaltung in dem Sinne zugeführt v/ird, daß die Pberwachunqsschaltung so lange betriebsbereit bleibt, wie di,r» Sonde nicht im Sinne der /*)-7ogelung eingesetzt werden kann. Die Oberwachunasschaltung enthält darüber hinaus Schaltungsanordnungen, die durch Eingriff in die Integratorschaltung diese zur Abgabe einen mittleren Ausgangssignals veranlassen, damit im Sinne einer Steuoruna die Betriebsbereitschaft des Gesamtsystems aufrecht erhalten werden kann.

Stand_cler "Technik

Oic Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchr,. Hs ir.t bekannt, eine gemischaufbereitende Einrichtung, beispielsweise eine elektrische KraftstoCfeinsnritzanlage oder ein Vergasersystem, einer Regelung in der 'Veise zu unterwerfen, daß in Abgaskanal der ßrennkraftmaschino eine sogenannte A~ oder Sauerr.toffsonde angeordnet wird, die je nach der der Brennkraftmaschine zugeführten Gemischzusammensetzung (fett oder mager) ein unterschiedliches Schaltsignal in Form einer Sprungfunktion abgibt, v/elches als Istv/crtsignal von der Gemischaufhereitungsanlage ausgewertet wird und die Menge des der Brennkraftmaschine pro Hub zugeführton Kraftstoffs ergänzend bestimmt, iiekannt ist weiterhin, daß der Einsatz der λ-Sonde insofern Probleme aufwirft, als die Sonde jeweils einen kritischen Temperaturbereich nach dem Anlassen der

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Bronnkraftnaschine durchlaufen run, bevor nach ilrrt'ichon eines entsprechend geeigneten hohen Tenpcraturv/crter, die "etriebsbcreitscnaft dor Sonde gesichert ist. Innerhalb des kritischen Temperaturbereiches, in v/Glchen die A-:-ionO'.i in v/enentlichnn kalt int, weist diese einen sehr hohen tnnonwiclorstand auf, r.o daß sie nur in ihren abnoluton Potontialv/ort erheblich vorscliobene Ausqanqsniqiiale abzuqobon inntnndo iit, soweit vberhauiit dar. Tprunafunktionnvnrhalton der /)-r>on(.1c schon eingesetzt hat. Tn^nosant erniljt r.ich innerhalb dieses kritischen Tnnperaturbereiches ein stark nichtlinoares Verhalten der /ί-.ionde, und es wird daher vorgezogen, bis zur.i Erreichen einer geeigneten /)-1onr1cnteryx:ratur die Jerischaaf boroi tunas cinriciitunn auf r-teucrunq zu schalten und die Ronoluna unter dom führenden Einfluß der ^-Somio erst dann einsetzen zu lassen, wenn die /)-f.onde einwandfreie AURrjanqssianii.lc nbril-t.

Die vorlierjende Trfindung folgt diesen Vorschlag und ist darauf gerichtet, die fehlende lietriebsbereitschaft der Sonde auf einfache ieise zu erkennen und auszuwerten, wooei oin« geeignete Umschaltung auf Steuerung vorgenor.non wird.

Vorteile_dor Erfinduivg

Die erfindungsgen.Jße Vorrichtunn mit den kennzeichnenden Merkmalen des "Iauntanspruchs hat den Vorteil, dan sich die Hetriebsbereitschaf t der /)-i5ondeaus dar Verhalten il\ros Innonv;idcrstandes erfassen l'ißt, wobei in normalen r.etriebsablauf die Überwachungsschaltung völlig au^er Funktion tritt und keinen Kinfluß nohr ausübt.

Da den ^ondeninnenwidcrstand ein Vergleichswidorr.tmnd zu'i<;ordnet und mit diesem zu einer Halbbrücke geschaltet ist, ist os möglich, entsprechende Paarungen von Sonde und Vernlcichsv/ider-

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stand sofort bei dor Fertinuna vorzunehmen, so daß bei gleichbleibender Auswerteschaltung ein Austausch der ilonde zur.anncn mit den zuqcordnoten Vcrqleichswiderstand müqlich ist.

Durch die erfindunqsgemäße Schaltung zur Erkennung der Uegelbercitschaft einer /i-Sonde l.'ißt sich dan Vorfahren der /}-Regelung optimieren, und es v/erden Undefinierte Uctriebszustände der Drennkraftmaschine bei kalter Sonde vermieden, die zu einen unregelmäßigen Fahrverhalten und insbesondere zu einer möglichen Umweltverschmutzung führen können.

Ze i chnung

Ein Ausfi'ihrunqsbeispiel der erfindunnsgenänen Vorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt die erfindungsgem.'iße Schaltung in detaillierter Darstellung, wobei auf ZUFi Teil bekannte Schaltunqsgruppen nur so weit eingegangen v/ird, wie zum Verständnis der Erfindung erforderlich.

Beschreibung _der Πr_findung

Das in der einzigen Figur dargestellte Hchaltschema stellt ein mögliches AusfUhrungsbeisniel der Erfindung dar und setzt sich aus folgenden prinzipiellen Gehaltsgruppen zusammen, die so ausgebildet und zusammengeschaltet sind, daß bei vorliegender ■3etriebsberei tschaf t der im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordneten /\- oder .Sauerstoffsonde das von dieser abgegebene Schaltr.ignal erkannt und entsprechend ausgewertet wird bzw. daß bei fehlender Sondenbetriebsbereitschaft eine Überwachungsschaltung eingreift und die Gesamtschaltung so beeinflußt, daß, beispielsweise im Wege des Übergangs von Regelung auf Steuerung, ein mittlerer λ-Wert angestrebt wird. In der

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Zeichnung ist die /I-Sondo mit 1 bezeichnet, ihr zugehöriger Innenwiderstand trägt das Bezugszeichen Ri. Der Ausgang Λ1 der /)-Sonde arbeitet auf einen nachgeschalteten Impedanzwandler 2, der das /)-Sondenausgangssignal entsprechend aufbereitet und, soweit erforderlich, belastnngsfest macht und eine nachgoschaltete Komparatorschaltung 3 ansteuert, die auch als /^-Schalter bezeichnet werden kann. i)as Ausgangssignal flor Komparatorschaltung 3 steuert einen Integrator 4 an, an dessen Ausgang je nach den von der /t-Sondo abgegebenen Ausgangssignal eine allmählich ansteigende oder allmählich abfallende Spannung erzeugt wird. Hs ist diese Ausgangsspannung der Integratorschaltung 4, die, beispielsweise "über den in der Zeichnung gezeigten l/iderstand Ra, einem weiterverarbeitenden System zur Verfügung gestellt wird. Hei diesem Zysten handelt es sich um eine Genischaufbereitungsoinrichtung, die einer ^:3reinnkraf tmaschine je nach ihren Betriebsbedingungen ein Kraftstoff-Luftgemisch zuführt, beisnielswoise also um eine Vergasereinrichtung oder um eine Kraftstoffeinspritzanlage, die bevorzugt auf elektrischer Casis arbeitet. ')io Clomi.^c5chaufbero.itung.ⁱscinrichtung wertet das Ausgangssignnl der in der Zeichnunq dargestellten Schaltung ergänzend im Sinne einer Regelung mit geschlossener Regelschleife aus, wobei dann die iJrpnnkraf tmaschine mit Ansaugrohr und Abgaskanal dio Regelstrecke bildet und die Gemischauf l'Oreltungrsnnlngo den Regler; die c;rf Liuhings gonäße Vorrichttmg i;;t air» Teil oinnr Schaltung anzusehen, dio den Istv/ert ontsproclienl don /^-Son^anausgangsnicjnal aufboroitot.

Weiterhin vorgesehen ist bei der in dor Zeichnung g?jzo.1gtc:i Schaltung ein Zoitgliod 5, welches vom Ausrang dos Komparator^ 3 bzw. einer dem Komparator zugeordneten SchalturKrskonipononto angesteuert ist, da der Ausgang rtai !-Comparators oin SchaItsignal im Sinne einer Sprung funktion zur Verfügung stollt, /el-

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ches unmittelbar einen Rückschluß auf den jeweiligen Gchaltungszustand der /!-Sonde erlaubt. Schließlich umfaßt die erfindungs-cyeinäßG Vorrichtung noch dio oiqentlicho überwachungsschaltung, die in der Zeichnung nit dom Hozugszeichon 6 versehen ist und über entsprechende Signale insbesondere vom Komparator 3 und der Zeitschaltung 5 Schaltsignalc zugeführt erhält und ihrerseits an bestimmten Sohaltunqspunkten in die irn unteren Teil der Zeichnunr angeordnete, aus der. Impedanzwandler 2, der Korn-, parator 3 und der¹ Integrator 4 gebildeten Schaltungsgrunpenkette steuernd eingreift.

Devor im folgenden auf den Aufbau und die Funktion der dargestellten Schaltung im einzelnen eingegangen wird, sei darauf hingewiesen, daß auf spezielle Sinzelschaltungselemente,insbesondere des Inpedanzwandlers 2, des λ-Schalters 3 und des Integrators 4 nicht weiter eingegangen wird, da entweder zum betrieb der orfindungsgemäßen Vorrichtung und zu deren Verständnis nicht von wesentlicher Bedeutung oder bei üblichen das λ-Sondenaungangnsignal weiter vorarbeitenden Schaltunqen r.chon bekannt, so daß auf die nit den Bezugnzeichen 2, 3 und 4 bezeichneten Schaltungsgruppen nur so weit einzugehen ist, wie ffir Aufbau, Funktion und Verständnis der fir findung erforderlich.

Die A-Sonde 1 mit Innenwider stand Ri ist mit einem 'widerstand Rh zu einem ersten Malbbrückenteil in Reihe geschaltet, wobei die zweite !laibbrücke aus der Reihenschaltung eines V'iderntandes R1 nit einen Widerstand R2 besteht. Die ilalbbrückonzwoige

einen Anschluß

liegen mit ihrem /an Masse oder Minusleitung 10; die Spannungsversorgung erfolgt über einen Transistor T1, dor aufgrund eines bestinnten, vorhergehenden Schaltungszustands der dosantvorrichtunq bei arbeitender überwachungsschaltung 6 leitend geschaltet ist. Der Kollektor des die Hrückenschaltung aus 1, Ui, RIi, Γ.1 und R2 versorgenden Transistors T1 liogt an den

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zweiten !Ip.lbbrückentcil R1 , R2 unmittelbar und ist nit den Widerstand Rh 'iber cino Diode Π3 verbunden. Man erkennt, daß bei qesnerrtom Transistor 71 ausschließlich noch die nit ihreir Ausqanq M an den Impedanzwandler 2 anqcschlonsone /}-i>ondc in netrieb ist, da die Diode l)3 über die .71(¹Crstände P.1 und Γ.2 nit ihrer Anode auf iin wesentlichen Massepotor.tial qozorren v;ird, daher sperrt und auch der Widerstand T'.h wirkungslos schaltet.

Bei der folgenden Hr läuterung worden Aufbau und Funktion dos speziellen Ausführuncsbcispicls gemeinsam besprochen, da hierdurch das Verständnis der Krfindunrj erleichtert -7ird.

Ks sei angenommen, daß der Transistor T1 leitend ist, v/an vereinbarungsgemäß inner dann der Fall ist, wenn die ^-Honde nufnrund ihres Verhaltens fehlende !'.etriebsbereitschaft sianalisiert. nies qnschieht dadurch, daß der Innonwiderstand ^p.i der λ-ionde verhältnisn'ißiq hoch ist und daher an dor λ-Ποηοη dine ebenfalls verh.^!iltnir;m.^!ißiq hoho ."»pannunq abfällt, die boispielsweisr durch den von den Transistor Ty qozoffonen ?iar?isstron verursacht ist, der von der λ-Sonäe 'Toor einen V.'idorutand ^TU anqestouert ist. Der Transistor Ty ist Teil einor Ileihonsclia]-tunq oder v/eiteren ;ialbbrückn, die zwischen Minusleitunq 1O und Plusleitunq 11 qeschaltot ist vmd v/oiterhin noch aus Λαη Widerstanden H4 und R5, den Transistor Tx und einen weiteren Widerstand RG besteht. Der Transistor Ty ist als Uraitterfolner <jeschaltet und dient als Imnedanzv/andler für das λ-3ο™ΐεη-Άη5-qanqssinnal, der Verbindunqspunkt der '-Jiderstände R4 und R5 lioat an invertierenden Einqang eines Operationsverstärkers V1, dur Teil der Xomparatorschaltunq 3 ist. Den nichtinvortierenden llinqanq des Operationsverstärkers oder Verqleichors V1 ist eine stabilisierte rjpannunq tllier eine Gpannunrrsteilersclialtunq 12 zuqofUhrt, die die stabilisierte Spannunq von einer rjpannunqs-

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Stabilisierungsschaltung 13 zugeführt bekommt, die neben einen Transintor T2 einige Zcnerdioden enthält. Auf den Aufbau der ^r.tabilisierung.3schaltung Jiraucht nicht weiter eingegangen zu werden; sie liefert den anderen Eingang (+) des Vergleichers die ilchwcllenspannung, nit der die Aungangsspannung der λ-Sonde verglichen v/ird. Cn ir.t auch nüglich, die Schwellenspannung veränderlich zu gestalten, beispielsweise für den Zeitraum, während welchem die /l-3onr1e bei allmählicher erwärmung in Richtung auf ihren normalen Arbeitsbereich läuft, worauf aber nicht weiter eingegangen '.-/ird.

Hei leitendem Transistor T1 wird die Basisspannung des Transistors Tx über die Diode 04 auf Plusspannung gezogen, so daß der Transistor Tx leitet und seine Emitterspannung nur geringfügig unter der Plusspnnming von der Versorgungsleitung 11 liegt. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß es sich ganz allgenein versteht, daß auch jeweils Halbleiterschaltungselemente von anderen Leitungstyp verwendet werden können, so daß sich die entsprechenden Polarit'itsbezeichnungon umkehren. Die Erfindung umfaßt selbstverständlich entsprechende Abänderungen. Die Mittelspannung der von dem Transistor Tx zusammen mit den Widerstünden R5 und R4 gebildeten Halbbrücke wird dann von der

A~Sonde entsprechend der Ansteuerung des Transistors Ty beeinflußt. Die Schaltung ist so getroffen, daß man am Verbindungspunkt der Widerstände P.4 und R5

die
Im wesentlichen Ausgangsspannunct der Sonde selbst abgreifen kann, die dem einen Eingang des Vergleichers V1 zugeführt ist. Diese Ilalbbrückenspannung, die an der /I-Ronde am Schaltungspunkt Λ1 abfällt, v/ird mit einer Gpannunq verglichen, die die Überwachungsschaltung zur Verfügung stellt und die am Verbindungsnunkt der Widerstände R1 und R2 gebildet und über die Diode D5 und eine Leitung L1 auf den anderen Hingang (+) dos Vorgleichers 1 gelangt. Auf diese Weise läßt sich feststel-

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len, ob die von der /9-Sonde erzeugte Halbbrückenspannung unterhalb eines festgelegten Werts - der von den Widerständen R1 und R2 erzeugt wird - liegt und daher die Bereitschaft der /(-Sonde vorliegt, regelnd in den netrieb des Gesamtsystems einzugreifen,oder ob es erforderlich ist, uns Gesamtsystem auf Steuerung und mittlerem /\-Aur,gangswert zu halten. Es versteht sich, daß die Absolutwerte der verwendeten WiderstanJskonbinationen, die auf die üling'inge der Vergleicherschaltung V1 arbeiten, erheblich unterschiedlich sind, damit bei fehlender Sondenbereitschaft das von der Halbbrücke R1, R2 erzeugte Spannungspotential an dem Vergleichereingang Priorität besitzt. Ist die /!-Sonde nicht betriebsbereit und ihr Tnnenv/iderstanJ Ri hoch, dann liegt am negierenden Eingang (-) des Verglcichers V1 eine größere Spannung als an Pluseingang, und dor Ausgang des Vergleichers V1 liegt auf Minuspotential. Dementsprechend ist der vom Vergleicher V1 angesteuerte, nachgeschaltete Transistor Tz, der mit seinem Emitter auf Pluspotential der Leitung 11 liegt, leitend, und es gelangt über die Leitung L2 vom Kollektor dc3 Transistors Tz und fiber die Diode l)6 sowie die Leitung L3 ein Pluspotontial zur Überwachungsschaltung C. Auf die weitere Auswertung des Ausgangspotentials am Kollektor des Transistors Tz, der über den Hiderstand R1O das Potential eines Schaltungspunktes P4 so weit in Plusrichtung zieht, daß ein nachgeschalteter Integrator ausgangsmäßig in einer vorgegebenen Richtung zu integrieren beginnt, wird weiter unten noch eingegangen.

Das positive Kollektorpotential de:s Transistors Tz gelangt zum Schaltungspunkt P1 der überwachungsschaltung und steuert außerdem das Zeitglied 5 an. Dieses Zeitglied ist in der Form eines sogenannten Sparmonos aufgebaut und besteht aus einem Schalttransistor T5, der mit seinen Emitter an Plusleitung 11 und mit seinem Kollektor über einen Widerstand U1G auf Massenoton-

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tial lic»nt. Tm Hnsiskreis de:; Transistors T5 liot;t die rteihenschaltunn eines V.'Ldor standen R17, einer für positive Spannungen in FluRrichtung qopolton Diode :)1O und cinon v/eiteron \'iderstnndos Ί13. nioso npannunqsteilerschnitunr; ist no ausgebildet, «Inn bei i;:i riomalfnll leitender iUodo D)O dan Potonti.nl an der ''.asin des Tremnistors 'Γ5 so v/eit negativ int, dan der Transintor T5 loitet. Dar. "eitr^liod ί> in Form eines Gpnrmonos nimmt dann seinen stabilen Zustand ein; os ist aber so ausgebildet, daß durch positive, ^;iber eine Diode D15 zuqeführto Ans teuer in; )ulr;o von d^n T'vOllcl^toranscVilun des Transistors Tz, die über einen Zeitkondonnator C2 in <len .Jasir.krois c"«.·? Transistor.'·. T'i ge langen, di<-> ^!)iod« D1O no lange gesperrt v;erd'?n kann, l>is da··, positive» Potential in iJaniskrcirj wieder ausreichend abgebaut ist. Ergeben sich daher bei. einv/andfrei arbeitender Λ-Sonde positive Anstouerungsimpulse für den Snarmono, wenn die yl-Gonde nach Art oiner nv/eipunkt-Regnlcharakteristik ihr Ausgangsschaltsignal periodisch ändert, dann wird durch die periodische Ansteuerung der Transistor T^r> iov/rils kurzzeitig gesperrt. Dieses kurzfristige Sperren roicht für eine Freigabe des Basiskrei sbereichs eines vreiteren Transistors T3 im Bereich der überwachungsschaltung 6 aus, dem über die Leitung L4 und eine in diesem Fall gesperrte Diode D1 kein Ansteuerungssignal zugeführt v/ird, da hei gesperrtem Transistor T5 an der Anode der Diode D1 vom Widerstand R16 her im wesentlichen negatives Potential liegt. Der Kondensator C1 kann sich auf negative Spannungswerte aufladen (über die Diode 11 und den Widerstand R15) und der Transistor T3 bleibt für längere Zeit gesperrt.

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Bleibt andererseits das positive Potential am Kollektor des Transistors Tz bei nicht betriebsbereiter Sonde für längere Zeit erhalten, dann kippt das "eitglied S in seinen stabilen Zustand und der Transistor T5 wird leitend, so daß über die Diode D1 die Diode D11 im Basiskreis des Transistors T3 gesperrt wird. Der Kondensator C1 beginnt sich übf»r den Widerstand R2o umzuladen und schließlich v/ird dem Transistor T3 übnr den Kiderstand R2o Basisstrom zugeführt, so daf der Transistor T3 zu leiten beginnt, da sein Emitter über einen Spannungsteiler aus den Widerständen R21 und R22 an festem ⁿotential liegt. Ein leitender Transistor T3 führt über die Leitung L5 der Basis des weiter vorn schon erwähnten Transistors T1 negativer? Potential zu, so rlnfl diener Transistor, vie e.i.tvan'jsiii'ß.i··.; vorausiicsetr.t,

in seinen leitenden Zustand gelangt , iintar dc;r Voraussetzung, da" bei nichtbetriobsbcroitor /J-Sot/c und hohem Pi deren Ausgangsspannung entsprechend hoch ist, so daß die geschilderte Spannungsverteilung eintritt. Tn übrigen gelangt das positive Potential von Kollektor dos Transirstors Tz über die schon erwähnte Diode ί")6 und die T.oitung ^rj3 ouch auf den Spannungspunkt- ^T>1 im .■'Jasisansteuorkreis des Transistors T3 und sperrt eine .Oiodo D12, so daß für die arv/ähntc Pot'Mitialverteilung auch ilio aus dior.or Diode )12 und oincs pit ihr in Reihe geschalte; ton '.7i«ler stands P.25 geljildot:.· Parallel .verzweigung 'los "asisspaniiungstoilers des Transistors T3 stronlos und daher wirkungslos bloibt. In lioscr' Sc-ialtungszustand erlauJ^t di«2 in -Λητ Zeichnung dargestöllto Vorrichtung dio nt'in'lige Abfrage dor ^-:3on(le auf ^egclljcreit.ichaf t.

75ei zunehmender nrv/.".ri.iung der Sonde wird doren Innenv/idorstand iid allnählich kleiner, so daß es zu einem Spannungsabfall an der Sonde körnt, der nicht viohr nusreichem.« !locl: ist, un den Vergloichor V1 in seinen ersten .lchaltzustand zu haiton. Jas

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Λγ. sqanqr.rnrjnr.l a^ V<->rrTleiohor V1 v;.ir<l positiv und dor nacino- r.ch 1] .toi ■<-? Vrnnj-.i r. Lor Tz r;;iorrt. "r. lie^t mmrclir 3ctricbsbo~ roitr.c'iaf t '!r>r /l-'i'wlc; vor unO dies·.? kann zur erifinz'inden Heeinf lusr.iinr- üor -Icr ".ronnkraftniaschino zuzuführenden Kraftstoff rr_<n<;e in Jinnr; oinor 'ionolunq ausgenutzt worden. Da ras •>ositivi? Potential an Kollolttor der, Transistors Tz verschv/inilct, \;ir'l "'-"!r die nunno'ir nnorroln oio<lo DG der "chnltxinqnpunkt ⁿ1 los Vor ^"oinun^nhoroiclion nur, clor D iod π 012 im· J dor> \UAr*rF.\:nnⁿ R21 L'i "a iislire.iT d^s Transistors T3 freiqoqeben und

praktisch
fV_;r Transistor 73 r.'vjrrh/rjof ort, auch vonn von Aun^rjan<i des Kritn] iod or. ^r> "x^nr die Diode ">1 r.w\ nnaoren ".v;oi<j aus dor Diodo i)11 und do-1 M^orr.tand f'15 in I,ar,i:;kreis «les 7ran;;istors T3 noch positives Potential zuqef'ihrt wird, odor der Kondensator C1 noch neqativ aufqeladen war. Durch das Umschalten des Transistors T3 sperrt auch der Transistor T1.

ΛΊ 'iiosnr Zfihpunkt arbeitet dif Schaltunn völlig norrinl, er; Γιγγ'ι.·?ι k'.'irie '5o^r?influi;nunqo:i nehr von .'i;>annunqr;toilorn statt:, er r,i)(.'rrtjn die Dioden D3, )■! , ")7j und oine \'citere, an den Kollektor des Transistors T1 nmjcschlosr.onG Diode D1G, Ja die ^noden dieser Oioclcn von den Widerständen H1 und H."!, die bei leihenden Transistor ^Irl1 den zweiton Halbbrückenzv/eiq bilden, in '7or,entl.ichon auf "assct<otcntial nelent werden. Der ^innrj ff der Mborv.'ac'iunqKnchaltunq 6 in die ^uswerteschaltuivj aus den Tc'ialtunrtsanordnun'-'en 2, 3, «1 erlischt. D-^r Ausgang der /^-nonde qelangtnornal filier den niciit mehr beeinflußten Inpo-1 an/.wandler λ zum Komparator, der s^in Ausganqspotential entsprechend den sprun^artiqen N.nderun'ten ünr, /i-nonden-Aus-"anqspoteitials obonfalls "ndert und den nachgoschalteten Tntenrator ansteuert.

Tn der Tolqe v/ird dal.er der Kollektor des Transistors Tz ständig zv;i.schon den beiden Sc'ialtpotentialen hin- und herspringon und von nchnltunqnnunkt P4 ffelangt diese sich .'hdcrnde .Spannung

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über rtie ''Tidorst'imle R3O und R31 auf den einen Hingnng dos als Integrator mit einen Tntogrierkondonsator C3 zwischen ':ingang und Aursgang geschalteten Operationsverstärker, dessen anderen Eingang von einen Spannungsteiler der '.Jiderstü'ndc R32 und R33 ein konstantes Potential zugeführt wird. Her Ausgang des Integrators on Widerstand Ra ändert π ich daher in Cot üblichen IHgezahn-Spannungsf orr..

'",r, vorsteht sich, daß bei den periodischen Hin- und .lerspringen de3 Vergleicherausgangssignals nicht jedos MaL .lann, wenn der Kollektor de·? Transistors Tz positiver, Potential einnimmt, die Mberwachungsschaltunq G eingeschaltet werden darf. Verhindert wird di3S durch das '/eiter vorn, schon 'iryähntc Zeitglied *> sowie das von diesem angesteuerte fleihglied cT/RZo

/und die beiden, unter sch iod liehen Ansteunrungsinöglichkolton fiber die Leitungen Τ·3 und T,4, die jeweils einen To 1.1 zweig dos Tasisspannunnstoilers des Transistors T3 booinflusson könnon.

daher

Kehrt/i-n Verlauf des normalen Umschaltverhnltens des Transistors Tz dessen Kollektorsoannung auf ein positives Potential zurück, dann wird zwar über die Diode !)6 wiedürun >lor r.chr.ltungspunkt Π1 nit ])ositiven Pntontieil angestouert und die OiodG Π12 orno'it gesperrt, dor nositive f.nnnnungssprunn steuert al>er gloichzaitin das Zeitglied 5 ?.n und sperrt fiber den Kondensator C2 dio Π iod ο DIO, so daß auch der Transistor T^r> sperrt und der no gebildete Gpnrnono des Keitcjliedos 5 seinen netastabilen Zustand einninnt, in welchem die Diode D1 gesperrt Ist. Es unterbleibt dann die Cinflußnahme auf den Hasispnnnungs-Teilorzv/eig D11, 715 urd der Transistor T3 bleibt mindestens nocli so lange gesperrt, vie der Sparnono dos Boitgliades 5 in seinen Metastabilen Zur.tiind verbleibt. Dir? Zott'tonstante des Sparmonos braucht dabei aber auch nur so weit bemessenzu werden, daß der Kondensator C1 auf negative Spannung geladen v;erden kann, so daR für die Dauer eines regulären, positiven Spannunqsimpulses am Kollektor des Transistors Tz die negative Spannungseinwirkung auf die Masis dos Transistors T3 vom Kondensator C1 her Uber-

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wiegt, denn sobald dio Ausgnngsspannung der /3-Sonde wieder go umspringt, daß sich am Kollektor des Transistors "'ζ negatives Potential ergibt, wird auf jeden Fall der Schaltungspunkt TM und ι: an it der mit dienen verbundene Spannungsteilerzweig ni2, P25 zur v/oiteren ,Sperrung dos Transistors T3 v;ieder frei-Mogebon, a'.ich wenn zu einem sn'ituren Zeitpunkt wegen Fehlen eines rechtzoitiq eingehenden, positiven Ansteuerimpulses der Monoflop 5 aus seinen metastabilen in seinen stabilen Zustand rilckkippt und die Diode !)1 bei leitenden Transistor T5 den nasis'nereich des Transistors T3 positives Potential vermitteln kann. Lediglich für den Tall, dan bei zu hohem, eine fehlende letriebsboreitschaft der λ-Sonde erkennen lassendem Innenv/idcrstand Hi die Ausgangsspannung des Transistors 7z für l".ngorr; 7eit auf nositiven Potential verbleilit, v/erden beiden Spannungsteilerzv/eigen D12, P.2^r) b^v/. D11 , Π15 über die Loitungrn L3 »ind T.4 positive Potentiale zugoC'iart, so daß

leide ")io(!en 012 und D1 1 sperren und die Basis dors Transistors T3 iihor 'Jon ''iderstnnl 12O nit dern erforderlichen ^Tlasisstrom zuri liOit.ontl'iivLn versorcjt. v/ird.

Di.» bisher noch nicht geschilderten TchaltungsteiIo dienen schließlich den 7v/r>ck, dar, Ausgangssignal r!es Integrators 1 r.o einzustellen, daß die; von der vorliegenden Ausworteschaltunn ffir das Λ-Γ. ignal angoTteuorten Grsantschaltung mit einer·, mittleren '>rt. dor, ν/le schon ervrihnt, über den '¹Ji(¹Cr st and ? zugeführt v/ird, ar'.)oiti?n kann.

"s ist oin vioiterer Transistor TG vorgesehen, der.son n::-.itt<"»r nit Plunliituiig 11 und dosüon Kollektor übur oinon '.'i(!;irstan 1 ;^4o nit Ί LiuiR loi tnng odc;r ^:!mr.o verbunden ist. )<;r Transistor ΤΓ) vor F^:Ktt "ibor t I'i'· ^r.nr5 isrinannunas-Tei lerschaltung nur, ilor Me ihensc'ial hu:^ oLivs '-'Lders t.nndor? ^41 und eines JL'iors Landes ΠΊ2 mit oinor f'Ar positive Spannungen in Flußrichtung n

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Diode D17 und einem weiteren '''idcrstand Γ.43. Der Verb!ndunnspunkt rl or "iderstände R41 und R42 ist mit dor Basin des Transistors T6 verbunden, parallel zu diesen Vii^orrifinden liegt ein Kondensator C4. ''bor eine Diode D16 ist der Kollektor den Transistors T1 mit den Verbindungsnunkt der Diode D17 mit den Widerstand R43 verbunden, so daß v/io ersichtlich der Transistor T1 in seiner· leitenden Zustand über die Diode 31G dan Potential über den Widerstand P.4 3 so weit anhehen kann, daß der Transistor T6 keinen Basisstrom bekommt und sierrt. Der Kollektor des Transistors TG geht auf Minuspotontinl und ü',«r die Leitung L7 und einen Vliderstand ^pv4 4 wird der invertierende Hincjang dos den Integrator bildenden Operationsverstärkern r;o weit nit negativem Potential beaufschlagt, dan sein Ausgang in P.ichtunrr auf positives Potential läuft, wobei dieser Ausgang dann über eine Leitung LG v/iedor r,o weit nach Minus gezogen wird, daß der gewünschte mittlere λ-'Jert (in der Gteuerunr-r;-nhcTse) erzielt wird. Der Aursgang des Integrators 4 liegt über dor Diode D18 an einen T'instell'./iderstand Tl-15, e'er auf Minusnotential geschaltet ist und dessen VerVjindungspunkt nit der Diode D10 mit einer weiteren niode D19 verbunden ist, die am Kolloktor des Transistors ^mG liegt, der bei leitendem Transistor T1 (Itcuerpiiase) sperrt und daher dinse auf uf?n Ausgang cos Integrators 4 '/irkende AnsteuerTöglichkoit freigibt.

7usanmenfassend ergibt sich eine ^chaltungsvorrichtuiT-i, die in » der Lage ist, die Größe des Inncnv.'iderstandes der /V^on^n 7.u erfassen und für die erkennung dor Regelberoitschaft '¹Or "onde auszuwerten; die Schaltung ist so getroffen, daß bei kalter lonrle diese ζ us aninen nit einem Vergleichswiderstand zu einer Halbbrücke zusainnengeschaltot ist, deren Mittelspannung nit einer fest eingestellten, zweiten llalbbrücken-f'ittelspannung (abgeleitet aus lon Verhältnis der Widerstände PJ und R2) verglichen wird. Hei genügend kleinen Jnnenwidorstand der Sondn —

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cntsnrechend hoher Sonclenterrperatur—ist die Sonden-I3r'ickenkleiner als die Verqloichssnannunrr und es kann auf UMrtpsehaltet werden, wobei die Brückenschaltunq innunwirksar q er. acht wird, ^s ist daher auch !nöglich, durch entsprechenden Abgleich beispielsweise des Widerstandes R1, v/ie in der "eichnunq angegeben, das Sys ten auf den gewinschten Innenwiderstand der λ-sonde einzustellen, ab welchen 'iert jeweils auf Regelung übergegangen bzw. auf die Steuerphase zurückgeschaltet wird.

besonders vorteilhaft ist bei vorliegender Erfindung weiterhin,' daß es müglich ist, den mit der Sonde zu einer Halbbrücke zur.nrinongcschaltction Vergleicluswlderstand Hh nit der Sonde schon bei dor Fertigunq fest zu paaren, denn der Innenwiderstand der Sonde int fertiqungsabhänglg; es ergibt sich auf diese "eise die '!"»gliclikoit, unabhängig von Fertigungsdatum oder der Frrtlgunrrscharqe einen PonrOnaus tausch bei gleichbleibender Aus'.verteschaltung vorzunehmen .

'..'pitor vorn ist schon erv/ähnt worden, daß die F.asisspannunqs- -; für <lio Ansteuerung dos Transistors T¹3 einen

ir.it parallel geschalteten Kondensator C1 enthält, die in Forn eines RC-Gliedes in das Verhalten der Potentiale in r.iisiscnstoueruniTsboreich des Transistors T3 ebenfalls eine Zeitverzögerung hineinbringen. nimmt man an, daß bei freigegebener Oiode 011 oder D12 in den beiden parallelen Sweigoü Car ''■asi.'-.r.pannungn-Toilerschaltunr· der IvOndensator CA auf entsprochen«; stark negatives Potential aufgeladen worden ist, dann bleu)'.: fierier. Potential auclv bei dar nachfolgen lon (glelchvseLtigen) '-.perruiK· ler niodon Π1 1 und 1)12 erhalten und v/ird nur längsiir. ''Hier den verhältnismäßig hocholmigen 'iidorstand 1120 abgebaut. '7'ihrenl 'lieser 7,r>it siürrt der Transistor T3 stets, auch wenn lie Stan-lzeit des Zei tql iedes 5 abgelaufen ist tind

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tile Diode Di 1 zur Freigabt dor Ansteuerung dor P.nsis über -Ten widerstand R20 mit positiven Potential durch die Diode D1 und ihren bei leitenden Transistor Tj positivern Potential gesperrt ist. Es vergeht daher ein einstellbarer Zoitraun vor den Leitendworden dos Transistors T3 , der durch entsprechend·! Honossung dos RC-Cliedes C1 , U2O oinqostellt werden kann.

Schließlich ist es möglich, den Verbindungspunkt dar Diode D12 mit dop. widerstand 1125, also den f.chaltunqsnunkt P1 übor eine weitere Oiode D7O nit den Kollektor des Transistors T(S zu vorbinden nit der Folge, c!aß bei der in Car Scichnunq angegebenen Polunn der Oiodo D2O und leitenden Transistor T (bei gesperrten Transistoren T1 und T3) d l.e Diode Π12 gesperrt int.

Es ergibt sich dann folgende Funktion: Del nicht betriebsbereiter Sonde sind T1 und T3 leitend, Transistor Tfi ist gesperrt. An sich würde dann P1 über n?5 auf Minus liegen und über Diode D12 T3 sperren. Für den Fall der übervachunq, bei dein ia T3 leiten soll, ist aber Tz leitend und kann P1 über Df nach Plus zielen, so daß T3 weiter leiten kann. Ist die Sonde erstmals betriebsfähig, sperrt Tz. Damit kann P1 nach Minus und C1 über R25 nach Minus laden; T3 wird sperren. Ebenfalls sperrt dann T1, wodurch Tfi nach einer Verzögerung, die sich aus C4 und R42 bestimmt, leitend wird und P1 wieder nach Plus gezogen wird. Die Verzögerung durch C4/R42 murt so lange sein, dan C1 über R25 sicher auf Minus gelnden wird. Ist diese erstmalige Ladung von CI erfolgt, wird diese durch das verzögerte Schaltverhalton des Transistors Tfi ermöglichte Ladung bezüqlich fines weiteren ordnungsgemäßen Umspringons des j\-f>ondenpot ontials für immor unwirksam, da T6 leitend bleibt und r»1 auf ^r>luRt)otnntial h.ilt. Die weitere Ladung von C1 erfolgt dann nur noch "ibpr Innulso vom Sparmono T^r>, die «hon falls ausrei chord lana so in mfissen, Um C1 nach Minus zu laden. Din Zcit-konstnnto "^1/⁰Po nii'¹ so aroH sein, da^ zv.'ischen zwei i5narmonolmpulnr»n Tl durch CI sicher <josperrt bleibt; der Zeitabstand der Sparir.onoinpulso ist durch die Regelfreguenz gegeben.

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Leerse ite

Claims

2. Nov. 1976 - - * ^vvv***

Patentan sprue h ο ^

[ 1.^Vorrichtung zur Erkennung dor Regelbareitschaft einer λ-Sonde, «lie zusammen mit weiteren, das /"i-nonden-Aii signal verarbeitenden Schaltung^anordnungen (Kornparator, Integrator) einer ein Kraftstoff-Luftgenisch aufbereitenden und einer Brennkraftmaschine zufahrenden Einrichtung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die ^-Soncle (1 , Ri) als Teil einer Brückenschaltung (Ri, Rh; Rl, R2) ausgebildet ist und bei fehlender Sondenbereitschaft (kalte Sonde) einer die nriickenschaltung umfassenden Überwachungsschaltung (6) ein Signal derart zugeführt ist, daß die Stromversorgung der Hrückonschaltung gesichert ist und daß eine Zeitschaltung (5; C1, R2O) vorgesehen ist, die bei Sondenbetriebsbereitschaft den eingriff der überwachungsschaltung (6) unterbindet.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der λ-Sonde ein Konparator (V1) nachgeschaltet ist, dessen sich bei Sondenbetriebsbereitschaft periodisch ändernde Ausgangsschaltsignale in bekannter Weise einer Integratorstufe (4) sowie zur Triggerung einem als nonostabile Kippstufe ausgebildeten Zeitglied (5) derart zugeführt sind, daß dessen kurzzeitige Sperrimpulse die Umladung eines v/eiteren Zeitgliedes (C1,R2o) ermöglichen, das den Eingriff der Überwachungsschaltung unterbindet.

Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ä-Sonde in Reihe mit einem Vergleichsv/iderstand (Rh) eine erste Halbbrücke bildet, der eine zweite, eine fest eingestellte Mittelspannung bildende Halbbrücke (R1, R2) parallel geschaltet ist und daß die Mittelspannungen beider Halbbrücken den Eingängen des Komnnrators (V1) derart zugeführt sind, daß dieser bei fehlender Sondenbereit-

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.«schaft oin konstantes (positives) Ausgangspotential nrznugt.

4. Vorrichtung nach einer, der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stromversorgung mit beiden Halbbrükken ein richalttransis< or (T1) in Reihe geschaltet ist, der an seinom Hingang zeitschaltungsabhängig angesteuert ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ansteuerung des die beiden llalbbrükkenzweigo (Rh, Ri; R1 , R2) versorgenden fJchalttransistors (T1) ein weiterer Schalttransistor (T3) vorgesehen ist, dessen ßasisspannnngs-Teilorschaltung (R2O, C1, D11, R15, r>12, R25) so ausgebildet ist, daß eine Ansteuerung vom

von

Komparatorausgang oder/sinem diesem nachgeschalteten .Ichalttransistor (Tz) unmittelbar und über die Zeitgliedschaltung (5) möglich ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die r.asir.spannungs-Teilerschaltung von FJasisanschluß den Transistors (T3) ausgehend in zwei gegen Masse laufende, jev/eils aus der Reihenschaltung einer Diode (Π11, D12) nit einon Widerstand (R15, R25) bestehende Zv/eige aufgeteilt ist und daß die Verbindungsnunkte der Dioden (D12, D11) mit den jeweiligen 'Jiderst>in<3en (R15, R25) als Ansteuerpunkte vom '.vonparatorausgang direkt bzv/. über die Zeitgliedschaltung (5) ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6_r dadurch gekennzeichnet, daß die Basisspannungs-Teilerschaltung des den Hchalttransistor (T1) ansteuernden Transistors (T3) ein zeitverzögerndes RC-Glied (CA, R20) enthält, derart, daß der Transistor (T3) erst nach Ablauf eines vorge-

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gebenon 7r-it Intervalls leitend steuerbar ist zur Stromversorgung flor lirückenhalbzweige (ⁿ.i, lh; Π1 , Π2).

B. Vorrichtung nac'i cinon oder rvi-ireren lor Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß. flic nicxlon (Π12, Π11 ) rior 7.w«?ine der nasistoilorschi] tung des Transistors (T3) von den ihnnn zunoru'irtcn Anstoucrsiqnalon jov/ej I·-; in don "ncrrzustnnd sclinlthar Tind, dornrt, daP hoi cjloichzoiti« «o-5>;>errten Diodon und nach Ablauf der "oitverzö^erunc: for, T^C-GliGds (R2O, Π ) dor Transistor (T3) leitend nchnltct und iJber den Transistor (T1 ) die llalbbrückennchaltur.'rer. nit otror·; vorrvorgt.

·). VorricIituiTT nach oiiKin oder nohreron -ler Ansprüclie 1 bin Π, dadurch 'jekennzeichnot, daß die aln ilparrnono (Cl, T5) ausgebildete "eitnliedschaltung (5) so ausgebildet ist, daß in stabilen Zur.taiii boi fehlenden (positiven) Annteuerimpnlson der Tranni r.tor (T5) der "oitcli^dschnltung (5) leitet und d'jm ztKjoordneten "nannunostei lerzv/ei«-' (Π1 1 , VA 5) eine zur Sperrung der Diode (011) ^oninnete positive f'pannun" über eine Oiode (Π1) zufülirt.

10. Vorrichtung nnc!i einen oder mehreren der Ansprüche 1 bin 9, dadurch nokeinzeichnet, daß der Ausgang C.c.s de.n Xotmnrator (V1) nachgeschalteten Hclialttransistors (Tz) V er eine Diode (Df5) unmittelbar mit dem Verbindungspunkt (P1) dor den anderen TeilerschaJtungszweig bildenden Diode (D?) und Widerstand (R25) verbunden ist zur unmittelbaren Sperrung der Diode (D12) bei Vorliegen eines geeigneten Ansteuerpotontials (hoher Sonfcninnonv/iderstand ⁿ.i).

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Anrinrüche 1 bin 10, dadurch gekonnzeichnet, daß ein vnn den die UrlbbrUcko nit Itroni versorgenden Transistor (T1) angesteuerter

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rer Transistor (TK) voraose'ion ist, dor bei leltande-i Transistor (T1 ) qesporrt ist und über nit soinern Kollektor verbundenen AnstouorleitunaGn (L7, LG) sov/ohl oingnnrrsalr; mich iius<jnnrjs5n"inig auf den Integrator (4) derart ein-'.rirl'.t, uaf nich in der Stouorpharsn die Einstellung auf einen mittleren gewünschten λ-VJort ergibt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge- · kennzeichnet, daß der Verbindungsnunkt (P1) über eine Diode (D2o) auch mit. dem Kollektor des bei ordnungsgemnflen Sondr*nbetrieb leitenden v/eiteren Transistors (TC) verbunden ist, derart, dart sich für diesen Fall der Schaltzustand der überwachungsschaltung (C) bestimmt ausschließlich durch die Ansteuerung des zweiten Teitalieds (C1 ,P2o) vom ersten 7!eitglied (^r>) nus.

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