DE2707383C2

DE2707383C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung der Betriebsbereitschaft einer Sauerstoffsonde (λ-Sonde)

Info

Publication number: DE2707383C2
Application number: DE2707383A
Authority: DE
Inventors: Cornelius Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Peter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-02-21
Filing date: 1977-02-21
Publication date: 1982-12-02
Also published as: FR2381180B1; DE2707383A1; IT1108813B; US4208993A; BR7801001A; IT7820275A0; JPS53104029A; SE438353B; FR2381180A1; GB1587603A; JPS6240537B2; SE7801929L

Description

Snuerstoffmeßsonde unter ihrer Betriebstemperatur liegt, insoweit also darauf abstellt, die Sauerstoffmeßsonde als Istwertgeber für die Zusammensetzung des Betriebsgemischs der Brennkraftmaschine nur dann zu verwenden, wenn die Sauerstoffsonde eine normale Betriebstemperatur aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Überwachungssystem für eine Sauerstoffmeßsonde zu schaffen, welches in der Lage ist, sowohl sämtliche möglichen Fehlerquellen der Sauerstoffmeßsonde zuverlässig zu erfassen als auch die Sauerstoffmeßsonde als Istwertgeber zuverlässig in einer solchen Weise in das System zur Gemischaufbereitung zu integrieren, daß sich die Sauers'.offmeßsonde als Istwertgeber auch noch im relativ kalten oder abgekühlten Zustand ausnutzen läßt.

Vorteile der Erfindung

Das er?!nd'jng?g?^miißp Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs bzw die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Unteranspruchs 5 haben den Vorteil, daß die jeweils eine fette bzw. magere Gemischzusammensetzung angebenden Sondenumschaltsignale auch bei sehr kalter Sonde noch einwandfrei erfaßt und als Istwert für die Gemischzusammensetzung von der Gemischaufbereitungsanlage ausgewertet werden können, ohne daß es der Nachführung eines Referenzsignals an einem Vergleicher in Richtung auf das auswandernde Sondersignal bedarf. Es ist daher möglich, auch in der Aufwärmphase der Sauerstoffmeßsonde ab einem bestimmten Temperaturwert sinnvolle Istwertsignale bezüglich einer fetten oder mageren Gemischzusammensetzung zu gewinnen und in ein entsprechendes Regelsignal umzusetzen, denn an den Ausgängen der Vergleichsschaltungen ergeben sich Signalkombinationen, die diese Auswertung durch die hier angeschaltete Gemischaufbereitungsanlage der Brennkraftmaschine einerseits ermöglichen sowie außerdem die Fehlererkennung durch eine parallel angeschaltete Fehlererkennungsschaltung. Dies ist möglich, obwohl im kalten bzw. halbwarmem Zustand der Sonde ihr Innenwiderstand so groß ist. daß normalerweise kein zur Regelung oder zur Fehlererkennung auswertbares Spannungssignal, insbesondere auch kein deutlicher Spannungssprung, erzielt werden kann.

Von Vorteil ist ferner, daß in die Sonde weder ein asymmetrischer Vorstrom geleitet noch ein solcher Vorstrom bei Erreichen der Regelphase des Systems abgeschaltet werden muß; daher ergibt sich bei diesen Temperaturen ai;h kein Verschieben des Schaltpunktes. Von nicht zu unterschätzender Bedeutung bezüglich der Herstellungskosten ist ferner, daß die entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Erfindung realisierende Schaltung (F i g. 3) lediglich einen einzigen Abgleichpunkt benötigt-

Der Sondenzustand läßt sich durch die Erfindung in Form von drei verschiedenen Schaltzuständcn definieren, die sich aus der Beziehung der Ausgangssignale der beiden vorhandenen Vergleichsschaltungen in einer logikkompatiblen Form ergeben. Die Weiterverarbeitung dieser Ausgangssignale und ihrer Auswertung mit Hilfe von logischen Verknüpfungsschaltungen bzw. digitalen Schaltungssystemen allgemein ist daher möglich und bevorzugt

Ein besonderer Vorteil vorliegender Erfindung ist entsprechend einer Ausgestaltung darin zu sehen, daß die durch die Erfassung des Sondenzustands mögliche Umschaltung zwischen dem geregelten Betrieb der Gemischaufbereitungsanlage unter Einschluß der SauerstoffmeOsonde als Istwertgeber und einem lediglich gesteuerten Betrieb mit Hilfe von Zeitschaltungen asymmetrisch durchgeführt wird, indem bei betriebsbereiter Sonde sehr schnell auf Regelung geschaltet wird, während die Umschaltung auf Steuerung zeitverzögert erfolgt. Hierdurch wird der Sauerstoffmeßsonde Gelegenheit gegeben, durch eine als einwandfrei erkannte

ίο Umschaltung den Regelungszustand beizubehalten.

Entsprechend weiteren Ausgestaltungen vorliegender Erfindung in den Unteransprüchen ist eine dynamische Auswertung des Sondensignals bei automatischer Störaustastung möglich, wobei ein Überwachungszeitraum digital realisiert wird. Im Bereich der logischen Verknüpfungsschaltung, die als Sondenerkennungsschaltung den Vergleichsschaltungen nachgeschaltet ist, sind keine Abgleichpunkte erforderlich, wobei die digitale Erzeugung der Überwachungszeit besonders präzise ist und Drift- und Temperaturverschiebungen vermieden werden. Allgemein erg'bt sich eine besonders hohe Störsicherheit und die Möglichkeit, die Gesamtschaltung in Form einer integrierten Schaltung aufzubauen, da Kondensatoren mit hohen Kapazitätswerten nicht erforderlich sind und auch keine Anforderungen an Signallaufzeiten gestellt werden.

Vorteilhaft ist bei vorliegender Erfindung allgemein schließlich noch, daß auf beide Schaltflanken des Sondenausgangssignals reagiert wird, so daß die Regelung bei fetter und magerer Grundanpassung eingeschaltet wird. Hierdurch ergibt sich eine Reduzierung der Überwachungszeit, d. h. der Zeit, während welcher eine Änderung des Sondenausgangssignals auftreten muß, damit nicht von Regelung auf Steuerung umgeschaltet werden muß, auf die Hallte.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Fig. I ein einfaches Blockschaltbild der Ä-Sonde. F i g. 2 in blockbildhafter Form den Bereich der Auswerteschaltung für das Sondensignal, F i g. 3 die Auswerteschaltung der F i g. 2 in detaillierter Schaltungsdarsieiluüg,

Fig. 4 eine mögliche Ausführungsform einer der Auswerteschaltung nachgeschalteten Überwachungsschaltung,

F i g. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Überwachungsschaltung zur Auswertung von zugef'hrten logikkompatiblen, den Sondenwiderstand beschreibenden Schaltsignalen,

F i g. 6 eine Schaltung zur Erzeugung von zusätzlichen Rücksetzimpulsen zur Umschaltung auf Regelung im Falle einer sich von λ=1 wesentlich unterscheidenden Grundanpassung,

F i g. 7 eine weitere Schaltung zur Erzeugung eines periodischen Rücksetzimpulses,

F i g. 8a bis 8c Kurvenverläufe des Sondenausgangssignals des der Kraftstoffaufbereitungsanlage zugeordneten, vom Sondensignal beaufschlagten Integrators und des Leerlaufkontakts für die Schaltung der F i g. 6, Fig.9a bis 9c zeigen Kurvenverläufe, die sich aufgrund des Schaltverhaltens der Schaltung der F i g. 7 ergeben, und

Fig. 10 zeigt ein besonders einfaches Ausführungsbeispiel einer Detektorschaltung.

Beschreibung der Erfindungsbeispiele

P-ts Grundprinzip der im Abgaskanalsystem angeordneten, einen Rückschluß auf die Verhältniswerte des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luftgemisches ermöglichenden Sonde, die üblicherweise als Sauerstoffmeßsonde oder sogenannte λ-Sonde bezeichnet wird, ist bekannt, so daß auf die auch bei vorliegender Erfindung verwendete und in ihren Ausgangssignalen von einer Kraftstoffaufbereitungseinrichtung ausgewertete A-Sonde nur noch kurz eingegangen wird.

Nach dem Prinzip der lonenleitung durch einen Festelektrolyten infolge einer Sauerstoffpartialdruckdifferenz arbeitende Α-Sonden im Abgaskanalsystem geben ein Spannungssignal ab, welches beim Übergang vom Sauerstoffmangel zu Sauerstoffüberschuß im Bereich einer Luftzahl von A = 1 einen Spannungssprung aufweist; außerdem ist die Funktionsbereitschaft einer solchen A-Sonde erst ab einer bestimmten Betriebstemperatur gewährleistet. Im kalten Zustand ist der Innenwiderstand der Sonde extrem groß, und es läßt sich für eine Regelung kein ausreichendes Spannungssignal, insbesondere auch kein deutlicher Spannungssprung mehr erzielen. Die λ-Sonde ist so ausgebildet, daß ihre Ausgangsspannung im Normalbetrieb bei Luftzahlen A < 1. also bei fettem Gemisch einen hohen und bei Luftzahlen A > 1 (mageres Gemisch) einer, sehr niedrigen Wert annimmt. Während der Warmlaufphase ändert sich infolge der starken Temperaturabhängigkeit des A-Sondeninnenwiderstandes ihre Ausgangsspannung erheblich. Die F i g. 1 zeigt das Ersatzschaltbild der Α-Sonde als Spannungsquelle mit temperaturabhängigem Innenwiderstand. Der Erfindung gelingt einmal die Auswertung des Schaltzustands der Α-Sonde auch bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen sowie die Interpretation der ausgewerteten Signale in einer schaltalgebraischen Form, so daß bis hinunter zu sehr ungünstigen A-Sondenausgangssignalen die der Brennkraftmaschine zugeordnete Kraftstoffaufbereitungsanlage noch im Sinne einer Regelung unter Führung des von der Α-Sonde zur Verfugung gestellten Istwertsignals arbeiten kann. Als Kraftstoffaufbereitungsanlage kommen beispielsweise in Frage Kraftstoffeinspritzanlagen, die intermittierend oder kontinuierlich arbeiten, Vergaser oder sonstige Einrichtungen, die einer Brennkraftmaschine das für ihren jeweiligen Betriebszustand benötigte Kraftstoff-Luftgemisch zuführen können und die einer Beeinflussung vom Ausgang der Regelstrecke, die in diesem Falle von der Brennkraftmaschine gebildet wird, zugänglich sind, derart, daß das Ausgangssignal der Α-Sonde korrigierend in die Zusammensetzung des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luftgemisches eingreifen kann. Ist aus verschiedenen Gründen die Α-Sonde dann nicht mehr in der Lage, ein einwandfreies bzw. überhaupt ein auswertbares Ausgangssignai zu liefern, dann muß das Kraftstoffaufbereitungssystem auf Steuerung umgeschaltet werden, mit anderen Worten bedeutet dies, daß nunmehr mit einem mittleren Wert der Anpassung für die jeweill₆. >.···^: ic^edlichen Betriebszustände der Brennkraftmaschine gearbeitet wird, ohne daß es zu einer rückgeführten Information vom Ausgang, d.h. vom Abgaskanal der Brennkraftmaschine kommt Da bei einer solchen Steuerung keine Kontrolle über die tatsächliche Gemischzusammensetzung vorliegt ist es erwünscht möglichst umgehend wieder auf Regelung umzuschalten, sobald die Auswerteschaltung in der

Lage ist, das Ausgangssignal der Α-Sonde ordnungsgemäß zu verarbeiten. Bei vorliegender Erfindung wird mit logikkompatiblen Ausgangssignalen der Auswerteschaltung gearbeitet, d. h. mit logischen Ausgangssignalen, die von zwei Vergleichern geliefert werden und bei denen sich drei unterschiedliche Betriebszustände, die für die Auswertung des A-Sondensignals wesentlich sind, definieren lassen. Das Grundprinzip einer Auswerteschaltung, die an ihrem Ausgang logische Schaltsignale abgibt, läßt sich der Darstellung der F i g. 2 entnehmen; das Prinzip beruht auf der Möglichkeit, daß der Innenwiderstand der Α-Sonde erfaßt werden kann, der bei niedrigen Temperaturen (ca. 200 bis 250°C) noch immer etwa bei Werten zwischen 5 bis 20 MOhm liegt. Bei besonders einfachem Schaltungsaufwand lassen sich dann in Form von logischen Schaltsignalen die folgenden Betriebszustände der Α-Sonde darstellen:

1. Sonde zu kalt

2. A > 1

3. A < 1

Ri > 15MOhm(oderA = 1) Ri < 15 MOhm
Ki < 15 iviuhm

Diesen drei Sondenzusätzen entsprechende logikkompatible Ausgangssignale lassen sich mit der Schaltung der F i g. 2 dann erzielen, wenn man dem Komparator K 1 eine Schaltschwelle verleiht, die bei einer um einen Wert AU verringerten Referenzspannung Uref liegt, während der Komparator K 2 der Schaltung der Fig. 2 eine Schaltschwelle aufweist, die bei Urci+Δυ liegt. Die Grundschaltung der Fig. 2 besteht darin, daß zwei Spannungsquellen gegeneinandergeschaltet werden, von denen die eine die A-Sonde 5 ist mit der Sondenspannung Us und dem temperaturabhängigen Innenwiderstand Ri, während die andere Spannungsquelle R₁ eine Referenzspannungsquelle mit der Spannung U_Ki und einem vorgeschalteten Widerstand oder Innenwiderstand /? 1 = const, ist. Am Knotenpunkt Pl entsteht dann eine Spannung Ua, die von den beiden mit dem Knotenpunkt P1 verbundenen,

+0 nachgeschalteten Koniparatoren K\ und K 2 mit ihren definierten Schaltschwellen verarbeitet wird. Eine spätere Rechnung zeigt, daß die Ausgänge A 1 und A 2 der Komparatoren die folgenden logischen Signale liefern, die im übrigen auch gleich noch eine weitere

♦5 Vielzahl von anderen Betriebszuständen der A-Sonde angeben, worauf weiter unten noch eingegangen wird.

Sonde meldet

Al

kalt oder	A =	1	L	0
warm und	A>	1	0	0
wann und	A<	\	L	L

Zum besseren Verständnis wird im folgenden eine Berechnung des Schaltverhaltens der in F i g. 2 gezeigten Schaltung durchgeführt, wobei die angegebenen Zahlenwerte selbstverständlich lediglich als Beispiel aufzufassen sind, desgleichen auch die weiter vorn schon genannten Absolutwerte der Sondeninnenwiderstände, die nur für einen angenommenen FaIi gelten. Aus der Gegeneinanderschaltung der beiden Spannungsquellen 5 und Rs der Fig.2 ergeben sich die folgenden Formeln:

U₁- I/*- 1(R₁ + R₁) = 0
R,+ Ri

Aus diesen drei Formeln ergibt sich für U_a

u_r4-

R₁

U_s - U_r<f)

Geht man fiir die Berechnung bei einem Ausfuhrungsbeispiel davon aus, daß die Sondenspannung U₁ bei betriebsbereiter Sonde für λ > 1 (mager) bei

U, = 100 mV liegt

und fur λ<1 (fett) die Sondenspannung bei
£/., = 900 mV liegt

und setzt man Tür die anderen Größen folgende Absolutwerte ein:

iV = 500 mV
R₁ = 1 MOhm
Ä, =15 MOhm,

dann ergibt sich für die den Komparatoren zugeführte Spannung U₀ bei magerem Betriebsgemisch (U, = 100 mV)

U₀ = 525 mV

während Tür fettes Gemisch (£/,= 900 mV) die Komparatoreingangsspannung bei

U₀ = 475 mV

liegt. Die Schaltschwellendifferenz beträgt bei diesem Alisführungsbeispiel daher 50 mV, so daß sich Δ U zu 25 mV ergibt. Dies gilt für einen angenommenen Sondeninnenwiderstand von /?/=15MOhm: ist der Innenwiderstand kleiner, dann öffnen sich die bei magerem und fettem Gemisch den Komparatoren zugcführten Spannungswerte immer stärker; bei einem angenommenen Innenwiderstand von Ri= 1 MOhm ergibt sich, wie durch Rechnung leicht festgestellt werden kann, bei fettem Gemisch eine Schaltspannung Ua von 700 mV und bei magerem eine entsprechende Schaltspannung von f7a = 300mV. Diese Spannungswerte werden von den Komparatcren, wenn diesen zur sicheren Erfassung lind Auswertung von Λ-Sond^n-Ausgangssignalen bei Innenwiderständen /?;<15MOhm die erwähnten Schaltschwellen von Uref+AU=525 mV bzw. Urei—AU=475 mV verliehen worden sind, sicher erfaßt; die sichere Erfassung erfolgt bei einem solchermaßen dimensionierten Ausführungsbeispiel bis zu der erwähnten Innenwiderstandsgrenze von etwa 15 MOhm; eine weiter? Steigerung der Empfindlichkeit läßt sich durch entsprechend ausgelegte .<.ompa;aioren zwar erreichen, erfordert jedoch einen erheblich höheren Aufwand, insbesondere bezüglich der Eingangsstufen der Komparatoren. Demnach läßt sich aufgrund der logikkompatiblen Ausgangssignale der Komparatoren entsprechend der weiter vorn schon angegebenen Tabelle der Schaltzustand der Sonde in einfacher Weise durch die an den Ausgängen der Komparatoren A 1 und A 2 auftretenden logischen Schaltsignale darstellen. Ist die λ-Sonde warm und tastet

(3) sie im Moment fettes Gemisch ab (λ<1), dann überschreite die Spannung Ua bei beiden Komparatoren die Schaltschwelle und beide Ausgänge liegen auf log 1 (L); ein mageres Gemisch bewirkt bei beiden

(4) 5 Ausgängen A 1 und A 2 das logische Ausgangssignal

logO. Erst wenn der Innenwiderstand der Λ-Sonde noch größer als der vorausgesetzte Wert von Ri= 15 MOhm wird, ergeben sich für beide Schaltzustände der λ-Sonde solche Werte der Spannung Ua, daß stets ein

ίο Komparator anspricht, der andere nicht, so daß durch die Verschiedenheit der Komparatorausgangssignale der sich in einem hohen Innenwiderstand äußernde kalte Zustand der λ-Sonde erfaßt werden kann (bzw. der Zustand λ==1). Eine Schaltung zur Interpretation und Auswertung der an den Ausgängen der Komparatoren Ki und Κ 2 je nach Sondcnzustand anstehenden logischen Signale wird weiter unten noch angegeben, zunächst wird anhand der Darstellung der F i g. J ein detailliertes Schaltbeispiel für die Komparatorschaltung der H i g. 2 im einzelnen erläutert.

Die erforderlichen Referenzspannungen für den Betrieb der Komparatoren, nämlich die den einen Eingängen { +), also den nichtinvertierenden Eingängen der Komparatoren Ki und Kl zugeführten Bezugsspannungen sowie die Referenzspannung Urcf. die der λ-Sondenspannung entgegengeschaltet ist, werden erzeugt mit Hilfe eines symmetrischen Spannungsteilers aus den Widerständen R 6. R 7. R 8 und /?9. Das Potential am Schaltungspunkt P 2 (Anschaltpunkt des Spannungsteilers) wird erzeugt von einer temperaturkompensierten Spannungsquelle oder einer temperaturkompensierten Stromquelle, die in F i g. 3a gezeigt ist. Die temperaturkompensierte Spannungsquelle besteht aus einem Transistor Ti, der mit seinem Kollektor an die Versorgungsspannungsleitung L 1 mit Batteriespannung Ub gelegt ist und dessen Emitter den Schaltungspunkt P2 bildet. Es ist ein Basisspannungsteiler vorgesehen aus der Reihenschaltung eines Widerstandes R 20. einer Zenerdiode Zi und einer weiteren Diode ü 1. Parallel zu den beiden Dioden liegt ein einstellbarer Spannungsteiler, beispielsweise ein Potentiometer Pl, dessen Abgriff mit der 3asis des Transistors Ti verbunden ist: parallel zu Abgriff und Masseleitung oder Minusleitung L 2 ist noch ein Kondensator C1 geschaltet. Für die Komparatoren K 1 und K 2 werden Operationsverstärker verwendet, die als Schmitt-Trigger-Komparatoren geschaltet sind. Die Widerstände R 2 und R 4 vom Bezugsspannungsteiler zu den Eingängen ( + ) der Komparatoren kompensieren den Spannungsabfall, den die Eingangsströme der Operationsverstärker am Widerstand R 1 erzeugen, der dem Widerstand Ri der Schaltung der Fig. 2 entspricht. Die Referenzspannung Uref liegt daher am Schaltungspunkt P3 und gelangt über den Widerstand R ι zum Schaltungspunkt Pl, an welchen über ein Z.C-Glied die λ-Sonde S mit ihrem Innenwiderstand Ri angeschlossen ist. Dieser Schaltungspunkt Pl ist auch unmittelbar mit den invertierenden Eingängen ( —) der Komparaioion K 1 und K 2 verbunden.

Bei einen; p; sktisch aufgebauter. AusfühpiiSÄWf-^pie! wurde die Dimensionierung der verwendeten Widerstände wie folgt gewählt:

65

Ri. R 3. R 5 = lMOhm

/?2, R4 = 2 MOhm
R6,R9 = 1 kOhm

Rl, Ri = 47 Ohm.

Bei dieser Dimensionierung ergeben sich die weiter

vorn schon genannten Spannungen von Urcf= 500 mV am Sviilalungspunkt P3. Uref+AU=525\nV am Schaltungspunkt P4, Urcf-AU=475 mV am Schalttingspunkt P5. wobei die Spannungsquelle am Emitter des Transistors ΓΙ (Schaltungspunkt P2) eine stabili sierte Spannung von I V liefert.

Wie weiter vorn schon erwähnt, ist eine Verkleinerung der Schaltschwellendifferenz (die hier 50 mV betragt) /war möglich, wenn man die Empfindlichkeit der Operationsverstärker beispielsweise durch Verwendung von eingangsmäßig angeordneten Fet-Transistoren erhöht, die außerordentlich geringe Eingangsströme benötigen, in diesem Fall läßt sich der Widerstand RI auch vergrößern. Durch eine Absenkung der Schaltschwcllendifferen/ ist die erfindungsgemäße Auswerteschaltung in der Lage, den Sondenzustand auch für Λ-Sondeninnetiwiderstandswerte von W/> 15 Ohm noch /u erfassen. Von besonderem Vorteil ist auf jeden Fall, daß ganz automatisch nach dem Anlassen der Brennkraftmaschine, d.h. dem Fahr/.eugstart die Um- <.ch;ilninp ;iuf Regelung dann beginnt, wenn die Sonde ihre Betriebst jtnperatur, im vorliegenden Fall also eine Temperatur erreicht ha¹, die es den verwendeten Komparatoren K 1 und K 2 ermöglicht, den Betriebszustand der Sonde sicher zu erfassen. Das ist immer dann der Fall, wenn die beiden Ausgangssignale der Komparatoren entsprechend der weiter vorn schon angegebenen Tabelle gleich sind, d. h. entweder den Zustand log 1 oder logO aufweisen.

Der Darstellung der F i g. 3;; läßt sich eine anstelle der temperi'.turkompensierten Spannungsquelle verwendbare Stromquelle entnehmen; in diesem Fall liegt der Transistor TY mit seinem Emitter über einen einstellbaren Widerstand PY an Versorgungssspannung + U/t; sein Kollektor ist an den Widerstand Rb angeschlossen. Der Basisspannungstciler ist umgedreht; die Diode DY liegt mit ihrer Anode an Versorgungsspanr.ung und ist in Reihe mit der Zenerdiode ZY mit der Basis des Transistors verbunden; gegen Masse sind von der Basis die Parallelschaltung des Kondensators CY und eines Widerstandes R 20' geschaltet. Der Transistor prägt in den Referenzspannungsteiler einen konstanten, temperaturkompensierten Strom ein.

Eine die Ausgangssignale A 1 und A 2 der Auswerteschaltung auswertende, geeignete Überwachungsschaltung wird im folgenden angegeben; bei der bisher geschilderten Auswerteschaltung ist vorteilhaft, daß sie bei einfachstem Aufbau in der Lage ist. in der Aufwärmphase sowohl fettes als auch mageres Gemisch zu erkennen, denn sobald die Auswerteschaltung Normalfunktion der λ-Sonde erkennt, ändern sich die Ausgangssignale A 1 und A 2 der Komparatoren in ein gleichsinniges Signal, welches bei fettem Gemisch ein L-Signal und bei msg^rem Gemisch ein 0 Signai γ.λ beiden Ausgängen ist. Dai Ausgangssignal einer der bekicn Komparatoren kann daher sofort zur Regelung herangezogen werden, sobald auch die Auswerteschaiiung und die im folgenden noch zu beschreibende Überwachungsschaltung die Regelung freigeben. Die Verarbeitung des Ausgangssignals dieses Komparators kann dann in üblicher Weise erfolgen, beispielsweise mittels eines Integrators, dessen Ausgangssignal die Dauer der beispielsweise von einer Krafistoffeinspritzaniage erzeugten r;-*mpulse beeinflußt Für den Abgleich der Auswerteschaltung der Fig.3 wird lediglich ein einziger Abgleichpunkt bei sonst fest vorgegebenen Werten benötigt Besonders vorteilhaft ist schließlich noch, daß in der Aufwärmphase keine Schwelispannungsanhcbung bzw. überhaupt keine Schaltung notwendig ist, die der Sondenspannung eine Schwellspannung entgegenschaltet, um deren insbeson dere in diesem Zeitraum komplizierten Spannungsverlauf einer schaltungsmäßlg<«n Auswertung zugänglich zu machen.

Da* in Fig.4 gezeigte erste Ausführungsbeispiel für eine Überwachungsschaltung ist so ausgebildet, daß nach Verarbeitung der Komparatoransgangssignale am

Auigang A 3 der Überwachungsschaltung ein Signal geliefert wird, welches angibt, ob die Brennkraftmaschine bei arbeitender λ-Sonde im Sinne eint.- A-Regelung von der kraftstoffaufbereiiungsanlage mil Kraftstoff versorgt wird oder ob auf Steuerung umgeschaltet

werden muß. die Überwachungsschaltung umfaßt eine in Form einer logischen Verknüpfungsschaltung ausgebildete Sondenerkonnungssehallung .V 2, eine nachgeschaltetc, deren Ausgangssignal verarbeitende Detektorschaltung 53 und eine Zeitschaltung S4, die von i.cr Detektorschaltung mit Triggcrimpulsen versorgt wird.

Bleiben diese Triggerimpulse aus, dann schaltet die Zeitschaltung nach Ablaut einer vorgegebenen Verzögerungs- oder Überwachungszeil auf Steuerung um.

Um einen einwandfreien Betrieb einer Brennkraftmasehine mit Α-Regelung zu gewährleisten, muß nach gegenwärtigem Konzept bei fehlendem oder »fchlc.-haftem« A-Sondensignal (bzw. nicht-betriebsbereiter Α-Sonde in kaltem Zustand) die A-Regclung auf Steuerung umgeschaltet werden. Folgende Bcdingungen sollen zum Umschalten auf Steuerung führen:

a) Sonde zu kalt (kein auswertbares Signal)

b) Sondenkabel unterbrochen

c) Kurzschluß am Sondenkabel

d) andauernde Fettspannung (z. B. überalterte Sonde)

e) andauernde Magerspannung (z. B. Keramikriß)

f) andauernde negative Spannung (z. B. chemische Vergiftung)

Die im folgenden beschriebene Überwachungsschaltung ist in der Lage, sämtliche diese Bedingungen a) bis f) zu erfassen, schaltungsmäßig auszuwerten und ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches nachgeschalteten Systemen angibt, ob auf Steuerung oder auf Regelung

geschaltet werden muß. Die Überwachungsschaltung arbeitet bei dem dargestellten Ausführungsbe -^ie¹ mit den ihr von den Ausgängen A 1 und A 2 der Komparatoren Ki und. K 2 zur Verfügung gestellten Signalen; es versteht sich aber, daß diese Signale auch in

einer anderen Kombinationsform ausgebildet und aufbereitet sein können, also nicht notwendigerweise in der Form, wie sie dir weiter VOr₁; beschriebene Auswerieschaltung im einzelnen erzeugt.

Die nachfolgende Tabelle definiert nochmals die drei logischen Zustände, die sich aus den Komparatorausgangssignalen ergeben:

Zustand Ausgang Zugehörige Eingangsinformation Al Αϊ

1 LO kein Eingangssignal, a), b)

2 OO SoDCenspanmiEg 525 tnV (fett. «·))

3 LL Sondenspaanang 475 mV (mager.

C), e)_: 0)

Die Überwachungsschaltung l«* so ausgebildet, d*ß die ZeitschaUrng S4 eis·«= vorei-nsteHbare Zeitdauer

ablaufen läßt; trifft während dieses Zeitraums, der als Überwachungszeit t_mx bezeichnet werden kann, von der Detektorschaltung S3 kein geeignetes Triggersignal ein, dann ändert die Zeitschaltung S4 ihr Ausgangssignal mit der Folge, daß von Regeln auf Steuern umgeschcJtet wird. Andererseits ist die Zeitschaltung so ausgebildet, daß sofort auf Regeln umgeschaltet werden kann, wenn ein geeigneter Signalwechsel im Bereich der Sondenerkennungsschaltung erkennen läßt, daß die λ-Sonde betriebsbereit ist.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt die Zeitschaltung einen Zähler Zh 1, dem an seinem Zähleingang £1 ein geeignetes Zählsignal zugeführt wird; bei Verwendung des erfindungsgemäßen Systems in Verbindung mit einer Kraftstoffeinspritzanlage, beispielsweise der sogenannten K-Jetronic der Anmelderin selbst Ist eine 70-Hz-Taktfrequenz vorhanden, die dem Zähleingang zugeführt werden kann. Auf jeden Fall ist der Zähler Zh 1 so ausgelegt, daß nach einer voreinstellbaren Zeit, beispielsweise nach 7 oder 8 Sekunden, ein bestimmter Ausgang Λ 5 des Zählers umschaltet, beispielsweise auf L geht, wenn dem Rücksetzeingang Eg des Zählers ZhX bis zu dem Zeitpunkt, an welchem der Ausgang A 5 hochgeht, kein geeigneter Rficksetzimpuls zugeführt worden ist. Geht während des Überwachungszeitraums, während welchem der Zähler von Null bis L-Signal am Ausgang A 5 zählt, kein Triggerimpuls ein, dann erkennt die Überwachungsschaltung irgendeine der weiter vorn erwähnten Bedingungen a) bis f), worauf weiter unten noch eingegangen wird, und schaltet mit L-Signal am Ausgang A 3 auf Steuern um. Der Zähler Zh 1 sperrt über eine Rückführleitung L 5 vom Ausgang A 5 auf ein vorgeschaltetes NOR-Gatter G1 die dem anderen Eingang £2 zugeführte Taktimpulsfolge, damit der Ausgangszustand »Steuerung« erhalten bleibt.

In besonders vorteilhafter Weise ist die Sondenerkennungsschaltung in Verbindung mit der Detektorschaltung S3 so ausgebildet, daß das Sondensignal dynamisch ausgewertet wird, d. h. es wird dann von Steuern auf Regeln umgeschaltet, wenn sich ein Signalübergang vom Schaltzustand 1 auf den Schaltzustand 2 oder auf den Schaltzustand 3 der weiter vorn angegebenen Tabelle ergibt und wenn der Schaltzustand 2 oder 3 der Tabelle mindestens eine vorgegebene Zeit t_mm anhält. Diese Zeitdauer f_m,„ dient zum Ausblenden hochfrequenter Einstreuungen.

Die Verknüpfungsschaltung der Sondenerkennung ist so ausgebildet, daß sie auf die logische Signalverteilung der ihr zugeführten Schaltsignale von den Ausgängen A 1 und A 2 der Komparatoren der Auswerteschaltung anspricht und unterschiedliche Signale als den Schaltzustand 1 der Tabelle beschreibend interpretiert, gleichsinnige Signale als die Schaltzustände 2 oder 3 beschreibend erfassen kann, jedoch in Verbindung mit der nachgeschalteten Detektorschaltung S3 in der Lage ist zu unterscheiden, ob tatsächlich c-inwandfreies Arbeiten der λ-Sonde vorliegt oder nur eine der sonstigen, auch noch möglichen Bedingungen c) bis f) eingetreten ist. Die Sondenerkennungs- und Detektorschaltung wertet zu diesem Zweck die Sondensignale dynamisch aus, wie weiter unten noch beschrieben wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig.4 umfaßt die Sondenerkennungsschaltung ein NOR-Gatter G 2. dessen einem Eingang das Signal des Ausgangs A 2 des !Comparators K 2 unmittelbar und dessen anderem Eingang das andere Ausgangssignal des Ausgangs A 1 über einen Inverter /1 zugeführt wird. Nach den Regeln der logischen Algebra ergibt sich dann am Ausgang des NOR-Gatters L-Signal wenn die Ausgangssignale A 1 und A 2 der Komparatoren verschieden sind, sonst O-Signal.

Die nachgeschaltete Detektorschaltung S3 umfaßt zunächst ein Zeitglied, bestehend aus dem Kondensator CS und einem Lade-Entladewiderstand Ä30. Parallel zum Widerstand /?30 ist eine Diode DS geschaltet. Der Widerstand Ä30 und die Diode DS sind an den

ίο Ausgang des NOR-Gatters G 2 angeschlossen, mit dem über eine Leitung LIO unmittelbar auch der Eingang eines letzten NOR-Gatters G 3 verbunden ist, an dessen Ausgang das erwähnte L-Triggersignal zum Rücksetzen des Zählers Zh 1 gebildet wird. Der andere Eingang des NOR-Gatters G 3 ist mit dem Ausgang eines exklusiven ODER-Gatters G 4 verbunden, welches im fofgenden auch als Ex-OR-Gatter bezeichnet wird. Die Eingänge des Ex-OR-Gatters sind einmal direkt und einmal über einen Inverter /2 mit dem aus Kondensator CS und Widerstand /?30 gebildeten Zeitglied verbunden. Der andere Anschluß des Kondensators CS liegt an Masse. Die Wirkungsweise dieser Schaltang ist so, daß bei dem weiter vorn tabellarisch definierten Schaltzustand 1 der Ausgang des NOR-Gatters G 2 auf L-Signal liegt, was auch mit positiver Spannung gleichgesetzt werden kann. Als 0-Signal ist dann Nullpotential oder eine negative Spannung zu verstehen. Geht die Signalkombination aus A1 und A 2 vom Schaltzustand 1 auf den Schaltzustand 2 über, dann beginnt sich der Kondensator CS, der vorher auf positives Potential aufgeladen worden ist, über den Widerstand /?30 und das NOR-Gatter G 2 gegen Masse zu entladen, da am Ausgang von G 2 in diesem Fall Nullpotential (0-Signal) anliegt Es vergeht eine durch die Kombination CSIR 30 bestimmte Zeit t_mi_n die weiter vorn schon erwähnt wurde, und nach Ablauf dieser Zeit erreicht die Spannung am Kondensator die Schwellspannung der nachfolgenden Verknüpfungsschaltung aus Inverter /2 und Ex-OR-Gatter G 4. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß der Ausgang des Ex-OR-Gatters G 4 beim Abfall der Kondensatorspannung (wegen unterschiedlicher Schwellspannungen im Ex-OR-Gatter G 4 bzw. im Inverter /2) kurzfristig seinen Ausgang auf 0-Signal ändert und für diesen Zeitpunkt der Ausgang des

« NOR-Gatters G 3 auf L-Signal geht, mit welchem Impuls der Zähler Zh 1 an seinem £/rEingang rückgesetzt wird. Dadurch wechselt das Ausgangssignal der Zeitschaltung S4 auf 0-Signal, und die Anlage geht in den Regelbetrieb über. Gehen die Eingangssignale für

so die Sondenerkennungsschaltung S 2 vor Ablauf der Verzögerungszeit i_mrn wieder vom Schaltzustand 2 oder 3 in den Schaltzustand 1 über, dann wird der Entladevorgang des Kondensators CS abgebrocher und der Kondensator über die Diode D 5 schlagartig wieder aufgeladen, gleichzeitig wird ein möglichei Rücksetz-L-Impuls über die direkte Leitung L 10 zum ausgangsseitigen NOR-Gatter G 3 verhindert, da diest Leitung dann wieder hohes Potential annimmt und jeden möglichen Ausgangsimpuls des NOR-Gatters G3 verhindert.

Beim Umschalten von Steuern auf Regeln, also vom Schaltzustand 1 auf die Schaltzustände 2 oder 3 erzieh man durch die Verzögerungszeit t„„„ eine wirksame Störaustastung, so daß hochfrequente Einstreuunger ausgeblendet werden und nicht zur Umschaltung führen Die Detektorschaltung S3 wartet auf jeden Fall der Zeitraum t_mm ab. bis sie den Rücksetzimpuls arr Ausgang des NOR-Gat»ers G 3 freigibt. Die Detektor

schaltung 53 arbeitet als Flankendetektor und wertet das Sondensignal dynamisch aus. Schaltet beispielsweise die λ-Sonde im Normalbetrieb ständig zwischen der Anzeige »fett« und der Anzeige »mager« hin und her, d. h. ändern sich die Ausgangssignale Λ 1 und Λ 2 der Komparatoren im zyklischen Ablauf ständig zwischen den Schaltszuständen 2 und 3, dann ergibt sich bei stationärer Betrachtung am Ausgang des NOR-Gatters G 2 der Sondenerkennungsschaltung 52 stets O-Signal; der Obergang der A 1- und A 2-Signak in den jeweils anderen Schaltzustand bzw. die Schaltschwellen von Inverter /2 und NOR-Gatter G 2 sind aber nicht gleich, so daß NOR-Gatter G 2 jeweils kurzzeitig L-Signal führt und der Kondensator C5 über die Diode D 5 schlagartig aufgeladen werden kann. Die Abgabe des Rücksetzimpulses am NOR-Gatter G 3 erfolgt dann in der schon beschriebenen Weise.

Die erfindungsgemäße Überwachungsschaltung ist daher in der Lage, sämtliche der weiter vorn genannten Bedingungen a) bis F) zu erfassen, denn bei stationärem Verbleib in den Schaltzuständen 2 und 3 werden von der Detektorschaltung 53 ebenfalls keine Rüeksetzimpulse zur Zeitschaltung 54 geliefert

Die Umschaltung von Regeln auf Steuern erfolgt, wenn in der durch den Zählerablauf bestimmten Zeit im» kein Rücksetzimpuls erfolgt, der den Zähler wieder auf Null zurücksetzt. Bei dem Zähler handelt es sich um einen Binärzähler, dessen Ausgang Λ 5 nach 2⁹ Zählimpulsen auf L geht, falls kein Rücksetzimpuls eingegangen ist Bei einer Taktimpulsfolge von 70 Hz erfolgt daher die Umschaltung von Regelung auf Steuerung nach ca. 73 Sekunden. Der hochliegende Ausgang Λ 5 des Zählers hält dann über das NOR-Gatter G1 den Zähler fest.

Die Überwachungsschaltung ermöglicht einen Eingriff von außen, beispielsweise erzwungenes Umschalten auf Steuerung bei dem Betriebszustand »Schubabschneiden« oder »Vollastanreicherung« der Brennkraftmaschine, wozu die gestrichelt eingezeichneten Bauelemente verwendet werden können. In diesem Falle (Schubabschneiden oder Vollastanreicherung) wird dem Eingang £3 beispielsweise ein L-Impuls zugeführt, der über das ODER-Gatter GS den Ausgang A 3 hochlegt. Über ein weiteres ODER-Gatter G 6 kann gleichzeitig der Zähler Zh 1 rückgestellt werden.

Eine weitere Ausführungsform zur Sondenerkennung und Überwachung (Flankendetektor/Störaustastung) läßt sich der Schaltung der Fig.5 entnehmen. Diese Schaltungsvariante ist so aufgebaut, daß eingangsmäßig ein Ex-OR-Gatter G10 vorgesehen ist, dessen Ausgang über eine für positive Spannungen oder L-Signale in Flußrichtung gepolte Diode D 6 unmittelbar mit einem Eingang eines ausgangsmäßigen Ex-OR-Gatters GIl verbunden ist, an dessen Ausgang Λ 6 der der Zeitschaltung 54 zuzuleitende Rücksetzimpuls erzeugt wird. Der Ausgang des Ex-OR-Gatters GlO ist weiterhin mit der schon aus der Schaltung der F i g. 4 bekannten Dioden/Widerstand/Kondensator^ombination D 5/R 30/C5 verbunden zur Erzeugung der für die Störaustastung benötigten Zeit ^ Der Ausgang dieser Zeitschaltung (Schaltungspunkt PlO) liegt am Eingang eines weiteren Ex-OR-Gatters G12, dessen anderem Eingang ständig L-Signal oder Plusspannung zugeführt ist. Der Ausgang des Ex-OR-Gatters G12 ist mit dem Eingang eines nachgeschalteten, weiteren Ex-OR-Gatters G13 verbunden, dessen anderem Eingang das Potential des Schaltungspunktes PlO (Ausgang der Zeitschaltung für die Störaustastung) direkt zugeführt

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ist Über eine Diode 07 liegt der Ausgang des Ex-OR-Gatters G13 an dem über die Diode D 6 schon direkt mit dem ersten Ex-OR-Gatter G10 verbundenen Eingang des Ex-OR-Gatters GIl. Der andere Eingang dieses Ex-OR-Gatters erhält ständig L-Signal bzw. Plusspannung zugeführt Um definierte Schaltzustände zu erreichen, ist der schaltungsmäßig beaufschlagte Eingang des Ex-OR-Gatters GIl noch über einen Ableitwiderstand R 32 mit Masse verbunden.

Geht man die einzelnen Schaltzustände durch und betrachtet insbesondere die Übergänge vom Schaltzustand 1 auf die Schaltzustände 2 und 3 bzw. die Übergänge zwischen diesen beiden letzteren Schaltzuständen, dann erkennt man, daß am Ausgang des Ex-OR-Gatters GIl stets dann ein Rücksetzimpuls erzeugt wird, wenn von der λ-Sonde und ihren beiden nachgeschalteten Komparatoren der Regelbetrieb freigegeben ist Es wird daher im folgenden auch auf eine ausführliche Beschreibung der Wirkungsweise der Schaltungsvariante der Fig.5 verzichtet; überprüft wird lediglich der Übergang vom Schaltzustand 1 auf den Schaltzustand 2 oder 3. Da das Ex-OR-Gatter G10 bei gleichsinnigen Eingangssignalen ein 0-Signal, sonst ein L-Signal abgibt liegt im Schaltzustand 1 am Ausgang des Ex-OR-Gatters GlO L Signal, welches sich in 0-Signal bei Übergang auf den Schaltzustand 2 oder 3 ändert. Dadurch sperrt die Diode D 6, und die eine Bedingung zur Entstehung eines L-Impulses am Ausgang A 6 ist gegeben, denn da der eine Eingang £4 des Ex-OR-Gatters GIl stets L-Signal führt muß zur Erzeugung eines L-Signals am Ausgang der andere Eingang £5 0-Signal führen. Die allmähliche Potentialabsenkung des Schaltungspunktes PlO durch die Entladung von C5 führt nach Unterschreitung der durch die Ex-OR-Gatter G12 und G13 gegebenen (unterschiedlichen) Schwellspannungen, das für einen kurzen Zeitpunkt entweder das G12-Gatter schon L-Signal am Ausgang führt, während am anderen Eingang des Ex-OR-Gaiters G13 noch L-Signal wirksam ist oder anders betrachtet das noch wirksame 0-Signal am Eingang des Ex-OR-Gatters G13 zusammen mit dem 0-Signal vom Ausgang des Ex-OR-Gatters G12 den Ausgang des G13-Gatters auf 0-Signal schaltet, so daß bei unterschiedlichen Eingangssignalen das Ex-OR-Gatter GIl einen L-Impuls abgeben kann.

Da ein Übergang von Steuern auf Regeln nur durch eine Flanke des Sondensignals möglich ist, besteht die Möglichkeit, daß dann, wenn die Grundanpassung wesentlich vom Wert A=I abweicht (beispielsweise A = 0,9 oder A = I₁I), die Sonde konstant entweder zu fettes oder zu mageres Gemisch anzeigt und die Regelung auf Steuerung hängen bleibt. Die F i g. 6 und 7 zeigen zwei Schaltungsvarianten, wie diesem Zustand begegnet werden kann. Bei der Darstellung der F i g. 6 wird durch einen Leerlaufkontakt K1 am Gaspedal ein zusätzlicher Rücksetz-L-Impuls erzeugt, vorausgesetzt, daß die λ-Sonde entweder fettes oder mageres Gemisch anzeigt, die Einblendung des zusätzlichen Rücksetzimpulses erfolgt über eine Zusatzschaltung Z51, bestehend aus einem Inverter /3 und einem Zusatzgatter ZGl, an dessen einem Eingang £6 das invertierte Ausgangssignal beispielsweise der Sondenerkennungsschaltung 52 der Fig.4 liegt, während dem anderen Eingang £7 der beim Loslassen des Gaspedals und sich dabei schließenden Leerlaufschalter Ki erzeugte Impuls über eine Widerstands-Dioden-Kondensatorkombination KL X zugeführt wird. Die Kombination

KL 1 besteht aus der Reihenschaltung eines Kondensa-

tors C6 mit dem Leerlaufkontakt Ki; beide Anschlußseiten des Kondensators C6 sind über Widerstände R 35 und R 36 mit positiver Spannung verbunden; parallel zu dem an der zum Leerlaufkontakt abgewandten Seite angeordneten Widerstand Ä36 ist eine Diode D 8 geschaltet Am Ausgang des Zusatzgatters ZGi liegt dann die Detektorschaltung S3 beispielsweise der Ausführungsform der F i g. 4. Es ergibt sich der in den Kurvenverläufen der Fig.8a bis 8c dargestellte Funktionsablauf. Bis zum Zeitpunkt fl verläuft das Sondenausgangssignal in Fig.8a normal zyklisch zwischen der Anzeige fettes oder mageres Gemisch und der Ausgang des Integrators ändert sich entsprechend F i g. 8b sägezahnförmig. Ab dem Zeitpuntk 11 geht die λ-Sonde auf die Anzeige »mageres Gemisch« und der Integrator läuft an seinen »Fettanschlag«. Da die λ-Sonde ihr Ausgangssignal nicht mehr ändert und daher auch keine Schaltflanke mehr erzeugt wird, schaltet das System zum Zeitpunkt 12 den Integrator von Regelung auf Steuerung und auf einen mittleren Wert der Gemischzusammensetzung um. Wegen der veränderten Grundanpassung bleibt die Ä-Sonde am Mageranschlag und die Regelung ausgeschaltet Zum Zeitpunkt f3 wird durch Schalten des Leerlaufkontaktes ein Rücksetzimpuls erzeugt; es wird von Steuerung auf Regelung umgeschaltet und der Integrator läuft wieder in eine Richtung, die die vpn seinem Ausgangssignal beaufschlagte Kraftstoffaufbereitungsanlage dazu veranlaßt, fetteres Gemisch zu erzeugen, was von der λ-Sonde wieder erfaßt wird. Auf diese Weise kann sich die Regelung wieder fangen.

Eine andere Möglichkeit durch periodisches Rücksetzen ist in Fig.7 gezeigt. Hierzu wird eine besondere Schaltposition des Zählers Zh 1 ausgenutzt der für die Überwachungszeit fm« verantwortlich ist. Über eine Diodengatterkombination aus den Dioden DlO, DIl und D12 werden beispielsweise die Zählerausgänge Q 7, Q 8 und Q 9 zusammengefaßt, so daß beispielsweise dann, wenn wegen fehlender Sondenübergänge keine Rücksetzimpulse mehr ankommen, der Zähler alle 73 Sekunden (bei dem erwähnten 70 Hz Takt) einen bei diesem Ausführungsbeispiel 0,9 Sekunden langen Impuls auf der leitung L15 erzeugt, der zum Setzen des Integrators der Kraftstoffaufbereitungsanlage auf Steuerung dient. Dabei bedeutet ein O-Signal am Ausgang A 3' Regelung und ein L-Signal Steuerung.

Den Kurvenverläufen der Fig.9a bis 9c läßt sich entnehmen, daß nunmehr bei einem Fehlerfall entsprechend den Bedingungen c), d), e) und f) ein periodisches »Sägen« der Regelung zwischsn dem mittleren Steuerwert und dem jeweiligen Anschlag des Integrators bewirkt wird. Die F i g. 9a zeigt den Sondenverlauf; die F i g. 9b zeigt den Verlauf des Ausgangssignals des Integrators und die F i g. 9c zeigt die vom Zähler Zh 1 periodisch erzeugten Impulse. Zum Zeitpunkt t V

in werden keine Sondenübergänge mehr geliefert und der Integrator läuft nach Fig.9b an seinen oberen Anschlag. Durch die zyklischen Rücksetzimpulse des Zählers entsprechend Fig.9c wird der Integrator jeweils auf seinen mittleren Steuerungswert zurückge-

ij holt und zum Zeitpunkt f4 reagiert die Sonde wieder und zeigt fettes Gemisch an, so daß der Integrator in die Gegenrichtung laufen kann.

Sollen im übrigen nur die beiden Fälle nach a) und b) überwacht werden, dann genügt auch die in Fig. 10

:n gezeigte einfache Überwachungsschaltung, die zwischen den Schaltzuständen 1, 2 und 3 unterscheiden kann. Wie weiter vorn schon erläutert ergibt sich für den Schaltzustand 1 am Ausgang des NOR-Gatters G 2' L-Signal, welches über ein asymmetrisches Zeitglied einem nachgeschalteten Verstärker V1 mit Schalthysterese zugeführt wird. Das Zeitglied besteht aus einem gegen Masse geschalteten Kondensator CS, der mit dem Eingang des Svhaltverstärkers Vi verbunden ist und dem über einen Widerstand R 40 das Ausgangssignal des NOR-Gatters G 2' zugeführt wird. Parallel zu diesem Widerstand R 40 liegt die Reihenschaltung eines weiteren Widerstandes /?41 mit einer Diode D15: die Widerstände Λ 41 und R 40 können so dimensioniert sein, daß der Widerstand R 40 dreimal so groß wie der Widerstand Λ 41 ist, wodurch sich die gewünschte Asymmetrie im Zeitverhalten ergibt. Im Schaltzustand 1 ergibt sich am Ausgang des Schaltverstärkers V1 nach schneller Ladung des Kondensators CS ein L-Signal entsprechend dem L-Signal am Ausgang des NOR-Gatters G 2', welches für die Bedingungen a) und b) steht. Treten die Schaltzustände 2 oder 3 ein, dann ergibt sich für den Zustand Regeln am Ausgang des Schaltverstärkers Vi O-Signal infolge des ihm vor der Inverter/Gatterkombination IV, G 2' zugeführten 0-Signals. Das

••5 asymmetrische Zeitglied wirkt wie eine Störaustastung.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Überwachung der Betriebsbereitschaft einer Sauerstoffsonde (λ-Sonde), die zur Regelung der Mengenanteile des einer Brennkraftmaschine zugeführten Betriebsgemischs einer Gemischaufbereitungsanlage zugeordnet und im Abgaskanal der Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei eine unter dem Einfluß des Sondenverhaltens resultierende Spannung von zwei Vergleichsschaltungen mit Schwellenspannungen abgetastet und anschließend ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung des die Sondenbetriebsbereitschaft kennzeichnenden Son- is den-Innenwiderstandes (RI) der Sauerstoffsonde eine konstante Bezugspannung (Uref) entgegengeschaltet wird, wobei die der sich hierdurch ergebenden Ausgangsspannung (Ua) entgegengeschalteten Schwellenspannungen der Vergleichs- M schaltungen (Xi, K2) um vorgegebene Differenzwerte (Δ LJ) oberhalb und unterhalb der Bezugsspannung (Uref) liegen, und daß die von den Vergleichsschaltungen abgegebenen, insgesamt drei logischen Schaltzuständen entsprechenden Ausgangssignale von einer nachgeschalteten Auswerteschaltung zur Umschaltung zwischen Regelung auf Steuerung bzw. umgekehrt verarbeitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß für den Übergang von Steuerung auf Regelung die Flanke eines durch das Sondensignal mindestens iiJirekt in seinem Pegel geänderten Schaltsignal abgetastet tind ausgewertet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Störaustastung i"^:a Auswertung der Signalflanke kurzzeitig verzögert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 mit zeitabhängiger Auswertung der Ausgangssignale der Vergleichsschaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß für den Übergang von Regelung auf Steuerung eine kontinuierlich ablaufende Zeitschaltung bei jedem Sondenschaltübergang (von fett auf mager und von mager auf fett) rückgestellt wird.

5. Vorrichtung zur Überwachung der Betriebsbereitschaft einer Sauerstoffsonde (λ-Sonde), die zur Regelung der Mengenanteile des einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Betriebsgemischs einer Gemischaufbereitungsanlage zugeordnet und im Abgaskanal der Brennkraftmaschine angeordnet ist, mit zwei eine unter dem Einfluß des Sondenverhaltens resultierende Spannung abtastenden Vergleichsschaltunger. mit Schwellenspannungen sowie einer den Vergleichsschaltungen nachgeschalteten Auswerteschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffsonde (S) mit ihrem Innenwiderstand (Ri) eine Konstantspannungsquelle (Uref) mit konstantem Innenwiderstand (R 1) entgegengeschaltet ist, wobei die Schwellenspannungen der an den Verbindungspunkt angeschalteten Vergleichsschaltungen (Komparatoren /Cl, K2) um eine vorgegebene Sehaltsehwellendifferenz (IxAU) nach oben und unten mit Bezug auf die Konstantspannungsquelle (Uref) differieren derart, daß bei nicht betriebsbereiter Sonde die Komparatorausgangssignale (A 1, A 2) einen ersten vorgegebenen Schaltzustand und bei betriebsbereiter Sonde je nach erfaßtem fetten oder mageren Gemisch zwei weitere, untereinander und zum ersten Schaltzustand unterschiedliche logische Schaltzustände annehmen,

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Ausgängen der Vergleiohsschaltungen (Ki, K 2) eine Sondenerkennungsschaltung fS 2) in Form einer digitalen Verknüpfungsschaltung verbunden ist, der eine sowohl auf den stationären Schaltzustand des Ausgangssignals der Sondenerkennungsschaltung (S 2) als auch auf einen Signalübergang (Flanke) ansprechende una diese Signalzustände auswertende Detektorschaltung (S3) nachgeschaltet ist

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß einer ständig ablaufenden Zeitschaltung (SA) zur Bewirkung einer Umschaltung von Regelung auf Steuerung bei Zeitablauf vom Ausgang der Detektorschaltung (S3) ein Rücksetzsignal zuführbar ist

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenerkennungsschaltung (S 2) als exklusives ODER-Gatter ausgebildet ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß die Sondenerkennungsschaltung (S 2) ein NOR-Gatter (G 2) umfaßt dessen einem Eingang das eine Komparatorausgangssignal (A 1) über einen Inverter (11) zugeführt ist

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung (53) ein gleichzeitig der Störaustastung dienendes analoges Zeitglied (R 30/C5) aufweist dem eine aus mindestens einem Gatter (G 4; G12, G13) bestehende Verknüpfungsschaltung nachgeschaltet ist, deren Ausgangssignal einer Ausgangsgatterschaltung (G 3, GH) zur Erzeugung des Rücksetzimpulses zugeführt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einer Konstantspannungs- oder -stromquelle (Ti, TV, Zl, ZV) gespeister Referenzspannungsteiler (R 6, R 7, RS, R9) vorgesehen ist, dessen mituerer Abgriff (P3) über einen Widerstand (R 1) mit der Sauerstoffmeßsonde (S) verbunden ist, daß der Verbindungspunkt (Pi) unmittelbar mit den einen Eingängen (-) der Vergleichsschaltungen (Ki, K 2) in Form von als Schmitt-Trigger geschalteten Operationsverstärkern verbunden ist, deren anderen Eingängen ( + ) über Widerstände (R 2, RA) ein sich um die Sehaltsehwellendifferenz unterscheidender Bezugsspannungswert vom gleichen Referenzspannungsteiler zugeführt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet daß der Ausgang der Sondenerkennungsschaltung (S 2) direkt mit dem einen Eingang eines NOR-Gatters (G 3), an dessen Ausgang der Rücksetzimpuls erzeugbar ist, und außerdem mit einem gleichzeitig der Störaustastung dienenden analogen Zeitglied (R 30, CS) zur Erzeugung einer vorgegebenen Verzögerungszeit (i_m,„) vor Abgabe des Rücksetzimpulses verbunden ist und daß der Ausgang des Zeitgliedes mit einem nachgeschalteten exklusiven ODER-Gatter (G 4) direkt sowie über einen Inverter (12) verbunden ist, dessen Ausgangssignal dem anderen Eingang des Ausgangs-NOR-Gatters (G 3) zugeführt ist derart, daß nach Erreichen der Schwellspannung der dem Zeitglied nachgeschalteten Verknüpfungsschaltung (G 4, 12) das Ausgangs-NOR-Gatter (G 3) das Rücksetzsignal erzeugt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch Funktion der Regelung ist aber^aaö aie SuHi?iwifm*»· Kennzeichnet d'aß die dem Zeitglied (RWCS) sonde einwandfrei atöeitet, wobei mögliche Fehlerquelfachgeⁿ _Sc aS VeiknüpfungsschalLg aus einem' len von einer zu kalter. ' *Kfc e^ unte^taj exklusiven ODER-Gatter (G 13) besteht, des=.-n Sondenkabel oder cw«-,! NuiTsdilnB .·*> W.ucikdbf.I einem E^gang das Ausgangssignal des Zeitglieds 3 herrühren kennen Feh_^* J^£^^ - direkt und dessen anderem Eingang das Ausgangs- teuer*» fmdhonde ^πηβ^ fu* ^ergAen, wenn signal über ein weiteres exklusives ODER-Gatter diese beispielsweise überaltert st, einen Keramiknß (G 12) zugeführt ist, dessen anderer Eingang mit aufweist oder chemisch vergiftet ist. pa es ω sei. hen einem Konstantpotential beaufschlagt ist, und daß Fällen unter Umständen zu extremen'^^"""^" das das Rücksetzsignal erzeugende Ausgangsgatter io der Verhaltn.sante.le: desder . ⁸Tf ^™^¹"⁶ ein exklusives ODER-Gatter (G 11) ist, dessen einem zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs kommen kann, f. SS'sSTkonstantpotentilund dessen anderem sind die Überwachungsschaltung^ **«***·*;

® Einsang der Ausgang der dem Zeitglied nachge- verfügt das eingangs genannte DetektorsyUem über

i schaltef-n Verknüpfungsschaltung und der Ausgang zwei der Sauerstoffmeßsonde unmittelbar nachgeschal-

U der voSeschahefen ^ondenerkennungsschaltung ,5 tete Vergleichsschaltungen mit Schwellenspannungen

i S₂) übef Dioden (D6, D7) zugeführt sind (Fig.5). für bezüglich des Kraftstoff-Luft-Gemisches fette und

V: ^3 Vorrichtung nach Anspruch Ί, dadurch magere Bezugswe^ Das betennteDetektorsysttmat

% gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Rücksetz- in der Lage, eine Fehlerhaftigkeit der Sauerstoffmeß-

& sfamah bei von A=I wesentlich abweichender sonde dann festzustellen, wenn der Abfall im Sonden-

M Grundanpassung zur Umschaltung von Steuerung 20 ausgangssignal nicht schnell genug erfolgt, d.h wenn

P auf Regelung ein Leerlaufkontaktschalter (Ki) die Steilheit bei der Sondenumschaltung zwischen der

% vorgesehen ist. dessen jeweils erzeugtes Rücksetz- Anzeige eines fetten und eines mageren Gemische nicht

Si signal über ein zusätzliches NOR-Gatter (ZGi) ausreichend groB isL Die beiden der SauerstoffmeBson-

K etokooDelbarist(Fig6) de nachgeschalteten Vergleichsschaltungen stellen

ß 15 Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch 25 daher auf unterschiedliche Schwellenspannungen in

% gekennzeichnet, daß die der Detektorschaltung (S3) dem Sinne ab, daß bei Unte^rsch _f ^reiten _if ^e'"^e^;^rs _i^"

'v. nachgeschaltete Zeitschaltung (S4) ein Binärzähler Schwellcnspannung ein Kondensator aufgeladen und

Yi "st dem an seinem einen Eingang (Ei) ein gleichzeitig eine Zeitschaltung angeworfen wird Nur

P. systeminterner Zähltakt und dessen Rücksetzein- wenn der Schwellenwert der ^«^"«J^

^; gang (Er) das Rücksetzsignal der Detektorschaltung 30 innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls, namlicn

ΰ (S3) zugeführt ist und der an einem seiner Ausgänge noch vor Ablauf der Zeitschaltung, unterschritten wird,

y nach einem vorgegebenen Zeitablauf (t_mlx) ein gelingt es, eine sich am Kondensator entwickelnde

& L-Signal erzeugt zur Umschaltung von Regeln auf Signalspannung auf Null zuruckzuste en. Im anderen

'" Steuern (F i κ 7) Fall ergibt sich eine ständig weitergeführte Aufladung

- 16 Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch 35 des Kondensators - auch für den Fall des Verbleibens

^; gekennzeichnet, daß die Zählimpulsfolge dem der Sondenausgangsspannung unterhalb der beiden

Zähler (ZhX) über ein NOR-Gatter (G 1) zugeführt Schwellwerte -, so daß bei Überschreiten einer ist, dessen anderer Eingang mit dem nach Ablauf der vorgegebenen weiteren Schwellenspannung eines dem vorgegebenen Zeit (_tim) hochgehenden Ausgang Kondensator nachgeschalteten Komparator_ schließ-• verbunden ist « ^{licn ein} Ausgangssignal erzeugt wird, welches über eine

^;i 17 Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16. manuell wieder lösbare Entriegelungsschaltung ein

dadurch gekennzeichnet, daß zur periodischen Warnsystem beaufschlagt. Es kommt dann zur Alarmga- ^:; Rücksetzung eine vorgegebene Anzahl von Zähler- be i.iit Hilfe von optischen oder akustischen Mitteln im

I ausgängen (Q7, QS, Q9) über eine Gatterschaltung Kraftfahrzeug, so daß der Kraftfahrzeugführer veran-

(DiQ DU D12) zusammengefaßt sind derart, daß 45 laßt wird, eine Werkstatt aufzusuchen,
die Regelung zwischen dem mittleren Steuerwert Nachteilig ist bei dem bekannten Detektorsystem,

und dem durch das Signal der Siuerstoffmeßsonde daß ein Verbleiben der Sauerstoffsonde am oberen bewirkten Anschlag schwingt. Fettanschlag vom Detektorsystem als fehlerhaft nicht

erfaßt werden kann, was als besonders schwerwiegend

50 anzusehen ist, weil sich in diesem Fall ständig eine stark

überfettete Gemischzusammensetzung ergibt. Hier-

Stand der Technik durch können sich bezüglich der Energiekosten und des

Die Erdung geht aus von einem Verfahren und Schadstoffgehalts Zustände ergeben, die problematieiner Vorrichtung jeweils nach der Gattung des scher sind, als wenn vollkommen ohne Regelung bei der Hauptanspruchs bzw. des Unteranspruchs 5. Solche 55 Genvichaufbereitung gearbeitet wird.
Möglichkeiten zu.· Überwachung der Betriebsbereit- Nachteilig ist ferner, daß das bekannte Detektorsy-

schaft einer Sauerstoffsonde sind bekannt aus der stern nicht auf das Weglaufen der Sondenaussangsspan-DE-OS 25 30 849, die ein Detektorsystem zum Feststel- nung bei deren Abkühlung bzw. bei allgemein kalter len des Ausfalls eines Abgasfühlers beschreibt. Um bei Sonde reagieren kann und insbesondere keine Mittel einer Brennkraftmaschine möglichst schadstofffreie 60 vorgesehen sind, die verhindern, daß die Gemiscnaufbe-Abgase zu erzielen, sind Regeleinrichtungen bezüglich reitungsanlage in uiesem Fall das Sondenausgangssignal der Massenanteile des der Brennkraftmaschine züge- weiter im Sinne einer Regelung verarbeitet. Es ist führten Kraftstoff-Luft-Gemisches vorgesehen, die eine lediglich eine Sperrschaltung vorgesehen, die bei zu Information über den Istwert des Betriebsgemischs von kalter Sonde verhindert, daß es zu ein^r Alarmgabe einer im Abgaskanal der Brennkraftmaschine angeord- 65 kommt. .

neten speziellen Sonde erhalten, die üblicherweise eine Bekannt ist ierner aus der DE-OS 25 29747 ein

Sauerstoffmeßsonde ist und auch als λ-Sonde bezeich- Detektorsysr rn mit Einern Abgasfühler, wclcnes to net werden kann. Voiavssetzung für eine einwandfreie ausgebildet ist daß festgestellt weiden kann, wan-/, die