DE2731541A1

DE2731541A1 - Verfahren und einrichtung zur steuerung einer messonden-heizung, insbesondere in kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE2731541A1
Application number: DE19772731541
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dillmann; Ernst Dipl Ing Linder; Helmut Maurer; Franz Rieger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-07-13
Filing date: 1977-07-13
Publication date: 1979-02-01
Also published as: US4291572A; JPS631540B2; JPS5421393A; DE2731541C2; GB1598408A

Description

-Jf- R.

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Meßsonden-Heizung, bei der die Temperatur der Sonde über deren Innenwiderstand ermittelt wird. Dies ist deshalb möglich, weil die Leitfähigkeit der -Sonde stark temperaturabhängig ist. Nachteilig an dieser Einrichtung ist der hohe Aufwand für diese Temperaturbestimmung sowie die mögliche gegenseitige Beeinflussung von Meßsignal der Sonde und Innenwiderstandsmessung.

Weiterhin ist es bekannt, Temperaturfühler mit in die Meßsonde aufzunehmen und somit die Sondentemperatur unmittelbar zu messen. Es hat sich ergeben, daß diese unmittelbare Temperaturmessung kostenintensiv ist, da zumindest im Moment die Lebensdauer der Meßsonde wesentlich geringer ist als die Lebensdauer von Temperaturfühlern.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechende Einrichtung haben gegenüber dem bekannten Stand der Technik den Vorteil, daß weder in den Meßsondenkreis eingegriffen werden muß noch zusätzliche Maßnahmen bei der Sonde erforderlich sind. Dies deshalb, weil das Temperaturverhalten der Meßsonde über Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine nachgebildet wird, die wesentlich sind für deren Temperatur. Als besonders zweckmäßig hat es sich herausgestellt, den Lastzustand der Brennkraftmaschine zur Nachbildung des Temperaturverhaltens der Meßsonde heranzuziehen.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dar-

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gestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 die Abgastemperatur aufgetragen über dem Betriebszustand Last einer Brennkraftmaschine, Figur 2 zwei grob verallgemeinerte Blockschaltbilder einer Sondenheizung, Figur 3 eine Steuereinrichtung für eine Sondenheizung, Figur 4 eine drosselklappenwinkelabhängige Steuereinrichtung für die Heizung und Figur 5 eine schematische Darstellung einer Steuereinrichtung, die auf den Ansaugdruck und/oder den Abgasdruck bei Brennkraftmaschinen anspricht.

Beschreibung der Erfindung

Figur 1 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Lastzustand bei Brennkraftmaschinen und der Abgastemperatur. Wesentlich sind dabei die Temperaturen 200⁰C bei Leerlauf, etwa 400⁰C im mittleren Teillastbereich und nahezu 800°C bei Vollast. Die gestrichelt gezeichnete waagrechte Linie bei der Temperatur von etwa 68O°C kennzeichnet die optimale Betriebstemperatur einer Sauerstoffmeßsonde. Aus der Kurve geht nun hervor, daß diese optimale Betriebstemperatur der Meßsonde erst ab dem oberen Teillastbereich erreicht wird, während bei den Betriebszuständen Leerlauf und untere Teillast vor allem bei V-Motoren die Abgastemperatur an der möglichen Sondeneinbaustelle zu gering ist. Es ergibt sich somit die Zweckmäßigkeit, eine von der Fahrleistung abhängig geregelte oder gesteuerte Heizleistung für die Meßsonde vorzusehen. Figur 2a zeigt ein grob verallgemeinertes Blockschaltbild einer Einrichtung für die Sondenheizung, wobei mit 10 ein Heizelement bezeichnet ist, das über einen zwischen einer Plusleitung 11 und einer Minusleitung 12 liegendem Spannungsteiler 13 mit Heizenergie versorgt wird. Das Steuergerät der Sondenheizung ist mit 15 bezeichnet, und es ist mit Eingängen für Drehzahl, Drosselklappenwinkel, Druck, Luftdurchsatz im Ansaugrohr und z.B. Temperatur ausgestattet. Das Steuergerät soll eine das augenblickliche Temperaturver-

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- Jr- R.

halten der Meßsonde charakterisierende Ausgangsspannung Ur abgeben, die über ein Stellwerk 16 auf den Spannungsteiler 13 einwirkt. Die aufgeführten Eingangsgrößen für die Steuereinrichtung 15 sind beispielhaft genannt und müssen nicht kumulativ verarbeitet werden, da auch z.B. die alleinige Verarbeitung des Lastzustandes für die Temperaturnachbildung ausreicht, wie es in Figur 1 ersichtlich ist. Als Drehzahl ist die Kurbelwellendrehzahl zu verstehen, die bekanntlich im Leerlaufbereich wesentlich niedriger ist als im Vollastbereich. Entsprechend verhält es sich beim Drosselklappenwinkel oc , dem Druck sowie dem Luftdurchsatz im Ansaugrohr. Das Drucksignal kann dabei sowohl einlaßseitig als auch auslaßseitig der Brennkraftmaschine gewonnen werden, nur ist dann die jeweilige Zuordnung zu beachten. So ergibt sich bei Leerlauf ein hoher Unterdruck im Ansaugrohr und auch ein geringer Überdruck ausgangsseitig der Brennkraftmaschine. Bei Vollast hingegen sinkt der Unterdruck im Luftansaugrohr und der Überdruck steigt auf der Abgasseite an. Für die Temperaturmessung kann sowohl ein Platz in Sondennähe ausgewählt werden als auch ein beliebiger Punkt im Abgasrohr, da der Zeitverzug unbeachtlich ist. Beachtenswert ist hingegen, daß abgasseitig bei der Brennkraftmaschine Temperatursprünge von 250° pro Sekunde auftreten können, weshalb eine gewisse Entfernung von Auslaßventilen und Temperatursonde zweckmäßig ist.

Figur 2b zeigt eine Abwandlung der Anordnung von Figur 2a insofern, als die Steuerspannung Ur zu einem Spannungs-Tastverhältnis-Wandler 18 geführt ist, der auf einen im Stromkreis des Heizelementes 10 liegenden Schalter 19 einwirkt.

Figur 3a zeigt eine ausführliche Steuereinrichtung mit dem Heizelement 10, und einem vorgeschalteten Emitter-Folger 20. Die Eingangsbasis des Emitter-Folgers 20 ist über einen Widerstand 21 an einer Plusleitung 22 angeschlossen, sowie mit

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dem Ausgang eines gegengekoppelten Verstärkers 24 verbunden. Dessen Plus-Eingang ist über einen Widerstand 25 mit einer Minusleitung 26 verbunden und dessen Minus-Eingang erhält das Eingangssignal von einem Eingang 28 über einen Widerstand 29· Der Gegenkopplungswiderstand ist mit 30 bezeichnet.

Figur 3b zeigt den Zusammenhang zwischen Eingangsspannung der Schaltungsanordnung nach Figur 3a und dem Heizstrom durch das Heizelement 10. Parameter ist das Verhältnis der Widerstandswerte der Widerstände 29 und 30 in der Beschaltung des Verstärkers 24 von Figur 3a.

Figur ¹Ia zeigt eine Einrichtung zur Sondenheizung dreistufig abhängig vom Drosselklappenwinkel. Die Drosselklappe ist hier symbolisch als Schwenkarm 40 um eine Achse 4l gezeichnet, wobei dieser Schwenkarm mit einer Plusleitung 42 verbunden ist und ausgehend von kleinen Winkeln zwei Kontaktflächen 43 und

44 überstreicht, die wiederum über unterschiedliche Widerstände

45 und 46 mit dem Heizelement 10 in Verbindung stehen. Die Kontaktfläche 43 liegt im Leerlaufbereich und somit bei kleinen Drosselklappenwinkeln, die Kontaktfläche 44 im Teillastbereich, was mittleren Drosselklappenwinkeln entspricht, während der Vollastbereich bei großen Drosselklappenwinkeln gegeben ist und dann dem Heizelement keine Energie zugeführt wird.

Figur 4b zeigt die mit der Einrichtung nach Figur 4a zur Verfügung stellbare Heizleistung. Sie ist gekennzeichnet durch einen treppenförmigen Charakter, wobei im Leerlaufbereich bis etwa 3O⁰C Drosselklappenwinkel die maximale Heizleistung für das Heizelement 10 zur Verfügung gestellt wird. Im Teillastbereich zwischen den Drosselklappenwinkeln 30° und 60° die Hälfte der Heizleistung, während etwa im Vollastbereich zwischen 60 und Drosselklappenwinkel keine Heizung der Meßsonde vorgesehen ist. Die Abszisse des Diagramms von Figur 4b zeigt neben einem Winkelmaßstab auch einen Druckmaßstab, was die Steuerung der Heizleistung abhängig vom Druck symbolisieren soll.

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Figur 5 zeigt schließlich eine grob schematische Anordnung für eine druckabhängige Steuerung der Heizleistung. Vorgesehen ist wieder eine zweistufige Heizung entsprechend der Einrichtung von Figur 4a, wobei hier nicht mehr die Kontaktebenen 43 und 44 von einem Schwenkarm nach Figur 4a überstrichen werden, sondern von einem von einem Druckwandler 50 betätigbaren Schleifer 51· Eingangsgrößen des Druckwandlers 50 sind einmal der Druck im Ansaugrohr 52 und einmal, gestrichelt als weitere Möglichkeit angedeutet, der auslaßseitige Druck im Abgasrohr 53 der Brennkraftmaschine. Die Kontaktbahnen, welche der Schleifer 51 abhängig vom Druck überstreicht, sind wiederum den Widerständen 54 und 56 zugeordnet und damit für die Heizleistung bestimmend, so daß die höchste Heizleistung bei Leerlauf erfolgt und bei Vollast keine Heizung mehr vorgenommen wird.

Außer den aufgeführten Steuerungsmöglichkeiten für die Heizleistung der Heizelemente von Meßsonden ist es bei kontinuierlich arbeitenden Einspritzanlagen bei Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen möglich, als Steuerwert für die Heizleistung den Steuerdruck im Kraftstoffkreis oder im Kraftstoffregelkreis zu erfassen.

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L e e r s e ι r e

Claims

R. ;· '-'<■■ 22.6.1977 Mü/Kö ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1 Ansprüche

1.'Verfahren zur Temperatursteuerung einer Meßsonde in der Abgasleitung von Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperaturverhalten der Meßsonde während des Betriebs der Brennkraftmaschine über Betriebskenngrößen, welche die Temperatur an der Meßsonde bestimmen, nachgebildet und eine Sondenheizung entsprechend den Betriebskenngrößen gesteuert wird.

2. Verfahren zur Temperatursteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Betriebskenngrößen wenigstens eine der Größen Kurbelwellendrehzahl bzw. Zundverteilerdrehzahl, Drosselklappenwinkel, Druck im Ansaugrohr und/oder in der Abgasleitung, Luftdurchsatz im Saugrohr und Abgastemperatur als Eingangssignale der Heizleistungssteuerung dient.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung stufenlos oder in wenigstens zwei Stufen veränderbar ist.

4. Einrichtung zur Temperatursteuerung einer Meßsonde im Abgas

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ORIGINAL INSPECT«)

von Brennkraftmaschinen j dadurch gekennzeichnet, daß ein Heizelement(10)für die Meßsonde vorhanden ist, sowie eine dem Heizelement vorgeschaltete Steuereinrichtung (15, 16) zum Erfassen ausgewählter Betriebskenngrößen, deren Werte zur Temperatur der Meßsonde in einer nahezu festen Beziehung steht.

5. Einrichtung zur Temperatursteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (15) mit wenigstens einem Geber für die Betriebskenngrößen Druck im Ansaugrohr, Druck in der Abgasleitung, Kurbelwellendrehzahl, Luftdurchsatz im Ansaugrohr oder Temperatur in der Abgasleitung zusammengeschaltet ist.

6. Einrichtung zur Temperatursteuerung nach Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung vorzugsweise zwei Stufen (43, 44) unterschiedlicher Heizleistung aufweist.

7· Einrichtung zur Temperatursteuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungs-Tastverhältnis-Wandler (18) vorgesehen ist, dessen Eingang eine in der Höhe von Betriebskenngrößen abhängige Spannung zuführbar ist und dessen Ausgang auf einen Schalter (19) im Stromkreis eines Heizelementes (10) einwirkt.

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