DE2844761A1

DE2844761A1 - Gasmessfuehler

Info

Publication number: DE2844761A1
Application number: DE19782844761
Authority: DE
Inventors: Minoru Ohta; Yoshihiro Segawa; Eturo Yasuda
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1977-12-16
Filing date: 1978-10-13
Publication date: 1979-06-21
Also published as: JPS5483898A; DE2844761C3; US4258563A; DE2844761B2; JPS581745B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasmeßfühler und betrifft insbesondere einen Gasmeßfühler zur Feststellung der Zusammensetzung von Abgasen einer Brennkraftmaschine z.B. zwecks Steigerung des Reinigungsgrades eines katalytischen Abgas-Reinigungsumsetzers .

Es ist bereits ein Gasmeßfühler zur Feststellung der Zusammensetzung der von einer Brennkraftmaschine ausgestoßenen Abgase bekannt, der ein aus einem Metalloxyd-Halbleiter wie z.B. Titanoxyd usw.,. bestehendes Gasmeßelement mit einem in Abhängigkeit von der umgebenden relativen Gasatmosphäre veränderlichen elektrischen Widerstand und einen Vergleicher, der eine Reihenschaltung des Gasmeßelementes mit einem Bezugs-Festwiderstand zur Umsetzung des Widerstandswertes des Gasmeßelementes in eine Spannung herstellt und diese Spannung zur Bildung eines Gasmeßsignals mit einer vorgegebenen Bezugsspannung vergleicht, aufweist.

X/ma

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Da bei dem Gasmeßfühler des Standes der Technik jedoch der Bezugs-Festwiderstand mit dem Gasmeßelement in Reihe geschaltet ist, können bei der Feststellung der Gaszusammensetzung Fehler auftreten oder die Messung bzw. Feststellung der Gaszusammensetzung völlig unmöglich werden, wenn sich die elektrische Widerstandscharakteristik des Gasmeßelementes durch Änderungen der Betriebstemperatur oder im Laufe der Zeit verändert.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile des Standes der Technik, einen Gasmeßfühler zu schaffen, der unabhängig von auf Änderungen der Betriebstemperatur beruhenden oder im Laufe der Zeit auftretenden Änderungen der elektrischen Widerstandscharakteristik des Gasmeßelementes eine genaue Feststellung der Zusammensetzung bzw. Bestandteile eines Gases ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mit den in dem Patentanspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst.

Erfindungsgemäß ist somit der Widerstandswert des Bezugswiderstandes variabel und derart eingestellt, daß die Spannung am Verbindungspunkt des Bezugswiderstandes mit dem Gasmeßelement sich lediglich innerhalb eines vorgegebenen Bereiches ändert, wenn weder eine Änderung der Betriebstemperatur noch eine Änderung des Widerstandswertes des Gasmeßelementes im Laufe der Zeit auftreten. Die Spannung an diesem Verbindungspunkt wird überwacht und beim Überschreiten des vorgegebenen Spannungsbereiches wird der Widerstand des Bezugswiderstandes derart geändert, daß die Spannung an dem Verbindungspunkt nach der Änderung der Bezugsspannung wieder innerhalb des vorgegebenen Bereiches liegt. Durch diese Anordnung gibt die Spannung an dem Verbindungspunkt die Gaszusammensetzung auch dann genau an, wenn sich der Widerstandswert des Gasmeßelementes aufgrund von Änderungen der Betriebstemperatur des Gasmeßelementes oder im Laufe der Zeit ändert. Auch bei Änderung der elektrischen Widerstandscharakteristik des Gasmeßelementes aufgrund von Änderungen seiner Betriebstemperatur oder

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aufgrund einer längeren Betriebsdauer wird erfindungsgemäß somit eine zuverlässige Gasüberwachung ermöglicht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 die Gesamtanordnung einer Ausführungsform der Erfindung, 10

Fig. 2 eine Schnittansicht des Gasmeßelementes gem. Fig. 1,

Fig. 3 ein Schaltbild der Steuerschaltung gem. Fig. 1,

Fig. 4 und 5 jeweils graphische Darstellungen von Änderungen des elektrischen Widerstandswertes des Gasmeßelementes und

Fig. 6 und 7 elektrische Schaltbilder wesentlicher Bestandteile weiterer Ausführungsformen der Steuerschaltung.

In Fig. 1 ist die Gesamtkonfiguration eines Systems veranschaulicht, bei dem die Erfindung Anwendung findet. Hierbei bezeichnet die Bezugszahl 10 eine fremdgezündete Brennkraftmaschine bekannter Art, deren Einlaß- bzw. Ansaugssystem einen Luftfilter 11, einen Vergaser 12 und eine Saugleitung 13 umfaßt, während das Auslaßsystem eine Abgassammelleitung 14, ein Abgasrohr 15 und einen katalytischen Dreifach-Umsetzer 16 aufweist.

Der Vergaser 12 ist mit einem bekannten Luft/Brennstoffverhältnisregler zur Änderung des Luft/Brennstoff-Verhältniswertes A/F eines Luft/Brennstoffgemisches in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal versehen. Der katalytische Dreifach-ümsetzer 16 weist einen wabenförmigen oder tablettenförmigen Katalysator bekannter Art auf und erzielt bei Zuführung eines Luft/Brennstoffgemisches mit annähernd stöchiometrischem Luft/Brennstoff-Verhältnis eine mit einem hohen Reinigungsfaktor erfolgende Säube-

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rung der Abgase von den Bestandteilen NO , HC und CO.

Nachstehend wird nun eine Ausführungsform des Gasmeßfühlers beschrieben. Der Gasmeßfühler umfaßt ein an einem Stutzen der Abgas-Sammelleitung 14 angebrachtes Gasmeßelement 21 und eine Steuerschaltung A, die dem Vergaser 12 ein elektrisches Signal zuführt.

Der Gasmeßfühler 21 ist in der in Fig.2 dargestellten Weise aufgebaut und mit einem scheibenförmigen Meßelement 22 versehen, das einen die Zusammensetzung der Abgase, und zwar insbesondere die Dichte von Sauerstoff, bezeichnenden elektrischen Widerstand aufweist, aus einem Metalloxyd-Halbleiter, wie z.B. Titanoxyd (TiO-), besteht und auf seiner Oberfläche einen Katalysator, wie z.B. Platin (Pt) oder Rhodium (Rh), trägt. Das Meßelement 22 ist in einer Ausnehmung am Ende einer wärmebeständigen und elektrisch isolierenden Halterung 23, die z.B. aus einem gesinterten Aluminiumoxyd-Körper besteht, angeordnet.

An konischen Verjüngungsabschnitten 26 und 27 sind eine aus einem hitzebeständigen Material bestehende Schutzhülle bzw. Schutzverkleidung 24 und ein Gehäuse 25 über einen O-Ring 28 und eine Unterlegscheibe einstückig mit der Halterung 23 verbunden. Die Halterung 23 ist über einen Gewindeabschnitt 29 des Gehäuses 25 an der Abgas-Sammelleitung 14 angebracht.

Die Schutzhülle bzw. Schutzverkleidung 24 dient zum Schutz des Meßelementes 22 vor der Abgasströmung und weist eine Anzahl von Durchgangslöchern 30 auf, durch die die Abgase hindurchtreten können.

In das Meßelement 22 sind zwei in der Halterung 23 festgehaltene Platinelektroden 31 und 32 eingefügt. Die Elektroden 31 und 32 stehen jeweils über leitendes Glasmaterial 3 3 bzw. 34 mit Anschlußstiften 35 und 36 elektrisch in Verbindung. Der elektrische Widerstandswert des Meßelementes 22 wird hierbei über die Anschluß-

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stifte 35 und 36 gemessen.

Es sei nun auf Fig. 3 eingegangen, in der die Steuerschaltung A gem. Fig. 1 veranschaulicht ist. Bei der Steuerschaltung A besteht eine über einen Spannungsteilerpunkt a mit dem Gasmeßelement 21 verbundene Bezugswiderstandsanordnung aus drei parallelgeschalteten Bezugswiderständen 41, 42 und 43, denen über das Gasmeßelement 21 von einer nicht dargestellten Batterie eine konstante Gleichspannung V zugeführt wird. 10

Die Bezugswiderstände 42 und 43 sind jeweils über einen Relais-Arbeitskontakt 44 bzw. 45 mit dem Gasmeßelement 21 verbindbar.

Der Spannungsteilerpunkt a zwischen den Bezugswiderständen 41, und 43 und dem Gasmeßelement 21 ist über einen Eingangswiderstand 47 mit einem eine Impedanzumsetzung durchführenden Pufferverstärker 46 verbunden, dessen Ausgangsanschluß jeweils über Eingangswiderstände 48, 49 und 52 mit Vergleichern 51, 52 und 53 verbunden ist.

Ferner sind Bezugsspannungsgeneratoren 54, 55 und 56 vorgesehen, die jeweils aus Teilerwiderständen 54A und 54B bzw. Teilerwiderständen 55A und 55B bzw. Teilerwiderständen 56A und 56B bestehen und jeweils einen mit dem zugehörigen Vergleicher 51, 52 bzw. 53 verbundenen Spannungsteilerpunkt b, c bzw. d aufweisen, an dem Bezugsspannungen gebildet werden. Der Bezugsspannungsgenerator 54 teilt die Gleichspannung V zur Bildung einer Bezugsspannung V_, die dem ersten Vergleicher 51 zugeführt wird. In gleicher Weise führen die Bezugsspannungsgeneratoren 55 und 56 dem zweiten Vergleicher 52 eine obere Bezugsgrenzspannung V₁ (V.> V_) und dem dritten Vergleicher 53 eine untere Bezugsgrenzspannung V„ (V₂ < V₀) zu.

Die Vergleicher 51, 52 und 53 führen jeweils einen Vergleich der Eingangsspannungen mit den Bezugsspannungen durch. Wenn die Spannung des Pufferverstärkers 46 oder die Spannung an dem

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Spannungsteilerpunkt a kleiner als die Bezugsspannung ist, geben die Vergleicher jeweils ein Ausgangssignal· des Wertes "1" ab, während im Falle einer an dem Spannungsteilerpunkt a anliegenden größeren Spannung als die Bezugsspannung ein Ausgangssignal des Wertes "O" abgegeben wird. Störanteile in den AusgangsSignalen der Vergleicher 51, 52 und 53 werden jeweils durch Widerstände 57, 58 bzw. 59 und Kondensatoren 61, 62 und 63 ausgefiltert.

Der erste Vergleicher 51 bildet in Abhängigkeit von Änderungen des elektrischen Widerstandes des Gasmeßelementes 2.1 ein Gasmeßsignal. Mit dem Ausgangsanschluß des ersten Vergleichers 51 sind ein Inverter und ein Widerstand 65 in dieser Reihenfolge derart verbunden, daß das Ausgangssignal des ersten Vergleichers 51 über den Inverter 64 und den Widerstand 65 einer nicht dargestellten Treiberschaltung zugeführt wird, über die es in üblicher Weise an den bekannten Luft/Brennstoffverhältnisregler des Vergasers angelegt wird.

Die Ausgangssignale des zweiten Vergleichers 52 und des dritten Vergleichers 5 3 werden einer Widerstandssteuerschaltung B zugeführt, die das Schließen und öffnen der Relaiskontakte 44 und steuert. Der zweite Vergleicher 52 bestimmt den Anstieg der Betriebstemperatur auf der Basis des elektrischen Widerstandswertes des Gasmeßelementes 21. Mit dem Ausgangsanschluß des zweiten Vergleichers 52 sind ein Inverter 66 und ein Flip-Flop der Widerstandssteuerschaltung B derart verbunden, daß das Ausgangssignal des zweiten Vergleichers 52 über den Inverter 66 einem Setzanschluß S des Flip-Flops 67 sowie einem Taktanschluß CL eines Flip-Flops 80 zugeführt wird.
30

Das Flip-Flop 67 ist ein sog. Daten-Flip-Flop (z.B. das Bauelement RCA CD 4013A), dessen Funktion auf der nachstehend unter Tabelle wiedergegebenen Wahrheitstabelle beruht.

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Tabelle

CL	D	R	S	Q
_/	0	O	0	. O
	1	O	O	1
	X	O	O	Q
X	X	1	O	O
X	X	O	1	1
X	X	1	1	1

wobei,*y*und^„ den Anstieg bzw. den Abfall des Signals, X einen von dem Signal unabhängigen Wert bzw. Zustand, 1 ein Signal des Wertes "1" und 0 ein Signal des Wertes "0" bezeichnen, während Q angibt, daß keine Änderung des Signals erfolgt bzw. erfolgt ist.

An einem Rückstellanschluß R des Flip-Flops 6 7 liegt über eine Diode 70 die an dem Verbindungspunkt eines Kondensators 68 mit einem Widerstand 6 9 anstehende Spannung an. Der Kondensator und der Widerstand 69 dienen zur Rückstellung des Flip-Flops beim Einschalten bzw. Schließen eines Schalters KS, d.h., zur Erzielung einer eingangs erfolgenden Rückstellung des Flip-Flops

Ein Ausgangsanschluß Q des Flip-Flops 67 ist über einen Signal-Verstärker 71 und einen Eingangswiderstand 72 mit einem Transistor 73 zur Steuerung des Durchschaltens und Sperrens des Transistors

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verbunden.

Mit dem Transistor 73 sind wiederum eine Relaiswicklung 74 zum Schließen und Öffnen des Relaiskontaktes 44, eine Spannungspitzen auffangende Diode 75, eine Anzeigezwecken dienende Leuchtdiode und ein Widerstand 77 verbunden.

Der dritte Vergleicher 53 bestimmt den auf dem elektrischen Widerstandswert des Gasmeßelementes 21 beruhenden Spannungsabfall der Betriebsspannung, wobei sein Ausgangssignal· einem Taktanschluß CL des Flip-Flops 67 der Widerstandssteuerschaltung B und einem Rückstellanschluß R des Flip-Flops 80 zugeführt wird.

Das Flip-Fiop 80 weist den gleichen Aufbau wie das Flip-Flop auf und ist derart geschaltet, daß sein Ausgangsanschluß Q mit dem Datenanschluß D des Flip-Flops 67 und sein Datenanschluß D mit dem Ausgangsanschluß Q des Flip-Flops 67 verbunden sind. Außerdem ist der Ausgangsanschluß Q des Flip-Fiops 80 über einen Signalverstärker 81 und einen Eingangswiderstand 82 mit einem Transistor 83 zur Steuerung des Durchschaltens und Sperrens des Transistors 83 verbunden.

Mit dem Transistor 83 sind wiederum eine Relaiswicklung 84 zum Schließen und Öffnungen des Relaiskontaktes 45, eine Spannungsspitzen abfangende Diode 85, eine zu Anzeigezwecken dienende Leuchtdiode 86 und ein Widerstand 87 verbunden.

Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung ändert sich der elektrische Widerstandswert des Gasmeßelementes 21 in Abhängigkeit von der Gaszusammensetzung der von der Brennkraftmaschine 10 ausgestoßenen Abgase, und zwar insbesondere in Abhängigkeit von deren Sauerstoffgehalt. Da sich die Gaszusammensetzung der Abgase in Abhängigkeit von dem Luft/Brennstoff-Verhältnis A/F des der Brennkraftmaschine 10 über den Vergaser 12 zugeführten Luft-Brenn-

Stoffgemisches ändert, ändert sich der elektrische Widerstand R des Gasmeßelementes 21 in Abhängigkeit von dem Luft/Brennstoff-Verhältnis A/F in der durch die Kurven T.., T₂ und T₃ gem. Fig. dargestellten Weise.

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Wenn das Gasmeßelement 21 seine niedrigste Betriebstemperatur T aufweist/ was beim Anlassen der Brennkraftmaschine der Fall ist, ändert sich der elektrische Widerstand R bei einem hohen Niveau, d.h.,bei einem Niveau hoher Werte entsprechend der Kurve T~ gem. Fig. 4. Die Spannung an dem Spannungsteilerpunkt a ändert sich daher bei einem Spannungspegel, der niedriger als sowohl die obere Bezugs-Grenzspannung V₁ an dem Spannungsteilerpunkt c als auch die untere Bezugs-Grenzspannung V~ an dem Spannungsteilerpunkt d ist,so daß der zweite Vergleicher 52 und der dritte Vergleicher 53 beide Signale des Wertes "1" abgeben.

Dies hat zur Folge, daß von dem Inverter 66 ein invertiertes Signal des Wertes "0" dem Setzanschluß S des Flip-Flops 67 zugeführt wird, während dem Rückstellanschluß R für eine vorgegebene Zeitdauer über den die Anfangsrückstellung bewirkenden Kondensator 6 8 ein Signal des Wertes "1" zugeführt wird. Am Ausgangsanschluß Q des Flip-Flops 67 wird daher ein Signal des Wertes "0" abgegeben. Ferner wird ein Signal des Wertes "0" normalerweise dem Setzanschluß S des Flip-Flops 80 zugeführt, während das von dem dritten Vergleicher 53 abgegebene Signal des Wertes "1" dem Rückstellanschluß R zugeführt wird. Am Ausgangsanschluß Q des Flip-Flops 80 wird daher ein Signal des Wertes "0" abgegeben.

Dies hat zur Folge, daß die Transistoren 73 und 83 beide sperren und die Relaiskontakte 44 und 45 geöffnet gehalten werden, so daß der elektrische Gesamtwiderstand der Bezugswiderstandsanordnung gleich dem Widerstandswert R₇. des Bezugswiderstands 41 ist. Der Widerstandswert R₇. ist derart vorgegeben, daß sich die Spannung an dem Spannungsteilerpunkt a zwischen der oberen Bezugs-Grenzspannung V-. und der unteren Bezugs-Grenzspannung V„ ändert.

Wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis A/F des der Brennkraftmaschine zugeführten Luft/Brennstoffgemisches einen vorgegebenen Wert oder ein stöchiometrisches Luft/Brennstoff-Verhältnis ST überschreitet, wird der elektrische Widerstandswert R des Gasmeßelementes 21 größer als der Bezugswiderstandswert R , wie dies in Fig. 4 veranschaulicht ist. Dies hat zur Folge, daß die Spannung an dem Span-

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nungsteilerpunkt a kleiner als die Bezugsspannung V_ an dem Spannungsteilerpunkt b wird, so daß der erste Vergleicher 51 ein Gasmeßsignal des Wertes "1" abgibt, das über den Inverter 64, den Widerstand 65 und die Treiberschaltung dem Luft/Brennstoff-Verhältnisregler des Vergasers 12 zur Verringerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses A/F des der Brennkraftmaschine 10 zugeführten Luft/ Brennstoffgemisches auf den stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältniswert ST zugeführt wird.

Wird dagegen das Luft/Brennstoff-Verhältnis A/F kleiner als das stöchiometrische Luf t/Brennstoff-Verhältnis ST, so w-ird der Widerstandswert R des Gasmeßelementes 21 kleiner als der Widerstandswert R_a des Bezugswiderstandes, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Dies hat zur Folge, daß die Spannung an dem Spannungsteilerpunkt a größer als die Bezugsspannung V_ an dem Spannungsteilerpunkt b wird, so daß der erste Vergleicher 51 ein Gasmeßsignal des Wertes "0" abgibt, das über den Inverter 64, den Widerstand 65 und die Treiberschaltung dem Luft/Brennstoffverhältnisregler des Vergasers 12 zur Erhöhung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses A/F des der Brennkraftmaschine 10 zugeführten Luft/Brennstoffgemisches auf den stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältniswert ST zugeführt wird.

Mit dem Anstieg der Betriebstemperatur des Gasmeßelementes 21 auf eine mittlere Zwischentemperatur T„ geht die elektrische Widerstandscharakteristik des Gasmeßelementes 21 von der Kennlinie T, auf die Kennlinie T_? gem. Fig. 4 über und ändert sich bei einem mittleren Niveau. Dies hat zur Folge, daß die Spannung an dem Spannungsteilerpunkt a sich nicht länger zwischen der an dem Spannungsteilerpunkt c anliegenden oberen Bezugsspannung V₁ und der an dem Spannungsteilerpunkt d anliegenden unteren Bezugsspannung V- ändert, sondern größer als die obere Bezugs-Grenzspannung V₁ wird. Dementsprechend geben sowohl der zweite Vergleicher 52 als auch der dritte Vergleicher 5 3 Signale des Wertes "0" ab. 35

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Dem S.efczanschluß S des Flip-Flops 67 wird daher das von dem Inverter 66 invertierte Signal des Wertes "1" zugeführt, während an seinem Rückstellanschluß R nach einer vorgegebenen Zeit nach dem Einschalten bzw. Schließen des Schalters KS ein Signal des Wertes "0" ansteht. Dies hat zur Folge, daß am Ausgangsanschluß Q des Flip-Flops 65 ein Signal des Wertes "1" abgegeben wird.

Das Flip-Flop 80 erhält dagegen an seinem Setzanschluß S und seinem Rückstellanschluß R die Signale des Wertes "b", an seinem Taktanschluß CL das Signal des Wertes "1" und an seinem Datenanschluß D das an dem Anschluß Q des Flip-Flops 67 abgegebene Signal des Wertes "1". Da bei dem dem Taktanschluß CL des Flip-Flops 67 zugeführten Signal eine geringe Zeitverzögerung beim Übergang von dem Wert "0" auf den Wert "1" auftritt, bevor das über den An-Schluß Q des Flip-Flops 67 abgegebene Ausgangssignal von dem Wert ^ir0" auf den Wert "1" invertiert und dem Dätenanschluß D zugeführt worden ist, gibt das Flip-Flop 80 über den Ausgangsanschluß Q ein Signal des Wertes "0" ab.

Dies hat zur Folge, daß lediglich der Transistor 73 durchgeschaltet und damit lediglich der Relaiskontakt 44 geschlossen werden, so daß der elektrische Gesamtwiderstand der Bezugswiderstandsanordnung den Wert R„ annimmt, der sich durch die Parallelschaltung der Bezugswiderstände 41 und 42 als Gesamtwiderstand aus

R41 · R42 .
B R41 + R42 ^V A
ergibt.

Der Widerstandswert R_ ist derart vorgegeben, daß sich die Spannung an dem Spannungsteilerpunkt a zwischen den Bezugsspannungen V₁ und V„ ändert. Auf diese Weise verringert sich bei einer Abnahme des elektrischen Widerstandes des Gasmeßelementes 21 auch der elektrische Widerstandswert des Bezugswiderstandes, so daß die Feststellung der Gaszusammensetzung durch den ersten Vergleicher wie im Falle der Betriebstemperatur T₃ korrekt und genau durchgeführt wird.

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Wenn der Gesamtwiderstand der Bezugswiderstandsanordnung den Wert R annimmt, fällt die Spannung an dem Spannungsteilerpunkt a unter die an dem Spannungsteilerpunkt c anliegende obere Bezugs-Grenzspannung V₁ ab und das Ausgangssignal des zweiten Vergleichers 52 wird auf den Wert "1" invertiert, während das über den Anschluß Q des Flip-Flops 67 abgegebene Ausgangssignal· jedoch auf dem Wert "1" gehalten wird, da dem Rückstellanschluß R des Flip-Flops 67 ein Signal des Wertes "0" zugeführt wird.

Bei einem sodann erfolgenden weiteren Anstieg der Betriebstempe- <. ratur des Gasmeßelementes auf ungefähr die höchste Betriebstemperatur T. geht der elektrische Widerstandswert R des Gasmeßelementes 21 entsprechend der Kurve T₁ gem. Fig. 4 auf ein weiteres niedrigeres Niveau über. Dies hat zur Folge, daß die Spannung an dem Spannungsteilerpunkt a wieder höher als die an dem Spannungsteilerpunkt c anstehende obere Bezugs-Grenzspannung V₁ wird, so daß der zweite Vergleicher 52 wieder wie der dritte Vergleicher ein Signal des Wertes "0" abgibt.

Das dem Taktanschluß CL des Flip-Flops 80 zugeführte Eingangssignal geht somit von dem Wert "0" auf den Wert "1" über, und da das Signal des Wertes "0" sowohl dem Setzanschluß S als auch dem Rückstellanschluß R und das über den Ausgangsanschluß Q des Flip-Flops 67 abgegebene Ausgangssignal des Wertes "1" dem Datenanschluß D zugeführt werden, wird am Ausgangsanschluß Q das dem Datenarischluß D zugeführte Eingangssignal·, d.h., das Signal· des Wertes "1", abgegeben.

Dies hat zur Foige, daß sowohl der Transistor 83 als auch der Transistor 73 durchgeschaltet und damit sowohl der Reiaiskontakt als auch der Relaiskontakt 44 geschlossen werden. Der elektrische Gesamtwiderstand der Bezugswiderstandsanordnung nimmt damit den Wert R^ an, der sich durch die Paral·l·el·schal·tung der Bezugswiderstände 41, 42 und 43 ais Gesamtwiderstand aus

R41 -R42-R43 y

C R41-R42 + R42-R43 + R43-R41 > B

ergibt. Der Widerstandswert R ist derart vorgegeben, daß sich

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die Spannung an dem Spannungsteilerpunkt a zwischen der oberen Bezugsspannung V₁ und der unteren Bezugsspannung V„ ändert.

Auf diese Weise nimmt bei einem weiteren Abfall des elektrischen Widerstandswertes des Gasmeßelementes 21 auch der Widerstandswert der Bezugswiderstandsanordnung weiter ab, so daß die Feststellung der Gaszusammensetzung durch den ersten Vergleicher in der gleichen Weise wie im Falle der Betriebstemperaturen T„ und T.. genau und korrekt durchgeführt wird.

Wenn sodann die Betriebstemperatur des Gasmeß el ementjes 21 auf den Wert T„ abfällt, geht der elektrische Widerstandswert R des Gasmeßelementes 21 auf einen größeren Wert über. Dies hat zur Folge, daß die Spannung an dem Spannungsteilerpunkt a sowohl kleiner als die an dem Spannungsteilerpunkt c anstehende obere Bezugs-Grenzspannung V. als auch kleiner als die an dem Spannungsteilerpunkt d anstehende untere Bezugs-Grenzspannung V₉ wird,so daß die Vergleicher 52 und 53 Signale des Wertes "1" abgeben. Dementsprechend wird dem Flip-Flop 80 an seinem Setzanschluß S ein Signal des Wertes "0" und an seinem Rückstellanschluß R ein Signal des Wertes "1" zugeführt, so daß das Flip-Flop 80 über seinen Ausgangsanschluß Q ein Ausgangssignal des Wertes "0" abgibt.

Dem Flip-Flop 67 wird dagegen sowohl an seinem Setzanschluß S als auch an seinem Rückstellanschluß R ein Signal des Wertes "0" zugeführt, während an seinem Taktanschluß CL ein Signal des Wertes "1" und an seinem Datenanschluß D das über den Ausgangsanschluß Q des Flip-Flops 80 abgegebene Signal des Wertes "0" anstehen. Da bei dem dem Taktanschluß CL des Flip-Flops 80 zugeführten Signal eine geringe Zeitverzögerung beim Übergang von dem Wert "0" auf den Wert "1" auftritt, bevor das über den Ausgangsanschluß Q abgegebene Ausgangssignal des Flip-Flops 80 von dem Wert "1" auf den Wert "0" invertiert und das invertierte Ausgangssignal dem Datenanschluß D zugeführt wird, gibt das Flip-Flop 67 weiterhin über seinen Ausgangsanschluß Q ein Ausgangssignal des Wertes "1" ab. . "

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Dementsprechend wird lediglich der Transistor 73 durchgeschaltet und Amit lediglich der Relaiskontakt 44 geschlossen, so daß der elektrische Gesamtwiderstand der Bezugswiderstandsanordnung den Wert R_n annimmt.
5

Beim übergang des Gesamtwiderstandes der Bezugswiderstandsanordnung auf den Widerstandswert R wird die Spannung an dem Spannungsteilerpunkt a größer als die an dem Spannungsteilerpunkt d anstehende untere Bezugs-Grenzspannung V,, und das Ausgangssignal des dritten Vergleichers 53 geht auf den Wert "0" über, während das Flip-Flop 80 jedoch weiterhin ein Signal des Wertes "¹¹O" abgibt, da sich das an seinem Taktanschluß CL anstehende Signal nicht ändert.

1S Wenn die Betriebstemperatur des Gasmeßelementes 21 sodann von dem Wert T„ auf den Wert T_. abfällt, steigt der elektrische Widerstandswert des Gasmeßelementes 21 weiter an. Dies hat zur Folge, daß die Spannung an dem Spannungsteilerpunkt a wieder niedriger als die an dem Spannungsteilerpunkt d anstehende untere Bezugs-Grenzspannung V₂ wird und der dritte Vergleicher 53 wieder ein Signal des Wertes "1" abgibt.

Dementsprechend wird dem Taktanschluß CL des Flip-Flops 67 ein von dem Wert "0" auf den Wert "1" übergehendes Signal zugeführt, während seinem Setzanschluß S, seinem Rückstellanschluß R und seinem Datenanschluß D Signale des Wertes "0" zugeführt werden, so daß über den Ausgangsanschluß Q das dem Datenanschluß D zugeführte Eingangssignal, d.h., ein Signal des Wertes "0", abgegeben wird.

Dies hat zur Folge, daß sowohl der Transistor 73 als auch der Transistor 83 sperren und damit sowohl der Relaiskontakt 44 als auch der Relaiskontakt 45 geöffnet werden, so daß der elektrische Gesamtwiderstand der Bezugswiderstandsanordnung den Wert R annimmt.

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Auf diese Weise ändert sich der Bezugswiderstandswert in Abhängigkeit von dem Anstieg und Abfall der Betriebstemperatur des Gasmeßelementes 21, so daß ständig eine genaue und korrekte Feststellung der Gaszusammensetzung gewährleistet ist. 5

Die elektrische Widerstandscharakteristik des Gasmeßelementes kann sich im Laufe der Zeit ändern, wie dies in Fig. 5 durch eine Kennlinie N (für ein neues Gasmeßelement) und eine Kennlinie U für ein im Gebrauch befindliches Gasmeßelement (desen elektrischer Widerstandswert sich im Laufe der Zeit geändert hat) veranschaulicht ist, und zwar auch dann, wenn die Betriebstemperatur des Gasmeßelementes die gleiche ist. In einem solchen Falle ändert sich der Bezugswiderstandswert ebenfalls entsprechend der Änderung der elektrischen Widerstandscharakteristik, so daß eine genaus und korrekte Feststellung der Gaszusammensetzung möglich ist.

Anstelle der beider vorstehend beschriebenen Ausführungsform vor-■ genommen Parallelschaltung der Bezugswiderstände 41, 42 und 43 kann auch eine Reihenschaltung dieser Widerstände unter Verwendung der Relais-Arbeitskontakte 44 und 45 in der in Fig. 6 veranschaulichten Weise vorgenommen werden. Außerdem kann die Steuerung der Relaiskontakte anstelle der bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform nacheinander erfolgenden Umschaltung auch derart erfolgen, daß beim Schließen eines der Relaiskontakte der jeweils andere Relaiskontakt geöffnet wird.

Die obere Bezugs-Grenzspannung V₁ des zweiten Vergleichers 52 und die untere Bezugs-Grenzspannung V- des dritten Vergleichers 53 können derart festgelegt sein, daß die mittlere Bezugsspannung V_ des ersten Vergleichers 51 den Mittelwert zwischen den Spannungen V. und V„ darstellt, wobei die Bezugsspannungen in Abhängigkeit von dem Änderungsbereich des Widerstandswertes des verwendeten Meßelementes in geeigneter Weise eingestellt werden können. Die Zuführung der Bezugsspannungen V_n, V₁ und V„ kann durch Schaltung von Widerständen 91 bis 94 in der in Fig. 7 veranschaulichten Woi.'io erfolgen.

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Obwohl die vorstehend beschriebene Ausführungsform in Bezug auf die Feststellung der Gaszusammensetzung bei einer mit einem Vergaser ausgestatteten Brennkraftmaschine erläutert worden ist, ist die Erfindung gleichermaßen auch auf eine Brennkraftmaschine mit einer Brennstoff-Einspritzvorrichtung oder eine Brennkraftmaschine mit einer Zusatzluft-Zuführungseinrichtung anwendbar und kann darüberhinaus auch zur Feststellung bzw. Überwachung von Abgasen anderer Verbrennungssysteme, wie z.B. bei Heizkesseln usw., Verwendung finden.

Der vorstehend beschriebene Gasmeßfühler weist somit ein Gasmeßelement, dessen elektrischer Widerstandswert sich in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Abgase, und zwar insbesondere in Abhängigkeit von dem Sauerstoffgehalt der Abgase, ändert, und einen mit dem Gasmeßelement in Reihe geschalteten Bezugswiderstand auf. Der Reihenschaltung des Gasmeßelementes und des Bezugswiderstandes wird eine vorgegebene Spannung zugeführt, wodurch die Zusammensetzung der Abgase durch die an dem Verbindungspunkt des Gasmeßelementes und des Bezugswiderstandes auftretende Spannung festgestellt werden kann. Der Widerstandswert des Bezugswiderstandes ist variabel und derart einstellbar, daß die Spannung an dem Verbindungspunkt sich innerhalb eines vorgegebenen Bereiches ändert, wenn keine Änderung der Betriebstemperatur des Gasmeßelementes auftritt oder keine Änderung des Widerstandswertes des Gasmeßelementes im Laufe der Zeit erfolgt. Der Gasmeßfühler weist ferner eine Schaltungsanordnung zur Überwachung der Spannung an dem Verbindungspunkt und eine auf das Ausgangssignal der überwachungsschaltung ansprechende weitere Schaltungsanordnung auf, die den Widerstandswert des Bezugswiderstandes derart ändert, daß, wenn die Spannung an dem Verbindungspunkt den vorgegebenen Bereich überschreitet, der Widerstandswert des Bezugswiderstandes dahingehend geändert wird, daß die Spannung an dem Verbindungspunkt sich in dem nach der Widerstandsänderung des Bezugswiderstandes ergebenden Betriebszustand innerhalb des vorgegebenen Bereiches ändern kann, so daß gewährleistet ist, daß die Spannung an dem Verbindungspunkt die Gaszusammensetzung auch dann genau und korrekt bezeichnet,

909025/0613

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wenn der Widerstandswert des Gasmeßelementes sich aufgrund von Änderungen der Betriebstemperatur des Gasmeßelementes oder im Laufe der Zeit bzw. aufgrund einer längeren Betriebsdauer ändert.

903825/0618

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1J Gasmeßfühler mit einem widerstandsabhängig auf Sauerstoff ansprechenden Meßelement, das in Reihe mit einer Widerstandsanordnung zur Bildung eines dem in Abhängigkeit von dem Sauerstoffgehalt von Gasen veränderlichen Widerstandswert entsprechenden elektrischen Ausgangssignals mit einer Stromquelle verbunden ist, gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung (A) zur Kompensation der Abhängigkeit des elektrischen Ausgangssignals des Meßelementes (21) von den Umgebungsbedingungen, die eine Vergleichseinrichtung (52, 55/ 58, 62) zum Vergleich des elektrischen Ausgangssignals des Meßelementes (21) mit einem vorgegebenen Wert und eine Widerstands-Steuereinrichtung (B), die den Widerstandswert der Widerstandsanordnung (41 - 45) in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung auf einen Wert steuert, bei dem sich der Widerstandswert des Meßelementes (21) ändert, aufweist.

X/ma

ORIGINAL INSPECTED

- 2 - B 9243
2. Gasmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Vergleichseinrichtung (53, 56, 59, 63) zum Vergleich des elektrischen Ausgangssignals des Meßelementes (21) mit einem weiteren vorgegebenen Wert vorgesehen ist und daß die Widerstands-Steuereinrichtung (B) den Widerstandswert der Widerstandsanordnung (41 - 45) in Abhängigkeit von zwei Vergleichsausgangssignalen der beiden Vergleichseinrichtungen derart steuert, daß sich das elektrische Ausgangssignal des Meßelementes (21) zwischen den von den beiden Vergleichseinrichtungen vorgegebenen beiden Werten ändert.

90982 5/0618