DE2844761B2

DE2844761B2 - Schaltungsanordnung zur Überwachung der Zusammensetzung des Abgasgemischs einer mit einem Luft/Brennstoff-Gemisch betriebenen Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2844761B2
Application number: DE2844761A
Authority: DE
Inventors: Minoru Anjo Ohta (Japan); 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: 1980-10-09
Also published as: DE2844761C3; JPS581745B2; JPS5483898A; DE2844761A1; US4258563A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Aus der DE-OS 26 58 273 ist bereits eine Schaltungsanordnung zur Überwachung der Zusammensetzung der von einer Brennkraftmaschine ausgestoßenen Abgase bekannt, die einen aus einem Metalloxid-Halbleiter, wie z. B. Titanoxid od. dgl., bestehenden Gasmeßfühler mit einem in Abhängigkeit von der relativen Umgebungsgasatmosphäre veränderlichen elektrischen Widerstand und einen Vergleicher aufweist, der an eine Reihenschaltung des Gasmeßfühlers mit einem Bezugs-Festwiderstand zur Umsetzung des Widerstandswertes des Gasmeßfühlers in eine Spannung angeschlossen ist und diese Spannung zur Bildung eines Gasmeßsignals mit einer vorgegebenen Bezugsspannung vergleicht. Da der Bezugs-Festwiderstand jedoch mit dem Gasmeßfühler in Reihe geschaltet ist, kann die Messung bzw. Feststellung der Gaszusammensetzung fehlerhaft oder völlig unmöglich werden, wenn sich die elektrische •5 Widerstandscharakteristik des Gasmeßfühlers durch Änderungen der Betriebstemperatur oder im Laufe der Zeit verändert.

Aus diesem Grunde ist der bekannte Gasmeßfühler teilweise mit einer Katalysatorschicht versehen und

ίο unter Verwendung von drei Elektroden derart aufgebaut, daß sein Metalloxid-Halbleiterkörper in einen der Katalysatorschicht nicht zugeordneten und im wesentlichen allein temperaturabhängigen kleineren Bezugswiderstandsbereich sowie einen der Katalysatorschicht zugeordneten und sowohl temperaturabhängigen als auch gaskonzentrationsabhängigen größeren Meßwiderstandsbereich unterteilt ist. Auf diese Weise läßt sich eine Temperaturkompensation des mit einem Bezugswert, wie z. B. einem bestimmten Luft/Brennstoff-Verhältniswert, zu vergleichenden Ausgangssignals des Gasmeßfühlers erzielen, so daß ein rein gaskonzentrationsabhängiges Meßsignal erhalten wird. Hierbei wird allerdings im wesentlichen die Verwendung eines Katalysators vorausgesetzt, da die Vorteile eines solchen Meßfühleraufbaus nur in diesem Falle voll ausgeschöpft werden können. Ferner sind die angestrebten Vorteile bei einem in üblicher Weise aufgebauten Gasmeßfühler nicht erzielbar, da sie sich durch einen bestimmten Aufbau des Gasmeßfühlers selbst, nicht jedoch durch eine spezielle Verarbeitung des Meßfühlerausgangssignals ergeben.

Darüber hinaus ist aus der US-PS 40 01 758 eine Schaltungsanordnung zur Überwachung der Zusammensetzung des Abgasgemischs einer Brennkraftma-

J5 schine bekannt, bei der die Ausgangssignale eines im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine angeordneten AbgasmeUfühlers mittels zweier Vergleicher mit Referenzspannungen verglichen werden. Die von den Vergleichern erhaltenen Ausgangssignale werden jedoch ausschließlich für eine Zweipunktregelung des der Brennkraftmaschine zugeführten Luft/Brennstoff-Gemisches herangezogen und leisten somit keinen Beitrag zur Kompensation der Einflüsse von Umgebungsbedingungen, wie Temperaturänderungen, Alterung usw., auf

4) das Ausgangssignal des Gasmeßfühlers.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs genannten Art derart auszugestalten, daß sie unabhängig von betriebstemperaturabhängigen oder durch Alterung im

■VI Laufe der Zeit auftretenden Änderungen der elektrischen Widerstandscharakteristik des Meßfühlers eine genaue Feststellung der Zusammensetzung bzw. Bestandteile des Abgasgemischs einer Brennkraftmaschine ermöglicht.

^r)^r) Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Mitteln gelöst.

Erfindungsgemäß ist somit der Widerstandswert des Bezugswiderstandes variabel und derart eingestellt, daß sich die Spannung am Verbindungspunkt des Bezugs-

ho Widerstandes mit dem Meßfühler lediglich innerhalb eines vorgegebenen Bereiches ändert, wenn weder eine Änderung der Betriebstemperatur noch eine altersbedingte Änderung des Widerstandswertes des Meßfühlers im Laufe der Zeit auftreten. Diese Spannung wild

b^r> überwacht und beim Überschreiten des vorgegebenen Spannungsbereiches wird der Widerstandswert des Bezugswiderstandes derart geändert, daß die Spannung an dem Verbindungspunkt nach der Änderung der

Referenzspannung wieder innerhalb des vorgegebenen Bereiches liegt Hierdurch gibt die Spannung an dem Verbindungspunkt des Bezugswiderstandes mit dem Meßfühler die Gaszusammensetzung auch dann genau an, wenn sich der Widerstandswert des Meßfühlers aufgrund von Änderungen seiner Betriebstemperatur oder alterungsbedingt im Laufe der Zeit ändert Auch bei Änderung der elektrischen Widerstandscharakteristik des Meßfühlers aufgrund von Änderungen seiner Betriebstemperatur oder aufgrund einer längeren Betriebsdauer wird somit eine zuverlässige Gasüberwachung ermöglicht

Darüber hinaus ergibt sich einmal der Vorteil, daß kein bestimmter Aufbau des Meßfühlers erforderlich ist sondern beliebige handelsübliche Gasmeßfühler Verwendung finden können, da die getroffenen Kompensationsmaßnahmen nicht den Meßfühler selbst, sondern die ihm zugeordnete Bezugswiderstandsanordnung betreffen. Zum anderen läßt sich auf diese Weise ein beliebiger Regelbereich für das Meßsignil festlegen, innerhalb dessen Grenzen das Meßsignal über dem Bezugssignal schwanken und auf diese Weise als Störgröße für weitere Regelzwecke, wie z. B. zur Gemischregelung bei einer Brennkraftmaschine, dienen kann. Insbesondere bei einer solchen Verwendung treten nämlich in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine und damit der jeweiligen Abgastemperatur erhebliche Temperaturunterschiede an dem dem Abgasstrom ausgesetzten Meßfühler z. B. zwischen Kaltstart und Warmlauf auf, die sich mittels der erfindungsgemäßen Einstellung des veränderlich ausgebildeten Widerstandswertes der dem Meßfühier zugeordneten Bezugswiderstandsanordnung durch jeweilige Einregelung des Meßfühler-Ausgangssignals auf den festgelegten Bereich kompensieren lassen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigt

F i g. 1 die Gesamtanordnung eines Ausführungsbeispiels,

Fig.2 eine Schnittansicht des Meßfühlers gemäß Fig. 1,

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

F i g. 4 und 5 jeweils graphische Darstellungen von Änderungen des elektrischen Widerstandswertes des Meßfühlers und

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

In F i g. 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. Ansaugsystem einen Luftfilter 11, einen Vergaser 12 und eine Saugleitung 13 umfaßt, während das Abgassystem eine Abgassammelleitung 14, ein Abgasrohr 15 und einen katalytischen Dreifach-Umselzer 16 aufweist.

Der Vergaser 12 ist mit einem bekannten Luft/Brennstoff-Verhältnisregler zur Änderung des Luft/Brennstoff-Verhältniswertes A/F eines I.uft/Brennstoff-Gemisches in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal versehen. Der katalytische Dreifach-Umsetzer 16 weist einen wabenförmigen oder tablettenförmigen Katalysator bekannter Art auf und erzielt bei Zuführung eines Luft/Brennstoff-Gemisches Niit annähernd stöchiometrischem Luft/Brennstoff-Verhältnis eine mit einem hohen Reinigungsfaktor erfolgende Säuberung der Abgase von den Bestandteilen NO_x, HC und CO.

Nachstehend wird nun eine Ausführungsform einer Gasmeßeinrichtung beschrieben, die einen an einem Stutzen der Abgas-Sammelleitung 14 angebrachten Gasmeßfühler 21 und eine Steuerschaltung A, die dem Vergaser 12 ein elektrisches Signal zuführt, aufweist

Der Gasmeßfühler 21 ist in der in F i g. 2 dargestellten

ίο Weise aufgebaut und mit einem scheibenförmigen Meßelement 22 versehen, das einen die Zusammensetzung der Abgase, und zwar insbesondere die Dichte von Sauerstoff, charakterisierenden elektrischen Widerstand aufweist aus einem Metalloxyd-Halbleiter, wie

z. B. Titanoxyd (ΤΊΟ2), besteht und auf seiner Oberfläche einen Katalysator, wie z. B. Platin (Pt) oder Rhodium (Rh), trägt Das Meßelemant 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

J5 Elektroden 31 und 32 stehen jeweils über leitendes Glasmaterial 33 bzw. 34 mit Anschlußstiften 35 und 36 elektrisch in Verbindung. Der elektrische Widerstandswert des Meßelemcntes 22 wird hierbei über die Anschlußstifte 35 und 36 gemessen.

Es sei nun auf Fig.3 eingegangen, in der die Steuerschaltung A gemäß F i g. 1 veranschaulicht ist. Bei der Steuerschaltung A besteht eine über einen Spannungsteilerpunkt a mit dem Gasmeßfühler 21 verbundene Bezugswiderstandsanordnung aus drei

■i") paralleigeschalteten Bezugswiderständen 41, 42 und 43, denen über den Gasmeßfühler 21 von einer nicht dargestellten Batterie eine konstante Gleichspannung V zugeführt wird.

Die Bezugswiderstände 42 und 43 sind jeweils über

5<> einen Relais-Arbeitskontakt 44 bzw. 45 mit dem Gasmeßfühler 21 verbindbar.

Der Spannungsteilerpunkt a zwischen den Bezugswiderständen 41, 42 und 43 und dem Gasmeßfiihler 21 ist über einen F.ingangswiderstand 47 mit einem eine Impedanzumsetzung durchführenden Pufferverstärker 46 verbunden, dessen Ausgangsanschluß jeweils über Eingangswiderstände 48, 49 und 50 mit Komparatoren 51,52 und 53 verbunden ist.

Ferner sind Bezugsspannungsgeneratoren 54, 55 und

bo 56 vorgesehen, die jeweils aus 1 eilerwiderständen 54/1 und 54B bzw. Teilerwiderständen 55Λ und 555 bzw. Teilerwiderständen 56Λ und 56ß bestehen und einen mit dem zugehörigen Komparator 51, 52 bzw. 53 verbundenen Spannungsteilerpunkt b, c bzw. daufwei-

b5 sen, an dem Bezugsspannungen gebildet werden. Der Bezugsspannungsgenerator 54 teilt die Gleichspannung V zur Bildung einer ersten Referenzspannung V_n, die dem ersten Komparator 51 zugeführt wird. In gleicher

Weise führen die Bezugsspannungsgeneratoren 55 und 56 dem zweiten Komparator 52 eine obere zweite Referenzspannung Vi (V\ > V₀) und dem dritten Komparator 53 eine untere dritte Referenzspannung V2 (V₂ < V₀)ZU.

Die Komparatoren 51,52 und 53 führen jeweils einen Vergleich der Eingangsspannungen mit den Referenzspannungen durch. Wenn die Spannung des Pufferverstärkers 46 oder die Spannung an dem Spannungsteilerpunkt a kleiner als die jeweilige Referenzspannung ist, geben die Komparatoren jeweils ein Ausgangssignal des Wertes »1« ab, während im Falle einer an dem Spannungsteilerpunkt a anliegenden größeren Spannung als die jeweilige Referenzspannung ein Ausgangssignal des Wertes »0« abgegeben wird. Störanteile in den Ausgangssignalen der Komparatoren 51, 52 und 53 werden jeweils durch Widerstände 57, 58 bzw. 59 und Kondensatoren 61,62 und 63 ausgefiltert.

Der erste Komparator 51 bildet in Abhängigkeit von Änderungen des elektrischen Widerstandes des Gasmeßfühlers 21 ein Gasmeßsignal. Mit dem Ausgangsanschluß des ersten Komparators 51 sind ein Inverter 64 und ein Widerstand 65 in dieser Reihenfolge derart verbunden, daß das Ausgangssignal des ersten Komparators 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/Brennstoff-Verhältnisregler des Vergasers 12 angelegt wird.

Die Ausgangssignale des zweiten Komparators 52 und des dritten Komparators 53 werden einer Widerstandsregelschaltung B zugeführt, die das Schließen und Öffnen der Relaiskontakte 44 und 45 steuert. Mit dem Ausgangsanschluß des zweiten Komparators 52 sind ein Inverter 66 und ein Flip-Flop 67 der Widerstandsregelschaltung ßderart verbunden, daß das Ausgangssignal des zweiten Komparators 52 über den Inverter 66 einem Setzanschluß S des Flip-Flops 67 sowie einem Taktanschluß CL eines Flip-Flops 80 zugeführt wird.

Das Flip-Flop 67 ist ein sogenanntes Daten-Flip-Flop. dessen Funktion auf der nachstehend als Tabelle 1 wiedergegebenen Wahrheitstabelle beruht.

Tabelle 1

CL	D	R	S	Q
S	0	0	0	0
	1	0	0	1
/	X	0	0	Q
V	X	1	0	0
X	X	0	1	1
X	X	1	1	1

In dieser Tabelle bezeichnen und den Anstieg bzw. den Abfall des Signals an einem Taktanschluß CL, X einen von diesem Signal unabhängigen Wert bzw. Zustand, 1 ein Signal des Wertes »1« und 0 ein Signal des Wertes »0«, während Q angibt, daß keine Änderung des Signals erfolgt bzw. erfolgt ist

An einem Rückstellanschluß R des Flip-Flops 67 liegt über eine Diode 70 die an dem Verbindungspunkt eines Kondensators 68 mit einem Widerstand 69 anstehende Spannung an. Der Kondensator 68 und der Widerstand 69 dienen zur Rückstellung des Flip-Flops 67 beim Schließen eines Schalters KS. d. h, zur Erzielung einer eingangs erfolgenden Rückstellung des Flip-Flops 67.

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

Mit dem Transistor 73 sind wiederum eine Relaiswicklung 74 zum Schließen und öffnen des Relaiskontaktes 44, eine Spannungsspitzen auffangende Diode 75,

1» eine zu Anzeigezwecken dienende Leuchtdiode 76 und ein Widerstand 77 verbunden.

Das Ausgangssignal des dritten Komparators 53 wird dem Taktanschluß CL des Flip-Flops 67 der Widerstandsregelschaltung B und einem Rückstellanschluß R des Flip-Flops 80 zugeführt.

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

2> verbunden.

Mit dem Transistor 83 sind wiederum eine Relaiswicklung 84 zum Schließen und öffnen des Relaiskontaktes 45, eine Spannungsspitzen abfangende Diode 85, eine zu Anzeigezweiken dienende Leuchtdiode 86 und

so ein Widerstand 87 verbunden.

Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung ändert sich der elektrische Widerstandswert des Gasmeßfühlers 21 in Abhängigkeit von der Gaszusammensetzung der von der Brennkraftmaschine 10 ausgestoßenen

Γ) Abgase, und zwsr 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/Brennstoff-Gemisches ändert, ändert sich der elektrische Widerstand R des Gasmeßfühlers 21 in Abhängigkeit von dem Luft/Brennstoff-Verhältnis A/F'm der durch die Kurven 71, Ti und Τϊ gemäß F i g. 4 dargestellten Weise.

Wenn mehr als einer der Bezugswiderstände eingeschaltet ist, was beim Anlassen der Brennkraftmaschine der Fall ist, liegt die Spannung an dem Spannungsteilerpunkt a bei einem Spannungspegel, der niedriger als sowohl die obere Referenzspannung Vi an dem Spannungsteilerpunkt c als auch die untere Referenzspannung V2 an dem Spannungsteilerpunkt d ist, so daß der zweite Komparator 52 und der dritte Komparator 53 beide Signale des Wertes »1« abgeben.

Dies hat zur Folge, daß von dem Inverter 66 ein invertiertes Signal des Wertes »0« dem Setzanschluß 5 des Flip-Flops 67 zugeführt wird, während dem Rückstellanschluß R für eine vorgegebene Zeitdauer über den die Anfangsrückstellung bewirkenden Kondensator 68 ein Signal des Wertes »1« zugeführt wird. Am Ausgangsanschluß Q des Flip-Flops 67 wird daher

μ 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 des Flip-Flops 80 zugeführt wird. Am Ausgangsanschluß Q des Flip-Flops 80 wird daher ebenfalls ein Signal des Wertes »0« abgegeben.
Dies hat zu 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 R_A des Bezugswiderstands 41 ist. Der Widerstandswert R_A ist derart vorgegeben, daß sich die Spannung an dem Spannungsteilerpunkt a zwischen der oberen Referenzspannung Vi und der unteren Referenzspannung V₂ ändert.

Mit steigender Temperatur fällt der elektrische Widerstand des Gasmeßfühlers ab, was dazu führt, daß die an dem Spannungsteilerpunkt a anstehende Spannung größer als die an dem Spannungsteilerpunkt d anstehende untere Referenzspannung wird. Auch wenn das Rückstellsignal für das Flip-Flop 80 den Wert »0« annimmt, behält das Ausgangssignal des Flip-Flops 80 jedoch den Wert »0« bei. Hierbei beginnt der Widerstandswert des Gasmeßfühlers, den Bezugswiderstandswert Ra zu überschreiten und die nachstehend näher beschriebene Steuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses /4/Fdes der Brennkraftmaschine 10 zugeführten Luft/Brennstoff-Gemisches setzt ein.

Das heißt, wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis A/F des der Brennkraftmaschine 10 zugeführten Luft/Brennstoff-Gemisches einen vorgegebenen Wert oder ein stöchiometrisches Luft/Brennstoff-Verhältnis ST überschreitet, wird der elektrische Widerstandswert R des Gasmeßfühlers 21 größer als der Bezugswiderstandswert Ra, wie dies in F i g. 4 veranschaulicht ist. Dies hat zur Folge, daß die Spannung an dem Spannungsteilerpunkt a kleiner als die Referenzspannung V₀ an dem Spannungsteilerpunkt b wird, so daß der erste Komparator 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/Brennstoff-Gemisches auf den stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältniswert STzugeführt wird.

Wird dagegen das Luft/Brennstoff-Verhältnis A/F kleiner als das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis 57; so wird der Widerstandswert R des Gasmeßfühlers 21 kleiner als der Widerstandswert R_A des Bezugswiderstandes, wie dies in F i g. 4 dargestellt ist. Dies hat zur Folge, daß die Spannung an dem Spannungsteilerpunkt a größer als die Referenzspannung V₀ an dem Spannungsteilerpunkt b wird, so daß der erste Komparator 51 ein Gasmeßsignal des Wertes »0« abgibt, das über den Inverter 64, den Widerstand 65 und die Treiberschaltung dem Luft/Brennstoff-Verhältnisregler des Vergasers 12 zur Erhöhung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses A/F des der Brennkraftmaschine 10 zugeführten Luft/Brennstoff-Gemisches auf den stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältniswert ST zugeführt wird.

Mit dem Anstieg der Betriebstemperatur des Gasmeßfühlers 21 auf eine mittlere Zwischentemperatur T₂ geht die elektrische Widerstandscharakteristik des Gasmeßfühlers 21 von der Kennlinie Ti auf die Kennlinie T₂ gemäß Fig.4 über und ändert sich bei einem mittleren Niveau. Dies hat zur Folge, daß die Spannung an dem Spannungsteilerpunkt a sich nicht langer zwischen der an dem Spannungsteilerpunkt c anliegenden oberen Referenzspannung Vi und der an dem Spannungsteilerpunkt d anliegenden unteren Referenzspannung Vj ändert, sondern größer als die obere Referenzspannung Vi wird. Dementsprechend geben sowohl der zweite Komparator 52 als auch der dritte Komparator 53 Signale des Wertes »0« ab.

Dem Setzanschluß Sdes Flip-Flops 67 wird daher das von dem Inverter 66 invertierte Signal des Wertes »1« zugeführt, während an seinem Rückstellanschluß /?nach > einer vorgegebenen Zeit nach dem Schließen des Schalters /CSein Signal des Wertes »0« ansteht. Dies hat zur Folge, daß am Ausgangsanschluß Q des Flip-Flops 67 ein Signal des Wertes »1« abgegeben wird.

Das Flip-Flop 80 erhält dagegen an seinem

m Setzanschluß S und seinem Rückstellanschluß R die Signale des Wertes »0«, an seinem Taktanschluß CL das Signal des Wertes »1« und an seinem Datenanschluß D das über den Anschluß ζ) 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 Anschluß Q des Flip-Flops 67 abgegebene Ausgangssignal von dem Wert »0« auf den Wert »1« invertiert und dem

2« Datenanschluß D zugeführt 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 Rb annimmt, der sich durch die Parallelschaltung der Bezugswiderstände 41 und 42 als Gesamtwiderstand aus

/? 41 · R 42

Λ 41 + R 42

ergibt.

Der Widerstandswert Rg ist derart vorgegeben, daß sich die Spannung an dem Spannungsteilerpunkt a zwischen den Referenzspannungen Vi und V₂ ändert. Auf diese Weise verringert sich bei einer Abnahme des elektrischen Widerstandes des Gasmeßfühlers 21 auch der elektrische Widerstandswert des Bezugswiderstandes, so daß die Feststellung der Gaszusammensetzung durch den ersten Komparator 51 wie im Falle der Betriebstemperatur Tj korrekt und genau durchgeführt wird.

Wenn der Gesamtwiderstand der Bezugswider-

•45 Standsanordnung den Wert Rb annimmt, fällt die Spannung an dem Spannungsteilerpunkt a unter die an dem Spannungsteilerpunkt c anliegende obere Referenzspannung V, ab und das Ausgangssignal des zweiten Komparators 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 Rückstellanschhiß /?des Flip-Flops 67 ein Signal des Wertes »0« zugeführt wird.

Bei einem sodann erfolgenden weiteren Anstieg der Betriebstemperatur des Gasmeßfühlers 21 auf ungefähr die höchste Betriebstemperatur Ti geht der elektrische Widerstandswert R des Gasmeßfühlers 21 entsprechend der Kurve 71 gemäß F i g. 4 auf ein weiteres niedrigeres

bo Niveau über. Dies hat zur Folge, daß die Spannung an dem Spannungsteilerpunkt a wieder höher als die an dem Spannungsteilerpunkt c anstehende obere Referenzspannung Vi wird, so daß der zweite Komparator 52 wieder wie der dritte Komparator 53 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 5 als auch dem Rückstellanschluß R und das über den Ausgangsanschluß Q des Flip-Flops 67 abgegebene Ausgangssignal des Wertes »1« dem Datenanschluß D des Flip-Flops 80 zugeführt werden, wird am Ausgangsanschluß Q das dem Datenanschluß D zugeführte Eingangssignal, d. h., das Signal des Wertes »1«, abgegeben.

Dies hat zur Folge, daß sowohl der Transistor 83 als

₌ RAX ■ R 42 ■ R 43

' R 41 ■ R 42+ R 42 ■ R 43 + Ä 43 Λ

auch der Transistor 73 durchgeschaltet und damit sowohl der Relaiskontakt 45 als auch der Relaiskontakt 44 geschlossen werden. Der elektrische Gesamtwiderstand der Bezugswiderstandsanordnung nimmt damit den Wert R₁ an, der sich durch die Parallelschaltung der Bezugswiderstände 41,42 und 43 als Gesamtwiderstand aus

ergibt. Der Widerstandswert Rc ist derart vorgegeben, daß sich die Spannung an dem Spannungsteilerpunkt a zwischen der oberen Referenzspannung Vi und der unteren Referenzspannung Vi ändert.

Auf diese Weise nimmt bei einem Abfall des elektrischen Widerstandswertes des Gasmeßfühlers 21 auch der Widerstandswert der Bezugswiderstandsanordnung ab, so diiß die Feststellung der Gaszusammensetzung durch den ersten Komparator in der gleichen Weise wie im Falle der Betriebstemperatur T₂ und T₃ genau und korrekt durchgeführt wird.

Hierbei bestehen zwischen der oberen Referenzspannung V₁, der unteren Referenzspannung V₂ und den Widerstandswerten Ra, Rb, Rc der Bezugswiderstandsanordnung die Beziehungen:

J±R_C>R_B>J±R_A,

R₁

Rh

und

R-, < -y- Rh ■

Wenn nach einem solchen Abfall die Betriebstemperatur des Gasmeßfühlers 21 sodann den Wert T₂ annimmt, geht der elektrische Widerstandswert R des Gasmeßfühlers 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 Referenzspannung Vi als auch kleiner als die an dem Spannungsteilerpunkt d anstehende untere Referenzspannung V₂ wird, so daß die Komparatoren 52 und 53 Signale des Wertes »1« abgeben. Dementsprechend wird dem Flip-Flop 80 an seinem Setzanschluß Sein Signal des Wertes »0« und an seinem Rückstellanschluß R ein Signal des Wertes »1« zugeführt, so daß das Flip-Flop 80 über seinen Ausgangsansc'iluß 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 Ober 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 AusgangsanschlutJ Q ein Ausgangssignal des Wertes »1« ab.

Dementsprechend wird lediglich der Transistor 73 durchgeschaltet und damit lediglich der Relaiskontakt 44 geschlossen, so daß der elektrische Gesämlwidei¹-stand der Bezugswiderstandsanordnung den Wert Rn annimmt.

Beim Übergang des Gesamtwiderstandes der Bezugswiderstandsanordnung auf den Widerstandswert Rb wird die Spannung an dem Spannungsteilerpunkt a größer als die an dem Spannungsteilerpunkt d anstehende untere Referenzspannung V2 und das Ausgangssignal des dritten !Comparators 53 geht auf den Wert »0« über, während das Flip-Flop 80 jedoch weiterhin ein Signal des Wertes »0« abgibt, da sich das an seinem Taktanschluß CL anstehende Signal nicht ändert.

jo Wenn die Betriebstemperatur des Gasmeßfühlers 21 sodann von dem Wert T₂ auf den Wert T₃ abfällt, steigt der elektrische Widerstandswert des Gasmeßfühlers 21 weiter an. Dies hat zur Folge, daß die Spannung an dem Spannungsteilerpunkt a wieder niedriger als die an dem Spannungsteilerpunkl d anstehende untere Referenzspannung V2 wird und der dritte Komparator 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 5, 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 wieder den Wert R_A annimmt

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

Die elektrische Widerstandscharakteristik des Gasmeßfühlers 21 kann sich im Laufe der Zeit ändern, wie dies in F i g. 5 durch eine Kennlinie N für einen neuen Gasmeßfühler und eine Kennlinie U für einen im Gebrauch befindlichen Gasmeßfühler (dessen elektrischer Widerstandswert sich im Laufe der Zeit verändert hat) veranschaulicht ist, und zwar auch dann, wenn die Betriebstemperatur des Gasmeßfühlers die gleiche ise.

In einem solchen Falle ändert sich der Bezugswiderstandswert ebenfalls entsprechend der Änderung der elektrischen Widerstandscharakteristik, so daß eine genaue und korrekte Feststellung der Abgaszusammen-

Setzung möglich ist.

Anstelle der bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel vorgenommenen 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 Weisr vorgenommen werden. Außerdem kann die Steuerung der Relaiskontakte anstelle der bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel nacheinander erfolgenden Umschaltung ajch derart erfolgen, daß beim Schließen eines der Relaiskontakte der jeweils andere Relaiskontakt geöffnet wird

Die obere Referenzspannung Vi des zweiten Komparators 52 und die untere Referenzspannung V> des dritten !Comparators 53 können derart festgelegt sein, daß die mittlere Referenzspannung V₀ des ersten !Comparators 51 den Mittelwert zwischen den Refe

renzspannungen Ki und V2 darstellt, wobei die Referenzspannungen in Abhängigkeit von dem Änderungsbereich des Widerstandswertes des verwendeten Meßfühlers in geeigneter Weise eingestellt werden ^r) können. Die Zuführung der Referenzspannungen Vo, V\ und V2 kann auch durch Schaltung von Widerständen 91 bis 94 in der in F i g. 7 veranschaulichten Weise erfolgen. Obwohl das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispie! in bezug auf die Feststellung der Abgaszusam-

lu mensetzung 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 darüber hinaus auch zur Feststellung bzw. Überwachung von Abgasen anderer Verbrennungssystcrnc, wie z. B. bei Heizkesseln usw., Verwendung finden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Schaltungsanordnung zur Überwachung der Zusammensetzung des Abgasgemischs einer mit einem Luft/Brennstoff-Gemisch betriebenen Brennkraftmaschine mit

a) einem dem Abgasgemisch ausgesetzten resistiven Meßfühler, dessen Widerstand bei einem überstöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis einen ersten Wert und bei einem unterstöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis einen zweiten Wert annimmt,

b) einem von der Zusammensetzung des Abgasgemischs unbeeinflußten Bezugswiderstand, der mit dem Meßfühler in Reihe geschaltet ist,

c) einer mit dem Meßfühler und dem Bezugswiderstand in Reihe geschalteten Spannungsquelle,

d) einem ersten Bezugsspannungsgenerator zur Erzeugung einer ersten Referenzspannung und

e) einem ersten Komparator zum Vergleich der Meßspannung am Verbindungspunkt des Meßfühlers und des Bezugswiderstands mit der ersten Referenzspannung,

gekennzeichnet durch

f) einen zweiten Bezugsspannungsgenerator (55) zur Erzeugung einer zweiten Referenzspannung, die größer als die erste Referenzspannung ist,

g) einen zweiten Komparator (52) zum Vergleich der Meßspannung mit der zweiten Referenzspannung,

h) einen dritten Bezugsspaiinungsgenerator (56) zur Erzeugung einer dritten Referenzspannung, die kleiner als die erste Referenzspannung ist,

i) einen dritten Komparator (53) zum Vergleich der Meßspannung mit der dritten Referenzspannung und

j) eine von den Ausgangssignalen des zweiten und dritten Komparators (52 bzw. 53) beaufschlagte Regelschaltung (B, 44, 45) zur Einstellung des veränderbar ausgebildeten Bezugswiderstands (41, 42, 43) jeweils auf einen solchen Wert, bei dem die Meßspannung zwischen der zweiten und dritten Referenzspannung liegt und um die erste Referenzspannung schwankt, wenn Übergänge zwischen den beiden Werten des Meßfühlers (21) auftreten.