DE2921256A1

DE2921256A1 - Verfahren und vorrichtung zur temperaturkompensation in einem abgassensorsystem einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2921256A1
Application number: DE19792921256
Authority: DE
Inventors: Arnold D Nielsen
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1978-05-31
Filing date: 1979-05-25
Publication date: 1979-12-06
Also published as: CA1121879A; GB2022192B; US4150562A; GB2022192A; JPS54158991A

Description

5585 Z/BRR-21 Sp uk Patentanmeldung

Verfahren und Vorrichtung zur Temperaturkompensation in einem Abgas s en s or sy stern einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Temperaturkompensation in einem Abgas sensor system einer Brennkraftmaschine mit einem im Abgas strom angeordneten, einen sich verändernden Widerstand aufweisenden Sensor* der ein erstes elektrisches Signal erzeugt, das abhängig vom Partialdruck des im Abgas vorhandenen Sauerstoffes und von der Temperatur des Abgases ist.

Die heute immer schärfer werdenden Umweltschutzbestimmungen haben dazu geführt, daß unterschiedlichste Verfahren und Vorrichtungen entwickelt wurden, um die schädlichen Anteile im Abgas einer Brennkraftmaschine, wie Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxyd und verschiedene Stickoxyde auf ein Minimum zu verringern. Eingehende Untersuchungen des Verbrennungsvorganges in einer Brennkraftmaschine haben zu dem Ergebnis geführt, daß die Anwendung eines im Abgas strom der Brennkraftmaschine angeordneten katalytischen Konvertors eine praktikable und wirksame Maßnahme zur wesentlichen Reduzierung dieser schädlichen Betandteile des Abgases darstellt. Ein katalytischer Konvertor zur Behandlung der Abgase einer Brennkraftmaschine, der gleichzeitig

SiU der Gesellschaft: Köln RegistergWlorft «airWfF» S* - tyoiWtzSficTer dfes Aufsichtsrates: Robert A. Lutz

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in der Lage ist, wesentliche Bestandteile der eingangs genannten drei schädlichen Abgasbestandteile in Wasser, Kohlendioxyd oder gasförmigen Stickstoff umzuwandeln, wird als "Drei-Weg-Katalysator" bezeichnet.

Um jedoch einen bekannten Drei-Weg-Katalysator mit einem hohen Wirkungsgrad zu betreiben, muß das Abgas der Brennkraftmaschine das Produkt der Verbrennung eines im wesentlichen stöchiometrischen Luft/ Kraftstoff-Gemisches sein. Solche Drei-Weg-Katalysatoren weisen ein sehr enges, sogenanntes "Fenster "für Luft/Kraftstoff-Verhältnis se auf, bei denen eine hochwirksame Umwandlung der drei eingangs genannten schädlichen Abgasbestandteile erzielt wird. Wird ein stöchiometrisches Luft/Kr aft stoff-Verhältnis mit λ bezeichnet, so erstreckt sich das "Fenster" nur zwischen Werten von etwa 0, 99 ^ bis etwa 1, 01 λ

Ein solcher Drei-Weg-Katalysator ist zum Beispiel aus der US-PS 3 895 093 bekannt. Liegen Luft/Kraftstoff- Verhältnis se oberhalb oder unterhalb dieses engen "Fensters", so werden zwei der eingangs erwähnten drei schädlichen Abgasbestandteile nur zu einem sehr geringen Prozentsatz umgewandelt. Bei Luft/Kraftstoff-Verhältnis sen innerhalb des engen "Fensters" werden die drei schädlichen Abgasbestandteile zu einem sehr hohen Prozentsatz, der manchmal 90 % erreicht, umgewandelt. Im Hinblick auf das enge "Fenster" eines Drei-Weg-Katalysators wurden Verfahren und Vorrichtungen entwickelt, um eine Brennkraftmaschine mit Luft/Kraftstoff-Verhältnissen zu betreiben, die so nahe wie möglich beim stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis liegen.

Das zufriedenstellendste Verfahren zum fortwährenden Betreiben einer Brennkraftmaschine in einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis im erwünschten stöchiometrischen Bereich besteht in der Anwendung einer entsprechenden Rückkupplungs-Steuervorrichtung. Einen wesentlichen Teil einer solchen Rückkupplungs-Steuervorrichtung stellt hierbei ein im

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Abgasstrom der Brennkraftmaschine angeordneter Sensor dar, der in der Lage ist, die chemische Zusammensetzung der heißen Abgase entsprechend zu erfassen, so daß aus den von ihm gelieferten Signalen die Steuerung einen präzisen Luftanteil und/oder Kraftstoffanteil des Luft/Kraftstoff-Gemisches bestimmen kann, der der Brennkraftmaschine zugeführt wird.

Eine Art der elektrochemischen Abgassensoren verwendet ein keramisches Material, das eine vorbestimmte erhebliche Widerstandsveränderung aufweist, sobald der Partialdruck des Sauerstoffs in seiner UmgebungsatmoSphäre schwankt. Ein Beispiel eines solchen Materials ist Titan (Titanoxyd mit der allgemeinen Formel TiC^)·

Solche Abgassensoren und deren Herstellung sind aus der US-PS 3 886 zu entnehmen. Versuche mit solchen Vorrichtungen haben gezeigt, daß bei erhöhten und im wesentlichen konstanten Temperaturen diese Vorrichtungen tatsächliche eine stufenartige Veränderung des Widerstandes aufzeigen, sobald sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des die Abgase erzeugenden Luft/Kr aftstoff-Verhältnisses von fett- nach rmager und von mager- nach -fett hin ver ander t-

Eine grundsätzliche Schwierigkeit, die bei derartigen Vorrichtungen auftritt, besteht darin, daß diese Sensoren auch eine stufenartige Veränderung des Widerstandes aufzeigen, wenn sich die Temperatur des keramischen Materials ändert. So erzeugt z. B. eine Temperaturänderung von etwa 260 C eine gleiche stufenartige Veränderung des Widerstandes wie sie einer Änderung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses von fett nach mager oder von mager nach fett hin entspricht.

Solche Temperatur änderung en können jedoch im Abgassystem eines Kraftfahrzeuges verhältnismäßig leicht auftreten, wenn z. B. die Brennkraftmaschine von geringer Belastung auf hohe Belastung beschleunigt wird.

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Je nach der Anordnung des Abgassensors im Abgassystem würde eine solche Temperatur änderung zu einem die genaue Aufbereitung des Luft/ Kraftstoff-Gemisches störenden Signal führen. Bei bisher angewendeten Abgassensoren dieser Art war es daher erforderlich, entsprechende Maßnahmen zu treffen, die sicherstellten, dafl die Temperatur des Abgassensors verhältnismäßig konstant gehalten werden konnte.

Solche Maßnahmen bestanden hierbei darin, daß aufwendige, elektronische Temepraturmeßeinrichtungen und elektrische Heiz einrichtung en im Bereich des Abgassensors angeordnet wurden, um diesen auf einer gleichbleibenden Temperatur zu halten. Um hierbei im günstigen Arbeitsbereich des Sensors zu bleiben, wurde dieser zumeist im höheren Bereich der zu erwartenden Abgastemperaturen betrieben, was bedeutete, daß er während eines Großteil des Betriebes der Brennkraftmaschine zusätzlich beheizt werden mußte. Obwohl mittlerweile für diesen Zweck verhältnismäßig robuste !Lösungen gefunden wurden, führte die erforderliche zusätzliche Heizeinrichtung und die elektronischen Temperaturmeßeinrichtungen zu erhöhten Kosten und zu erhöhten Fehlermöglichkeiten. Ein zusätzliches Problem trat durch Brüche des keramischen Materials infolge der raschen Aufheizung durch die zusätzliche Heizeinrichtung auf. Bei geringere.ι Anforderungen an den optimalen Betrieb der Brennkraftmaschine konnten diese Schwierigkeiten teilweise vermieden werden, indem der Abgassensor in einem Bereich des Abgassystems eingebaut wurde, in dem sich die Temperatur der Abgase in Abhängigkeit von der Betriebsweise der Brennkraftmaschine nicht mehr so gravierend auswirkte.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung für einen Abgassensor der oben erwähnten Art zu schaffen, die eine Temperaturkompensation für das vom Abgassensor abge gebene Signal ermöglicht.

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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem die im Patentanspruch 1 aufgezeigten Verfahrensschritte durchgeführt werden.

In den Ansprüchen 2 bis 5 ist eine entsprechende Vorrichtung prinzipiell erläutert und näher beschrieben.

Dadurch, daß eine Meßeinrichtung an der Brennkraftmaschine angeordnet wird, die ein zweites elektrisches Signal in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine erzeugt und eine elektrische Schaltung bereitgestellt wird, in der beide elektrische Signale derart miteinander verarbeitet werden, daß das zweite elektrische Signal jede Temperatur abhängigkeit im ersten elektrischen Signal ausgleicht, wird bei einfacher Anordnung eines einen sich verändernden Widerstand aufweisenden robusten, keramischen Abgassensors im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine ein Signal für eine Rückkupplungs-Steuervorrichtung erzielt, das unabhängig von der auf den Abgassensor einwirkenden Temperatur während unterschiedlicher Betriebsweisen der Brennkraftmaschine ist.

Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, daß bereits ein Versuch unternommen wurde, eine Temperaturkompensation eines Abgassensors über eine elektrische Schaltung zu erreichen. Bei dieser bekannten Lösung wurde ein keramischer Sensor mit sich veränderndem Widerstand entsprechend dem Partialdruck des Sauerstoffes und entsprechend der Temperatur im Abgas, wie z. B. Titan mit einem anderen keramischen Sensor kombiniert, der einen sich verändernden Widerstand entsprechend einem Termistor aufwies. Die beiden keramischen Sensoren wurden in Serie geschaltet und in einem Spannungsteiler-Netzwerk angeordnet. Wurde eine Bezugs spannung am Spannungsteiler-Netzwerk angelegt, so konnte die Spannung an der Verbindungsstelle zwischen den beiden keramischen Sensoren als Ausgangs signal des Abgassensor-Systems abgenommen werden. Die Ausgangsspannung an der

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Verbindungsstelle der beiden Sensoren war hierbei verhältnismäßig temperaturunabhängig, da der Einfluß der Temperatur auf die beiden unterschiedlichen keramischen Sensoren elektrisch entgegengesetzt war. Beim Vergleichen der Ausgangs spannung mit der Spannung an den anderen Enden des Spannungsteilers-Netzwerkes konnte ein verwendbares Ausgangssignal erzielt werden. Durch wahlweises Festlegen des Ausgangssignales entweder als Spannungsabfall an dem auf den Partialdruck des Sauerstoffes ansprechenden Sensor oder aber als Spannungsabfall an dem als Thermistor wirkenden Sensor, konnte das resultierende Ausgangssignal als aussagekräftig für das Luft/Kr aft stoff-Verhältnis abgestimmt werden. Die Anordnung zweier solcher Sensoren im Abgassyste m einer Brennkraftmaschine erhöhte neben den Kosten wieder die Fehlermöglichkeit eines solchen Systems.

Die Erfindung geht somit von der Anordnung nur eines Abgassensors im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine aus und verringert hierdurch die für die Anordnung eines solchen Sensors im Abgassystem erforderlichen Her stellung s- und Montagekosten und eventuelle Fehlermöglichkeiten.

Die Erfindung wird anhand eines in den beiliegenden Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einem Abgassensorsystem und einer Rückkuppelungs-Steuervorrichtung für die Gemischaufbereitung;

Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm in Blockform für eine elektrische Schaltung s vor richtung gemäß der Erfindung und

Fig. 3 ein Diagramm des sich verändernden Widerstandes des Abgassensors bei unterschiedlichen Luft/Kr aft stoff-Verhältnissen und unterschiedlichen Betriebsweisen der Brennkraftmaschine.

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In Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 10 mit einem Ansaugkrümmer 12 und einem Auspuffkrümmer 14 schematisch dargestellt. Der Auspuffkrümmer 14 steht in Verbindung mit einer Abgasleitung 16. Eine Kraftstoff-Zumeßvor richtung 18, die z. B. ein Kraftstoffeinspritzsystem oder ein Vergaser sein kann, ist am Ansaugrohr 12 angeschlossen. Die Kraftstoff-Zumeßvorrichtung 18 ist einerseits mit einem herkömmlichen Luftfilter 20 und andererseits mit einer Modulier einrichtung 22 verbunden, die das Luft/Kraftstoff-Verhältnis verändert. Die Luft/Kr aft stoff-Moduliereinrichtung 22 kann z. B, im Falle einer elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzung ein veränderbarer Widerstand sein, der die Menge des der Brennkraftmaschine 10 zugeführten Kraftstoffes im Verhältnis zur gegebenen Menge der Luft steuert. Im Falle eines Vergasers kann die Luft/Kraftstoff- Modulier einrichtung 22 aus einer im Querschnitt veränderbaren Düsenöffnung bestehen, die die Menge des der Brennkraftmaschine 10 zugeführten Kraftstoffes entsprechend der gegebenen Menge an Luft steuert. Die Luft/Kraftstoff-Moduliereinrichtung 22 kann alternativ auch eine veränderbare Luftklappe steuern, die die Menge der der Brennkraftmaschine 10 zugeführten Luft mit Bezug auf eine gegebene Menge an Kraftstoff, die durch die Zumeßeinrichtung 18 bereitgestellt wird, steuert.

Die Abgasleitung 16 ist mit einem Abgas sensor 24 versehen, der im Abgas strom der Brennkraftmaschine liegt und auf Veränderungen der chemischen Zusammensetzung der Abgase anspricht« Eine Vielzahl von Abgassensoren 24 sind für diesen Anwendungszweck geeignet und bestehen aus einen sich verändernden Widerstand aufweisenden keramischen Sensoren z. B. in der Form von Titanoxydoder Kobaltmonoxyd. Eine elektronische Steuereinrichtung 26 steht über Steuerleitungen 28 und 30 mit dem Abgassensor 24 in Verbindung. Die elektronische Steuereinrichtung 26 steht über eine Steuerleitung 36 mit der Luft/Kraftstoff-Moduliereinrichtung 22 in Verbindung. Ein Drehzahlgeber 31 an der Brennkraftmaschine ist über eine Leitung 32 mit der elektronischen

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Steuereinrichtung 26 verbunden. Die elektronische Steuereinrichtung 26 ist derart ausgelegt, daß sie auf Signale des Abgas sensors 24, die eine Veränderung der chemischen Zusammensetzung der Abgase anzeigen, reagiert, um ein Steuersignal zu erzeugen, das über die Luft-Kraftstoff-Moduliereinrichtung 22 für eine genaue Einhaltung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses im Bereich des gewünschten stöchiometrischen Bereiches sorgt. Die elektronische Steuereinrichtung 26 sorgt hierbei gleichzeitig für eine Temperaturkompensation der vom Abgassensor 24 kommenden Signale. Zu diesem Zweck empfängt die elektronische Steuereinrichtung 26 über die Leitung 32 Signale des Drehzahlgebers 31 der Brennkraftmaschine. Es ist leicht zu erkennen, daß bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine die Temperatur im Abgassystem niederiger als bei hohen Drehzahlen ist.

Ohne eine Temperaturkompensation kann die Änderung des Widerstandes des Abgassensors, z. B. eines TiO2-Sensors, wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, einen Bereich von 0,46 im Luft/Kraftstoff-Verhältnis zwischen Leerlauf und etwa 96 km/h übergreifen* In der nachfolgenden Tabelle ist die AusgangsSpannung eines Abgassensors 24 an der Schaltung 40 bei verschiedenen Betriebs zu ständen der Brennkraftmaschine aufgezeigt.

Fahrge schwindigkeit

Leerlauf 32 km 64 km 80 km 96 km

Ideal und wünschenswert wäre es, wenn die Ausgangs spannung im Bereich eines stöchiometrischen Gemisches konstant bliebe, auch wenn sich die

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Temp. °C	Operations - punkt des Sensors bei Stöchiometrie	Aus gang s- spannung
492°C	120 Ohm	.43 V
542°C	80 Ohm	.48 V
630°C	8. 5 Ohm	.9 V
705°C	5 Ohm	.98 V
717°C	2 Ohm	1.08 V

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Temperatur des Abgases ändert. Die Erfindung sorgt für einen Temperaturausgleich über ein von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abgeleitetes Signal.

Parameter, die experimentell abgeleitet wurden, haben aufgezeigt, daß die Temperaturkompensation in Form einer Funktion A (B + X) erfolgen kann, wobei A und B konstant sind und X eine Funktion der Drehzahl der Brennkraftmaschine darstellt. Ist z. B. X eine Spannung in der Höhe von 0, 123 Volt / 1000 U/min, so kann die Korrektur 1, 9 (0, 105 + X) sein. Experimentell gesammelte Daten haben aufgezeigt, daß die Annahme einer linearen Abhängigkeit zwischen Drehzahl der Brennkraftmaschine und Temperatur des Abgases gerechtfertigt ist.

In Fig. 2 ist die elektronische Steuervorrichtung 26 als Blockschaltbild gezeigt. Sie besteht aus einer Schaltung 40, die mit dem Abgassensor 24 über Leitungen 28 und 30 verbunden ist und aus einer Ausgleichsschaltung 50, die über eine Leitung 32 mit dem Drehzahlgeber 31 der Brennkraftmaschine verbunden ist. Eine Vergleichsschaltung weist einen Ausgang auf, der über eine Leitung 36 mit der Luft/Kraftstoff-Moduliereinrichtung 22 verbunden ist. Ein erster positiver Eingang der Vergleichsschaltung 70 ist über eine Leitung 71 mit der Schaltung 40 des Abgassensors 24 verbunden und ein zweiter negativer Eingang der Vergleichsschaltung 70 ist über eine Leitung 72 mit der Ausgleichsschaltung 50 des Drehzahlgebers 31 verbunden.

Die Schaltung 40 ist aufgebaut, um eine Veränderung des Widerstandes des Abgas sensor s 24 in eine Spannungs änderung umzusetzen. Sie besteht aus einem Widerstand 41, dessen eines Ende an einer Versorungsspannung Vcc liegt und dessen anderes Ende über die Leitung 28 mit dem Abgassensor 24 verbunden ist, der über die Leitung 30 an Masse liegt. Die Versorungsspannung Vcc kann hierbei von einer geeigneten Spannungsquelle wie z. B. der Batterie des Kraftfahrzeuges geliefert werden.

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Der Widerstand 41 und der Abgassensor 24 bilden einen Spannungsteiler, bei dem die relativen Widerstände des Abgassensors 24 und des Widerstandes 41 den Spannungsabfall über den Abgas sensor 24 bestimmen. Über einen Eingangs wider stand 42 ist die Leitung 28 mit dem negativen Eingang eines Operationsverstärkers oder einer Vergleicherschaltung verbunden. Der positive Eingang des Operationsverstärkers 43 ist mit der Verbindungsstelle zwischen zwei Widerständen 44 und 45 verbunden, die einerseits an der Versorgungsspannung Vcc und andererseits an Masse liegen. Auf diese Weise wird für den Operationsverstärker 43 eine Bezugs spannung bereitgestellt. Ein Rückkupplung swider stand 46 verbindet den Ausgang des Operationsverstärkers 43 mit dessen negativem Eingang und sorgt hierdurch für eine Stabilisierung dessen Funktion. Ein Widerstand 47 liegt in Serie zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers 73 und dem positiven Eingang der Vergleichsschaltung 70. Ein Widerstand 48 liegt zwischen dem positiven Eingang der Vergleichsschaltung 70 und der Mrsse. Die Widerstände 47 und wirken als Spannungsteiler für den Ausgang des Operationsverstärkers 43 mit Bezug auf den positiven Eingang der Vergleichsschaltung 70.

Die Ausgleichsschaltung 50 besteht aus einem Summenverstärker 51, dessen Ausgang mit dem negativen Eingang der Vergleichsschaltung über eine Leitung 72 verbunden ist. Der positive Eingang des Summenverstärkers 51 ist über einen Widerstand 53 mit dem Ausgang eines ersten Operationsverstärkers oder einer Vergleichsschaltung 52 und über einen Widerstand 55 mit dem Ausgang eines zweiten Operationsverstärkers oder einer Vergleichsschaltung 54 verbunden. Der negative Eingang des Summenverstärkers 51 ist über einen Widerstand 56 mit der Masse verbunden, wobei der Ausgang des Summenverstärkers 51 über einen regelbaren Rückkupplung swider stand 57 mit dessen negativem Eingang verbunden ist. Auf diese Weise kann der Verstärkungsgrad des Summenverstärkers 51 entsprechend eingestellt werden.

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Der positive Eingang des Operationsverstärkers 52 ist mit dem Abnehmer eines veränderbaren Widerstandes 58 verbunden, der mit seinem einen Ende an der Versorgungs spanne und mit seinem anderen Ende an Masse liegt. Der negative Eingang des Operationsverstärkers 52 ist hierbei mit dessen Ausgang verbunden, um durch Rückkupplung dessen Funktion zu stabilisieren. Analog hierzu ist der negative Eingang des Operationsverstärkers 54 mit dessen Ausgang verbunden. Der positive Eingang des Operationsverstärkers 54 ist über eine Leitung 32 mit dem Drehzahlgeber 31 der Brennkraftmaschine verbunden und schafft somit einen Puffer für die Dr eh zahl spannung.

In der nachfolgenden Liste sind geeignete Werte für die Einzelteile der elektronischen Schallkreise angegeben:

Vcc = 15 Volt Gleichstrom

Widerstand 53 = 100 k Ohm

Widerstand 55 = 100 k Ohm

Widerstand 57 = 500 k Ohm

Widerst and 56 = 47 k Ohm

Widerstand 58 = 100 k Ohm

Vergleichsschaltung 70 = LM 339 National Semiconductor Vergleichsschaltungen oder Operationsverstärker

43, 52, 54 = LM 324 National Semiconductor

Funkti on s we i s e

Die elektronische Steuervorrichtung 26 sorgt für eine Temperaturkompensation des Abgassensors 24 aus Titanaxyd Das bedeutet, die Kompensation der Veränderung der Charakteristik des Abgassensors 24 mit der Temperatur wird in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine auf den Operationspunkt des Sensors hin programmiert.

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In Kürze gesagt, arbeitet der Abgassensor 24 als ein stöchiometrischer Abgas-Luft/Kraftstoff-Sensor. Ideal würde der Sensor eine stufenartige Veränderung des Widerstandes unabhängig von der Temperatur aufzeigen, sobald die Zusammensetzung des Abgases eine Abweichung des Luft/ Kraftstoff-Verhältnisses vom stöchiometrischen Verhältnis aufweist. Das Sensor signal wird ständig mit einem Bezugswert verglichen, der der Charakteristik des Sensors bei Änderungen der Zusammensetzung des Abgases entspricht. Nach einem solchen Vergleich wird ein Ausgangssignal erzeugt, sobald die festgestellte Abgaszusammensetzung eine Korrektur der Gemischaufbereitung der Brennkraftmaschine als notwendig erkennen läßt.

Im Falle eines Titanoxyd-Abgassensors 24 erzeugt eine Abweichung der Zusammensetzung des Abgases von den stöchiometrischen Werten eine abrupte Veränderung des elektrischen Widerstandes des Sensors. Der Abgassensor 24 verhält sich wie ein veränderbarer Widerstand, dessen Spannungsabfall kennzeichnend für den sich ändernden Partialdruck des Sauerstoffes in den heißen Abgasen ist. Durch entsprechende Weiterleitung d es Sensorsignales des Abgassensors 24 zur elektronischen Steuervorrichtung 26 könnte daher bereits ein Ausgangssignal für eine Korrektur der Gemischaufbereitung der Brennkraftmaschine erzielt werden.

Der Spannungsabfall über den Abgassensor 24 ist jedoch nicht nur von der Zusammensetzung des Abgases sondern auch von der Temperatur der Abgase abhängig. Um diese Temperaturabhängigkeit des Spannungsabfalls zu kompensieren, wird das Sensorsignal zusammen mit einem in einer Ausgleichsschaltung erzeugten Drehzahl signal einer Vergleichsschaltung zugeleitet, bevor das Ausgangssignal der elektronischen Steuervorrichtung 26 zugeleitet wird. Die in Fig. 2 gezeigten Schaltungsvorrichtungen bewirken im wesentlichen folgendes. Die Schaltung 40 setzt im wesentlichen die Änderung des Widerstandes des Abgassensors 24 in eine Spannungsänderung um. Darüber hinaus wirkt die Schaltung 40

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als Puffer und sorgt für eine Ausgangs spannung , die mit der Arbeitsspannung der Vergleichsschaltung 70 vereinbar ist. Das heißt, die beiden Eingänge des Operationsverstärkers 43 werden mit unterschiedlichen Spannungen geeigneter Höhe versorgt, um nach entsprechender Verstärkung im Operationsverstärker 43 und nach entsprechender Spannungsteilung an den Widerständen 47 und 48 eine geeignete Spannung für den Eingang der Vergleichsschaltung 70 bereitzustellen.

In analoger Weise sorgt die Ausgleichsschaltung 50 für entsprechende Differenz spannung en im Hinblick auf die Drehzahlspannung und den Eingang des Summenver stärker s 51. Die Ausgleichsschaltung 50 summiert die an der Leitung 32 vorhandene Drehzahlspannung mit einer am Widerstand 58 einstellbaren Vorspannung, um eine entsprechend veränderbare Spannung am Ausgang des Summenverstärkers 51 bereitzustellen. Der Operationsverstärker 54 wirkt als Puffer-Verstärker für den Eingang der Drehzahlspannung. In ähnlicher Weise wirkt der Operationsverstärker 52 als Operations-Puffer-Verstärker für die veränderbare Vorspannung. Die Ausgänge der Operationsverstärker 52 und 54 sind über de Widerstände 53 und 55 von gleicher Größe mit dem positiven Eingang des Summenver stärker s 51 verbunden. Hier wird das Eingangssignal um einen erwünschten Verstärkungsgrad verstärkt, um ein erwünschtes Ausgangssignal zu erzielen. Der Verstärkungsgrad kann hierbei über den veränderbaren Widerstand 57 in Verbindung mit dem Widerstand 56 entsprechend eingestellt werden. Der Ausgang des Summenver stärker s 51 ist mit dein negativen Eingang der Vergleichsschaltung 70 verbunden und sorgt für eine Kompensation des Funktionspunktes des Abgassensors 24 im Hinblick auf dessen Temperatur. Der Verstärkungsgrad des Summenver slar ker s 51 und die Vorspannung werden durch experimentelles Erfassen der Daten der Widerstandsänderung des Abgassensors 24 gegenüber dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis und gegenüber der Temperatur ermittelt. Es hat sich bei getesteten Kraftfahrzeugen gezeigt, daß sich bei einem variablen Bezug gute Resultate mit nur einer Abweichung

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von 0, 08 im Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Bereich zwischen Leerlauf und etwa 96 km/h ergeben, während bei einem festen Bezug sich eine Abweichung von 0, 29 im Luft/Kraftstoff-Verhältnis über den gleichen Geschwindigkeitsbereich ergibt. Das bedeutet, daß solange das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis im Bereich des stöchiometrischen Verhältnisses liegt, die Sensor spannung des Abgassensors von der Temperatur änderung des Abgases herrührt und durch die Ausgleichsschaltung 50 derart korrigiert wird, daß die Vergleichsschaltung 70 kein Ausgang8signal für eine Veränderung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses erzeugt.

Die in den beiliegenden Zeichnungen gezeigte Schaltungsanordnung und die in der Beschreibung angegebenen Bauteile sind nur als Ausführungsbeispiele anzusehen und sollen den Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung nicht einschränken.

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-4t-

Leer seife

Claims

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Patentansprüche

Verfahren zur Temperaturkompensation in einem Abgas sensorsystem einer Brennkraftmaschine mit einem im Abgasstrom angeordneten, einen sich verändernden Widerstand aufweisenden Sensor, der ein erstes elektrisches Signal erzeugt, das abhängig vom Partialdruck des im Abgas vorhandenen Sauerstoffes und von der Temperatur des Abgases ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßeinrichtung (31) an der Brennkraftmaschine (10) angeordnet -wird, die ein zweites elektrisches Signal (Drehzahlsignal) in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine erzeugt und eine elektrische Schaltung (40,, 50 und 70) bereitgestellt wird, in der beide elektrischen Signale (Sensorsignal und Drehzahl signal) derart miteinander verarbeitet werden, daß das zweite elektrische Signal (Drehzahl signal) jede Temperatur abhängigkeit des ersten elektrischen Signals (Sensorsignal) ausgleicht.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Ausgleichsschaltung (50) aus einem eine Vorspannung bereitstellenden Operationsverstärker (52), einem ein Drehzahlsignal bereitstellenden Operationsverstärker (54) und einem Summenverstärker (51) von ausreichendem Verstärkungsgrad besteht, um ein Ausgangssignal (in Leitung 72) zu erzeugen, das ausreicht, die Temperaturabhängigkeit des ersten elektrischen Signals (in Leitung 71) auszugleichen und die allgemeine Form A (B + X) aufweist, wobei A der Verstärkungsgrad des Summenverstärkers (51), B die Höhe der Vorspannung und X die Größe des zweiten elektrischen Signals (Drehzahlsignals) ist.

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ORIGINAL INSPECTED

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3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß in der Ausgleichsschaltung (50) dem Summenverstärker (51) an dessen positivem Eingang einerseits eine über einen "regelbaren Widerstand (58) und einen Operationsverstärker (52) sowie einen Widerstand (53) bereitgestellte Vorspannung als auch das zweite elektrische Signal (Drehzahlsignal) über einen Operationsverstärker (54) sowie einen Widerstand (55) zugeleitet wird und der negative Eingang des Summenverstärkers (51) einerseits über einen Widerstand (56) an Masse liegt und andererseits über einen regelbaren Rückkupplungswiderstand (57) mit dessen Ausgang verbunden ist, um den Verstärkungsgrad des Summenverstärkers (51) einstellbar zu machen.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltung (40) auf einen Spannungsabfall am Abgassensor (24) anspricht, der eine Funktion des sich ändernden elektrischen Widerstandes bei sich änderndem Partialdruck des Sauerstoffes im Abgas ist.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Vergleichsschaltung (70) an ihrem-positiven Eingang ein erstes elektrisches Signal (Leitung 71) erhält, das eine Funktion des Sensorsignales ist und an ihrem negativen Eingang ein zweites elektrisches Signal (Leitung 72) erhalt, das eine Funktion des Drehzahl signales ist und die Vergleichsschaltung (70) einen Ausgang aufweist, der ein Ausgangssignal für eine elektronische Steuervorrichtung (26) bereitstellt, das eine Funktion des von der Abgastemperatur kompensierten Sensorsignales für den Partialdruck des im Abgas vorhandenen Sauerstoffes ist.

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